X射線相位襯度成像及其肝細胞癌顯微成像研究.pdf

1、X射線相襯成像(phase-contrast imaging，PCI)技術是新近出現(xiàn)的高襯度和高空間分辨率的成像技術。和傳統(tǒng)X射線成像技術相比，它可滿足生物軟組織微觀成像條件，獲得軟組織豐富內(nèi)部的微觀結構細節(jié)。近年來，相襯成像與CT的結合產(chǎn)生了相襯CT技術。結合相襯成像技術的優(yōu)勢，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，結合三維可視化技術，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)部微觀結構。本

2、課題借助相襯成像技術的信息提取和CT重建，獲得了樣品的高質(zhì)量圖像及三維微結構。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)學應用中的新途徑。
　　衍射增強成像(diffraction enhanced imaging，DEI)和類同軸相襯成像(in-linephase-contrast imaging，ILPCI)是目前研究和應用廣泛的相襯成像技術。通過在北京同步輻射裝置和上海光源分別進行DEI和ILPC

3、I實驗，本文研究了DEI的信息提取方法，并利用ILPCI-CT技術獲得了高分辨率的人體肝細胞癌CT圖像，重建了相應組織的三維結構，結合病理切片研究了肝細胞癌的微觀結構和病理特征，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.DEI的襯度機制主要來自于樣品對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的潛在應用關鍵。利用搖擺曲線的高斯擬合，本文提出了一種改進的信息提取方法，即IDEI(improved DEI)方法。僅需要利用三

4、個位置處的圖像，IDEI方法就能準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。比較起來，IDEI方法能很好地克服EDEI方法對搖擺曲線進行二階泰勒近似的缺點。而且，和多圖統(tǒng)計法(multiple image radiography, MIR)相比，IDEI僅需要三個輸入圖像，無疑降低了樣品的成像時間和輻射劑量。此外，通過對IDEI模型誤差分析進一步研究了引起圖像錯誤的因素。最后

5、，利用計算機模擬和同步輻射實驗數(shù)據(jù)對研究進行了驗證。
　　2.利用ILPCI-CT技術，獲得了肝癌組織的CT圖像和微血管的三維形態(tài)，并結合病理切片進行了分析。此外，結合基于相位恢復的相襯CT技術，推導了生物組織的密度與其相位系數(shù)的表達式，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圖像和三維結構，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構顯示和分析。首先，利用ILPCI-CT

6、技術重建了肝細胞癌樣品的CT圖像，并通過和對應位置處的樣品切片圖像進行對比，證實了ILPCI-CT技術的高度敏感性。其次，對于梁索間沒有血漿充斥的組織，結合ILPCI-CT和三維可視化技術重建了肝竇三維結構，同時根據(jù)肝竇與梁索結構間的關系，對不同分化程度梁索結構的比表面積與梁索間距進行定量分析，很好地描述了不同分化的肝細胞癌梁索結構和病理特征。最后，對于內(nèi)含血漿的梁索結構，利用三維紋理分析方法來研究細胞癌梁索結構，研究結果表明，能量、慣