基于铋纳米颗粒的自由沉降法 制作X射线吸收光栅

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42μm、刻蚀深度为150μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制作的铋块体吸收光栅的X射线吸收性能,并通过填充周期为24μm和6μm的光栅结构,研究了光栅周期与填充致密性之间的关系.扫描电镜测试结果显示自由沉降法可有效制作较大周期光栅,但对周期为6μm光栅结构填充的致密性不佳。分析结果表明,对于小周期吸收光栅,需筛选所用填充颗粒,以保证颗粒粒径远小于光栅槽宽.基于纳米颗粒的自由沉降法可降低光栅制作成本及技术门槛,方便实现大面积吸收光栅的制作.     

X射线光栅微分相衬成像视场分析

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势, 尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大. 大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素. 针对大视场成像的客观需求, 基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征, 建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素, 提出了实现大成像视场的有效途径, 为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.     

硬X射线光栅微分干涉相衬成像两步相移算法的理论与实验研究

针对硬X射线光栅微分干涉相衬成像在实际应用中对低辐射剂量和快速获取图像的要求, 通过对实验系统的理论分析和参数优化设计, 采用了两步相移算法用于提取物体相位信息. 这种方法可以有效降低X射线对物体的辐射剂量, 大大提高恢复相位信息的速度, 为X射线光栅相衬成像在未来的医疗和工业中的应用奠定基础. 关键词： 光栅干涉 X射线相衬成像 两步相移算法     

硬X射线相位光栅的设计与研制

针对在普通实验室和医院实现40—100keVX射线相衬成像的需求,考虑到成像系统参数、X射线源空间相干特性及光栅衍射效率,设计出硅基相位光栅结构参数.利用我们已发展的光助电化学刻蚀技术研制出直径为5英寸的相位光栅,其空间周期为5.6μm,线宽为2.8μm,深度为40—70μm.在理论分析的基础上,通过提高硅片两端有效工作电压和修正Lehmann电流密度公式,解决了实际刻蚀过程中出现的钻蚀问题.由实验结果可知,本方案对制作大面积高精度相位光栅十分有效。     

Analysis of period and visibility of dual phase grating interferometer

Dual phase grating interferometer may simultaneously achieve large field of view and high x-ray dose efficiency. Here, we develop a simple theoretical method to better understand the imaging process of the dual phase grating interferometer. The derivation process of fringe period and the optimal visibility conditions of the dual phase grating interferometer are given in detail. Then, we theoretically prove that the fringe period and optimal visibility conditions of the dual phase grating interferometer include that of the Talbot interferometer. By comparing our experimental results with those of other researchers, we find that when the positions of phase gratings are far away from the positions where the fringe visibility is optimal, the fringe period of the dual π -phase grating interferometer is twice the theoretical results under the illumination of polychromatic x-ray. This conclusion may explain the contradictory research results of dual phase grating interferometer among different researchers.     

利用劳条件求取双相位光栅干涉仪灵敏度

目前针对双相位光栅干涉仪灵敏度的分析存在着灵敏度模型不合理、理论结果不完整等问题,制约着系统灵敏度的提高。对此,提出了新的灵敏度模型,即物体所产生的条纹移动与光源位置变化产生的条纹移动是等效的。该灵敏度模型将物体对X射线的折射作用转化成了光源的移动,同时巧妙地利用了系统的劳条件将光源移动与成像条纹移动联系起来。利用新的灵敏度模型,成功获取了双相位光栅干涉仪和Talbot-Lau干涉仪的灵敏度,为优化系统灵敏度提供了理论指导。     

硬X射线微分相衬成像的噪声特性分析

量子噪声引起光强随机波动是影响X射线相衬图像质量的一个重要因素.提出了一种针对硬X射线微分相衬成像噪声特性的分析方法,通过数值模拟获得了量子噪声对成像结果的作用规律.模拟结果表明,折射像和散射像的噪声均方差与叠栅条纹对比度成反比关系,叠栅条纹对比度越大,统计所得的均方差值越小.在保证X射线探测效率的前提下,提高叠栅条纹对比度将有利于获得高质量的相衬图像,并为有效减少X射线曝光剂量提供条件.     

非线性体效应的逆问题

非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化问题的一阶原对偶算法,提出非线性迭代重构算法来解决非凸问题。通过构建成像系统模型对算法的收敛性和重构精度进行了模拟验证,模拟中重建的图像首先通过检验在极窄的显示窗口中显示小于1%的对比度,然后使用相对于真实图像的差异的l2范数进行定量分析。模拟结果表明,在计算精度范围内,非线性重构算法可以收敛到真实图像,而且对于图像衬度小于1%的细节,重构图像也可以显示出来。该研究结果可为设计有效补偿非线性体效应伪影的计算机断层扫描成像应用算法提供参考。     

Simple phase extraction in x-ray differential phase contrast imaging

A fast and simple method to extract phase-contrast images from interferograms is proposed, and its effectiveness is demonstrated through simulation and experiment. For x-ray differential phase contrast imaging, a strong attenuation signal acts as an overwhelming background intensity that obscures the weak phase signal so that no obvious phase-gradient information is detectable in the raw image. By subtracting one interferogram from another, chosen at particular intervals,the phase signal can be isolated and magnified.     

无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像 系统的理论分析, 利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术 研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏, 组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统. 在此系统上开展了生物样品的实验研究, 获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像. 从而试验验证了该系统方案设计的可行性, 为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.