文章导读
光子计数CT被誉为医学成像的“圣杯”，然而一个长期存在的物理缺陷却严重拖累了它的实际表现：能量响应不一致，导致图像伪影和定量精度下降。清华大学高河伟教授团队的最新研究，如同为这台精密仪器开发了一个“自动校准仪”——他们提出的“能量阈值偏差计算器”方法，仅需极少量的标定数据，就能自适应地完成精准校正。实验数据显示，该方法将图像不均匀性从29.3 HU大幅降至5.8 HU，为这项前沿技术突破临床应用瓶颈提供了关键方法学支撑。
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近日，清华大学工程物理系高河伟教授课题组针对光子计数CT（Photon-Counting CT, PCCT）能谱不一致性难题提出了“能量阈值偏差计算器”（Energy-Threshold Bias Calculator, ETB-Cal）这一创新方法，构建了一套基于双因子参数化模型的自适应精细化物理建模校正框架。
光子计数CT是当前医学成像领域的前沿热点和重大技术制高点，在超高空间分辨、超低辐射剂量和精准物质成分鉴别等方面具有突出优势和广阔应用前景。然而，受限于光子计数探测器晶体材料固有物理缺陷及信号读出与处理电子学在实际工作中的非理想响应特性，PCCT长期面临响应失配及测量计数漂移等不一致和不稳定难题，导致重建图像伪影严重、物质成分解析的定量精度降低，制约了其在临床及工业领域的广泛应用。
图1.“能量阈值偏差计算器”（ETB-Cal）方法中提出的能谱不一致性模型，ETB-Cal分解算法等的原理示意图
研究团队将PCCT系统中复杂的能谱不一致性难题，解耦为不随能量阈值变化的“能谱畸变项”和随能量阈值变化的“能量阈值偏差项”，进一步提出了逐像素的能量阈值偏差求解算法，仅需极少量的标定数据即可实现PCCT能谱不一致性的自适应、快速、在线校正。实际应用中，新方法能够如计算器一般，高效、准确地算出每个像素的能量阈值偏差，在保留物理模型准确性的同时，显著降低了系统建模校正的复杂度。
计算机数值仿真和桌面PCCT系统实验表明，“能量阈值偏差计算器”方法能够有效消除能谱不一致性带来的图像伪影，显著提升成像定量性能。在Gammex多能CT模体实验中，图像的不均匀性从校正前的29.3 HU大幅降至5.8 HU。
图2.基于“能量阈值偏差计算器”（ETB-Cal）方法的能谱不一致性校正的初步效果展示
研究成果以“能量阈值偏差计算器：一种基于物理模型的光子计数CT自适应校正方案”（Energy-Threshold Bias Calculator: A Physics-Model-Based Adaptive Correction Scheme for Photon-Counting CT）为题，于1月15日发表于《IEEE医学成像汇刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）。
论文研究工作有望为PCCT成像技术的大规模临床及工业应用提供新的方法学支撑。目前，研究团队正在围绕光子计数探测器的多个创新应用场景深入开展PCCT高清定量成像的关键技术攻关。
清华大学工程物理系2022级博士生陈玉婷为论文第一作者，工程物理系教授高河伟为论文通讯作者。研究得到国家重点研发计划重点专项和北京市自然科学基金重点项目的资助与支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1109/TMI.2026.3654612
供稿：工物系
编辑：李华山
审核：郭玲
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