高分辨衍射增强成像技术研究肝硬化肝血窦显微三维结构

Diffraction enhanced imaging(DEI) is a sort of X-ray phase contrast imaging method, the analyzer's high angular selectivity can transform the angle variety into intensity variety which can be recorded by detector, so high contrast image can be gained even for soft tissues which mainly composed by low Z elements. Liver blood antrums is the basal capillary vessels of human liver, its modality is an important criterion to distinguish the type and degree of liver diseases. Conventional pathology slice could only get 2D images, unable to realize 3D diagnose, and reduced the veracity of diagnosis. By using of synchrotron radiation phase contrast micro-CT method, we can get 3D structure of normal liver blood antrums, but not for the hepatocirrhosis liver blood antrums, since the structure destroy of morbid liver blood antrums, the narrow of antrums, and the decrease of the contrast between hepatocellular tissue could all influence the result. How to get enough contrast resolution and spatial resolution simultaneously has become the sticking point to detect the 3D structure of hepatocirrhosis liver blood antrums. In this project, we would like to distinguish such small contrast difference by enhancing the contrast resolution of DEI technique, to supply a new imaging method for nondestructive diagnose hepatocirrhosis and to promote the development of X-ray phase contrast technique in the same time.

衍射增强成像技术是X射线相位衬度成像方法中的一种，利用晶体衍射对角度极高的选择性，将物体中折射率变化梯度对入射光束造成的角度变化转化为空间上的光强变化记录下来，对主要由轻元素组成的人体组织也能得到高衬度的图像。肝血窦是人体肝脏内最基本的毛细血管，其形态是辨别疾病种类及严重程度的重要标准，传统病理切片仅能实现二维断面的观察，无法实现三维立体观察，降低了诊断的准确性。应用同步辐射相位衬度微CT方法，已经能够观察正常肝脏肝血窦的显微三维结构，但尚无法实现肝硬化（病态）肝血窦及纤维结缔组织（硬化纤维间隔）的观察，这与病态肝窦的结构被破坏、肝窦变窄、与围成肝窦的肝细胞对比度降低有关。如何在保证高空间分辨率的同时获得足够高的衬度分辨率成为探测病态肝窦结构的关键。本项目拟通过提高衍射增强成像技术的衬度分辨率，识别这种细微的衬度差别，在促进相衬成像技术进一步发展的同时，为无创诊断肝硬化提供新的影像学手段。

项目背景：衍射增强成像（DEI）技术是X 射线相位衬度成像方法中的一种，利用晶体衍射对角度极高的选择性，将物体中折射率变化梯度对入射光束造成的角度变化转化为空间上的光强变化记录下来，对主要由轻元素组成的人体组织也能得到高衬度的图像。摇摆曲线是DEI方法的的一个重要参数，摇摆曲线越窄，同样的角度变化引起的强度变化越大，所获得的成像衬度应该越高。北京同步辐射（BSRF）4W1A成像实验站常规的DEI装置一直都是采用Si(111)衍射面晶体进行成像实验，由于摇摆曲线较宽，得到的图像衬度不是很高，限制了DEI方法的应用。.研究内容：本项目在理论分析的基础上，结合实际的情况，分别选取Si(400)、Si(333)及Si(800)晶体衍射面搭建了新的DEI装置，并开展了针对标准样品和实际生物样品的实验验证。实验及成像定量分析结果表明，所搭建的成像装置具有更高的成像灵敏度且可以开展二维和三维成像实验，所用晶体衍射面的指数越高则成像灵敏度越高。在项目的实施过程中，通过从国外采购高质量的硅晶棒，自行切割、抛光加工，完成了实验，达到了预期的效果，同时大大提高了本单位晶体实验室相关的加工技术经验。.重要结果：针对标准乳腺模型样品的二维实验研究结果表明，相较于之前Si(111)衍射面，利用Si(400)及Si(333)衍射面进行DEI实验时最大的衬度可以提高两倍及五倍左右，与理论预期值符合较好。三维实验结果表明，利用高指数晶面衍射进行DEI-CT实验能够观察到更多更细小的样品内部结构。.科学意义：利用高指数晶面衍射成功发展了高灵敏DEI成像装置，具有一定的时间稳定性，已经成功地开展了三维成像实验并取得了初步结果。本项目所建立的高灵敏度成像方法尤其适合于弱吸收样品或内部密度差别较小的医学生物样品，对国内同步辐射装置开展DEI成像的实际应用具有指导意义。