高分辨率超小型动物螺旋CT的设计

摘要

随着社会经济的高速发展,人类社会活动的程度及规模不断扩大,向自然界索取的能力以及对自然环境进行干预的能力也越来越大,资源消耗与排放的废弃物大量增加,加上人们在认识上的局限性和主观上的疏于保护,造成了全球性的环境污染。基于这个形势开始考虑到环境中某些化合物对人类健康潜在的影响。环境提供给人类空气、水、食物等，其中大多数致癌因素包含在其中，这些因素通过不同的方式改变人类的体质或细胞构成，引起癌症的产生。近年来癌症逐渐成为威胁人类健康的主要杀手，未来几年内癌症的发病率将可能增加一倍。目前我国城市居民中癌症的死亡率已居首位，因此“早诊早治”已成为改善重大疾病治疗效果、提高生活质量、节约医疗开支的关键性因素。
　　人类的许多疾病和损伤都可以在动物上建立模型，医学与医药学方面的研究与小动物实验息息相关。任何临床的影像技术和药物试验都必须先在动物实验上进行实现和验证。针对这种情况，多模态小动物分子医学影像设备应运而生，它的研发符合医学研究的需求，它是实现早诊早治和新药研发的不可或缺的关键设备。多模态小动物分子医学影像设备集合了X射线断层成像（Computed Tomography，CT）、正电子发射断层成像（Positron Emission Computed Tomography，PET）与单光子发射断层成像（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）三模态合一，是一台集解剖成像、代谢成像的多功能医学影像设备，其中CT设备主要负责给予 PET/SPECT设备的图像进行定位和细节分析。
　　本研究依托河北大学与北京大学医学影像联合实验室的相关课题，此课题受国家重大科学仪器开发专项项目（项目名称：小动物多模态分子影像重大科研仪器及关键技术研究；项目编号：2011YQ030114）支持，由北京大学牵头，河北大学等全国10多所院校及医院配合实施。
　　在此期间，主要研究内容包括两部分，第一部分是设计小动物 CT系统，包括 X射线源以及探测器的选型，整体系统结构设计，X射线光路图设计等；第二部分是整机调试，包括调整中心，测试空间分辨率及密度分辨率，等。其中包括：①结合设备研制流程，对小动物螺旋 CT机的原理构架进行模拟，进行总体设计及评估；②为达到设计指标，进行X光路图进行设计；③参照光路图设计，对各部件尺寸进行修改，改造探测器结构及X光源托架设计；④各部件组装调试，对各部分尺寸进行微调，其中包括中心调整、高度瓶器调整、旋转中心对齐等细节调整；⑤通过实物模型扫描对设备整体调整效果进行验证，直至符合设计要求；⑥对 CT机的关键指标进行测试，包括空间分辨率、密度分辨率、信噪比及灵敏度的测试；⑦数次利用设备对活体小动物进行扫描，在实践中验证整体设备的性能及效果。

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第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 本论文的主要研究内容

第 2 章 螺旋 CT 技术的原理

2.1 螺旋 CT 技术的基本原理

2.2 CT 系统的硬件组成

2.3 图像重建运算

第 3 章 小动物螺旋 CT 的总体设计及具体结构组件参数

3.1 小动物螺旋 CT 的设计参数

3.2 小动物螺旋 CT 的设计结构

3.3 CT 结构设计和光路图

3.4 小动物螺旋 CT 的具体结构组件参数

3.5 小动物螺旋 CT 的组装结构

第 4 章 小动物螺旋 CT 的相关实验

4.1 小动物螺旋 CT 光路图的设计

4.2 小动物螺旋 CT 光路图的组装调试中的试验

4.3 小动物螺旋 CT 空间分辨率的测试

4.4 小动物螺旋 CT 密度分辨率的测试

4.5 小动物螺旋 CT 密度分辨率与 X 射线电压之间关系的测试实验

第 5 章 小动物螺旋 CT 的应用

5.1 小动物螺旋 CT 应用于口腔医学领域

5.2 小动物螺旋 CT 应用于骨骼医学领域

5.3 小动物螺旋 CT 应用于其他医学领域

第 6 章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

攻读学位期间取得的科研成果

参考文献

致谢