新型X射线影像增强系统分辨率数学模型

　　引 言

　　目前，国内外普遍采用 X 射线影像增强器作为 X 射线成像机的接收器件[1-3]。它属于电子光学聚焦真空管型成像器件，主要由真空倒像管和透镜耦合 CCD 组成。虽然这种成像器件信噪比较高，但价格高，并且某部分出了问题，要整管报废。国内目前大多进口此类器件来组装 X 射线成像机。由于价格因素，通常只采用 9 吋视野，极少使用 12 吋视野来装备 X 射线成像机。本实验组设计了新型 X 射线影像增强器[4]。它是用光学聚焦代替电子光学聚焦的非真空型器件，并由纸质稀土感绿屏、物镜耦合亮度增强器和透镜耦合 CCD 组合而成。该装置可实现大视野成像，并且 X 射线剂量也能满足医用要求。

　　由于新型 X 影像增强器是由多个器件组成而成，各器件在 X 射线入射端，即增感屏处所具有或折算的分辨率，经特定关系的组合，可得到系统的分辨率。在本文中，建立系统分辨率的数学模型，用以理论指导系统的设计。

　　1 新型 X 射线影像增强系统介绍

　　不同于现有的X 射线影像增强器，新型X 射线影像增强系统主要由增感屏和亮度增强器透镜耦合而成。用光学聚焦代替电子光学聚焦，所以新型 X 射线影像增强系统是组合式非真空型X 射线成像装置，这样可以实现大视野(大于 9 吋)，还可以方便移动、安装和拆卸。它的结构如图1 中第一个虚线框部分所示，由框中器件组合而成。由增感屏直接耦合CCD 的数字化系统[5]早已在国内外使用。但是由于X射线经增感屏转换成光子并放大后，能量仍然很低，进而采用亮度增强器进一步增强亮度[6]，放大可达104倍。经过光谱匹配选择后，确定适当光谱响应材料的组合器件。建立数学模型，以计算出系统分辨率的理论值。

　　2 系统分辨率数学模型

　　新型X 影像增强器是由几个相关器件组成的系统，各个器件在 X 射线入射端，即增感屏处所具有或折算的分辨率，经特定关系的组合，可得到系统的分辨率。各组成器件的分辨率由X射线源的入射端开始依次为：滤线栅Ra，增感屏 Rb，内嵌投影镜 Rc(有效工作面φ17.5)，图像亮度增强器 Rd(有效工作面φ17.5)。将内嵌投影镜和图像亮度增强器的分辨率折算到增感屏处，就是将两者各自在17.5mm 的长度上总的分辨条纹数投影到增感屏的相应直径上。由于增感屏尺寸远大于φ17.5，因而分辨的条纹图案得到“稀释”。假设增感屏的幅面为j 吋，则“稀释”比例为

　　由公式5 可以得出：j 愈大，即增感屏的幅面愈大，分辨率 Rj也下降愈多。为方便理解新型 X 影像增强器的系统分辨率 Rj随幅面大小(即规格 j)的变化情况，表 1 给出如下数据(所选择的 j 值为典型值和目标值)。各组成器件的分辨率由 X 射线源的入射端依次为：滤线栅 Ra=40lp/cm;增感屏 Rb=70lp/cm;内嵌投影镜;Rc=700lp/cm，有效工作面积φ17.5;图像亮度增强器 Rd=650lp/cm，有效工作面积φ17.5。