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相位衬度成像是近年发展起来的一种新的成像技术,它利用光线穿过物体后的相位信息变化,观察物体的内部细微结构。对于软组织而言,和传统的基于吸收的X射线成像相比,图像衬度提高近千倍,在医学、生物学、材料学等研究领域,具有独特的优势。但相位衬度成像的研究目前基本上还处于探索阶段,到成为一项专门的诊断工具还有很大的距离。因此,我们研究的重点是如何利用相位衬度成像的优势找到合适的方法开展临床成像实验,针对不同组织器官调节成像设备参数,选择合适的图像处理方法,解释成像的结果,分析存在的问题。而这也是现阶段相位衬度成像研究的难点。 目前相位衬度成像的主要方法包括:干涉法,类同轴法,衍射增强法和光栅法。本文使用衍射增强法和类同轴法相位衬度成像技术,对小动物心肺微细结构进行可视化方面的研究。成像实验在日本光子工厂和上海光源完成,分别对小动物的肺组织和微血管进行了成像和后期处理,深入探讨了肺泡的形态和心脏微细血管的结构,探索了小动物相位衬度活体成像方法,分析了肺癌动物在呼吸中肺的形态变化。主要贡献和主要创新点概括如下: 1、对于微细血管的观察,临床常用的成像手段只局限于显示血管的外部轮廓。本文使用相位衬度成像,成功得到了微血管的管壁细节信息,同时显示管腔内部的血栓形态和位置,为血栓的形成、早期诊断、血栓有关疾病和跟踪药物疗效的研究提供有力手段。 2、由于相位衬度成像对软组织的高衬度和高空间分辨率,本文你使用相位衬度成像对离体心脏样本进行观察,成功显示了小鼠心脏的内部结构,包括心肌、瓣膜和部分冠状动脉。 3、在硫酸钡造影后成像的急性心肌梗死大鼠模型中,心脏血管成像清晰,管壁光滑,边界清楚,栓塞血管可以直观分辨,远端血管未显示,提示血流中断。 4、在冠心病诊治的相关研究中,能否直观地观察微细血管各段及其分支、解剖变异和偶尔存在的吻合极为重要。本文在不使用造影剂的情况下,实现了清晰的大鼠冠状动脉三维显示,解决了冠状动脉难以成像的难题。从升主动脉、主动脉窦开口,一直到树状的左、右冠状动脉,以及远端的细小分支,十级以上的血管都能清晰显示,最细血管直径在15μm左右。 5、肺部疾病的发生和发展通常伴随着组织形态和结构的改变。肺部疾病诊断和研究的关键是找到一种方法可以更准确、更有效的发现和评估这种改变。本文使用相位衬度成像对在体小鼠的肺进行观察,完成对主支气管,细支气管等气道的三维显示。实现了对单独肺泡的三维显示和面积、直径的测量。 6、临床常用的CT、MRI等技术受到分辨率和图像衬度的限制,虽然可以对早期病变的部位和大小进行定性和定量的分析,但是不够精确,早期病变不易被发现。在肺癌的成像方面,本文向在体小鼠肺内注入空气,模拟动物的正常呼吸,测量了不同呼吸状态下,肺癌肿瘤的体积,并测量了气道尺寸的变化。对于肺部精细结构及肺功能情况,提高到了肺泡水平来研究。 7、使用外接呼吸机,并用图像特征同步呼吸信号的方法,首次尝试了活体动物肺部的相称成像CT扫描和三维重建。CT断层重建结果显示,只有较大的支气管被重建出来,但这仍然是相位衬度成像活体三维成像的一次突破。 本文结果证明,同步辐射相位衬度成像技术在小动物心脏微细血管和肺成像中是一个强大并有价值的工具。