2D & 3D phase retrieval for propagation-based X-ray phase-contrast tomography

Английский. Propagation-based X-ray phase-contrast tomography is a 3d imaging technique that utilizes two-dimensional projections from different angular views $\theta =[0,\pi]$ to reconstruct the 3D object information. The phase-contrast allows for higher feature contrast than conventional transmission tomography, as the phase interference gives rise to a sharp edge contrast. These phase fringes can then be utilized in so-called phase retrieval algorithms to retrieve the original imaged object. One of the most commonly used phase retrievals is derived using the transport-of-intensity TIE framework. This method has for a long time been applied in the projections space with single parameters assuming a single material sample. However, recent results indicate that phase retrieval in the reconstructed volume, using 3D TIE phase retrieval, could allow for the use of localized phase information in the retrieval step. This thesis aims to test the underlying approximation that allows for the use of 3D phase retrieval. It will also compare the two methods in unfavourable conditions. Utilizing simulations, we show that the approximation holds for organic materials, re-enforcing the current consensus. Additionally, both the 2d and 3d phase retrieval methods show comparable results in simulations, while laboratory measurement data show the same retrieved structure but with lower contrast.

Шведский. Röntgen, vägen genom människokroppen I en tid dominerad av pandemin och global uppvärmning är pressen större än någonsin för att förstå och hitta smarta lösningar på de underliggande problemen. För att lyckas med detta behövs tekniker som kan avbilda de mindre byggnadsblocken som i många fall ligger som grund till de större problemen. Röntgenstrålning är en del av det elektromagnetiska spektrumet och ockuperar regionen mellan synligt ljus och gammastrålning. Detta faktum gör röntgen till en idyllisk tillgång, då den kan användas till att differentiera elektrondensiteten av olika material. Ett direkt exempel av detta är när ett ben har brutits, då kan man med röntgenavbildning få bra kontrast mellan benet och de överliggande musklerna. Detta då benet har en högre elektrondensitet och absorbera en stor del av den inkommande strålningen, medan huden och musklerna har en längre elektrondensitet och därmed låter mesta delen av strålningen passera. I många fall är elektrondensitet skillnaden mellan olika material liten, då kan man använda sig av fasstörningseffekterna som sker när röntgenstrålningen passera genom mediet. Dessa fasstörningseffekter ger upphov till större kontrast skillnader i avgränsningen mellan två material. Genom att kombinerar denna teknik med tomografi, där man tar en uppsättning av bilder från olika vinklar, kan man uppnå tredimensionell avbildning av organiska prover. Faskontrasten som uppstår i denna metod är generellt inte idealiskt, därmed för att hitta de verkliga avgränsningarna mellan material används fasåterhämtningsmetoder. Dessa metoder har främst används på de individuella bilderna, men en ny metod har visat att detta kan även ske i den tredimensionell avbildningen. Detta skulle kunna innebära stora förbättringar när det kommer till analysering av de tredimensionella objekten. I detta arbete tar man en närmre titt på hur dessa olika fasåterhämtningsmetoder påverkar de verkliga avgränsningarna mellan material. Det visade sig att avgränsningarna förblir desamma, men där kan uppstå en kontrastskillnad mellan dem. Dessutom analyser vi en grupp av objekt som består av rektangulära beståndsdelar. Dessa visar sig ge upphov till minskat faskontrastar, men också enligt numerisk simulering påvisar, så vitt vi vet, odokumenterade störningseffekter.