CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
X射线闪烁体成像探测器光学编码成像研究
夏慧娟
Subtype博士
Thesis Advisor邰仁忠
2020-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
KeywordX射线间接成像探测器 闪烁体 点扩散函数 高频信息 极紫外干涉光刻
Abstract在X射线成像各类技术中,X射线间接成像器由于具有探测效率高等优势,因此是一项很重要的技术。X射线间接成像器将入射的X射线通过闪烁体转换成可见光,随后物像经过后续的光学透镜系统传送到成像探测阵列中实现图像可视和读取。因此闪烁体的性能是X射线探测器性能的基础,闪烁体影响着X射线间接成像探测器的空间分辨率、时间分辨率和探测效率等重要指标。众所周知,闪烁体可以吸收高能射线后发出可见光,具有不潮解、耐高低温、热力学性能稳定、实用性、适用性强,并且具有微米级的成像分辨率等优点,在科研医疗、行李安检、工业探伤、辐射探测领域、设备无损检测等方面发挥重要作用。但是闪烁体的折射率与空气的折射率差距比较大,闪烁体内部的受激光子在闪烁体和空气的界面处发生全反射,损失大量受激光子,特别是中高频光信息,造成X射线间接成像探测器成像质量不高。因此,对高性能X射线间接成像探测器的需求吸引了众多科学研究人员从多方面进行深入研究。为了提高X射线间接成像探测器的成像质量,提高图像细节信噪比,解决X射线成像方法学的不足,我们提出了创新性的解决方案,并且进行了大量实验工作,具体工作内容如下:(一)为了研究高性能硬X射线间接闪烁成像探测器,提高探测器的成像质量,并且解决由于闪烁体高折射率产生的衍射限制,导致中高频信息的丢失问题,我们提出了一种重新恢复这些图像中高频信息的技术。在该技术中将二维高密度光栅覆盖在闪烁体的出射面上作为编码器,通过一阶衍射将中高频信息转移到低频区域,从而使中高频信息从闪烁体内部出射。最后我们把编码器的影响近似为修正点扩散函数(PSF),用修正PSF对相机记录的图像进行解码,将转移到低频区域的高频信息重新转换到高频区域,从而大大提高了信噪比。我们称之为高空间频谱增强重建(HSFER)方法。最终进行实验,验证了HSFER方法的有效性、实用性和适用性。实验结果表明,HSFER方法可以大幅度提高图像细节信噪比,使图像细节更加清晰,与此同时,该方法可以降低成像实验中曝光剂量,使在较低剂量下实现高信噪比重建。在许多实际应用领域中,HSFER技术都有希望实现高信噪比、高空间分辨率成像,并且高保真地成像,特别是在基于大型同步辐射装置或桌面X射线管的高空间分辨率X射线间接成像中。与同实验条件低辐射剂量下的间接X射线成像相比,HSFER技术具有更高的对比度和信噪比。(二)在HSFER技术中,需要构建只依赖系统的描述编码器的PSF,但是在测量PSF中,往往会受到图像的影响,因此在HSFER技术中需要构建与图像无关的编码器PSF,为了消除具体图像的影响,我们提出了一种利用迭代算法重构PSF的方法,从而在非相干光照明情况下获得编码器PSF。我们利用非相干光下光信息分布的非定域性重建了PSF中央区域,并且成功应用于基于HSFER方法的这种复杂X射线间接成像系统。根据同步辐射成像实验的结果比较,迭代算法构建该PSF能准确地复原图像,并且图像保真度高,信噪比提升明显,实现一步成像。(三)基于上述理论,我们研制了一套适合我们HSFER方法的大数值孔径成像探测器,保证频谱的连续性,成功进行了X射线间接成像实验。实验显示,信噪比实现了52倍的增长,最终的成像实验结果证明了成像探测器使用HSFER技术具有较强的实用性。(四)极紫外(EUV)干涉光刻技术适用于高效地制备精确周期的大面积纳米结构。我们利用课题组已有的技术应用在HSFER成像实验中,做了以下工作:利用大面积拼接技术制备厘米级的二维高密度光栅作为编码器进行了成像实验,获得了高信噪比图像,该技术有望应用在CT成像中;用含有金属氧化物的光刻胶直接制备二维高密度光栅,形成的图案不需要图形转移,且具备很强的稳定性,避免了后处理引起的图形转移的失真。
Pages119
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32453
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Affiliation中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
First Author Affilication中国科学院上海应用物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
夏慧娟. X射线闪烁体成像探测器光学编码成像研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2020.
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