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基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像

戚俊成 陈荣昌 刘宾 陈平 杜国浩 肖体乔

基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像

戚俊成, 陈荣昌, 刘宾, 陈平, 杜国浩, 肖体乔
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  • 基于光栅干涉仪的X射线成像技术可以同时获得样品内部的吸收信息、相位信息和散射信息,既保持了传统X射线衰减成像的优点,又拥有相衬成像和散射成像的优势.然而基于传统CT重建算法的X射线光栅成像需要采集大量完整的原始投影数据,数据采集时间过长从而使得物体接受很大的辐射剂量,难以在实际中应用.提出基于传统代数迭代重建算法的光栅成像技术.该方法利用现有X射线光栅成像系统采集少量原始投影数据,基于传统代数迭代重建算法,对旋转变化的相位数据进行CT重构,同时基于傅里叶变换的方法对微分相位数据进行相位恢复.模拟和实验结果表明,基于少量或不完备的原始投影数据,该方法能够准确重构成像对象的吸收、相位和散射三维信息,同时还能对微分相位切片进行高信噪比的相位恢复,得到样品折射率实部衰减率,为X射线光栅成像技术在工业、生物和医学诊断等领域的应用提供理论和技术支撑.
      通信作者: 戚俊成, qijuncheng@nuc.edu.cn;tqxiao@sinap.ac.cn ; 肖体乔, qijuncheng@nuc.edu.cn;tqxiao@sinap.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11375257,61301259,U1232205)、中北大学校学科研究基金(批准号:2015110246)和山西省自然科学基金(批准号:2015021099)资助的课题.
    [1]

    Pfeiffer F, Bech M, Bunk O, Kraft P, Eikenberry E F, Brnnimann C, Grnzweig C, David C 2008Nat.Mat. 7 134

    [2]

    Momose A, Yashiro W, Maikusa H, Takeda Y 2009Opt.Express 17 12540

    [3]

    Wen H H, Bennett E E, Kopace R, Stein A F, Pai V 2010Opt.Express 35 1932

    [4]

    Zhu P P, Zhang K, Wang Z L, Liu Y J, Liu X S, Wu Z Y, McDonald S A, Marone F, Stampanoni M 2010Proc.Natl.Acad.Sci. 107 13576

    [5]

    Jensen T H, Bech M, Zanette I, Weitkamp T, David C, Deyhle H, Rutishauser S, Reznikova E, Mohr J, Feidenhans'l R, Pfeiffer F 2010Phys.Rev.B 82 214103

    [6]

    Zanette I, Bech M, Pfeiffer F, Weitkamp T 2011Appl.Phys.Lett. 98 094101

    [7]

    Zanette I, Bech M, Rack A, Le Duc G, Tafforeau P, David C, Mohr J, Pfeiffer F, Weitkamp T 2012Proc.Natl.Acad.Sci. 109 10199

    [8]

    Chen B, Zhu P P, Liu Y J, Wang J Y, Yuan Q X, Huang W X, Ming H, Wu Z Y 2008Acta Phys.Sin. 57 1576(in Chinese)[陈博, 朱佩平, 刘宜晋, 王寯越, 袁清习, 黄万霞, 明海, 吴自玉2008物理学报57 1576]

    [9]

    Talbot H F 1936Philos.Mag 9 401

    [10]

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    [11]

    Bech M, Jensen T H, Bunk O, Donath T, David C, Weitkamp T, Le Duc G, Bravin A, Cloetens P, Pfeiffer F 2010Zeitschrift Fur Medizinische Physik 20 7

    [12]

    Momose A, Kawamoto S, Koyama I, Suzuki Y 2004Developments in X-Ray Tomography IV 5535 352

    [13]

    Zhu P P, Wang J Y, Yuan Q X, Huang W X, Shu H, Gao B, Hu T D, Wu Z Y 2005Appl.Phys.Lett. 87 264101

    [14]

    Yang F Q, Zhang D H, Huang K D Wang K, Xu Z 2014Acta Phys.Sin. 63 058701(in Chinese)[杨富强, 张定华, 黄魁东, 王鹍, 徐哲2014物理学报63 058701]

    [15]

    Kottler C, David C, Pfeiffer F, Bunk O 2007Opt.Express 15 1175

    [16]

    Arnison M R, Larkin K G, Sheppard C J R, Smith N I, Cogswell C J 2004J Microsc. 214 7

    [17]

    Xiao T Q, Xie H L, Deng B, Du G H, Chen R C 2014Acta Opt.Sin. 34 0100001(in Chinese)[肖体乔, 谢红兰, 邓彪, 杜国浩, 陈荣昌2014光学学报34 0100001]

    [18]

    Qi J C, Ye L L, Chen R C, Xie H L, Ren Y Q, Du G H, Deng B, Xiao T Q 2014Acta Phys.Sin. 63 104202(in Chinese)[戚俊成, 叶琳琳, 陈荣昌, 谢红兰, 任玉琦, 杜国浩, 邓彪, 肖体乔2014物理学报63 104202]

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  • [1] 庄志本, 李军, 刘静漪, 陈世强. 基于新的五维多环多翼超混沌系统的图像加密算法. 物理学报, 2020, 69(4): 040502. doi: 10.7498/aps.69.20191342
    [2] 胡渝曜, 梁东, 王晶, 刘军. 基于电动可调焦透镜的大范围快速光片显微成像. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191908
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-18
  • 修回日期:  2016-12-05
  • 刊出日期:  2017-03-05

基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11375257,61301259,U1232205)、中北大学校学科研究基金(批准号:2015110246)和山西省自然科学基金(批准号:2015021099)资助的课题.

摘要: 基于光栅干涉仪的X射线成像技术可以同时获得样品内部的吸收信息、相位信息和散射信息,既保持了传统X射线衰减成像的优点,又拥有相衬成像和散射成像的优势.然而基于传统CT重建算法的X射线光栅成像需要采集大量完整的原始投影数据,数据采集时间过长从而使得物体接受很大的辐射剂量,难以在实际中应用.提出基于传统代数迭代重建算法的光栅成像技术.该方法利用现有X射线光栅成像系统采集少量原始投影数据,基于传统代数迭代重建算法,对旋转变化的相位数据进行CT重构,同时基于傅里叶变换的方法对微分相位数据进行相位恢复.模拟和实验结果表明,基于少量或不完备的原始投影数据,该方法能够准确重构成像对象的吸收、相位和散射三维信息,同时还能对微分相位切片进行高信噪比的相位恢复,得到样品折射率实部衰减率,为X射线光栅成像技术在工业、生物和医学诊断等领域的应用提供理论和技术支撑.

English Abstract

参考文献 (18)

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