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)學應用線站進行，研究X光相襯成像技術在基礎生物醫(yī)學研究中的應用。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（也稱為同軸相襯成像方法）進行方法學研究。首先，本論文研究超聲微氣泡在基于傳播距離的X光相襯成像中的應用?！翱諝?組織”結構在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)生邊緣增強效應?；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構將入射X光在探測器平面聚焦成一個亮點，從而實現(xiàn)增強圖像對比度的作用，例如顯現(xiàn)血管結構。在研究中，本論文分別使用數(shù)字仿真和離體動物實驗的方法驗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構的同軸相襯散斑圖像的應用，提出一種針對海綿結構的單次成像進行厚度測量的方法。在基于傳播距離的X光相襯成像中，“空氣-組織”結構

3、會改變入射X光的傳播方向。如果X光經(jīng)過多個這種結構，例如肺泡組織，那么X光的傳播方向會在一定角度范圍內散亂分布，在探測器平面呈現(xiàn)無規(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。該方法的一個潛在應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，實現(xiàn)腫瘤生長的連續(xù)監(jiān)測的目的。在初步的動物實驗中，我們已經(jīng)證實了該方法在監(jiān)控小鼠肺癌生長中的效用。最后，本論文提出了一種小

4、鼠腦血管的相襯成像方法，同時實現(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:樣品準備和三維成像。在樣品準備階段，我們使用生理鹽水進行小鼠腦血管灌注，然后使用福爾馬林進行組織固定。樣品準備好后，我們使用X光同軸相襯CT技術進行成像，并采用結合相位恢復算法的斷層圖像重建方法進行三維重構。實驗結果顯示，對脫水處理后的小鼠腦樣品進行相襯CT成像，再采用適當?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)絡及其軟組織結構。
　　

5、在本論文的第二部分，我們在上海光源的X射線成像與生物醫(yī)學應用線站搭建了基于光柵的X光相襯成像平臺。為滿足生物成像實驗的需求，針對不同入射X光能量，我們分別設計了三套光柵組合。為測試該光柵相襯成像系統(tǒng)，我們分別使用標準樣品和生物樣品測試低吸收結構的成像能力，并與傳統(tǒng)的基于吸收襯度的XCT成像系統(tǒng)進行對比。實驗結果顯示，我們在上海光源搭建的光柵成像系統(tǒng)可以精確的進行材料的量化測量，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、在沒有成像造影劑的幫助下觀測到了小鼠的頸內血管。
　　由于光柵CT成像需要在每個樣品角度進行相位步進掃描，采集多幅投影圖像。該過程非常耗時，通常是傳統(tǒng)CT掃描幾倍的時間。為解決光柵相襯CT成像慢的問題，本論文采用內交錯式光柵CT數(shù)據(jù)采集方式，提出了一種新型的圖像重建方法，命名為內聚焦式圖像重建方法，來解決內交錯式光柵CT成像的圖像偽影問題。該方法基于內交錯式光柵CT數(shù)據(jù)采集方式，無需額外的機械運動和數(shù)據(jù)采集步驟。通過數(shù)字模擬實驗和