[發明專利]一種大視野低劑量的Mirco-CT錐形束成像系統

無效

• 申請號: 201110217685.1
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN102319083A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 廖琪梅;盧虹冰;劉文磊;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明是基于平板探測器的小動物Mirco-CT錐形束斷層成像系統，通過將低劑量和大視野成像相結合，實現對兔子等較大動物的高分辨率活體掃描成像。

背景技術

計算機斷層掃描成像技術(Computer?Tomography，CT)通過獲得物體截面在不同方向上的X射線投影，利用計算機重構物體截面圖像，進而獲得物體內部結構的三維圖像。自1967年Hounsfield發明了世界上第一臺CT設備以來，這一技術已經廣泛應用于醫學、藥學、材料學、工業、農業、工程和考古等各個領域。

盡管目前臨床CT影像的空間分辨率已達到了亞毫米數量級，但是很難滿足基礎醫學研究、材料研究等對超高結構分辨率的要求。二十世紀八十年代，顯微CT，即Mirco-CT應運而生。它采用X成像原理進行超高分辨三維成像，能夠在不破壞樣品的情況下，對骨骼、牙齒、各種材料樣品及活體小動物進行高分辨率成像，獲取樣品內部詳盡的三維結構信息。其分辨率遠遠高于臨床CT，可達幾微米，具有良好的“顯微”作用。與普通臨床CT相比，Mirco-CT具有以下特征：

1.采用微焦斑X射線源(1μm～50μm)，以減小大焦斑采樣引起的半影模糊，并支持幾何放大，而醫用CT的焦斑通常為數百微米；

2.采用高分辨率二維平面X線探測器(平板或CCD陳列，像元分辨率達10μm～100μm)，而醫用CT目前采用多排(或多層)探測器結構，探測器像元分辨率可達亞毫米級，呈圓弧形曲面分布；

3.采用錐形束掃描成像，通常在成像視野范圍內，旋轉一周可完成物體掃描，而醫用CT采用螺旋軌跡掃描，提高成像速度的同時會降低空間分布率。

目前Mirco-CT主要應用于樣本或小動物活體成像，其分辨率可達到10μm～30μm，視野范圍FOV(直徑×長度)在40mm×40mm～80mm×150mm。如瑞士SCANCO公司的VivaCT40的分辨率為10μm，FOV為39mm×145mm；德國Siemens公司的Inveon-CT的分辨率為20μm，FOV為100mm×100mm；美國GE公司的eXplore?locus的分辨率為27um，FOV為80mm×80mm，三種產品均可進行大鼠活體成像，而SCANCO的uCT80分辨率為10μm，FOV為75mm×125mm；GE的eXplore?Locus?SP的分辨率為8μm，FOV為40mm×40mm，均可進行離體組織成像。

盡管目前的Mirco-CT具有較高的分辨率，但針對動物活體成像，還存在兩個主要問題，一是成像視野小，目前大多數系統的FOV直徑在80mm以下，主要應用于離體組織成像或裸鼠及大鼠活體成像，無法用于兔子等較大動物的活體成像；二是成像時的產生的輻射劑量較大，實驗動物長時間暴露在高劑量射線輻射下，會改變疾病的生物學進程并造成明顯的假象。數據表明，在過繼轉移實驗中，使用1-2Gy的輻射劑量即可破壞小鼠的免疫系統，因此過高的輻射劑量很難用于活體動物的連續成像。

發明內容

本發明的目的是克服現有小動物Mirco-CT成像視野小、輻射劑量大的缺點，提供一種大視野低劑量的Mirco-CT錐形束成像系統，在獲得較大的成像視野(FOV直徑為80mm～150mm，最高可達200mm)的同時，又可以獲得較高的分辨率(30μm～60μm)及較低的輻射劑量(＜100mGy)，以實現對兔子等較大動物組織結構的活體掃描成像。

一種大視野低劑量的Mirco-CT錐形束成像系統，包括錐形束X線掃描裝置和三維圖像采集及重建裝置兩大部分，其中，錐形束X線掃描裝置包括：

其中，錐形束X線掃描裝置包括：

(1)一臺微焦點X線發生器，用于產生X射線對動物進行掃描；

(2)一臺高分辨率平板探測器，用來接收和檢測X射線；

(3)一臺光學平臺，其上固定有一個電動旋轉臺，用來控制動

物旋轉；一個電動升降臺，用來放置和控制動物升降；數個電動平移臺，其中兩個豎直方向電動平移臺分別用來固定X線發生器、平板探測器并且配合水平方向電動平移臺使得被測動物、平板探測器處于X射線的錐形束區域之內并獲得最佳的成像視野；

三維圖像采集及重建裝置包括：

(1)一個高頻數據采集卡，與所述平板探測器和控制工作站相連接，用于錐形束投影數據的高速采集；

(2)多個控制器，通過與上述X-線發生器、平移旋轉臺和控制工作站相連，用于X-射線的產生和成像軌跡的控制；