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目前传统的X射线成像方法已经广泛应用到无损探测、安全检查、医学成像等诸多领域。然而，传统的X射线成像方法的成像衬度来源于样品对X射线的吸收差异，对于主要由轻元素组成的弱吸收生物软组织样品，吸收差异不足以提供足够高的衬度。由于在硬X射线波段，轻元素折射率实部的相位调制参数δ比折射率虚部的振幅调制参数β大三到五个数量级，所以利用样品对X射线相位改变的X射线相位衬度成像技术，有望对弱吸收生物软组织样品进行清晰成像。 在过去的二十多年中，科学家发展了多种不同的X射线相位衬度成像方法，归纳起来大致可分为三类:(1)利用干涉，探测与相位有确定关系的光强;(2)利用角度滤波，探测与相位一阶相位导数有确定关系的光强（即微分相位衬度成像），(3)利用自由传播，探测与相位二阶相位导数有确定关系的光强。在上述三类X射线相位衬度成像方法中，微分相位衬度成像发展出形式多样的角度滤波方法，如利用晶体进行角度滤波的衍射增强成像方法、利用光栅进行角度滤波的光栅剪切成像方法、利用双折射晶体进行角度滤波的微分干涉显微镜等。在上述所有的X射线相位衬度成像方法中，光栅剪切成像方法被认为是最有希望推广到医学成像领域，有望发展出比现有医学X射线成像方法更灵敏的、适用于观察生物软组织病变的新型医学成像方法。 本论文将两种X射线微分相位衬度成像方法（衍射增强成像和光栅剪切成像）纳入了统一的、经典的和解析的理论—角度信号成像理论(angular signal radiography，ASR)。本论文提出了描述样品对X射线的吸收、折射和散射三种作用的角度信号函数，提出了描述成像系统对样品吸收、折射和散射产生的响应光强的角度信号响应函数，利用角度信号函数和角度信号响应函数的卷积建立了角度信号成像方程，证明了只需拍摄样品的三张投影像，就可以建立求解样品吸收、折射、散射信息的三元方程组，从中推导分离样品吸收、折射、散射信息的解析表达式，并在衍射增强成像装置和光栅剪切成像装置上验证了上述理论和方法;本论文还针对六种特殊情况，即在样品吸收、折射和散射三种作用中，可以忽略任意一种或者两种作用，提出了六种简化的角度信号成像方法，并在光栅剪切成像装置上验证了这六种简化角度信号成像方法。这是国际上首次将两种X射线微分相位衬度成像装置纳入ASR解析理论，并基于此解析理论提出了简便信息分离方法。 在研究过程中，本人取得了以下几项创新成果: 1.依托北京同步辐射光源成像站的衍射增强成像实验装置，本文首次将ASR方法与CT算法相结合，成功分离得到豚鼠爪子的线性吸收系数、折射率实部及其两个偏导数、线性散射系数等五个参数的三维切片信息。定性和定量的实验数据分析结果表明:利用ASR方法分离得到的样品不同信息与多图法分离得到的信息相比，在图像质量上两者几乎是完全一致的，但ASR方法对样品成像的辐射剂量是远远小于多图法的; 2.本文首次将光栅剪切成像实验装置纳入ASR方法，将光栅剪切成像系统角度信号响应函数与样品的投影像解析地关联起来，建立了样品投影像的解析成像表达式; 依托上海同步辐射光源成像站的光栅剪切成像实验装置，对豚鼠爪子样品进行了数据采集，定性和定量的实验数据分析结果表明:利用ASR方法分离得到的样品不同信息与八步相位步进法分离得到的信息相比，两种方法提取的图像质量几乎是一致的，然而ASR方法具有更简便的数据采集策略、更快的数据分析算法以及对样品成像更小的的辐射剂量等优势; 3.依托上海同步辐射光源成像站的光栅剪切成像实验装置，针对特殊属性的样品，本文首次提出基于光栅剪切成像实验装置的六种简化ASR方法，分别为可忽略样品散射信息的NS-ASR方法、可忽略样品吸收信息的NA-ASR方法、可忽略样品折射信息的NR-ASR方法、可忽略样品吸收和折射信息的NANR-ASR方法、可忽略样品吸收和散射信息的NANS-ASR方法以及可忽略样品折射和散射信息的NRNS-ASR方法。在解析推导得到六种简化方法分离样品信息的数学表达式后，本文首次结合生物样品对六种简化方法分别进行了实验验证。定性和定量的实验分析比较结果表明:六种简化角度信号成像方法提取的图像质量的信噪比值并不比八步相位步进方法提取的图像质量高很多;但是在样品所受样品辐射剂量相同的前提下，相比相位步进方法提取的图像质量，简化ASR方法有相同甚至要更好的图像信噪比。 本论文建立的角度信号成像理论具有进一步发展的潜力，(1)有望发展不用吸收光栅、一次曝光提取出样品吸收衰减像、折射角像和散射方差像的方法，为X射线生物医学成像提供简便、快速、低剂量和高灵敏度的新方法;(2)有望推广到其他微分相位衬度成像方法中，例如，光学微分干涉显微镜和X射线微分相位衬度显微镜等。