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X光鬼成像研究獲進展可降低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：5357

導(dǎo)讀：近日，中科院物理研究所的研究團隊利用自主研制的Hadamard金掩模振幅調(diào)制板，首次實現(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)都是通過累計光子信號以達到一定的圖像襯度，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射線對人體細胞和蛋白質(zhì)有著極大的危害，可能會引發(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度與顏色而成像。而鬼成像則是根據(jù)來自兩束光強度的相關(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現(xiàn)高分辨率成像。

　　2018年，中科院物理研究所的研究團隊利用隨機調(diào)制光強度的簡單方法實現(xiàn)了臺面式X光鬼成像，完成了單光子量級的超低劑量成像。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，研究團隊進行了進一步研究，嘗試解決成像分辨率瓶頸問題。

　　近日，研究團隊利用自主研制的Hadamard金掩模振幅調(diào)制板，首次實現(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)升級原有算法，實現(xiàn)了突破源尺寸限制的超分辨成像。實驗結(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，足以對癌變組織進行直接判斷，達到了臨床醫(yī)學(xué)精細成像的分辨率要求。

　　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，對放射源的空間相干性和強度的要求也更小，極大地推動了X光鬼成像的實用化進程。X光鬼成像應(yīng)用于臨床不僅降低了患者在接受檢查時受到的輻射傷害，還減少了檢查的費用，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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