1 重庆大学ICT研究中心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
针对相对平行直线扫描CT（PTCT）图像重建存在的有限角伪影问题，提出一种学习局部和非局部正则项的深度迭代展开方法。该方法将具有固定迭代次数的梯度下降算法迭代展开到神经网络，利用具有坐标注意力（CA）机制的卷积模块和Swin-Transformer模块作为迭代模块交替级联部署，构成端到端的深度重建网络。卷积模块学习局部正则化，其中CA用于减少图像过平滑；Swin-Transformer模块学习非局部正则化，提高网络对图像细节的恢复能力；在相邻模块间，使用迭代连接（IC）增强模型提取深层特征的能力，提高每次迭代的效率。通过消融实验验证了网络各部分的有效性，并在两种类型的数据集上进行实验，结果证明了本文方法的效果。实验结果表明，本文方法在抑制PTCT重建图像有限角伪影的同时，能较好地保留重建图像细节，提高重建图像质量。
X射线光学 计算机断层成像 相对平行直线扫描 图像重建 有限角 深度学习
1 安徽工程大学计算机与信息学院，安徽 芜湖 241000
2 计算机网络和信息集成教育部重点实验室（东南大学），江苏 南京 210096
3 东南大学影像科学与技术实验室，江苏 南京 210096
提出一种基于多通道交叉卷积UCTransNet（MC-UCTransNet）的图像域双材料分解方法。该网络以UCTransNet为基础架构，采用通道交叉融合转换器和通道交叉注意模块来提高基材料分解性能，实现双输入双输出的端到端映射。网络中通道交叉融合模块和通道交叉注意模块可更好地捕捉复杂的通道信号相关性，以更充分地进行特征提取与融合，实现基材料生成路径之间的信息交换。为进一步提高模型的拟合性能，网络训练时采用混合损失及Sigmoid函数的归一化方法。实验结果表明，在骨骼基材料及软组织碘基材料分解任务中，所提方法能获得优质的基材料图像，与对比方法相比，其分解后的基材料图像在准确度及噪声伪影抑制上表现更好。
机器视觉 双能计算机断层成像 基材料分解 多通道交叉卷积 注意力 噪声抑制
信息工程大学信息系统工程学院成像与智能处理河南重点实验室，河南 郑州 450001
基于衰减效应提出一种高阶拟合模型，能够快速准确地估计青铜器内部材料的等效原子序数与密度。为验证该方法的可行性，使用能谱计算机断层成像（CT）技术采集多个能量下的成像数据，开展实际数据拟合实验。在实际数据实验中原子序数估计的最大误差在5%以内，平均误差小于4%；密度估计的最大误差在10%以内，平均误差小于4%。实验结果表明，该模型能够仅通过两种能量的成像数据，在无损条件下快速准确地估计青铜器内部材料的等效原子序数与密度。
测量 青铜器 能谱计算机断层成像 衰减效应 等效原子序数 高阶拟合模型
信息工程大学成像与智能处理河南重点实验室，河南 郑州 450001
为降低X射线辐射剂量和提高成像效率，开发准确和高效的多能谱成像方法，提出一种具有双即插即用（PnP）框架的图像重建方法。该方法引入两个PnP正则化能量函数，分别对多通道图像内蕴低秩性与通道内图像稀疏性进行度量。首先以多通道图像间的相似块构造高维张量，然后引入张量加权核范数对张量低秩性进行刻画，并结合图像梯度域L0（伪）范数对通道内图像稀疏性进行刻画，最后设计基于交替方向乘子法的高效求解算法。为验证算法的可行性，开展模拟多通道光子计数采样图像重建实验。实验结果表明：与现有代表性方法相比，所提方法的峰值信噪比提升0.067 dB~1.89 dB，时间消耗约为代表性方法的25%；所提方法具有抑制伪影干扰和改善图像质量的优势，并且计算效率得到显著提升。
能谱计算机断层成像技术 低剂量采样 X射线成像 即插即用框架 光学学报
2023, 43(14): 1434001
1 上海健康医学院上海市分子影像学重点实验室，上海 201318
2 上海健康医学院医学影像学院，上海 201318
3 海军军医大学第一附属医院，上海 200433
4 上海交通大学医学院附属瑞金医院核医学科，上海 200020
核医学成像设备中的探测器是整个设备的核心部件。基于闪烁体探测器的核医学成像设备存在光电转换效率低和能量分辨率差等关键问题，短期内难以有效解决。而近年来碲锌镉半导体探测器的发展使得核医学成像设备在能量分辨率和空间分辨率等方面取得了很大的提高。本文以单光子发射计算机断层成像(SPECT)技术为例，首先介绍了核医学成像原理及设备组成，然后从碲锌镉探测器的工作原理及基本结构出发，综述了碲锌镉探测器的新技术及其在临床核医学的应用，最后结合核医学领域应用的需求展望了碲锌镉探测器的研究重点和技术发展趋势。
碲锌镉 探测器 核医学 单光子发射计算机断层成像 能量分辨率 光电转换效率 cadmium zinc telluride detector nuclear medicine SPECT energy resolution photoelectric conversion efficiency
重庆邮电大学 光电学院/国际半导体学院， 重庆 400065
采用0.35 μm CMOS工艺，设计了一种用于CdZnTe探测器的16通道高速前端读出电路。整体电路由16个模拟通道、偏置模块和逻辑控制模块组成，每个通道包括电荷敏感放大器、漏电流补偿电路、成形器、基线保持电路、峰值检测保持电路和时间甄别器。分析了高入射频率下主要电路模块的性能及通道的读出时序。仿真结果表明，本前端读出电路的输入能量范围为29~430 keV@1~15 fC，每个通道功耗小于1.8 mW，等效噪声电荷为87.6e-，最大能补偿的漏电流为50 nA，达峰时间为150 ns，通道增益为50 mV/fC，非线性小于1%，最高注入频率为500 kHz。
前端读出电路 CdZnTe探测器 高速 单光子发射计算机断层成像 front-end readout circuit CdZnTe detector high speed SPECT
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 重庆真测科技股份有限公司，重庆 401332
4 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏 南京 211103
针对在役高压电缆缓冲层烧蚀缺陷多出现在电缆底部的特点，提出一种源直线扫描局部计算机断层成像（L-STCT）方法，实现在役电缆底部阻水缓冲层缺陷检测。L-STCT扫描时，平板探测器靠近检测电缆，预估缺陷位置大致处于最大投影覆盖角度处，通过射线源平移扫描采集投影数据。建立L-STCT成像模型，分析扫描参数和扫描系统各数据点的最大投影覆盖角度对重建图像的影响，搭建实验平台，采用同步迭代重建（SIRT）算法重建CT图像。仿真和实验结果表明，L-STCT能实现高压电缆阻水缓冲层的局部缺陷检测，对在役高压电缆检测的实际应用具有重要参考价值。
成像系统 计算机断层成像 直线扫描 高压电缆 图像重建 光学学报
2022, 42(16): 1611002
1 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400044
2 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
3 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
针对较大视场高分辨率微焦点计算机断层成像(micro-CT)提出了一种射线源平移CT(STCT)成像方法,该方法采用基于图像全变差最小化的联合迭代(SIRT-TV)图像重建算法,存在图像重建时间较长、计算量大等问题。对斜坡滤波器进行分解,且基于傅里叶变换性质,推导了一种基于求导-希尔伯特变换-反投影(DHB)的STCT解析重建算法(STCT-DHB)。仿真和实际实验结果表明,STCT-DHB算法能有效抑制图像的高频噪声,在保证重建图像的质量的同时可提高图像重建效率。
光学学报
2022, 42(11): 1134025
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
常规显微计算机断层成像(CT)存在空间分辨率越高CT扫描视场越小的矛盾。近年来提出的基于电子束偏转扫描阵列微焦点X射线源的大视场显微CT(EBMCT),不仅保持了高空间分辨率的优点,也大幅扩大了CT扫描视场,增大了可检样品的尺寸。但EBMCT特殊的多焦点阵列扫描方式,导致其投影数据既存在截断问题也存在冗余问题。目前EBMCT一般采用对投影数据要求不高的迭代图像重建算法。然而,阵列焦点的投影数据量庞大,迭代算法的计算消耗大、重建时间长,难以满足EBMCT快速CT扫描检测需求。提出了一种平滑加权多源滤波反投影(MSFBP)算法。仿真和实验结果表明,算法很好地消除了投影数据冗余带来的伪影,并较好地抑制了截断伪影;均方根误差、峰值信噪比、结构相似性、空间分辨率等重建图像质量指标均优于常规重排等传统图像重建算法。在计算机硬件、图像矩阵等相同的条件下,所提算法的重建速度比联合代数迭代重建算法快3.3倍以上,为EBMCT系统在快速、大视场CT检测应用方面提供了良好的基础。
光学学报
2022, 42(11): 1134023
