基于退化模型的同轴相衬成像仿真模拟与实验研究

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1、基于退化模型的同轴相衬成像仿真模拟与实验研究SimulationandExperimentalResearchofIn-linePhaseContrastImagingBasedonDegradationModel学科专业：生物医学工程作者姓名：孙啸然指导教师：周仲兴副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月中文摘要传统X射线成像技术利用物体内各组成部分对射线衰减的不同程度来进行成像，若物体本身为各组成的衰减程度相差不大的弱吸收物质，则该技术难以区分内部结构，对其做清晰显示。X射线相衬成像是一种基于相位信息的新兴X射线成像技术，它将由物体引入的相位变化转化为图像强度以此获得

2、成像结果，广泛应用于临床早期诊断、工业材料检测、艺术鉴定等多个领域。在各类相衬成像方法中，同轴相衬成像无需引入额外的光学装置，被认为是最有临床发展前景的相衬方法之一。本文重点讨论了同轴相衬成像方法，旨在利用数值模拟模型指导实际相衬成像，提高图像可见度，优化成像质量。本文的工作主要包括以下四个部分：首先以菲涅尔-基尔霍夫理论作为基础，建立同轴相衬成像及孔径编码相衬成像方法的数值模型，并设计合理可靠的仿体实验，验证模型的有效性。在此基础上，研究系统几何参数、光源探测器特性、物质材料对成像的影响方式，采用对比度和调制传递函数两种参数进行质量评价。而后，标定实验室实际的PiXarray-100

3、相衬成像系统的系统传递函数，并将标定结果应用到数值模拟中。为了抑制成像系统非理想性对相衬成像结果的恶化效应，本文最后研究了基于维纳滤波和小波维纳滤波的图像复原方法，通过模拟实验和实际成像对方法进行了验证，证明了小波维纳滤波可以克服相衬恶化效应，有效提高图像的可见度。关键词：同轴相衬成像，调制传递函数，点扩散函数，噪声，小波维纳滤波IIIABSTRACTTraditionalX-rayimagingtechnologygenerallyformanimagebyexploitingthedifferentlevelsofradiationattenuationoftheeachcompo

4、nentwithinthemeasuredobject.However,whenthesampleisaweaklyabsorbingmaterial,thistechnologyisdifficulttodistinguishtheinternalstructureandshowclearimagingresults.Basedonphaseinformation,X-rayphasecontrastimaging(XPCi)isanovelmethodwhichtransformsthephaseshiftintroducedbytheobjectintoimageintensit

5、y,widelyusedinearlyclinicaldiagnosis,industrialmaterialsdetection,artconnoisseurshipresearchfieldandsoon.VariousXPCimethodshavebeenproposed,thein-linephasecontrastimagingisregardedasoneofthemostpromisingclinicalmethodsowingtonoadditionalopticaldevices.Thisworkisfocusedonin-linephasecontrastimagi

6、ng,aimingtoguidetheactualimagingbythenumericalsimulationmodel,improvingtheimagevisibilityandoptimizingtheimagequality.Thispapermainlyincludesthefollowingfourparts.Firstly,basedontheFresnel-Kirchhoffdiffractiontheory,thenumericalmodelsofin-lineandcodedaperturephasecontrastimagingareestablished,an

7、dreasonableandreliablephantomexperimentsarecarriedouttoprovethevalidityofthemodel.Onthisbasis,weexploretheeffectsofsystemgeometricparameters,sourceanddetectorcharacteristicsandmaterialmaterialsontheimagingresults.Contrastand