空间相干与入射光子能量对临床类同轴X射线相衬成像影响

在临床实际应用中,X射线源是一个具有有限尺寸的多色光源.基于Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干的影响,新的类同轴X射线相衬成像公式被导出.分别代表吸收效应与相位效应的吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数从新公式得到.吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数的曲线由Matlab给出,不同源半径的最佳成像位置...     

微焦点X射线源类同轴相衬成像

微焦点X射线源相衬成像是利用微焦点X射线源透过样品后携带的相位信息对样品内部结构成像. 通过获取相面上的强度信息利用相位复原方法可以得到物体内部的相位信息. 获取了不同放大倍数下的蚂蚁图像, 通过强度传播方程(Transport of Intensity Equation, TIE)方法得到了蚂蚁的相衬图像, 采用 边缘可见度(Edge Visibility)方法和熵法比较了不同放大倍数下的成像效果以及复原前后图像质量.     

微聚焦管硬x射线位相衬度成像

利用微聚焦管硬x射线光源进行同轴位相衬度成像实验，所用的光源聚焦尺寸最小可达0.5μm.根据微聚焦硬x射线管的光学传递函数，对光源尺寸、相干长度等因素对成像分辨率的影响进行了分析.对新鲜的未经任何处理的生物样品进行了位相衬度成像，分辨率在10μm左右，并和吸收衬度成像进行了对比.实验结果表明利用微聚焦管作为硬x射线光源，多色硬x射线位相衬度成像可以得到比吸收衬度成像高得多的分辨率. 关键词： 位相衬度成像 微聚焦管x射线源 吸收衬度成像 光学传递函数     

微焦点源X射线相衬成像技术

 相衬成像方法利用硬X射线对低密度弱吸收物质成像,可获得高衬度图像。用菲涅尔衍射理论分析了X射线图像的形成机理。在频域中根据光学传递函数,对物像距离、样品空间频率等对图像相位衬度的影响进行了分析。分辨率和衬度是决定图像可见度的两个依据,分辨率主要依赖于光源的空间相干性,空间相干性又决定于源点尺寸,而时间相干性（单色性）是一个不重要的影响因子。利用多色微焦点源实现了X射线相衬成像技术,获得了有价值的相衬图像,如低原子序数低密度泡沫材料的硬X射线相衬图像,与吸收衬度成像相比,其图像质量得到了很大提高,能观察到泡沫材料的细微结构,分辨率可达μm量级。     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况，详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬，类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理，讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素，并对位相成像的发展趋势作了展望。     

X射线相衬成像光子筛

基于 Zernike相衬成像原理和光瞳切趾原理,提出一种将相位板和切趾光子筛集成为一个相衬显微物镜的 X射线相衬成像光子筛的设计方法.这种 X射线相衬成像物镜可以实现生物体组织或者其他弱吸收材料的高分辨率和高衬度成像.通过优化光子筛透镜的衍射结构,可以抑制成像系统的点扩展函数的旁瓣和消除高阶衍射焦点,从而提高成像分辨率;另外,将光子筛透镜和变相板合为一体,克服了成像透镜和变相板难以对准的缺陷.以高斯切趾光子筛为例,实验验证了设计方法的可行性. 关键词： X射线显微技术 相衬成像 光瞳切趾 光子筛     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况,详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬,类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理,讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素,并对位相成像的发展趋势作了展望。     

优化X射线同轴相位衬度成像的理论研究

采用同轴相位衬度成像方法,基于PGW理论获得的频域相位衬度传递函数,对于理想光源和多色X射线源,用计算机模拟分析了如何选择物像距离和空间频率以获取最佳相位衬度像。实际应用中要综合考虑具体成像实验装置对于物像距离的可调范围以及成像分辨率的要求。对于具有一定谱宽的X射线源,应选择谱宽尽量小的源,以获得含信息量丰富、分辨率高的图像。     

X射线相位成像的最佳衬度

根据Zernike相衬观察法的基本思想和Fresnel–Kirchhoff衍射理论,采用傅里叶变换和卷积处理,考虑到临床实际,利用振幅近似和相位缓变条件,将X射线经过生物组织产生的相位改变转换成强度分布.在所导出的理论公式的基础上,作出相位衬度和吸收衬度与物平面到像平面距离的关系曲线.分析得到X射线相位衬度成像的最佳物像距离,并通过微聚焦X射线成像装置对蟑螂成像的实验加以验证,其结果表明理论所预言的成像最佳位置符合度较高.     

X射线同轴相衬成像的参数优化系统

通过对具有2维高斯型相位分布特征的物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析,建立了成像系统参数优化系统。优化系统明确了图像衬度、信噪比、分辨力和探测器抽样数等成像质量评价参数对射线源能量、源焦斑尺寸、探测器分辨力、成像几何和物体结构特性等系统参数的依赖关系。采用数值模拟,分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源3种X射线源下的成像系统相关参数进行了优化。结果表明,优化系统很好地完成了系统的优化工作。     

螺旋光子筛用于相衬成像的模拟研究

为了提高螺旋波带片用于相衬成像的分辨率和成像对比度,因此本文将螺旋波带片的透光环带替换为透光微孔,以类-贝塞尔函数作为螺旋光子筛透过率的振幅调制窗函数设计了一种螺旋光子筛.在相同的特征尺寸下,螺旋光子筛比螺旋波带片具有更大的数值孔径,因此分辨率更高.同时基于光瞳切趾原理,经过类-贝塞尔振幅调制窗函数对螺旋光子筛透光微孔的分布进行调制,螺旋光子筛的成像对比度将高于螺旋波带片.通过数值计算和仿真分析表明:螺旋光子筛的点扩展函数主瓣宽度相对于螺旋波带片更窄,旁瓣幅值也相对更低.在相衬成像中,螺旋光子筛不仅能够消除螺旋波带片对圆盘状位相物体成像时图像的"浮雕"效应而且能够更为清晰地分辨出位相跳变更为密集的周期矩形条状物体.因此,螺旋光子筛用于相衬成像中将具有更高的成像分辨率和成像对比度,其在医学领域将具有广阔的运用前景.     

关于X射线同轴位相衬度成像的研究

利用模糊函数对部分相干源相X射线衬成像进行了详细的理论分析.列举了不同条件下的实验结果.通过与吸收成像相比较,相衬成像无疑对生物样品的内部结构有更高的对比度和可见度.     

A comparison of iterative algorithms and a mixed approach for in-line X-ray phase retrieval

Previous studies have shown that iterative in-line X-ray phase retrieval algorithms may have higher precision than direct retrieval algorithms. This communication compares three iterative phase retrieval algorithms in terms of accuracy and efficiency using computer simulations. We found the Fourier transformation based algorithm (FT) is of the fastest convergence, while the Poisson-solver based algorithm (PS) has higher precision. The traditional Gerchberg-Saxton algorithm (GS) is very slow and sometimes does not converge in our tests. Then a mixed FT-PS algorithm is presented to achieve both high efficiency and high accuracy. The mixed algorithm is tested using simulated images with different noise level and experimentally obtained images of a piece of chicken breast muscle.     

Experiment on the object-image distance parameter in the X-ray phase contrast imaging system

For the X-ray phase contrast imaging system, in addition to the hardware-related parameters, the object-image distance is an important parameter that affects the imaging results. Based on the Fresnel diffraction theory, the X-ray phase contrast formation mechanism is analyzed to find the theoretical relationship between the object-image distance parameter and the image contrast. Through the experimental simulation on a ball model, images with edge enhancement effect and image contrast data were obtained with regard to different object-image distance conditions. The analysis and experimental results show that, clear image information about the edges of the sample structures can be got if the object-image distance parameter is set suitably.     

Phase-contrast X-ray imaging of the gas diffusion layer of fuel cells

The understanding of and in situ observation of the transport and distribution of water in carbon‐paper gas diffusion layers (GDLs) using non‐destructive imaging techniques is critical for achieving high performance in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). To investigate the behavior of water in GDLs of PEFCs, phase‐contrast X‐ray imaging via X‐ray interferometric imaging (XII) and diffraction‐enhanced imaging (DEI) were performed using 35 keV X‐rays. The XII technique is useful for the radiographic imaging of GDLs and in situ observations of water evolution processes in operating PEFCs. DEI provides a way for tomographic imaging of GDLs in PEFCs. Because high‐energy X‐rays are applicable to the imaging of both carbon papers and heavy materials, which make up PEFCs, phase‐contrast X‐ray imaging techniques have proven to be valuable for investigation of GDLs.     

X射线成像积分滤波模型与实验

X射线数字化成像系统的不足主要表现在成像末端耦合约束、微焦点约束瓶颈以及单光子成像缺陷与量子噪声约束等方面,利用传统的数字图像处理手段很难实现有效的图像滤波,而复杂的滤波算法进一步限制了其工程使用效果。为了提高X射线成像系统的光学传递能力与系统抗噪声能力,本文首先以热激发X辐射源与X射线像增强器为例,从系统层面探索成像遇到的诸多技术瓶颈,并在此基础上提出了一种针对X射线成像的积分滤波方法。然后,将空间频率固定的铅制光栅作为被测目标,通过改变中继光学耦合系统的物像关系使得像方空间频率在一定区间内连续改变,进而通过大量的实验数据实现在不同积分时间条件下的光学传递函数精确拟合。接着,分别从光学传递函数积分效果与归一化后的基频传递特性的角度验证了该滤波方法可以有效压制热触发源引入的量子噪声,避免图像产生单光子成像缺陷。实验数据表明:该方法可以提升系统成像的光学传递能力。最后,通过帧叠加与积分滤波的对比效果验证了该滤波方法的优越性。