全场X射线荧光CT方法研究

Microbeam X-ray fluorescence computed tomography（μ-XFCT）can obtain the element distribution on an arbitrary virtual section. μ-XFCT has been applied in many fields. In μ-XFCT studies, the sample is scanned line by line with a pencil beam of synchrotron X-rays, which takes an enormous amount of acquisition time to acquire a 3D tomographic image. In this project, a full-field X-ray fluorescence computed tomography is to be developed at SSRF to improve the test efficiency. The object is illuminated with a whole-volume incident beam. And X-ray fluorescence photons are collected by an X-ray detector with a polycappillary collimator. Combining subset expectation maximization and total variation(OSEM-TV) to reconstruct the information of samples with high image quality from undersampled data. Another X-ray camera is used for detecting the transmission x-rays for transmission CT(TCT). Base image fusion from XFCT image and TCT image, the resulting image will be more informative: from structural imaging to functional imaging.

微束X射线荧光CT可无损地重建样品中三维元素分布信息，已广泛应用到多个研究领域。微束XFCT采用点扫描的成像模式，获取一副元素分布图像特别是元素三维分布时，需花费大量的时间，严重限制了该方法的广泛应用。本研究旨在建立一种全场X射线荧光CT方法，采用全场照明方式，利用多毛细管准直器法测量样品内部发出的特征X射线荧光，最后基于OSEM迭代算法和全变分约束（OSEM-TV）获得欠采样条件下较好的重建结果，提高Ｘ射线荧光CT的实验效率；同时利用成像探测器采集透射CT数据，一次实验获得全场X射线荧光CT与透射CT的数据，结合图像融合技术实现从结构成像到功能成像。

X射线荧光CT可无损地重建样品中三维元素分布信息，然而获取一幅元素分布图像特别是元素三维分布时要花费大量的时间，严重限制了该方法的广泛应用。本研究旨在建立一种全场X射线荧光CT方法，提高X射线荧光CT的实验效率。.首先自行设计并成功研制了针对X射线荧光成像系统的多毛细管与单毛细管椭球镜，利用两种毛细管基于上海光源成像线站及实验室X射线源，分别搭建了两套X射线荧光成像系统，并开展了X射线荧光mapping成像与X射线荧光CT实验研究；同时将MLEM与OSEM算法应用到X射线荧光CT图像重建中，减少图像重建对投影数据量的需求同时提高重建精度，实现了快速X射线荧光CT成像。.在上海光源将全场X射线荧光成像与K边剪影成像结合，通过引入衬噪比和主成分吸收校正，消除了噪声及强吸收背景的影响，成功建立了掺杂元素含量和全场图像灰度之间的线性关系，实现了高灵敏全场元素分辨成像方法；该方法已应用到合金掺杂元素分布研究中，成功揭示了无铅焊料中掺杂元素的异常聚集，在相关领域微量元素定量分布研究中具有广阔的应用前景。