基於光子計數探測器的X光能譜CT成像研究

《基於光子計數探測器的X光能譜CT成像研究》是依託清華大學，由邢宇翔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光子計數探測器的X光能譜CT成像研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：邢宇翔
• 項目類別：面上項目

項目摘要

與傳統CT相比，基於有能譜分辨能力的光子計數探測器的能譜CT（PCD-SCT）可在功能和性能兩方面實現突破：一、使CT圖像由灰度向真彩色、單信息圖像向多重信息圖像發展；二、能大幅降低輻射劑量、提高圖像質量、實現更精確的物質識別等。因此，PCD-SCT成為目前領域內的國際研究熱點，被視作X光成像的未來發展方向。本項目擬就PCD-SCT的成像物理機制、圖像重建、多重信息提取、局部彩色成像等關鍵技術進行深入研究，尤其是利用能譜分辨和光子計數的特殊數據形式，形成獨特的PCD-SCT全局彩色成像和局部ROI彩色成像的多重信息提取/重建的方法框架和計算模型，並自主建設國內第一台PCD-SCT實驗平台。本項目還將從醫療和危險品檢測兩個套用方向，針對性地設計高精度的、穩定的信息提取和顯示方法，以發揮PCD-SCT的實際套用潛力。此項研究將把CT成像帶到一個新的台階，推動國內射線成像技術的發展。

結題摘要

相比於傳統X光CT成像，基於有能譜分辨能力的光子計數探測器的能譜CT可以在可比劑量條件下有機結合不同能量通道信息提高信號的對比度、獲得被掃描物體的電子密度、等效原子序數等多維度物理信息的空間分布，是本世紀以來X光成像技術的最大變革，也是X光CT成像領域的最大研究熱點。本項目就PCD-SCT的成像物理機制、圖像重建、多重信息提取、局部能譜CT成像等關鍵技術進行深入研究，利用能譜分辨和光子計數的特殊數據形式，完成了獨特的PCD-SCT全局和局部ROI成像的的系統設計、多重信息提取/重建算法、能譜模型解析和分解、不完備數據處理等關鍵技術的研究，並自主建設了PCD-SCT實驗平台。項目按照資助計畫的要求執行，全面完成了研究目標，取得了多項核心研究成果。通過項目的研究，在光子計數探測器的能譜標定和能譜解析理論和方法、信號分解、能譜CT的圖像重建和圖像處理形成了多項式擬合多能窗非線性數據、通用意義基函式最佳化分解、結構先驗引導圖像重建、神經網路運運算元交叉關聯多能多維信息、圖像空間分組低秩等理論和方法上的突破，建立了能譜CT成像從探測器信號模型到多維物理參數空間分布重建和最佳化的系統方法。在理論和方法的支撐下，針對實際光子計數探測器的工程局限，提出了機率化探測單元布局、可控加權數據採集、分段多能等多種新型能譜CT的系統設計，在能譜CT的系統布局和掃描方式上進行了創新。而此項目建立的仿真和實際實驗平台建設方面，很好地為本項目的研究提供了基礎和實驗條件，也將為後續的進一步研究和拓展能譜CT的潛力提供很好的條件。綜合而言，此項目系統完成了對基於光子計數探測器的能譜CT成像的物理和數學核心問題的理論和實驗研究，從方法上解決了基於光子計數探測器的能譜CT的底層的關鍵技術問題，很大程度上豐富了能譜分辨成像理論和技術，並推動X光CT成像理論進入一個新的高度和發展前景，也將助力國內射線成像領域和相關產業的進一步發展。