采用吸收修正Bronnikov算法的有机复合样品的X射线显微计算机层析研究

有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性,采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量,能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布;验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性,能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用;单距的低辐射优势,尤其适用于生物医学样品三维无损成像。     

相移吸收二元性算法用于X射线混合衬度定量显微CT的可行性研究

本文采用相移吸收二元性(PAD)相位恢复算法来实现混合 衬度样品内部不同密度组分的定量成像, 采用数字模拟和实验研究验证该方法的可行性. 模拟结果表明, 对于三种不同材料其重构误差均小于1%, 且误差值随材料折射率的增大而减小. 利用上海光源X射线成像线站开展了实验研究, 结果表明用单距PAD相位恢复算法可获取样品的定量信息. 与模拟结果相比, 实验中的重构精度相对较低, 环状伪影可能是影响精度的主要原因. 模拟和实验研究过程中, 均只采用了一组单距投影数据. 可以认为, 相移吸收二元性算法可用于混合衬度样品的定量信息分析研究. 由于剂量相对较低, 应可适合于软组织和骨骼同时存在时生物医学样品的定量相衬CT研究.     

基于同步辐射显微CT的肾结石微观结构特征研究

肾结石是全球的泌尿系统常见病、多发病,且复发率高居不下。一般认为,尿中结石晶体的盐类呈超饱和状态,以及尿中抑制晶体形成物质不足是肾结石产生的主要因素。肾结石病因较复杂,目前提出了多种有关肾结石病因的学说,主要是从人体种族遗传、疾病、代谢和饮食习惯等方面研究结石病因,来推测其导致不同的种类的产生,再针对性制定治疗方案,但临床上肾结石内科治疗效果仍欠佳。积极探索肾结石形成和生长机制,无疑能对科学治疗肾结石有积极的意义。直观观察到结石的内部结构,并根据这些结构特征推测出结石的形成和成长轨迹,是研究肾结石形成和生长机制的重要一环。传统的研究手段难以无损获得结石的内部结构,目前未见肾结石微观结构相关报道。高分辨率显微CT特别是同步辐射X射线显微CT的出现,无疑能为这一研究提供先进的检测手段。上海同步辐射光源作为第三代优质同步辐射光源,具有高光子通量、高准直性、高极化性、高相干性及宽频谱范围等特点,其配合高分辨的X射线探测器可实现精确、灵敏的组织结构信息的快速、无损检测,在保持标本完整性的前提下,清晰再现样品内部的三维显微结构,从而克服了传统的二维切片技术存在破坏组织结构的完整性、无法准确获得组织结构的三维空间信息和基质成份等局限性。利用上海同步辐射光源Ｘ射线显微CT技术,对32例肾结石患者的结石微观结构进行了解析。实验结果表明肾结石内部结构差异明显,可归纳为6种类型：Ⅰ两相密实型;Ⅱ结晶型;Ⅲ连续多层沉积型; Ⅳ非连续多层沉积型;Ⅴ镶嵌式多孔型;Ⅵ复合型。研究结果有助于进一步深入揭示肾结石生长机制,也为肾结石更为精准治疗提供了新的科学视角和依据。     

Phase retrieval for hard X-ray computed tomography of samples with hybrid compositions

X-ray tomography of samples containing both weakly and strongly absorbing materials are necessary in material and biomedical imaging. Extending the validity of the phase-attenuation duality (PAD) method, the propagation-based phase-contrast computed tomography (PPCT) of a sample with hybrid compositions of both the light and dense components with 60 keV of synchrotron radiation is investigated. The experimental results show that the PAD-based PPCT is effective in imaging both the weakly and strongly absorbing components simultaneously. Compared with the direct PPCT technique, the PAD-based PPCT technique demonstrates its excellent capability in material discrimination and characterization. In addition, the PAD-based PPCT exhibits a striking performance on the image contrast enhancement and noise suppression. Therefore, this technique is useful for material and biomedical imaging applications, especially when the radiation dose involved imposes a serious constraint.     

X射线荧光全息术中消除光源偏振效应和孪生像的重构新算法

以27个铁原子成立方排列的晶体结构为模型,通过数值模拟和重构,讨论了入射光源的偏振性对原子像的影响.结果表明,入射光源的偏振性对原子像的可观测性有非常重要的影响.为此,提出了一种能同时消除光源偏振性影响和全息成像所固有的孪生像的数字重构新算法,并通过数字模拟及重构,结果证明了这是一种有效的数字重构算法,能够解决实验过程中光源偏振性和孪生像对原子像的影响. 关键词： X射线荧光全息术 同步辐射 偏振性     

西洋参和高丽白参的X射线显微鉴定研究

传统的中药材显微鉴定,样品制备苛刻.加入某些试剂容易造成结构信息丢失.本文利用X射线相位衬度成像方法较为系统地研究了西洋参、高丽白参的显微结构,并对二者在草酸钙簇晶、导管、木栓细胞、韧皮部和木质部射线等显微结构方面的异同进行了详细分析.实验研究结果表明,该方法能够在无需对样品进行特殊处理的情况下,较好地实现西洋参、高丽白参的显微结构鉴定,有望成为中药材显微鉴定领域中一种简便快速的新型鉴定方法.实验还发现,西洋参和高丽白参韧皮部和木质部射线的显微结构存在很大的区别.这一显微结构有可能成为人参类贵重中药材显微鉴别中的一个新增依据.     

强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究

惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测是目前的研究热点和难点.针对此需求,建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验,较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明,利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的. 关键词： X射线显微 位相衬度 核聚变靶 无损检测     

强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究

惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测足目前的研究热点和难点.针对此需求,建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验,较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明,利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的.     

利用X射线相衬显微研究野山参的特征结构

利用X射线的空间相干特性,可实现低Z介质内部结构的高衬度成像.人参主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组成,原则上可以利用相衬成像来实现其特征结构的无损成像.由于具有更高的相干通量,利用第三代同步辐射光源成像可获得更高的时间和空间分辨,可用于研究更高分辨的人参特征显微结构.本文利用新建成的上海光源,较为系统地研究了野山参的显微特征结构.作为比较,给出了相应的园参特征结构,并与野山参进行了比对、分析.发现了一种未曾报道过的结构,这很可能是一个新的人参特征结构.研究结果表明,X射线相衬显微有望成为野山参鉴定的一种新的手段. 关键词： X射线相衬显微 同步辐射 显微鉴定 人参特征结构     

基于极坐标变换去除计算机层析图像环形伪影

探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影,严重降低了图像质量,影响了图像的三维重建和量化分析,为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影,然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像,进而设计二维低通滤波器进行滤波处理,最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件,编写程序对算法进行验证,结果表明,该算法能够有效地去除环形伪影,使图像内部细节清晰可见,并且保护了图像边缘信息,提高了图像的信噪比;另外,使用该方法处理100张切片图像只需3.5min,可满足批量处理的需求。