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X射线光栅相位衬度成像技术是近年来X射线成像领域中的热点研究课题之一。这种技术能够同时提供三种不同的物体信息:吸收、相位和小角散射。它不仅继承了传统X射线吸收衬度成像的优点,而且兼具相位衬度成像和暗场成像两者的优势。光栅相位衬度成像技术能够与常规X光源有机结合,在临床医学成像、国土安全、材料科学等领域具有广阔的应用前景。
本论文系统地总结了X射线光栅相位衬度成像方法,针对成像系统性能优化、信息提取方法和相位测量灵敏度等关键问题,对X射线光栅相位衬度成像技术开展了深入研究,提出了给定实验条件下优化成像系统性能的方法和途径,为光栅相位衬度成像技术的实际推广应用提供了坚实的理论基础。本论文主要开展了以下几个方面的工作:
1.研究了入射X射线的部分相干性对光栅相位衬度成像系统性能的影响。首先,建立了基于相空间Wigner函数的理论体系,定量分析入射X射线的空间部分相干性对光栅自成像条纹可见度的影响；其次,定性分析了入射X射线的多色性对光栅自成像(或Moiré条纹)可见度的影响。基于以上结果,提出了优化成像系统性能的方法和途径。
2.提出了基于正反投影像的信息提取方法-Reverse-Projection方法。基于光栅相位衬度成像与衍射增强成像的相似性,提出了位移曲线的概念。基于位移曲线的线性近似,提出了Reverse-Projection方法。并给出在不同成像平台获得的一系列验证实验结果,证实了这种信息提取方法的有效性。
3.系统研究了基于正反投影像信息提取方法的性能,并提出了衡量X射线光栅相位衬度成像优越性的标准。根据误差传递公式,推导了基于正反投影像信息提取方法得到的吸收图像和折射图像的信噪比.然后,对光栅相位衬度成像中的相位测量灵敏度进行了理论分析和数值计算,并提出了衡量微分相位衬度成像优越性的标准。
4.对二维X射线光栅相位衬度成像进行了研究。分析了四种不同类型二维相位光栅的分数Talbot效应,提出了最佳的实验方案。系统地研究了二维相位步进扫描方法的信息提取原理,并对信息提取结果的误差进行了分析,为实验应用提供了坚实的理论基础。