X射線光柵相位襯度成像技術(shù)和方法研究.pdf

1、X射線相位襯度成像技術(shù)是通過(guò)探測(cè)X射線穿過(guò)物質(zhì)的相位變化來(lái)進(jìn)行成像的，在硬X射線波段(10-100 keV)，對(duì)于碳、氫、氮、氧等輕元素，其相干散射截面（即相移截面）是各自吸收截面的1000多倍，因此理論上來(lái)說(shuō)對(duì)于那些由輕元素組成的物質(zhì)，硬X射線相位襯度成像技術(shù)能夠提供比傳統(tǒng)吸收襯度成像技術(shù)高達(dá)上千倍的測(cè)量靈敏度。X射線相位襯度成像技術(shù)因而在生物軟組織分辨、社會(huì)安全檢查和工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中有著巨大的應(yīng)用前景。
　　在目前眾多的X射線相

2、位襯度成像技術(shù)中，基于Talbot-Lau干涉儀的X射線相位襯度成像方法，由于能利用普通的X光管進(jìn)行有效的折射信息提取，使X射線相位襯度成像擺脫了同步輻射光源和微焦點(diǎn)光源的約束，因而成為了目前最流行的X射線相位襯度成像技術(shù)。
　　然而在目前基于Talbot-Lau干涉儀的X射線相位襯度成像技術(shù)中，存在著諸多不足和缺陷。為了完善和推動(dòng)目前的X射線光柵相位襯度成像技術(shù)，本學(xué)位論文主要在以下幾個(gè)方面開展了研究工作。
　　1.X射線

3、光柵相位襯度成像平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一個(gè)X射線光柵相位襯度成像試驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)了一套集儀器控制、圖像采集和數(shù)據(jù)后處理等功能于一身的科研類軟件。與目前主流的基于Talbot-Lau干涉儀的X射線光柵相位襯度成像裝置相比，該X射線光柵相位襯度成像裝置最大的特異性是利用大周期吸收光柵產(chǎn)生的幾何投影莫爾條紋作為載波信號(hào)來(lái)進(jìn)行折射信息提取的，該試驗(yàn)平臺(tái)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
　　(1)容易實(shí)現(xiàn)高能量、大視場(chǎng)的X射線光柵相位襯度成像;

4、r>　　(2)X光管出射的不同波長(zhǎng)的復(fù)色光都能完全滿足成像系統(tǒng)的參數(shù);
　　(3)能實(shí)現(xiàn)管電壓大范圍隨意調(diào)節(jié)的X射線光柵相位襯度成像;
　　(4)機(jī)械振動(dòng)和熱膨脹等外界因素對(duì)成像系統(tǒng)的影響較小。
　　2.X射線光柵相位襯度成像實(shí)驗(yàn)研究(1)有機(jī)玻璃圓柱棒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該X射線光柵相位襯度成像系統(tǒng)的正確性和試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性;
　　(2)在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)方面，實(shí)驗(yàn)表明X射線相位襯度成像技術(shù)在探測(cè)由輕元素組成的物質(zhì)（如

5、SU8光刻膠）方面，具有較高的圖像對(duì)比度和細(xì)節(jié)分辨本領(lǐng)。
　　3.X射線光柵相位襯度成像中的新技術(shù)和新方法研究(1)結(jié)合構(gòu)建的X射線光柵相位襯度成像平臺(tái)，提出了一種靈活的雙能X射線光柵相位襯度成像方法，在該實(shí)施方法中，選取的兩個(gè)能量（管電壓）可以隨意調(diào)節(jié)，這拓展了雙能X射線相位襯度成像的使用范圍（在目前基于Talbot-Lau干涉儀的雙能X射線相位襯度成像技術(shù)中，選取的兩個(gè)管電壓幾乎固定不可改變）;
　　(2)首次把可見光相

6、位測(cè)量技術(shù)中廣泛應(yīng)用的積分水桶相位測(cè)量法引入到X射線光柵相位襯度成像中，用來(lái)代替目前普遍采用的相位步進(jìn)法。積分水桶相位測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是在快速成像中能提高機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)可以降低樣品所接受的不必要的輻射劑量，并且能很好地與X射線相位襯度CT成像技術(shù)相結(jié)合（基于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，我們可以提出一種新的利用同步輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨X射線相位襯度層析成像的方法），積分水桶法因而在醫(yī)學(xué)影像和工業(yè)檢測(cè)中有著巨大的應(yīng)用前景。
　　(3)提出了對(duì)相位步