双能阵列X射线光栅成像技术的研究

X-ray phase contrast imaging can constitute an effective imaging of materials which belongs to the light elements, it makes up the shortages of X-ray absorption contrast imaging. X-ray grating-based imaging adopting the conventional ray source ,makes high cover imaging come true,so it is considered to be the most potential modality among X-ray phase contrast imaging when refers to the practicality. At present, when fetch the information of X-ray grating-based imaging,we need a great many pictures,so the temporal resolution of imaging system has to be reduced.The imaging system also needs sophisticated stepper platform, but it is not good to its compact design. So this paper proposes a dual-energy array X-ray grating-based imaging technology.In this way, we can obtain an imaging information when using single exposure with a special design of raster,and then the temporal resolution of imaging system is also improved. This method doesn’t need sophisticated stepper platform,so the problem ,that precision phase stepping was slack ,has been absolutely resolved.What’s more ,we have also studied the method of dual-energy array X-ray grating-based imaging technology and how to improve the accuracy. We design to extract the imfomation by two steps,one is filtering,and the other is to improve the contrast of the object displacement curve. At the last ,we build a experiment platform of dual-energy array X-ray grating-based imaging,it is used in proposing the way of imaging,extracting the information and improving the accuracy of imformation. We believe the results of research would improve the application process of X-ray phase contrast imaging in China....

X射线相位衬度成像可以对轻元素构成物质成像，弥补了吸收衬度成像不足。X射线光栅成像被认为是最具潜力走向实用的X射线相位衬度成像方式。当前，X射线光栅成像信息提取需光栅步进，获取多幅图像，降低了系统的时间分辨率；相位步进误差，降低了信息提取精度；精密步进平台的应用，不利于成像系统紧凑化设计。首先，本课题提出了一种双能阵列X射线光栅成像技术，通过采用双能阵列X射线源，及对分析光栅的特殊设计，无需光栅步进，可快速获取成像信息，提高了成像系统时间分辨率；不需要精密步进平台，彻底解决了精密相位步进松弛问题。其次，研究双能阵列X射线光栅成像信息提取方法及信息提取精度的提高方法，采用改进的两步法提取成像信息，滤波法和提高物体位移曲线对比度法提高信息提取精度。最后，搭建双能阵列X射线光栅成像实验平台，对提出的成像方式、信息提取方法，进行实验研究和验证。研究成果将有助于推动我国X射线相衬成像的实际应用进程。

传统的X射线检测是基于物质对X射线的吸收差异成像，但是由C、H、O、N等轻元素组成的物质对X射线的吸收比较微弱，无法有效成像。对于轻元素组成的物质，X射线相位的变化量是吸收变化量的一千到十万倍。因此X射线相位衬度成像技术被广泛关注和研究。X射线光栅相衬成像是X射线相位衬度成像一种，可以用普通射线源成像，是最有可能实际应用的一种相衬成像技术。但是当前的X射线光栅相衬成像存在系统复杂、成像效率低、步进精度要求高、光栅加工难度大等问题，限制了其实际应用。很多研究人员提出了多种的简化平台的方案。本课题也是对这个问题开展研究。设计了一种双能分析光栅，并应用于X射线光栅相衬成像，提出了一种双能X射线光栅相衬成像系统。阐述了该成像系统的成像原理和相位信息提取方法。提出的成像系统不需要精密步进平台，精简了成像系统，避免了步进误差导致的成像质量降低问题；两次曝光就可以成像，提高了成像效率；双能分析光栅的应用避免了分析光栅难以加工的问题。.首先，对提出的成像系统及其相位提取方法进行了仿真，仿真结果显示成像系统可以正常成像，提取到的检测样本的X射线相衬成像相位一阶导数分布与相关文献实验所得结果一致。其次，研究了不同X射线能量下，CsI厚度与荧光透过率，金属铋的厚度与光强透过率的关系。基于以上研究，设计了一种双能分析光栅，阐述了光栅结构及栅条的制作材料，分析了栅条厚度的计算方法，设计了双能分析光栅的结构。再次，研究了多步位移提取相位的方法，根据本课题成像系统，提出了一种与两步位移法类似的相位提取方法。然后，研究了光栅加工相关的工艺，加工了双能分析光栅。接着，搭建了双能X射线光栅相衬成像的实验平台，通过实验，获得了检测样本的相衬成像，证明了本文提出的成像方法的有效性。最后，对图像处理的均一化、滤波处理进行了研究，进一步提高了成像的性能。.本课题的研究成果，有助于推动X射线光栅相衬成像系统实用化进程。