自1895年伦琴发现X射线以来,X射线就被广泛地应用于医疗诊断、无损检测等领域。传统X射线吸收成像方法对于弱吸收物质,如主要由轻元素组成的生物软组织,无法进行高质量成像。不同于传统基于吸收衬度机制的X射线成像,相位衬度成像方法通过探测物质对X射线的相移来进行成像。物体在X射线波段的折射率通常用复数表示,其实部减小量反映相移信息,虚部反映吸收信息。在硬X射线波段,软组织的折射率实部减小量是虚部的几百到几千倍,理论上相衬图像比吸收图像有着更高的灵敏度,因此相衬成像对弱吸收物质能提供较好的成像对比度。近二十年来,X射线相衬成像技术得到了快速发展,其中的光栅相衬成像引起了越来越多的关注。与其它的相衬成像方法相比,光栅相衬成像能够使用大功率的常规X光管作为光源,并且有较大的成像视场,因此被普遍认为是极有可能应用于临床医学的成像方法。本文围绕光栅相衬成像,讨论了信息分离和计算机断层重建算法;介绍了国家同步辐射实验室搭建的相衬CT装置,并发展了一种光栅光学检测方法;分析了成像系统中光学器件对成像性能的影响。本文开展的主要工作包括:1.讨论了相衬CT成像中的信息分离和重建算法,在正反投影(RP)方法的基础上,提出了改进的信息分离方法,利用反函数替代位移曲线腰位附近的线性近似,降低了 RP方法在大折射角情况下的信息提取误差,增大了其适用范围;针对大尺寸样品,考虑到折射信号的大小与折射发生区域到分析光栅(G2)的距离有关,提出了改进的重建算法,提高了大尺寸样品的图像重建精度。2.介绍了国家同步辐射实验室搭建的相衬CT装置,该系统根据几何投影原理,首次利用医用CT球管和探测器实现了相衬CT成像。该光栅相衬成像装置是利用大周期吸收光栅产生的几何投影莫尔条纹作为载波信号来进行折射信息提取。由于放宽了对光栅周期的限制,降低了大尺寸曲面吸收光栅的制作工艺难度。结合医用CT球管的高功率、高能量和探测器大尺寸、高帧率的特点,实现了快速、高能、大视场相衬成像。总结了一套完整的光栅相衬成像实验技术和数据处理流程,为后期光栅相衬成像的临床应用提供指导。3.由于大高宽比吸收光栅的制作非常困难,加工得到的光栅通常都不是理想光栅,光栅栅条会出现倾斜、梯形化等情况;同时CT球管的焦斑在工作时会发生漂移。针对成像系统中部件的这些缺陷,本文定量分析了光栅和光源缺陷对系统成像性能的影响。通过模拟光栅的不同形貌、光源焦点的尺寸和漂移对成像系统空间分辨率以及密度分辨率的影响,找出对系统成像性能起决定性影响的因素,从而指导光栅的加工,指出成像系统改进的方向。4.针对相衬CT装置中采用的吸收光栅的结构特点,提出了一种适用于大高宽比光栅的光学检测方法。模拟和实验结果都验证了该方法的可行性,解决了目前大高宽比光栅的检测难题。该方法基于光栅结构对入射光线的调制,通过观测光栅上表面出射光线的分布情况,可以判断光栅结构的变化并实现大高宽比X射线吸收光栅的快速、无损检测。