基于X射线光栅相位衬度的小动物无损成像研究

摘要

近年来，X射线光栅相位衬度成像成为当前X射线成像学界的研究热点，因其与传统X光源的高度兼容性而被认为是未来临床医学无损诊断的关键技术。与现有的X射线吸收衬度成像技术相比，相位衬度成像技术在对软组织等轻元素样品成像时具有不可替代的分辨能力，能够同时获得动物和人体的骨骼、器官等硬组织和软组织的高衬度、大视场、免造影的三维结构成像。该技术在一次成像过程中，可以通过信息分离算法获得吸收衬度图像、相位衬度图像和散射衬度图像，三者各有特色，又相互补充，获取的信息量远超过传统医用X射线CT装置，因此在癌症早期防治、免造影诊断、动物无损研究等方面具有重要的科研价值和潜在的应用前景。
　　本论文利用中国科学技术大学国家同步辐射实验室的一个基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像实验平台，开展小动物的无损成像研究。基于该平台，本论文主要开展了以下两方面的工作:
　　1.基于X射线光栅相位衬度的小鼠肺部无损成像研究
　　肺癌是临床死亡率最高的恶性肿瘤之一，寻找更为有效的早期诊断手段成为治疗肺癌等恶性肿瘤的迫切要求。我们利用基于几何投影的X射线相位衬度成像技术，对植有黑色素瘤的小鼠肺部进行无损成像研究，在X射线相位衬度成像应用于肺癌早期诊断方面进行了有益的尝试。实验结果显示:在植有黑色素瘤癌变的小鼠肺部样品的相位衬度图像中，不但观察到了表面凸起的黑色素瘤，而且还展示了其内部癌变组织的丰富细节，并且其衬噪比高于正常肺部。上述研究证明了利用光栅相位衬度成像实现肺癌早期检测的可能性，在肺癌早期诊断方面具有成像快、清晰等独特优势。
　　2.基于X射线光栅相位衬度的鲫鱼无损成像研究
　　探究常用鱼类的结构对于确保食品安全和人体健康具有非常重要的意义。我们基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像技术，无损研究活体鲫鱼的鱼体结构，利用福尔马林溶液处理样品，发现成像结果清楚地显示出鱼肠软组织的结构。这是第一次利用常规X射线光源的光栅相位衬度成像技术观察到鱼肠软组织。我们还发现，经福尔马林溶液处理鲫鱼样品的吸收衬度图像、相位衬度图像和散射衬度图像的衬噪比均优于新鲜鲫鱼样品，表明这种样品处理方法可以作为X射线光栅相位衬度成像无损检测实验样品处理方法的重要参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 动物活体无损成像方法

1．2．1 可见光成像

1．2．2 核素成像

1．2．3 核磁共振成像(MRI)

1．2．4 X射线三维计算机断层成像技术(X-CT)

1．2．5 超声成像

1．3 论文主要内容

第二章 X射线成像

2．1 X射线成像的理论基础

2．2 X射线吸收衬度成像

2．3 X射线相位衬度成像

2．3．1 X射线的复折射率

2．3．2 X射线相位衬度成像技术的发展

2．4 X射线散射衬度(暗场)成像

2．4．1 小角散射光

2．4．2 暗场成像的发展

2．5 本章小结

第三章 基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像平台、实验流程及数据处理

3．1 基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像实验平台

3．1．1 基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像实验平台简介

3．1．2 X射线光栅相位衬度成像平台的调试步骤

3．2 X射线光栅相位衬度成像实验操作流程

3．3 X射线光栅相位衬度成像数据处理

3．4 衬噪比分析

第四章 基于X射线光栅相位衬度的小鼠肺部无损成像研究

4．1 小鼠肺部样品制备

4．2 小鼠肺部无损成像实验流程

4．3 实验结果及讨论

4．4 本章小结

第五章 基于X射线光栅相位衬度的鲫鱼无损成像研究

5．1 鲫鱼样品制备

5．2 鲫鱼无损成像实验流程

5．3 实验结果及讨论

5．3．1 实验结果

5．3．2 实验结果分析

5．3．3 衬噪比分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果