基于透镜耦合的X 射线成像探测器闪烁体厚度对成像质量的影响.PDF

第 37 卷 第 7 期 核 技 术 Vol.37, No.7 2014 年 7 月 NUCLEAR TECHNIQUES July 2014 基于透镜耦合的 X 射线成像探测器闪烁体厚度对 成像质量的影响 张永兴 1,2 谢红兰 1 杜国浩 1 陈荣昌 1 肖体乔1 1 （中国科学院上海应用物理研究所张江园区 上海 201204 ） 2 （中国科学院大学 北京 100049 ） 摘要 闪烁体是同步辐射X 射线成像探测器的重要组成部分，它将入射 X 射线转换为可见光，再由可见光成 像探测器接收成像。闪烁体的厚度对成像的空间分辨率、图像衬度有较大的影响，选取合适的厚度的闪烁体， 与探测器物镜（数值孔径）及 X 射线能量等实验条件达到最理想的匹配，将有助于获得高质量的 X 射线成像 结果。但目前上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)用户在开展 X 射线成像实验时，基本都 未考虑到闪烁体厚度对成像质量影响的这个因素，难以获得最佳图像质量的实验结果。本文先根据理论的分 辨率曲线预测了探测器各个镜头的闪烁体的最佳匹配厚度，并利用上海光源成像线站(BL13W1)配备的 PCO2000 探测器以及不同厚度的 YAG 闪烁体进行了实验验证，经过对实验结果的图像衬度进行分析，获得了 探测器各个物镜镜头的最佳匹配闪烁体厚度，实验结果与理论预测值基本相符，这将为上海光源成像线站基 于透镜耦合的 X 射线成像探测器的高效使用提供指导。 关键词 X 射线成像探测器，闪烁体，空间分辨率，衬度 中图分类号 TL816+ .1 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.070102 X 射线自 1895 年德国物理学家伦琴发现后，就 用间接式成像探测器对物体成像，利用闪烁体将 X 被首先应用于医学成像领域[1] 。在随后 100 多年中， 射线转换为可见光，再利用可见光成像探测器对物 X 射线成像技术得到快速的发展。20 世纪 70 年代， 体成像，可以避免 X 射线直接照射在探测器造成辐 德国人 Hartmann W 等[2]用荧光物质作为 X 射线转 射损伤，有效保证探测器的寿命[6] 。 换屏，研制出世界上第一个 X 射线间接成像探测器 目前，国际上成熟的硬X 射线间接成像探测器 [7] [8] 系统；90 年代，以单晶闪烁体作为转换屏开始应用 主要有两种结构：光纤耦合式 和透镜耦合式 。 于 X 射线成像探测器，空间分辨率接近闪烁体发射 基于光纤耦合的 X 射线成像探测器的系统结构如 的可见光的瑞利衍射极限[3] 。随后，高分辨率成像 图 1(a)所示，闪烁晶体将X 射线转换成可见光后通 探测器开始广泛应用于同步辐射光源，工业 X 射线 过光纤耦合到制冷的 CCD 靶面上获得图像[7] 。这种 CT 等成像技术逐步发展起来，分辨率达到微米量 结构的成像探测器效率较高，但在工作过程中， 级[4] 。目前，X 射线成像技术在医学、材料、生命 CCD 等主要核心部件全都在直通光路中，高功率密 科学、无损检测、工业探伤等领域发挥着举足轻重 度的 X 射线直通光的照射会对其造成辐射损伤。基 [5−6] 的作用 。