● 摘要
纳米尺度X射线相位衬度层析成像方法是一种将高分辨率扫描X射线显微镜成像技术与CT图像重建技术相结合的方法，通过Ptychograpic连贯图像的方式来获取相位投影图，从而结合CT技术实现样品三维重建，又称PXCT（Ptychographic X-ray CT）。PXCT可在纳米尺度无损观察样品内部微细结构信息，为纳米生物医学和材料科学等领域前沿研究提供了一种可行的手段，具有重要科学意义。本文主要从相位恢复理论和低剂量快速成像两方面，对纳米尺度X射线相位衬度层析成像方法开展研究。
本文完成的研究工作及取得的进展如下：
(1) 深入分析光学衍射理论，在此基础上建立了高分辨率扫描X射线显微镜成像的仿真平台，主要包括扫描方式、复值样品以及探测器仿真三个部分，为后续的高分辨扫描X射线成像技术和CT重建技术结合的相关研究奠定理论基础。
(2) 基于迭代相位恢复数学理论，实现了高分辨率扫描X射线显微镜成像技术的两种典型迭代相位恢复算法（PIE算法和DM算法），并从收敛速度、恢复质量上进行了比较；分析了相位解包裹问题，并基于相位缠绕公式实现了相位解缠。
(3) 为减少扫描时间和辐射剂量，为下一步实现活体成像奠定基础，基于传统的CT重建算法和压缩感知理论，研究了稀疏角度扫描相位衬度CT成像方法，探讨了FBP、ART、ART-TV等三种重建算法，完成了图像重建质量和运行时间的比较分析；重点分析了ART-TV算法,并利用慕尼黑工业大学物理系E17课题组在瑞士PSI同步辐射光源上获得的老鼠股骨样品X射线扫描数据完成了实验验证，证实了其应用潜力。
论文研究结果对生命科学、临床医学和材料科学研究有重要应用价值，具有一定科学意义。