X射线定量相衬成像及其生物医学应用研究
X射线定量相衬成像过程即为利用算法从X射线相衬像的强度分布中获得样品位相信息的过程，也称为位相重构。近年来随着光源和探测技术的不断发展，尤其是第三代同步辐射装置的发展使得X射线相衬成像成为可能。X射线相衬成像弥补了传统X射线吸收成像的不足，能够对生物软组织、低Z材料组成样品及薄样品成清晰像。它在生物医学、材料科学、环境科学、考古学及中药材鉴定等诸多领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。X射线相衬成像方法中同轴轮廓法由于装置简单、对光源相干性和通量要求相对较低的特点而受到更多关注。不需要使用完美晶体、利用实验室光源就可以进行成像。这种低造价、可普遍推广的特点使得同轴轮廓法在医学临床应用领域具有其他方法无可替代的发展优势。受成像原理限制，这种成像方法具有两个不足之处：(1)相衬像的强度分布与位相改变量为二阶导数关系；(2)相衬像中直接包含散射信息和吸收信息。正在建设的上海光源X射线成像及生物医学应用光束线站也需要X射线定量相衬成像软件用于实验数据处理。论文以实际应用为最终目的，针对相衬成像的不足之处开展了适合于同轴轮廓法的X射线定量相衬成像的软件开发和应用研究，完成以下创新性工作：
1、X射线定量相衬成像软件编写及模拟研究。采用Visual C++语言，分别采用TIE算法和傅里叶光学算法成功编写了重构软件，分以下四种情况开展了定量相衬成像的模拟研究：纯位相物体单图重构位相信息；均匀物体单图重构；改变样品到探测器距离两图重构；改变光子能量两图重构。利用北京同步辐射装置和微聚焦X射线管记录X射线同轴轮廓成像，利用编写的软件进行位相重构，结果表明该软件可有效重构样品的精确信息。
2、利用编写的软件较为系统地研究了影响成像质量的各种因素，利用软件模拟的优势进行了目前很难实现的条件下的成像研究，获得了一些新的结果，在实验可开展范围内实验结果与模拟结果相符。光子能量对成像质量的影响研究表明，可以在多个光子能量处获得质量接近的相衬像，也就是说，相衬成像的生物医学应用中可根据样品对剂量的要求选择成像光子能量，同时保证成像质量。
3、针对同轴轮廓法中不能直接消除散射的特点，较为系统地研究了同轴轮廓成像中散射的影响。给出了散射影响随样品到探测器距离变化曲线，提出增大样品到探测器距离、并利用定量相衬成像重构可明显降低散射影响。
4、开展了血管的无造影剂成像研究。以临床诊断中涉及最为广泛的微血管为依据创建样品模型，开展了微血管的可行性模拟成像研究。结果表明，利用定量相衬成像实现微血管的无造影剂成像是可行的，且可获得微血管的精确尺度。
- 作者：
- 刘丽想
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 粒子物理与原子核物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 肖体乔
- 中图分类号：
- R318；R812
- 关键词：
- 相衬成像；位相重构；微聚焦X射线管；同步辐射；生物医学
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