同步辐射衍射增强成像(DEI)技术检测离体人肝细胞癌(HCC)新生血管

肿瘤新生血管形成是实体肿瘤发生、发展过程中一个标志性的事件。评价肿瘤血管生成传统的影像学方法包括血管成像技术CT血管造影（CT angiography,CTA）、磁共振血管造影（magnetic resonance angiography,MRA）、数字减影血管造影（digital subtract angiography,DSA）等,然而其分辨率均不高。

X射线衍射增强成像中DEI峰位CT图像的解释

在衍射增强成像中,其峰位CT成像模式中的消光衬度产生使物体的CT图像边界增强的效果,从而有效地提高了断层图像的空间分辨能力。本文提出了这种由于消光衬度引起的DEI-CT图像增强的额外灰度变化的一个确定的物理解释,并通过理论模拟计算与简单圆物体实验数据的处理,证明了这种边缘增强效果具有单像素宽、高密度圆形物体的成像特征,有助于解读峰位DEI-CT图像。

衍射增强成像(DEI)动物实验研究

目的通过动物样品的衍射增强成像(DEI),获得衬度及分辨率,并与常规吸收成像比较,对DEI方法进行分析和评价。方法在北京高能物理研究所同步辐射装置(BSRF)形貌站(4W1A束线)上,取大鼠脏器在摇摆曲线上进行扫描,并与常规吸收像进行比较,通过放大法获得分辨率。结果大鼠的肝脏、肾脏样本的DEI均显示较好的衬度和分辨率,并且扫描位置对图像显示具有较大影响。结论DEI从相位衬度角度进行成像,是一种有望开发运用于临床的先进成像技术。

多种类生物医学组织衍射增强成像(DEI)的定量研究

探索DEI显示多种类生物医学解剖组织层次与病变细微结构的潜力。在北京同步辐射装置（BSRF）形貌站4W1A束线上，对42个源于人体6个系统、12个脏器、6种组织类型的手术标本样品及8个取自动物病理模型样品进行了包括X-ray吸收衬度成像（XACI）与硬X-ray衍射增强成像（DEI）两种机制下的多次多类对比性二维DEI（2D-DEI）成像扫描；对所获影像予以半定量与定量两种不同方法评价。首次以2D．DEI方式直观显示了人眼环、胃肠道、肾上腺、胰腺、脾脏、子宫、胎盘等解剖结构与病变组织的微观改变，最高影像空间分辨率达40μm，衬度分辨率达0．15—0．8。表明较之XACI单一衬度机制像质，基于DEI多衬度机制像的影像像质显著优越，十分适于展示多由低Z轻元素软组织构成的位相信息丰富的多种类生物医学样品的组织层次与微观结构。

用于大尺寸样品的同步辐射硬X射线衍射增强成像方法研究

作为 X 射线相衬成像的方法之一,衍射增强成像方法由于能获得较高的信噪比及分辨率而引起了人们的研究兴趣。北京同步辐射装置(BSRF)形貌学实验站也开展了该方法的探索研究。此前的衍射增强成像方法中,当白光 X 射线光束横截面尺寸为 20 mm×10 mm 时,经过双晶单色器后最大只能获得横截面尺寸为20 mm×4 mm 的均匀单色 X 射线,从而造成成像区域减小。在对通常衍射增强成像光路排列分析的基础上,提出了一种新的光学排列几何并进行了衍射增强实验。应用新光学排列几何首次获得了与入射白光 X 射线尺寸相当的、大的成像光斑均匀区域,因而新光学排列几何更适合于大尺寸样品的研究工作。同时,该光学排列几何成像分辨率可以达到微米量级并且更方便于实验操作。

空间大口径衍射成像系统的图像反演恢复与增强

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求,提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题,基于正则化理论框架和等晕区分块思想,提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法,研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题,结合小波阈值滤波与非线性变换,提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证,实验结果表明:当空变等级达到了3.0时,恢复结果与原始图像的结构相似度在0.8以上,信噪比提升10%以上,信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时,提高了图像的信噪比,对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。

大鼠肾X线衍射增强成像

目的探讨高衬度成像技术———同步辐射衍射增强成像(DEI)对肾脏成像的可能性。方法在北京同步辐射装置(BSRF)采用X线衍射增强成像法对离体的大鼠肾样品进行成像,成像样品的厚度分别为2mm和120μm。成像后的样品进行组织学切片,其结果和DEI结果进行对比分析。结果离体大鼠肾衍射增强成像可清晰显示常规成像方法无法观察到的走向清晰的髓质区直集合管和乳头管,以及常规需经造影处理才可见的小叶间动、静脉,最细可分辨直径为30μm的管道结构。结论同步辐射衍射增强成像法具有早期观察肾脏髓质病变及血管微细病变的潜力,该方法为目前影像学尚不能观察到的生物样品结构的成像提供了一种新的研究手段。

同步辐射衍射增强成像的肝纤维化成像研究

本文根据硬X射线衍射增强成像(Diffraction enhanced imaging,DEI)原理,对由人血白蛋白诱导的大鼠肝纤维化模型进行了成像研究。实验在北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility,BSRF)4W1A光束线形貌站完成。结果表明:正常及不同程度肝纤维化模型在DEI图像上差异显著,图像感兴趣区的光强分布及纹理测度也显示出这种差异。DEI成像为肝纤维化的诊断提供了一种潜在的影像学途径。

衍射增强技术应用于医学成像的实验研究

目的本实验通过各类样品的DEI成像,获得衬度及分辨率,并与常规吸收成像比较,对衍射增强成像(DEI)方法进行分析和评价。方法在北京高能物理研究所同步辐射装置(BSRF)形貌站(4W1A束线)上,取人及动物脏器在摇摆曲线上进行扫描,并与常规吸收像进行比较,通过显微放大法获得分辨率。结果不同组织之间存在不同的衍射增强,DEI均显示较好的衬度和分辨率,图像分辨率达到微米级,并且扫描位置对图像显示具有较大影响。结论DEI从相位衬度角度进行成像,极大地改进了成像质量,理论上来说是安全的,有望运用于临床。

Sn-Pb合金枝晶生长的同步辐射X射线衍射增强成像研究

用北京同步辐射光源X射线衍射增强成像法对Sn-Pb金属合金的结晶过程进行实时成像研究,成功地获得枝晶生长行为及形貌演变的系列动态图像,为研究金属合金结晶理论提供直接的实验数据。实验观察到接近共晶成分的Sn-50wt.%Pb合金,在一定的温度梯度和冷却速率下呈现先等轴晶后柱状晶形貌生长。同步辐射X射线衍射增强成像技术为原位研究不透明的金属合金枝晶生长过程提供了崭新的实验手段,为验证或完善金属合金结晶过程的微观动力学模型提供了有效途径。

比较同步辐射衍射增强与同轴技术小鼠肾脏成像

目的通过评价同步辐射相位衬度成像技术在小鼠肾脏微细结构的成像过程,比较同轴成像技术(IOXI)与衍射增强成像(DEI)的差异,探索相位成像技术的应用价值。方法在北京同步辐射装置(BSRF)形貌站4W1A和上海光源(SSRF)成像线站BL13W上,分别对小鼠肾脏进行成像,以组织衬度与空间分辨力作为评价指标。结果肾脏微细结构在IOXI与DEI中均得以显示,尤其是IOXI可显示肾小球。通过显微放大法获得的图像空间分辨力达10μm。结论包括IOXI与DEI在内的相位衬度成像技术在软组织及血管结构的显示中均具有较高的应用价值。IOXI由于获得成像信息更多,且光路较为简单、图像可直接获得,在生物医学应用研究中的价值可能更高。

衍射增强成像的若干基础问题研究 Ⅰ衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系

为了探讨X射线衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系,利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对大块正常和癌变的乳腺组织进行成像研究。在摇摆曲线顶部位置获得的图像(峰位图像)和表观吸收图像的衬度随X射线能量的变化关系是相似的,说明峰位图像和表观吸收图像包含的主要衬度相似,即吸收衬度,而折射图像的衬度随X射线能量的增大总体上呈现下降趋势。综合来看,对于乳腺类的软组织来说,DEI成像在低能量端有很好的衬度,反映了衍射增强成像更适合于主要由轻元素组成的物体的成像。

衍射增强成像的若干基础问题研究 Ⅱ.衍射增强成像的边界效应和本底影响

在衍射增强成像原理的基础上,通过简单的实验模型分析了衍射增强成像(DEI)的过程与特点。在摇摆曲线顶部记录的峰位图像有很好的衬度,可以直接用于观察物体的内部结构。表观吸收图像的特点与传统X射线图像相似,但折射图像具有更好的边界衬度,而且腰位折射图像的成像效果比趾位折射图像的成像效果更好。同时也发现,分析晶体的本底信号会影响DEI成像的质量,但对折射图像没有任何影响,不会引起折射图像与实际物体之间的偏差。因而,折射图像用于辨别正常组织与病变组织、工业检测等方面具有很好的可信度。

衍射增强成像相位信息提取与融合研究

众所周知,衍射增强成像(diffraction enhanced imaging,DEI)是一种功能强大的相位衬度成像技术,对于软组织来说,它能获得比基于吸收的传统X射线成像技术更高的衬度,并且能获得几乎不受散射影响的吸收像和折射像,而多图统计法(multiple image radiography,MIR)则是在统计分析的基础上,对DEI进行改进而发展起来的新方法。和DEI方法相比较,由于MIR方法更不易受噪声的影响,同时能获得额外的小角散射像,而小角散射像则能显示物体的微观结构,因此,MIR方法能同时获得吸收像、折射像和小角散射像3种图像。另外,通过对吸收像、折射像和小角散射像进行融合,还能够在一幅图像中显示物体的多种信息。利用MIR方法获得生物样品3种相位信息图像,并对3种相位信息进行融合实验的结果表明,MIR图像能够清楚地显示出生物样品的内部细节和结构。

衍射增强成像与成像应用实验

目的:目前的常规X线医学成像是通过吸收衬度成像,但分辨率不够高,由于DEI采用相位衬度机制而不是依赖于物体的吸收,故适合弱吸收组织尤其是软组织成像。本实验旨在评价DEI在生物医学样品成像中的诊断价值。材料和方法:大鼠脏器样品切片,在BSRF的4W1A束线上进行DEI方法成像。首先扫描获得摇摆曲线,再选择摇摆曲线上不同位置进行成像,成像结果与常规吸收像进行对照,分辨率通过显微放大法获得。结果:图像能显示常规医学X成像方法无法显示的肝脏微细结构,分辨率达到微米。结论:DEI的优良分辨率和衬度将有望改进生物医学组织的影像诊断水平。

基于衍射增强成像的肝纤维化图像多参数纹理特征分析

目的根据硬X射线衍射增强成像工作原理,利用其图像的空间高分辨率和高相位衬度特征,对实验所获得的大鼠正常肝图像及肝纤维化图像进行纹理特征分析,探求其微观结构变化,为计算机辅助诊断提供新手段。方法本次实验在北京同步辐射装置（BSRF）4W/1A光束线形貌站完成,样品为离体大鼠正常肝及由人血白蛋白诱导的免疫损伤性肝纤维化标本,记录介质为FujiIX80胶片。本文计算了感兴趣区域图像的纹理特征参数,以及计算同一类型不同纹理参数间的相关系数,对纹理参数的波动趋势进行了初步分析。结果结果表明,正常及肝纤维化组织在相衬图像上差异较明显,可以通过逆差距、惯量、差的均值以及差的熵这四种纹理参数区分开,其中,后三种纹理参数的波动趋势类似,与逆差距正好相反。结论基于硬X射线衍射增强原理的肝纤维化图像可以通过分析纹理特征来识别其病变,可以用于辅助医生诊断。

基于X射线衍射增强成像的冠脉微循环障碍三维可视化及双参宁心胶囊作用研究

目的探索冠脉微血管三维可视化方法,观察双参宁心胶囊对大鼠冠状动脉微循环障碍(coronary microvascular dysfunction,CMD)冠脉微血管三维形态是否有改善。方法雄性健康SD大鼠随机分为三组:假手术组、模型组和双参宁心胶囊组,每组6只。双参宁心胶囊(90 mg/kg)组动物连续7 d灌胃给药剂量为1 mL/100 g,假手术和模型组灌胃等体积生理盐水,7 d后建立CMD模型,术后24 h处死取材。进行冠脉血管铸型及图像采集;开展心脏组织X射线衍射增强成像,将获得断层图像进行三维重建,观察冠脉微血管分布情况。结果使用自凝牙托材料可以快捷的制作大鼠冠脉血管铸型标本,可分辨的最小血管直径约为40μm;X射线衍射增强图像三维重建后得到冠脉微血管网的三维模型,最小可分辨直径10μm血管。血管铸型和X射线衍射增强成像均在一定程度上反应大鼠CMD时冠脉微血管空间分布改变,且可以观察到双参宁心胶囊干预对动物模型的冠脉微血管明显改善。结论X射线衍射增强成像方法能够在一定程度上构建出冠脉微血管网的三维可视化模型,可以观察到CMD大鼠冠脉微血管异常情况以及双参宁心胶囊具有增加冠脉微血管密度的作用。

同步辐射装置(BSRF)上的衍射增强医学成像实验

目的:利用衍射增强成像(DEI)技术成像机制的特异性,进行医学样品的成像研究,并进行分析评价。方法:使用衍射增强成像(DEI)技术对肝、肾样本进行成像,通过显微放大法获得图像分辨率,并对摇摆曲线上的不同位置成像结果进行分析,与病理和常规吸收像图像进行比较。结果:获得的成像具有较高的分辨率、可以显示更多的微细结构,摇摆曲线上的不同位置对成像具有较大的影响。结论:DEI对样品,尤其是弱吸收组织(软组织)显示具有较强的特异性,可望在临床上具有广阔的应用前景。

衍射增强成像技术在粘虫结构形态学研究中的初步应用

本文利用衍射增强峰位成像技术研究全变态类蛹期粘虫的发育,得到了清晰的粘虫蛹的内部结构的相衬图像,清楚地观察到蛹发育的整个过程以及粘虫从幼虫到成虫部分器官、组织内细微结构的形成与演变,成像分辨率可达到5μm。