● 摘要
X射线相位衬度成像技术利用X射线通过物体时所发生的相位偏移来反应物体内部电子密度，能够获得生物软组织和复合材料等弱吸收物质的高灵敏度图像。微焦点类同轴相位衬度成像方法对光源要求低，成像光路简单，具有广阔的工程应用前景。为此，本文开展了微焦点类同轴相位衬度成像重建算法研究。 论文主要研究工作和成果包括如下四个方面： (1)微焦点类同轴相位衬度成像理论基础研究。在分析光学衍射基本理论的基础上，分别推导了理想点光源和部分相干光源照射条件下的相位衬度成像调制公式，分析了微焦点源可作为类同轴相位衬度成像光源的理论依据，指出了同轴相位衬度成像的显著特征：边缘增强效应，为后续仿真和实验研究奠定了理论基础。 (2)成像参数对相衬调制函数影响理论和仿真研究。基于部分相干光源照射下的成像系统调制函数，讨论了焦点尺寸，管电压，成像几何参数等关键成像参数对相衬调制度的影响。利用MATLAB搭建了仿真平台，并据此仿真研究了各主要成像参数对成像效果的影响。 (3)成像参数对相位调制度影响规律的实验研究。利用微焦点CT系统作为实验平台，选取蚂蚁作为实验样品，分别采集了不同实验参数下的图像，采用计算蚂蚁头部的边缘增强系数(EEI)的方法评价了不同成像条件下所采集的图像质量。通过对比分析，得出不同实验参数对实际采集图像质量的影响规律：在该实验系统中，当管电压60-80kv、射线源到探测器距离300-360mm、成像放大比8-10倍、单幅图像叠加帧数16-32幅时，可得到良好成像效果。 (4)微焦点类同轴相位衬度CT重建算法研究。推导了一种适用于微焦点源照射下的相位衬度CT重建算法，并在考虑工程实际的基础上对其进行了扩展，使其可以满足系统硬件在三种不同几何约束下的重建要求。开展了数值仿真实验，验证该重建算法在不同的实验条件下的正确性。最后，分别采集了昆虫和复合材料的相位衬度CT扫描数据，通过比较采用传统重建方法和本文重建算法得到的结果，表明本文的算法有着明显的优势。 本文重建算法已在实际中得到应用，在类同轴相位衬度成像领域有一定应用潜力。