高分辨显微ct技术进展

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1、第18卷第2期CT理论与应用研究Vol.18,No.22009年6月（106-116）CTTheoryandApplicationsJun.,2009文章编号：1004-4140（2009）02-0106-011高分辨显微CT技术进展a，ba，ba，ba，b桂建保，胡战利，周颖，郑海荣中国科学院a.深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所，b.生物医学信息与健康工程学重点实验室，广东深圳518067摘要：显微CT是一种新型的采用X射线成像原理进行高分辨三维成像的设备。可以在不破坏样品的情况下，对骨骼、牙齿和各种生物材料等离体标本进行高分辨三维成像。近年

2、来，更多地用于小动物活体成像，用于药物开发，肿瘤病理学和基因显型研究。本文围绕显微CT的技术手段进行综述，总结了它的现状和几个重要发展方向，高成像对比度、超高分辨率、快速实时以及多模态成像。关键词：显微CT；空间分辨；三维成像；小动物；X射线中图分类号：R445.3文献标准码：A1967年，Hounsfield发明了世界上第一台计算机断层摄影术（ComputedTomography，CT）设备。CT的基本原理是X射线从各个方向通过一个物体，利用计算机程序对所有衰减的X射线投影作分析测量，重构断层图像，获得三维图像。可以在不破坏物体的情况下观察其内部结构，获

3、得物体内部信息。从1970年起，国内外的医院和医疗科研机构开始使用CT诊断疾病。数十年来，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。1980年以来，由于普通CT无法满足科学研究对高分辨率的苛刻要求，人们开始研发显微CT（Micro-computedtomography，Micro-CT，μ-CT）。Micro-CT是微型的CT机，是采用X线成像原理进行超高分辨三维成像的设备，能够在不破坏样品的情况下，对骨骼、牙齿、生物材料等离体样本和活体小动物进行高分辨率（几十微米到亚微米级）X射线成像，获取样品内部详尽的三维结构信息。1

4、原理与系统构成1.1定义空间分辨率达到1μm～100μm的医学CT称为Micro-CT，与之对应的是现在达到肉眼分辨水平的CT，称为宏观CT。细胞大小平均为10μm～50μm，而细胞器约为0.2μm～1μm。所以，Micro-CT也就是“能看见组织和细胞图像的CT”。宏观CT已能达到肉眼直接观察脏器病变的水平，相当于病理尸检所见的病变结构。而Micro-CT能看见组织和细胞的结构，不用活检及定位穿刺，就能做出初步的临床病理诊断。收稿日期：2008-12-11。基金项目：中国科学院重大装备项目；广东省自然科学基金（8478922035-X000700）。制作

5、者(版权所有):《》编辑部,http://www.cttacn.org2期桂建保等：高分辨显微CT技术进展1073对小的生物标本或小动物成像是Micro-CT的主要应用，一般来说，人体1mm体积相对[1]3于小型啮齿类动物约为50μm，而Micro-CT的分辨正好在该范围。Micro-CT具有高分辨、快速、无损成像的特征，无需做生物组织切片，可对小动物进行活体成像。1.2原理所有的Micro-CT系统都包括下面几个部件：微焦斑X射线源、样本、X射线探测器、旋转机构（用于旋转标本或旋转扫描部件）、控制器和图像工作站。Micro-CT实现高的空间分辨在于采用了

6、微焦斑X射线源，高分辨探测器和几何放大，[2]此外，影响空间分辨的因素还包括旋转机械稳定性和CT重构中的滤波算法。与医用螺旋CT（spiralCT）相比，Micro-CT具有如下特征：①采用微焦斑X射线源（1μm～50μm），这是为了获得几何放大并减小大焦斑采样引起的半影模糊，而医用CT焦斑通常为数百μm；②采用高分辨率二维平面X射线成像探测器（像元10μm～100μm），而医用螺旋CT现大多采用多排（或多层）探测器探测，探测器像元呈圆弧形曲面分布。几个主要商家的最高端产品探测器为，GE公司64排、西门子64排（128层）、飞利浦128排（256层）、东芝

7、320排，探测器像元大小通常为0.5mm；③采用圆轨道锥束扫描，通常只在旋转一周过程中完成物体扫描，成像视场较小，而医用CT采用螺旋轨迹扫描，射线束为有一定宽度的扇束或窄的锥束。1.3结构现有的Micro-CT系统设计有两种构型，离体成像系统（样本旋转）和在体（活体）成像系统（扫描系统旋转）。1.3.1离体Micro-CT系统[1][3]离体Micro-CT系统如图1所示，一般把空间分辨率设计得尽可能接近组织显微镜。这就要求采用微焦斑X射线源，且有高的几何放大倍数（可降低探测器的分辨要求）。此种设计的优势在于可以提供完整样本的三维连接性、拓扑结构和微结构，

8、分辨率可达15μm～[1]50μm，视野在15mm～50mm。离体