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硬X射线衍射增强成像CT

作　者: 于健
导　师: 孙怡；朱佩平
学　校: 大连理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: X射线衍射增强成像几何失真校正 CT重建
分类号: TN27
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

衍射增强成像(Diffraction Enhanced Imaging)作为一种X射线相位衬度成像技术，近年来已成为X射线成像研究领域中的一个热点。利用同步辐射光源，衍射增强成像对物质内部结构的分辨能力已经达到微米量级，同时根据相位衬度成像原理，可以将X射线可检测的物质范围延伸到由轻元素组成的生物软组织以及有机材料等弱吸收物质，这是传统的X射线成像方法所不能比拟的。目前，衍射增强成像在医学、生物学以及材料学等领域的探索性研究中取得了巨大成功，因此对衍射增强成像CT技术的研究具有重大的理论与实际意义。本论文基于衍射增强成像技术开展了如下三方面研究：平行束CT系统的几何失真校正、衍射增强成像中多种信息的CT重建以及衍射增强成像中的图像融合。首先，本论文通过分析平行束CT系统的理想成像关系，提出了一种适用于平行束CT系统几何失真校正的方法。该方法用物体旋转轴以及探测器的相对位置关系来描述整个系统的几何失真情况，分析了平行束CT系统成像的特点，通过调整角度失真和位移失真两个失真参数对系统进行几何失真校正，极大地提高了图像重建质量。衍射增强成像CT是本论文的核心部分。论文分别利用衍射增强成像中吸收、散射和折射信息对物体进行重建，分析了现有CT重建算法在这几种信息重建时的适用性，并着重在折射CT重建方面进行了研究，根据是否满足CT重建中旋转不变的条件这一特性，将折射CT分为两种模式：旋转不变模式和旋转变化模式。在旋转不变模式中，分析其成像原理并提出可利用现有CT算法对其进行直接重建；在旋转变化模式中，通过分析梯度在旋转过程中的性质，提出了旋转变化的相位项导数重建算法。同时，根据折射投影是折射率沿垂直于X射线传播方向的导数的积分这一特性，提出了利用Radon变换对折射率中相位项重建的新方法，该方法可以方便快速地直接重建出物体对X射线的折射率。最后，本文将图像融合技术引入到衍射增强成像CT中，利用像素级融合方法中的空间域融合方法对物体的吸收、散射以及折射信息进行融合，所得的融合结果可以在单一图像中体现物体的多种信息，并且更完整地反映出物体的内部结构特征。

全文目录

独创性说明  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-16
  1.1 课题的研究意义  9-11
  1.2 研究概况及发展趋势  11-14
    1.2.1 相位衬度成像  11-13
    1.2.2 衍射增强成像及其CT技术  13-14
  1.3 本文主要工作及论文结构安排  14-16
2 衍射增强成像  16-31
  2.1 基本光路图  16
  2.2 同步辐射X射线  16-17
  2.3 摇摆曲线  17-19
  2.4 物体与 X射线相互作用  19-23
    2.4.1 物体对 X射线的吸收  19
    2.4.2 物体对 X射线的散射  19-20
    2.4.3 重新接收的散射光  20-21
    2.4.4 物体对 X射线的折射  21-23
  2.5 信息分离原理  23-28
    2.5.1 折射信息分离  23-25
    2.5.2 吸收信息分离  25-26
    2.5.3 散射信息分离  26-28
  2.6 实际数据信息分离结果  28-31
3 衍射增强成像CT  31-54
  3.1 平行束CT系统几何失真校正  31-39
    3.1.1 平行束滤波反投影重建算法  31-32
    3.1.2 平行束CT系统的几何失真情况  32-33
    3.1.3 角度失真  33-35
    3.1.4 位移失真  35-36
    3.1.5 几何失真校正方法及重建结果  36-39
  3.2 衍射增强峰位CT  39-41
    3.2.1 峰位成像原理  39
    3.2.2 CT原理及重建结果  39-41
  3.3 衍射增强吸收及散射CT  41-43
  3.4 衍射增强折射CT  43-54
    3.4.1 CT对重建物理量提出的旋转不变性要求  43-44
    3.4.2 旋转不变的相位项导数重建CT  44-45
    3.4.3 旋转不变的相位项导数重建结果  45-47
    3.4.4 旋转变化的相位项导数重建CT  47-49
    3.4.5 相位项直接重建CT  49-51
    3.4.6 旋转变化的相位项导数重建结果  51-54
4 基于衍射增强成像的图像融合  54-61
  4.1 图像融合概述  54-55
  4.2 基于空间域的衍射增强成像图像融合  55-56
  4.3 实验结果  56-61
5 总结与展望  61-63
  5.1 本文工作总结  61-62
  5.2 工作展望  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-68
大连理工大学学位论文版权使用授权书  68

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