精华内容
下载资源
问答
  • 基于双能CT成像的双材料分离计算方法
  • 用于定量双能和三能CT成像的统一材料分解框架
  • 成像( ghost imaging)又称光子成像或关联成像。以前叫纠缠量子成像。是一种利用光子复合探测恢复待...而鬼成像则不需要直接用摄像头直接看物体,就恢复物体的像,显得非常诡异。 传统光学:是基于光场强...

    鬼成像( ghost imaging)又称双光子成像关联成像以前叫纠缠量子成像是一种利用双光子复合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术

     

    在什么地方,主要是相对于传统(经典)成像技术而言的。

    传统的成像技术,是摄像头(CCD等)直接去“”物体,从而得到物体的像。

    而鬼成像则不需要直接用摄像头直接看物体,就能恢复物体的像,显得非常诡异。

     

    传统光学是基于光场强度分布测量光场的一阶关联信息(强度与位相)

    鬼成像:则基于光场强度的关联测量,光场的二阶关联一种强度波动的统计相关。 

     

    鬼成像一般由两个部分组成,第一个部分叫做参考光,另一个部分叫做信号光参考光不经过物体,在经过一定距离的自由传播后,其强度分布信息被一具有空间分辨能力的探测器所探测信号光照射到待成像物体透射光或反射光被一不具有空间分辨能力的桶探测器收集并记录总光强值

    通过对两路光场的强度值进行关联计算符合测量,即可恢复出物体的信息

    由于符合测量中的空间分辨部分是在没有物体的参考光路中进行的,而对有物体的信号光路只执行桶探测,这些性质难以由传统的光学成像理论解释,因此被称为“鬼”成像。鬼成像是通过多光子的符合测量光电流的关联测量获取物体图像信息的新型成像方式。

    用别人的话解释是:让一路光通过物体(或者被物体反射),然后把透射光(或者反射光)在空间上各个像素点的光强都加在一起,变成一个总光强I1,这里I1是一个数;另外一路光不通过物体,但是让它走和第一路光一样长的距离,之后把它空间上各个像素点的光强分布值都记录下来,即I2,这里I2是一个矩阵。单单知道I1或者I2都不能得到物体的像,但是把I1和I2乘起来再通过多次测量取平均就可以恢复物体的像了。

    上图为经典热光鬼成像示意图,Db就是经过物体之后的(图中为透射)的一个单像素(桶)探测器。Da就是一个探测器阵列(ccd或者cmos等),来记录光源的形状。

     

    鬼成像是量子和还是经典?

    鬼成像一开始是在1995年由马里兰大学的史砚华组做出来的,用的是量子纠缠光子对,他们认为这是量子效应。但是后来,罗切斯特大学的人用经典光源也做出来了,他们认为鬼成像用经典理论也能解释。于是人分两拨,史砚华站量子解释,麻省理工的J. H. Shapiro和罗切斯特的R. W. Boyd站经典解释。史砚华写了一篇“The Physics of Ghost Imaging”的综述文章,里面用量子论解释;J. H. Shapiro和R. W. Boyd在另外一个杂志写了一篇题目一模一样的综述,用经典理论解释。

     

    鬼成像和单像素成像?

    其实感觉就和单像素成像的感觉差不多,也是只需要一个单像素探测器和另外知道光源的样子再经过多次测量就可以恢复出物体的形状。

    据说,08年,MIT的J. H. Shapiro在PRA(R)发了理论文章(Computational ghost imaging),主要思想是把传统鬼成像所需要的两路光改为一路光,用一个空间光调制器(SLM)产生随机强度分布,从而替代参考光那一路,于是只需要用一个单像素相机就可以完成测量,他的目的是想就此论证鬼成像完全可以用经典理论解释。之后压缩感知的算法在09年被引入了鬼成像的图像恢复中。下图就是计算鬼成像的示意图。俨然就是一个单像素成像系统。

    对于两者来说,它们的成像算法可以互通,都是用随机光强分布矩阵与单像素测量得到的光强做关联运算或者叫符合运算。

     

     

    参考资料:

    鬼成像http://www.360doc.com/content/17/1103/17/3542203_700619677.shtml

    单像素https://blog.csdn.net/jbb0523/article/details/41288573

     

    展开全文
  • 双能计算机层析成像(CT)投影分解是双能CT预处理重建算法的关键步骤, 在采用迭代算法求解双能投影积分方程组时, 迭代初值的选择对迭代的收敛性影响很大。为了解决双能投影积分方程组迭代求解的初值选择问题, 提出一...
  • 提出了一种基于图形处理器(GPU)并行加速双能计算机层析成像(CT)重建的整体解决方法。该方法通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中,保证了双能投影分解的准确性,从而提高了双能CT重建的准确性...
  • X射线双能计算机层析成像(CT)技术是安全检查领域一种重要的材料探测与识别手段。双能CT投影分解是双能CT预处理重建算法的核心内容和关键步骤。针对现有投影分解算法的不足,提出了一种基于投影匹配的双能CT投影分解...
  • 对荧光小球仿体样品和光透明脑组织样品的光子成像结果显示, 该球差补偿方法显著提升样品信号量和系统纵向分辨率。另外, 该方法在校正过程中无需多次成像, 操作简单且耗时短, 对光透明剂和显微物镜无特殊要求, ...
  • 低剂量双能CT(DECT)的传统断层扫描成像策略和内部断层扫描的结合
  • 针对旋转棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向...无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都有效地校正成像畸变,改善成像质量.该畸变分析及其校正方法对旋转棱镜成像应用具有一定的参考价值.
  • 使用光子显微镜(2PM)可以以亚细胞分辨率对钙离子传感器和谷氨酸传感器成像,从而测量不透明大脑深处的活动;成像膜电压变化直接反映神经元活动,但神经元活动的速度对于常规的2PM来说太快。目前电压成像主要通过...

    使用基因编码的荧光探针可以在突触和细胞分辨率下监测体内神经元信号,这是揭示动物神经活动复杂机制的关键。使用双光子显微镜(2PM)可以以亚细胞分辨率对钙离子传感器和谷氨酸传感器成像,从而测量不透明大脑深处的活动;成像膜电压变化能直接反映神经元活动,但神经元活动的速度对于常规的2PM来说太快。

    目前电压成像主要通过宽场显微镜实现,但它的空间分辨率较差并且仅限于浅层深度。因此要在不透明的大脑中以高空间分辨率对膜电压变化进行成像,需要大大提高2PM的成像速率。

    2020年,Jianglai Wu等人提出提高2PM横向扫描速率的装置,称为FACED (free-space angular-chirp-enhanced delay)[1],结构如图1所示。圆柱透镜将激光束一维聚焦,会聚角为Δθ。光束进入到一对几乎平行的高反射镜中,其间距为S,偏角为α。经过反射镜多次反射后,激光脉冲被分成多个传播方向不同的子脉冲(N =Δθ / α),脉冲间以2S / c的时间延迟(c,光速)回射。

    FACED模块输出处的子脉冲序列可以看作从虚拟光源阵列发出的光,这些子脉冲在中继到显微镜物镜后形成了一个空间上分离且时间延迟的焦点阵列。然后将该模块并入具有高速数据采集系统的标准双光子荧光显微镜中,如图2所示。光源是具有1 MHz重复频率的920 nm的激光器,通过FACED模块可产生80个脉冲焦点,其脉冲时间间隔为2 ns。这些焦点是虚拟源的图像,虚拟源越远,物镜处的光束尺寸越大,焦点越小。光束沿y轴比x轴能更好地充满物镜,从而导致x轴的横向分辨率为0.82µm,y轴的横向分辨率为0.35µm。

    8354b0a885f7b7bdd9c2e5638498e4da.png
    图1 带有FACED模块的双光子荧光显微镜的原理和分辨率

    通过添加FACED模块,可以将基于标准振镜的现有2PM轻松转换为千赫兹成像系统。FACED双光子荧光显微镜遵循光栅扫描,仅需要很少的计算处理,在稀疏或密集的标记样本中均可以使用,并且不受串扰的影响,而且对整个图像平面采样后可以进行运动校正。实验中没有观察到光损伤的迹象,此外,子脉冲延迟到达相同的样品位置,能为荧光团提供充足的时间使其从易于破坏的暗态返回到基态,可以显著减少光漂白。

    使用现有的传感器,FACED双光子荧光显微镜可以提供足够的速度和灵敏度来检测神经元过程中的钙瞬变和谷氨酸瞬变,以及来自细胞体的尖峰和亚阈值电压。该组使用基于FACED的2PM显微镜,在小鼠大脑中实现了千赫兹速率的神经活动成像。在物镜平均激光功率为10-85mW下,他们测量了清醒小鼠中V1神经元的自发性和感觉诱发性的超阈值和亚阈值电位活动。

    a3ffcb1b6518744b41a62abec74aa611.png
    图2 FACED双光子荧光显微镜

    2020年,Tonmoy Chakraborty等人提出了一种加快2PM轴向扫描速度的方法[2]。在光学显微镜中,物镜或样品的缓慢轴向扫描速度限制了体积成像的速度。近年来,通过使用远程聚焦技术或电可调谐透镜(ETL)已经实现了快速轴向扫描;但是,远程聚焦中反射镜的机械驱动会限制轴向扫描速度,ETL会引入球面像差和更高阶像差,从而无法进行高分辨率成像。

    为了克服这些局限性,该组引入了一种新颖的光学设计,能将横向扫描转换为可用于高分辨率成像的无球差的轴向扫描。该设计有两种实现方式,第一种能够执行离散的轴向扫描,另一种能够进行连续的轴向扫描。具体装置如图3a所示,由两个垂直臂组成,每个臂中都有一个4F望远镜和一个物镜。远程聚焦臂包含一个检流扫描镜(GSM)和一个空气物镜(OBJ1),另一个臂(称为照明臂)由一个水浸物镜(OBJ2)构成。将这两个臂对齐,以使GSM与两个物镜的后焦平面共轭。准直的激光束被偏振分束器反射到远程聚焦臂中,GSM对其进行扫描,进而使得OBJ1产生的激光焦点进行横向扫描。

    要想实现离散的轴向重新聚焦,需要在OBJ1的焦平面中放置一个阶梯镜(图3b)。当入射激光束被OBJ1聚焦到的焦平面恰好与阶梯重合时,被反射的激光将在无穷大的空间中成为准直光束,并在OBJ2的焦平面上形成激光光斑。并且返回的激光束会被GSM消除横向扫描,即OBJ2形成的焦点不会进行横向扫描,仅实现轴向扫描。如果激光点被扫描到与焦平面不一致的阶梯,则会形成远离镜面的激光焦点,返回的激光束会在无穷大的空间中会聚或发散,进而导致由OBJ2形成的激光焦点也在轴向重新聚焦,通过这种方式即能实现离散的轴向扫描。对于已精确匹配两个物镜光瞳的光学装置,不会引入像差。

    为了进行连续的轴向重新聚焦,将阶梯镜替换为稍微倾斜的平面镜(图3c),同时入射的激光焦点也需要被倾斜,使得其以垂直于镜面的方向入射,通过相对入射激光束稍微平移OBJ1即可实现这种倾斜。

    当激光光束焦点的位置在镜面上,此时被反射的激光在无限空间中成为准直光束,并在OBJ2的焦平面上形成了一个激光光斑。同理,如果横向扫描光束,则会形成远离倾斜镜镜面的焦点,这又导致返回的光束会聚或发散,进而OBJ2能在轴向不同位置形成焦点,通过这种方式即能实现连续的轴向扫描。对于较小的倾斜角,聚焦没有球差。

    88bbd2355616a862c007ac9d8f3ceaf2.png
    图3 横向扫描转换为轴向扫描的示意图

    该组在实验中表征了这种将横向扫描转换为轴向扫描技术的光学性能,并使用它将光片显微镜的成像速度提升了一个数量级,从而可以在三个维度上量化快速的囊泡动力学。该组还演示了使用双光子光栅扫描显微镜以12 kHz进行共振远程聚焦,该技术可对大脑组织和斑马鱼心脏动力学进行快速成像,并具有衍射极限的分辨率。

    往期精彩:

    多光子显微镜成像技术之十二:多光子显微镜中的焦点深度扩展方法

    参考文献

    [1] Wu, J., Liang, Y., Chen, S. et al. Kilohertz two-photon fluorescence microscopy imaging of neural activity in vivo. Nat Methods 17, 287–290 (2020).

    [2] Chakraborty, T., Chen, B., Daetwyler, S. et al. Converting lateral scanning into axial focusing to speed up three-dimensional microscopy. Light Sci Appl 9, 165 (2020).

    cd3cc914a038d025291a036a9399a80e.png

    展开全文
  • 作者:汤昕烨, 张丽, 陈志强, 高河伟, 张国伟 【摘要】 本文介绍一种适用于计算机断层成像(CT)的双能透视(DR)物质识别算法,此算法基于单能CT重建图像,通过对CT图像的分割及对断层几何信息的提取,分块...
    作者:汤昕烨, 张丽, 陈志强, 高河伟, 张国伟 
    

    【摘要】  本文介绍一种适用于计算机断层成像(CT)的双能透视(DR)物质识别算法,此算法基于单能CT重建图像,通过对CT图像的分割及对断层几何信息的提取,分块重建材料有效原子序数及电子密度的分布。结合各种扫描轨迹的CT成像系统,可以实现有效的物质材料识别。同时,对比于传统的双能CT方法,本方法结合单能CT重建图像,改善了双能DR识别效果,能够实现较为精确的物质识别,在安全检查等应用领域有着现实意义。

    【关键词】  双能DR; CT成像; 物质识别

        Abstract: A dualenergy digital radiography (DR) method assisted by segmentation of single energy reconstruction image is proposed for material recognition in Xray CT inspection systems. The effective atomic number and equivalent electron density distribution of the scanned objects can be reconstructed with this method. Compared to the conventional dual energy computed tomography (CT) technique, this method markedly reduces the amount of dualenergy detectors in the system of CT scanning, which shows its significance in application in the field of security inspection.

        Key words: dualenergy DR; CT image system; material recognition

        引言

        自“九一一”事件以来,在全世界范围内公众对恐怖事件的关注日益增加。出于公共安全因素的考虑,对乘客行李中炸药及其他危险品或违禁品的检查正越发得到重视。目前,机场和火车站入口使用的安全检查系统主要通过双能X射线方法来对乘客行李内的物质进行区分及检查[1]。

        Alvarez和Macovski [2]于1976年最早提出了双能X射线断层扫描的基本重建方法,通过解决非线性方程式重建物质原子序数及密度的分布。近年来提出的一种双能曲线方法[3,4],则通过对探测器得到的高、低能透明度进行曲线拟合,实现对未知均匀材料有效原子序数和质量厚度的精确重建。

        计算机断层成像(CT)技术解决了一般透视成像中的物体重叠问题,如果投影数据完备,就可以得到精确的断层图像。至今,CT成像系统已经发展到第五代。英国工程师Hounsfield于1967年设计了第一代CT机,所采用的是平行束平移—旋转方式。第二代CT机采用扇束平移—旋转方式。第三代CT机采用的是目前常用的扇形束探测器与源旋转扫描方式。第四代CT机的扫描方式和第三代的相似,但是扫描过程中只有X射线源旋转运动。第五代CT机是电子束扫描机(Electronbeam Scanner),它通过电子束的旋转来实现X光源的旋转运动,从而实现毫秒级的快速扫描[5]。

        结合上述技术的特点,开发基于双能技术的CT成像系统用于机场、海关、车站等行李物品的检查,不但能得到断层图像,辨认叠放物品,还能够获得被检物品的材料信息,实现较为准确的物质识别。

        本文提出了一种基于CT重建图像的双能DR重建方法,能够较为准确地重建材料的有效原子序数和电子密度分布。与常规双能DR算法相比,此方法可以解决材料重叠的问题。与基于求解非线性方程组的常规双能CT算法相比,该方法通过图像分割技术,采用分块重建和求解线性方程组的方法。与CT成像系统相结合,能够通过使用少量双能探测器实现较为准确的快速物质识别,适用于安全检查系统对高通关率的要求。

        1  双能断层成像重建

        传统的双能CT算法利用双能量投影数据信息重建待测物体的物质特性。通过对线性吸收系数进行分解,可将其表示为与物质特性相关量的线性组合,基本分解函数可分为不同的两类: 由康普顿散射和光电吸收所引起衰减的线性组合:μ(E)=c1μp(E)+c2μC(E),(1)其中μp(E)是光电效应引起的线性衰减,μC(E)是由于康普顿散射引起的线性衰减。常数c1和c2是所测材料的未知比例系数。

        两种所选基础材料的衰减系数的线性组合:μ(E)=a1μA(E)+a2μB(E),(2)其中μA(E)和μB(E)是两种所选基础材料的线性衰减系数。

        根据Beer法则,对一个实际X射线成像系统来说,当X射线通过均匀物质发生衰减时,探测器的高、低能透明度输出可分别表示为: TH=∫EHN(E)exp -∫μ(E)dlEPd(E)dE,(3a)

        TL=∫ELN(E)exp -∫μ(E)dlEPd(E)dE,(3b)其中N(E)是X射线能量谱,Pd(E)是探测器的能量响应函数,μ是线性衰减系数。

        因此,材料的物质特性可以通过已知的双能量投影数据以及对其中线性衰减系数的基本分解进行重建。分别基于重建图像和投影数据正弦图的postreconstruction方法及prereconstruction方法是两种经典的双能量CT重建算法。

        2  双能DR物质识别算法

        在传统的双能CT重建算法中,物质的有效原子序数和密度需要逐个像素进行重建。为了得到密度ρ和原子序数Z的分布信息,我们必须分别得到高能和低能的CT投影数据,而这需要在扫描过程中使用大量的双能探测器。但是在实际应用中,我们常常并不需要逐个像素的重建ρ和Z值。例如对于断层几何结构简单,物理特性均匀的物体,由于各均匀部分的ρ和Z值近似,因此只需要逐块重建即可达到物质识别的要求。因此我们提出由单能CT重建图像辅助的双能DR方法,通过分割单能CT重建图像提取物体断层的几何结构并逐块重建ρ和Z值。在直线轨迹扫描中,通过在某一方向使用双能量探测器,可同时完成单能CT及双能DR的扫描过程。

        对于固定的双能量探测器而言,待测物体与系统的相对直线运动可等效为对物体的DR扫描,如图1所示。假设对单能CT重建图像的分割将断层分割为相对均匀的N块进行重建,而由双能探测器获得了M组DR投射数据。则我们用TH(i)和 TL(i)表示第i组高、低能投影数据,lj(i)表示第i组投影数据所对应的射束经过第j块的长度。

        通过对线性衰减系数的分解:μ(E)=ρNAA(aσel+aσcohSC+aσincohSC)

        =ρNAA(aσel+aσSC),(4)其中光电效应反应截面aσel=42Znα4m0c2E7/20,散射反应截面

        aσSC≈ZKN(E),

        式中,α=1/137为精细结构常数,m0为电子质量,0=83π(e2/mc2)2,KN(E)表示康普顿散射的KleinNishina截面。

        由此可以定义物质的特征系数a1、a2:a1=ρZnA,(5a)

        a2=ρZA,(5b)其中指数n由光电效应与物质原子序数的关系取值在4~5之间,本文中取n=4.5。则衰减系数可以简化表示为μ(E)=ρZA(Zn-1F(E,Z)+G(E,Z)),其中F(E,Z),G(E,Z)均与物质的原子序数Z弱相关。

        由此我们可以将高、低能透明度表示为:TH=∫EHN(E)exp-∫μ(E)dlEPd(E)dE

        =∫EHN(E)exp -A11E3-A2fKN(E)

        ·EPd(E)dE,(6a)

        TL=∫ELN(E)exp -∫μ(E)dlEPd(E)dE

        =∫ELN(E)exp -A11E3-A2fKN(E)

        ·EPd(E)dE,(6b)A1和A2是系数a1和a2沿射线方向的线积分,即

        A1=∫a1dl,  A2=∫a2dl.

        对于每一组高低能透明度(TH,TL),通过双能曲线拟合方法,可以唯一确定等效均匀物质的原子序数Z和质量厚度tm。因此与之相应的一组系数(A1,A2)可以通过计算下式得到,A1=tmZn/A,(7a)

        A2=tmZ/A.(7b)由于各分块中系数a1和a2相同,其线积分可表示为各分块系数的加权和,A1(i)=∫a1dl=nj=1a1(i,j)=ka1klk(i),(8a)

        A2(i)=∫a2dl=nj=1a2(i,j)=ka2klk(i).(8b)由此我们可以得到系数a1={a1,1,a1,2,…,a1,N}及a2={a2,1,a2,2,…,a2,N}的线性方程组:l1(1)l2(1)…lN(1)

        l1(2)………

        

        l1(M)……lN(M)a1,1

        a1,2

        

        a1,N

        =A1(1)

        A1(2)

        

        A1(M),          (9a)

        l1(1)l2(1)…lN(1)

        l1(2)………

        

        l1(M)……lN(M)a2,1

        a2,2

        

        a2,N

        =A2(1)

        A2(2)

        

        A2(M).          (9b)根据各块系数(a1,k,a2,k)与相应物质的原子序数及密度的关系,a1,k=ρkZnkAk,

        a2,k=ρkZkAk,(10)可得,a1,ka2,k=Zn-1k,  k∈1,2,…,N.(11)因此通过求解方程组(9a)和(9b),我们可以对物质的有效原子序数及电子密度分布进行重建。

    在确保断层分块数量不超过所获取的双能量数据组数,即M>N的情况下,我们采用最优化方法减小误差的影响,令Si=Nj=1lj(i),(12)并选择(N-1)个不相关方程使得Si尽可能大。如果存在两个方程(编号p和q,p,q∈1,2,…,M)使得Sp=Sq,且A1(p)

        a*1,2=f2(a1,1),

        

        a*1,N=fN(a1,1).(14)余下(M-N+1)个方程:

        l1(N)l2(N)…lN(N)

        l1(N+1)………

        

        l1(M)……lN(M)a1,1

        a1,2

        

        a1,N

        =A1(N)

        A1(N+1)

        

        A1(M),(15)

        也可表示为,

        l1(N)a1,1+l2(N)a1,2+…

        +lN(N)a1,N-A1(N)=0,

        l1(N+1)a1,1+l2(N+1)a1,2+…

        +lN(N+1)a1,N-A1(N+1)=0,

        

        l1(M)a1,1+l2(M)a1,2+…

        +lN(M)a1,N-A1(M)=0.(16)

        由于误差的存在,我们定义函数fe来刻画由a*1,1,a*1,2,…,a*1,N引起的差别。因此,

        fe(N)=l1(N)a*1,1+l2(N)a*1,2+…

        +lN(N)a*1,N-A1(N),

        fe(N+1)=l1(N+1)a*1,1+l2(N+1)a*1,2+…

        +lN(N+1)a*1,N-A1(N+1),        (17)

        

        fe(M)=l1(M)a*1,1+l2(M)a*1,2+…

        +lN(M)a*1,N-A1(M).

        结合方程(15)有,

        fe(N)=l1(N)a1,1+l2(N)f2(a1,1)+…

        +lN(N)fN(a1,1)-A1(N),

        fe(N+1)=l1(N+1)a1,1+l2(N+1)f2(a1,1)

        +…+lN(N+1)fN(a1,1)-A1(N+1),

        

        fe(M)=l1(M)a1,1+l2(M)f2(a1,1)+…

        +lN(M)fN(a1,1)-A1(M),       (18)

        即

        fe(N)=gN(a1,1),

        fe(N+1)=gN+1(a1,1),

        

        fe(M)=gM(a1,1),(19)

        我们得到fe(a1,1)=fe(N)+fe(N+1)       

        +…+fe(M)

        =gN(a1,1)+gN+1(a1,1)

        +…+gM(a1,1).(20)目标是得到使得fe(a1,1)最小的a1,1,即a1,1=arg min (fe(a1,1)).(21)结合方程组(15)我们得到a*1,1,a*1,2,…,a*1,N以及方程组(9)的最优解a*1={a*1,1,a*1,2,…,a*1,N}。

        综上所述,双能DR重建物质识别方法可以总结如下:

         对单能CT重建图像按吸收系数进行分割,提取几何量以构建线性方程组(9a)和(9b)的系数矩阵;

         通过双能曲线方法或者多项式拟合的方法由一组双能DR投影数据(TH,TL)得到相应的等效均匀物质的原子序数和质量厚度(Z,tm);

         通过公式(7a)和(7b)计算相应的系数A1和A2,建立线性方程组(9a)和(9b);

         用最优化方法求解线性方程组(9a)和(9b),计算各分块系数a1,a2。通过(10)计算有效原子序数Zeff和电子密度ρZ/A。

        3  数值模拟计算验证

        模拟计算采用140 keV及160 keV的X射线能谱,对5种均匀材料组成的水浴模型进行前向投影,得到双能DR投影数据。表1为各种材料的有效原子序数及密度等参数。图2  水浴模型(a)及所使用的X射线能谱(b)示意图表1  模型材料及参数模拟计算中,单能CT重建图像由对带有高斯噪音(均值0,方差0.01)的模型进行平行束FBP重建图像模拟。重建图像大小为256×256,双能投影数据组数为256。重建结果如表2所示。表2  模拟计算结果及误差

        模拟结果显示,各材料的有效原子序数相对误差均小于5%,电子密度的相对误差在1%左右。从重建结果可以看出,双能DR物质识别算法对于结构简单的均匀材料的识别具有较高的准确性。然而,由于重建过程依赖于对单能CT重建图像的分割,因此单能CT图像的重建质量以及模型断层的几何复杂性是影响该算法准确性的重要因素。

        4  结语

        本文介绍了一种采用双能X射线DR的物质识别方法,通过单能CT图像的辅助,重建被扫描物体的有效原子序数及电子密度的分布。结合具有拟平行束性质的直线轨迹CT成像系统,一方面能够得到断层图像,解决物体重叠问题;同时能够实现较为精确的物质识别。因此能够满足安检系统所需的快速通关、能够剥离重叠物体并识别材料等要求。由于单能CT重建图像对重建物质ρ和Z值的影响较大,今后研究的方向将着重于对直线轨迹CT重建图像分割效果的改善。

     

    参考文献
      [1]王琪,陈志强,邬小平,等.X 射线安全检查技术综述[J]. CT 理论应用研究,2004,13(1):32-37

      [2]Robert E. Alvarez and Albert Macovski, Energyselective Reconstructions in Xray Computerized Tomography [J]. Phys. Med. Biol., 1976, 21(5): 733-744.

      [3]Guowei Zhang, Li Zhang, Zhiqiang Chen, An HL Curve Method for Material Discrimination of Dual Energy Xray Inspection Systems [A]. Conf. Record of 2005 IEEE Nuclear Science Symposium [C]. 2005, 326-328.

      [4]Guowei Zhang, Zhiqiang Chen, Li Zhang, and Jianping Cheng, Exact Reconstruction for Dual Energy Computed Tomography Using an HL Curve Method [A].Conf. Record of 2006 IEEE Medical Imaging Conference[C].2006, M14462.

      [5]庄天戈,CT原理与算法[M].上海交通大学出版社,1992.

      [6]Sidky E Y, Zou Y, and Pan X. Volume image reconstruction from a straightline source trajectory, IEEE Symposium on NSSMIC [C], 2005.

      [7]Deborah J. Walter, Eric J. Tkaczyk, Xiaoye Wu. Accuracy and precision of dual energy CT imaging for the quantification of tissue fat content [J]. Proceedings of SPIE [C]. 2006, 6142.

      [8]Ohnoa Y, Torikoshia M, Tsunooa T, et al. Dualenergy Xray CT with CdTe array and its extension [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2005, A (548): 72-77.

    展开全文
  • 二氧化硅包裹金纳米棒制备模式光学细胞成像探针,宗慎飞,王著元,本文提出了一种新型的模式光学细胞成像探针。该探针提供荧光和表面增强拉曼散射(SERS)信号对细胞进行成像。该探针具有核壳�
  • 研究进展:光声成像是近年来发展起来的一种结合了高空间分辨率超声检测和高对比度光学成像的新型无创成像方法,从大多数组织中采集分子信息,提供高特异性的组织影像。光热治疗(PTT)作为肿瘤治疗的一种新型疗法,...

    研究进展光声成像是近年来发展起来的一种结合了高空间分辨率超声检测和高对比度光学成像的新型无创成像方法,能从大多数组织中采集分子信息,提供高特异性的组织影像。光热治疗(PTT)作为肿瘤治疗的一种新型疗法,具备低侵入性、作用时间短及高效选择性等特点。光声成像与光热治疗在癌症诊疗领域极具应用前景,目前光声成像与光热治疗的应用主要集中在NIR I区,受限于其较浅的穿透深度,难以实现临床转化。相较而言,NIR-II区荧光剂可显著降低在穿透生物组织时的光散射及自发荧光的影响,具有深组织穿透能力、高时空分辨率及高信噪比,从而大大降低了光热治疗过程中对正常组织的潜在损伤。研究表明D-A-D荧光团在体内表现出优良成像性能,苯并双噻二唑(BBTD)作为最受欢迎的电子受体之一,已被广泛用于构建功能性NIR-II荧光探针,但目前基于BBTD的荧光团体内成像的最大吸收和发射波长仍比较短,分别在8001000nm左右。因此,开发兼具高光热转换效率、无毒/低生物毒性的长波长吸收/发射荧光剂对体内深层组织的光声双模态成像和进行肿瘤光热治疗至关重要。

    解决方案基于BBTD支架,作者通过在BBTD两侧引入富电子噻吩(TPAT)和苯乙烯来放大共轭桥,并用NN-二甲基氨基取代传统的二苯胺来增强电子给体,构建了目标荧光分子BBTD-1302(图1)。接着作者以聚乙二醇化表面活性剂对其进行功能化形成水分散性纳米粒子BBTD-1302NPs并研究其光物理性质。结果表明BBTD-1302NPs分别在9421302 nm处显示最大吸收和荧光发射(图2),并以360 nm的斯托克斯位移进一步延伸到近红外区,允许深层组织中结构的高清晰度可视化。此外体外光声成像验证了BBTD-1302NPs的高生物相容性和耐光降解性。4T1肿瘤小鼠模型中成像实验也表明BBTD-1302 NPs可对小鼠肿瘤进行实时和高对比度的无创近红外光声成像(980 nm激光照射)。基于其优良体内光声成像性能,作者在荷瘤裸鼠对BBTD-1302 NPs的光热治疗能力进行了研究,结果显示经尾静脉注射BBTD-1302 NPs980 nm激光照射的小鼠肿瘤完全消失(图3a),经处理后肿瘤表面温度从32迅速升高到51(图3b),证明了BBTD-1302NPs良好的光热转化效率。且治疗期间,经处理的小鼠肿瘤生长受到抑制。证明了该荧光分子可以通过实施双模态成像方法的光热治疗有效地消融肿瘤细胞。

    221cba0d2f314de3f3387492d783068b.png

    1. 基于DSPE-聚乙二醇的BBTD-1302 NPs结构示意图

    72021a8fe485bc369d1c6f63424faed7.png

    2. BBTD-1302NPs的紫外-可见-近红外吸收和荧光发射光谱   

    6d2624c4273e49a0c4f9752c28da1739.png

    3. (a) 04、81214天治疗后小鼠肿瘤模型的图象; (b) BBTD-1302 NPs治疗的皮下肿瘤区域的温度变化

    总结:作者开发了一种NIR-IID-A-D型有机荧光纳米粒子BBTD-1302,在942 nm1302nm处呈现最大吸收和发射峰,极大提高了成像质量和穿透深度,使其能用于活体近红外光声成像中精确可控的肿瘤光热治疗,为设计NIR-II区荧光探针作为临床肿瘤治疗诊断应用提供了途径。

    参考文献:Jun Yin, Guangfu Yang, et al. Near-Infrared Fluorescence/Photoacoustic Agent with an Intensifying Optical Performance for Imaging-Guided Effective Photothermal Therapy. Adv. Therap. 2020, 2000170
    展开全文
  • 数值仿真和实验结果表明,所提算法有效地重构出目标的强度像。通过与常用的关联成像重构算法进行定量和定性的比较,发现所提算法具有更高的重构质量。同时分析了背景噪声和测量次数对重构质量的影响,证明了背景噪声...
  • 光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时获得生物组织的生化特性信息,实现结构和功能的精细定量表征,为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面...
  • 针对水下图像颜色失真的问题,提出了基于透射率水下成像模型的图像颜色校正算法。在水下成像模型的基础上,将透射率定义为直接分量透射率和后向散射分量透射率;通过红色暗通道先验获得后向散射分量透射率,并精确估计...
  • 提出了一种基于计算鬼成像(CGI)的Toeplitz矩阵和轴向距离的密钥光学加密方案。在该方案中, 只需发送一个相位掩模密钥, 就可以产生多种不同的随机散斑, 大大减少了密钥的传输量; 在接收端采用压缩感知技术进行解密...
  • 使用SIEMENS Force双能CT进行常规的普通扫描,然后进行双相扫描。 静脉相图像分别经过传统的虚拟单能重建(Mono_E)和新一代的虚拟单能重建(Mono +)。 分别获得了Mono_E 55 keV和Mono + 55 keV虚拟单能图像。 在...
  • 通过猪大肠验证了探头同时进行成像和pH检测的能力,实验结果表明:探头同时进行OCT成像与pH测量,并且具有较高的精度。OCT成像在空气中的横向分辨率约为52 μm,工作距离约为14.6 mm,在生物组织中可以实现精度为0.01的...
  • 结合人眼自适应光学系统中无需复原Zernike模式系数的特性,提出基于控制信号重置的变形镜并行控制的改进算法,改进后的算法可以减少矩阵运算量,并相应地减少存储空间,使其适宜于人眼自适应光学系统的工作特性...
  • 在正侧视或小斜视情况下,CS算法具有较好的聚焦性能和广泛的适用性,但在斜视角较大的情况下,该算法将散焦而不能成像,因而提出了用等效的单基地距离模型来代替基地距离历史的方法,解决了大斜视角情况下距离模型...
  • 双能分析光栅的设计

    2021-02-04 06:49:39
    双能X射线光栅相衬成像系统具有成像效率高、辐射小、无须步进装置、成像平台简单等优点。研究了不同X射线能量下,CsI厚度与荧光透射率、金属铋的厚度与光强透射率的关系。基于以上研究,设计了一种双能分析光栅,...
  • 大脑利用眼睛的不同视角来感知物体的深度。 ...确保每只眼睛中的成像一致,相互融合,只有一只眼睛看到的效果,或者双眼看到的成像效果差异太大,画面看起来不好。 基本原理双眼视觉意思是同时看
  • X射线能谱分布在双能谱X射线计算层析(CT)成像、CT图像的硬化校正、CT成像的定量分析等方面起着重要的作用。传统的X 射线能谱估计方法是通过直接测量X射线穿过不同厚度物质后的衰减数据,间接估计X射线的能谱分布。与...
  • DS-2TD8166-150ZE2F 海康威视观测型热成像光谱云台网络摄像机 支持智能火点检测,并实时回传云台角度及俯仰角信息 支持激光补光(-L 型号),补光距离 3km DS-2TD8166-150ZE2FLDS-2TD8166-150ZE2F(L)海康威视观测...
  • 针对同步辐射双能CT 成像存在的图像空间失准问题,提出了一种以互信息作为衡量双能CT 图像相似度的图像配准方法。采用部分体积(PV)插值算法计算互信息,采用遗传算法进行较优参数的搜索,并以该参数作为Powell算法...
  • 发展出从单纯的吸收结构到功能的多参量成像、从依靠内源吸收体到外源对比剂的多对比度成像、从依赖超声换器到全光学激发与探测、从单一吸收成像到与光学相干层析成像、荧光成像光子成像、二次谐波成像等结合...
  • 针对双能计算机断层成像(DECT)图像重建算法中的非线性投影分解问题,提出一种基于等值线拟合的快速投影分解算法。建立高、低能投影线性近似的等值线拟合模型;基于泰勒级数展开,采用粗粒度正向计算、细粒度反向...
  • 双能计算机断层扫描(DECT)技术因能分解和识别材料,并提供定量化的成像结果,广泛应用于医疗、安检、无损检测以及材料科学等领域。DECT技术能提供物体在两种能谱下的衰减信息,可准确分解两种基材料。但当检测对象含有...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 7
收藏数 125
精华内容 50
关键字:

双能成像