Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Comparison of two x-ray phase-contrast imaging methods with a microfocus source
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Applied Physics, Biomedical and X-ray Physics.ORCID iD: 0000-0002-7258-002X
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Applied Physics, Biomedical and X-ray Physics.ORCID iD: 0000-0001-7637-1850
Show others and affiliations
2013 (English)In: Optics Express, ISSN 1094-4087, E-ISSN 1094-4087, Vol. 21, no 25, 30183-30195 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

We present a comparison for high-resolution imaging with a laboratory source between grating-based (GBI) and propagation-based (PBI) x-ray phase-contrast imaging. The comparison is done through simulations and experiments using a liquid-metal-jet x-ray microfocus source. Radiation doses required for detection in projection images are simulated as a function of the diameter of a cylindrical sample. Using monochromatic radiation, simulations show a lower dose requirement for PBI for small object features and a lower dose for GBI for larger object features. Using polychromatic radiation, such as that from a laboratory microfocus source, experiments and simulations show a lower dose requirement for PBI for a large range of feature sizes. Tested on a biological sample, GBI shows higher noise levels than PBI, but its advantage of quantitative refractive index reconstruction for multi-material samples becomes apparent.

Place, publisher, year, edition, pages
2013. Vol. 21, no 25, 30183-30195 p.
Keyword [en]
Computed-Tomography, Grating Interferometer, Noise, Propagation, Performance, Retrieval, Signal, Jet, CT
National Category
Other Physics Topics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-139423DOI: 10.1364/OE.21.030183ISI: 000328575700007Scopus ID: 2-s2.0-84890505484OAI: oai:DiVA.org:kth-139423DiVA: diva2:687111
Funder
Swedish Research Council
Note

QC 20140113

Available from: 2014-01-13 Created: 2014-01-13 Last updated: 2017-12-06Bibliographically approved
In thesis
1. Phase-Contrast X-Ray Carbon Dioxide Angiography
Open this publication in new window or tab >>Phase-Contrast X-Ray Carbon Dioxide Angiography
2014 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Phase-contrast x-ray imaging is an emerging technology, which allows for imaging of smaller features than conventional absorption-based x-ray imaging, with lower radiation dose. Instead of the attenuation that is normally used in x-ray imaging, it utilizes the phase shift introduced by an object to the transmitted x-rays. This phase shift can change the directions of the x-rays slightly, which can be measured in a few different ways. Propagation-based phase contrast, which is the method most used in this Thesis, detects these deviations using a high-resolution imaging detector at a distance from the sample. This Thesis describes how phase-contrast x-ray imaging can be used to image the internal structures of small animals like mice and rats. A technique for imaging of very small blood vessels has been developed and analyzed. By injecting a gas, such as carbon dioxide, into the vascular system, blood vessels down to 8 µm in diameter have been visualized. This is considerably smaller than the 50 µm vessels that can be imaged using iodine-based contrast agents at radiation doses compatible with living animals. A recently invented type of x-ray source, based on a jet of liquid metal as electron-beam target, has been used and further developed for the imaging purposes of this Thesis. Such metal-jet x-ray sources provide very high x-ray flux for the small x-ray spot sizes at which they operate, something that has been crucial for the quality of the phase-contrast images acquired.

Abstract [sv]

Faskontrastavbildning med röntgenstrålning är en relativt ny teknik som gör det möjligt att avbilda mindre detaljer än vanlig absorptionsbaserad röntgen, med lägre stråldos. Där normalt dämpningen av strålningen registreras, används istället det fasskift som strålningen får då den går genom ett objekt. Detta fasskift kan få röntgenstrålarna att ändra riktning, vilket kan mätas på olika sätt. Propagationsbaserad faskontrast, som har använts mest i denna avhandling, detekterar avvikelserna i fasen med hjälp av en röntgenkamera med hög upplösning en bit bakom objektet. Denna avhandling beskriver hur faskontrast kan användas för att avbilda inre strukturer i små djur som möss och råttor. En teknik för avbildning av mycket små blodkärl har utvecklats och analyserats. Genom att injicera en gas, såsom koldioxid, in i kärlsystemet har blodkärl ner till 8 µm i diameter visualiserats. Detta är betydligt mindre än de 50 µm-kärl som kan avbildas med jodbaserade kontrastmedel vid stråldoser som går att använda på levande försöksdjur. En nyligen uppfunnen typ av röntgenkälla, som skjuter elektroner på en stråle av flytande metall, har använts och utvecklats för avbildningen i denna avhandling. Dessa metallstrålekällor ger mycket röntgenstrålning för den lilla källpunkt de har, något som varit avgörande för kvaliteten på faskontrastbilderna i denna avhandling.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2014. ix, 66 p.
Series
TRITA-FYS, ISSN 0280-316X ; 2013:70
National Category
Physical Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-139409 (URN)978-91-7501-971-0 (ISBN)
Public defence
2014-01-31, FD5, AlbaNova universitetscentrum, Roslagstullsbacken 21, Stockholm, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish Research CouncilSwedish Foundation for Strategic Research
Note

QC 20140113

Available from: 2014-01-14 Created: 2014-01-13 Last updated: 2014-01-14Bibliographically approved
2. Laboratory X-Ray Phase-Contrast Imaging: Methods and Comparisons
Open this publication in new window or tab >>Laboratory X-Ray Phase-Contrast Imaging: Methods and Comparisons
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

X-ray phase-contrast imaging has seen rapid development in recent decades due to its superior performance in imaging low-absorption objects, compared to traditional attenuation x-ray imaging. Having higher demand on coherence, x-ray phase-contrast imaging is performed mostly at synchrotrons. With the development of different imaging techniques, and the development of laboratory sources and x-ray optics, x-ray phase-contrast imaging can now be implemented on laboratory systems, which is promising and practical for broader range of applications.

The subject of this thesis is the implementation, development and comparison of different laboratory phase-contrast methods using a liquid-metal-jet source. The three x-ray phase-contrast imaging methods included in this thesis are the propagation-, grating-, and speckle-based techniques. The grating-based method has been implemented on a laboratory system with a liquid-metal-jet source, which yields several times higher brightness than a standard solid-anode microfocus source. This allows shorter exposure time or a higher signal-to-noise ratio. The performance of the grating-based method has been experimentally and numerically compared with the propagation-based method, and the dose required to observe an object as a function of the object’s diameter has been investigated with simulations. The result indicates a lower dose requirement for the propagation-based method in this system but a potential advantage for the grating-based method to detect relatively large samples using a monochromatic beam.

The speckle-based method, both the speckle-tracking and speckle-scanning techniques, has been implemented on a laboratory system for the first time, showing its adaptability to radiation of low temporal coherence. Tomography has been performed and shows the potential applications of this method on quantitative analysis on both absorption and phase information of materials. As a basis for further optimization and comparisons to other methods, the noise properties of the differential phase contrast of the speckle-based method have been studied and an analytical expression for the noise variance introduced, showing a similarity to the grating-based method.

Abstract [sv]

Faskontrastavbildning med röntgenstrålning är en teknik som har utvecklats kraftigt de senaste årtiondena, eftersom den fungerar bättre än traditionella, absorptionsbaserade röntgenundersökningar för objekt med låg absorption. Den har dock höga krav på koherens, vilket gjort att den huvudsakligen används vid stora synkrotron-anläggningar. Tack vare utveckligen av nya avbildningstekniker, laboratoriekällor och röntgenoptik kan numera faskontrast användas även med laboratoriesystem, vilket är lovande då tekniken kan användas vid ett större antal olika tillämpningsområden

Denna avhandling syftar till att tillämpa, utveckla och jämföra olika faskontrastmetoder i laboratoriemiljö, med en metallstråleröntgenkälla. De tre faskontrastmetoderna som behandlas i denna avhandling är propogation, gitter och speckelbaserad faskontrast. Den gitterbaserade metoden har implementerats i ett laboratoriesystem med en metallstrålekälla som ger flera gånger högre radians än en vanlig, fast mikrofokuskälla. Den högre radians en möjliggör kortare exponeringstider eller högre signal-brusförhållande. Den gitterbaserade tekniken har jämförts experimentellt och numeriskt med den propageringsbaserade metoden. Den strålningsdos som krävs för observera ett objekt, som funktion av dess diameter, har jämförts för de båda teknikerna, den här gången via simuleringar. Resultaten visar på en lägre strålningsdos för den propagationsbaserade tekniken i detta fall, men även att det finns en potentiell fördel för den gitterbaserade tekniken för något större objekt med monokromatisk röntgenstrålning.

Speckelbaserade tekniker, nämare bestämt den som bygger på att spåra speckel och den som bygger på att scanna diffusorn, har för första gången implementerats i laboratoriemiljö. Därmed har visats att de fungerar även för strålning med låg tidskoherens. Tekniken har även använts för tomografi och visar möjliga tillämpningar inom kvantitativ analys av material. För att förenkla framtida optimeringar och jämförelser av tekniken med andra metoder, har brusegenskaperna för den speckelbaserade metoden studerats och visat sig likna den gitterbaserade metoden.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2016. 64 p.
Series
TRITA-FYS, ISSN 0280-316X ; 2016:63
Keyword
X-ray imaging, Phase-contrast, Liquid-metal-jet source, Propagation-based imaging, Grating-based imaging, Speckle-based imaging
National Category
Other Physics Topics
Research subject
Physics
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-192593 (URN)978-91-7729-116-9 (ISBN)
Public defence
2016-10-14, FD5, Roslagstullsbacken 21, STOCKHOLM, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160921

Available from: 2016-09-21 Created: 2016-09-15 Last updated: 2016-09-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Zhou, TunheLundström, UlfLarsson, Daniel H.Hertz, HansBurvall, Anna

Search in DiVA

By author/editor
Zhou, TunheLundström, UlfLarsson, Daniel H.Hertz, HansBurvall, Anna
By organisation
Biomedical and X-ray Physics
In the same journal
Optics Express
Other Physics Topics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 90 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf