基于常规X射线源的相位衬度成像方法研究

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1、分类号：密级：公开研究生学位论文论文题目（中文）基于常规X射线源的相位衬度成像方法研究StudyofConventionalX-raySource-based论文题目（外文）Phase-contrastImagingMethods研究生姓名张催学科、专业物理学·粒子物理与原子核物理研究方向X射线相位衬度成像学位级别博士导师姓名、职称李公平教授论文工作起止年月2015年09月至2018年06月论文提交日期2018年10月论文答辩日期2018年11月学位授予日期校址：甘肃省兰州市III基于常规X射线源的相位衬度

2、成像方法研究中文摘要X射线相位衬度成像与传统的吸收衬度成像相比具有独特的优势，对轻质材料、密度相近材料能够给出更高的图像衬度和细节分辨，在医学、生物学、材料科学等领域具有重要的应用价值，是目前X射线成像研究领域的热点。而基于常规X射线源的相位衬度成像技术是X射线相位衬度成像推广普及的关键，具有极其重要的研究意义，目前该技术在成像方法等方面还存在许多问题。基于几何光学建立了数值模拟模型，研究了基于分析晶体成像和基于编码光阑成像两种可基于常规X射线源实现的相位衬度成像方法。针对信息提取方法、成像方法和物理设计中

3、存在的问题进行研究，主要工作及结果概括如下：首先，研究了常规X射线源条件下基于分析晶体成像中多图信息提取方法的特性。随着泊松噪声的增大，信息提取结果将出现退化，像素光子计数大于1000时，噪声影响较小。采集方案的选取受到折射角理论值和噪声水平的影响。吸收、折射和散射三种信息在提取过程中将相互干扰，其中折射和散射相互影响较大。实际应用中需考虑噪声、采集方案和信息干扰的影响。其次，在基于编码光阑成像的研究中，提出了基于照明曲线中心斜率的量化信息提取方法，研究了折射角灵敏度和信息提取精度对源尺寸的依赖关系。结果显

4、示所提出方法能够提取到更为精确的折射角信息。此外折射角灵敏度受源尺寸的影响较小，表明基于编码光阑成像能适用于常规X射线源。再次，在标准基于编码光阑成像方法(DM-DS)和现有单曝光成像方法(SM-SS)的基础上，提出了一种新的单曝光成像方法(DM-SS)，对比研究了三者的特性。结果显示DM-SS在不同因素的影响下，均具有相对更好的特性表现。DM-SS的衬度增强和单曝光特性有助于基于编码光阑成像技术转化为实际应用。最后，开展了基于编码光阑成像装置的物理设计和编码光阑的试制。给出了装置的组成、布局和硬件参数，从

5、图像衬度、成像时间等方面评估了系统的性能。此外，探索了熔融法在编码光阑制作中的应用，利用铅粉和金粉开展了试制。结果表明熔融法是一种潜在的编码光阑制作方法，但仍有待改进和完善。关键词：X射线成像，相位衬度，成像方法，基于分析晶体成像，基于编码光阑成像IIIStudyofConventionalX-raySource-basedPhase-contrastImagingMethodsAbstractX-rayphase-contrastimaging(XPCI)cangethighcontrastandreso

6、lutionforlightordensity-similarmaterials.Ithasuniquesuperioritycomparedwithconventionalabsorption-basedimagingandhasimportantapplicationvalueinmanyfields,suchasmedicine,biomedicalandmaterialsscience.Nowadays,XPCIisahotspotinthefieldofX-rayimaging.Theconven

7、tionalX-raysource-basedXPCItechniqueshasextremelyimportantsignificanceandisthekeytothepopularizationofXPCI.However,therearestillmanyproblemsinimagingmethodsintheconventionalX-raysource-basedXPCItechniques.Inthiswork,anumericalsimulationmodelisbuiltaccordin

8、gtothegeometricoptics.WefocusonthestudyofconventionalX-raysource-basedXPCImethods,twoimplementationmethods,i.e.analyzer-basedimaging(ABI)andcoded-aperturebasedimaging(CBI)arestudied.Researchesarecarriedouttos