[发明专利]一种大视野低剂量的Mirco-CT锥形束成像系统

说明书

技术领域

本发明是基于平板探测器的小动物Mirco-CT锥形束断层成像系统，通过将低剂量和大视野成像相结合，实现对兔子等较大动物的高分辨率活体扫描成像。

背景技术

计算机断层扫描成像技术(Computer Tomography，CT)通过获得物体截面在不同方向上的X射线投影，利用计算机重构物体截面图像，进而获得物体内部结构的三维图像。自1967年Hounsfield发明了世界上第一台CT设备以来，这一技术已经广泛应用于医学、药学、材料学、工业、农业、工程和考古等各个领域。

尽管目前临床CT影像的空间分辨率已达到了亚毫米数量级，但是很难满足基础医学研究、材料研究等对超高结构分辨率的要求。二十世纪八十年代，显微CT，即Mirco-CT应运而生。它采用X成像原理进行超高分辨三维成像，能够在不破坏样品的情况下，对骨骼、牙齿、各种材料样品及活体小动物进行高分辨率成像，获取样品内部详尽的三维结构信息。其分辨率远远高于临床CT，可达几微米，具有良好的“显微”作用。与普通临床CT相比，Mirco-CT具有以下特征：

1.采用微焦斑X射线源(1μm～50μm)，以减小大焦斑采样引起的半影模糊，并支持几何放大，而医用CT的焦斑通常为数百微米；

2.采用高分辨率二维平面X线探测器(平板或CCD陈列，像元分辨率达10μm～100μm)，而医用CT目前采用多排(或多层)探测器结构，探测器像元分辨率可达亚毫米级，呈圆弧形曲面分布；

3.采用锥形束扫描成像，通常在成像视野范围内，旋转一周可完成物体扫描，而医用CT采用螺旋轨迹扫描，提高成像速度的同时会降低空间分布率。

目前Mirco-CT主要应用于样本或小动物活体成像，其分辨率可达到10μm～30μm，视野范围FOV(直径×长度)在40mm×40mm～80mm×150mm。如瑞士SCANCO公司的VivaCT40的分辨率为10μm，FOV为39mm×145mm；德国Siemens公司的Inveon-CT的分辨率为20μm，FOV为100mm×100mm；美国GE公司的eXplore locus的分辨率为27um，FOV为80mm×80mm，三种产品均可进行大鼠活体成像，而SCANCO的uCT80分辨率为10μm，FOV为75mm×125mm；GE的eXplore Locus SP的分辨率为8μm，FOV为40mm×40mm，均可进行离体组织成像。

尽管目前的Mirco-CT具有较高的分辨率，但针对动物活体成像，还存在两个主要问题，一是成像视野小，目前大多数系统的FOV直径在80mm以下，主要应用于离体组织成像或裸鼠及大鼠活体成像，无法用于兔子等较大动物的活体成像；二是成像时的产生的辐射剂量较大，实验动物长时间暴露在高剂量射线辐射下，会改变疾病的生物学进程并造成明显的假象。数据表明，在过继转移实验中，使用1-2Gy的辐射剂量即可破坏小鼠的免疫系统，因此过高的辐射剂量很难用于活体动物的连续成像。

发明内容

本发明的目的是克服现有小动物Mirco-CT成像视野小、辐射剂量大的缺点，提供一种大视野低剂量的Mirco-CT锥形束成像系统，在获得较大的成像视野(FOV直径为80mm～150mm，最高可达200mm)的同时，又可以获得较高的分辨率(30μm～60μm)及较低的辐射剂量(＜100mGy)，以实现对兔子等较大动物组织结构的活体扫描成像。

一种大视野低剂量的Mirco-CT锥形束成像系统，包括锥形束X线扫描装置和三维图像采集及重建装置两大部分，其中，锥形束X线扫描装置包括：

其中，锥形束X线扫描装置包括：

(1)一台微焦点X线发生器，用于产生X射线对动物进行扫描；

(2)一台高分辨率平板探测器，用来接收和检测X射线；

(3)一台光学平台，其上固定有一个电动旋转台，用来控制动

物旋转；一个电动升降台，用来放置和控制动物升降；数个电动平移台，其中两个竖直方向电动平移台分别用来固定X线发生器、平板探测器并且配合水平方向电动平移台使得被测动物、平板探测器处于X射线的锥形束区域之内并获得最佳的成像视野；

三维图像采集及重建装置包括：

(1)一个高频数据采集卡，与所述平板探测器和控制工作站相连接，用于锥形束投影数据的高速采集；

(2)多个控制器，通过与上述X-线发生器、平移旋转台和控制工作站相连，用于X-射线的产生和成像轨迹的控制；