1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
传统CT采用积分式探测器采集投影数据, 反映的是物体的平均衰减特性, 会在一定程度上造成信息损失, 无法对物体进行较好的定性定量测量。 基于光子计数探测器的能谱CT通过设定多个能量响应阈值能够探测不同能量范围内的X射线光子, 采集更多被测物体的物质组成信息, 有助于识别不同物理特性的材料, 基于此, 能谱CT被广泛的应用于小病灶、 低对比度结构以及微细结构的成像。 然而将整个能谱划分为多个能量段进行数据采集时, 范围较窄能量范围内的有效光子数比例相对降低, 导致图像中包含较多的噪声, 图像质量较差, 影响能谱CT的临床应用。 为了有效的抑制能谱CT不同能量段内重建图像中的噪声, 提出了一种基于深度学习的能谱CT图像降噪方法。 我们将全卷积网络和金字塔残差网络结合为全卷积金字塔残差网络(FCPRN), 实验中, 利用能谱CT在不同的能量范围扫描小鼠样本, 使用FDK算法和基于压缩感知的Split-Bregman算法进行重建并分别作为训练数据和标签数据训练全卷积金字塔残差网络。 为了验证网络的降噪性能, 选取了常见的降噪网络模型denoising convolutional neural networks(DNCN)以及residual encoder decoder convolutional neural network (REDCNN)进行对比, 训练三种网络的使用的数据和实验配置都是完全相同的, 实验结果表明训练模型可以有效抑制不同能量范围内重建图像的噪声, 且使用的全卷积金字塔残差网络的降噪性能优于其他网络模型。 模型训练好后, 可以对FDK算法重建出的图像进行降噪, 由此提高能谱CT图像降噪效率, 保证能谱CT重建图像的质量。
能谱CT 图像降噪 深度学习 光子计数探测器 Spectral CT Image Denoising Deep learning Photon-counting detector 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2950
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
3 重庆大学生物流变科学与技术教育部重点实验室, 重庆 400044
4 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
X射线光子计数探测器是多能谱CT成像技术的核心, 其通过能量阈值可以选择记录不同能量的X射线光子, 有助于分析不同材质的物理特性。 利用搭建的基于光子计数探测器的多能谱CT系统, 开展高纯度金属材料K-edge特性识别实验研究。 通过设置探测器的不同能量阈值, 在不同能量范围获取金属材料投影图像, 利用投影图像灰度信息分析不同能量X射线的衰减特性, 以识别金属材料K-edge特性。 最终实验结果表明, 基于光子计数探测器的X射线能谱CT系统, 能够识别金属材料与特定能量X射线光子发生相互作用所表现出的K-edge特性。 通过计算K-edge特征峰能量阈值与材料K-edge理论能量值之间的线性对应关系, 对光子计数探测器的能量阈值进行了标定。
光子计数探测器 多能谱CT K-edge特性 能量阈值 投影图像 Photon-counting detector Spectral CT K-edge characteristics Energy threshold Projection image 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3929
1 清华大学 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室, 北京 100084
2 清华大学 工程物理系, 北京 100084
建立了XCounter Flite X1型光子计数探测器的响应函数模型。利用X射线荧光作为射线源, 通过蒙特卡罗方法, 模拟了入射能谱与探测器材料中的能量沉积能谱。响应函数包括高斯函数与经验型的修正函数, 修正函数由直线段构成, 通过最小二乘的方法来确定其中的参数, 探测器像素不一致性的校正包括阈值校正与响应函数的校正。把经过校正的模型结果与实验结果对比并计算平均误差, 得到在各能量段下误差都小于2.5%的结果, 利用该响应函数进行能谱恢复与材料分解, 两者具有比较理想的结果, 充分说明了该校正方法的有效性与准确性。
光子计数探测器 响应函数 X射线荧光 蒙特卡罗方法 photon counting detector response function X-ray fluorescence Monte Carlo method 红外与激光工程
2017, 46(12): 1217005
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院大学, 北京 100049
对可应用于X射线骨密度仪的各种双能投影分解算法(包括曲面拟合法、查找表法、等值线拟合法、神经网络法)进行了对比研究。光子计数探测器具有高能量分辨率、低噪声的优点, 由碲锌镉光子计数探测器系统进行投影数据采集可以提高分解精度。选用铝(Al)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为基材料, 分别代表骨骼和软组织, 对基材料不同厚度组合进行校准实验, 建立高、低能投影数据查找表; 分别使用上述投影分解算法建立反向查找表; 在反向查找表的范围内选取了9个测试点, 用上述分解方法分别进行分解, 计算各种分解方法的分解偏差和运行时间并进行对比。结果表明, 在分解精度上, 曲面拟合法、查找表法、等值线拟合法、神经网络法对于Al的分解偏差分别为0.11%~3.68%、0~2.86%、0.07%~3.23%、0.41%~4.18%, PMMA的分解偏差则分别为0.11%~3.42%、0.44%~5.33%、0.02%~2.83%、0.09%~4.89%。在分解速度方面, 曲面拟合法和等值线拟合法高出其他两种方法约一个数量级。等值线拟合法不管是分解精度还是速度都具有较大的优势。
成像系统 X射线骨密度测量 物质分解 光子计数探测器 曲面拟合 等值线拟合 计数堆积 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 101102
1 中北大学理学院， 山西 太原 030051
2 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室， 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术国家重点实验室， 山西 太原 030051
与传统计算机层析(CT)成像技术相比，能谱CT可在一次扫描中得到物体在不同能谱通道下的投影图像，这有利于区分物体的材质，提高信号噪声比。基于光子计数探测器的能谱CT是近年来成像领域研究的热点。由于能谱通道变窄，每个能谱通道内的噪声增加。为了有效降低通道内的噪声，采用基于全变分最小化的Split-Bregman算法进行图像重建。根据重建模体的先验信息，进行能谱通道的划分；采用Split-Bregman算法对含噪声和稀疏角的能谱投影数据进行重建。仿真结果表明，基于Split-Bregman算法的能谱CT图像重建方法能够有效减少能谱通道内噪声的影响，满足物体材质区分的需求。
成像系统 能谱计算机层析图像重建 Split-Bregman算法 能谱通道划分 光子计数探测器
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 空间一部，长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 空间一部，长春 130033，
为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰，研究了探测器分割噪声的来源，并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模，实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像，计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量，验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板，利用数值拟合方法，得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下，可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.
微通道板光子计数探测器 分割噪声 仿真计算 Vernier阳极 质心位置 Micro channel plate Photon counting detector Partition noise Simulation Vernier anode Centroid position
重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于区分材质细微差别的关键技术问题, 基于MARS X射线能谱CT系统, 开展了彩色CT成像技术研究。研究结果表明, 对被碘溶液腐蚀的橡胶管和注射有新型造影剂(金纳米微粒)的小老鼠进行多个X射线能量段的CT断层扫描, 提取和量化不同能量范围橡胶管投影数据和小老鼠的CT图像, 重建出橡胶管彩色投影图像和小老鼠胸腔彩色CT图像, 展现了橡胶管内部复杂结构及金纳米微粒主要集中于小老鼠胸腔上部血管的信息, 显示了X射线能谱CT刻画物质信息的细微差别能力和呈现物质不同组成成分的能力。
X射线能谱CT 光子计数探测器 主成分分析法 彩色CT成像技术 X-ray spectral CT photon-counting detector principal components analysis color CT imaging technique 强激光与粒子束
2015, 27(5): 054004
重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于鉴别材质的关键技术问题，基于MARS系统的X射线能谱CT，开展了X射线能谱K-edge特性的CT成像技术研究。通过对单一材质和混(复)合材质组成的物理模型的多个X射线能量段进行CT断层扫描，获得了材质的K-edge特性曲线，以此重建出了材质的CT图像。借助材质K-edge特性的CT断层图像，可以进行材质的鉴别分析或进行更多的材质认知信息的分析研究。与传统的X射线CT技术相比较，它可以提供更为丰富的X射线衰减信息。
X射线能谱CT 光子计数探测器 K-edge特性 材质鉴别 X-ray spectral CT photon-counting detector K-edge characteristics material discrimination 强激光与粒子束
2014, 26(10): 104004
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响, 研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率, 故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系, 推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30~2 700 MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验, 结果表明: 当Ge膜方块电阻在上述范围时, 光子计数探测器在计数率为53 kc/s时分辨率可以达到0.5 mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。
极紫外成像 光子计数探测器 感应位敏阳极 Ge膜电阻 电子云扩散 ultraviolet imaging photon counting detector induced-charge position-sensitive anode Ge film resistance electron cloud diffusion
