Введение ...............................................................................................................5
Глава 1. Современные методы рентгеновской микротомографии
(Литературный обзор) ...........................................................................................16
1.1 Рентгеновская микротомография ............................................................16
1.2 Механизмы формирования изображений в рентгеновской
микротомографии ..............................................................................................22
1.2.1 Абсорбционный контраст ...............................................................23
1.2.2 Фазовый контраст ............................................................................27
1.3 Методы томографической реконструкции .............................................33
1.3.1 Интегральные методы реконструкции ..........................................34
1.3.2 Алгебраические методы реконструкции .......................................36
1.3.3 Нейросетевые методы реконструкции...........................................39
1.3.4 Подходы анализа томографических изображений, основанные на
методах машинного обучения ......................................................................40
1.3.5 Подходы, основанные на теории глубокого машинного обучения
............................................................................................................41
1.4 Ограниченное поле зрения .......................................................................44
1.5 Времяразрешающая (4D) томография ....................................................47
1.6 Резюме литературного обзора..................................................................50
Глава 2. Проведение микротомографических исследований с использованием
монохроматичного рентгеновского излучения...................................................51
2.1 Методика томографических измерений на лабораторных источниках с
использованием кристалла-монохроматора....................................................51
2.2 Выбор энергии рентгеновского излучения.............................................59
2.3 Влияние параметров проведения измерения на качество
томографической реконструкции.....................................................................67
2.4 Разработка автоматизированного микротомографа ..............................76
2.5 Использование монохроматичной рентгеновской микротомографии
для выделения областей, различающихся по химическому составу............90
2.6 Исследование хвостовых позвонков хрящепалого геккона на
монохроматичном излучении...........................................................................94
2.7 Исследование образцов костей кистей конечностей...........................102
3
2.8 Основные результаты главы 2 ...............................................................110
Глава 3. Фазоконтрастные исследования биологических объектов...............112
3.1 Рентгеновские фазоконтрастные исследования на микротомографе
ТОМАС .............................................................................................................112
3.2 Моделирование распространения синхротронного излучения для
получения фазоконтрастных изображений...................................................117
3.2.1 Описание созданного программного пакета “WavePropaGator”
(WPG) 118
3.2.2 Когерентное распространение волнового фронта......................120
3.2.3 Тонкие оптические элементы.......................................................121
3.2.4 Протяжённые (толстые) оптические элементы ..........................122
3.2.5 Описание процесса моделирования волнового фронта .............127
3.2.6 Пример описания реального бимлайна .......................................130
3.2.7 Примеры использования WPG .....................................................132
3.2.8 Применение WPG для моделирования фазоконтрастных
изображений .................................................................................................135
3.2.9 Доступность программного обеспечения и документация .......138
3.3 Методы сегментации рентгеновских фазоконтрастных
микротомографических изображений методами машинного обучения ....139
3.3.1 Обработка фазоконтрастных изображений с помощью
коррекции Паганина ....................................................................................139
3.3.2 Модельные объекты (фантомы) ...................................................148
3.3.3 Моделирование томографического эксперимента.....................150
3.3.4 Решение задачи сегментации на синтетических данных.
Апробация различных методик. .................................................................153
3.3.5 Сравнение алгоритмов сегментации на реальном образце .......162
3.4 Фазоконтрастные исследования элементов лимбической системы
человека.............................................................................................................172
3.4.1 Мотивация проведения исследования .........................................172
3.4.2 Описание объектов и методов исследования..............................176
3.4.3 Экспериментальные результаты исследования ..........................183
3.4.4 Результаты исследования..............................................................195
4
3.5 Основные результаты главы 3 ...............................................................197
Глава 4. Новые схемы и алгоритмы реконструкции томографических
измерений в условиях неполных данных и нестандартных геометриях .......199
4.1 Алгоритмы реконструкции при ограниченном поле зрения детектора
или при наличии дефектных зон на детекторе .............................................199
4.1.1 Постановка задачи .........................................................................199
4.1.2 Описание алгоритма ......................................................................204
4.1.3 Проверка работы алгоритма .........................................................207
4.2 Алгоритм реконструкции динамических томографических процессов
223
4.2.1 Постановка задачи .........................................................................223
4.2.2 Описание алгоритма ......................................................................225
4.2.3 Проверка работы алгоритма .........................................................232
4.2.4 Проверка работы алгоритма на реальных экспериментальных
данных ..........................................................................................................238
4.2.5 Обсуждение полученного результата..........................................245
4.3 Алгоритм реконструкции в топо-томографии .....................................247
4.4 Алгоритм реконструкции для вогнутой поверхности.........................256
4.5 Основные результаты главы 4 ...............................................................268
Основные результаты и выводы.........................................................................269
Список цитируемой литературы ........................................................................272
