相比于传统X射线成像,X射线光栅成像能够提供吸收衬度之外的折射衬度和暗场衬度图像.为了进一步推动该技术的实际应用,本文针对常用的傅里叶成分分析提出了一种基于衬度的自适应通量优化方法,并推导出相位步进过程中最优的通量分布形式.结果表明,针对折射衬度和暗场衬度最优的通量分布趋势正好相反,但相比于传统固定通量分布均能够显著降低目标衬度的噪声方差,反过来,也意味着在同等噪声下可以降低总的吸收剂量.而针对吸收衬度最优的通量分布就是传统固定通量分布,也说明传统固定通量是同时提取三种衬度的一种折中方案.
采用球磨法结合溶胶凝胶法制备了 CeO2含量不同的碳化硅复合封孔剂,分别考察了复合封孔粒子及封孔处理后涂层的微观组织、物相组成及高温性能.结果表明,CeO2能够有效增强复合封孔粒子的高温稳定性.随CeO2含量的增加,复合封孔粒子的高温稳定性增强.封孔处理后,YSZ涂层表面出现明显的带有微裂纹的封孔层,CeO2含量对封孔层的形貌影响不明显.经1300℃高温氧化10 h后,经封孔处理涂层的重量变化率明显低于未经处理的涂层.随CeO2含量增加,涂层的脱落程度和氧化增重率均降低,涂层的抗氧化性能提高.
X射线相位衬度成像是近年来发展迅速的X射线成像技术,由于其对低密度物体的成像能力优于传统的X射吸收衬度成像方法,在过去的30年中吸引了广泛的研究兴趣.本文对X射线相位衬度成像进行一次追根溯源的回顾,目的是从基础理论到成像方法,搞清楚X射线相位衬度成像的来龙去脉,在此基础上梳理已经发展的各种方法和近年来的新进展,分析不同方法之间的比较优势,力图从中洞察出可能的发展潜力,展望X射线相位衬度成像未来的发展前景.
正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)能直接观测活体内的生理生化过程,具有高特异性和高生化灵敏度.2004年,多电压阈值(Multiple Voltage Threshold,MVT)采样方法被提出,解决了 PET系统中高速闪烁脉冲精确数字化难题,使得全数字PET的研制成为可能.数字PET技术以MVT为源头向着PET创新链的上下游环节延展,为关键材料、核心器件、智能算法和应用研究带来了新的机遇.本文回顾了数字PET诞生和发展的历程,并展望了基于数字PET平台创新可能产生的问题与机遇,以供相关研究者探讨.
镁合金具有优异的生物可降解性及力学性能,是理想的生物骨植入材料.然而在体内植入的复杂环境下,镁合金存在因其快速腐蚀而与骨植入材料所需力学性能的矛盾.自组装技术可降低镁合金植入物的腐蚀速率.本文综述了镁合金表面自组装技术的分类,以及自组装技术在镁合金耐蚀性、生物相容性和抗菌性等方面的应用.最后总结了镁合金表面自组装技术的发展趋势和展望.
目的 头颈部癌症是世界最常见的癌症之一,当前的主要治疗手段是放疗.放疗的规划依赖于精确的器官分割,这个过程通常由放射科专家手动完成.人工勾画肿瘤靶区是一项非常费时、费力的工作,因此,希望开发一种全自动的医学图像分割方法.方法 在这项工作中,我们使用PET/CT双模态数据并关注如何更好地从PET/CT双模态信息中提取精确的融合特征信息.整个网络基于U-Net架构,在其中我们添加了残差学习模块和交叉学习模块,交叉学习模块的任务在于自适应地选择PET/CT的融合权重,从而获得更为精确的融合特征.结果 与U-Net以及添加了残差网络的U-Net相比,在头颈部肿瘤数据集上实验结果表明该方法是最好的.本文所提方法的 Dice 相似度系数(Dice Similarity Coefficient,DSC)为 0.9174,召回率(Recall)为 0.9264,精度(Precision)为0.9212,相对U-Net分别提升3.22％、3.56％和0.44％;豪斯多夫距离(Haus-dorff Distance,HD)为 4.8859,体素重叠误差(Volume Overlap Error,VOE)为 0.0826,相对体素误差(Relative Volume Difference,RVD)为 0.1036,相对于 U-Net 分别下降 0.1031、0.0283 和0.0788.结论 对比实验表明,本文提出的基于交叉学习的分割模型在头颈部肿瘤数据集上有效改善了分割结果,提高了分割精度.
古生物化石是解开生命起源与进化谜题的重要研究资料,化石专用CT可以对多种古生物化石内部结构进行无损、高分辨率的全方位"体检",突破了化石标本传统研究手段的局限性,使古生物学家能够无创解剖化石,精确复原化石的三维形态.化石专用CT为脊椎动物早期演化史上若干重大问题的突破性进展提供了关键的技术支撑,已成为研究古生物化石不可或缺的高科技手段.本文主要介绍化石专用CT的诞生、应用成果,以及后续新技术的发展.
有限角CT成像在工业和医学CT成像中都有重要的应用需求,但由于获得的投影数据不完备,有限角CT成像问题高度病态,以致传统算法重建的CT图像中出现严重的有限角伪影,从而影响CT图像的阅片和判读.为了解决该问题,国内外学者对有限角CT成像理论和算法做了大量研究.本文首先简要介绍了有限角CT图像伪影的特点;然后重点综述了有限角CT图像重建算法的研究进展,包括作者所在团队所做的相关研究和探索;最后概述了目前存在的问题以及对进一步研究的展望.
胃癌是我国的高发癌种之一,严重危害我国人民的健康.如何基于影像实现定量化、个体化、精准化的辅助诊疗是提高胃癌患者五年生存率的关键之一.近年来人工智能与医学影像的结合催生了影像组学技术,本文从影像组学流程、影像组学在胃癌诊疗中的应用、挑战与机遇三个方面综述胃癌影像组学的研究进展.首先,本文回顾了影像组学的基本流程,包括数据收集和预处理、感兴趣区域分割、特征提取、特征筛选、模型构建、模型评估等步骤.其次,本文概述了影像组学在早期胃癌筛查、胃癌分型分期诊断、胃癌疗效分析与预后预测等方面的应用.最后,本文讨论了胃癌影像组学研究面临的挑战性问题和发展机遇.
复杂结构件在X射线三维CT成像时,由于射线透射方向上有效透照厚度差异大,探测器成像系统动态范围受限,常用的固定能量模式的X射线成像系统易出现过曝光和欠曝光共存现象,无法获取结构件的完整信息,影响图像分析及CT重建.对此,出现了能量自适应的X射线DR/CT成像方法,通过扩展成像系统的动态范围,实现复杂结构件的高灵敏度、高动态成像检测.本文对能量自适应的X射线DR/CT成像技术进行介绍,主要介绍能量自适应的实现及控制、不同能量投影图像融合和变能量CT图像重建方法,并对不同方法和算法的特点进行分析比较,最后对能量自适应CT的发展进行了总结和展望.
基于抽样原理,对于组织结构与功能相同的成对器官,我们可随机抽选一侧器官(例如不同个体左侧、右侧器官交替选择)来研究.成对器官也可用于配对设计研究:一侧器官进行实验干预,另一侧器官作为对照.本文研究了 4组4～14周龄正常雄性Sprague-Dawley大鼠的双侧睾丸和附睾的质量.结果显示,睾丸、附睾、附睾头部、附睾体部或附睾尾部左侧与右侧质量相比,都无显著的侧别差异:配对t检验的P值都大于0.05.
医学CT利用X射线在人体内的衰减进行无创三维高清成像,凭借其卓越的时空分辨率而成为临床上不可或缺的诊疗利器.然而,因X射线照射而引起的电离辐射损伤是CT检查不可避免的痛点问题,而降低扫描剂量将引起图像失真,如何实现低剂量CT精准成像是相关领域长期以来持续攻关的重点方向.降低CT成像的辐射剂量是一项系统性工程,相关技术涉及CT成像的各个环节,包括硬件系统、扫描协议和成像算法的优化等几个方面.其中,硬件系统的优化主要从改善射线质量、提升探测效率和减少曝光时间的角度出发,扫描协议的优化主要从减少入射光子和减小曝光面积的角度出发,成像算法的优化主要从投影前处理、图像后处理和迭代重建几个方面展开.经领域多年合力攻关,低剂量CT成像得以全面发展,各项技术相辅相成,使临床CT扫描剂量得以大幅降低.更加可喜的是,人工智能的复兴在医学CT成像领域掀起巨大变革,为更低的微剂量成像带来可能性.然而,人工智能在带来巨大机遇的同时也引起新的挑战,其中包括,进一步降低CT扫描剂量的可行途径是什么?如何突破单机CT成像数据量的限制?个体扫描对象剂量降低的极限在哪里?本文对低剂量CT成像技术进行系统性综述,并尝试对上述问题做出解答,以期为低剂量CT成像方法研究和技术研发提供参考和指引.
微合金化是改善合金组织进而提升合金综合力学性能的一种有效手段,研究合金化元素对材料组织的影响为后续调控材料的性能至关重要.本文使用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、球差校正的透射电子显微镜(TEM)和电子万能试验机系统地研究了不同微含量Zn元素添加对挤压态Mg-8Gd-xZn(x=0,0.5,1.0,2.0)合金微观组织与力学性能的影响.研究结果表明,Zn元素的添加可以进一步细化合金晶粒,其晶粒尺寸由初始的8.5 μm细化至3.4 μm;其｛0001｝织构也随Zn的添加而增强,极值由1.7增至5.1.XRD分析结合SEM/TEM观察,确认Zn元素的添加促进了晶内与晶界上(Mg,Zn)3Gd相(fcc;空间群号:Fm(3)m)的析出.此外,Zn元素的添加还可以诱导大量沿(0001).基面生长且与基体完全共格的盘状γ'相和长周期有序堆垛结构(LPSO)的形成.添加Zn导致的晶粒细化、强织构以及第二相析出显著提升了合金的屈服强度,但降低了合金的延伸率.
随着计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)技术的发展与广泛应用,其重建算法得到了长足的发展.近年来,基于数据驱动的深度学习技术与CT图像重建结合的趋势愈加明显,深度学习应用于影像重建在实验环境中取得了显著的重建效果.本文以CT成像原理、重建技术发展以及存在问题为切入点.首先,围绕深度学习的有监督和无监督学习策略,将两类基于深度学习的重建算法原理与目前国内外研究进展进行结合介绍.主要包括有监督学习对传统解析迭代方法重建过程的网络实现与优化,以及无监督学习中自监督学习和生成模型类重建原理方法.其次,介绍了一些常用的基于像素、区域结构细节、语义特征等层面的损失函数,并对它们的优缺点进行了分析.最后,本文对深度重建领域仍存在的一些问题进行了总结,并介绍了一些新的学习型重建策略.
能谱CT所获取的是多个能谱(或能段)的X射线穿过被测物体的扫描数据.与传统CT扫描数据相比,这些数据中包含着更多的被测物体信息.基于基材料分解算法,能谱CT可重建被测物体的多个基材料图像,以及由基图像线性组合表示的虚拟单能图像,并由此进行物体成分识别和定量化分析.近年来,能谱CT成像的相关理论、技术、器件和系统都在快速发展,其应用领域也在日益扩大.本文在介绍能谱CT的数据采集模式、基材料分解数学模型的基础上,综述基于基材料分解的能谱CT图像重建算法的分类及各类算法的优缺点和适用性等,并探讨需要进一步研究的相关问题.
X射线CT技术经历了长期发展的过程.本文从简单到复杂详述了各种见诸文献的CT数据一致性条件.这些数据一致性条件表现出不同的特点和应用潜力.对数据一致性条件的研究,可从不同的侧面深入理解现代CT成像理论的内涵,并对新的不断涌现出来的CT成像模式有参考价值.
本文回顾了中国CT研究的发展历史和现状.在发展历史方面,介绍了以邱佩璋为代表的老一辈科学家在该领域所做的早期探索和贡献、CT领域各学术团队的组织和发展历史、国际学术交流情况以及我国CT设备研发的历史等.在发展现状方面,介绍了国内活跃的学术团队的一些典型研究工作、国内医学CT和工业CT产业的发展情况.此外,本文还介绍了国家自然科学基金对CT研究和发展领域的支持情况.最后,本文对CT理论和技术发展提出了建议.
本文利用电子背散射衍射技术和室温拉伸试验,研究了挤压态Zn-0.05Mg二元合金保持应变速率10-3s-1,在不同应变阶段时的显微组织特征.结果发现,相比挤压态合金,随着变形量增加,基体平均晶粒尺寸先增大后减小,即由挤压态的1.25±0.6 μm,增加至变形量5％时的1.80±0.5 μm,而当变形量增加至10％时,又减小至0.93±0.5 μm,但晶粒尺寸的分布更加均匀;小角度晶界的比例却减少,但增加变形量后又有所增加.合金织构由挤压态ED//＜01(1)0＞晶向的丝织构向TD与＜0001＞形成约75.左右夹角的非基面织构发生转变.二次加载的抗拉强度低于挤压态锌合金的抗拉强度,意味着发生了加工软化.
今年(2022年)年初,突然接读北大数学系姜明老师微信,谓邱佩璋教授不幸因病仙逝,这一噩耗勾起我对40多年来我国CT发展历史的回忆,也回忆起与邱教授交往的一些往事. 自从1979年豪斯菲尔德和考马克二人获得诺贝尔生理学或医学奖以后,CT的应用与理论研究风起云涌,我国在CT领域的应用、教学与科研也紧跟不舍.
