物理学和高新技术 清晰显示(图5(b))16-,而传统成像难以清晰显 示软组织 3问题和展望 同步辐射相位衬度医学成像是核物理专家和医 学工作者相互融合的研究项目,研究过程中共同协 作,进行了以下两方面的工作 3.1成像条件和参数 图5小鼠关节成像(a)小鼠关节DEI峰位成像(峰位成像显示 对类同轴成像方法中样品与成像装置的有效距 软组织细节清晰,骨组织衬度较差);(b)小鼠关节DEI腰位成像 (腰位像显示骨组织及软组织衬度均清晰) 离Z(物像距)与图像衬度之间的相关关系进行了研 2.6冠状动脉成像 究.衍射增强成像实验中,研究和调整的参数包括: 心脏相对较厚,按目前的成像条件还只能得到适合各种组织的不同摇摆曲线,以及摇摆曲线峰位 较模糊的图像,比肝脏和肾脏的影像差得多除了显低角侧和高角侧的半高位、底位图像衬度的差异; 示心脏大血管(主动脉、肺动脉及上腔静脉的开口)X射线能量范围和根据在摇摆曲线位置和进入的束 结构外,其余结构显示欠佳,尤其是冠状动脉.心脏 线强度调整曝光时间;不同分析晶体的选择等.我们 表面长条状的结构提示可能是冠脉血管.北京同步的实验过程建立在北京同步辐射装置科学工作者取 辐射装置目前的条件,得到清晰的冠脉影像还存在 得的DEI成像光路重大突破的基础上,避免了复杂 定困难[21.相应延长曝光时间(曝光时间5s),在 的光路调节花时过多的弊病 小鼠整体心脏表面显示模糊的血管结构,以边缘较 2生物医学样品的制备和对比剂的使用 明显.冠脉成像显示的血管衬度明显要低 包括疾病动物模型制作,组织块的制备、切割和 用白光进行活体小鼠成像实验,可以观察到心固定,以及必要时的脱水处理.对比剂先后试验了含 肌的舒缩运动,并显示出心腔内结构,冠状动脉结构重元素的造影剂、水和空气等,并与不用造影剂进行 的显示也较清楚.从图6(a)和6(b)可观察到冠脉主 主比较 干(空弯箭头)、左冠状动脉(短箭头)、右冠状动脉 但是,我们还只是进行了初步的探索,还有许多 (长箭头),及稍显模糊的冠脉分支结构(空直箭头) 问题需要解决,过渡到真正能被临床使用还有很多 进一步,可以观察到心脏搏动过程中,等容舒张期冠困难,还有许多工作要做然而,前期的工作已经证 脉结构显示清晰(见图6(c)),而收缩期心腔缩小 实,同步辐射相位衬度成像的空间分辨率和图像衬 心肌壁张力增高,冠脉结构模糊(以分支尤甚)(图6 度显著提高,观察到软组织细微的变化,有可能发现 (d),显示出心脏搏动对冠状动脉充盈和成像的影 其他成像方法无法显示的病变,对疾病的早期诊断 延缓疾病的发展具有潜在意义.上海的第三代同步 辐射光源的建成必将进一步推动同步辐射相位衬度 成像的医学生物学应用 参考文献 [1] Gao D, Pogany A. Stevenson A w et al. Radiographics 1998.18:12 [2 Li J, Zhong Z, Lidtke R et al. Journal of Anatomy,2003 L3] Beckmann F, Heise K, Kolsch B et al. Biophysical journal 999,76(1):98 [4] Rau C, Robinson I K, Richter C P. Microscopy research and [57 Fidler I J. Nat Rev. Cancer, 2003, 3(6):453 图6心脏及冠脉的自光成像(a)左前斜位;(b)右前斜位;(c L 6] Gupta G P, Massague J. Cell, 2006, 127(4):679 等容舒张期,冠脉结构显示清晰,其内充盈造影剂;(d)收缩期, [7 Peng Y F, Chen S L, Tang G Y et al. Journal of Xray 心腔缩小,心肌壁张力增高,冠脉结构模糊,分支尤甚 science and Technology, 2007, 15(2):97 [8]彭屹峰,陈绍亮.中华肝脏病杂志,2006,14:782[ Peng Y F, 物理·39卷(2011年)11期http:飋飋www.wuli.ac.cn 物理·39卷 (2011年)11期 清晰显示(图5(b))[16—20],而传统成像难以清晰显 示软组织. 图5 小鼠关节成像 (a)小鼠关节 DEI峰位成像(峰位成像显示 软组织细节清晰,骨组织衬度较差);(b)小鼠关节 DEI腰位成像 (腰位像显示骨组织及软组织衬度均清晰) 2.6 冠状动脉成像 心脏相对较厚,按目前的成像条件还只能得到 较模糊的图像,比肝脏和肾脏的影像差得多.除了显 示心脏大血管(主动脉、肺动脉及上腔静脉的开口) 结构外,其余结构显示欠佳,尤其是冠状动脉.心脏 表面长条状的结构提示可能是冠脉血管.北京同步 辐射装置目前的条件,得到清晰的冠脉影像还存在 一定困难[21].相应延长曝光时间(曝光时间5s),在 小鼠整体心脏表面显示模糊的血管结构,以边缘较 明显.冠脉成像显示的血管衬度明显要低. 用白光进行活体小鼠成像实验,可以观察到心 肌的舒缩运动,并显示出心腔内结构,冠状动脉结构 的显示也较清楚.从图6(a)和6(b)可观察到冠脉主 干(空弯箭头)、左冠状动脉(短箭头)、右冠状动脉 (长箭头),及稍显模糊的冠脉分支结构(空直箭头). 进一步,可以观察到心脏搏动过程中,等容舒张期冠 脉结构显示清晰(见图6(c)),而收缩期心腔缩小, 心肌壁张力增高,冠脉结构模糊(以分支尤甚)(图6 (d)),显示出心脏搏动对冠状动脉充盈和成像的影 响[21—23]. 图6 心脏及冠脉的白光成像(a)左前斜位;(b)右前斜位;(c) 等容舒张期,冠脉结构显示清晰,其内充盈造影剂;(d)收缩期, 心腔缩小,心肌壁张力增高,冠脉结构模糊,分支尤甚 3 问题和展望 同步辐射相位衬度医学成像是核物理专家和医 学工作者相互融合的研究项目,研究过程中共同协 作,进行了以下两方面的工作. 3.1 成像条件和参数 对类同轴成像方法中样品与成像装置的有效距 离Z(物像距)与图像衬度之间的相关关系进行了研 究.衍射增强成像实验中,研究和调整的参数包括: 适合各种组织的不同摇摆曲线,以及摇摆曲线峰位、 低角侧和高角侧的半高位、底位图像衬度的差异; X射线能量范围和根据在摇摆曲线位置和进入的束 线强度调整曝光时间;不同分析晶体的选择等.我们 的实验过程建立在北京同步辐射装置科学工作者取 得的 DEI成像光路重大突破的基础上,避免了复杂 的光路调节花时过多的弊病. 3.2 生物医学样品的制备和对比剂的使用 包括疾病动物模型制作,组织块的制备、切割和 固定,以及必要时的脱水处理.对比剂先后试验了含 重元素的造影剂、水和空气等,并与不用造影剂进行 比较. 但是,我们还只是进行了初步的探索,还有许多 问题需要解决,过渡到真正能被临床使用还有很多 困难,还有许多工作要做.然而,前期的工作已经证 实,同步辐射相位衬度成像的空间分辨率和图像衬 度显著提高,观察到软组织细微的变化,有可能发现 其他成像方法无法显示的病变,对疾病的早期诊断、 延缓疾病的发展具有潜在意义.上海的第三代同步 辐射光源的建成必将进一步推动同步辐射相位衬度 成像的医学生物学应用. 参考文献 [1] GaoD,Pogany A,Stevenson A W etal.Radiographics, 1998,18:1257 [2] LiJ,ZhongZ,LidtkeRetal.JournalofAnatomy,2003, 202(5):463 [3] BeckmannF,HeiseK,KolschBetal.Biophysicaljournal, 1999,76(1):98 [4] RauC,RobinsonIK,RichterCP.Microscopyresearchand technique,2006,69(8):660 [5] FidlerIJ.Nat.Rev.Cancer,2003,3(6):453 [6] GuptaGP,MassagueJ.Cell,2006,127(4):679 [7] Peng Y F,ChenSL,Tang G Yetal.JournalofX灢ray scienceandTechnology,2007,15(2):97 [8] 彭屹峰,陈绍亮.中华肝脏病杂志,2006,14:782[PengYF, ·768· 物理学和高新技术