Рентгеновская микротомография с использованием увеличивающих рентгенооптических элементов

• Автор: Бузмаков, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07, 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ МИКРОТОМОГРАФИИ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Диапазоны рентгеновского излучения

1.2. Детекторы рентгеновского излучения.

1.3. Используемые рентгенооптические схемы

1.3.1. Контактная микротомографня.

1.3.2. Проекционная микротомография.

1.3.3. Зонная пластинка Френеля.

1.3.4. Микротомография с использованием преломляющей оптики.

1.3.5. Микротомография при помощи асимметричных кристаллов.

1.3.6 Ламинография.
1.4. Математические методы решения задач компьютерной томографии .
1.4.1. Интегральные Фурье методы. Метод свртки и обратного проецирования
1.4.2. Семейства алгебраических методов.
1.4.3 Морфологические методы. Оценка формы включений
Выводы главы 1
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ И РАСЧТА ПАРАМЕТРОВ РЕНТГЕНООПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
2.1. Компьютерная томография
2.1.1. Физическая модель томографического эксперимента
2.1.2. Выбор диапазона длин волн рентгеновского излучения.
2.2 Сравнение методов реконструкции томографических данных.
2.2.1. Метод свртки и обратного проецирования.
2.2.2. Семейства алгебраических методов
2.2.3. Влияние количества шумов и количества экспериментальных проекций на качество реконструкции
2.3 Комплекс программного обеспечении для реконструкции томографических данных.
24. Расчт параметров многоэлементной преломляющей линзы. .
2.4.1. Фокусное расстояние и эффективность пропускания линзы. .
2.4.2. Оценка глубины резкости и поля зрения.
2.5. Расчт параметров асимметрично срезанного кристалла
2.5.1 Численные оценки пространственного разрешения при асимметричной дифракции
Выводы главы 2.
ГЛАВА 3. МИКРОТОМОГРАФИЯ С УВЕЛИЧИВАЮЩИМИ РЕНТГЕНООПТИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.
3.1 Обзор созданных микротомографов.
3.2. Рентгеновский микротомограф на базе дифрактометра ДРШ.
3.3. Лабораторный микротомограф с использованием ПЗС матрицы.
3.4. Эксперименты по томографии
3.5. Создание лабораторного микротомографа с использованием преломляющей оптики
3.5.1. Анализ точности реконструкции и чувствительности прибора .
3.5.2. Медикобиологическое применение томографа
3.6. Создание лабораторного микротомографа с использованием асимметричных отражающих крис ал лов
3.6.1. Анализ точности реконструкции и чувствительности прибора
3.6.2. Томографические эксперименты с микронным разрешением
Выводы главы 3
ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ.
БЛАГОДАРНОСТИ
ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ.
ЛИТЕРАТУРА


В современных медицинских томографах используется полихроматическое жесткое тормозное рентгеновское излучение (максимум интенсивности на длине волны ~ 0. Особенность данного метода состоит в том, что используемое излучение слабо взаимодействует с биологическим объектом и потому относительно безопасно. С другой. Кроме того, при выбранных таким образом условиях эксперимента и само значение коэффициента линейного ослабления (р) для этих тканей не удаётся восстановить, поскольку разные длины волн полихроматического спектра зондирующего излучения ослабляются по-разному. Этот метод исследования гораздо ближе к классической медицинской томографии, не позволяющей провести точное восстановление значения исследуемой физической величины, а дающей всего лишь сфокусированное изображение выделенной области в объекте [], []. В этом диапазоне длин волн рентгенооптические элементы редко применяются [], а разрешение приборов определяется параметрами рентгеновского источника и детектора. В настоящее время коммерчески доступны микрофокусные источники с размером фокуса меньше 1 мкм [], [], []. Укажем, что применение полихроматического излучения, безусловно, оправдано в дефектоскопии неорганических материалов. Та же идеология применяется и при создании лабораторных рентгеновских микротомографов []. Эти приборы изначально были ориентированы на определение микродефектов (включений и пор) в различных минералах. В Главе 2 будет показано, что при исследовании биологических объектов размером 1-0 мм оптимальным представляется использование более мягкого монохроматического излучения в диапазоне длин волн 0. В этом диапазоне длин волн используются следующие увеличивающие рентгенооптические элементы: зонные пластинки Френеля, асимметричные кристаллы, преломляющая оптика. К настоящему времени уже создан рентгеновский микротомограф для контроля пространственной структуры изделий микроэлектроники, где применяется именно этот диапазон длин волн []. В рентгеновской микро- и нано- томографии используется так же и диапазон «водяного окна» - 2. Диапазон «водяного окна» назван так потому, что он соответствует области между К-краям поглощения кислорода и углерода, и, вследствие этого, в данной области поглощение в воде на порядок меньше, чем в углероде. Эго приводит к значительному контрасту биологических тканей на фоне воды. Однако, поглощение здесь весьма сущехгвенно, и обычно используются тонкие (максимум порядка мкм толщиной) образцы. Именно в этом диапазоне (2. В этом диапазоне длин волн основным оптическим элементом является зонная пластинка Френеля. Детекторы рентгеновского излучения. Детектор, являющийся устройством для количественной регистрации ионизирующего излучения является одним из важнейших элементов любого рентгеновского микротомографа. Ионизационные камеры, заполненные газовой смесыо под высоким давлением [], []. Сцинтилляционные детекторы в виде кристаллов солей или керамических материалов []. Эти детекторы нашли широчайшее применение в медицинских томографах Siemens SOMOTOM и разработках Toshiba medical systems. В настоящее время лучшие экземпляры этих детекторов позволяют получать картинку 2 на 6 пикселей с разрешением до 0. Image plate детекторы. Эти детекторы можно назвать потомками рентгеновской плёнки. Они основаны на технологии восстанавливаемого в ультрафиолете фоторезиста. Это позволяет им обладать чрезвычайно низкими шумами считывания при огромном (до бит) динамическом диапазоне чувствительности [] В настоящее время пластины Image plate детекторов достигают размера 0x0-мм. Изображение с такой пластины может быть считано за секунд с пространственным разрешением 0 мкм []. Детекторы на базе CCD-матиц [], [], []. Этот класс рентгеновских детекторов в настоящее время занимает лидирующие позиции в производстве рентгеновских микротомографов. CCD-матрица представляет собой сформированную в полупроводнике двумерную структуру потенциальных ям или ячеек. Эта структура накапливает в себе электроны, образующиеся в результате поглощения рентгеновского фотона веществом. Коммерчески доступные детекторы [], [] позволяют достичь разрешения 9 мкм при поле зрения до на мм.