基于X射线相位衬度的人耳解剖结构成像

基于相位衬度的CT技术应用于听觉系统成像,得到了包含丰富细节信息的中耳三维解剖结构。

上海光源X射线成像实验站相位衬度CT初步结果

X射线相位衬度CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,可观察到传统X射线吸收CT无法观察到的生物软组织内部微细结构,具有巨大发展潜力。经初步调试,上海光源X射线成像实验站的8-72.5keV单色X射线输出已能用于实验研究。本文在X射线成像实验站上开展生物样品(蝗虫)同轴X射线相位衬度CT研究,获得蝗虫样品的切片重构图像和三维重建图像。结果图像中,蝗虫样品的翅膀、表面纹理和内部组织分布情况清晰可见。

基于X射线相位衬度成像技术的兔眼球血管重建

目的利用X射线相位衬度成像技术构建兔眼血管网的三维可视化模型,观测兔眼虹膜血管的形态学特征。结果用硫酸钡对新西兰白兔眼球血管进行造影,利用X射线相位衬度成像技术采集离体兔眼样本的高精度投影图像。图像经由滤波反投影法重建出断层图像,利用Amira 5.2.2软件进行三维重建。方法高精度投影图像中眼球主干血管清晰连贯,能够观测到部分细小血管的分布及走向,可分辨的最小血管直径约为10μm;CT扫描图像三维重建后得到兔眼血管网的三维模型,精确到虹膜动脉大环4级分支结构,最小血管直径可达40μm。结论利用X射线相位衬度成像技术可以比较清楚地观察到兔眼血管,并且能够在一定程度上构建出血管网的三维可视化模型,为眼球内血管血流动力学分析提供依据,对青光眼的临床研究具有参考价值。

基于微焦点X射线源的相位衬度成像实验研究

对弱吸收、低密度、较轻元素物质来说,传统的X线吸收成像方式存在分辨能力低、成像效果差等问题,而X线相位衬度成像恰好可以弥补这些缺点。以微焦点X射线源为基础,选择了两种具有明显上述特征的样品,采用类同轴相衬成像的方式设置实验参数。实验不仅能得到清晰、放大的图像,而且能够明显突出样品的边界信息,从而验证了X线的相位衬度成像效果。

优化X射线同轴相位衬度成像的理论研究

采用同轴相位衬度成像方法,基于PGW理论获得的频域相位衬度传递函数,对于理想光源和多色X射线源,用计算机模拟分析了如何选择物像距离和空间频率以获取最佳相位衬度像。实际应用中要综合考虑具体成像实验装置对于物像距离的可调范围以及成像分辨率的要求。对于具有一定谱宽的X射线源,应选择谱宽尽量小的源,以获得含信息量丰富、分辨率高的图像。

相位衬度成像在乳腺癌成像方面的研究

本研究利用相位衬度成像的高软组织衬度、高图像分辨率的优势,探索其在乳腺癌早期诊断上的可行性。选用一种适用于乳腺相衬成像的微型仿体(体模),同时具备半定量和病变模拟功能,进行成像研究。结果显示,相位衬度成像能够区分各种仿体材料搭配模拟的各种病变形态,如钙化、乳腺病变纤维结构和正常乳腺条索样结构等。

X射线束点尺寸对X射线相位衬度成像的影响

X射线相位衬度成像利用X射线穿过样品后的相位变化,通过衍射信息来获得样品的结构特征。X射线相位衬度成像在生物影像、显微成像以及材料科学研究中有重要的应用。如果X射线成像样品物质密度比较低,它对X射线的吸收很小,所以常规的吸收衬度成像质量较差,不易分辨样品的结构细节。理论分析和实验研究都表明当X射线束点尺寸减小到一定尺度后,X射线源的空间相干性增强,采用相位衬度成像可以提高低密度样品的成像质量。X射线相位衬度成像质量与X射线束点尺寸,样品到影像记录平面之间距离直接相关。本文研究了X射线束点尺寸与低密度样品影像边沿轮廓宽度和对比度之间的影响关系。研究结果表明,根据低密度样品的介电常数、X射线源到样品距离,以及样品到影像记录平面距离,存在最优化的X射线束点尺寸。在该最优化配置条件下,低密度样品的X射线成像可以获得最好的图像质量。

基于相位衬度成像的小鼠肺肿瘤三维可视化研究

目的肿瘤的早期发现对患者意义重大。鉴于相位衬度成像对于如肺部这样的软组织成像效果显著,本文提出利用相位衬度成像技术,以微米尺度的空间分辨对肿瘤进行成像,并定量分析,早期发现肿瘤。方法在KM小鼠肺部原位接种人肺癌细胞,培育10d后取出肺组织,利用上海同步辐射光源进行相位衬度成像获取投影图像,拍摄结束后对样本进行切片、HE染色,并光学显微镜观察病理切片。然后利用滤波反投影对获取的投影图进行CT断层重建,并通过病理切片对比验证肿瘤位置,最后通过Amira软件进行三维模型的建立。结果重建出了清晰的三维模型,在模型上可以发现小肿瘤结节的存在,并测量得出该肿瘤体积为0.655 mm^3。结论相位衬度成像对软组织分辨率高,能发现体积较小的肿瘤,对肿瘤的早期发现有一定意义。

裸鼠胃癌模型的相位衬度微血管成像

目的肿瘤血管生成与肿瘤的发生、发展等各个环节密切相关,并显著影响肿瘤的生物学行为和预后。本研究的目的在于使用相位衬度成像技术三维地、全面地观察肿瘤微血管形态。方法使用原位接种肿瘤组织块方法,建立裸鼠胃癌原位模型。实验样本分为正常组和肿瘤组。对得到的相位衬度图像进行增强、血管分割、三维重建,并且计算三维微血管密度参数。结果相位衬度成像可显示胃癌组织的微血管形态。对照组微血管密度低于胃癌组的肿瘤表面区域(P<0.001),证明肿瘤微血管更加丰富。结论相位衬度成像可以更全面地显示肿瘤微血管的生成情况,有助于对胃癌的恶性程度、转移潜力等进行评估,并对治疗方案的选择、判断预后和评估抗肿瘤血管药物疗效具有重要意义。

肝脏组织的相位衬度成像实验研究

目的:利用同步辐射光源的特性,对大鼠的肝脏组织分別进行类同轴成像、衍射增强成像、干涉法成像及光栅成像等4种相位衬度方法的成像实验,通过4种技术不同成像效果的比较、分析,评价同步辐射相位衬度成像方法的意义以及临床应用的前景。方法:在同步辐射光源装置,分别根据成像机制设计4种不同的光路进行成像,均采用经过福尔马林固定的大鼠离体肝脏样品,根据光路及成像方法不同分別调节曝光参数以达到最佳成像效果。结果:4种成像技术均获得良好的成像效果,分辨率均能达到微米(μm)量级,均具有独特的成像优点,类同轴成像、干涉法成像、光栅成像、衍射增强成像在对肝脏样品的血管显示上具有较大的优势,可以显示到到远端(8级)血管,除此之外,类同轴成像技术显示肝脏实质结构上优势较为明显,肝小叶结构清晰显示,包括小叶间结构及窦状间隙血管.肝细胞在围绕窦状间隙中呈板状排列。结论:相位衬度成像方法具有较高的组织衬度及较好的图像分辨率,能够显示包括肝小叶在内的微小结构或多级血管分支结构,对于肝脏肿瘤生长过程中肿瘤新生血管的形态、分布以及肝脏组织细胞微观层面的研究,有望在肝脏的生理、病理及病变机制的可视化研究上获得较大的突破。

肝脏同步辐射相位衬度成像的实验研究

目的 :利用同步辐射光源的特性,对大鼠肝脏组织分别行类同轴成像、衍射增强成像、干涉法成像及光栅成像实验,通过4种相位衬度技术不同成像效果的比较、分析,评价同步辐射相位衬度成像的意义及临床应用前景。方法:在同步辐射光源装置上,分别根据成像机制设计4种不同的光路进行成像,均采用经35%~40%甲醛水溶液固定的大鼠离体肝脏样品,根据光路及成像方法分别调节曝光参数以达到最佳成像效果。结果:4种成像技术各具优势,且分辨率均能达到微米(μm)量级,可显示肝脏样品远端(8级)血管。类同轴成像技术显示肝脏实质结构上优势较明显,能够清晰显示肝小叶结构(包括小叶间结构及窦状间隙血管),可见肝细胞在围绕窦状间隙中呈板状排列。结论:相位衬度成像具有较高的组织衬度及较好的图像分辨力,能够显示包括肝小叶在内的微小结构或多级血管分支结构,有助于观察肝脏肿瘤生长过程中新生血管的形态、分布,以及肝脏组织细胞微观层面的研究,有望在肝脏的生理、病理及病变机制的可视化研究上发挥重要作用。

用于相位衬度CT成像的大型精密转台轴系设计与分析

针对X射线相位衬度CT(computed tomography,计算机断层扫描)成像的高分辨率、高稳定性要求,设计了大型精密转台。转台采用焊接结构和密珠轴系支撑,具有质量轻、阻力小、回转精度高的特点。介绍了转台轴系的结构设计和工艺路线,根据成像视野区允许的运动误差对轴系精度指标进行了分解。通过静态分析、惯性释放分析和模态分析研究了转台的静、动态性能并验证了其结构刚度的合理性,结合精度分析对轴系关键部件的几何误差进行了分配,误差综合结果满足指标要求。最后,对转台样机的轴系精度进行了检测,结果表明各项指标满足相位衬度成像要求。焊接结构的轻量化设计和轴系精度分析方法对大型转台轴系的研发具有一定的借鉴意义。

基于非线性相位恢复的X射线相位衬度断层成像算法

对全息测量下的X射线相位衬度断层成像问题提出了一种新的重建算法.该算法的主要想法是利用牛顿迭代法求解非线性的相位恢复问题.我们证明了牛顿方向满足的线性方程是非适定的,并利用共轭梯度法得到方程的正则化解.最后利用模拟数据进行了数值实验,数值结果验证了算法的合理性以及对噪声数据的数值稳定性,同时通过与线性化相位恢复算法的数值结果比较说明了新算法对探测数据不要求限制在Fresnel区域的近场,适用范围更广.

X射线相位衬度层析成像的数学模型

X射线成像技术在医疗诊断和无损检测等领域有着广泛的应用。对于软组织等弱吸收物体,传统的吸收成像无法获得高对比度的图像。为了解决这个问题,产生了X射线相位衬度成像技术。本文介绍类同轴全息测量下的X射线相位衬度层析成像技术,重点讨论该成像技术的Bronnikov模型和基于Helmholtz方程的模型,及相应的重建方法。

X射线相位衬度成像吸收光栅制作方法研究

X射线吸收光栅是实现边缘照明相位衬度成像的核心元件。文章介绍了通过蒸发镀膜方法制备用于相位衬度成像射线吸收光栅的方法,结果表明:蒸镀法能够制备结构完整、厚度均匀并且无形变的吸收光栅。研究结果有应用于相位衬度成像的价值,但镀膜厚度和效率有待进一步提升。

微焦点类同轴X射线相衬成像实验及相位恢复重建

目的:基于微焦点X射线源,进行相衬成像实验和相位信息提取。方法:根据Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干性与时间相干性的影响,对连续X射线相衬成像的一般公式进行推导。根据从含有相位信息和吸收信息的图片里提取纯相位信息的方法,通过MATLAB对相衬图片进行处理。结果:实验一,对塑料吸管进行相衬成像,通过改变探测器与样品之间的距离,得到比传统X射线成像更清晰、放大且能够突出边界信息的图像;实验二,在电压分别为45 kVp和70 kVp的情况下得到硼硅酸盐玻璃的相衬图像,然后通过相位恢复重建得到含有纯相位信息的相衬图像。结论:对于轻元素物质,微焦点类同轴X射线相衬成像比传统X射线相衬成像的分辨率高、图像衬度好;相位信息提取技术将会大大促进微焦点类同轴X射线相衬成像技术在普通实验室应用和医学肿瘤检测等方面的应用进展。

同步辐射光源相衬成像技术在形态学研究中的应用

目的探讨同步辐射相位衬度成像在形态学研究中的应用前景。方法以北京同步辐射装置(BSRF)4W1A束线提供的硬X线,采用衍射增强成像(DEI)和类同轴成像法对经10%福尔马林固定的正常猪、大鼠、小鼠的肝、肾、肺、骨等组织进行成像,并与成像样品的相邻组织及成像后原位组织切片的光镜染色结果进行对比分析。结果衍射增强成像显示大鼠肝脏血管的逐级分支,走行方向清楚,最细可分辨直径为30μm的血管;猪肝脏中央静脉、肝小叶分界隐约可见;大鼠肾脏皮、髓质分界清楚,弓形动脉、静脉及髓质区集合管、乳头管结构清晰可见,最细可分辨直径为30μm的管道结构;小鼠肺支气管树分支清楚,重叠肺泡隐约可见。类同轴成像大鼠股骨头关节软骨及骨小梁结构清楚。结论利用同步辐射相位衬度成像方法,样品无需制片处理即可观察到光镜及其他影像学技术尚不能直接观察到的脉管系统模式结构及其与周围组织的结构关系,此外还可以观察到常规X线成像方法无法观察到的软骨影像,比较适合形态学研究。

同步辐射X线相衬成像技术在兔髌骨-髌腱连接点纤维软骨细胞的三维可视化应用研究

利用同步辐射X射线相衬成像技术(Synchrotron Radiation-based X-ray Phase-contrast Computed Tomography,SR-XPCT)对兔髌骨-髌腱连接点(Patella-Patellar Tendon Junction,PPTJ)移行区的纤维软骨细胞进行三维可视化及量化表征。正常骨成熟的新西兰PPTJ经多聚甲醛固定、梯度酒精脱水后,于上海光源X射线成像与生物医学应用光束线站进行扫描;采集的原始图像经数字减影、相位恢复、切片重构、位数转换后进行三维重构分析;标本扫描后进行传统组织学验证。SR-XPCT能成功获取PPTJ及其移行区纤维软骨细胞的三维高清图像,并对移行区纤维软骨细胞进行了量化表征:平均直径为(10.139±1.265)?m;平均体积为(291.187±87.283)μm3,体积分布在200-400μm3之间的占75.4%;平均球形度为0.711±0.079,球形度在0.605-0.805之间的纤维软骨细胞约占84.9%。SR-XPCT作为一种先进的、直观准确的可视化骨腱连接点的三维微观形态结构研究方法,为骨腱连接点损伤修复的三维形态学研究提供了新方法、新思路。

同步辐射相衬成像对组织形态结构及相关抗原表达的影响

利用北京同步辐射装置(BSRF)4W1A光束线提供的硬X射线,以类同轴全息法、衍射增强法(Diffractionenhancedimaging,DEI),对兔正常骨、骨缺损;小鼠正常肺、肺癌;大鼠正常肝、肝纤维化、肝硬化等固定样品进行了同步辐射硬X射线相衬成像观察。在此基础上,成像组织及空白对照组织均按常规方法制片后进行HE染色,在光学显微镜下观察组织细胞形态结构;采用免疫组织化学技术检测其相关抗原Ⅷ、S-100、FN、泛素的表达,并根据抗原表达强度进行半定量分析。结果显示,成像组与空白对照组的骨、软骨、肝、肺组织染色均匀,结构清晰,无细胞损伤;两组骨、肝、肺相关抗原表达无明显差异。表明在以同步辐射硬X射线相衬成像方法观察固定组织的过程中,不会对骨、软骨、肝、肺组织的形态结构及一些相关抗原表达造成损伤和影响。