提出一种光栅 X 射线相衬断层扫描中吸收信号环形伪影的去除方法。该方法采用正弦图域和重建图域结合的处理算法。对于弱伪影, 通过正弦图域的排序和滤波去除。而对于强伪影, 首先根据环形伪影在极坐标系的表现, 计算残差图像, 转换到笛卡尔坐标系得到伪影像素和样品的边界; 进而使用基于机器学习的图像分割方法获取每一类样品的分布, 同时为了保护边界信息, 通过形态学操作获得样本的内部区域; 最后再利用残差图像的分布特征定位伪影像素, 并使用临近非伪影像素均值替代。实验结果表明该方法可以在不破坏样品边界的前提下有效地去除图像中的环形伪影。

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42 μm、刻蚀深度为150 μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制作的铋块体吸收光栅的X射线吸收性能,并通过填充周期为24 μm和6 μm的光栅结构,研究了光栅周期与填充致密性之间的关系.扫描电镜测试结果显示自由沉降法可有效制作较大周期光栅,但对周期为6 μm光栅结构填充的致密性不佳。分析结果表明,对于小周期吸收光栅,需筛选所用填充颗粒,以保证颗粒粒径远小于光栅槽宽.基于纳米颗粒的自由沉降法可降低光栅制作成本及技术门槛,方便实现大面积吸收光栅的制作.

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作, 提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置, 该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性, 得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4％, 随着吸收光栅偏离零点位置, 条纹对比度逐渐降低, 但是在其位置跨越从-17 mm到12 mm的范围内, 条纹对比度仍保持在10％以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响, 结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时, 其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.

微分相位衬度计算机层析成像法(DPC-CT)是一种新的X射线无损检测方法。与传统方法相比，该方法在检测弱吸收物质时优势明显。但DPC-CT技术需要进行多次扫描后才能获取足够的样品信息，这必将导致很长的辐射时间和巨大的辐射剂量。因此，研究在稀疏角度条件下的DPC-PC重建算法就显得尤为重要。分析了DPC-CT的特点，在凸集投影(POCS)的理论框架下，将L1范数、曲波系数约束和经典的代数迭代算法(ART)相结合提出了一种适合DPC-CT的重建算法。数值模拟和实验的结果表明，该方法可以根据少量投影数据获得较好的重建结果。

第三代同步辐射为X射线成像提供了一个单色、能量可调谐的高亮度光源。对于由低Z材料组成的样品来说，相比于传统成像方法，X射线光栅微分相位成像可以实现更高的相位衬度灵敏度，与计算机层析(CT)技术相结合还可以实现三维高密度分辨成像和折射率的测量。在上海光源X射线成像及生物医学应用线站，成功搭建了一套X射线光栅成像系统。基于此成像系统，利用同一套扫描数据可重构出吸收、相位和散射三种衬度信息；对于标准聚合物样品，系统可以高精度定量测量样品的折射率信息。测试结果表明，建成的X射线光栅成像系统可以实现低Z材料和生物医学样品的多衬度成像，有望在生物医学、聚合物材料等领域的无损、高衬度及定量成像研究中发挥重要作用。

相位衬度成像及其计算层析(CT)技术不同于传统的吸收衬度成像，是一种新型的X射线成像技术，因具有高灵敏度、高衬度分辨率、能对软组织成像等特点而受到广泛关注。鉴于相位衬度CT往往导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量，而稀疏角度重建在降低辐射剂量方面又有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就变得非常有意义。近年来，针对解决稀疏重建的Bregman算法在图像处理方面被广泛应用。将Bregman分离执行(BOS)算法引入到微分相位衬度CT中，提出了一种稀疏角度相位衬度CT的交替迭代重建算法。数值模拟和实验表明，该方法可以在少量的投影数据下获得较好的重建效果。

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像, 实现对低Z材料成像。 利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术, 实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测, 并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。 该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。

在部分相干光学理论的基础上，建立了一个整体相位衬度调制传递函数理论模型，模型中包含了光源焦点面积大小对 X线相衬成像系统相位调制的影响，并通过数值模拟和数据计算，提出了 X线相衬成像系统对光源焦点面积的选择原则，和焦点面积确定条件下的成像参数优化方法，结果表明，这种包含 X线光源面积因素的相位衬度调制传递函数模型，更能反映整个系统的光学成像性能，更能有利于成像参数的优化设计。

微分相位衬度成像及其计算层析(CT)技术是近年出现的无损检测新方法。但是，相位衬度CT往往需要对样品进行多次扫描，这必将导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量。稀疏角度重建在降低辐射剂量方面有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就显得尤为重要。在分析了相位衬度CT的特点之后，将压缩感知理论引入相位衬度CT重建中，并在该理论框架下将L1约束融入代数迭代重建(ART)算法中，提出了一种微分相位衬度CT重建算法。数值模拟和实际实验表明，该方法可以根据少量投影数据给出较好的重建结果。

理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理，采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式。然后建立一个水合蛋白质细胞模型，对成像系统进行了参数设计，得出1~2 keV的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择。针对10 μm厚的细胞模型，选取1.5 keV的中能X射线做模拟计算，采用多步相移法从模拟条纹图中恢复出了细胞模型的相位信息。模拟结果表明在相同信噪比下采用中能X射线得到的相衬图像比吸收图像具有更好的衬度和细节分辨率，为今后相关的实验奠定了基础。