生物组织对X射线的折射率因子

目的：传统X射线医学成像是利用X光透过物体时的吸收不同而成像，即只考虑了X光波的强度衰减信息，而忽略X光波的相位变化信息。为提高成像分辨率，利用X光波的相位信息，可以实现相衬成像新技术，以进一步区分不同软组织之间的差别。事实上，X光与物质相互作用时强度的衰减与相位的变化均与物体的折射率有关。本文旨在通过讨论X射线对生物组织的折射率的实部和虚部所包含的物理意义，分析比较了对于通常生物组织X射线通过时吸收与相位改变的大小。方法：基于X光属于电磁波这一性质，借助X光的电磁理论，从微观层次上考虑X光与物质相互作用的过程和细节。为简单起见．先分别考虑了n个原子中的电子和原子核对X光的散射效应，然后综合计及生物活细胞中k种不同组分的物质对X光的散射效应的总和，以得到接近实际的吸收项与相位项。结果：给出了不均匀介质中线性吸收系数和空间位置不同引起的相位改变量的表达式；导出了复折射率的表达式，得到了实数折射率和虚数折射率与原子散射因子的关系；分析比较了含有不同组份的生物组织的相位项与吸收项的大小。结论：物质对X光的吸收与相位变化与物质折射率的实部与虚部有关，根据导出的复折射率的结果，表明X射线与生物组织相互作用时，其相位改变项要远大于吸收项。一般情况下，X射线能量在10keV-100keV之间时，相位项6大约是吸收项卢的1000倍。因此．利用相衬成像技术．可以得到比传统X光吸收成像清晰度高得多的相位衬度图像。     

微焦点类同轴X射线相衬成像实验及相位恢复重建

目的:基于微焦点X射线源,进行相衬成像实验和相位信息提取。方法:根据Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干性与时间相干性的影响,对连续X射线相衬成像的一般公式进行推导。根据从含有相位信息和吸收信息的图片里提取纯相位信息的方法,通过MATLAB对相衬图片进行处理。结果:实验一,对塑料吸管进行相衬成像,通过改变探测器与样品之间的距离,得到比传统X射线成像更清晰、放大且能够突出边界信息的图像;实验二,在电压分别为45 kVp和70 kVp的情况下得到硼硅酸盐玻璃的相衬图像,然后通过相位恢复重建得到含有纯相位信息的相衬图像。结论:对于轻元素物质,微焦点类同轴X射线相衬成像比传统X射线相衬成像的分辨率高、图像衬度好;相位信息提取技术将会大大促进微焦点类同轴X射线相衬成像技术在普通实验室应用和医学肿瘤检测等方面的应用进展。     

X射线相位衬度成像的研究进展

在临床医学和材料科学等领域,基于吸收衬度的X射线成像技术是一种非常重要的诊断工具.然而,对于生物医学软组织、聚合物或纤维材料等,由于它们对X射线的弱吸收,这种传统X射线成像技术的应用受到了限制.相位衬度成像是目前X射线成像领域的最新前沿技术和研究热点之一,它能检测对X射线弱吸收的轻元素物质,空间分辨率可达微米甚至亚微米量级,与传统X射线吸收成像技术相比具有独特的优势,并且在医学、生物学、材料科学等领域上获得了成功.介绍了X射线相位衬度成像的原理、成像特点和应用情况.     

微焦点X线相衬成像技术的边缘信号增强特性研究

目的：研究确定微焦点X射线相衬成像技术的边缘信号特性,以更好地从理论和实验角度,来解读X射线相衬成像结果中的图像信息,更好地确定基于微焦点的X射线相衬成像设备中的相关成像参数,以提高X射线相衬成像技术的应用效果。方法：本文以X射线的折射现象为物理基础,将菲涅耳衍射理论和傅立叶变换相结合,建立X线相衬图像对物体相位信息的二阶微分理论模型,揭示了微焦点X线相衬成像技术的边缘结构信号增强特性及其内涵。再通过计算机仿真实验和对真实光纤样品的物理实验,来观察和验证X线相衬成像技术的边缘结构信号增强特性。结果：计算机仿真实验和对真实光纤样品的物理实验的一致结果显示：基于微焦点的X线相衬成像技术,对样品的边缘结构信息具有明显的信号增强特性,通过相衬图像能够突出显示弱对比物体内部结构的边缘信息。结论：X线相衬成像是一种全新的成像方法,它弥补了传统成像方法在对弱吸收物质成像上的不足,研究证实,这种技术具有对样品内部的微细结构进行边缘增强的成像特性,这为进一步的技术开发和设备参数的优化提供了很好的研究基础。     

衍射增强成像的生物医学应用研究进展

【摘要】X射线相衬成像技术是近年来研究开发的高衬度和高空间分辨率的新型成像技术,和传统X射线成像技术相比,它可满足生物软组织微观成像条件,获得软组织的丰富内部微观结构细节。衍射增强成像（DEI）是相衬成像技术的研究热点。利用基于DEI的信息提取和CT重建等图像处理技术,能够获得生物样品高质量图像及三维精细微观结构,更好地显示样品内部的结构和细节。结合DEI的理论和图像处理方法介绍了DEI技术的生物医学应用进展。     

同步辐射在显微CT中的应用

计算机X射线断层成像技术(CT)是利用X射线的穿透能力对物体进行扫描,所得信号经过反投影的算法而得到物体二维分布的一种成像方法,已经在医学诊断、工业探伤等领域广泛应用.但是由于实验室光源的低通量,光源点大小及其单色性等限制了其向高分辨发展,通常其分辨率在0.5mm左右.利用微焦点X射线源作为光源的显微CT分辨率可以达到微米量级,但是由于其光通量低且为非单色光,对不同样品有不同程度的束线硬化,影响了其真实分辨率.同步辐射作为一种新兴的光源有高亮度、高光子通量、高准直性、高极化性、高相干性及宽的频谱范围的特点,配合高分辨的X射线探测器,可以发展同步辐射显微CT,其分辨率可达10μm以下.利用同步辐射的高空间相干性开展位相衬度显微CT的研究,对低吸收物质也可以清晰三维成像.新建的上海光源的X射线成像及生物医学应用线站开展了三维显微CT方面的研究,经过初步试验,得到了较好的结果.     

硬X射线相衬成像在裸鼠肿瘤成像方面的研究

传统x射线对软组织的成像是目前的技术弱点.硬x射线是用x射线穿过物体后,x射线的相位改变作为成像因子,它对软组织有较好的成像效果.本课题用硬x射线成像对肝肿瘤组织和胃肿瘤组织进行成像.将25 μl HCT-8人结肠癌细胞移植在裸鼠肝脏上,分别在3 d、4 d、5 d和6 d处死裸鼠,取出肝脏.用同样的方法培养裸鼠早期胃肿瘤,并在3 d和4 d后取出裸鼠胃.对标本进行硬x射线的成像方法即类同轴全息法成像.硬x射线可以对裸鼠肝肿瘤和胃肿瘤进行成像,并且图像分辨率在微米数量级,培养6 d的肝肿瘤可见肿瘤组织.也可清晰观察到3 d和4 d的胃肿瘤.硬x射线成像原理是一个用相位改变因子成像的模式,它的成像对微小物体有着微米级的图像分辨率,是影像学从宏观成像到微观成像的关键,对发现早期的病变组织有明显的优势.     

临床X射线相衬成像的实现

目的提高人体软组织成像的衬度分辨率及空间分辨率,实现其在临床诊断方面的应用。方法在物理上采用相衬观察法,即附加一些光学装置和某些其他特定条件将相位分布转换成强度分布。而在数学上,则通过傅立叶变换和卷积处理得到其强度分布的数学表达式。结果类同轴全息X射线相衬成像是极有可能应用于临床的一种相位成像方法,并具有广阔的应用前景。结论实现临床X射线相衬成像需要解决相干光源和光源与样品之间及样品与探测器之间距离这样的两个关键技术问题。     

医用加速器8MVX射线在水模体中的一阶散射X射线能谱的蒙特卡罗计算

目的：分析医用电子直线加速器的高能X射线与水模体相互作用过程中所产生的一次散射光子的能谱角分布和光子强度角分布。方法：利用蒙特卡罗粒子输运程序Geant4,模拟粒子输运过程．计算加速器8MeV高能X射线能谱,并根据在水模体中实际测量的PDD吸收曲线为依据,修正蒙特卡洛计算的能谱;并以此能谱为虚拟源能谱,通过对X射线与水模体相互作用后的光子一电子联合输运过程进行蒙特卡罗模拟的方法获取有关散射X线能谱数据。结果：用蒙特卡洛方法得到加速器8MV初始X射线与水模体作用产生的一次散射光子的散射光子强度和散射光子能量随散射角度变化的规律。结论：根据ICRP85出版物、ICRU44报告给出的数据,可以用组织平均原子序数作为组织等效原子序数;因此,组织密度变化在物理上反映了组织的原子密度的变化,当入射光子注量改变,模体密度变化时。仅引起相互作用的总截面相对于原子微分截面的线性变化,并不影响一阶散射X射线的散射光子的相对强度角分布和散射光子能量角分布。而散射光子发射的绝对量与初始X射线强度、组织的原子密度成正比。因此,一次散射光子的注量角分布、平均能量角分布结果可形成可调用的数据库,对快速蒙特卡洛计算很有意义。     

临床影像设备下的X射线相干散射成像

进行在临床影像设备条件下X射线相干散射成像的研究.通过改进影像设备的准直、聚焦设备,实现更加清晰的成像.经过后期的图像处理,获得确定的光子能量空间分布的图像和曲线,进一步深化了实验研究结果.通过对影像设备的改造,获得了更具有实验说服力的实验图像,经过对实验图像的算法分析,可以肯定临床CR影像设备上进行成像是可行的,面向临床应用的X射线相干散射成像将是进一步的研究目标.在普通X射线影像设备上的X射线相干散射成像研究,是这种成像方式向应用发展的关键步骤.通过对实验设备的优化和改造,达到了预期的成像精度.