课题基金 / 基金详情

面向低剂量能谱CT的对抗学习式能量探测与物质分解技术研究

批准号:
62071326
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
史再峰
依托单位:
学科分类:
医学信息检测与处理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
史再峰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
能谱型X射线计算机断层扫描(CT)技术可通过X射线中各能量成分的衰减情况进行断层图像重建,获得更精准的影像信息,已广泛用于现代医学临床诊断。X射线辐射会对人体健康造成不利影响,研究如何在降低辐射剂量的同时保证重建图像质量是该领域的热点和难点。本课题拟研究低辐射剂量下能谱CT在探测成像和物质分解中的串扰、数据缺失和噪声等问题。课题创新性在于:(1)通过建立级联分析模型结合对抗式学习方法,以校正低剂量下引起的能量探测串扰误差;(2)利用双生成-鉴别循环的无监督循环一致对抗学习网络,实现CT投影数据的补全;(3)利用与多能量区间相对应的多生成器的GAN网络和复合损失函数进行物质分解过程中的噪声消除。课题拟突破当前低剂量下能谱CT的技术瓶颈,利用生成对抗式深度学习技术,从X射线能量探测串扰校正、投影数据补全和物质分解噪声消除三方面进行技术攻关,最终形成一套低剂量能谱CT能量探测与物质分解方法学。
英文摘要
X-ray computed tomography (CT), especially spectral CT, has been widely used in modern clinical diagnosis, and it can obtain accurate material information by measuring the linear attenuation coefficient of scanned objects under different energy bins. However, the high radiation dose of X-ray is harmful to human health. To reduce the X-ray radiation dose and maintain clinically satisfied CT image quality at the same time is the key issue in this filed. In this study, we focus on solving the problem caused by dose reduction, including the incomplete data, amplified noise and interlayer crosstalk. The novelty of this study is as follows. (1) By establishing a cascade analysis model combined with an adversarial learning method, the energy detection crosstalk error caused by dose reduction is corrected. (2) The missing CT projection data are restored through employing an unsupervised circular uniform adversarial learning network with dual generation-discrimination cycles. (3) A generative adversarial network with multiple generators and loss functions corresponding to multiple energy bins is used to eliminate noise during the material decomposition. This study intends to break through the current technical bottleneck of the spectral CT, and use the generative adversarial deep learning method to carry out technical research from three aspects, including X-ray energy detection crosstalk correction, projection data completion and material decomposition noise reduction. Finally, a novel methodology of energy detection and material decomposition for low-dose spectral CT will be developed.
在医用能谱CT领域,直接型X射线探测器相比于间接型X射线探测器能够实现更大限度地X射线能量分离以减少成像的伪影与射束硬化。当前的能量积分型探测器只能分辨不多于两种的固定能量组分,无法获得更精准的能谱信息。为此本课题以X射线边缘入射(Edge-on)型能量积分式探测器为切入点,重点研究了X射线的分层探测理论与可重构模式下的能量解析技术。提出了一种能量组分动态可调与X射线能谱高精度解析的探测方法,该方法可经一次X射线辐射同时获得物体在多个不同能量组合下的投影信息,在较低的辐射剂量下能够获得更高精度的CT图像。在探测器像素结构研究中,本课题提出了一种Edge-on型分层探测器像素结构,结合电荷耦合(CCD)的信号读出方式实现了动态的X射线多能量谱段的探测。为进行X射线光生电荷信号的高效地转移、读出、转换和传输,本课题通过对探测器像素单元中噪声建模与分析,设计了一套面向Edge-on型X射线探测器像素的信号读出系统,为了降低能谱解析过程中高能拖尾效应等带来的误差,课题组提出了一种用于提升能谱分离度及解析精度的能谱校正技术,基于半导体探测器中X射线的能量积淀模型实现了分段的能谱解析。同时提出了基于一种基于动态阈值的X射线能量解析和影像重建的方法。在医学成像和处理的质量评价方面,本课题提出了模拟人脑认知过程的双随机窗口相似度的图像质量评价策略和突出梯度相似性的图像质量评测方法。在整个课题的研究过程中,课题突破了传统X射线能谱探测器能量分辨区间固定问题的瓶颈,初步形成了一套新型能量积分式可重构的X射线能谱探测方法学。目前已经将此探测方法与深度学习相结合,继续研究一系列面向X射线能量探测器的深度学习式串扰校正、伪影抑制和去噪技术,并深入研究低剂量能谱CT重建、物质分解等技术。
Edge-on型X射线能谱探测器及可重构能谱解析技术研究
  • 批准号:
    61674115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    史再峰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金