基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像

基于光栅干涉仪的X射线成像技术可以同时获得样品内部的吸收信息、相位信息和散射信息,既保持了传统X射线衰减成像的优点,又拥有相衬成像和散射成像的优势.然而基于传统CT重建算法的X射线光栅成像需要采集大量完整的原始投影数据,数据采集时间过长从而使得物体接受很大的辐射剂量,难以在实际中应用.提出基于传统代数迭代重建算法的光栅成像技术.该方法利用现有X射线光栅成像系统采集少量原始投影数据,基于传统代数迭代重建算法,对旋转变化的相位数据进行CT重构,同时基于傅里叶变换的方法对微分相位数据进行相位恢复.模拟和实验结果表明,基于少量或不完备的原始投影数据,该方法能够准确重构成像对象的吸收、柑位和散射三维信息,同时还能对微分相位切片进行高信噪比的相位恢复,得到样品折射率实部衰减率,为X射线光栅成像技术在工业、生物和医学诊断等领域的应用提供理论和技术支撑.     

高能X射线工业CT扫描运动控制系统设计

 分析了高能X射线工业CT扫描运动控制系统的作用,提出了扫描运动控制系统的组成方案。控制系统由工业控制计算机、计数卡、控制卡、伺服驱动器、伺服电机、工作平台、光栅和控制软件组成。研究了在Windows驱动程序模式（WDM）下,控制系统设备驱动程序的组成。以运动控制卡为例,研究了开发控制系统设备驱动程序的方法,并分析了设备驱动程序和用户程序交互的过程。通过编写WDM驱动程序,实现了对高能X射线工业CT扫描运动系统的实时控制。实验结果表明,开发的扫描运动控制系统,可靠性和实时性满足要求。     

螺旋锥束CT中两种解析重建算法的研究

 研究了锥束螺旋Katsevich和FDK重建算法,并对这两种算法进行比较。实验结果表明：当投影数据没有噪声的时候,FDK算法和Katsevich算法均能取得较好的效果,当对实际物体进行重建的时候,投影数据含有噪声, Katsevich算法需要对投影数据求导,而它对投影数据的噪声较敏感,重建质量有所下降。     

基于CT扫描数据的X射线能谱估计方法

X射线能谱在计算机层析成像(computed tomography,CT)图像硬化校正、双能谱CT成像、辐射剂量计算等方面具有重要作用.常用的估计X射线能谱分布的方法,利用X射线穿过不同厚度模体的衰减数据,来间接估计X射线能谱分布.由于该问题具有严重的病态性,因此如何鲁棒和准确地求解是能谱估计问题的关键.本文提出了一种利用CT扫描数据来估计X射线能谱分布的方法.该方法中考虑了谱估计和图像重建之间的相互印证关系,即谱估计正确时重建的CT图像无硬化伪影,而重建图像无硬化伪影时,则说明估计的谱准确.该方法利用这种相互印证关系构造优化模型,通过交替迭代求解,估计能谱分布和重建无硬化伪影的CT图像.数值实验和实际实验结果表明,该方法可以准确、鲁棒地估计出X射线能谱.     

影响同步辐射X射线螺旋显微CT的若干因素研究

同步辐射X射线是扁平光, 传统显微CT难以对长样品实现快速、高分辨、低剂量三维成像, 螺旋扫描的引入可以很好地解决这一难题. 本文采用数字模拟和实验的方法较为系统地研究了螺距、光斑竖直高度和180° 投影数对成像质量、速度的影响. 模拟结果表明, 在螺距不大于2的前提下, 180° 投影数增大, 误差减小, CT成像速度变慢; 光斑竖直高度增大, 速度加快; 螺距增大, 速度加快, 且误差在允许范围内; 选取合适的参数值使旋转平移比为整数, 误差最小. 同时, 优化参数并在上海光源实现螺旋显微CT, 从实验上验证了模拟结果. 研究表明, 通过优化各参数, 同步辐射螺旋显微CT可以实现快速高质量三维成像, 为以后的实际应用提供了依据.     

扇束X射线ICT偏置扫描方式及其重构算法

对于较大尺寸构件ICT检测,为了避免采用费时的二代扫描,讨论了一种基于三代扫描的偏置扫描方式,推导了它的FBP重构算法。计算机模拟和实验结果证明了该算法的正确性。分析表明,在射线有效扇束角和探测器长度、位置不变的情况下,它的有效扫描视野在三代扫描的1.9倍以上。     

一种新的二维CT扫描方式及其重建算法

介绍了一种二维CT扫描方式及其重建算法。它是一种利用近轴X光线,针对大型回转试件的二维CT检测方法。被扫描试件依次绕与探测器平行的多个旋转中心各旋转一周。在旋转过程中,射线源在周向均布的多个角位置发射射线,同时探测器接收射线并记录投影数据。同传统的二代CT相比,对一个具体例子的计算表明,它可以节约3/4的扫描时间。计算机仿真表明了这种扫描方式和重建算法的可行性。     

基于光栅相衬成像的扇束螺旋CT重建算法

X射线相位衬度成像具有极高的灵敏度,能探测到轻元素样品的内部结构,在医学、生物学和材料科学等众多领域显示出良好的应用前景。光栅成像模式可使用非相干光源进行X射线相位衬度成像,开创了非相干光源相衬成像新纪元。将螺旋CT的概念引入光栅相衬成像领域,将螺旋CT的高效率优势与光栅相位成像的高衬度优势相结合,发展X射线螺旋相位CT方法。通过分析螺旋轨迹非相干光源相位成像的特点,提出一种扇形束螺旋条件下的相位信息提取方法;而后借鉴希尔伯特滤波反投影重建算法的思想,得到扇形束螺旋相位CT重建算法。该算法利用折射角像直接重建物体的相位项。计算机仿真实验证明了该算法的有效性。     

非晶态多层膜和单层膜的低角X射线衍射研究

本文对a-Si:H/(a-SiN_x:H)非晶态周期多层膜和单层膜进行了低角X射线衍射研究。在周期数较少的多层膜衍射的布喇格衍射峰的低角侧发现了一系列次级衍射峰;在单层膜样品的低角衍射中也发现了一系列小峰。对此,我们提出了一个用于计算非晶多层膜和单层膜衍射强度的简单公式,使实验结果得到解释,并提出了一种测量膜厚的方法。 关键词：     

基于BSS从多角度X射线投影分离聚焦层的DBT重建

提出一种基于盲源分离（BSS）从多角度投影提取出任意深度聚焦层的数字乳腺层析合成摄影（DBT）重建算法。首先,通过DBT成像设备采集乳腺的多角度投影,并对投影进行校正、对数变换等预处理工作;然后以中心投影为基准,根据成像几何将多角度投影通过位移聚焦到所选的重建深度z处;最后,将位移后的多角度投影视为由一个聚焦层内信息和若干层外信息构成的线性组合,进而通过BSS将聚焦层信息分离出来,由此快速重建出乳腺厚度范围内任意深度z处的层面。以中心投影为参考,将位移叠加（SAA）法、滤波反投影（FBP）法、最大似然期望最大化（MLEM）3种当前DBT重建的主要算法与所提重建算法进行比较,4种算法对原投影的噪声污染的改善程度分别为13.4%、18.8%、88.5%、73.6%,图像对比度分别下降83.7%、81.4%、74.6%、10.7%,与中心投影的特征相似性分别为0.841、0.866、0.861、0.886,结构相似性分别为0.596、0.594、0.628、0.787,伪影扩散平均值分别为0.571、0.254、0.189、0.146。此外所提算法的重建速度小于SAA、FBP,但比采用2次迭...     

高压电缆源平移扫描CT高效重建算法EI北大核心CSCD

为提高在役高压电缆X射线扫描图像重建速度,结合传统的滤波反投影算法,提出基于数据平滑的局部扫描重建算法。分析了源直线扫描局部计算机断层成像方法存在的有限角和数据截断问题,提出数据平滑方式解决方法。主要途径是利用余弦函数沿探测器方向和射线源方向分别进行数据平滑插值,避免投影数据值在这两个方向上突然降为零,起到抑制截断伪影和有限角伪影的作用。实验证明,所提方法能有效抑制图像伪影,有利于电缆阻水缓冲层缺陷识别。相较于原有的联合迭代重建算法,该方法缩短了重建时间且图像重建质量相当;相较于传统滤波反投影算法,重建图像质量提高但重建耗时基本一致。     

基于等值线拟合的X射线双能CT快速投影分解算法

针对双能计算机断层成像(DECT)图像重建算法中的非线性投影分解问题,提出一种基于等值线拟合的快速投影分解算法。建立高、低能投影线性近似的等值线拟合模型;基于泰勒级数展开,采用粗粒度正向计算、细粒度反向求解方法,获得高精度的解析解,生成等值线方程;将高、低能投影非线性联合求解问题转化为求解高、低能等值线的交点问题,从而实现双能投影的快速分解。实验结果表明,该方法避免了非线性迭代求解和投影查表匹配,在减小投影分解噪声波动的同时,显著提高了投影分解速度,与投影匹配方法相比分解速度提高约两个数量级。     

短波长软X射线多层膜高级次峰设计与制备

考虑了短波长软X射线多层膜的设计问题，比较了一、二、三级布喇格衍射峰设计的反射率结果，分析了反射率与周期厚度及金属层在周期中的比率的关系．本文认为，在存在不连续金属膜层的情况下，用布喇格衍射峰的二级次设计，有助于获得实测的反射率．给出了利用磁控溅射方法沉积的Mo/Si多层膜在4.47nm处同步辐射测量，在60°入射角下获得8.5%实测反射率的结果． 关键词：     

单发次测量软X射线多层膜分束镜光学特性实验

用X射线激光作为探针，探测激光等离子体临界面附近的电子密度，对惯性约束聚变(ICF)的研究具有很大的应用价值。2003年11月，在“神光”Ⅱ装置上进行的X射线激光干涉法诊断等离子体电子密度实验研究取得了重大进展：利用类镍-银X射线激光作为探针，采用分束镜分光的马赫-贞德尔干涉仪在国内首次拍摄到清晰的动态干涉图。     

一种基于Radon逆变换的半覆盖螺旋锥束CT重建算法

半覆盖螺旋锥束计算机断层成像能够扩展传统螺旋锥束计算机断层成像的成像视野, 实现小面板探测器成像超视野物体. 但是, 各角度下的投影都存在数据截断, 会使重建结果中产生截断伪影, 降低图像质量. 本文提出了一种基于Radon逆变换的半覆盖螺旋锥束重建算法, 该算法在滤波时先使用局部算子, 再使用全局算子. 局部算子不受数据截断的影响, 并且降低了运算后的值由于数据截断所造成的不连续性, 因此, 减少了随后全局运算产生的截断误差. 仿真和实际实验结果均验证了本文算法的有效性. 和现有算法的对比也表明, 本文算法针对半覆盖螺旋锥束投影具有更强的截断伪影抑制能力, 能够有效提高重建图像的质量.     

基于噪声水平估计的多孔准直X射线荧光CT去噪算法

X射线荧光CT(XFCT)是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式,可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数,在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法,通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律,从而抑制噪声。基于此,提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络（NeCNN）算法,该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络（DnCNN）估计噪声水平并初步降噪,随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络（FCN）用于学习康普顿散射的分布规律,同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差（MSE）及结构相似度（SSIM）作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒（Au、Bi、Ru、Gd）的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模体来获取,且设置不同入射X射线的强度,以此模拟不同噪声水平,增强模型泛化能力。实验结果表明,与三维块匹配滤波（BM3D）及DnCNN算法相比,NeCNN算法的去噪结果最优,其SSIM为0.95066,峰...     

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.     

含偶氮两亲分子自组装单层膜的扫描力显微镜和共聚焦拉曼光谱研究

两亲性分子在液 /固界面组装成二维有序的结构是目前超分子科学研究的热点。含有偶氮苯单链季铵盐化合物 4-[(4’ -十二烷氧基 )偶氮苯氧基 ]己基三乙基溴化铵 (简写为C12 AzoC6 N+)在水溶液中能聚集成胶束 ,当它自组织到新鲜的云母片上时 ,则形成二维有序的纳米尺寸的树枝状条带结构。为了进一步系统的研究该自组织树枝状条带结构单层膜的性质 ,本文利用扫描力显微镜 (SFM)研究了该化合物在大于其临界胶束浓度时在新鲜的云母片上自组织成树枝状条带结构的行为 ,并通过共聚焦拉曼光谱对该自组织树枝状条带结构单层膜进行了测试 ,指认了固体和自组织单层膜的拉曼位移。通过比较 ,我们进一步确认了在云母片上的自组织的二维有序的纳米尺寸树枝状条带单层膜的结构。这将为这种二维有序的纳米尺寸树枝状条带结构将来的应用奠定基础。