衍射增強(qiáng)成像信息提取和分離的簡(jiǎn)便方法研究

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1、密級(jí)：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences碩士學(xué)位論文指導(dǎo)教師：2013年4月liiIMiiSMiHiiHiii[IHIY2431635extractingbased0ndlI-I-ractionennancecl‘一1●一一·‘■o_-———一——i-一1___·-___IlI_l______-_I___·_____II___l-____II_··l____I_-ll__I_·---l—ByXuejiaoZhaoADissert：ationSubmittedtoUnive

2、rsityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofopticsInstituteofHighEnergyPhysicsUniversityofChineseAcademySciencesApril，2013衍射增強(qiáng)成像信息提取和分離的簡(jiǎn)便方法研究衍射增強(qiáng)成像信息提取和分離的簡(jiǎn)便方法研究研究生學(xué)位論文聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，除文中已經(jīng)注明引

3、用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文使用藏權(quán)的說(shuō)明本人完全了解中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所“關(guān)于中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究生論文及研究成果使用權(quán)的規(guī)定”(2001)高發(fā)研生字第315號(hào)文件，即：高能物理研究所擁有在著作權(quán)法規(guī)定范圍內(nèi)學(xué)位論文的使用權(quán)，其中包括：(1)已獲學(xué)位的研究生必須按規(guī)定提交學(xué)位論文，高能物理研究所可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存研究生上交的學(xué)位論文；(2)為教學(xué)和科研目的，高能

4、物理研究所可以將公開的學(xué)位論文作為資料在圖書館、資料室等場(chǎng)所供科研人員閱讀，或在所內(nèi)網(wǎng)站供科研人員瀏覽部分內(nèi)容；(3)根據(jù)《中華人民共和國(guó)學(xué)位條例暫行實(shí)施辦法》，向國(guó)家圖書館等相關(guān)部門報(bào)送可以公開的學(xué)位論文。簽名：——日期：摘要衍射增強(qiáng)成像是X射線成像領(lǐng)域中被廣泛研究的一種X射線相襯成像方法，它能檢測(cè)出利用傳統(tǒng)X射線吸收成像無(wú)法清晰分辨的弱吸收樣品的結(jié)構(gòu)和組成信息，并且具有較高的空間分辨率。目前衍射增強(qiáng)成像方法已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科研究上獲得了非常好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有非常重要的研究意義和應(yīng)用前景。衍射增強(qiáng)成像直接

5、采集的圖像中包含了樣品的吸收、折射和散射等信息，如何對(duì)其成像結(jié)果進(jìn)行信息分離以分別獲得樣品的吸收、折射和散射襯度信息成為了相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。通常的衍射增強(qiáng)成像信息分離方法需要對(duì)樣品采集多張(至少7張)圖像，實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜且樣品所受的輻照劑量大。因此，在衍射增強(qiáng)成像中，嘗試建立簡(jiǎn)便的信息分離方法在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都具有一定的意義。依托于北京同步輻射裝置，本論文從理論基礎(chǔ)論證和公式推導(dǎo)、計(jì)算機(jī)模擬和成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三方面開展了新的簡(jiǎn)便衍射增強(qiáng)成像信息分離方法研究。具體的研究工作和取得的創(chuàng)新性研究成果如下：首先，提出了新的

6、簡(jiǎn)便DEI成像信息分離新方法即余弦函數(shù)擬合搖擺曲線方法Cosine—functionFittingRocking—curve，CFC)。在深入研究衍射增強(qiáng)成像理論及目前已有的衍射增強(qiáng)成像信息分離方法的基礎(chǔ)上，利用衍射增強(qiáng)成像搖擺曲線與單周期余弦曲線的相似性以及余弦函數(shù)在卷積計(jì)算中的簡(jiǎn)便性，提出了利用余弦函數(shù)擬合搖擺曲線的設(shè)想，并給出了余弦函數(shù)擬合搖擺曲線信息分離算法的理論推導(dǎo)過(guò)程。相對(duì)于已有的信息分離方法，新的信息分離方法只需利用三張圖像便可獲得樣品的吸收、折射和散射信息，降低了生物樣品的輻射損傷，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)

7、處理過(guò)程。其次，研究了利用余弦函數(shù)對(duì)衍射增強(qiáng)成像的搖擺曲線擬合的可行性。在研究衍射增強(qiáng)成像的搖擺曲線線型的基礎(chǔ)上，分析了使用高斯函數(shù)和余弦函數(shù)擬合DEI搖擺曲線的理論可行性，研究了含有不同樣品信息(吸收信息、折射角信息和散射信息)的樣品搖擺曲線的高斯函數(shù)和余弦函數(shù)擬合曲線參數(shù)與樣品信息之間的關(guān)系。再次，從計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面驗(yàn)證了新信息分離算法。首先采用計(jì)算機(jī)模擬方法模擬出衍射增強(qiáng)成像余弦函數(shù)擬合方法的投影圖像，并將計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)采集到的樣品圖像進(jìn)行相對(duì)比。同時(shí)采用通常的多圖統(tǒng)計(jì)方法和新方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息分離

8、處理并加以對(duì)比，驗(yàn)證了新方法提取吸收、折射折角和散射信息的可行性。衍射增強(qiáng)成像信息提取和分離的簡(jiǎn)便方法研究最后，定量研究了新信息分離方法的分離結(jié)果，驗(yàn)證了新信息分離方法在衍射增強(qiáng)成像定量測(cè)量中應(yīng)用的可能性。利用標(biāo)準(zhǔn)模型樣品，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用新信息分離方法分離出的樣品吸收、折射和散射信息與其理論值進(jìn)行了定量