《基於主成分分析的X射線微分相位襯度成像研究》是依託中國科學技術大學，由王志立擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於主成分分析的X射線微分相位襯度成像研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王志立
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
X射線相位襯度成像技術在過去二十多年來受到了日益廣泛的關注，在生命科學等眾多研究領域展現出廣闊的套用前景。特別是X射線微分相位襯度成像方法，能夠有效利用常規X光源，成為近年來X射線成像領域的研究熱點之一。目前，X射線微分相襯成像通常採用相位步進法從實驗圖像中提取物體的吸收、相位和散射信息。然而，利用這種方法得到的物體信息存在著系統誤差，是不準確的。儘管增加實驗圖像數目可減小系統誤差，但會導致輻射劑量和輻射損傷的增加，在臨床醫學等劑量敏感領域是不可行的。為克服相位步進法的局限性，本課題提出基於主成分分析的X射線微分相分相位襯度成像新方法研究，能夠準確、定量提取物體的吸收、相位和散射信息，不存在系統誤差。X射線微分相襯成像新方法的發展將實現快速、準確的相位襯度成像，降低物體所受的輻射劑量和輻射損傷，有力推動X射線相襯成像技術在臨床醫學等領域的廣泛套用。
結題摘要
上世紀70年代以來，隨著臨床X射線計算機斷層成像掃描裝置（XCT）的研製成功，X射線成像技術作為一種高性能的無創診斷技術在臨床醫學成像等領域得到了廣泛套用。然而，現有X射線成像技術仍然存在著一些局限性，主要表現在軟組織成像襯度太低、CT掃描的高輻射劑量等。為克服這些局限性，X射線相位襯度成像技術在上世紀90年代被提出，並在過去20多年中得到了迅速發展。特別是X射線光柵干涉儀，能夠有效利用常規X光源，被公認為最快走向臨床套用的相襯成像技術。 在X射線光柵干涉儀中，物體信息提取方法是連線實驗投影數據與三維斷層重建的橋樑，是X射線光柵干涉儀成像方法的重要組成部分，因而成為近年來的研究熱點之一。本項目的主要內容就是X射線光柵干涉儀中信息提取新方法的研究。 利用X射線光子計數探測器的能量分辨特性、光強曲線的一階近似、物體線性衰減係數和相移係數的能量變化規律，建立了單次曝光X射線光柵干涉儀的成像方程，並發展了信息提取新方法。只需對物體進行一次曝光，就能夠定量提取物體的吸收和相移信息。新方法不僅提高了實驗效率，而且降低了輻射損傷風險。相關研究成果發表於Optics Letters。 在已有研究工作[PNAS 107, 13576 (2010)]基礎上，研究了扇束照明下的正反投影像方法，提出了信息提取公式。數值實驗結果證實了提取公式的準確性；研究了正反投影像方法的噪聲特性，並以折射圖像的噪聲方差作為評價標準，比較了正反投影像方法與相位步進法的靈敏度。相關研究成果發表於Medical Physics。 X射線澤尼克相位襯度顯微鏡中信息提取新方法研究。通過在波帶片物鏡後焦平面先後放置π/2相移環、3π/2相移環，記錄兩幅包含樣品相移信息的投影圖像。利用信息提取公式對投影圖像進行計算，就能夠得到定量的樣品相移信息。實驗結果證實了新方法的可行性和準確性。相關研究成果發表於Journal of Synchrotron Radiation。 利用北京同步輻射裝置的硬X射線顯微鏡，首次獲得了緩控釋藥物載體PLGA微球內部複雜孔隙結構的納米分辨三維圖像，定量揭示了微球內部孔隙三維空間結構、空隙分布等結構信息；研究了完整水稻花粉細胞的三維結構與形貌，對胞內細胞器的體積、表面積等結構性能參數進行定量統計與分析。相關研究成果發表於Journal of Synchrotron Radiation
