清華新聞網(wǎng)1月21日電 近日，清華大學(xué)工程物理系高河偉教授課題組針對(duì)光子計(jì)數(shù)CT（Photon-Counting CT, PCCT）能譜不一致性難題提出了“能量閾值偏差計(jì)算器”（Energy-Threshold Bias Calculator, ETB-Cal）這一創(chuàng)新方法，構(gòu)建了一套基于雙因子參數(shù)化模型的自適應(yīng)精細(xì)化物理建模校正框架。
光子計(jì)數(shù)CT是當(dāng)前醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)和重大技術(shù)制高點(diǎn)，在超高空間分辨、超低輻射劑量和精準(zhǔn)物質(zhì)成分鑒別等方面具有突出優(yōu)勢(shì)和廣闊應(yīng)用前景。然而，受限于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器晶體材料固有物理缺陷及信號(hào)讀出與處理電子學(xué)在實(shí)際工作中的非理想響應(yīng)特性，PCCT長(zhǎng)期面臨響應(yīng)失配及測(cè)量計(jì)數(shù)漂移等不一致和不穩(wěn)定難題，導(dǎo)致重建圖像偽影嚴(yán)重、物質(zhì)成分解析的定量精度降低，制約了其在臨床及工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
圖1.“能量閾值偏差計(jì)算器”（ETB-Cal）方法中提出的能譜不一致性模型，ETB-Cal分解算法等的原理示意圖
研究團(tuán)隊(duì)將PCCT系統(tǒng)中復(fù)雜的能譜不一致性難題，解耦為不隨能量閾值變化的“能譜畸變項(xiàng)”和隨能量閾值變化的“能量閾值偏差項(xiàng)”，進(jìn)一步提出了逐像素的能量閾值偏差求解算法，僅需極少量的標(biāo)定數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)PCCT能譜不一致性的自適應(yīng)、快速、在線(xiàn)校正。實(shí)際應(yīng)用中，新方法能夠如計(jì)算器一般，高效、準(zhǔn)確地算出每個(gè)像素的能量閾值偏差，在保留物理模型準(zhǔn)確性的同時(shí)，顯著降低了系統(tǒng)建模校正的復(fù)雜度。
計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真和桌面PCCT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，“能量閾值偏差計(jì)算器”方法能夠有效消除能譜不一致性帶來(lái)的圖像偽影，顯著提升成像定量性能。在Gammex多能CT模體實(shí)驗(yàn)中，圖像的不均勻性從校正前的29.3 HU大幅降至5.8 HU。
圖2.基于“能量閾值偏差計(jì)算器”（ETB-Cal）方法的能譜不一致性校正的初步效果展示
研究成果以“能量閾值偏差計(jì)算器：一種基于物理模型的光子計(jì)數(shù)CT自適應(yīng)校正方案”（Energy-Threshold Bias Calculator: A Physics-Model-Based Adaptive Correction Scheme for Photon-Counting CT）為題，于1月15日發(fā)表于《IEEE醫(yī)學(xué)成像匯刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）。
論文研究工作有望為PCCT成像技術(shù)的大規(guī)模臨床及工業(yè)應(yīng)用提供新的方法學(xué)支撐。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在圍繞光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的多個(gè)創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景深入開(kāi)展PCCT高清定量成像的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
清華大學(xué)工程物理系2022級(jí)博士生陳玉婷為論文第一作者，工程物理系教授高河偉為論文通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)和北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助與支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1109/TMI.2026.3654612
供稿：工物系
編輯：李華山
審核：郭玲
