深圳先进院提出新型探测器数据采集方法助力高时空分辨锥束CT成像

　　锥束CT因其独特的成像优势和开放的系统结构设计，可以在血管介入治疗、牙科检查、骨科手术、乳腺癌筛查等众多临床诊疗场景中为医生提供实时的三维诊断信息，近年来受到越来越多的关注。然而，传统平板探测器受数据采集方式的制约，导致锥束CT成像系统存在空间分辨与时间分辨无法兼得的内在矛盾（图1）。换句话说，为了追求更高的成像空间分辨率，需要大幅降低锥束CT的成像速度；反之，如果追求更快的成像时间分辨率，则需要损失锥束CT的空间分辨率。长期以来，这一突出矛盾导致锥束CT无法满足临床诊断的发展需求，亟需变革。 

　　针对上述锥束CT成像面临的共性关键挑战，中国科学院深圳先进技术研究院医工所CT成像物理与系统实验室的葛永帅研究员及其团队提出了一种基于双层平板探测器亚像素位移的新型锥束能谱CT成像方案（图2）。该方案通过上层和下层探测器像素单元错位读出的方式将空间信息采样率提升一倍，有效克服了探测器像素合并（快速扫描）引起的空间分辨率降低问题。物理实验结果证明（图3），该新型锥束能谱CT成像方案可以在相同成像速率下，将锥束CT图像的空间分辨率提升至少30%。该研究成果为加快推动高时空分辨锥束能谱CT成像技术与系统变革提供了崭新的解决方案。相信在不久的将来，这一技术将为血管介入治疗、牙科检查、乳腺癌筛查等众多临床场景提供全新的高时空分辨锥束CT成像解决方案，大幅改善锥束CT图像质量。 

　　相关研究成果以Super resolution dual-energy cone-beam CT imaging with dual-layer flat-panel detector为题发表在医学成像领域顶刊IEEE Transactions on Medical Imaging （IF=10.6）上。中国科学院深圳先进技术研究院医工所医学人工智能研究中心苏婷助理研究员为文章的第一作者，南方医科大学马建华教授、中国科学院深圳先进技术研究院医工所梁栋研究员、葛永帅研究员为本文的共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金委员会、广东省科技厅、深圳市科创委等单位的资助。 

图1 基于平板探测器的锥束CT系统空间分辨率与时间分辨率之间存在竞争关系


图2 基于亚像素位移的双层探测器锥束能谱CT数据采集方案示意图

相比常规对齐式数据采样方案，新发展的亚像素位移型数据采集方案利用上层和下层探测器单元错位提高成像的空间采样率，实现高时空分辨锥束能谱CT成像。  


图3 (a)-(d)为猪腿实验数据成像结果；(e)-(h)为Catphan CT体模实验数据成像结果 

(i)-(j)为测量的CT图像的MTF曲线。可以看出，本工作提出的suRi方法在1x2像素合并下的成像性能与1x1像素合并的成像性能相当。