A Simulation Framework for X-Ray Phase-Contrast Imaging

X 射线相衬成像仿真框架

基本信息

  • 批准号:
    10289325
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.93万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

X-ray phase-contrast imaging (XPCI) can dramatically improve soft tissue contrast in X-ray medical imaging. Despite worldwide efforts to develop novel XPCI systems, we do not yet have a numerical framework to rigorously predict the performance of a clinical XPCI system at a human scale. In this study, we propose to develop such a simulation framework to accomplish this using the breakthroughs in two main components: a realistic human-scaled numerical phantom for XPCI, and a wave optics-based simulator for accurately propagating X-ray wave through a realistic human numerical phantom. For the numerical phantom, the biggest challenges are to incorporate various organs with multi- scale structures in a human-size phantom and to define material properties for human body parts under normal and a variety of pathophysiological conditions. To address these issues, we will extend the XCAT phantom, a human phantom that is widely used in medical imaging simulation, to incorporate sub-organ structures and tissue textures, and to assign appropriate material properties to various tissues for XPCI simulation. For the simulator, we have recently demonstrated the possibility of XPCI simulation at a human scale by applying a wave optics-based imaging model to XCAT phantom. In the proposed project, we will develop a general-purpose XPCI simulator that can be used with variety of geometries, X-ray optics, and tissue models. Using the data we have already acquired on a synchrotron-based, high-performance XPCI setup, we will validate the simulator so that its predictions match experimentally acquired data. Finally, we will distribute the program with a graphical user interface in order that the users can easily simulate their own XPCI systems. Source codes and a detailed user manual will be distributed as well.
X 射线相衬成像 (XPCI) 可以显着提高 X 射线中的软组织对比度 医学成像。尽管全世界都在努力开发新型 XPCI 系统,但我们还没有 严格预测临床 XPCI 系统性能的数值框架 人性化尺度。在本研究中,我们建议开发这样一个模拟框架来完成 这利用了两个主要组成部分的突破: 用于 XPCI 的模型,以及用于精确传播 X 射线波的基于波动光学的模拟器 通过真实的人类数字幻象。 对于数字体模来说,最大的挑战是将各种器官与多器官结合起来。 人体模型中的比例结构并定义人体的材料属性 正常和各种病理生理条件下的部位。为了解决这些问题,我们 将扩展 XCAT 体模,这是一种广泛应用于医学成像的人体体模 模拟,结合子器官结构和组织纹理,并分配适当的 用于 XPCI 模拟的各种组织的材料特性。 对于模拟器,我们最近展示了在人体上进行 XPCI 模拟的可能性 通过将基于波动光学的成像模型应用于 XCAT 体模来进行缩放。在提议的 项目中,我们将开发一个通用的XPCI模拟器,可以与各种 几何形状、X 射线光学和组织模型。使用我们已经获得的数据 基于同步加速器的高性能 XPCI 设置,我们将验证模拟器,以便其 预测与实验获得的数据相匹配。最后,我们将通过以下方式分发该程序: 图形用户界面,以便用户可以轻松地模拟自己的XPCI系统。 源代码和详细的用户手册也将被分发。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Synergistic Role of Quantitative Diffusion Magnetic Resonance Imaging and Structural Magnetic Resonance Imaging in Predicting Outcomes After Traumatic Brain Injury.
定量扩散磁共振成像和结构磁共振成像在预测脑外伤后结果中的协同作用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Avesta, Arman;Yendiki, Anastasia;Perlbarg, Vincent;Velly, Lionel;Khalilzadeh, Omid;Puybasset, Louis;Galanaud, Damien;Gupta, Rajiv
  • 通讯作者:
    Gupta, Rajiv
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