一种计算机层析成像用X光高分辨探测器技术

　　引 言

　　X 光,即 X 射线。X 射线工业用计算机层析成像技术，简称工业 X-CT(X-ray Computed Tomography)。它是一种先进的无损检测技术，在航空、航天、军工、机械、电子、石油及地质等部门中有着广泛的用途。在工业 X-CT 系统中，探测器及其技术是工业 X-CT 系统的关键技术之一。探测器技术就是如何把 X射线与被检测物作用后，将包含有被测物信息的射线信号转化成为可进行处理的电信号。该种测量技术将直接影响工业 X-CT 系统的性能指标及应用效果。目前，在工业 X-CT 系统中的 X射线探测器，主要基于：①光电倍增管(PMT)[1-3];②光电二极管列阵(PDA)[4, 5];③图像增强器[6-9];④CCDs[10-12];⑤CMOS 图像传感器[13]等。在上述工业X-CT 系统中的 X 射线探测器，均是首先通过闪烁体或闪烁屏将 X 射线转换成可见光，尔后利用光电转换器件如 PMT 或 CCD 等，将光信号转换成易于处理的电信号。本文基于面阵CCD 器件，采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输，以扇形束线阵扫描方式实现对X 射线的探测，获得了一些有意义的结果。

　　1 X 射线探测原理

　　工业X-CT 系统中的 X 光(射线)探测，其探测原理与医用 X-CT 相似，均是基于X 射线与物质相互作用的原理。研究指出，一束X射线穿过物质并与物质相互作用后，X射线强度将受到射线路径上物质的吸收或散射而衰减，衰减规律由比尔定律确 定。考虑一般性，设物质系非均匀的，一个面上衰减系数分布为μ (x, y)。当X 射线穿过该物质面，入射强度 Io的X射线经衰减后以强度I 穿出，射线在面内的路径长度为L，如图1。

　　(2)式表明，射线路径L 上衰减系数μ(x, y)的线积分等于射线入射强度Io与出射强度 I之比的自然对数。Io和I可用探测器测得，则路径L上衰减系数的线积分即可算出。可见，在工业 X-CT 系统中，探测器的作用是测量 X射线与物质作用前、后的射线强度Io和I，由此便可求得衰减或吸收系数μ，CT 成像就是将不同的μ值赋予不同的灰度值。

　　2 方案选择

　　在工业X-CT 系统中，对 X 射线的探测可以有多种探测方法，但是从获取或采集 X 射线数据的方式看，主要有线性阵列探测器和面阵探测器两种。图2、图3 是目前工业 X-CT 中 X 射线探测获取数据的两种典型方式示意图。线性探测器列阵和面阵探测器系统各自的主要特点如表1。

　　由表1 可见，如果不考虑CT 系统 X射线探测器的结构及成本，则探测器数目愈多，扫描采集数据的时间就愈短，效率高，但其带来的诸如探测器间的匹配、准直器的准直及屏蔽等物理和技术问题也 随之复杂起来。因此，对工业X-CT 系统的探测器方式的一个折衷考虑是必要的，且也是重要的。