衍射增强成像(Diffraction Enhanced Imaging,DEI)是成像领域的前沿科技,它通过探测X射线穿过样品后产生的相位变化进行成像,相比于吸收成像,不仅能够获得吸收衬度图像,还能够获取质量更高的折射衬度图像及超小角散射衬度图像。传统的X射线吸收成像通过记录射线穿过物体后的强度变化成像,但是由于轻元素组成的生物软组织吸收系数低,传统的X射线吸收成像对肝脏、乳腺及肿瘤等软组织的成像效果不甚理想。基于DEI系统的乳腺成像,肿瘤样品成像,关节软骨成像,小动物成像实验均证明DEI能够获得比传统吸收成像更加详细的物体内部结构信息。DEI技术利用晶体对X射线的角度选择性把折射角转换为CCD相机可以记录的射线强度变化,然后通过相关信息提取算法恢复相位信息进行成像,从根本上改善了图像质量。本文在DEI成像的物理设计和性能评估等方面做了相关研究工作,主要内容如下:首先,文章对DEI装置的系统物理设计方案做了详尽分析。研究结果表明整体物理设计中应尽量保持系统的紧凑性以提高光通量,CCD相机与样品台应尽量靠近分析晶体降低几何半影与色散伪影。单色化晶体Si(111)采用非对称设计来成倍提高光通量,缩短曝光时间。同时通过限定晶体的尺寸来减小衍射X射线的带宽,滤除能级劈裂引起的双重影。计算了Si(111)晶体的受热形变,表明晶体的形变几乎不影响其衍射X射线的性能,可以不用再加装降温装置。其次,为搭建DEI实验平台选择了相关关键性部件。Si(111)晶体根据物理设计参数外协加工。结合市场调查与实验需求分析比较,选择的X射线机与CCD相机技术成熟,性价比高,参数适用。其它的位移台及驱动等部件尽量选择同一厂家的相关产品(陶瓷电机除外),这样在系统集成、协议通信、厂家支持等方面有一定优势,同时预留了扩展冗余。第三,建立了DEI成像的空间分辨率(spatial Resolution,SR)评估模型。通过构建成像系统的调制传递函数(Modulate Translate Function,MTF)模型,推导出衍射增强成像的SR计算公式,从而对衍射增强实验平台的整体性能进行综合评价。MTF综合考虑了摇摆曲线几何、CCD像元尺寸、闪烁体荧光弥散效应对系统SR的固有影响。最后,分析讨论了单色化晶体非对称设计引起的伪影,包括各项异性放大、几何半影、色散伪影三方面。非对称设计提高光通是以降低图像质量为代价,所以如何选择非对称因子b是非对称设计的关键问题。