基于吸收衬度机制和几何光学基础的X射线成像技术在当前临床医学检查中已经得到了广泛应用。但由于生物软组织的弱吸收特点，传统X射线成像方法对软组织成像的衬度分辨率很低，难以对其进行微观形态学观察。在此背景下，硬X射线相位衬度成像(Phase-ContrastImaging，PCI)为观察生物软组织和小器官的微观结构提供了新的手段。 PCI是基于X射线相位信息的一种成像技术；对于由低原子序数元素组成的物体，PCI能获得比传统X射线吸收成像高近1000倍的衬度分辨率，可以观察到传统X射线成像无法观察到的微观结构。PCI成像主要有3种方法：干涉仪法、衍射增强法(DEI)和基于传播的相衬成像法(PB-PCI)；PCI与CT理论相结合，发展了基于相位信息的断层成像技术，即相衬CT。 为了探索相衬成像在生物医学中的应用和研究相衬成像的生物特异性，我们应用DEI和PB-PCI方法，对多种生物样品进行了二维投射相衬成像和白光相衬CT成像实验。DEI二维投射成像实验在北京同步辐射装置(BSRF)的形貌学实验站完成，基于PB-PCI的相衬CT成像实验在台湾新竹同步辐射研究中心完成。生物标本包括经脱钙、浸银、还原和血管灌注等预处理的豚鼠内耳和耳蜗，人体肝、肾等病理组织，豚鼠海马结构，小鼠小脑组织和大鼠心脏等。 在DEI成像实验中，我们分别获取了豚鼠内耳、耳蜗、海马和人体病理组织的相衬图像。对经不同预处理的豚鼠内耳和耳蜗进行分组成像，结果表明，脱钙处理能显著提高相衬图像质量，而其他预处理对图像质量无明显影响。应用X线胶片记录的豚鼠耳蜗DEI图像，不仅可以观察耳蜗的整体结构，甚至可以清晰辨认细胞水平的微细结构，如内外毛细胞的静纤毛和Hensen细胞边缘等；FDI成像系统记录的DEI图像空间分辨率比X线胶片记录的图像分辨率低。实验表明DEI能显著提高成像衬度和空间分辨率，分辨率的提高依赖于探测器空间分辨率的提高。DEI还可以清晰显示人体肾脏组织的内部结构和管道系统，能清晰分辨肝血管瘤组织的病灶和正常肝组织。 对应分析晶体摇摆曲线的不同位置，获取豚鼠耳蜗的一系列DEI图像；应用SNR和FOM等参数对DEI图像质量和成像效率的评价分析表明，图像质量和成像效率具有相反的变化规律，综合考虑两个因素，可以选择最优化成像参数。本实验研究还计算得到了DEI表观吸收像和表观折射像。 在白光相衬CT成像实验中，我们获取了豚鼠耳蜗、大鼠心脏和小鼠小脑等组织的相衬图像和三维可视化结果，直观的显示了组织的微观结构。相衬CT成像系统的空间分辨率可以达到1～2μm。结果表明，相衬CT是一个有效的三维显微成像方法，可以应用于生物软组织微观形态学研究。 本文还提出了基于彩色组织切片的相衬成像评估方法；在这个评估体系基础上，获取了多套豚鼠耳蜗的彩色组织切片数据，通过图像处理，得到了豚鼠耳蜗的三维可视化结果。在此基础上，对豚鼠耳蜗的相衬CT成像与彩色组织切片成像的数据处理结果进行了比较。结果表明，本文提出的相衬成像评估体系是可行的和有效的。对相衬成像的系统评估是当前研究工作的一个难点，基于彩色组织切片的相衬成像评估体系为解决这个问题提出了新的思路。 目前，PCI和相衬CT技术在生物医学中的应用研究还处于基础研究阶段，它在疾病早期诊断、微观病理诊断等临床应用中是否具有特异性，还有赖于大量生物医学实验的积累和验证。