X射线相位衬度成像(phase-contrast imaging,PCI),简称相衬成像,其以全新的成像机制解决了生物软组织微观成像问题。相衬成像在软组织成像上具有比传统X射线成像高约1000倍的图像衬度,同时它的空间分辨率可以达到微米甚至亚微米量级。结合CT技术,相衬成像发展了相衬CT成像技术,可以无创地揭示软组织内部丰富的结构信息。因此,相衬CT在生物医学成像领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本文利用类同轴相衬CT技术,重建了肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌组织中的微观结构图像,并利用计算机辅助图像分析方法定量地评估了这些疾病进程中微观结构改变的影像学特征。具体研究内容如下:1、研究肝纤维化发展以及逆转过程中胶原纤维和微血管结构的动态演变过程。实验对象为四氯化碳(carbon tetrachloride,CCl4)诱导的大鼠肝纤维化模型,分为正常、中度、重度纤维化以及逆转组。基于相衬CT技术重建了四组样品中肝脏血管的三维图像。不同组中胶原沉积情况应用胶原面积比进行评估,肝脏表面形变程度使用纹理分析方法进行辨别,而肝内微血管的变化采用三维微血管密度(three-dimension microvessel density,3D-MVD)、血管扭曲度和血管分叉角等参数进行分析。研究表明,纤维化的发展阶段,即从正常、中度到重度肝纤维化的过程,胶原面积逐渐增大,肝脏表面粗糙程度变化剧烈,3D-MVD、血管扭曲度和分叉角也在逐渐增加。而在纤维化的逆转阶段,相较于重度纤维化,胶原面积减小,肝脏表面较为光滑,微血管密度、扭曲度以及分叉角等也都在降低,但所有定量分析结果都未能恢复到正常状态。2、探究碘染法相衬CT应用于肝硬化中胶原纤维显微成像的潜力。实验对象为CCl4诱导的大鼠肝硬化模型以及人肝脏手术切除的病毒性和胆汁性肝硬化组织。通过碘造影相衬成像重建大鼠肝硬化样品CT断层,与相应的病理切片进行对比性分析,并引入胶原面积比和纤维隔宽度等指标分析CT断层与病理切片在揭示胶原结构上的相关性。此外本文首次尝试应用胶原体积比等参数对肝硬化组织中的胶原沉积情况进行三维评估。针对人体样品,结合三维可视化技术,重建了病毒性及胆汁性肝硬化中胶原的三维结构,并依据病理切片对不同类型肝硬化中胶原的分布特点进行了分析。研究结果表明,碘染法相衬CT清晰地揭示了纤维隔和假小叶等肝硬化特征结构,且CT断层和病理切片在胶原成像上具有非常好的相关性(R≥0.856,P<0.01),此外胶原体积比测得数值与病理结果接近。对于人体样品,碘染法相衬CT同样具有非常好的适用性,本实验重建了人肝硬化样品中胶原纤维的三维结构,病毒性肝硬化胶原分布与血管增生关系密切而胆汁性肝硬化胶原主要分布于新生胆管附近。3、研究肝细胞癌发展过程中微血管、窦样毛细血管以及梁索等微观结构的影像学特征。研究对象为人肝脏手术切除的肝细胞癌样品,分为低等级组(高分化和中分化肝细胞癌)和高等级组(低分化肝细胞癌)。本文利用相衬CT技术重建了肝细胞癌组织中窦样毛细血管等微观结构,并利用窦样毛细血管密度、体积以及梁索表面体积比、厚度等计算机辅助图像分析方法定量评估肝细胞癌进程中微观结构的改变。研究结果表明,相衬CT可以清晰地展示肝细胞癌中微血管、窦样毛细血管和梁索结构的三维图像。通过对窦样毛细血管和梁索的定量分析可知,低等级分化的肝细胞癌中,窦样毛细血管数量较多,体积微小,梁索结构厚度较小,表面体积比较大;高等级中,窦样毛细血管数量变少,体积膨胀,梁索结构变厚,表面体积比减小。本文基于相衬CT直观地展示了肝纤维化发展和逆转过程中病变结构的动态变化过程;提出了碘染法相衬CT成像技术,并利用该技术揭示了大鼠及人体肝硬化组织中的胶原纤维结构;此外应用相衬CT定量评估了肝细胞癌发展过程中窦样毛细血管和梁索等微观结构的变化。相衬CT成像为肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌等肝脏疾病微观成像问题提供了新的思路。