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《第十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集》2006年
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显微CT相位成像新进展

陈惟昌  陈志华  王自强  赵天德  潘琳  黎刚  
【摘要】:细胞病理学诊断是现代临床医学诊断的金标准。目前临床医学影像学的空间分辨率,仅能达到亚毫米量级, 尚不能对微米量级的细胞结构进行分辨。要想实现无创的细胞显微影像学诊断,除需提高成像系统的空间分辨率之外,更重要的是提高影像的衬度分辨率,才能对细胞的精细结构进行成像与分析。相衬成像由于比常规X线吸收衬度成像具有更高的衬度分辨率,目前已成为医学影像学研究的热点。要实现相位成像,首先需有能无损地穿透人体的硬X 线相干光源。相干光源是指具有相同波长、相同方向和相同相位的高准直性的平行光束。由于人体不同的组织结构具有不同的折射率,故相干光穿过人体时,发生折射和散射,出现相位的变化。通过检测这些相位变化的信息以及成像算法,即可重建样品中位相因子δ在空间的分布,从而得到相位衬度成像。因为折射率的位相因子δ要比吸收系数μ约大3个数量级,所以相位成像比常规X线吸收成像的衬度分辨率要增大1000倍,故能分辨密度差异很小的软组织的精细结构。当前国际普遍应用具有高亮度、高准直性的第三代同步辐射的相干光源进行相位成像研究。成像方法包括干涉法,衍射增强法和类同轴全忠法三种。我们利用欧洲同步辐射装置(ESRF)的类同轴CT,对小鼠肝脏组织进行显微 CT相位成像,可以清楚地可见肝脏组织的精细结构,包括肝小叶,肝血管窦,汇管区,小叶间动脉,小叶间静脉,小叶间胆管,小叶中央静脉,血管内皮细胞,肝细胞索,肝毛细胆管,肝细胞膜,肝细胞核等显微图像,空间分辨率达到0.7微米,衬度分辨率亦已满足显微细胞成像的要求。根据目前国内外的研究进展,显微CT相位成像技术已有良好基础,但要将这一成像技术在临床上推广应用,尚需解决以下关键难题:1.建立能在临床实际应用的硬X射线相干光源。在这方面,激光 Thomson散射光源和回旋加速器微丝靶光源是值得重视的方向;2.建立小范围感兴趣区相位CT成像算法,在高精度容积 CT的定位配合下,实现小视野显微结构的精细成像;3.应用超快X线纳秒级脉冲相干光源,进行快速显微CT成像,以克服显微图像运动伪差的干扰,以实现人体生理过程的动态观察;4.研制新的高灵敏度、高空间精度的X线CCD,以降低成像时的辐射剂量,为保证高空间分辨率和高时间分辨率的快速显微相衬CT成像奠定良好基础。预期再过10年,活体显微细胞病理影像诊断技术将在临床上得到广泛应用,为提高疾病的早期诊断和精确定位治疗水平创造良好条件。

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