中國CT發展回顧

李興東, 張兆田

(1. 中國計量科學研究院， 北京 100029; 2. 國家自然科學基金委員會， 北京 100085)

0 引言

經典計算機斷層成像(Computerized Tomography，CT)在數學上是指通過一個函數的線積分或平面積分來重建該函數[1]，其典型和廣泛的應用是利用不同角度的X射線透視成像來重建物體的內部結構，從而形成X-CT技術[2]。X射線透視成像技術可觀測物體內部結構的混疊影像，在醫學診斷和工業探測方面得到了廣泛的應用，特別是在二戰期間，該技術的發明及時地挽救了大量傷員的生命。但X射線透視成像獲得的是目標內部結構混疊的成像結果，人眼無法從中可靠地辨識目標內部的細節信息，而結合計算的X-CT技術則可以獲得目標內部無混疊的結構信息，形成了真正的目標內部結構的非侵入探測技術。因此，更加具有應用價值。特別在醫療領域，X-CT為醫生準確診斷病人健康狀況提供了變革性的技術支持。X-CT醫學領域的成功引發了國內外學者從事CT理論與技術研究的熱潮，為醫療診斷、工業無損檢測等領域帶來了蓬勃發展的機遇。

CT技術不僅僅可以應用于X射線透視成像模態。通過結合其他成像模態，CT技術可以發展成為各種各樣的非侵入探測技術。從激勵源角度來看，CT技術可分為X-CT、光學CT、電學CT、超聲CT、正電子發射CT(PET)和單光子發射CT(SPECT)等；從應用場景角度來看，可分為醫學X-CT和非醫學CT(包括工業CT、顯微CT等)。CT是由目標外部探測數據來重建目標內部信息奧秘，具有非接觸、無損和非侵入檢測特點。CT成像涉及醫療健康(臨床診斷和醫學實驗動物成像等)、無損檢測和結構分析(飛機發動機葉片、火箭推進器、發動機氣缸、管道損傷和電子器件等)、材料分析和評價(石油巖心結構和復合材料制備等)、安全檢查(武器、毒品和炸藥等)、考古(古動植物三維結構成像)、地學成像(地震勘探和地質構造等)等眾多領域，具有廣泛應用潛力。

經典的CT積分投影可以表示為對一個未知函數的Radon變換，CT重建就是通過該Radon變換求解這個未知函數。在數學上，這樣的積分變換可以用第一類Fredholm積分方程表示，其中積分變換中的核函數是Radon變換中表達投影路徑的狄拉克函數。然而，核函數還可以取其他形式，從而描述更多的實際應用場景。如果將應用場景定義一個更為通用的范式，即用第一類Fredholm積分方程描述一個包含未知函數、已知激勵源和探測器的測量系統，此時積分方程的核函數可用來描述激勵源、探測器以及未知函數坐標的幾何關系。針對不同的應用場景，當核函數為格林函數時，其積分方程求解對應場景之一是地質勘探中石油或礦體地震波層析成像問題；當核函數描述電容電阻敏感函數時，其積分方程求解對應場景之一是石油管道或流化床內介質含量的流動層析成像問題。經典的CT重建也被稱為硬場重建問題，而非Radon變換的情形被稱為軟場重建問題。我國CT領域的早期研究就包含了硬場重建和多種類型的軟場重建問題。

鑒于CT技術的巨大應用價值，活躍在不同區域的國內高校、科研機構及其企業的研究人員追蹤CT領域的世界科技前沿、面向國家經濟主戰場、面向國家關鍵行業無損檢測重大需求以及面向人民生命健康，積極投身CT理論與技術研究工作中，為我國在該領域的快速發展做出了重要貢獻。

1 我國CT研究的發展歷史簡介

早在20世紀70年代末、80年代初，我國來自地學成像、X射線成像、微波成像、雷達成像以及超聲成像等多個領域的學者就開始從事斷層成像理論與應用研究工作。以邱佩璋先生[3-4]為代表的一批學者先后在重力勘探區域場校正和地震層析成像等領域進行了研究，并取得了一系列成果[3-8]，為多個地質探查、探礦和探油等實際應用做出了貢獻，是國內最早從事斷層成像研究的學者群體之一。在Radon變換性質研究與CT重建算法方面，國內也有許多早期的探索研究成果[9-16]。與此同時，國內各領域的斷層成像研究還針對實際應用系統開發，以產學研并進的方式取得了一批成果。其中，典型的工作包括：上海醫療器械研究所和上海計算技術研究所等單位于1982年聯合開發了國內第一臺頭顱CT，并于1983年通過了技術鑒定[17-18]；南京工學院(現東南大學)于1982年研發了第一臺微波CT實驗裝置[19-20]，接著在1983年開發了第一臺超聲CT實驗裝置[21]；西安交通大學于1983年研制成功了國內第一臺相控陣掃描人體超聲斷層成像系統[22]；重慶大學于1989年成立了專門的工業CT研究中心；上海醫療器械廠等9個單位于1990年聯合開發了國內第一臺全身CT系統[23-24]；清華大學于1991年開發了國內第一臺微焦點CT系統[25-26]；受海軍某部委托，1999年中國計量科學研究院與清華大學核能與新能源技術研究院合作研制了檢測固體火箭發動機的實用工業CT系統；2000年，邱佩璋先生參加了由海軍有關部門組織的“固體火箭發動機無損檢測自動化系統”技術鑒定會，其中的高能X射線工業CT系統是我國大型工業CT發展進程中的一個重要里程碑，北京信息工程學院(現北京信息科技大學)團隊參與了不完備數據圖像重建算法與軟件研制過程；等等。

國內早期學者在不同的CT領域的研究工作中，逐漸形成了對CT理論共性問題研究的興趣，進而開展交流和討論，并于1985年依托北京師范大學成立了國內第一個CT理論與技術研究小組[27]。1986年該小組受國家地震局的委托，舉辦了“CT理論與技術講習班”，為此編纂了25萬字的講義，同年還舉辦了全國首次“CT理論與技術學術討論會”[27]。以此為契機，同年還依托北京信息工程學院組織成立了“CT理論與應用研究會”，邱佩璋先生擔任首屆理事長。第二年1987年，研究會與地震科學聯合基金會合作主辦了國內CT理論與技術領域的第一本期刊《CT理論與應用研究》，并于該年第三季度發行了創刊號[28]。

CT理論和技術是一門面向實踐應用的科學研究領域，其發展除了本身有數學和信息科學交叉融合的特點以外，還離不開與各種應用領域在物理、化學和生物學等方面的深度結合。因此，CT理論與應用研究會積極尋找與合適的學術團體進行合作的機會，在發展自身的同時，也推動相關領域的發展。體視學采用多維和多模態的成像方法來表征物體的物理、化學及生物的結構和功能等屬性、并且圍繞這些屬性開展所需要的測量和分析工作，是一門成像與面向成像屬性進行分析相結合的學科，與研究會的興趣點高度契合。因此，CT理論與應用研究會于1997年掛靠中國體視學學會，更名為“CT理論與應用分會”。至此，我國體視學界將CT理論和技術、圖像分析、生物醫學和材料科學等學科有機地聯系起來，有力地推動了相關學科及其交叉學科的發展。

近年來，以機器學習和人工智能為代表的現代信號處理理論的發展為成像科學和技術領域帶來了巨大進步。實現了多維、多模態成像與成像屬性分析等多領域交叉的融合計算和綜合分析，使不同維度信息得以整合和運用，以達到智能化和高性能成像的目標。自然而然地，國內在該領域聚集了一大批多學科交叉融合的學者，在CT成像模態的多樣化和產學研用融合等方面有了更大的發展空間。因此，中國體視學學會于2020年成立了智能成像分會，該分會與CT理論與應用分會互相補充和協作，進一步推動了CT成像及其在各領域應用的發展。

在上述工作推動下，同時也因為CT理論和技術在國民社會各個領域的蓬勃應用發展，國內CT領域的研究隊伍越來越壯大，從80年代初期的數個研究團隊到如今超百個研究團隊，研究隊伍從不足百人發展到上萬人；涉及的內容涵蓋了CT理論和技術研究、核心器件和系統研發，以及產業化和應用推廣等各個方面。圖1展示了1990年以前國內CT研究團隊的地域分布[圖1(a)]，以及到目前為止，按Web of Science數據庫中論文統計數量計算的國內CT研究團隊活躍程度的地域分布[圖1(b)]。

圖1 我國CT研究團隊的地域分布圖(a)1990年前國內CT研究團隊的地域分布；(b)當前國內CT研究活躍團隊的地域分布

國內CT理論與技術的研究在國際化方面也取得了長足的進步。通過參加各類學術會議、團隊間的人員互訪和學術交流、以及邀請著名學者訪問等形式，國內CT理論和技術學術界與國際學術界之間建立了密切的聯系。在國際CT研究學術界中，華人學者的快速發展也為國內學術研究的國際化帶來了積極的進步因素。美國倫斯勒理工的王革教授、美國芝加哥大學的潘曉川教授、約翰霍普金斯大學的Benjamin Tsui教授、美國猶他大學的曾更生教授等為代表的一大批海外華人學者與國內許多團隊開展了富有成效的學術交流、合作，取得了豐富的學術成果。同時，隨著我國的科技進步和發展，數量眾多的人才在海外學成后歸來，進一步充實了國內CT領域的研究和開發力量，為國內該領域的產學研發展和繁榮做出了貢獻。

國內CT領域的國際化發展的重要標志之一是舉辦該領域內的重要國際學術會議。放射和核醫學多維多模態圖像重建技術國際會議(Fully3D)是國際上CT/PET/SPECT等醫學和工業領域中相關理論研究、算法開發和應用的首要國際會議，是各國高校、研究所和工業界專業人員普遍關注和積極參與的國際會議，每兩年舉辦一次，至今已經舉辦16屆，基本上由美歐著名的大學和研究機構主辦[29]。國內學者在該領域的長期共同努力和取得的成果得到了國際上的廣泛認可，因而2009年第10屆和2017年第14屆會議分別在國內清華大學和西安交通大學舉行，并且2017年會議還發布了中國CT領域發展狀況的報告[30]。這兩次會議的舉辦，進一步提升了中國在該領域的國際影響力。

2 我國CT領域發展的特色情況簡介

CT領域的研究具有需求牽引和問題導向的特點，其理論與技術迭代演進。我國在CT產業領域從無到有、從弱到強，涌現了一大批優秀的團隊和產品。限于文章篇幅和作者所知所限，下面僅介紹作者所了解的我國CT學術研究和產學研結合領域的一些特色研究和開發工作，內容并不涵蓋相關團隊的全部工作。與此同時，我國在CT領域的關鍵器件和材料的研發工作，例如高性能球管和探測器等，也取得了長足的進步，以上這些值得另文專題綜述，不列入本文綜述的范圍之內。

2.1 CT理論與方法研究

在傳統的CT重建算法研究方面，北京大學團隊證明了SART算法的收斂性條件[31]，提出了一種基于Landweber的圖像重建通用迭代算法，證明了其收斂條件和對初值的依賴性[32]。北京交通大學團隊進而給出了Landweber迭代方案收斂的充分必要條件、最優和加速松弛策略[33]； 此外，該團隊提出了連續型脊波變換的CT重構公式[34]。北京信息科技大學團隊根據CT前向投影射線的對稱結構，設計一組對稱變換群來優化投影矩陣和迭代重建算法的計算問題，據此提出了一種對稱塊迭代重建算法，可以同時提升每次迭代的計算速度和迭代算法的收斂速度[35]； 該團隊還提出，用仿射Radon變換來描述從光場數據生成焦點堆棧數據，推導了從焦點堆棧數據到光場圖像的重建算法，分析了重建性能問題，為光場圖像重建提供了新的計算思路[36]。上海交通大學團隊對多射線源快速成像進行了系統研究，提出了射線源為奇數的螺旋錐束CT的FBP精確快速重建算法[37]，為多源快速成像提供了理論基礎。大連理工大學團隊提出了一種綜合平移和旋轉參數的CT投影幾何校正模板和計算方法，提升了CT校正精度[38]。西安交通大學團隊提出了利用HL一致性條件和約翰方程等CT投影的積分和局部等一致性條件來校正不理想的CT投影數據[39-40]，提出了基于字典學習和稀疏表示的低劑量CT統計迭代重建算法[41]。南方醫科大學團隊在低劑量CT投影數據混合建模和迭代重建、灌注CT功能成像以及能譜CT等多方面，提出了一系列新的算法[42-44]。東南大學團隊通過多種學習策略，將有效特征信息引入CT逆問題求解，用于低劑量和不完備投影數據的重建[45-46]。中北大學團隊在能譜CT重建方面，提出采用盲估計方法表示能譜特征，并結合多種先驗信息提升表示能力，提升工業能譜CT的重建性能[47-48]。首都師范大學團隊先后提出了針對能譜CT圖像重建的E-ART、IFBP算法和針對有限角CT圖像重建的AEDS及其改進算法[49-51]。北京航空航天大學團隊在特型材料的CT重建方面，提出了多項針對性的重建方法[52]。解放軍信息工程大學團隊在稀疏表示約束的有限角重建和能譜CT重建等方面，做出了多項成績[53]。寧波大學團隊在SPECT圖像重建的定量優化分析方面，利用調和技術、復邊值和壓縮感知理論進行了重建穩定性與收斂性研究[54]?？傊?，在結合現代信號處理技術的CT重建研究中，國內學者(不限于上述介紹的團隊)在國際學術界取得了有目共睹的大量優秀成果。

深度學習網絡技術的發展為CT重建算法的改進提供了新的機遇，通過深度網絡對CT數據中隱變量的學習和多語義綜合表示，CT重建中低劑量和不完備投影重建等問題得到了新的解決方案。國內學者在這一波學術浪潮中，走到了國際學術界的前列。四川大學團隊基于非線性子空間表示的低劑量CT圖像噪聲分離機理，首先將深度學習引入低劑量CT成像，提出了基于殘差自編碼卷積網絡[55]和感知生成對抗網絡等圖像恢復方法[56]，通過構建可解釋性的深度網絡表示圖像內在先驗，構建了一系列低劑量和不完備投影CT重建方法[57]。南方醫科大學團隊側重于通過對噪聲建模和偽影表示建模來構造低劑量和高分辨率重建方法[58-59]。東南大學團隊分別針對非局部特征先驗、區別性特征學習以及全空間深度特征學習等方面，構建了多個深度學習網絡CT重建算法[60]。國內其他的大部分團隊也都在深度網絡CT重建方面，取得了各自的成果，這里不再一一列舉。

國內團隊在研究創新模態的CT成像技術方面也做出了優異的成績。北京大學團隊與美國愛荷華大學合作者建立了生物熒光(Bioluminescence)CT成像的數學模型，并研究了其解的唯一性問題[61]。華中科技大學與海南大學合作團隊提出了一種高清晰度、高通量線照明調制光學層析成像，進一步發展了高清熒光顯微光學切片斷層成像技術，將全腦光學成像從高分辨率提升到高清晰度的新標準[62]，該成果入選了“中國光學十大進展”應用研究類。清華大學研究團隊提出掃描光場迭代成像技術，突破了光場感知空間分辨率與角度分辨率間的矛盾，建立了數字自適應光學架構，將毫秒級活體三維亞細胞分辨率連續觀測時長從數分鐘提高到小時級，時空分辨率提升兩個數量級，光毒性降低三個數量級，為揭示神經腫瘤免疫等新現象提供了新工具[63]。華中科技大學數字PET團隊針對PET中高速閃爍脈沖采樣難題，提出了多電壓閾值采樣方法(MVT)[64-65]，發明了全數字PET技術，并開發了全數字PET整機系統[66]。山西大學團隊針對電子順磁共振成像(EPRI)提出了三維EPRI的拋物線濾波器的系列設計與實現方法，發展了用于EPRI重建的全變分算法，為基于EPRI氧圖像的腫瘤精準放療研究提供了技術支持[67-68]。西安交通大學與中山大學合作團隊提出編碼發光X射線成像和CT重建模式，采用納米技術制作可控發光的平板陣列X射線源器件，采用一系列發光模式照射成像目標形成混疊的投影圖像，通過解混疊算法得到清晰和虛擬旋轉的平行光束X射線投影，用于X射線透視成像、Tomosynthesis和CT成像，該成像模態的優勢在于革新傳統的高功率、高成本、高熱量和大體積的X射線球管為低功率、低成本、低熱量和小體積的平板X射線源器件，只需要少量的編碼發光照射，就可以得到平行X射線透視圖像和虛擬旋轉透視圖像，為未來的適形X射線成像和靜止適形CT模式提供了可能性。

2.2 CT應用與技術開發

我國CT領域發展的顯著特點之一是面向具體應用需求，同時進行理論和算法研究及應用技術開發。經過長期不懈努力，我國CT應用領域取得了大量優秀成果和產業成功的范例。

清華大學工程物理系輻射成像團隊面向實際設備開展不完備數據CT、能譜CT、相襯CT和X射線熒光CT等成像理論和算法研究，研制了國內首個大型裝備缺陷輻射檢測系統，研制出多個世界首創的CT檢測系統，包括X射線液體安全檢測系統、高能雙能大型集裝箱CT系統和基于碳納米管冷陰極分布式X射線源的靜態CT智能安檢系統等，部分產品已經遠銷世界各地。該團隊在X射線成像和CT領域的成果已經獲得多項國家技術發明和科技進步一等獎的獎勵。

重慶大學研究團隊理論與實踐結合，產學研合作，1989年就成立了工業CT研究中心，是我國最早專業從事CT技術產學研工作的單位之一。該中心針對300～2500 mm、1～10 μm和250～500 nm等不同尺度的被測物體研制γ射線、低能X射線和高能加速器X射線系列CT檢測設備，主持制定工業CT圖像測量國家標準，為航天、航空、鐵道、汽車、冶金、石油以及工業和國防部門等提供了專業CT設備和重要的檢測服務，科研成果曾獲得國家科技進步二等獎。

中國科學院高能物理研究所團隊研制了十多種類型的CT系統，包括：基于光子計數探測器的小動物能譜顯微CT，用于一類大尺寸板狀物的高分辨三維成像的CL設備；在探測器研發方面，該團隊研發了多款CT探測器并于近期完成了四閾值光子計數探測器的讀出芯片及模塊研發；相關技術也得到了實際應用。

華中科技大學數字PET團隊與瑞派寧科技有限公司和銳世醫療科技有限公司合作實現全數字PET的研制和產業化，建立了系統和完整的技術體系，分別在科學儀器和醫療裝備實現了分辨率和計數率等PET核心性能指標的突破，可望支撐和開拓質子束觀測和氧地圖繪制等全新應用。首臺臨床全數字PET于2018年通過國家創新醫療器械特別審批，2019年獲中國醫療器械注冊證。成果入選“2019年中國十大科技進展新聞”、“十大年度中國醫學重大進展”。

首都師范大學CT團隊是較早進入工業CT產學研領域的團隊之一，他們針對國防應用需求開發了多種類型的工業CT設備，在工業CT的視野擴展、圖像偽影校正、超分辨率成像以及GPU加速計算等方面都做出了出色的成績[69]。該團隊堅持產學研結合，與合作方聯合創建了三英精密儀器股份有限公司等企業，先后成功開發了X射線三維顯微CT、板狀物顯微分層CT、多功能工業CT和全巖心CT等特色成像設備，并已廣泛應用于石油地質、化工材料、生物農業、微電子以及國防等高新技術行業。

中北大學團隊研制了高動態X射線CT成像設備，針對特定尺寸的工業和國防部件，研究針對性的成像掃描模式和重建算法以及相關的圖像分析方法，解決了特別裝備的結構檢測、工件缺陷檢測和材料組分結構分析等方面的難題，為國防建設做出了重要的貢獻。

中國科學院深圳先進技術研究院CT成像團隊研究了低劑量CT重建和智能化雙能CT分解算法等核心關鍵技術；先后研制了高分辨顯微CT、大視野口腔CT、低劑量靜態乳腺CT和快速相襯CT等一批高端成像裝備和系統；對新型鈣鈦礦半導體X射線直接轉化的CMOS探測器技術研究和設備開發等方面進行了有益探索。

東南大學團隊研發了國內早期的活體小動物顯微CT成像系統，采用球管和探測器組合旋轉的掃描模式以便于活體目標成像，實現了對小動物組織和器官清晰成像，與醫學科研人員進行合作，在基礎醫學研究方面發揮著重要的作用[70]。

北京友誼醫院團隊與清華大學團隊等合作，攻克了小焦點和大功率X射線發生器難題，研究了從數據校正和運動補償到重建的關鍵算法，在此基礎上成功研制了分辨尺度達50 μm的雙源-雙探測器耳科專用CT儀器，為耳科疾病研究和臨床診療創新提供了利器，研究成果獲得了國家科技進步二等獎。目前，該成果已經初步實現了產業化，獲得了國家醫療儀器三類注冊證。

2.3 CT產業發展

中國CT理論與技術發展從無到有、從有到優，CT產業發展也是如此。經過幾十年三代人的不懈努力，中國CT事業得到長足發展，部分進入國際CT先進行列。目前，國內著名的醫學CT企業有聯影、東軟醫療、大醫集團、有方醫療、瑞派寧、朗視和納米維景等，非醫學CT廠商有同方威視、真測科技、三英精密、固鴻科技、丹東奧龍、日聯科技和深圳卓茂等。

國產醫療CT設備的產業化以東大阿爾派(現為東軟醫療)在1997年開發和投入市場的CT-C2000系統[71]為起點(更多的信息請參見[72-73])，之后一直保持增長態勢，到目前為止，以聯影和東軟醫療為代表的國內大型醫療CT生產廠商已經能夠開發640層的多排螺旋CT，旋轉速度達到4～5圈/秒。與此同時，高性能探測器和大熱容量液態金屬軸承球管等核心部件也能夠自主開發和產業化。在國家政策和重點專項資金的支持下，企業和學術界產學研互相合作，國內CT的功能和性能在人工智能重建及分析技術的幫助下得到了進一步的提升。

非醫學CT包括各種工業CT、檢測和測量用CT以及用于科學研究的特種CT等。與醫學CT具有相對統一的性能標準和工作模式不同，非醫學CT是面向任務的CT設備，呈現出多樣化的工作模式和性能標準。例如，用于大型金屬結構件檢測的兆伏級CT、用于板型材料檢測的分層CT和用于精密測量的納米CT等等。因為不同任務的特殊性，CT的系統設計、X射線光源和探測器選擇和研制以及重建和分析算法均需要特別定制完成，形成了眾多的細分市場。同時，在我國CT事業發展的早期，存在著諸多的產業空白區域。隨著國內CT事業的發展，我國逐漸涌現了一大批高新科技企業，基本上滿足了國內市場的需要，有的甚至遠銷海外。其中，源自清華大學工物系的同方威視，其產品牢固占據了各種X射線安檢行業的大部分市場，并且拓展到了170個國家和地區，已經形成了在X射線安檢行業的國際知名品牌。源自重慶大學工業CT無損檢測教育部工程研究中心的真測科技，是我國最早進入工業CT產業領域的單位之一，為我國CT工業的發展做出了貢獻。

雖然國內醫學CT產業已經有了長足的發展，仍然無法改變國際GPS巨頭(GE、Philips、Siemens)的產品占據大部分市場的局面，國內產品的年銷售數量一直徘徊在不到40%的數量(2019年數據)。近兩年情況有所改善，2022年國內品牌CT總銷量超過了50%，但64排以上高端CT的市場占有率依舊較低。這個事實說明，中國在醫學CT設備相關的技術和產品方面的研發任務依然艱巨。在工業CT產業領域，雖然國內產品的市場占有率優于醫療CT，但主要部件，例如高功率和微焦點球管以及高性能探測器，依然依賴進口。美歐最新發布的“瓦森納協定”版本中，用于工業無損檢測的高性能球管和探測器被列入對華禁運的清單中[74]。因此，我們需要加強CT領域的基礎和核心技術的研究工作，一方面在現有的技術軌道上趕超發達國家，另一方面也要研究創新的CT成像模態，獨辟蹊徑地發展更優異的CT成像技術，為我國在成像領域趕超世界先進水平做貢獻。

我國工業CT設備的產業化發展具有明顯的產學研用特點。大部分情況下，源自高校和重點科研單位的成果應用到特定的實際場合后，形成產學研良性循環，繼而帶動科研人員、核心技術以及資本進入市場經濟，促進了各類工業CT領域的迅速發展，逐項填補了我國在工業CT產業領域的眾多空白，踐行了中央提出的堅持創新驅動發展和全面塑造發展新優勢的指導方針，在發展中實現了對科技人才培養模式的創新和突破。我國在工業CT產業化領域的發展經歷，將對其他產學研用領域的發展提供寶貴的經驗。

3 國家自然科學基金委員會對成像領域的資助情況

國家自然科學基金委員會(以下簡稱“基金委”)成立于1986年，是支持中國基礎研究的主要渠道之一，成像研究是其中的重要支持領域之一。根據2017年的資料，基金委資助有關成像領域項目年均超過700項，年均資助經費超過5.2億元。獲資助項目涉及培養創新人才的青年基金、優秀青年基金和杰出青年基金，鼓勵探索與競爭的面上項目，推動學科發展的重點項目和重大項目，促進學術交流的國際合作項目，提升儀器研制能力的儀器設備研制項目等。

基金委于1998年設立“科學儀器基礎研究?？睢?，資助學科發展前沿所急需的重要科學儀器的創新性研制或改進。2011年，根據國家科學和經濟社會發展戰略布局，面向科學前沿和國家需求，以科學目標為導向，設立了“重大科研儀器設備研制專項”。2014年，自然科學基金委將“科學儀器基礎研究?？睢焙汀爸卮罂蒲袃x器設備研制專項”整合為“國家重大科研儀器研制項目”，同時，每年預算增加到10億元經費支持儀器設備研制項目研究，基金委對具有重大創新儀器設備研制工作的支持從此得到了進一步加強。

根據在國際知名網絡數據庫Web of Science上檢索的結果，通過對“CT Reconstruction Algorithm”為主題進行檢索，可以很容易地看到，受到NSFC支持的發表論文數量與美國NSF和NIH資助論文的數量比例已經達到63%。這個數據可以充分地說明，國家自然科學基金對CT成像領域的研究給予了及時支持，發揮了基礎研究引領作用。

基金委在該領域多年持續的科學基金資助，培養了一批成像領域的優秀科研人才和研究隊伍，在國際上形成了一定的影響力，相關研究成果服務于國家重大需求和人民健康。

在基金委的資助工作中，國內幾乎全部CT研究團隊都受到了面上項目和青年項目的支持，部分優秀團隊也受到了重點/重大項目的支持，其中成績優異的研究團隊同時還受到了基金委創新研究群體項目的支持；部分青年人獲得國家優秀青年基金和國家杰出青年基金項目等資助。與此同時，CT成像領域中的重要創新均具有理論聯系實際的特點。因此，基金委的重大科研儀器研制項目也在此發揮了重要作用，國內CT領域已經取得的重要成果大部分都得到了該類型項目的支持。

最近五年，圍繞中央在科學家工作會議上提出的“四個面向”，CT領域相關研究得到了進一步關注，在成像機理、器件研制、系統集成和典型場景應用等方面的理論與技術迭代演進，分別獲得了來自數理科學部、化學科學部、生命科學部、地球科學部、工程與材料科學部、信息科學部和醫學科學部等項目資助，資助項目數和資助強度逐年提升。2021年新成立交叉科學部和成果轉化中心，進一步助力于推動CT等交叉領域科學發展。值得關注的是，信息科學是研究信息的產生、獲取、存儲、傳輸、處理顯示及其創新應用的學科，與CT成像有天然的聯系。希望科研人員圍繞國防工業和人民健康等重大需求，探索“卡脖子”技術背后的基礎科學問題，不斷開拓創新，積極促進具有自主知識產權原創性科研儀器研制與應用。

4 發展建議

CT技術是一個復雜精密的系統，涉及關鍵模塊有射線源、探測器、CT系統標定、數據預處理、重建和分析算法等。每個模塊都與CT系統的成像質量密切相關，頗有“牽一發動全身”的關聯。所以必須結合系統需求、問題導向和系統考慮等思考CT設計與制造的問題。主要發展建議：

探索電磁波與物質相互作用新機理，研究CT成像新機制；發展新型射線源技術，研制高效靈敏探測器；面向重要場景應用，發展軟硬件協同技術，研究高效成像算法；探索噪聲抑制技術和干擾利用技術，基于目標數據模型與成像模型，提升智能成像水平和能力；基于射線源非單色性，研究多能譜高分辨成像技術；研究利用射線與物質作用相位變化占優特性的相位成像技術；鼓勵多學科融合，面向生物及材料等領域的挑戰問題，發展個性化檢測技術；需求牽引目標導向，從系統角度研究成像理論，發展多模式成像技術，提高實時高分辨能力。面向人民健康，發展低劑量高效安全的檢測成像儀器設備。

致謝

在文稿組織過程當中，中國體視學學會CT理論與應用分會、《CT理論與應用研究》雜志毛國敏、北京信息科技大學邱鈞教授等提供了豐富的歷史材料；在文稿完成過程當中，首都師范大學張朋教授、西安交通大學牟軒沁教授等給出了建設性的意見，西安交通大學牟軒沁教授參與完成了稿件修訂。感謝國家自然科學基金委信息中心提供的探測與成像領域數據資料；感謝有關單位的專家在百忙之中提供的進展材料。

后記

在邱佩璋先生逝世一周年之際，我們謹以此文緬懷邱先生對發展CT理論和技術所做出的重要貢獻。

邱佩璋先生生于1927年，1951年上海交通大學數學系畢業后進入中科院數學所，師從吳新謀先生從事偏微分方程研究。1957年響應國家號召支邊建設內蒙古大學數學系。1984年調入北京信息工程學院，并創建應用數學研究室。邱佩璋先生倡導理論與實踐相結合，1980年代開始從事CT理論與應用研究，1985年組織成立了北京第一個CT興趣小組，與北京師范大學羅承忠教授和地震局郭履燦研究員等組織CT理論、波動方程反問題和雷達成像等討論班，并在北京信息工程學院開設了第一屆CT理論與技術輔導課程。1986年8月，邱佩璋先生與郭履燦、羅承忠和吳律等人共同組織召開了第一屆CT理論與應用學術討論會，并成立了CT聯絡會籌備組。同年12月，中國計算機學會CT理論與應用研究會成立，邱佩璋先生當選該研究會首任理事長。

邱佩璋先生是我國最早開展CT理論與應用研究的重要學術帶頭人之一，組織領導了我國CT理論與應用研究的早期工作和相關國家級科研項目。邱先生也是《CT理論與應用研究》期刊的主要創建人之一。1987年8月，我國第一本CT雜志《CT理論與應用研究論文集》(試刊第一期)出版，1989年12月《CT理論與應用研究》正式發刊。邱佩璋先生在學會發展與變革時期發揮了重要的推動作用，與郭履燦和陳惟昌等專家學者一起卓有成效地推進了學會的發展壯大。1997年，學會更名“中國體視學學會CT理論與應用分會”。該分會將CT理論與應用、圖像分析、生物醫學和材料科學等學科有機地聯系起來，推進了學科交叉融合與發展，為推動我國CT理論研究和應用發揮了重要作用。