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创新

基础知识

X射线的成像


X射线的穿透能力

     X射线在穿透物体过程中会与物体内的原子进行相互作用(包括光电效应、康普顿效应、电子对效应等)而发生衰减。简单来讲,组成物体的原子序数越大(质量密度越高),X射线的衰减越大,穿透能力越弱,反之亦然。


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X射线成像的空间分辨率

     与可见光不同,很难对X射线进行折射和聚焦,可以认为X射线沿直线传播。X射线成像时的空间分辨率,主要依赖X射线源的焦点尺寸、探测器的探元尺寸以及样品位置的距离关系确定。


放大比

     是X射线源与探测器距离和X射线源与样品距离的比值,下图为X射线放大成像的原理示意图,系统的放大比M为SDD与SOD的比值。


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空间分辨率

     在放大比的基础上,引入X射线源的焦点和探测器的探元尺寸两个参数,即可通过公式计算空间分辨率。美国工程制造协会在E1441-00 ASTM文件上首次定义了有效射束宽度的概念,简记为BW。空间分辨率=BW的一半,计算公式如下:




如何提高空间分辨率?

在实际的CT设备中,焦点尺寸a和探测器探元d的数值是相对确定的数值,放大比M是可以通过调节射线源、样品台、探测器三者的相对位置进行变化的。

根据数学知识,分辨率公式中有2个极限最小值

A. 当放大比M→∞时,空间分辨率→0.5a

B. 当放大比M1 时,空间分辨率→0.5d

结合实际的CT设备:

情况A代表的含义是:当系统的放大比M取最大值时,即样品紧贴射线源SOD最小,探测器距离射线源最远SDD最大,可以获得系统的最高分辨率。射线源焦点尺寸越小,分辨率数值越小,分辨能力越高。这是我们常见的平板探测器成像系统中,在追求更高分辨率时,会通过选用更小焦点尺寸的X射线源来实现。

如下图所示,左图为理想化的极小尺寸焦点,右图为焦点尺寸变大造成成像模糊

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情况B代表的含义是:当系统的放大比M趋近于1时,即样品靠近探测器一侧,可以获得系统的最高分辨率,此时探测器的探元尺寸越小,分辨率数值越小,分辨能力越高。因为通常的射线源和探测器器件中,d是远远大于a的,采用这种成像条件时分辨率较低。而我们独特的物镜耦合探测器,通过光学二次放大的过程,相当于在成像镜头的闪烁片上形成极小尺寸的探原尺寸d,从而能够运用这种成像原理获得极高的分辨率。更多技术介绍可以参考物镜耦合技术





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