论文题目：X射线光栅相位衬度成像实验技术和应用研究
摘要：近二十年来,X射线相衬成像得到快速发展,形成了若干种方法。大部分X射线相衬成像方法需要高空间或时间相干性光源,因此都局限于同步辐射或者微焦点光源。然而,光栅相衬成像能够使用大功率的常规X光管作为光源,并且兼容大视场的平板探测器,给X射线相衬成像应用于临床和工业带来曙光。另外,光栅相衬成像能同时得到吸收、折射和散射三种相互补充的衬度信息,提供了传统吸收成像无法探测的信息。经过全世界大量科学家的努力,X射线光栅相衬成像已经取得了巨大的发展,在许多应用领域进行了尝试。特别是在医学成像方面,大量的预临床实验取得了令人鼓舞的结果,吸引了越来越多科学界和工业界的关注和投入。本论文围绕光栅相衬成像这一热点方向,在搭建的光栅相衬成像系统的基础上,对X射线光栅相衬成像的实验技术进行了深入地探索;针对系统出现的问题,对光源、光栅和探测器这些核心部件进行了检测和优化,分析了问题并提出了相应的校正和改进方案;通过实际实验,对光栅相衬成像方法在生物医学成像和食品检测等应用进行了初步探索。这些工作将大大地促进光栅相衬成像技术的广泛应用。本论文的研究成果归纳如下:1.光栅相衬成像装置实验技术:前期完成了基于几何投影的非相干光栅相衬成像系统的搭建,总结了一套完整精细的光栅相衬成像实验技术和数据处理流程;最后通过性能测试比较本系统和传统Talbot-Lau干涉仪,指出了本系统的特点。2.X光源的光强偏移现象及校正方法:发现了提前折射信息错误现象,进而分析了光强漂移对实验结果的影响。分析光强随时间的变化的规律,利用线性的拟合获得光强的解析表达式,再基于位移曲线提出了一种光强漂移的校正方法,并利用光栅相衬成像实验验证了该方法的有效性。3.吸收光栅优化放置的成像系统:为了减小光栅的热振动和损伤,基于光栅结构和材料的特点,分析并比较了正入射和背入射两种光栅放置方案。计算和实验表明两种方案在成像结果上一致,但背入射能减小相应的热效应带来的光栅振动乃至变形,提高系统的稳定性,延长光栅使用寿命。4.改进的光栅相衬成像探测器校正方案:为了简化现有探测器校正过程中的复杂操作,提出了一种将源光栅和光源作为一个整体参与增益校正的探测器校正方法,并通过实验验证了方案的可行性。进一步从理论上分析了暗电流和增益校正对三个信息的影响,提出了一种只需要暗电流校正的光栅相衬成像探测器图像校正方法。实验表明新方案和现有方法成像效果一致,并且能大幅度的简化实验操作过程,提高工作效率和系统稳定性。5.生物医学成像和食品检测等应用探索:提出了一种结合吸收和折射的新型骨密度测量方案并通过理论计算和实验得到了验证;基于鲫鱼的光栅相衬成像结果,发现并验证了不同的样品处理方法对相衬成像实验结果的影响;最后,以常见的黄梅干和圣女果作为样品,探索了相衬成像在食品检测方面的潜力。
关键词：光栅相衬成像;实验技术;系统优化;图像校正;光栅相衬成像的应用
学科专业：核科学与技术
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论(X射线光栅相衬成像研究进展)
1.1 引言——X射线吸收成像
1.2 X射线相衬成像
1.3 X射线光栅相衬成像
1.3.1 Talbot自成像效应
1.3.2 X射线光栅干涉仪
1.3.3 图像采集和信息提取方法
1.3.4 最新研究进展
1.4 个人工作和本论文结构安排
第2章 合肥X射线光栅相衬成像系统
2.1 系统介绍
2.2 实验技术
2.2.1 系统调试
2.2.2 数据采集
2.3 实验数据处理和伪像
2.3.1 束线硬化
2.3.2 机械误差
2.3.3 相位伪像
2.4 系统特点
第3章 光栅相衬成像中光源和光栅的优化和校正
3.1 光强漂移现象及校正方法
3.1.1 问题的引出
3.1.2 光强漂移的验证和校正方法
3.1.3 校正结果和讨论
3.2 光栅检测及优化放置方法
3.2.1 光栅的检测
3.2.2 吸收光栅能量沉积的计算
3.2.3 光栅优化放置方法以及实验验证
第4章 光栅相衬成像中改进的探测器校正方法
4.1 保留源光栅的探测器校正方法
4.1.1 新型阵列靶光源的启发
4.1.2 实验验证
4.1.3 实验结果和讨论
4.2 免增益校正的探测器校正方法
4.2.1 暗电流和增益校正对光栅相衬成像中三个信息的影响
4.2.2 实验验证
4.2.3 实验结果和讨论
第5章 X射线光栅相衬成像的实验应用探索
5.1 在生物医学成像中的应用探索
5.1.1 基于光栅相衬成像的新型骨密度测量方案
5.1.2 鲫鱼的光栅相衬成像研究
5.1.3 其他
5.2 在食品检测领域的应用探索
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢