显微CT具有分辨率高、非侵入的特点,是生物医学领域基础研究中重要的成像工具。随着显微CT在心肺等运动器官成像中得到越来越广泛的应用,其存在的问题也日益凸显。首先,显微CT高分辨成像存在固有的光通量不足的特点,加之小动物自身的呼吸和心跳频率过高易在成像过程中引入运动伪影,造成重建图像的退化,因此需要开发匹配的硬软件方法,实现高质量的运动器官成像。其次,显微CT针对运动器官疾病模型的成像研究较少,如何兼顾疾病模型的特点,发挥好显微CT的成像优势,使得成像结果更具有代表性,也是一个重要的研究课题。最后,显微CT在疾病模型的长程观察中,往往会产生大量的图像数据,由于小动物的生理结构与人类存在一定的差异,因此需要针对小动物显微CT图像的特点开发出相应的分析手段和方法。基于上述原因,本课题围绕运动器官高分辨成像技术、疾病模型的连续成像方法以及显微CT图像后处理分析三个方面展开研究。1.活体小动物显微CT心肺成像方法研究。本文提出了一种基于对极几何一致性的呼吸门控系统,通过计算不同角度投影图像间对极几何一致性指标提取呼吸波形,并在此基础上实现多圈分段变速活体扫描。该方法不需与实验动物接触就可提取呼吸信号,且对重建图像的呼吸运动伪影具有更好的抑制效果。在此基础上,本文进一步对基于形变向量场的活体小动物显微CT心脏成像方法进行了研究。该方法利用回顾性呼吸门控和回顾性心电门控挑选出1圈360°呼吸静息期的投影数据并进行不同心电相位的划分,以小鼠呼气静息期全心电相位数据的OS-SART重建结果作为先验,再利用优化求解的运动向量场将先验图像进行变换,最终得到各心电相位下的重建图像。该方法所得心脏4D重建图像的心脏轮廓边缘清晰且图像信噪比较高。2.以肺纤维化小鼠模型为代表的显微CT成像观察研究。本文通过气管一次性注射博莱霉素的方法尝试建立肺纤维化疾病小鼠模型,并在造模后选取不同的时间节点对模型小鼠进行了活体显微CT和病理成像观察,分析了模型小鼠的病变发展情况。造模后两周内,病理结果显示各模型小鼠出现了不同程度的急性炎症反应、慢性炎症反应和纤维化特征,显微CT图像中可观察到不同程度的实变、絮状影、网状影、磨玻璃影、支气管扩张以及气胸的特征。结合病理特征对不同病程下的显微CT图像病变特征进行讨论,分析了显微CT图像中这些特征的成因。3.开发针对肺纤维化小鼠模型显微CT图像特有的量化分析方法。对获得的三维显微CT图像进行三维旋转、图像平滑、肺部分割和气管树分割操作,然后分别对支气管扩张、肺部高密度影和肺部网状影这三个特征进行了量化分析,并将造模后的不同时间节点获取的肺纤维化模型小鼠和健康小鼠进行了对比。结果显示,量化分析的结果与经验性评分无显著差异。