本論文利用一般X光光源做一系列X光影像及X光相位對比影像的研究。在X光影像部分，藉由改變幾何放大倍率(光源到觀測點之間的距離÷光源到觀測物之間的距離)及空間同調長度(光源尺寸×觀測物到觀測點之間的距離÷光源到觀測物之間的距離)，使得觀察物(14.8 mm × 3.2 mm斑馬魚)的最小結構(魚刺)X光影像解析度清晰至3個pixel。藉由人類骨骼跟斑馬魚骨骼的關聯，進而觀察在一般水質生長的斑馬魚骨骼與在咖啡因濃度10ppm水質生長的斑馬魚骨骼有何不同。從實驗結果可看出咖啡因會造成骨骼間隙的擴大。
    另一方面，利用Talbot距離及T. Weitkamp的三光柵系統進行生物組織X光相位對比影像的拍攝，藉由調整適當的光柵間距離以及其相對方向，能夠得到較好的相位對比影像。

This thesis bases on the common X-ray sources to capture and investigate  a series of X-ray images and X-ray phase contrast images. In the part of the X-ray images, by changing the magnifications and the spatial coherence length, the target was observed clear. In order to prove that caffeine will affect human beings’ bone density, the researcher has chosen the similar one, zebra fish, as the observation of the experiment. Those zebra fishes were growing up in different water, one is normal water and the other one is caffeine water. From the experimental result, it can find out caffeine will cause the enlargement of the skeleton interval.
    Furthermore, this thesis also explores about manipulating Talbot distance and the T. Weitkamp experiment to capture the biological tissue of the X-ray phase contrast images. By adjusting the variables of gratings, the better phase contrast images could be achieved.

目錄
第一章  實驗背景及動機  .................................................................1

第二章  光學背景介紹  .......................................................................5
(一)、同調性  ..................................................................................................5
(二)、線光源及點光源  ...............................................................................8
(三)、Talbot 自成像  ...................................................................................9

第三章 理論分析  .................................................................................11
(一)、X-Ray影像分析  ................................................................................11
1、幾何放大  ................................................................................................11
2、失真  .........................................................................................................12
3、物體位置  ................................................................................................13
4、影像解析度  ............................................................................................18
(一)	X-Ray相位對比影像分析  ...........................................................19
1、相位來源  ................................................................................................19
2、Talbot 距離  ............................................................................................20
3、相位設定  ................................................................................................25

第四章  實驗裝置  ..............................................................................27
(一)、X-Ray產生器  ....................................................................................27
(二)、影像處理系統  ...................................................................................27
(三)、實驗裝置  ...........................................................................................28

第五章  結果與討論  ..........................................................................30
(一)、X-Ray影像分析  ................................................................................30
1、光源為線光源，觀察物體為乾燥之斑馬魚  .......................................30
2、光源改為點光源，觀察物體為乾燥之斑馬魚  ...................................37
3、魚的尺寸與乾濕度  ...............................................................................43
4、咖啡因對斑馬魚骨骼之影像  ..............................................................43
(二)、X-Ray相位對比影像分析  ...............................................................48

參考文獻  ..................................................................................................55

 
圖表目錄
圖1-1 斑馬魚影像圖  ..................................................................................3
圖2-1 光源尺寸對同調面積影響圖  ........................................................7
圖2-2 線光源及點光源示意圖  .................................................................9
圖3-1 Ｘ光影像的放大情形  ...................................................................11
圖3-2 同一平面上之同一物體，雖然位置不同，卻有相同的放大
      效果圖  ............................................................................................12
圖3-3 物體厚度與X光影像失真的情形  ..............................................13
圖3-4 物體厚度與偏離中心軸所造成的失真情形  .............................14
圖3-5 傾斜物體所造成之失真  ...............................................................15
圖3-6 傾斜物體與偏離中心軸所造成之失真  .....................................16
圖3-7 物體本身的不規則形狀與成像區域不是位於中心軸上所造
      成之失真  ........................................................................................16
圖3-8 空間失真  ........................................................................................17
圖3-9 幾何學變數的半影影響  ...............................................................19
圖3-10  Talbot 計算示意圖  ...................................................................24
圖3-11  顯示圖像在光柵後面的各種各樣類型的位置  ....................24
圖3-10  實驗擺設示意圖  .......................................................................26
圖4-1   BAS-2500系統  ...........................................................................28
圖4-2(a)  X光影像裝置圖  ......................................................................29
圖4-2(b)  X光相位對比影像裝置圖  ....................................................29
圖5-1(a)  l1 = 80 cm，l2 = 0 cm 的影像圖  ...............................................31
圖5-1(b)  l1 = 80 cm，l2 = 1 cm 的影像圖  ...............................................31
圖5-1(c)  l1 = 80 cm，l2 = 10 cm 的影像圖  .............................................32
圖5-1(d)  l1 = 80 cm，l2 = 40 cm 的影像圖  .............................................32
圖5-2(a)  l1 = 40 cm，l2 = 10 cm 的影像圖  .............................................33
圖5-2(b)  l1 = 80 cm，l2 = 10 cm 的影像圖  .............................................33
圖5-2(c)  l1 = 160 cm，l2 = 10 cm 的影像圖  ............................................33
圖5-3(a)  l1 = 200 cm，l2 = 10 cm 的影像圖  ............................................34
圖5-3(b)  l1 = 200 cm，l2 = 200 cm 的影像圖  .........................................35
圖5-3(c)  l1 = 200 cm，l2 = 300 cm 的影像圖  ..........................................35
圖5-4(a)  洞口尺寸100μm且l1 = 200 cm，l2 = 400 cm的影像圖  .......39
圖5-4(b)  洞口尺寸100μm且l1 = 300 cm，l2 = 300 cm的影像圖  .......39
圖5-4(c)  洞口尺寸100μm且l1 = 400 cm，l2 = 200 cm的影像圖  .......40
圖5-4(d)  洞口尺寸100μm且l1 = 450 cm，l2 = 150 cm的影像圖  .......40
圖5-4(e)  洞口尺寸100μm且l1 = 500 cm，l2 = 100 cm的影像圖  .......41
圖5-5  洞口尺寸10μm且l1 = 400 cm，l2 = 200 cm的影像圖  .............41
圖5-6(a) 線光源，鉛皮洞口尺寸100μm，l1 = 200 cm，l2 = 400 cm 
        的影像圖  ...................................................................................42
圖5-6(b) 點光源，鉛皮洞口尺寸100μm，l1 = 200 cm，l2 = 400 cm 
        的影像圖  ...................................................................................42
圖5-7(a) 尺寸為14.8mm x 3.2mm的乾燥斑馬魚影像圖  ....................45
圖5-7(b) 尺寸為14.8mm x 3.2mm的活體斑馬魚影像圖  ....................45
圖5-7(c) 尺寸為34.2mm x 7.9mm的活體斑馬魚影像圖  ....................45
圖5-8(a) 飼養在正常水質的斑馬魚影像圖  .........................................46
圖5-8(b) 飼養在10 ppm咖啡因水質斑馬魚影像圖  ............................46
圖5-8(c) 飼養在正常水質的斑馬魚骨骼影像圖  .................................47
圖5-8(d) 飼養在10 ppm咖啡因水質斑馬魚骨骼影像圖  ...................47
圖5-9  傳統X-ray穿透吸收影像加上繞射所造成相位對比影像  ...50
圖5-10(a) 選擇對的基底圖扣除後的相位對比影像  ..........................50
圖5-10(b) 選擇錯誤的基底圖扣除後的相位對比影像  ......................51
圖5-11(a) 不同d值所造成相位對比清晰與否  ....................................51
圖5-11(b) 不同d值所造成相位對比清晰與否  ....................................52
圖5-12(a) 不同x值所造成相位對比清晰與否  ....................................52
圖5-12(b) 不同x值所造成相位對比清晰與否  ....................................53
圖5-12 (c) 不同x值所造成相位對比清晰與否  ...................................53
圖5-12(c) 不同x值所造成相位對比清晰與否  ....................................54
圖5-13  繞射所產生的相位對比影像圖  ..............................................54
表5-1   各條件下解析度比較表  ..........................................................38

1.	同步輻射X射線顯微成像, 謝行恕及賈成芝合著, 聯經出版事業公司, p1(1995)

2.	http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%91%E9%A6%AC%E9%AD%9A 

3.	T. Weitkamp, A. Diaz, and C. David, Optics Express 13, 6296(2005)

4.	F. Pfeiffer, T. Weitkamp, O. Bunk, and C. David, Nature Physics 2, 258(2006)

5.	T. J. Davis, D. Gao, T. E. Gureyev, A. W. Stevenson, and S. W. Wilkins, Nature 373, 595(1995)

6.	 T. J. Davis, T. E. Gureyev, D. Gao, A. W. Stevenson, and S. W. Wilkins, Physical Review Letters 74, 3173(1995)


7.	 Optics and lasers : including fibers and optical waveguides -5th ed, M.Young, Berlin : Springer-Verlag, 1992  

8.	 陳豪智, 淡江大學碩士論文(1997)

9.	 http://bmeimage.cycu.edu.tw/database/X-RAY/X-ray.html#mark3

10.	  S. W. Wilkins, T. E. Gureyev, D. Gao, A. Pogany, and A. W. Stevenson, Nature 384, 335(1996) 

11.  Introduction to Fourier Optics -3rd ed, J. W. Goodman, Roberts and Company Publishers, p88(2005)

12.  但唐諤, 淡江大學碩士論文(1990)

13.  黃國宗,, 淡江大學碩士論文(1998)

14.  http://home.fujifilm.com/info/products/science/bas/2500.html