X射线闪烁体光学成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种X射线闪烁体光学成像系统，该系统将X射线转化成可见光并成像在电荷耦合器探测器（21）上，其特征在于：该系统包括：提供X射线的点源（10）；闪烁体（15）；设置在点源（10）与闪烁体（15）之间且具有旋转、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的载物台（22）；涂敷在闪烁体（15）与载物台相对的一面的可见光反射涂层（12）；与闪烁体（15）连接的光学玻璃基底（16）；与光学玻璃基底（16）相连的显微物镜（17）。本实用新型专利技术整个系统更加紧凑，能有效避免X射线对电荷耦合器的损伤。管镜则将平行光线聚焦的电荷耦合器的感应面上。另外通过显微物镜转换装置实现转换显微物镜，得到不同的放大倍数。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及X射线闪烁体光学成像系统，更具体的涉及了将X射线通过铈激活钇铝石榴石单晶转化成可见光，可见光进入物镜、转向镜、管镜这个光路系统进行放大成像，最终成像在电荷耦合器(CCD)感应面上。
技术介绍
X射线成像在日常生活中起着重要的作用，从医疗X射线成像的应用到机场安检装置，X射线成像的探测器都起着重要作用。X射线成像系统的探测器通常可分成两类基于化学方法的探测器，如胶片；电子探测器，如电荷耦合器(CCD)或成像板。基于化学方法的探测器是传统的X射线成像探测器。化学探测器是最先运用于X 线成像的，然而，基于化学方法的探测器无法重复利用，成像速度慢代价高。另外X射线胶片的分辨率约为10微米，主要取决于胶片感光颗粒的大小，高感光度胶片有比较大的感光颗粒，其分辨率在50-100微米。大多数电子探测器是基于电荷耦合器(CCD)相机或成像板的探测器有效地解决了基于化学方法的探测器的弊端，可以重复利用，电子探测器所记录的图像可以在曝光后立即读出。但是，这些电子探测器若直接感应X射线，电子探测器的门电路会受到辐射损伤。当然，如果门电路辐射损伤可以控制在一定范围内，电子探测器有较长的使用寿命。直接连成像电荷耦合器(CXD)的探测器，X射线直接辐射电荷耦合器(CXD)芯片使其产生电子空穴对。该系统的优点是有很高的转化效率，X线一般可以控制在100千电子伏以内，但是大多数的电荷耦合器(CCD)芯片的像素大小为6-20微米，所以探测的分辨率只能达到10微米左右。还有就是硬X射线的直接照射会造成CXD的损伤，大大的降低CXD 的使用次数。为了解决这种X线直接照射带来的损伤现可以采用闪烁体光纤锥耦合的电荷耦合器(CCD)探测器，光纤锥的一端与电荷耦合器(CCD)芯片相连，另一端则与闪烁体相接。 该系统的分辨率为几个微米，光线转换效率通常相当高，一般有70%-80%。由于X射线辐射经闪烁体后通过光线锥到达电荷耦合器(CCD)，可以使电荷耦合器(CCD)以免受辐射损伤。 但是，这样的系统存在光纤锥的失真，且这种失真会随着放大倍数的增大而增强。本系统为了得到较高的分辨率以及避免X线直接照射带来的电荷耦合器(CCD) 使用寿命的降低，首先采用将闪烁体与显微物镜结合的探测器得到较高的分辨率，在最佳条件下其分辨率可达到1微米以上。通过采用光线转向装置避免X线的直接照射。本系统采用了显微物镜，所以其分辨率是最高的。也正是因为其高分辨率，选择没有纹理的单晶作为闪烁体材料。此外，使用高数值孔径使物镜系统光通量增加。通过操作结构改变物镜系统可以大范围的提高放大倍数和分辨率。
技术实现思路
技术问题本技术要解决的技术问题是提出一种X射线闪烁体光学成像系统，该系统采用光子能量在20-70千电子伏特范围内的X射线，通过动态置换不同的物镜系统，可使该系统的分辨率可达到1微米以上。技术方案为解决上述技术问题，本技术提出一种X射线闪烁体光学成像系统，该系统将X射线转化成可见光并成像在电荷耦合器探测器上，该系统包括提供X射线的点源；闪烁体；设置在点源与闪烁体之间且具有旋转、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的载物台；涂敷在闪烁体与载物台相对的一面的可见光反射涂层；与闪烁体连接的光学玻璃基底；与光学玻璃基底相连的显微物镜；与显微物镜相距一定距离的转向镜；与转向镜相距一定距离的管镜；与管镜相连的电荷耦合器探测器；其中，点源发射X射线，经过载物台上的物体的吸收，到达闪烁体，同时闪烁体吸收转化X射线成可见光，可见光通过光学玻璃基底折射后到达显微物镜的前端，显微物镜与转向镜的夹角等于管镜与转向镜的夹角，显微物镜将闪烁体发出的可见光线成像到无穷远处；该光线经转向镜后方向转变，管镜则将光线聚焦到可见光电荷耦合器探测器的感应面上，通过这样的将X射线转换成可见光并聚焦的过程获得图像。优选的，所述的闪烁体材料是铈激活钇铝石榴石单晶。优选的，所述的闪烁体的厚度因整个系统的放大倍数不同而不同。优选的，可见光反射涂层为铝膜。优选的，所述的管镜经过显微物镜的平行光线聚焦到电荷耦合器探测器感应面上。优选的，所述的显微物镜像方视场范围为^mmX沈讓。优选的，所述的光学玻璃基底的折射率η为1.5。有益效果通过将X射线转变成可见光进行方法成像，有效的避免了在X射线显微成像过程中微焦点源对造成的伪影影响，同时可以实现显微分辨率的显著提高。通过设置转向镜可以有效避免X射线对电荷耦合器的损伤。通过设置不同放大倍数的物镜系统的转换装置可以实现不同尺度成像的需要。附图说明图1 :Χ射线闪烁体光学成像系统的示意图；图2 不同放大倍数的物镜系统转换示意图；图3 显微物镜的设计示意图；图4 管镜的设计示意图。图中有点源10，载物台旋转轴11，可见光反射铝模12，粘合部分13，闪烁体15， 光学玻璃基底16，显微物镜17，可见光18，转向镜19，管镜20，电荷耦合器探测器21 ；载物台22，转盘31 ；由可见光反射铝模12—显微物镜17组成的物镜系统33，调节装置32。具体实施方式为了更详尽地表述上述专利技术的技术方案，以下列举出具体的实施例来说明技术效果。需要强调的是，这些实施例是用于说明本技术而不限制本技术的范围。本技术提供了一个X射线闪烁体光学成像系统。该系统采用光子能量在 20-70千电子伏特范围内的X射线，通过动态置换不同的物镜系统，可使该系统的分辨率可达到1微米以上。另外该探测器的光学转向镜装置和非常薄的单晶闪烁体装置使该光学成像系统成为一个高能X射线滤波器，在闪烁体前的铝膜设计又可以有效滤除较低能的X射线，这就使该系统变成了一个X射线带通滤波器，可以有效的滤除产生全吸收的低能射线和穿透性很强的高能射线。该成像系统具有广泛的应用领域，可用于DR (数字化X射线摄影系统)和CT (计算机X线断层扫描技术)成像等。本技术设计了一种X射线闪烁体成像光学系统，该系统由闪烁体、基底、显微物镜、转向镜、管镜、光电耦合探测器CCD以及机架和操作结构组成。闪烁体吸收带通范围内的低能量X射线并将其转化成特定光学频率或波长的可见光。显微物镜收集闪烁体发出的可见光，成像于无限远处。显微物镜与闪烁体之间为了增加光通量采用折射率较大的光学玻璃基底间隔。转向镜转变光线方向，使整个系统更加紧凑并同时滤过高能射线。管镜则将平行光线聚焦到CCD (可见光光电耦合探测器)的感应面上。优选的，针对不同的放大倍数，设计多个显微物镜系统，这些物镜系统的放大倍数不同，可以通过旋转更换物镜系统，得到不同的放大倍数。优选的，管镜是唯一的，不同的物镜系统都和这个管镜相匹配。优选的，每个显微物镜系统包括物镜、闪烁体、基底这三部份，这三者通过粘合作用连接在一起。优选的，基底的折射系数同时与显微物镜和闪烁体材料相匹配，为了增加数值孔径尽量选择折射率较大的基底。优选的，闪烁体材料是单晶材料，单晶闪烁体材料可以确保没有由颗粒尺寸引起的分辨率丢失。优选的，闪烁体材料是铈激活钇铝石榴石(Ce3+ YAG)单晶。此外，闪烁体材料需要相当薄，厚度在10微米至50微米之间变化，选取的数值孔径越大景深就越小，闪烁体就越薄，本系统最薄的闪烁体厚度为10微米。优选的，使用薄的单晶闪烁体材料，该闪烁体材料与玻璃基底粘合在一起并刨成斜角打本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｘ射线闪烁体光学成像系统，该系统将Ｘ射线转化成可见光并成像在电荷耦合器探测器（２１）上，其特征在于：该系统包括：提供Ｘ射线的点源（１０）；闪烁体（１５）；设置在点源（１０）与闪烁体（１５）之间且具有旋转、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的载物台（２２）；涂敷在闪烁体（１５）与载物台相对的一面的可见光反射涂层（１２）；与闪烁体（１５）连接的光学玻璃基底（１６）；与光学玻璃基底（１６）相连的显微物镜（１７）；与显微物镜（１７）相距一定距离的转向镜（１９）；与转向镜（１９）相距一定距离的管镜（２０）；　与管镜（２０）相连的电荷耦合器探测器（２１）；其中，点源（１０）发射Ｘ射线，经过载物台（２２）上的物体的吸收，到达闪烁体（１５），同时闪烁体（１５）吸收转化Ｘ射线成可见光，可见光通过光学玻璃基底（１６）折射后到达显微物镜（１７）的前端，显微物镜（１７）与转向镜（１９）的夹角等于管镜（２０）与转向镜（１９）的夹角，显微物镜将闪烁体（１５）发出的可见光线（１８）成像到无穷远处；该光线经转向镜（１９）后方向转变，管镜（２０）则将光线聚焦到可见光电荷耦合器探测器（２１）的感应面上，通过这样的将Ｘ射线转换成可见光并聚焦的过程获得图像。...

【技术特征摘要】
1.一种X射线闪烁体光学成像系统，该系统将X射线转化成可见光并成像在电荷耦合器探测器(21)上，其特征在于该系统包括提供X射线的点源(10)；闪烁体(15)；设置在点源(10)与闪烁体(15)之间且具有旋转、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的载物台(22);涂敷在闪烁体(15)与载物台相对的一面的可见光反射涂层(12);与闪烁体(15)连接的光学玻璃基底(16);与光学玻璃基底(16)相连的显微物镜(17);与显微物镜(17)相距一定距离的转向镜(19);与转向镜(19)相距一定距离的管镜(20);与管镜(20)相连的电荷耦合器探测器(21);其中，点源(10)发射X射线，经过载物台(22)上的物体的吸收，到达闪烁体(15)，同时闪烁体(15)吸收转化X射线成可见光，可见光通过光学玻璃基底(16)折射后到达显微物镜(17)的前端，显微物镜(17)与转向镜(19)的夹角等于管镜(20)与转向镜(19)的夹角，显微物镜将闪烁体(15)发出的可见光线(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾宁，李光，罗守华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84