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X光鬼成像研究獲進(jìn)展可降低X光輻射危害

2020-05-29 14:33:59來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：X射線閱讀量：5389

導(dǎo)讀：近日，中科院物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)利用自主研制的Hadamard金掩模振幅調(diào)制板，首次實(shí)現(xiàn)了基于真正單像素探測器的非相干X光鬼成像。

　　【儀器網(wǎng) 生物醫(yī)藥】由于X射線具有極強(qiáng)的穿透性，可以輕易穿透人體軟組織，使人在非侵入的情況下也可以觀察到體內(nèi)狀況，因此X光透射成像、X光CT等X射線成像技術(shù)已經(jīng)成為臨床診斷與治療中重要的檢測手段之一。

　　然而臨床現(xiàn)有的X射線成像方式如透視成像和相襯成像等，其本質(zhì)都是通過累計(jì)光子信號(hào)以達(dá)到一定的圖像襯度，成像效率低，所需的輻射劑量較大。作為一種波長極短的高能電磁波，大劑量的X射線對(duì)人體細(xì)胞和蛋白質(zhì)有著極大的危害，可能會(huì)引發(fā)癌癥和白血病等疾病。降低醫(yī)療中X射線成像過程需要的輻射劑量一直是醫(yī)用X射線成像儀器主要的研究方向。

　　一個(gè)可行的方案是將鬼成像應(yīng)用于X射線波段。鬼成像即量子關(guān)聯(lián)成像，也稱為單像素相機(jī)成像，是一種間接成像方式。常規(guī)的成像方法是用多像素探測器記錄一束光與物體相互作用后的強(qiáng)度與顏色而成像。而鬼成像則是根據(jù)來自兩束光強(qiáng)度的相關(guān)性成像，即光與樣品相互作用后的物體光束(物光)及未作用的參考光束。這種成像方法可以在低輻射劑量的條件下實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。

　　2018年，中科院物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)利用隨機(jī)調(diào)制光強(qiáng)度的簡單方法實(shí)現(xiàn)了臺(tái)面式X光鬼成像，完成了單光子量級(jí)的超低劑量成像。但是該成果成像的分辨率與質(zhì)量無法達(dá)到醫(yī)學(xué)成像的要求。為了使X光鬼成像可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，嘗試解決成像分辨率瓶頸問題。

　　近日，研究團(tuán)隊(duì)利用自主研制的Hadamard金掩模振幅調(diào)制板，首次實(shí)現(xiàn)了基于真正單像素探測器的非相干X光鬼成像。與2018年的研究成果相比，該方法利用具有正交完備特性的Hadamard矩陣以及通過壓縮感知以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)原有算法，實(shí)現(xiàn)了突破源尺寸限制的超分辨成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法利用37 μm源尺寸的X光源，在僅18.75%的采樣率下就得到了10μm分辨率的成像結(jié)果，足以對(duì)癌變組織進(jìn)行直接判斷，達(dá)到了臨床醫(yī)學(xué)精細(xì)成像的分辨率要求。

　　該研不但降低了X射線成像需要的輻射劑量，而且單像素探測器成本更低，對(duì)放射源的空間相干性和強(qiáng)度的要求也更小，極大地推動(dòng)了X光鬼成像的實(shí)用化進(jìn)程。X光鬼成像應(yīng)用于臨床不僅降低了患者在接受檢查時(shí)受到的輻射傷害，還減少了檢查的費(fèi)用，將為X射線成像領(lǐng)域帶來巨大的變革，也是患者的福音。

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