X射線雙能譜顯微CT研究與開發

《X射線雙能譜顯微CT研究與開發》是依託首都師範大學，由張朋擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：X射線雙能譜顯微CT研究與開發
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：張朋
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

基於X射線靶向造影劑的功能CT是近年來國際研究的熱點，X射線靶向造影劑能夠更多地聚集在特定的腫瘤細胞上，增強病變組織和正常組織對射線吸收的對比度。X射線靶向造影劑技術有著巨大的發展前景，但該技術從實驗室進入臨床套用還需進行大量動物成像實驗，而且目前所用的單能譜CT難以有效區分富集靶向造影劑的病變組織和正常組織。為此本項目將開展X射線雙能譜顯微CT關鍵理論與技術研究，並開發一套用於小動物功能成像實驗的雙能譜顯微CT系統。雙能譜顯微CT通過兩個能譜的X射線強度數據，能夠重建出被測物的更多信息，顯著提高區分聚集造影劑的病變組織和正常組織的能力。雙能譜顯微CT系統有望成為一種既有高空間解析度，又能反映組織分子水平病變的功能成像儀器。本項目所取得的關鍵理論與技術將有助於促進我國醫學雙能譜CT和功能CT設備的自主研發，還可用於石油岩芯、材料成像分析等套用。

結題摘要

X射線顯微CT在石油、地質、材料、微電子、生物等諸多領域以及國防工業中有廣泛的套用需求。然而傳統基於單能譜數據的X射線顯微CT經常不能充分揭示物質的差異，從而不能滿足眾多套用需求；而雙能譜顯微CT通過高低能譜的兩組數據重建兩幅CT圖像，具有更高的物質區分能力。本項目主要研究雙能譜顯微CT關鍵理論和技術，在此基礎上研製雙能譜顯微CT設備樣機，並在新材料、石油岩心、生物醫學等方面示範套用。 項目組主要成果如下： 項目組提出了幾種雙能譜CT圖像重建算法，實現了基於效應分解和基於基材分解的兩類雙能譜圖像重建，有效提高了顯微CT對樣品的物質區分能力。其中E-ART疊代重建算法、基於FBP的疊代重建算法等，不但適用於常用的各種雙能譜數據獲取方式，而且對數據噪聲有良好的抑制作用，在圖像質量、重建速度等多方面表現出優異的性能。此外，還改進了作為雙能譜CT圖像重建基礎的X射線能譜估計方法。 在提高顯微CT空間解析度方面，項目組提出了多項新方法和新技術。如，基於交叉絲的掃描幾何參數估計方法，可以有效去除圖像幾何偽影，簡化掃描系統硬體設計，降低系統安裝、調試和維護難度；X射線源焦點漂移估計方法，可以有效消除焦點隨機漂移引起的圖像模糊，降低顯微CT成像對射線源的穩定性要求，進而大大降低硬體成本。項目組提出的失效數據識別和修複方法、多能投影數據逐探測器單元標定方法、基於ROF模型的去噪方法、GPU加速技術等綜合套用，消除了諸多因素引起的圖像模糊、圖像偽影或畸變，大大提高了圖像空間解析度和圖像質量。 項目組自主發展了包括閃爍片、光學鏡頭以及光耦合探測器在內的設計、加工和集成技術，設計和研製了高精密轉台、濾波片、標定模體、測量模體等。這些技術奠定了研製雙能譜顯微CT的硬體基礎。 在上述成果基礎上，項目組研製成功了我國首台雙能譜顯微CT設備，性能指標達到了國際先進水平，並具有多項特色功能，如：雙能譜顯微CT三維成像功能、掃描參數自動標定功能、按任意方向重建斷層圖像功能等。項目組通過聯合組建的高科技公司進行成果推廣，已為國防、石油、材料、農業和科研院所等多個用戶開發了顯微CT系統。項目組發表期刊論文18篇，其中SCI論文12篇，多篇發表在IEEE TMI、Medical Physics、Optics Express等本領域重要期刊上；申報發明專利11項，其中授權4項、公開4項；獲軟體著作權2項。