优化X射线相衬成像辐射剂量效率的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804356
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2210.与光学有关的交叉领域
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As a novel X-ray imaging method, the grating-based X-ray differential phase contrast (DPC) imaging method has attracted a lot of research interests. Unlike the conventional X-ray absorption imaging which generates the object attenuation information, the DPC imaging enables the detection of object refraction information. Studies have shown that DPC images are more sensitive in distinguishing different tissue types, for example, the normal soft tissues and tumors. One of its promising potential clinical applications is in breast cancer screenings, especially for patient with dense breast. This is because of the reduced sensitivity of the conventional absorption images in catching the abnormalities in the dense breast. By jointly using the conventional absorption information and the complimentary DPC information, one can achieve better sensitivity and specificity in detecting the tumors inside a dense breast. .Despite of these promising potentials, however, it is still a challenge to enhance the radiation dose efficiency for a future clinical DPC imaging system. There are two major causes for the reduced radiation dose efficiency: the increased image noise and the decreased signal accuracy. Studies have shown that the statistical DPC signal extraction method is able to reduce the DPC image noise, but the reason why it is so and the lowest noise level in theory are not clear by far yet. In addition, the radiation dose efficiency in DPC imaging could be improved if the moiré artifacts can be mitigated. However, there is no such efficient artifact correction algorithm available. Due to these above two facts, the aims of this projection are straightforward and contain two-folds: first, build up a theoretical framework to analyze and demonstrate the lowest noise level in DPC imaging; second, develop a new artifact correction algorithm based on the deep learning technique. By minimizing the DPC image noise and maximizing the DPC signal accuracy, as a result, the overall radiation dose efficiency for a future clinical DPC imaging system would be greatly improved.
X射线相衬成像方法能够探测物体的相位信息,极大的提高分辨物体内部不同组分的灵敏度,是一种重要的新型X射线成像方法。为将其应用到临床诊断中,仍需要解决系统辐射剂量效率低的问题。其中,相位信号噪声高、信号精度差是导致辐射效率低的两个主要原因。预研究表明:统计信号提取方法比传统方法能更好的降低相位信号噪声,但其降噪机理和最小噪声极限尚不明确;另外减少相衬图像莫尔伪影可以提高相位信号精度,从而提高辐射剂量效率,但尚无较好的莫尔伪影校正算法。为此,本项目拟:(1)基于光子涨落的统计模型,从理论上研究相衬信号最小噪声极限,确立最优的统计相位信号提取方法,降低相衬图像噪声水平;(2)利于深度学习方法开发新型图像域相衬图像莫尔伪影的校正算法,提高相衬图像信号精度。本项目的研究成果将为降低相衬图像噪声提供理论依据,为提高相衬图像信号精度提供算法支持,最终实现优化现有X射线相衬成像系统辐射剂量效率的目标。

结项摘要

X射线光栅相衬成像方法能够探测物体的相位信息,可以极大的提高对物体内部组分的分辨能力,是一种重要的X射线成像方法。为将其应用到实际临床医学诊断中,本项目重点解决X射线光栅相衬成像系统辐射剂量效率低的问题。其中,相位信号噪声高、精度差是本研究主要关注的因素。通过本项目的研究,解决了理论和实验两个方面的问题,取得了如下三个方面的重要结果:(1)建立了基于光子涨落的统计模型,通过Cramér-Rao下界法求解了相位信号噪声的最小理论表达;(2)依据理论得到的相位信号最小噪声极限,研究确立了最佳的相位信号提取方法,降低了相衬图像噪声水平;(3)开发了新型基于深度学习技术的图像域相衬图像残余莫尔伪影的校正算法,提高了相衬图像信号精度。本项目的研究成果丰富了相衬成像理论,为降低相衬图像噪声提供了理论指导,同时有效提高了相衬图像质量,最终达到了优化系统辐射剂量效率的目标。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Model-driven phase retrieval network for single-shot x-ray Talbot–Lau interferometer imaging
用于单次 X 射线 Talbot-Lau 干涉仪成像的模型驱动相位恢复网络
  • DOI:
    10.1364/ol.402917
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Peizhen Liu;Jiecheng Yang;Jianwei Chen;Ting Su;Jinchuan Guo;Hairong Zheng;Dong Liang;Yongshuai Ge
  • 通讯作者:
    Yongshuai Ge
Enhancing the X-Ray Differential Phase Contrast Image Quality With Deep Learning Technique
利用深度学习技术提高 X 射线微分相差图像质量
  • DOI:
    10.1109/tbme.2020.3011119
  • 发表时间:
    2021-06-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ge, Yongshuai;Liu, Peizhen;Liang, Dong
  • 通讯作者:
    Liang, Dong
Angular sensitivity of an x-ray differential phase contrast imaging system with real and virtual source images
具有真实和虚拟源图像的 X 射线微分相衬成像系统的角度灵敏度
  • DOI:
    10.1364/ol.416621
  • 发表时间:
    2021-06-01
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Ge,Yongshuai;Chen,Jianwei;Liang,Dong
  • 通讯作者:
    Liang,Dong
Dual phase grating based X-ray differential phase contrast imaging with source grating: theory and validation
基于双相位光栅的源光栅 X 射线微分相衬成像:理论与验证
  • DOI:
    10.1364/oe.381759
  • 发表时间:
    2020-03-30
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Ge, Yongshuai;Chen, Jianwei;Liang, Dong
  • 通讯作者:
    Liang, Dong
Automatic image-domain Moire artifact reduction method in grating-based x-ray interferometry imaging
基于光栅的X射线干涉成像中自动像域莫尔伪影减少方法
  • DOI:
    10.1088/1361-6560/ab3c34
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physics in Medicine and Biology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Chen Jianwei;Zhu Jiongtao;Li Zhicheng;Shi Wei;Zhang Qiyang;Hu Zhanli;Zheng Hairong;Liang Dong;Ge Yongshuai
  • 通讯作者:
    Ge Yongshuai

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纳米分辨X射线微分相衬显微镜
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    646.29 万元
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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