【摘要】：乳腺癌是威脅著全世界女性健康的一大疾病,有效的乳腺成像方法能有效地輔助醫(yī)生對(duì)乳腺疾病進(jìn)行早期診斷,所以對(duì)乳腺成像方法的研究一直是醫(yī)學(xué)健康領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。靜態(tài)數(shù)字乳腺層析成像(Static Digital Breast Tomosynthesis,s-DBT)是一種在數(shù)字乳腺層析成像(Digital Breast Tomosynthesis,DBT)基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)X射線源進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)成像的新的乳腺成像方法。本文以提高s-DBT系統(tǒng)成像質(zhì)量為目的,在s-DBT系統(tǒng)1.0基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)碳納米管X射線源電子槍結(jié)構(gòu)與電參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善來(lái)提高系統(tǒng)成像空間分辨率與對(duì)比度。首先,根據(jù)s-DBT系統(tǒng)的成像原理分析系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響因素,確定針對(duì)碳納米管電子槍的電子通過(guò)率與產(chǎn)生的陽(yáng)極焦斑大小進(jìn)行電子槍結(jié)構(gòu)與電參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)優(yōu)化后的電子槍進(jìn)行控制系統(tǒng)完善。其次,根據(jù)碳納米管X射線源特性與電子場(chǎng)發(fā)射理論,提出通過(guò)利用增加輔助電極(聚焦極)的方法優(yōu)化電子槍結(jié)構(gòu),改變電場(chǎng)分布從而使碳納米管場(chǎng)發(fā)射電子束聚焦,增大電子通過(guò)率、減小陽(yáng)極焦斑大小,最終達(dá)到提高X射線強(qiáng)度、提高成像質(zhì)量的目的;利用Xenos三維電磁場(chǎng)仿真分析模塊建立碳納米管電子槍三維模型,基于電子槍模型進(jìn)行電磁場(chǎng)分析,分析陰-柵間距、柵極厚度、聚焦極電壓等參數(shù)對(duì)場(chǎng)發(fā)射電流與電子束軌跡的影響,將焦斑收縮率仿真分析值縮小至原電子槍的1/6,得到了60%以上的電子通過(guò)率仿真分析值,為優(yōu)化X線光管的電子槍結(jié)構(gòu)與電參數(shù)提供依據(jù)。然后,根據(jù)電子槍聚焦極電壓的性質(zhì)與范圍,結(jié)合s-DBT系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制要求,利用CompactRIO嵌入式控制器與LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)聚焦極控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)的軟、硬件及交互界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后對(duì)其監(jiān)控的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明其對(duì)高壓電源的電壓控制的相對(duì)誤差小于0.5%。最后,對(duì)優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行管電流測(cè)試,并進(jìn)行系統(tǒng)成像實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電子槍優(yōu)化后最大電子通過(guò)率由低于20%提升至50%以上。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,利用不同的模體對(duì)成像質(zhì)量分別進(jìn)行了定量與定性測(cè)試,得到了空間分辨率為0.133mm的乳腺模體圖像。對(duì)優(yōu)化前后成像質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明系統(tǒng)優(yōu)化后成像空間分辨率與對(duì)比度均得到提高,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了成像質(zhì)量的優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH77;O613.71;TB383.1
【圖文】：

一種高密度腺體組織，對(duì)射線極為敏感，當(dāng)受檢者接受的輻射高的二次傷害風(fēng)險(xiǎn)[7]。腺層析成像（DigitalBreastTomosynthesis，DBT）是一種基于數(shù)新型乳腺三維成像技術(shù)，其利用小角度的 X 線束從不同角度照角度的斷層影像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理得到分辨率較高的斷層圖描時(shí)單個(gè) X 射線源圍繞受照體在一定角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由探測(cè)的投影數(shù)據(jù)。DBT 成像掃描示意圖如圖 1-1 所示，其中乳腺模組織結(jié)構(gòu)與組成相似的用于實(shí)驗(yàn)研究的體模，DBT掃描時(shí)利用與壓迫板將乳腺擠壓均勻至與探測(cè)器平行的平面。與 DM 相比，疊影像的干擾，更好地利用組織結(jié)構(gòu)的三維幾何特性，得到更加誤診與漏診現(xiàn)象，降低患者的召回率，減小因多次復(fù)查和照射量風(fēng)險(xiǎn)。與 CT 相比，DBT 屬于小角度范圍成像（一般為 30°~5度掃描相比，DBT 成像所需曝光時(shí)間短，受檢者所承受的射線低[8]，其在乳腺癌檢測(cè)方面具有很大的研究?jī)r(jià)值與潛力。

圖 1-2 s-DBT 成像掃描示意圖BT 的不同在于其 X 射線源及掃描方式�，F(xiàn)有的 DBT、X 線攝影技術(shù)采用的發(fā)射源均為傳統(tǒng)的熱電子發(fā)射 X 射線源，而 s-DBT管場(chǎng)發(fā)射 X 射線源。與熱電子發(fā)射 X 射線源相比，碳納米管場(chǎng)有結(jié)構(gòu)緊湊、高時(shí)間分辨率、可編程式發(fā)射等優(yōu)勢(shì)[5]。熱電子發(fā)過(guò)加熱特定金屬材料，使其中的電子通過(guò)獲得外界能量來(lái)克服出而產(chǎn)生電子束，存在工作溫度高、功耗大等缺點(diǎn)[11]。場(chǎng)發(fā)射則來(lái)降低材料表面勢(shì)壘的高度并減小其寬度，使得電子逸出。理論密度可以遠(yuǎn)大于熱發(fā)射等其他發(fā)射形式所產(chǎn)生的電流密度[12]。管 X 射線源陣列成像的 s-DBT 系統(tǒng)與使用單個(gè)傳統(tǒng)熱電子發(fā)射T 系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：緊湊、易小型化。熱電子射線源因熱陰極體積較大、工作溫度高、小型化與陣列掃描；而碳納米管 X 射線源的工作溫度低、相應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)小型化與集成化；

Otto zhou 團(tuán)隊(duì)在 Hologic Selenia DBT 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)發(fā)射射線源用碳納米管 X 射線源替代，首次實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)數(shù)字乳腺層析成1-4 為 Otto zhou 團(tuán)隊(duì)研發(fā)的 s-DBT 系統(tǒng)與 Hologic Selenia DBT 系統(tǒng)。由 Otto zhou 團(tuán)隊(duì)組裝的第二臺(tái)靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)在北卡羅來(lái)納大學(xué)附屬，2013 年 12 月，對(duì)第一例病人進(jìn)行了乳腺掃描圖像采集。s-DBT 系統(tǒng)了因射線源旋轉(zhuǎn)造成的偽影、減少了掃描時(shí)間[20]。

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本文編號(hào)：2754687