X射線相位襯度成像及其肝細(xì)胞癌顯微成像研究.pdf

1、X射線相襯成像(phase-contrast imaging，PCI)技術(shù)是新近出現(xiàn)的高襯度和高空間分辨率的成像技術(shù)。和傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)相比，它可滿足生物軟組織微觀成像條件，獲得軟組織豐富內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。近年來，相襯成像與CT的結(jié)合產(chǎn)生了相襯CT技術(shù)。結(jié)合相襯成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，相襯CT能夠極大地提高圖像的襯度，獲得軟組織的高分辨率CT圖像。此外，結(jié)合三維可視化技術(shù)，相襯CT能夠在不注射造影劑的情況下獲得生物樣品的三維內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。本

2、課題借助相襯成像技術(shù)的信息提取和CT重建，獲得了樣品的高質(zhì)量圖像及三維微結(jié)構(gòu)。目的在于豐富和加深相襯成像理論與方法，探索相襯成像及其圖像處理在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的新途徑。
　　衍射增強(qiáng)成像(diffraction enhanced imaging，DEI)和類同軸相襯成像(in-linephase-contrast imaging，ILPCI)是目前研究和應(yīng)用廣泛的相襯成像技術(shù)。通過在北京同步輻射裝置和上海光源分別進(jìn)行DEI和ILPC

3、I實(shí)驗(yàn)，本文研究了DEI的信息提取方法，并利用ILPCI-CT技術(shù)獲得了高分辨率的人體肝細(xì)胞癌CT圖像，重建了相應(yīng)組織的三維結(jié)構(gòu)，結(jié)合病理切片研究了肝細(xì)胞癌的微觀結(jié)構(gòu)和病理特征，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.DEI的襯度機(jī)制主要來自于樣品對(duì)X射線的吸收、折射和小角散射。如何從圖像中分離出不同的襯度是DEI的潛在應(yīng)用關(guān)鍵。利用搖擺曲線的高斯擬合，本文提出了一種改進(jìn)的信息提取方法，即IDEI(improved DEI)方法。僅需要利用三

4、個(gè)位置處的圖像，IDEI方法就能準(zhǔn)確地分離出樣品的吸收、折射和小角散射信息。IDEI方法是EDEI(extended DEI)方法的改進(jìn)。比較起來，IDEI方法能很好地克服EDEI方法對(duì)搖擺曲線進(jìn)行二階泰勒近似的缺點(diǎn)。而且，和多圖統(tǒng)計(jì)法(multiple image radiography, MIR)相比，IDEI僅需要三個(gè)輸入圖像，無疑降低了樣品的成像時(shí)間和輻射劑量。此外，通過對(duì)IDEI模型誤差分析進(jìn)一步研究了引起圖像錯(cuò)誤的因素。最后

5、，利用計(jì)算機(jī)模擬和同步輻射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)研究進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　2.利用ILPCI-CT技術(shù)，獲得了肝癌組織的CT圖像和微血管的三維形態(tài)，并結(jié)合病理切片進(jìn)行了分析。此外，結(jié)合基于相位恢復(fù)的相襯CT技術(shù)，推導(dǎo)了生物組織的密度與其相位系數(shù)的表達(dá)式，從而獲得了生物組織各處的密度分布，并利用肝癌組織中的微血管CT圖像和三維結(jié)構(gòu)，從密度分布角度分析了癌栓和血栓差別。
　　3.研究了不同分化的三維梁索結(jié)構(gòu)顯示和分析。首先，利用ILPCI-CT

6、技術(shù)重建了肝細(xì)胞癌樣品的CT圖像，并通過和對(duì)應(yīng)位置處的樣品切片圖像進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了ILPCI-CT技術(shù)的高度敏感性。其次，對(duì)于梁索間沒有血漿充斥的組織，結(jié)合ILPCI-CT和三維可視化技術(shù)重建了肝竇三維結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)肝竇與梁索結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，對(duì)不同分化程度梁索結(jié)構(gòu)的比表面積與梁索間距進(jìn)行定量分析，很好地描述了不同分化的肝細(xì)胞癌梁索結(jié)構(gòu)和病理特征。最后，對(duì)于內(nèi)含血漿的梁索結(jié)構(gòu)，利用三維紋理分析方法來研究細(xì)胞癌梁索結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果表明，能量、慣