顯微CT活體小動物組織與器官的成像方法研究.pdf

1、顯微CT系統(tǒng)成像精度高、掃描速度快，在活體小動物骨結(jié)構(gòu)、臟器組織、心血管系統(tǒng)和腫瘤模型成像上發(fā)揮著重要的作用，是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的主要成像手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，顯微CT活體小動物已能實(shí)現(xiàn)較高空間分辨率的成像，可觀測細(xì)胞尺度下的精細(xì)結(jié)構(gòu)（如小鼠骨小梁等）。但由于受X線劑量、噪聲、探測器響應(yīng)時間和運(yùn)動偽影等多重因素的影響，顯微CT在臟器、血管和腫瘤等小動物軟組織成像中，存在著密度分辨率和時間分辨率不高的問題，限制了顯微CT在研究中的廣泛應(yīng)用。為

2、發(fā)揮顯微CT的成像優(yōu)勢，需要對活體小動物組織和臟器的成像方法進(jìn)行深入研究，在掃描參數(shù)、造影方式、門控技術(shù)及重建算法等方面進(jìn)行優(yōu)化，提高其密度分辨率和時間分辨率，使其不僅能實(shí)現(xiàn)活體狀態(tài)下組織、器官和血管的高質(zhì)量靜態(tài)成像，還可實(shí)現(xiàn)心臟等運(yùn)動器官的4D動態(tài)成像，使顯微CT更好地服務(wù)于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究工作。
　　基于上述目標(biāo)，本文首先研究掃描參數(shù)對顯微CT成像質(zhì)量的影響。根據(jù)不同臟器及血管組織的成像特點(diǎn)，設(shè)計兩種檢測體模，利用不同尺度的對比度

3、插塊及特殊的排列結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)對臟器及血管組織的模擬;基于上述體模，探究射線源管電壓、管電流及成像角度數(shù)對成像質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)表明，隨著管電流和投影角度數(shù)的提升，圖像信噪比和對比度噪聲比均得到顯著改善，但輻射劑量和成像時間也相應(yīng)增加;射線源管電壓的增大，同樣可提高圖像信噪比，但也會影響物質(zhì)的對比度。因此根據(jù)樣本組織的不同特性制定不同的掃描策略，可一定程度提高成像的密度分辨率。
　　為進(jìn)一步提高活體小動物軟組織的成像質(zhì)量，本文對顯微

4、CT成像的門控技術(shù)和造影方式進(jìn)行了研究。設(shè)計了一種基于微型攝像頭和體表標(biāo)記物的呼吸門控設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一種多圈分段變速活體掃描方式。該活體掃描方式將掃描轉(zhuǎn)速與呼吸頻率相匹配，可在較短的掃描時間內(nèi)，獲取無呼吸運(yùn)動偽影的CT圖像。以該活體掃描方式為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析研究腹腔造影、靜脈注射造影、靜脈灌注造影等不同造影方式的增強(qiáng)效果。實(shí)驗(yàn)表明，腹腔造影可有效提高臟器間間隙的對比度，靜脈注射造影和靜脈灌注造影對肝臟、腎臟以及血管等臟器組織增強(qiáng)

5、效果會更為顯著。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本文利用靜脈灌注造影方式，獲取了清晰的小鼠皮下腫瘤血管和顱內(nèi)血管結(jié)構(gòu)圖像。
　　為獲取動物活體器官的動態(tài)4D影像，還需提高CT掃描的時間分辨率。本文探索了心電門控與重建算法相結(jié)合的顯微CT心臟4D成像方法。為獲取心電門控信號，設(shè)計了一種基于單導(dǎo)聯(lián)心率監(jiān)護(hù)前端AD8232和單片機(jī)模塊430F5438A的心電檢測裝置。利用該裝置獲取心電信號后，配合本文所提出的基于先驗(yàn)圖像約束的壓縮感知心臟4D圖像重建方