中国CT发展回顾

李兴东, 张兆田

(1. 中国计量科学研究院， 北京 100029; 2. 国家自然科学基金委员会， 北京 100085)

0 引言

经典计算机断层成像(Computerized Tomography，CT)在数学上是指通过一个函数的线积分或平面积分来重建该函数[1]，其典型和广泛的应用是利用不同角度的X射线透视成像来重建物体的内部结构，从而形成X-CT技术[2]。X射线透视成像技术可观测物体内部结构的混叠影像，在医学诊断和工业探测方面得到了广泛的应用，特别是在二战期间，该技术的发明及时地挽救了大量伤员的生命。但X射线透视成像获得的是目标内部结构混叠的成像结果，人眼无法从中可靠地辨识目标内部的细节信息，而结合计算的X-CT技术则可以获得目标内部无混叠的结构信息，形成了真正的目标内部结构的非侵入探测技术。因此，更加具有应用价值。特别在医疗领域，X-CT为医生准确诊断病人健康状况提供了变革性的技术支持。X-CT医学领域的成功引发了国内外学者从事CT理论与技术研究的热潮，为医疗诊断、工业无损检测等领域带来了蓬勃发展的机遇。

CT技术不仅仅可以应用于X射线透视成像模态。通过结合其他成像模态，CT技术可以发展成为各种各样的非侵入探测技术。从激励源角度来看，CT技术可分为X-CT、光学CT、电学CT、超声CT、正电子发射CT(PET)和单光子发射CT(SPECT)等；从应用场景角度来看，可分为医学X-CT和非医学CT(包括工业CT、显微CT等)。CT是由目标外部探测数据来重建目标内部信息奥秘，具有非接触、无损和非侵入检测特点。CT成像涉及医疗健康(临床诊断和医学实验动物成像等)、无损检测和结构分析(飞机发动机叶片、火箭推进器、发动机气缸、管道损伤和电子器件等)、材料分析和评价(石油岩心结构和复合材料制备等)、安全检查(武器、毒品和炸药等)、考古(古动植物三维结构成像)、地学成像(地震勘探和地质构造等)等众多领域，具有广泛应用潜力。

经典的CT积分投影可以表示为对一个未知函数的Radon变换，CT重建就是通过该Radon变换求解这个未知函数。在数学上，这样的积分变换可以用第一类Fredholm积分方程表示，其中积分变换中的核函数是Radon变换中表达投影路径的狄拉克函数。然而，核函数还可以取其他形式，从而描述更多的实际应用场景。如果将应用场景定义一个更为通用的范式，即用第一类Fredholm积分方程描述一个包含未知函数、已知激励源和探测器的测量系统，此时积分方程的核函数可用来描述激励源、探测器以及未知函数坐标的几何关系。针对不同的应用场景，当核函数为格林函数时，其积分方程求解对应场景之一是地质勘探中石油或矿体地震波层析成像问题；当核函数描述电容电阻敏感函数时，其积分方程求解对应场景之一是石油管道或流化床内介质含量的流动层析成像问题。经典的CT重建也被称为硬场重建问题，而非Radon变换的情形被称为软场重建问题。我国CT领域的早期研究就包含了硬场重建和多种类型的软场重建问题。

鉴于CT技术的巨大应用价值，活跃在不同区域的国内高校、科研机构及其企业的研究人员追踪CT领域的世界科技前沿、面向国家经济主战场、面向国家关键行业无损检测重大需求以及面向人民生命健康，积极投身CT理论与技术研究工作中，为我国在该领域的快速发展做出了重要贡献。

1 我国CT研究的发展历史简介

早在20世纪70年代末、80年代初，我国来自地学成像、X射线成像、微波成像、雷达成像以及超声成像等多个领域的学者就开始从事断层成像理论与应用研究工作。以邱佩璋先生[3-4]为代表的一批学者先后在重力勘探区域场校正和地震层析成像等领域进行了研究，并取得了一系列成果[3-8]，为多个地质探查、探矿和探油等实际应用做出了贡献，是国内最早从事断层成像研究的学者群体之一。在Radon变换性质研究与CT重建算法方面，国内也有许多早期的探索研究成果[9-16]。与此同时，国内各领域的断层成像研究还针对实际应用系统开发，以产学研并进的方式取得了一批成果。其中，典型的工作包括：上海医疗器械研究所和上海计算技术研究所等单位于1982年联合开发了国内第一台头颅CT，并于1983年通过了技术鉴定[17-18]；南京工学院(现东南大学)于1982年研发了第一台微波CT实验装置[19-20]，接着在1983年开发了第一台超声CT实验装置[21]；西安交通大学于1983年研制成功了国内第一台相控阵扫描人体超声断层成像系统[22]；重庆大学于1989年成立了专门的工业CT研究中心；上海医疗器械厂等9个单位于1990年联合开发了国内第一台全身CT系统[23-24]；清华大学于1991年开发了国内第一台微焦点CT系统[25-26]；受海军某部委托，1999年中国计量科学研究院与清华大学核能与新能源技术研究院合作研制了检测固体火箭发动机的实用工业CT系统；2000年，邱佩璋先生参加了由海军有关部门组织的“固体火箭发动机无损检测自动化系统”技术鉴定会，其中的高能X射线工业CT系统是我国大型工业CT发展进程中的一个重要里程碑，北京信息工程学院(现北京信息科技大学)团队参与了不完备数据图像重建算法与软件研制过程；等等。

国内早期学者在不同的CT领域的研究工作中，逐渐形成了对CT理论共性问题研究的兴趣，进而开展交流和讨论，并于1985年依托北京师范大学成立了国内第一个CT理论与技术研究小组[27]。1986年该小组受国家地震局的委托，举办了“CT理论与技术讲习班”，为此编纂了25万字的讲义，同年还举办了全国首次“CT理论与技术学术讨论会”[27]。以此为契机，同年还依托北京信息工程学院组织成立了“CT理论与应用研究会”，邱佩璋先生担任首届理事长。第二年1987年，研究会与地震科学联合基金会合作主办了国内CT理论与技术领域的第一本期刊《CT理论与应用研究》，并于该年第三季度发行了创刊号[28]。

CT理论和技术是一门面向实践应用的科学研究领域，其发展除了本身有数学和信息科学交叉融合的特点以外，还离不开与各种应用领域在物理、化学和生物学等方面的深度结合。因此，CT理论与应用研究会积极寻找与合适的学术团体进行合作的机会，在发展自身的同时，也推动相关领域的发展。体视学采用多维和多模态的成像方法来表征物体的物理、化学及生物的结构和功能等属性、并且围绕这些属性开展所需要的测量和分析工作，是一门成像与面向成像属性进行分析相结合的学科，与研究会的兴趣点高度契合。因此，CT理论与应用研究会于1997年挂靠中国体视学学会，更名为“CT理论与应用分会”。至此，我国体视学界将CT理论和技术、图像分析、生物医学和材料科学等学科有机地联系起来，有力地推动了相关学科及其交叉学科的发展。

近年来，以机器学习和人工智能为代表的现代信号处理理论的发展为成像科学和技术领域带来了巨大进步。实现了多维、多模态成像与成像属性分析等多领域交叉的融合计算和综合分析，使不同维度信息得以整合和运用，以达到智能化和高性能成像的目标。自然而然地，国内在该领域聚集了一大批多学科交叉融合的学者，在CT成像模态的多样化和产学研用融合等方面有了更大的发展空间。因此，中国体视学学会于2020年成立了智能成像分会，该分会与CT理论与应用分会互相补充和协作，进一步推动了CT成像及其在各领域应用的发展。

在上述工作推动下，同时也因为CT理论和技术在国民社会各个领域的蓬勃应用发展，国内CT领域的研究队伍越来越壮大，从80年代初期的数个研究团队到如今超百个研究团队，研究队伍从不足百人发展到上万人；涉及的内容涵盖了CT理论和技术研究、核心器件和系统研发，以及产业化和应用推广等各个方面。图1展示了1990年以前国内CT研究团队的地域分布[图1(a)]，以及到目前为止，按Web of Science数据库中论文统计数量计算的国内CT研究团队活跃程度的地域分布[图1(b)]。

图1 我国CT研究团队的地域分布图(a)1990年前国内CT研究团队的地域分布；(b)当前国内CT研究活跃团队的地域分布

国内CT理论与技术的研究在国际化方面也取得了长足的进步。通过参加各类学术会议、团队间的人员互访和学术交流、以及邀请著名学者访问等形式，国内CT理论和技术学术界与国际学术界之间建立了密切的联系。在国际CT研究学术界中，华人学者的快速发展也为国内学术研究的国际化带来了积极的进步因素。美国伦斯勒理工的王革教授、美国芝加哥大学的潘晓川教授、约翰霍普金斯大学的Benjamin Tsui教授、美国犹他大学的曾更生教授等为代表的一大批海外华人学者与国内许多团队开展了富有成效的学术交流、合作，取得了丰富的学术成果。同时，随着我国的科技进步和发展，数量众多的人才在海外学成后归来，进一步充实了国内CT领域的研究和开发力量，为国内该领域的产学研发展和繁荣做出了贡献。

国内CT领域的国际化发展的重要标志之一是举办该领域内的重要国际学术会议。放射和核医学多维多模态图像重建技术国际会议(Fully3D)是国际上CT/PET/SPECT等医学和工业领域中相关理论研究、算法开发和应用的首要国际会议，是各国高校、研究所和工业界专业人员普遍关注和积极参与的国际会议，每两年举办一次，至今已经举办16届，基本上由美欧著名的大学和研究机构主办[29]。国内学者在该领域的长期共同努力和取得的成果得到了国际上的广泛认可，因而2009年第10届和2017年第14届会议分别在国内清华大学和西安交通大学举行，并且2017年会议还发布了中国CT领域发展状况的报告[30]。这两次会议的举办，进一步提升了中国在该领域的国际影响力。

2 我国CT领域发展的特色情况简介

CT领域的研究具有需求牵引和问题导向的特点，其理论与技术迭代演进。我国在CT产业领域从无到有、从弱到强，涌现了一大批优秀的团队和产品。限于文章篇幅和作者所知所限，下面仅介绍作者所了解的我国CT学术研究和产学研结合领域的一些特色研究和开发工作，内容并不涵盖相关团队的全部工作。与此同时，我国在CT领域的关键器件和材料的研发工作，例如高性能球管和探测器等，也取得了长足的进步，以上这些值得另文专题综述，不列入本文综述的范围之内。

2.1 CT理论与方法研究

在传统的CT重建算法研究方面，北京大学团队证明了SART算法的收敛性条件[31]，提出了一种基于Landweber的图像重建通用迭代算法，证明了其收敛条件和对初值的依赖性[32]。北京交通大学团队进而给出了Landweber迭代方案收敛的充分必要条件、最优和加速松弛策略[33]； 此外，该团队提出了连续型脊波变换的CT重构公式[34]。北京信息科技大学团队根据CT前向投影射线的对称结构，设计一组对称变换群来优化投影矩阵和迭代重建算法的计算问题，据此提出了一种对称块迭代重建算法，可以同时提升每次迭代的计算速度和迭代算法的收敛速度[35]； 该团队还提出，用仿射Radon变换来描述从光场数据生成焦点堆栈数据，推导了从焦点堆栈数据到光场图像的重建算法，分析了重建性能问题，为光场图像重建提供了新的计算思路[36]。上海交通大学团队对多射线源快速成像进行了系统研究，提出了射线源为奇数的螺旋锥束CT的FBP精确快速重建算法[37]，为多源快速成像提供了理论基础。大连理工大学团队提出了一种综合平移和旋转参数的CT投影几何校正模板和计算方法，提升了CT校正精度[38]。西安交通大学团队提出了利用HL一致性条件和约翰方程等CT投影的积分和局部等一致性条件来校正不理想的CT投影数据[39-40]，提出了基于字典学习和稀疏表示的低剂量CT统计迭代重建算法[41]。南方医科大学团队在低剂量CT投影数据混合建模和迭代重建、灌注CT功能成像以及能谱CT等多方面，提出了一系列新的算法[42-44]。东南大学团队通过多种学习策略，将有效特征信息引入CT逆问题求解，用于低剂量和不完备投影数据的重建[45-46]。中北大学团队在能谱CT重建方面，提出采用盲估计方法表示能谱特征，并结合多种先验信息提升表示能力，提升工业能谱CT的重建性能[47-48]。首都师范大学团队先后提出了针对能谱CT图像重建的E-ART、IFBP算法和针对有限角CT图像重建的AEDS及其改进算法[49-51]。北京航空航天大学团队在特型材料的CT重建方面，提出了多项针对性的重建方法[52]。解放军信息工程大学团队在稀疏表示约束的有限角重建和能谱CT重建等方面，做出了多项成绩[53]。宁波大学团队在SPECT图像重建的定量优化分析方面，利用调和技术、复边值和压缩感知理论进行了重建稳定性与收敛性研究[54]。总之，在结合现代信号处理技术的CT重建研究中，国内学者(不限于上述介绍的团队)在国际学术界取得了有目共睹的大量优秀成果。

深度学习网络技术的发展为CT重建算法的改进提供了新的机遇，通过深度网络对CT数据中隐变量的学习和多语义综合表示，CT重建中低剂量和不完备投影重建等问题得到了新的解决方案。国内学者在这一波学术浪潮中，走到了国际学术界的前列。四川大学团队基于非线性子空间表示的低剂量CT图像噪声分离机理，首先将深度学习引入低剂量CT成像，提出了基于残差自编码卷积网络[55]和感知生成对抗网络等图像恢复方法[56]，通过构建可解释性的深度网络表示图像内在先验，构建了一系列低剂量和不完备投影CT重建方法[57]。南方医科大学团队侧重于通过对噪声建模和伪影表示建模来构造低剂量和高分辨率重建方法[58-59]。东南大学团队分别针对非局部特征先验、区别性特征学习以及全空间深度特征学习等方面，构建了多个深度学习网络CT重建算法[60]。国内其他的大部分团队也都在深度网络CT重建方面，取得了各自的成果，这里不再一一列举。

国内团队在研究创新模态的CT成像技术方面也做出了优异的成绩。北京大学团队与美国爱荷华大学合作者建立了生物荧光(Bioluminescence)CT成像的数学模型，并研究了其解的唯一性问题[61]。华中科技大学与海南大学合作团队提出了一种高清晰度、高通量线照明调制光学层析成像，进一步发展了高清荧光显微光学切片断层成像技术，将全脑光学成像从高分辨率提升到高清晰度的新标准[62]，该成果入选了“中国光学十大进展”应用研究类。清华大学研究团队提出扫描光场迭代成像技术，突破了光场感知空间分辨率与角度分辨率间的矛盾，建立了数字自适应光学架构，将毫秒级活体三维亚细胞分辨率连续观测时长从数分钟提高到小时级，时空分辨率提升两个数量级，光毒性降低三个数量级，为揭示神经肿瘤免疫等新现象提供了新工具[63]。华中科技大学数字PET团队针对PET中高速闪烁脉冲采样难题，提出了多电压阈值采样方法(MVT)[64-65]，发明了全数字PET技术，并开发了全数字PET整机系统[66]。山西大学团队针对电子顺磁共振成像(EPRI)提出了三维EPRI的抛物线滤波器的系列设计与实现方法，发展了用于EPRI重建的全变分算法，为基于EPRI氧图像的肿瘤精准放疗研究提供了技术支持[67-68]。西安交通大学与中山大学合作团队提出编码发光X射线成像和CT重建模式，采用纳米技术制作可控发光的平板阵列X射线源器件，采用一系列发光模式照射成像目标形成混叠的投影图像，通过解混叠算法得到清晰和虚拟旋转的平行光束X射线投影，用于X射线透视成像、Tomosynthesis和CT成像，该成像模态的优势在于革新传统的高功率、高成本、高热量和大体积的X射线球管为低功率、低成本、低热量和小体积的平板X射线源器件，只需要少量的编码发光照射，就可以得到平行X射线透视图像和虚拟旋转透视图像，为未来的适形X射线成像和静止适形CT模式提供了可能性。

2.2 CT应用与技术开发

我国CT领域发展的显著特点之一是面向具体应用需求，同时进行理论和算法研究及应用技术开发。经过长期不懈努力，我国CT应用领域取得了大量优秀成果和产业成功的范例。

清华大学工程物理系辐射成像团队面向实际设备开展不完备数据CT、能谱CT、相衬CT和X射线荧光CT等成像理论和算法研究，研制了国内首个大型装备缺陷辐射检测系统，研制出多个世界首创的CT检测系统，包括X射线液体安全检测系统、高能双能大型集装箱CT系统和基于碳纳米管冷阴极分布式X射线源的静态CT智能安检系统等，部分产品已经远销世界各地。该团队在X射线成像和CT领域的成果已经获得多项国家技术发明和科技进步一等奖的奖励。

重庆大学研究团队理论与实践结合，产学研合作，1989年就成立了工业CT研究中心，是我国最早专业从事CT技术产学研工作的单位之一。该中心针对300～2500 mm、1～10 μm和250～500 nm等不同尺度的被测物体研制γ射线、低能X射线和高能加速器X射线系列CT检测设备，主持制定工业CT图像测量国家标准，为航天、航空、铁道、汽车、冶金、石油以及工业和国防部门等提供了专业CT设备和重要的检测服务，科研成果曾获得国家科技进步二等奖。

中国科学院高能物理研究所团队研制了十多种类型的CT系统，包括：基于光子计数探测器的小动物能谱显微CT，用于一类大尺寸板状物的高分辨三维成像的CL设备；在探测器研发方面，该团队研发了多款CT探测器并于近期完成了四阈值光子计数探测器的读出芯片及模块研发；相关技术也得到了实际应用。

华中科技大学数字PET团队与瑞派宁科技有限公司和锐世医疗科技有限公司合作实现全数字PET的研制和产业化，建立了系统和完整的技术体系，分别在科学仪器和医疗装备实现了分辨率和计数率等PET核心性能指标的突破，可望支撑和开拓质子束观测和氧地图绘制等全新应用。首台临床全数字PET于2018年通过国家创新医疗器械特别审批，2019年获中国医疗器械注册证。成果入选“2019年中国十大科技进展新闻”、“十大年度中国医学重大进展”。

首都师范大学CT团队是较早进入工业CT产学研领域的团队之一，他们针对国防应用需求开发了多种类型的工业CT设备，在工业CT的视野扩展、图像伪影校正、超分辨率成像以及GPU加速计算等方面都做出了出色的成绩[69]。该团队坚持产学研结合，与合作方联合创建了三英精密仪器股份有限公司等企业，先后成功开发了X射线三维显微CT、板状物显微分层CT、多功能工业CT和全岩心CT等特色成像设备，并已广泛应用于石油地质、化工材料、生物农业、微电子以及国防等高新技术行业。

中北大学团队研制了高动态X射线CT成像设备，针对特定尺寸的工业和国防部件，研究针对性的成像扫描模式和重建算法以及相关的图像分析方法，解决了特别装备的结构检测、工件缺陷检测和材料组分结构分析等方面的难题，为国防建设做出了重要的贡献。

中国科学院深圳先进技术研究院CT成像团队研究了低剂量CT重建和智能化双能CT分解算法等核心关键技术；先后研制了高分辨显微CT、大视野口腔CT、低剂量静态乳腺CT和快速相衬CT等一批高端成像装备和系统；对新型钙钛矿半导体X射线直接转化的CMOS探测器技术研究和设备开发等方面进行了有益探索。

东南大学团队研发了国内早期的活体小动物显微CT成像系统，采用球管和探测器组合旋转的扫描模式以便于活体目标成像，实现了对小动物组织和器官清晰成像，与医学科研人员进行合作，在基础医学研究方面发挥着重要的作用[70]。

北京友谊医院团队与清华大学团队等合作，攻克了小焦点和大功率X射线发生器难题，研究了从数据校正和运动补偿到重建的关键算法，在此基础上成功研制了分辨尺度达50 μm的双源-双探测器耳科专用CT仪器，为耳科疾病研究和临床诊疗创新提供了利器，研究成果获得了国家科技进步二等奖。目前，该成果已经初步实现了产业化，获得了国家医疗仪器三类注册证。

2.3 CT产业发展

中国CT理论与技术发展从无到有、从有到优，CT产业发展也是如此。经过几十年三代人的不懈努力，中国CT事业得到长足发展，部分进入国际CT先进行列。目前，国内著名的医学CT企业有联影、东软医疗、大医集团、有方医疗、瑞派宁、朗视和纳米维景等，非医学CT厂商有同方威视、真测科技、三英精密、固鸿科技、丹东奥龙、日联科技和深圳卓茂等。

国产医疗CT设备的产业化以东大阿尔派(现为东软医疗)在1997年开发和投入市场的CT-C2000系统[71]为起点(更多的信息请参见[72-73])，之后一直保持增长态势，到目前为止，以联影和东软医疗为代表的国内大型医疗CT生产厂商已经能够开发640层的多排螺旋CT，旋转速度达到4～5圈/秒。与此同时，高性能探测器和大热容量液态金属轴承球管等核心部件也能够自主开发和产业化。在国家政策和重点专项资金的支持下，企业和学术界产学研互相合作，国内CT的功能和性能在人工智能重建及分析技术的帮助下得到了进一步的提升。

非医学CT包括各种工业CT、检测和测量用CT以及用于科学研究的特种CT等。与医学CT具有相对统一的性能标准和工作模式不同，非医学CT是面向任务的CT设备，呈现出多样化的工作模式和性能标准。例如，用于大型金属结构件检测的兆伏级CT、用于板型材料检测的分层CT和用于精密测量的纳米CT等等。因为不同任务的特殊性，CT的系统设计、X射线光源和探测器选择和研制以及重建和分析算法均需要特别定制完成，形成了众多的细分市场。同时，在我国CT事业发展的早期，存在着诸多的产业空白区域。随着国内CT事业的发展，我国逐渐涌现了一大批高新科技企业，基本上满足了国内市场的需要，有的甚至远销海外。其中，源自清华大学工物系的同方威视，其产品牢固占据了各种X射线安检行业的大部分市场，并且拓展到了170个国家和地区，已经形成了在X射线安检行业的国际知名品牌。源自重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心的真测科技，是我国最早进入工业CT产业领域的单位之一，为我国CT工业的发展做出了贡献。

虽然国内医学CT产业已经有了长足的发展，仍然无法改变国际GPS巨头(GE、Philips、Siemens)的产品占据大部分市场的局面，国内产品的年销售数量一直徘徊在不到40%的数量(2019年数据)。近两年情况有所改善，2022年国内品牌CT总销量超过了50%，但64排以上高端CT的市场占有率依旧较低。这个事实说明，中国在医学CT设备相关的技术和产品方面的研发任务依然艰巨。在工业CT产业领域，虽然国内产品的市场占有率优于医疗CT，但主要部件，例如高功率和微焦点球管以及高性能探测器，依然依赖进口。美欧最新发布的“瓦森纳协定”版本中，用于工业无损检测的高性能球管和探测器被列入对华禁运的清单中[74]。因此，我们需要加强CT领域的基础和核心技术的研究工作，一方面在现有的技术轨道上赶超发达国家，另一方面也要研究创新的CT成像模态，独辟蹊径地发展更优异的CT成像技术，为我国在成像领域赶超世界先进水平做贡献。

我国工业CT设备的产业化发展具有明显的产学研用特点。大部分情况下，源自高校和重点科研单位的成果应用到特定的实际场合后，形成产学研良性循环，继而带动科研人员、核心技术以及资本进入市场经济，促进了各类工业CT领域的迅速发展，逐项填补了我国在工业CT产业领域的众多空白，践行了中央提出的坚持创新驱动发展和全面塑造发展新优势的指导方针，在发展中实现了对科技人才培养模式的创新和突破。我国在工业CT产业化领域的发展经历，将对其他产学研用领域的发展提供宝贵的经验。

3 国家自然科学基金委员会对成像领域的资助情况

国家自然科学基金委员会(以下简称“基金委”)成立于1986年，是支持中国基础研究的主要渠道之一，成像研究是其中的重要支持领域之一。根据2017年的资料，基金委资助有关成像领域项目年均超过700项，年均资助经费超过5.2亿元。获资助项目涉及培养创新人才的青年基金、优秀青年基金和杰出青年基金，鼓励探索与竞争的面上项目，推动学科发展的重点项目和重大项目，促进学术交流的国际合作项目，提升仪器研制能力的仪器设备研制项目等。

基金委于1998年设立“科学仪器基础研究专款”，资助学科发展前沿所急需的重要科学仪器的创新性研制或改进。2011年，根据国家科学和经济社会发展战略布局，面向科学前沿和国家需求，以科学目标为导向，设立了“重大科研仪器设备研制专项”。2014年，自然科学基金委将“科学仪器基础研究专款”和“重大科研仪器设备研制专项”整合为“国家重大科研仪器研制项目”，同时，每年预算增加到10亿元经费支持仪器设备研制项目研究，基金委对具有重大创新仪器设备研制工作的支持从此得到了进一步加强。

根据在国际知名网络数据库Web of Science上检索的结果，通过对“CT Reconstruction Algorithm”为主题进行检索，可以很容易地看到，受到NSFC支持的发表论文数量与美国NSF和NIH资助论文的数量比例已经达到63%。这个数据可以充分地说明，国家自然科学基金对CT成像领域的研究给予了及时支持，发挥了基础研究引领作用。

基金委在该领域多年持续的科学基金资助，培养了一批成像领域的优秀科研人才和研究队伍，在国际上形成了一定的影响力，相关研究成果服务于国家重大需求和人民健康。

在基金委的资助工作中，国内几乎全部CT研究团队都受到了面上项目和青年项目的支持，部分优秀团队也受到了重点/重大项目的支持，其中成绩优异的研究团队同时还受到了基金委创新研究群体项目的支持；部分青年人获得国家优秀青年基金和国家杰出青年基金项目等资助。与此同时，CT成像领域中的重要创新均具有理论联系实际的特点。因此，基金委的重大科研仪器研制项目也在此发挥了重要作用，国内CT领域已经取得的重要成果大部分都得到了该类型项目的支持。

最近五年，围绕中央在科学家工作会议上提出的“四个面向”，CT领域相关研究得到了进一步关注，在成像机理、器件研制、系统集成和典型场景应用等方面的理论与技术迭代演进，分别获得了来自数理科学部、化学科学部、生命科学部、地球科学部、工程与材料科学部、信息科学部和医学科学部等项目资助，资助项目数和资助强度逐年提升。2021年新成立交叉科学部和成果转化中心，进一步助力于推动CT等交叉领域科学发展。值得关注的是，信息科学是研究信息的产生、获取、存储、传输、处理显示及其创新应用的学科，与CT成像有天然的联系。希望科研人员围绕国防工业和人民健康等重大需求，探索“卡脖子”技术背后的基础科学问题，不断开拓创新，积极促进具有自主知识产权原创性科研仪器研制与应用。

4 发展建议

CT技术是一个复杂精密的系统，涉及关键模块有射线源、探测器、CT系统标定、数据预处理、重建和分析算法等。每个模块都与CT系统的成像质量密切相关，颇有“牵一发动全身”的关联。所以必须结合系统需求、问题导向和系统考虑等思考CT设计与制造的问题。主要发展建议：

探索电磁波与物质相互作用新机理，研究CT成像新机制；发展新型射线源技术，研制高效灵敏探测器；面向重要场景应用，发展软硬件协同技术，研究高效成像算法；探索噪声抑制技术和干扰利用技术，基于目标数据模型与成像模型，提升智能成像水平和能力；基于射线源非单色性，研究多能谱高分辨成像技术；研究利用射线与物质作用相位变化占优特性的相位成像技术；鼓励多学科融合，面向生物及材料等领域的挑战问题，发展个性化检测技术；需求牵引目标导向，从系统角度研究成像理论，发展多模式成像技术，提高实时高分辨能力。面向人民健康，发展低剂量高效安全的检测成像仪器设备。

致谢

在文稿组织过程当中，中国体视学学会CT理论与应用分会、《CT理论与应用研究》杂志毛国敏、北京信息科技大学邱钧教授等提供了丰富的历史材料；在文稿完成过程当中，首都师范大学张朋教授、西安交通大学牟轩沁教授等给出了建设性的意见，西安交通大学牟轩沁教授参与完成了稿件修订。感谢国家自然科学基金委信息中心提供的探测与成像领域数据资料；感谢有关单位的专家在百忙之中提供的进展材料。

后记

在邱佩璋先生逝世一周年之际，我们谨以此文缅怀邱先生对发展CT理论和技术所做出的重要贡献。

邱佩璋先生生于1927年，1951年上海交通大学数学系毕业后进入中科院数学所，师从吴新谋先生从事偏微分方程研究。1957年响应国家号召支边建设内蒙古大学数学系。1984年调入北京信息工程学院，并创建应用数学研究室。邱佩璋先生倡导理论与实践相结合，1980年代开始从事CT理论与应用研究，1985年组织成立了北京第一个CT兴趣小组，与北京师范大学罗承忠教授和地震局郭履灿研究员等组织CT理论、波动方程反问题和雷达成像等讨论班，并在北京信息工程学院开设了第一届CT理论与技术辅导课程。1986年8月，邱佩璋先生与郭履灿、罗承忠和吴律等人共同组织召开了第一届CT理论与应用学术讨论会，并成立了CT联络会筹备组。同年12月，中国计算机学会CT理论与应用研究会成立，邱佩璋先生当选该研究会首任理事长。

邱佩璋先生是我国最早开展CT理论与应用研究的重要学术带头人之一，组织领导了我国CT理论与应用研究的早期工作和相关国家级科研项目。邱先生也是《CT理论与应用研究》期刊的主要创建人之一。1987年8月，我国第一本CT杂志《CT理论与应用研究论文集》(试刊第一期)出版，1989年12月《CT理论与应用研究》正式发刊。邱佩璋先生在学会发展与变革时期发挥了重要的推动作用，与郭履灿和陈惟昌等专家学者一起卓有成效地推进了学会的发展壮大。1997年，学会更名“中国体视学学会CT理论与应用分会”。该分会将CT理论与应用、图像分析、生物医学和材料科学等学科有机地联系起来，推进了学科交叉融合与发展，为推动我国CT理论研究和应用发挥了重要作用。