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《华中科技大学》 2004年
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用于小动物研究的微型CT系统研制

仲爱军  
【摘要】:小动物模型已经成为人类疾病研究的一个重要内容,各种专门用于小动物成像的仪器不断出现。微型CT技术作为一种新型的检测技术,具有高空间分辨率、无损伤以及可在体检测等优点。微型CT自出现以来,在近几十年间已经取得很大的发展。微型CT技术已经被用于骨结构评价、大鼠肝血管结构分析和肥胖症治疗研究等诸多领域。随着计算机科学以及信息技术的不断发展,微型CT将成为对小动物模型进行研究的基本工具之一。 本文的研究工作围绕微型CT系统的研制和应用,在分析了现有数字X射线成像系统的性能的基础上,提出了基于数字X射线成像系统设计微型CT系统的方案。 研究的数字X射线成像系统是一套基于两个电荷耦合器件(CCD)的光纤探针耦合成像系统,该系统能提供高达50 lp/mm的成像分辨率以及多种放大倍率。本文综合测量了影响系统成像质量的各项参数,包括系统的调制传递函数(MTF)、噪声功率谱(NPS)以及噪声等效量子(NEQ)等,确定了该系统在空间分辨率、噪声和信噪比特性等方面的优势。 在现有数字X射线成像系统的基础上,本文根据微型CT的基本原理,提出了微型CT系统的设计方案。系统硬件部分主要包括数字X射线成像系统、旋转载物台及其控制系统、图像采集和处理系统等。以步进电机为核心的旋转载物台可以对样品进行三个自由度的控制:水平平移,竖直平移和旋转。水平平移可以实现旋转轴与图像中心的精确对准,本文提出了一种旋转轴精确定位的方法,定位精度可达0.01mm。竖直平移可以实现放大倍率的选择,放大倍率在1.77~2.37之间可调。步进电机由基于单片机AT89C51的控制系统控制,步进电机最小步距角为1.6875′,旋转误差为步 本课题受到国家自然科学基金项目(No. 60178028) 、国家杰出青年科学基金(No. 60025514)、教育部科学技术研究重大项目(重大10420)及211工程资助 WP=6 距角的5%,且为非累积误差。系统软件部分包括投影图像预处理和三维重建算法的实现。三维重建采用现在锥形光束的主流算法——FDK算法,该算法可以解决中小锥角效应对重建结果的影响。 采用所设计的微型CT系统对有机玻璃标准样品进行了三维重建,结果表明该微型CT系统具有较高的精度,重建相对偏差在0.6%以内。将改进后的系统成功应用于裸鼠模型成像,结果表明该系统可以用于小动物的研究。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH774

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【参考文献】
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