同步輻射X光相襯成像方法研究.pdf

1、本論文的研究主要圍繞上海光源的X射線成像與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用線站進(jìn)行，研究X光相襯成像技術(shù)在基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用。本研究主要分為兩部分:第一部分是基于傳播距離的X光相襯成像方法，第二部分是基于光柵的X光相襯成像方法。
　　本論文首先圍繞基于傳播距離的X光相襯成像方法（也稱(chēng)為同軸相襯成像方法）進(jìn)行方法學(xué)研究。首先，本論文研究超聲微氣泡在基于傳播距離的X光相襯成像中的應(yīng)用?！翱諝?組織”結(jié)構(gòu)在X光同軸相襯成像方法中可以有效地改變X光的傳

2、播路徑，在圖像中產(chǎn)生邊緣增強(qiáng)效應(yīng)?；诖耍菊撐奶岢隽薠光相襯成像造影劑的概念，即利用超聲微氣泡的空腔結(jié)構(gòu)將入射X光在探測(cè)器平面聚焦成一個(gè)亮點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圖像對(duì)比度的作用，例如顯現(xiàn)血管結(jié)構(gòu)。在研究中，本論文分別使用數(shù)字仿真和離體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證超聲微氣泡作為同軸相襯成像造影劑的效果。然后，本論文研究海綿狀結(jié)構(gòu)的同軸相襯散斑圖像的應(yīng)用，提出一種針對(duì)海綿結(jié)構(gòu)的單次成像進(jìn)行厚度測(cè)量的方法。在基于傳播距離的X光相襯成像中，“空氣-組織”結(jié)構(gòu)

3、會(huì)改變?nèi)肷鋁光的傳播方向。如果X光經(jīng)過(guò)多個(gè)這種結(jié)構(gòu)，例如肺泡組織，那么X光的傳播方向會(huì)在一定角度范圍內(nèi)散亂分布，在探測(cè)器平面呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的散斑圖像。利用這種散斑圖像，我們可以估算出正常肺組織的厚度，即利用單張相襯散斑投影圖像估算肺組織厚度。該方法的一個(gè)潛在應(yīng)用是使用低輻射劑量的單張投影圖像間接估算出肺部腫瘤組織的厚度，實(shí)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)的目的。在初步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)證實(shí)了該方法在監(jiān)控小鼠肺癌生長(zhǎng)中的效用。最后，本論文提出了一種小

4、鼠腦血管的相襯成像方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率和優(yōu)異的軟組織成像能力。該方法分為兩部分:樣品準(zhǔn)備和三維成像。在樣品準(zhǔn)備階段，我們使用生理鹽水進(jìn)行小鼠腦血管灌注，然后使用福爾馬林進(jìn)行組織固定。樣品準(zhǔn)備好后，我們使用X光同軸相襯CT技術(shù)進(jìn)行成像，并采用結(jié)合相位恢復(fù)算法的斷層圖像重建方法進(jìn)行三維重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)脫水處理后的小鼠腦樣品進(jìn)行相襯CT成像，再采用適當(dāng)?shù)膱D像重建方法可以有效地獲得高空間分辨率的腦血管網(wǎng)絡(luò)及其軟組織結(jié)構(gòu)。
　　

5、在本論文的第二部分，我們?cè)谏虾９庠吹腦射線成像與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用線站搭建了基于光柵的X光相襯成像平臺(tái)。為滿足生物成像實(shí)驗(yàn)的需求，針對(duì)不同入射X光能量，我們分別設(shè)計(jì)了三套光柵組合。為測(cè)試該光柵相襯成像系統(tǒng)，我們分別使用標(biāo)準(zhǔn)樣品和生物樣品測(cè)試低吸收結(jié)構(gòu)的成像能力，并與傳統(tǒng)的基于吸收襯度的XCT成像系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，我們?cè)谏虾９庠创罱ǖ墓鈻懦上裣到y(tǒng)可以精確的進(jìn)行材料的量化測(cè)量，并且具有優(yōu)異的軟組織成像能力。使用該套光柵成像系統(tǒng)，我們首次

6、在沒(méi)有成像造影劑的幫助下觀測(cè)到了小鼠的頸內(nèi)血管。
　　由于光柵CT成像需要在每個(gè)樣品角度進(jìn)行相位步進(jìn)掃描，采集多幅投影圖像。該過(guò)程非常耗時(shí)，通常是傳統(tǒng)CT掃描幾倍的時(shí)間。為解決光柵相襯CT成像慢的問(wèn)題，本論文采用內(nèi)交錯(cuò)式光柵CT數(shù)據(jù)采集方式，提出了一種新型的圖像重建方法，命名為內(nèi)聚焦式圖像重建方法，來(lái)解決內(nèi)交錯(cuò)式光柵CT成像的圖像偽影問(wèn)題。該方法基于內(nèi)交錯(cuò)式光柵CT數(shù)據(jù)采集方式，無(wú)需額外的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)采集步驟。通過(guò)數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)和