闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

　　散射是高能闪光照相诊断技术中需要重点考虑的一个关键性问题[1]。散射不但降低图像的对比度,还严重干扰客体信息的正确确定[2-3],为了得到准确的客体信息,需要从闪光图像数据中扣除散射成分。然而实验上无法直接得到散射数据,必须采用散射的数值模拟结果[4-5]。虽然散射模拟结果的精度因成像探测器性能的限制无法准确定,但模拟的散射分布与实验结果是一致的[6]。如果通过设计照相布局能够改变成像平面上的散射分布,或者说能够使成像平面上的散射分布足够均匀,采用迭代法也可以扣除散射的影响;如果既能使散射分布均匀,同时也能减小系统模糊,不但可以扣除散射的影响,而且可以改善图像质量,进一步提高密度反演精度。

　　下面首先给出散射分布均匀性的定义,并分析均匀扣除散射产生的光程差;然后借助蒙特卡罗模拟方法重点探讨影响散射分布均匀性的3种因素,即系统放大倍数m、照相距离d(光源与图像接收系统之间的距离)和后防护锥到图像接收系统的距离d1,其中后防护锥位于客体与图像接收系统之间,客体与后防护锥之间的距离是固定的;最后给出确保散射分布均匀的照相系统设计方法。

　　1　散射分布均匀性的定义

　　一般将散射分布均匀性理解为所关注区域内最小散射照射量与最大散射照射量之差的绝对值与最小散射照射量的比值。然而,散射影响的是直穿照射量,散射分布均匀性应该相对于最深穿透点(光程最大的地方)的直穿照射量来定义。因此,我们将散射分布均匀性定义为所关注区域内(即客体区域)最小散射照射量与最大散射照射量之差的绝对值与最深穿透点的直穿照射量的比值。显然,该比值越小,说明散射分布越均匀,将模拟的散射照射量作为一个本底来扣除散射所带来的误差越小。

　　设Smax和Smin为客体投影区内的最大和最小散射照射量,Sd,min为最深穿透点处的直穿照射量,那么,散射分布的相对均匀性u定义为

　　显然,即使在最深穿透处的光程绝对误差也是小于u的,而且客体投影区外的光程绝对误差最小,因为其直穿照射量是最大的。因此,我们的目的是设计一种照相布局,使得散射分布相对均匀性u越小越好。

　　2　系统放大倍数的影响

　　提高系统放大倍数,也就相当于增加了后防护锥与探测平面的距离,从而降低散射探测平面上的散射照射量。下面,我们在假设客体位置a不变的情况下,利用蒙特卡罗方法研究系统放大倍数对散射分布均匀性的影响,在模拟计算中,a=345.3 cm。考虑到底片尺寸,系统放大倍数m最好不要超过2.5。令m分别为1.3,1.5,2.0和2.5,对应的照相距离分别为448.89,517.95,690.60和863.25 cm。模拟结果如表1所示。由表1可知,在客体位置不变的情况下,随着系统放大倍数的增加,直穿照射量和散射照射量均有不同程度的降低,其中散射照射量降低的幅度明显比直穿照射量降低的幅度大。因为增大系统放大倍数,也就增加了照相距离和后防护锥到图像接收系统之间的距离,由于照相距离增加的比例比后防护锥到图像接收系统之间的距离增加的比例小,根据X射线强度衰减遵循距离平方反比定律和后防护锥是散射的主要来源,使得直穿照射量降低的幅度比散射照射量降低的幅度小。随着系统放大倍数的增加,散射照射量的极差也越来越小,但这种降低的幅度越来越小;当直穿照射量降低的相对幅度大于散射极差降低的相对幅度时,散射分布的均匀性会越来越差,也就是说存在一个最佳系统放大倍数,使得散射分布均匀性最好,表1说明了这一点。由表1可以看出,当系统放大倍数为1.5左右时,散射分布的均匀性最好。