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同步辐射于上世纪40年代发现以来，经过了六十余年的发展。由于与传统光源相比，同步辐射具有很多不可比拟的优势，它已经成为现代科学发展研究不可或缺的重要工具，同步辐射X射线成像方法便是获得物体内部结构的有效手段。 计算机断层成像方法(CT)能实现物体高分辨三维无损成像，在工业、医学等领域得到了广泛应用，但在平板样品的三维断层成像中却遇到了困难，由于物体在表面伸展方向和垂直表面方向对X射线的吸收差别很大，难以获得理想的投影图像。X射线层析成像方法(CL)避免了X射线在样品中光程差过大的困难，能对平板样品内部结构清晰成像。 本论文通过计算机模拟，实现了同步辐射层析成像方法(SRCL)的投影采样和模型样品的断层重建，分析了不同光斑大小采样情形下的投影与重建图像的特点，并搭建了国内第一套实验性的同步辐射层析成像平台，开展了实际样品的层析成像实验，获得了样品的断层重建图像。 论文中提出了使探测器与样品倾斜相同角度来进行采样的新模式。计算机模拟和实际样品实验表明，利用这种探测模式得到的重建图像，与普通探测方式相比能具有更好的成像质量，特别是在样品吸收差别小、投影张数少的条件下更有优势。 本论文还对肺癌的早期探测方法进行了研究。肺癌在世界范围内是癌症领域的最大杀手，肺癌的治疗关键在于早期探测，而目前尚无切实有效的方法在肺癌发展的早期阶段实现便捷而准确的探测。我们在接近临床条件下开展了模拟肺癌病灶的同步辐射硬X射线同轴成像实验，从实验图像中能识别出毫米量级甚至亚毫米量级的模拟肺癌病灶，合适的图像后处理方法还能进一步提高图像衬度。实验结论说明同步辐射硬X射线同轴成像方法有望成为一种肺癌早期探测的有效手段。