时间：2020-07-13
实现软组织病变的早期诊断是先进X射线成像技术的重要研究内容，需要重点解决X射线解剖成像技术面临的三个关键问题，即成像结果的图像可见度，病灶的准确空间定位以及辐射剂量控制问题。其可行途径包括采用新的对比度形成机制实现X射线成像（相位衬度替代传统的吸收衬度成像），三维图像的快速准确重建（锥束XCT，GPGPU技术）等。同时由于实际成像系统与理论物理模型的差异，在实现上述目标的过程中，必须充分考虑到系统自身非理想性造成的成像结果恶化效应，进行合理的系统构建和图像恢复。
以相衬XCT为代表的新型X射线解剖成像技术，利用X射线穿过组织体引起的相位敏感性，克服了传统X射线成像对早期病灶成像时对比度低的缺陷。例如，肿瘤早期与乳腺等正常软组织密度差异低(只有1%-5%)，传统的X射线吸收成像无法识别。相衬成像通过相位变化形成对比度，有效突出了不同结构的边界，提高了图像可见度。
图1 微焦点同轴相衬成像原理图
理想相衬模型建立在无限小微焦斑及高分辨率探测器条件下，为保证成像所需的光通量，必须延长曝光时间，增加辐射剂量。为解决上述问题，本研究采用工程可行的光源和探测器构建同轴相衬成像系统，有效降低曝光时间，具有临床应用的相对优势。
图2 微焦点同轴相衬成像实验系统
锥束相衬XCT三维重建致力于实现病灶的空间定位，其扫描时间短，可以获得高空间分辨率和射线利用效率。本研究探索锥束相衬XCT系统及相位信息抽取和重建技术。
图3 X射线吸收和相位衬度下的蝉蜕图对比
图4 相位信息抽取前后薄层牛肉图像对比
承担课题
1. 国家自然科学基金面上项目，面向X射线激发光动力学精准治疗的近红外发光成像方法研究，2020.1-2023.12
2. 天津市自然科学基金面上项目，X射线激发光动力治疗肺癌的在体测评方法研究，2019.4-2022.3
3. 企业横向合作项目(立讯精密工业(昆山)有限公司)，医用心肺复苏仪除颤线束影像检测技术研究，2016-2018
4. 国家自然科学基金面上项目，面向早期乳腺癌诊断的锥束相衬XCT/XLCT双模态成像先进方法，2016.01-2019.12
5. “北洋学者•青年骨干教师计划”，医学影像技术与系统，2014.01-2015.12
6. 国家自然科学青年基金-，提高乳腺组织类同轴相衬成像质量的关键技术问题研究，2012.01-2014.12
7. 天津市自然科学青年基金，基于退化模型的乳腺组织类同轴相衬成像系统及技术研究，2012.04-2015.03
8. 教育部博士点新教师基金，面向乳腺组织类同轴相衬成像的图像恢复技术研究，2011.01-2013.12
发表的主要论文
1. Yueming Zhang, Michael C. Lun, Changqing Li, et al. A method for improving the spatial resolution of narrow x-ray beam based x-ray luminescence computed tomography (XLCT) imaging, Journal of Biomedical Optics, 2019, 24(8):086002
2. Lin Zhang, Huijuan Zhao, Jingying Jiang, at al. Investigation on the dependency of phase retrieval accuracy versus edge enhancement to noise ratio of X-ray propagation-based phase contrast imaging, Microscopy and Microanalysis, 2019, 25(5):1201-1212
3. Zhongxing Zhou, Lin Zhang, Baikuan Guo, et al. Improved phase-attenuation duality method with space-frequency joint domain iterative regularization, Medical Physics, 2018, 45(8):3681-3696
4. Lin Zhang, Huijuan Zhao, Wenjuan Ma, et al. Resolution and noise performance of sparse view x-ray reconstruction via Lp norm regularization, Physica Medica: European Journal of Medical Physics, 2018, 52:72-80
5. Zhongxing Zhou, Feng Gao, Huijuan Zhao, et al. Improving the accuracy of MTF measurement at low frequencies based on oversampled edge spread function deconvolution, Journal of X-Ray Science and Technology, 23(4), 2015, 517-529
6. Liqiang Ren, Zhongxing Zhou, Muhammad U. Ghani,et al. Method for determining the modulation transfer function of X-ray fluorescence mapping system, Optics Express, 2014, 22(18): 21199-21213
7. Zhongxing Zhou, Feng Gao, Huijuan Zhao, et al. Monotone spline regression for accurate MTF measurement at low frequencies, Optics Express, 2014, 22(19): 22446-22455
8. Zhongxing Zhou, Qingzhen Zhu, Huijuan Zhao, et al. Techniques to Improve the Accuracy of Presampling MTF Measurement in Digital X-ray Imaging Based on Constrained Spline Regression, IEEE Trans Biomed Eng. 2014, 61(4):1339-49
9. Zhongxing Zhou, Feng Gao, Huijuan Zhao, et al. Application of Fourier-wavelet regularized deconvolution for improving image quality of free space propagation x-ray phase contrast imaging, Physics in Medicine and Biology, 2012, 57 (22):7459-7479.
10. Zhongxing Zhou, Feng Gao, Huijuan Zhao,et al. Techniques to improve the accuracy of noise power spectrum measurements in digital x-ray imaging based on background trends removal, Medical Physics, 2011, 38(3):1600-1610
发明专利
1. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，郝挺，“一种稀疏投影下的锥束XCT成像质量评估方法”，中国发明专利，专利号：ZL201611031469.7
2. 周仲兴，孙啸然，郭柏宽，高峰，赵会娟，“一种X射线相衬成像的相位抽取方法”，中国发明专利，专利号：ZL201710543821.3
3. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，郭柏宽，“一种基于成像系统特性的X射线相位成像方法”，中国发明专利，专利号：ZL201611055301.x
4. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，“数字X射线成像系统的分辨率性能评估方法”，中国发明专利，专利号：ZL201410326513.1
5. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，朱庆阵，“基于X射线成像系统探测器特性的调制传递函数测量方法”，中国发明专利，专利号：ZL201310465149.2
6. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，“基于傅里叶和小波正则化的同轴相衬图像恢复方法”，中国发明专利，专利号：ZL201210168729.0
7. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，“一种X射线同轴相衬成像方法”，中国发明专利，专利号：ZL201210036638.1
8. 周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，“数字X射线成像系统的调制传递函数精确测量方法”，中国发明专利，专利号：ZL201110126080.1
