基于通用X光机的光栅式硬X射线暗场成像技术研究

基于通用X光机的光栅式暗场成像技术克服了现有的硬X射线暗场成像技术对同步辐射源的依赖，根据不同物质对硬X射线散射能力的差异，可探测到传统硬X射线衰减成像（即明场成像）和相衬成像无法分辨到的物体内部的超微细结构，因而成为硬X射线成像领域中最新的研究方向之一。本项目将深入研究在通用X光机的非相干条件下基于投影方法的光栅式暗场成像技术的物理原理和成像机制，探讨硬X射线暗场信息的提取方法和CT重建算法，将现有相衬成像实验平台设计改造为包含暗场成像、明场成像和相衬成像"三位一体"的综合成像实验平台，开展初步的实验研究。新实验平台可基于CT方式同时获得物质与硬X射线相互作用的三个物理量（线性衰减系数、折射率和广义散射参数）信息，这些信息互为补充，有效地融合一起，更加全面地展现物体更细微的结构。因此，本项目的研究成果将为新一代硬X射线成像技术奠定坚实的理论和实验基础，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。

基于通用X光机的光栅式暗场成像技术克服了现有的硬X射线暗场成像技术对同步辐射源的依赖，根据不同物质对硬X射线散射能力的差异，可探测到传统硬X射线衰减成像（即明场成像）和相衬成像无法分辨到的物体内部的超微细结构，因而成为硬X 射线成像领域中最新的研究方向之一。项目成果主要包括以下几部分：理论研究方面，推导出了小角散射角分布的二阶矩与光强强度曲线对比度比值之间的定量数量关系；实验方法方面，提出了一种基于源光栅步进的新的实验方法；信息提取方面，深入研究了各种基于相位步进技术的相衬信息测量与提取方法，并提出了两种基于三幅图的信息提取方法，同时研究了其优化问题与误差公式；图像重建方面，研究了进行了层析重建方法的研究，对几种不同的层析算法进行了较深入的研究；图像处理方面，提出了基于噪声分析的非局部均值降噪方法；同时深入研究了衰减、相衬、暗场三种信息的融合问题，提出了一种基于拉普拉斯金字塔的多尺度图像融合方法。本项目取得的成果为光栅成像技术的临床应用打下了很好的理论和技术基础。