研发基于光栅的X射线综合成像技术瞄准国际前沿的新一代医疗影像装备
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陈志强教授早期在校攻读博士学位期间，就师从我国实验工业C T系统的著名专家、曾任清华大学副校长的康克军教授进行辐射成像技术理论、成像方法与技术等领域的研究。作为骨干，参与了国家“八五”至“十五”多个攻关项目，在多项关键技术上取得重大突破。团队在此及相关辐射成像核心技术攻关基础上，在公共安全检测领域，研制成功一系列自主知识产权高科技成果，包括海关集装箱货物检查、航空安全检查、大型装备无损检测系统等，并成功实现了产业化，相关产品已出口到五大洲110多个国家和地区，在核技术应用领域开辟了前景广阔的新产业空间。
X射线辐射成像技术不仅在保障国家安全、社会安全等公共安全领域具有重要意义，其在生命安全领域的应用更是具有不可替代的重要作用。医疗发展已证实，医学影像技术在整个疾病诊疗体系中的作用日益重要，没有医学影像技术提供的疾病信息的帮助，现代临床治疗几乎寸步难行。然而，当前的X射线成像技术仍然存在着很大的不足，主要是这种技术基于组织衰减系数的差异进行成像，导致其对弱吸收的软组织的分辨率非常低，因此其对很多软组织疾病的诊断价值非常有限，比如，在乳腺癌的早期诊断中，针对我国妇女混合型、致密型的乳腺，漏诊、误诊率高达约15%～20%；对于软组织肿瘤、类风湿性关节炎、早期股骨头坏死、外伤导致的肌腱韧带损伤，以及肝癌、肺癌等病变组织的诊断中也很难发挥作用。
磁共振成像（MRI）具有较高的软组织分辨率，对乳腺癌诊断的敏感性达94%～100%，对于周围软组织肿瘤、韧带、肌腱等疾病的诊断，MRI几乎是唯一的选择。但由于MRI设备昂贵，进行M R I检查要使用造影剂，检查费用高，因此很难普及应用，特别是在广大的农村、县及中小城市中此问题显得尤为突出，因此研发一种对软组织病变具有很高的敏感性和特异性，而且简单、检查费用低廉易于推广的影像学装备引发了国际社会的广泛关注。
理想的软组织X射线新型成像技术应该具备以下特点：更高的空间分辨率和软组织分辨能力，检查中最大程度的减少受检者所受的X射线辐射剂量，设备简单，实用。国内外的相关研究人员都在积极探索和研发提高软组织分辨率的新型成像方法。硬X射线相衬成像和暗场成像技术随着上世纪90年代中期高亮度第三代同步辐射光源的使用而得以迅速发展。与MRI对人体离体股骨头的成像结果相比，相衬成像技术可以非常清晰地显示关节软骨和骨质的病理改变，而MRI要达到相同的图像质量至少需要5个小时的采集时间；暗场成像技术能够看到硬X射线衰减成像和相衬成像都无法分辨到的超微细结构。然而，相衬成像技术和暗场成像技术都要求X光源具有高度的相干性，大都使用同步辐射光源或微焦点X射线机来实现。由于同步辐射装置的造价昂贵、体积庞大，视场小；微焦点X光源亮度很低，
曝光时间很长。这些缺点极大限制了这两种技术在医学上的临床应用。
目前，最具有临床应用价值的新型X射线光栅综合成像方法初露端倪，成为国际社会研究的热点。它集合了X射线衰减成像、相衬成像和暗场成像三种方式为一体，可同时获得相关的线性衰减系数、折射率和广义散射参数的三维空间分布。这些物理性质不同的图像信息互为补充，较为全面地展现了硬X射线与物质之间的相互作用。新型成像技术即保持了传统X射线衰减成像技术的优点，又拥有相衬成像和暗场成像两者的优势，它将会在医疗影像领域引起一场更新换代的革命。
对我国而言，由于硬X射线的医疗技术多被发达国家所掌控，因此研制具有自主知识产权的硬X射线医学影像设备意义尤为重大。陈志强教授及团队急国家之所急，自2005年起，开始了基于同步辐射光源的衍射增强成像研究和基于微焦点光源的类同轴成像研究；2006年开始开展了基于X射线机的光栅相衬成像技术研究；2007年开始了全新的基于经典几何光学的投影光栅相衬成像方法的研究，其间，提出了多种折射角信息提取方法和衍射增强成像CT重建算法等创新观点，取得了多项重要研究成果。
2008年，团队搭建了国际上第一个基于经典几何光学投影光栅理论的X射线相衬成像实验平台，并展开了基于X射线机的光栅暗场成像技术的研究工作，推导出了小角散射角分布的二阶矩与光强强度曲线对比度比值之间的定量数量关系。国际研究界高度评价了这一创新型成果。这些研究工作也得到了国家自然科学基金委的重要支持。
2009年，团队在国际上首创了常规X光源条件下基于经典几何的光学投影光栅成像理论。通过这一理论的支持，可直接使用非相干X射线照射、投影，通过相位步进可测量出光强曲线，从而直接计算出一阶相移信息，这一成果是X射线光栅成像领域的一个重大突破。相关研究成果发表在APL、PMB、TMI等重要核心期刊上。同年，陈志强教授还作为大会主席，成功组织召开了“第十届放射成像和核医学全三维图像重建国际会议（Fully3D）”，来自全球多个国家的180余位学者及专家参加了会议。
2010年，团队首次提出了X射线光栅成像的源光栅步进技术，这一新方法可以降低光栅步进的精度达一个量级，使得X射线光栅相衬成像临床应用的实现难度大大降低。这一新技术的提出得到了国际研究界的一致认可。其研究成果发表在《0ptics Express》上，并申请了发明专利。同年，团队正式确立了非相干条件下基于经典光学原理的X射线光栅综合成像技术的理论基础。2011年，团队在自己的实验平台上获得了国内首张基于经典几何的光学投影X射线光栅衰减―相衬―暗场图像，相关研究成果第一时间发表在NIMA上。这一图像首次揭示了红豆和绿豆在衰减、相衬和暗场图像中所展现得到的不同特性，引起了国际研究界的极大关注。
目前，团队在常规X光源光栅成像研究领域已取得了―系列具有自主知识产权的原创成果，研究工作居于国内领先水平，得到了业界同行的广泛关注。2012年，国家自然科学基金也将该项研究列入基金重点资助项目。该项目现进展顺利，已取得了重要的阶段性成果。
研制具有我国自主知识产权的硬X射线医学影像设备，打破发达国家的技术封锁是一项艰巨而意义深远的战略使命。机遇与挑战并存，陈志强教授将带领自己的团队一如既往只争朝夕，不懈求索，努力开创我国医学影像技术发展的新局面。
专家简介：
陈志强，教授，博士，江苏常州人，1971年1月生，1994年7月毕业于清华大学工程物理系获学士学位，1999年3月于清华大学工程物理系获博士学位，同年留校任教。现任现任清华大学工程物理系核技术研究所所长，清华大学公共安全协同创新中心副主任。兼任中国体视学学会常务理事，中国同位素与辐射行业协会常务理事，国家公共安全基础标准化技术委员会（SAC/TC315）委员等。
主要从事粒子技术与辐射成像研究，在辐射成像系统关键物理设计、X射线图像数据的获取校正、快速重建以及X射线C T成像等方面开展了卓有成效的研究工作。曾作为主要技术骨干和产业化相关负责人之一，在国家“八五”“九五”“十五”等攻关项目中成功解决了多项关键技术难题，推动了科研成果的顺利转化。近5年，作为项目负责人，主持有国家自然科学基金重点项目1项，国家科技部“十一五”科技支撑计划1项、科技部重大科学仪器专项1项。发表学术论文超过100篇，其中，SCI收录53篇，EI收录113篇；申请国际和国内发明专利50余项。
近年来，获国家科技进步奖一等奖1项，中国专利金奖3项，北京市发明专利特等奖1项，其他省部级奖励多项。并荣获北京市“科技新星”、教育部“新世世纪优秀人才”、“科技北京”百名领军人才等荣誉称号。