衍射增强成像信息提取和分离的简便方法研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文指导教师：2013年4月liiIMiiSMiHiiHiii[IHIY2431635extractingbased0ndlI-I-ractionennancecl‘一1●一一·‘■o_-———一——i-一1___·-___IlI_l______-_I___·_____II___l-____II_··l____I_-ll__I_·---l—ByXuejiaoZhaoADissert：ationSubmittedtoUnive

2、rsityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofopticsInstituteofHighEnergyPhysicsUniversityofChineseAcademySciencesApril，2013衍射增强成像信息提取和分离的简便方法研究衍射增强成像信息提取和分离的简便方法研究研究生学位论文声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引

3、用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：日期：关于学位论文使用藏权的说明本人完全了解中国科学院高能物理研究所“关于中国科学院高能物理所研究生论文及研究成果使用权的规定”(2001)高发研生字第315号文件，即：高能物理研究所拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：(1)已获学位的研究生必须按规定提交学位论文，高能物理研究所可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；(2)为教学和科研目的，高能

4、物理研究所可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供科研人员阅读，或在所内网站供科研人员浏览部分内容；(3)根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆等相关部门报送可以公开的学位论文。签名：——日期：摘要衍射增强成像是X射线成像领域中被广泛研究的一种X射线相衬成像方法，它能检测出利用传统X射线吸收成像无法清晰分辨的弱吸收样品的结构和组成信息，并且具有较高的空间分辨率。目前衍射增强成像方法已经在医学、生物学、材料科学等学科研究上获得了非常好的实验结果，具有非常重要的研究意义和应用前景。衍射增强成像直接

5、采集的图像中包含了样品的吸收、折射和散射等信息，如何对其成像结果进行信息分离以分别获得样品的吸收、折射和散射衬度信息成为了相关领域的研究热点之一。通常的衍射增强成像信息分离方法需要对样品采集多张(至少7张)图像，实验过程复杂且样品所受的辐照剂量大。因此，在衍射增强成像中，尝试建立简便的信息分离方法在理论研究和实际应用方面都具有一定的意义。依托于北京同步辐射装置，本论文从理论基础论证和公式推导、计算机模拟和成像实验验证三方面开展了新的简便衍射增强成像信息分离方法研究。具体的研究工作和取得的创新性研究成果如下：首先，提出了新的

6、简便DEI成像信息分离新方法即余弦函数拟合摇摆曲线方法Cosine—functionFittingRocking—curve，CFC)。在深入研究衍射增强成像理论及目前已有的衍射增强成像信息分离方法的基础上，利用衍射增强成像摇摆曲线与单周期余弦曲线的相似性以及余弦函数在卷积计算中的简便性，提出了利用余弦函数拟合摇摆曲线的设想，并给出了余弦函数拟合摇摆曲线信息分离算法的理论推导过程。相对于已有的信息分离方法，新的信息分离方法只需利用三张图像便可获得样品的吸收、折射和散射信息，降低了生物样品的辐射损伤，简化了实验数据采集和数据

7、处理过程。其次，研究了利用余弦函数对衍射增强成像的摇摆曲线拟合的可行性。在研究衍射增强成像的摇摆曲线线型的基础上，分析了使用高斯函数和余弦函数拟合DEI摇摆曲线的理论可行性，研究了含有不同样品信息(吸收信息、折射角信息和散射信息)的样品摇摆曲线的高斯函数和余弦函数拟合曲线参数与样品信息之间的关系。再次，从计算机模拟和实验两个方面验证了新信息分离算法。首先采用计算机模拟方法模拟出衍射增强成像余弦函数拟合方法的投影图像，并将计算机模拟结果与实验采集到的样品图像进行相对比。同时采用通常的多图统计方法和新方法对实验数据进行信息分离

8、处理并加以对比，验证了新方法提取吸收、折射折角和散射信息的可行性。衍射增强成像信息提取和分离的简便方法研究最后，定量研究了新信息分离方法的分离结果，验证了新信息分离方法在衍射增强成像定量测量中应用的可能性。利用标准模型样品，对实验数据采用新信息分离方法分离出的样品吸收、折射和散射信息与其理论值进行了定量