摘要：非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化问题的一阶原对偶算法,提出非线性迭代重构算法来解决非凸问题。通过构建成像系统模型对算法的收敛性和重构精度进行了模拟验证,模拟中重建的图像首先通过检验在极窄的显示窗口中显示小于1%的对比度,然后使用相对于真实图像的差异的l2范数进行定量分析。模拟结果表明,在计算精度范围内,非线性重构算法可以收敛到真实图像,而且对于图像衬度小于1%的细节,重构图像也可以显示出来。该研究结果可为设计有效补偿非线性体效应伪影的计算机断层扫描成像应用算法提供参考。

摘要：为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.

摘要：通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像系统的理论分析,利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏,组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统.在此系统上开展了生物样品的实验研究,获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像.从而试验验证了该系统方案设计的可行性,为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.

摘要：从电源和驱动时序两方面入手,对影响CMOS图像传感器LUPA-4000成像质量的各种因素进行了分析。在此基础上,设计并实现了一套基于FPGA和ARM的具有参数调整功能的成像系统。LUPA-4000工作中需要调节的7种电源,采用了可调电阻与相应电源芯片相结合的方法进行设计。调整LUPA-4000驱动时序所需的多个参数首先在PC机中进行设置,然后通过基于ARM的以太网传输至FPGA。实测显示,该成像系统操作灵活、可扩展性强,能够对LUPA-4000驱动时序中多种参数进行精确的调整。本文对在实现该成像系统中需要解决的三个主要问题:硬件电路中可调电源的设计、参数的设置与传输方法以及LUPA-4000驱动时序的FPGA实现,都进行了详细的描述。

摘要：理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理,采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式。然后建立一个水合蛋白质细胞模型,对成像系统进行了参数设计,得出1～2keV的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择。针对10μm厚的细胞模型,选取1.5keV的中能X射线做模拟计算,采用多步相移法从模拟条纹图中恢复出了细胞模型的相位信息。模拟结果表明在相同信噪比下采用中能X射线得到的相衬图像比吸收图像具有更好的衬度和细节分辨率,为今后相关的实验奠定了基础。

摘要：吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。

摘要：针对高端面阵CMOS图像传感器LUPA-4000驱动时序的特点,通过设计一套基于FPGA和ARM的成像系统,实现了LUPA-4000开窗读出功能。LUPA-4000工作模式、开窗位置及大小等拍照参数均可经上位PC机设置后,通过以太网发送至FPGA。所获取的图像信息在PC机中存储,并可按照实际窗口大小转换为bmp格式后进行显示。本文对在实现开窗功能过程中需要解决的三个主要问题:拍照参数的传递、LUPA-4000驱动时序的FPGA实现以及PC机端图像数据的格式转换,都进行了详细的描述。

摘要：X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

摘要：随着X射线光栅相衬成像视场的扩大,相位步进法中的位移误差会对相衬图像造成很大影响.提出一种X射线大视场光栅相衬成像位移误差的数值分析方法,通过数值计算获得不同位移误差下两个聚苯乙烯小球的相衬成像结果.理论模型的数值计算结果表明,位移误差会导致小球相衬图像产生明暗条纹的背景干扰,位移误差越大,其相衬图像受背景条纹的干扰越严重.当位移误差达到光栅周期的1/10时,小球相衬信息几乎被背景条纹所淹没,致使其边缘信息无法识别.要获得背景均匀的大视场相衬图像,则位移误差最好控制在光栅周期的1/100以下.分析结果可为X射线大视场相衬成像系统的设计提供参考依据.

摘要：为了满足X射线相衬成像技术对图像采集装置的大面积和高分辨率的特殊要求,提出了一种基于ARM9和FPGA的远程图像采集控制传输系统的设计方法。系统由LUPA4000CMOS图像传感器、ARM9、DM9000A、FPGA、DDR2 SDRAM等器件组成。采用FPGA和DDR2技术,可以对大数据量的图像数据进行实时缓存,解决了高分辨率、大数据量图像数据实时存储和获取的关键问题。采用以太网远程控制传输的方法,能有效避免X射线辐射。实验结果表明,该系统可以实时准确地获取大面积、高精度图像数据。