微型CT成像能提供完整的解剖结构信息,成像分辨率高,系统结构简单,容易实现与其他功能成像模式的融合,目前主要用于小动物解剖结构的研究。通过灌注成像,CT还能够反映生理功能的改变。临床CT灌注成像已在急性脑缺血的诊断及肝功能的评价方面有较广泛的应用。微型CT灌注成像可在小动物身上开展一系列不方便在人体身上进行的研究,如在肿瘤生长不同阶段进行灌注成像,观察药物治疗后血管新生和血流灌注的改变,从而评价药物疗效。然而,高空间和高时间分辨率的双重挑战加大了微型CT灌注成像的难度,难以对快速动态过程进行观测。针对这一问题,本文研究了适用于小动物动态观测的快速扫描微型CT成像方法。为了实现对小动物的动态观测,研制了一套可进行快速扫描的机架旋转式微型CT系统。为使小动物处于自然体位,设计了机架旋转的方案,通过旋转台带动射线源和探测器,绕小动物样品进行旋转,采集图像数据。为实现快速扫描,提出了一种面阵列探测器曝光与旋转台运动同步进行的采集方法。整个投影图采集过程中旋转台保持匀速运动,同时在固定间隔角度位置触发探测器曝光,通过省略旋转台步进式运动中反复的加速、减速过程,缩短了图像扫描时间,减少了辐射剂量。对研制系统的时间分辨率、空间分辨率、对比度分辨率、成像均匀性、线性性和系统辐射剂量等性能进行了测试,并通过模型试验和在体试验验证了系统的成像能力。结果表明,系统最快能在8 s内完成一次小鼠体扫描。频域法测量系统空间分辨率为100μm。对标准电子密度模体进行成像,除了肺和骨骼外,其余软组织在91.2 mGy照射剂量时,对比度信噪比不超过1.00,即能与水区分开的置信度不超过76%。对直径30 mm的均匀水模成像,模体边缘与中心均匀性误差低于图像噪声水平。对不同浓度造影剂扫描成像,响应线性度达0.9994。实验过程中,小鼠受辐射剂量小于半致死剂量的4%,操作人员受辐射剂量小于0.1 μSv/h。基于自主研制的快速扫描系统,进一步提出了非离子碘造影剂作用下观察小鼠动态代谢过程的方法。并在此基础上,提出一种基于动态对比增强图像的分割方法。利用系统快速扫描获取小鼠注射非离子碘造影剂后的动态对比增强图像,根据不同组织器官的不同动态代谢特征,利用分类器将图像像素分为不同类别,通过图像后处理从各个类别中提取出目标器官。对7只小鼠进行了分割实验,证明本方法能成功分割出小鼠心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺脏和骨骼,与手动分割结果吻合度高。