本文關(guān)鍵詞：相位襯度醫(yī)學(xué)成像的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《復(fù)旦大學(xué)》 2006年

相位襯度醫(yī)學(xué)成像的實(shí)驗(yàn)研究

彭屹峰  

【摘要】： 目的分辨出正常與異常組織之間差異是醫(yī)學(xué)影像診斷的基礎(chǔ)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展對(duì)成像技術(shù)提出更高要求，除了機(jī)器等硬件設(shè)備的不斷革新外，成像機(jī)制的改進(jìn)成為重要的研究課題。然而自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的一百多年來(lái)以來(lái)，吸收襯度一直作為醫(yī)學(xué)成像的基本成像機(jī)制，對(duì)于密度差別大的組織，這種方法切實(shí)可行，但對(duì)于密度差異較小的以輕元素為主的組織，尤其是軟組織，這種方法就顯得比較困難。原理上相位變化比吸收變化敏感得多，相位襯度技術(shù)能分離出X射線與物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生的多種效應(yīng)(散射、折射、吸收等)，將組織的相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度變化，在成像裝置上形成圖像，相位襯度成像技術(shù)對(duì)光源的要求是具有一定的空間相干性，而同步輻射光源則具有高亮度、高準(zhǔn)直性和較好的空間相干性等眾多優(yōu)點(diǎn)，本課題旨在通過(guò)相位襯度醫(yī)學(xué)成像以及冠狀血管的成像實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)利用同步輻射進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像的意義，并分析存在的問(wèn)題，從而更好為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)同步輻射這種先進(jìn)光源技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用服務(wù)。 材料與方法實(shí)驗(yàn)在北京同步輻射裝置(BSRF)4W1A的束線上進(jìn)行，樣品浸泡在4％福爾馬林溶液中，成像前被均勻切割成1cm大小、0.3-0.4cm厚度，然后放置在樣品架上進(jìn)行成像，采用的方法有類同軸、衍射增強(qiáng)方法，在進(jìn)行類同軸相位襯度研究時(shí)，樣品架在光束線平行的方向移動(dòng)，分析樣品與成像裝置間的有效距離對(duì)圖像的影響；衍射增強(qiáng)成像實(shí)驗(yàn)是我們課題的研究重點(diǎn)，，進(jìn)行衍射增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，首先掃描獲得搖擺曲線，然后在搖擺曲線上選擇包括峰位、低角側(cè)和高角側(cè)的半高、底位進(jìn)行掃描，進(jìn)行成像研究，圖像分辨率采用顯微放大法獲得；最后我們采用衍射增強(qiáng)和單色光兩種成像技術(shù)對(duì)大鼠心臟冠狀血管進(jìn)行成像對(duì)照研究，比較兩種方法的分辨率和成像襯度上的差異。由于進(jìn)行干涉測(cè)量法對(duì)晶體的性能要求和穩(wěn)定性高，北京同步輻射裝置(BSRF)實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前尚無(wú)法開(kāi)展該類實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果類同軸成像方法獲得較好的襯度，分辨率可以達(dá)到微米量級(jí)，可以清晰顯示肺部的支氣管樹(shù)結(jié)構(gòu)、腎門(mén)結(jié)構(gòu)、骨小梁結(jié)構(gòu)，樣品與成像裝置的有效距離Z與圖像的襯度呈較好的相關(guān)關(guān)系。衍射增強(qiáng)成像實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)不同組織有不同的搖擺曲線，而且這種差異并不是單純由組織密度產(chǎn)生的；除可獲得與傳統(tǒng)成像相仿的基本信息外，衍射增強(qiáng)成像方法還獲得另外更多的樣品內(nèi)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)信息，衍射增強(qiáng)的圖像分辨率可以達(dá)到微米級(jí)，在峰位獲得的圖像類似于吸收像，因?yàn)樗鼮V除了散射光，圖像要清晰得多，在半高位獲得的圖像襯度清楚得多，還對(duì)搖擺搖擺曲線其它位置成像的襯度差異進(jìn)行了分析，根據(jù)衍射增強(qiáng)的成像原理，又對(duì)半高位的圖像進(jìn)行了加減合成計(jì)算，分別獲得了表觀吸收像和折射像。在對(duì)心臟冠脈血管進(jìn)行的成像研究中，衍射增強(qiáng)成像在不使用造影劑情況下即可獲得了心臟及血管的成像，成像襯度也較高；而單色光技術(shù)則獲得了冠狀動(dòng)脈的動(dòng)態(tài)圖像以及與心動(dòng)周期的關(guān)系，通過(guò)比較分析，兩種方法顯示的空間分辨率并沒(méi)有明顯的差異，但是由于衍射增強(qiáng)成像(DEI)的特殊成像機(jī)制，在硬X射線能段相比較于吸收成像，輻射劑量更小，因而更加安全。 結(jié)論相位襯度成像方法不同于傳統(tǒng)的硬X射線吸收成像，從相位襯度的角度對(duì)物質(zhì)進(jìn)行成像，將不同襯度對(duì)成像的貢獻(xiàn)分離后可以獲得物質(zhì)非常清晰而精細(xì)的內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，可以更深入地開(kāi)展醫(yī)學(xué)成像的應(yīng)用研究，而對(duì)光源的要求主要是具有一定的空間相干性，同步輻射正是具有此類特征，此外，還具有高亮度、準(zhǔn)直性高、時(shí)間脈沖性等優(yōu)良特性，因此除了相位襯度成像外，同步輻射光源還能進(jìn)行心臟冠脈血管的成像等眾多研究。 同步輻射應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床的困難是目前的同步輻射光源設(shè)備過(guò)于龐大，尚不能在臨床普及使用，目前主要適用于基礎(chǔ)病理、醫(yī)學(xué)生化以及新型成像和醫(yī)療技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，加之我們從事的BSRF還是第一代的兼用同步輻射裝置，各項(xiàng)技術(shù)并不是最優(yōu)化，與第三代的專用裝置無(wú)法相比較，因此我們從事的研究工作潛力仍舊巨大；另一方面，由于SR發(fā)射的是發(fā)散度極小的扇形線狀光源，雖然這有利于單色器分光，但不能滿足直接構(gòu)成進(jìn)行人體器官成像所需要的一定面積的光源(對(duì)人體器官一般需要的光源面積在5～10cm比較合適)。因此應(yīng)設(shè)法將其擴(kuò)展為面光源，以適用于醫(yī)學(xué)影像診斷的要求。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：R814.4
【目錄】：

背景4-6

同步輻射4-6

中文摘要6-8

ABSTRACT8-12

引言12-18

參考文獻(xiàn)16-18

第一部分 類同軸位相襯度成像18-28

前言18

材料與方法18-19

結(jié)果19-22

討論22-26

小結(jié)26-27

參考文獻(xiàn)27-28

第二部分 衍射增強(qiáng)成像28-50

前言28-29

材料與方法29-32

結(jié)果32-42

討論42-45

安全性問(wèn)題45-47

小結(jié)47-48

參考文獻(xiàn)48-50

第三部分 同步輻射技術(shù)應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈成像的實(shí)驗(yàn)50-62

前言50-51

材料和方法51-52

結(jié)果52-58

討論58-60

小結(jié)60-61

參考文獻(xiàn)61-62

總結(jié)及展望62-63

綜述一: 相位襯度成像63-73

綜述二: 同步輻射冠狀動(dòng)脈造影73-83

附錄83-84

致謝84-85

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本文編號(hào)：167826