中子半影成像图像反演方法研究

 给出了中子半影成像技术的原理;分析了系统分辨率的影响因子;利用MCNP软件对中子半影成像过程进行模拟;用改进的逆滤波和维纳滤波两种方法对成像主轴上一点源和偏轴两点源的编码图像进行重建,并对编码像在降低噪声和去除本底前后的反演结果进行了比较。模拟结果表明维纳滤波法能够更好地抑制统计噪声。     

中子半影成像图像反演方法研究

给出了中子半影成像技术的原理;分析了系统分辨率的影响因子;利用MCNP软件对中子半影成像过程进行模拟;用改进的逆滤波和维纳滤波两种方法对成像主轴上一点源和偏轴两点源的编码图像进行重建,并对编码像在降低噪声和去除本底前后的反演结果进行了比较。模拟结果表明维纳滤波法能够更好地抑制统计噪声。     

中子半影成像的两种非线性重建方法研究

对图象重建的分子动力学方法进行了改进,使用能更快收敛的蛙跳格式,并添加规整化项以保持图像细节;同时还对图像重建的共轭梯度方法进行了分析,揭示了它与分子动力学方法的联系和区别;比较了两种方法的重建结果,分析了两种方法对于有噪声图像重建时的优缺点.     

中子半影成像的数值模拟

 半影成像具有灵敏度高的特点,该技术是未来惯性约束聚变（ICF）中子成像的主要技术路线。基于中子半影成像的基本要求,利用蒙特卡罗方法,采用偏移抽样法和面通量的体通量替代技巧,模拟中子在半影成像系统中的输运,得到2维图像,并通过图像重建程序得到重建的源区图像。利用模拟结果,对编码孔屏蔽材料的选择和外径设计进行了初步优化,最终选择5 cm厚的钨屏蔽材料,其编码孔外径为1 cm。     

中子半影成像的数值模拟

半影成像具有灵敏度高的特点,该技术是未来惯性约束聚变（ICF）中子成像的主要技术路线。基于中子半影成像的基本要求,利用蒙特卡罗方法,采用偏移抽样法和面通量的体通量替代技巧,模拟中子在半影成像系统中的输运,得到2维图像,并通过图像重建程序得到重建的源区图像。利用模拟结果,对编码孔屏蔽材料的选择和外径设计进行了初步优化,最终选择5 cm厚的钨屏蔽材料,其编码孔外径为1 cm。     

脉冲射线源三维中子成像重建算法研究

借鉴计算机层析成像方法,通过多角度成像的方式得到氘氚燃烧区三维分布信息.介绍了球谐函数分解、最大期望代数迭代两种具有代表性的极少角度三维图像重建算法,并提出将球谐函数分解重建结果作为最大期望代数迭代初始值的重建约束方法.该方法利用了激光、Z箍缩聚变靶具有一定球对称性的物理先验,既改善了球谐函数在极少角度投影重建表示能力...     

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。     

中子半影成像中椭圆度误差的解析计算

通过几何光学的方法为双锥孔中子半影成像过程建立了解析计算模型,得到了成像过程中中子吸收路径长度的解析表达式,导出了普适的成像传递函数解析表达式。利用模型数值模拟分析了锥孔加工中的椭圆度误差造成的图像畸变;得到了不同椭圆度偏差下系统传递函数的变化,及其对圆形物成像重建的影响。结果表明,小于0.01的椭圆度偏差对成像重建带来的影响可以忽略。与传统的Monte-Carlo方法相比,解析建模方法在速度上有较大的优势,且能够方便地推广到其他编码成像系统中。     

中子半影成像中椭圆度误差的解析计算

 通过几何光学的方法为双锥孔中子半影成像过程建立了解析计算模型,得到了成像过程中中子吸收路径长度的解析表达式,导出了普适的成像传递函数解析表达式。利用模型数值模拟分析了锥孔加工中的椭圆度误差造成的图像畸变;得到了不同椭圆度偏差下系统传递函数的变化,及其对圆形物成像重建的影响。结果表明,小于0.01的椭圆度偏差对成像重建带来的影响可以忽略。与传统的Monte-Carlo方法相比,解析建模方法在速度上有较大的优势,且能够方便地推广到其他编码成像系统中。     

惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统的优化研究

在激光驱动的惯性约束聚变实验中,中子半影成像是重要的诊断方法.基于分辨率的要求,模拟了中子源与半影孔装置间不同距离、半影孔装置不同厚度、半影孔装置不同外径以及不同孔型的系统点扩展函数,通过分析点扩展函数的尖锐性和等晕性优化诊断系统.同时还给出了系统的装配误差要求,并发现系统在线性重建时能达到15 μm分辨率,而非线性重建时能满足5 μm分辨率的诊断要求. 关键词： 中子半影成像 Monte Carlo方法 系统优化 分辨率     

聚合物泡沫结构及密度分布的相衬CT表征技术

阐述了利用X射线相衬成像技术研究高分子有机泡沫材料微观结构的原理及方法,理论分析及实验结果表明,X射线相衬成像方法可以在相当大的程度上提高低Z聚合物泡沫材料的成像衬度。将相衬成像技术与计算机层析成像技术相结合,获得了泡沫样品的3维骨架结构分布,同时,提出利用统计切片骨架“粒子”质心分布的方法来表征其密度分布均匀性。结果说明,该方法能够在微观层次上实现对泡沫样品3维密度分布的完备表征。     

Hydrophilic Cu3BiS3 Nanoparticles for Computed Tomography Imaging and Photothermal Therapy

Hydrophilic Cu₃BiS₃ nanoparticles (NPs) have been prepared using the thermal decomposition of precursor complexes in oily‐mixed solvent followed by coating the produced Cu₃BiS₃ NPs with polyvinylpyrrolidone (PVP). The resulting Cu₃BiS₃/PVP NPs remain stable in aqueous solutions over a long period of time, and meanwhile, they show low in vitro cytotoxicity and negligible toxicity to mice in vivo. Cu₃BiS₃/PVP NPs could operate as an efficient dual‐modal contrast agent to simultaneously enhance X‐ray computed tomography imaging and photothermal imaging of tumor model in vivo. Moreover, highly efficient ablation of cancer cells both in vitro and in vivo has been successfully achieved by combining Cu₃BiS₃/PVP NPs with near‐infrared (NIR) laser irradiation. All of the positive results in this study highlight that Cu₃BiS₃/PVP NPs could serve as a promising platform for cancer diagnosis and therapy.     

Microscopic Computed Tomography Based on Generalized Analytic Reconstruction from Discrete Samples

We propose a computed tomography (CT) for the incoherent optical system based on a generalized analytic reconstruction method from discrete samples (GARDS), by which an object image defined in a continuous space is reconstructed from discrete images acquired through the imaging system. We apply this method to reconstruct depth structures of micro-specimens using conventional fluorescence microscopes. Also, we discuss the optimal sampling distance in the depth direction through a generalized singular value decomposition of a continuous-to-discrete imaging system. We next apply the GARDS-based CT method to a double-axis microscope, in which two microscopes are set up perpendicularly to cover a missing frequency band of each microscopic imaging system. We show simulation results which verify the effectiveness of our proposed method.     

Self-Adaptive Pre-Filtering Reconstruction for Optical Computed Tomography with Noisy Data

Optical computed tomography (OCT) is a kind of technique that has been widely adopted to reconstruct three-dimensional distributions of physical parameters of various kinds of fluid fields, such as flame, plasma, etc. In most cases, projection data are often stained by noises due to environmental disturbance, instrumental inaccuracy, and other random interruptions. To improve the reconstruction performance of traditional iterative computed tomography algorithms, a self-adaptive pre-filtering approach was used to denoise before iteration. Firstly, a frequency domain statistic method was taken to evaluate levels of noises approximately. Then the cut-off frequency of a Butterworth lowpass filter was fixed based on the evaluated noise energy. The results show traditional iterative algorithms are obviously improved with pre-filtering approach in the case of noisy data reconstructions.     

多光谱辐射层析重建三维火焰温度场

提出一种基于多光谱辐射测温理论及光学层析技术的三维温度场重建方法。建立了基于参考温度的多光谱测温法数学模型，提出了一种基于模拟退火理论的变松弛因子的光学层析技术新算法，通过计算机数值模拟，详细考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果并与传统的代数迭代重建算法及滤波反投影算法进行比较。计算结果表明，变弛豫因子重建算法重建精度最高。作为一个应用实例，用多光谱辐射变弛豫因子重建层析方法重建了四峰蜡烛火焰某一截面的温度分布。     

中子散射对快中子照相质量影响的分析

通过一内空的圆柱体模型，对在快中子照相时由样品引起的散射中子强度与样品形状和探测距离之间的关系进行模拟，并用^241Am—Be作中子源对散射中子的影响进行实验验证。结果表明，在快中子照相时，由样品引起的散射中子的强度与探测距离以及样品形状有关。对于同一样品，探测距离增加，散射中子的影响则降低。The relationships between intensities of scattered neutrons by specimens and their shapes and detecting distances have been simulated using a hollow cylinder model, and the results were validated by experiments of fast neutron imaging using ^241Am-Be neutron source. The results showed that the intensities of scattered neutrons are closely related to the detecting distances and sample＇ s shapes. The influences of scattered neutronns in fast neutron imaging will be reduced while detecting distances increased.     

Transillumination Laser Computed Tomography System with Fiber-Optic-Based Coherent Detection Imaging Method - High Spatial-Resolution and Quantitative Tomographic Imaging of Highly Scattering Objects -

We recently proposed and developed a novel transillumination laser computed tomography (CT) imaging system using a fiber-optic method based on coherent detection imaging (CDI) for biomedical use. Use of optical fibers enables portability and robustness against environmental changes in a room, such as variable temperature, air-flow shifts, and unexpected vibrations. In addition, motion-artifact-free images can be obtained because measurements can be performed with the object fixed. In the present paper, we experimentally investigate in detail the fundamental imaging properties of the system, which has a spatial resolution of 500 μm, a dynamic range of approximately 120 dB, and a minimum-detectable-optical power of 10⁻¹⁴W as a result of the excellent properties of the heterodyne detection. Based on experimental observations, the proposed system can reconstruct tomographic images of highly scattering objects in the transillumination mode, similar to X-ray CT, at sub-millimeter spatial resolution and with quantitativeness. Finally, we demonstrate with experiments using a physical phantom that the imaging system possesses high resolution and quantitative imaging abilities for highly scattering objects.     

时域荧光分子层析图像重建的线性特征数据法

通过扩展用于时域扩散光成像(Diffuse Optical Tomography, DOT)的广义脉冲谱技术,提出了一种用于时域荧光分子层析成像(Fluorescence Molecular Tomography, FMT)的线性特征数据图像重建算法.此算法能够同时重建荧光产率和荧光寿命,并且利用模拟数据对此方法进行验证,证明了算法的有效性.     

一种改进的光学层析图像重建方法

Alexander D．Klose将联合差分方法用于光学层析图像重建的梯度计算中,但给出的对光学参量的求导算法有局限,他的算法只能实现对边界点光学参量的导数计算,而无法实现对内部点光学参量导数的计算,会导致图像重建失败。在联合差分算法的基础上,研究了针对内部点光学参量的求导方法,给出了一种基于树形结构的对内部点光学参量求导的策略。具体实现时,为了降低计算复杂度,采用近似梯度计算方法。算法的仿真实验结果表明：该方法可以有效地实现对内部点光学参量的导数计算,提出的近似计算方法可降低梯度计算复杂度,提高运算速度,并可得到良好的图像重建质量。     

基于L~1范数和曲波系数双约束的稀疏角度微分相位衬度计算机层析成像重建方法

微分相位衬度计算机层析成像法(DPC-CT)是一种新的X射线无损检测方法。与传统方法相比,该方法在检测弱吸收物质时优势明显。但DPC-CT技术需要进行多次扫描后才能获取足够的样品信息,这必将导致很长的辐射时间和巨大的辐射剂量。因此,研究在稀疏角度条件下的DPC-PC重建算法就显得尤为重要。分析了DPCCT的特点,在凸集投影(POCS)的理论框架下,将L1范数、曲波系数约束和经典的代数迭代算法(ART)相结合提出了一种适合DPC-CT的重建算法。数值模拟和实验的结果表明,该方法可以根据少量投影数据获得较好的重建结果。