光子计数探测器技术应用进展

光子计数探测器(PCD)是一种用于检测X射线光子的装置,能够将光子能量直接转化为电信号,从而实现对光子的计数和测量。基于PCD的能谱CT技术(PCD-CT)可以提供额外的能谱成像信息,改善成像质量,同时降低辐射剂量。相较于能量积分探测器(EID),PCD具有能量转换效率高、成像质量好、结构设计精巧、应用范围广等优势,在超低剂量CT、特定病症检验及工业检测中具有广阔的应用前景。综述PCD-CT在能谱CT成像中的应用,为其在临床医疗诊断与工业应用提供有益参考。

光子计数探测器CT在骨肌系统疾病中的研究进展

光子计数探测器(PCD)-CT可以直接进行单光子成像,兼有常规CT检查的功能,具有物质分析准确、扫描剂量低、影像质量高的优势,对减少影像金属伪影、骨肌系统疾病分级等具有重要价值。综述PCD-CT的基本原理,及其在骨关节炎分析、骨肿瘤定量诊断、儿童骨肌低剂量扫描、骨骼微结构显示及骨关节假体评估中的应用进展。

钙钛矿晶体高性能γ射线光子计数探测器

射线光子计数探测在医疗诊断、航天和环境监测等领域有重要的应用。钙钛矿是一种新型的光电材料,它对γ射线光子具有优秀的吸收和光电转换特性。本文以高品质钙钛矿晶体作为γ射线光子吸收体,利用溶液外延掺杂的方法生长钙钛矿晶体半导体结。通过调控晶体杂质浓度,使钙钛矿本征层获得很高的电位降落,并利用超厚的本征层充分吸收γ射线光子;通过本征层两侧的p型和n型薄层建立适当的阻挡势垒,抑制暗态载流子的注入,从而降低探测器的暗电流和噪声。研究结果表明,通过溶液法外延掺杂制备钙钛矿晶体γ射线光子计数探测器,可以明显抑制γ光子探测噪声和暗电流,具有较高的γ光子能量以及同位素源活度的识别能力。

碲锌镉光子计数探测器最佳工作温度程序设计

近年来,光子计数型能谱CT一直是医疗成像领域的研究热点,伴随着西门子医疗推出光子计数CT“NAEOTOM Alpha”,其核心器件光子计数探测器再次进入人们的视野。面向X射线应用的光子计数探测器可按照入射能量的不同对信号分能区计数,通过后续多能区算法重建,使光子计数能谱CT展现出更高信噪比、更高分辨率以及更准确的物质识别等优点。文章测试了不同温度下碲锌镉光子计数探测器的计数曲线以及像素间一致性,并就成像效果进行对比,确定了其工作的最佳温度区间,提升了碲锌镉光子计数探测器在医疗成像、工业检测等领域应用的性能。

极紫外波段微通道板光子计数探测器

研究了一种极紫外波段微通道板(MCP)光子计数探测器,用于探测地球等离子体层中极微弱的30.4 nm辐射。通过改变电压、温度等参数对比了该微通道板光子计数探测器的暗噪声和分辨率的变化。结果表明:微通道板探测器的暗噪声主要来源于残余气体离子反馈和热噪声,因此要降低探测器暗噪声,应对微通道进行彻底的预处理除气,并尽量避免探测器在高温状态下工作,常温下经过预处理的微通道板光子探测系统的暗计数率仅为0.34 count/(s.cm2)。系统的分辨率主要受电压和计数率的影响,受温度影响不明显。由于不同的微通道板有不同的耐压范围,过小或过大的电压或计数率都会造成系统分辨率的降低。

基于X射线光子计数探测技术的材料K-edge特性识别实验研究

X射线光子计数探测器是多能谱CT成像技术的核心,其通过能量阈值可以选择记录不同能量的X射线光子,有助于分析不同材质的物理特性。利用搭建的基于光子计数探测器的多能谱CT系统,开展高纯度金属材料K-edge特性识别实验研究。通过设置探测器的不同能量阈值,在不同能量范围获取金属材料投影图像,利用投影图像灰度信息分析不同能量X射线的衰减特性,以识别金属材料K-edge特性。最终实验结果表明,基于光子计数探测器的X射线能谱CT系统,能够识别金属材料与特定能量X射线光子发生相互作用所表现出的K-edge特性。通过计算K-edge特征峰能量阈值与材料K-edge理论能量值之间的线性对应关系,对光子计数探测器的能量阈值进行了标定。

光子计数探测器感应位敏阳极的电子云扩散

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响,研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率,故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系,推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30～2 700MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验,结果表明:当Ge膜方块电阻在上述范围时,光子计数探测器在计数率为53kc/s时分辨率可以达到0.5mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。

基于Vernier阳极微通道板光子计数探测器分割噪声

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.

光子计数探测与成像实验装置设计

光子计数探测是微弱光学辐射探测和超快速成像研究的关键技术。利用工作于盖革模式的雪崩光电二极管(APD)结合适当的驱动熄灭电路和NI-PCI高速图像数据采集卡构成实验系统硬件框架,通过Labview和VC++混合编程实现系统的数据采集处理程序和显示界面,设计建立了一套光子计数探测与成像实验装置,详细介绍了实施方案。该实验装置实现了光子计数脉冲信号的探测、处理与显示,为微弱光学辐射信号的探测与超快速成像研究提供了实验平台。

微通道板增益对光子计数探测器成像性能影响

微通道板作为二维位置灵敏阳极光子计数探测器中的电子倍增器件,其增益特性直接影响探测器的成像性能。搭建了系统测试平台,测量了微通道板的增益随电压变化曲线,并获得了3块微通道板叠加后的脉冲高度分布曲线。根据测试结果以及脉冲高度分布曲线的能量分辨率与探测器增益的均匀性之间的物理关系,选择合适电压值和增益对探测器的性能进行优化,探测器分辨率由3.56lp/mm提高到4.49lp/mm,获得了清晰图像,为探测器的研制提供了技术支持。

基于光子计数探测器的X线CT蒙特卡罗仿真

目的:基于光子计数探测器的X线CT(Photon Counting Computed Tomography,PCCT)较传统CT成像最突出的特点是可实现多参数成像,包括基物质成像和单能量成像等。然而,当前商用光子计数探测器的计数率低、能量分辨率有限,大大限制了PCCT更为广泛的临床应用。为了更好地研究PCCT成像技术,本文系统地研究了基于光子计数探测器的X线CT蒙特卡罗仿真方法,深入探讨了K值效应及能量段宽度对成像质量的影响。方法:首先通过PENELOPE(Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons)仿真软件对PCCT成像系统进行设计,完成光子计数探测器的配置,其后基于仿真系统完成不同体模的能谱CT数据仿真。针对K值效应及能量段宽度对图像质量的影响,对相关数据进行了定量分析。结果:本研究设计的PCCT成像仿真系统能有效地实现能谱CT数据采集与成像性能分析,其中对比剂在K缘处的对比度噪声比较其在非K缘处高,并且对比剂在适当宽度的能量段里获得优质的图像。结论:本研究设计的PCCT成像仿真系统能有效地实现能谱CT数据采集与成像性能分析。

光子计数探测器的响应函数标定及校正方法

建立了XCounter Flite X1型光子计数探测器的响应函数模型。利用X射线荧光作为射线源,通过蒙特卡罗方法,模拟了入射能谱与探测器材料中的能量沉积能谱。响应函数包括高斯函数与经验型的修正函数,修正函数由直线段构成,通过最小二乘的方法来确定其中的参数,探测器像素不一致性的校正包括阈值校正与响应函数的校正。把经过校正的模型结果与实验结果对比并计算平均误差,得到在各能量段下误差都小于2.5%的结果,利用该响应函数进行能谱恢复与材料分解,两者具有比较理想的结果,充分说明了该校正方法的有效性与准确性。

基于X射线连续谱的光子计数探测器能量标定方法

随着探测器技术的发展,具有能量分辨能力的光子计数探测器在X射线能谱CT成像中应用越来越广泛。能量与阈值的对应关系对能谱CT成像具有重要意义,受到实验条件的限制,目前的光子计数探测器的能量标定方法有一定的局限性。针对光子计数探测器的单像素标定问题,本文提出一种基于X射线光机连续谱的能量标定方法,通过建立和分析X光谱模型,利用光机连续谱中高能端的能量信息,得到阈值与能量之间的关系。实验结果表明该方法操作方便,对探测器单像素标定结果较为准确,对其他类型光子计数探测器的标定具有参考意义。

光子计数探测的非线性失真及其改进的研究

本文对光子计数探测中堵塞漏计引起的非线性失真现象作了一些新的探讨相分析,提出了一套新的减少漏计的论证。该论证一旦实现,将会大大扩展光子计数探测的线性范围,进一步提高探测的灵敏度、信噪比和精度。

光子计数探测的非线性失真及其改进的研究和探讨──一种多路光子探测法的方案论证（二）

对光子计数探测中堵塞漏计引起的非线性失真现象作了一些新的探讨和分析，提出了一套新的减少漏计的方法，多路光子探测法将会大大扩展光子计数探测的线性范围，进一步提高探测的灵敏度、信噪比和精度，使探测的水平跃上一个新的台阶。

光子计数探测的非线性失真及其改进的研究和探讨—一种多路光子探测法的方

对光子计数探测中堵塞漏计引起的非线性失真现象作了一些新的探讨和分析，提出了一套新的减少漏计的方法，多路光子探测法将会大大扩展光子计数探测的线性范围，进一步提高探测的灵敏度，信噪比和精度，使探测的水平跃上一个新的台阶。

光子计数探测器CT双能量成像诊断脑卒中血管内血栓切除术后对比剂外渗合并脑出血1例

该文报道了1例光子计数探测器CT双能量成像诊断脑卒中血管内血栓切除术后对比剂外渗合并脑出血。患者女,86岁。患者突发意识障碍,MRI显示小脑蚓部、双侧颞枕叶、中脑及右侧丘脑急性梗死灶,经脑血管造影术血管内血栓切除术后行光子计数探测器CT双能量成像,显示碘对比剂外渗合并脑出血,指导临床及时更改治疗方案,复查显示出血吸收。

月基极紫外相机光子计数成像探测器Ge膜的空间质子辐照稳定性

光子计数成像探测器是月基极紫外相机等空间成像载荷的核心成像器件。Ge膜作为探测器的电荷感应层,在空间质子辐照环境下的稳定性直接影响系统的成像质量。采用Monte-Carlo法仿真了500 nm Ge膜被10、50和100 keV高能质子辐照后,Ge膜内部的质子浓度分布与空位缺陷分布。仿真结果表明,50 keV质子在Ge膜内部产生的空位缺陷对膜层内部损伤最大。对100、230、350和500 nm厚度Ge膜分别进行50 keV质子辐照实验,经方阻仪测试显示,越厚的薄膜辐照后方阻变化越大,500 nm比100 nm Ge膜方阻增加量高约500 MΩ/。通过原子力显微镜(AFM)表征发现,500 nm Ge膜辐照后出现膜层凸起与分离,均方根表面粗糙度由1.63 nm增至约10 nm。研究结果表明,在满足方阻要求的前提下,通过对Ge膜厚度的合理设计,可以有效减小高能质子辐照带来的损伤。

用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究

研制了用于脉冲星导航的x射线光子计数探测器原理样机,该探测器主要由对x射线灵敏度较高的CsI光电阴极、微通道板电子倍增器和收集阳极组成.对X射线光子计数探测器灵敏度、时间分辨率和整个系统的死时间进行了测试,实验结果表明该探测器的灵敏度在5 keV时可达5.2×10~3 A/W,时间分辨率可达到1.1 ns,系统整体的死时问为100 ns.

基于交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维超分辨成像(特邀)

以未来天基态势感知对远距离空间目标高灵敏度探测与精细三维成像的潜在需求为出发点,开展以光子灵敏探测器为核心的光子计数激光三维成像系统及关键技术研究。提出了一种基于自主研制的交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维成像技术。首先介绍了该技术的基本原理,并从全链路建模与成像仿真特性分析的角度对其空间应用的潜力进行了研究;之后探讨了多域联合三维超分辨重建提升系统时空分辨能力的可行性;最后研制了基于交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维成像原理样机,在6.8 m距离处实现了距离分辨率优于5 mm的三维成像效果,证明了该技术方法的有效性。