双能射线光子计

p style=" text-indent: 2em text-align: left " 近日，受天津工业大学委托，天津市教育委员会教学仪器设备供应中心将以公开招标方式,对X射线光子能谱仪项目实施政府采购。现欢迎合格的供应商参加投标。本次采购仪器设备为X射线光子能谱仪，预算金额530万元。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " X射线光电子能谱技术（XPS）是电子材料 与元器件显微分析中的一种先进分析技术。它不但为化学研究提供分子结构和原子价态方面的信息，还能为电子材料研究提供各种化合物的元素组成和含量、 化学状态、分子结构、 化学键方面的信息。它在分析电子材料时，不但可提供总体方面的化学信息，还能给出表面、微小区域和深度分布方面 的信息。 另外，因为 入射到样品表面的X射线束是一种光子束，所以对样品的破坏性非常小。这一点对分析有机材料和高分子材料非常有利。 /p p 详情如下： /p p 项目名称：X射线光子能谱仪 /p p 项目编号：JG2019-006 /p p 采购预算：530万元 /p p 投标截止时间：2019-03-13 09:15 /p p 开标时间: 2019-03-13 09:15 /p p 联系人：邓国彬 /p p 联系方式：022-24710333 /p table style=" border-collapse:collapse " tbody tr class=" firstRow" td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 包号 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 设备名称 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 数量 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 预算金额 /td /tr tr td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 1 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" X射线光子能谱仪 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 1 /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) word-break: break-all " width=" 145" valign=" top" align=" center" 530万元 /td /tr /tbody /table p style=" text-indent: 2em text-align: left " br/ /p

X 光成像是一种非常常见的医学诊断和医学成像技术。例如，传统 DR (Digital Radiography) 技术的基本几何示意图如下，X 射线光管发出光子束穿过患者，在平板探测器上产生二维图像。但是由于软组织和硬组织对 X 射线的质量衰减系数差异很大，导致 X 射线在组织识别上的能力受限。例如，为了评估肺部结构而拍摄胸片，在获得的图像中不可避免地被肋骨阻塞。在这种情况下，肋骨是结构噪声的主要来源，因为它们不是我们感兴趣的结构，如下图。成像的组织模糊不清，通常会增大病灶误判的概率。早在 1976 年科学家就提出了利用双能量 X 射线成像技术来降低结构噪声。先分别用低能光子和高能光子拍摄两幅图片，然后根据低能光子和高能光子在不同组织中的质量衰减系数，通过巧妙的扣减算法将患者的投影分解为仅包含软组织和硬组织的图像，如下图。双能量成像最大的挑战在于获得两幅独立的低能(LE)和高能(HE)图像。为了实现这一点，探测器吸收的 X 射线光谱应该对 LE 图像中的低能量光子和 HE 图像中的高能量光子进行重加权。获得这种分离的光谱可以通过两种不同的方式来完成：双发成像 (Double-shot Imaging)和单发成像 (Sing-shot Imaging)。双发成像是最直接的方法，通过改变 X 射线光管的加速电压来拍摄两幅不同能量段的图像，可以在两幅图像之间实现出色的光谱分离，并最大限度地减少图像光谱之间的重叠。但这种方法固有的时间分离会导致运动伪影出现在最后的图像中。例如在改变加速电压的过程中患者发生的心脏跳动、呼吸和肌肉运动等等，都会产生运动伪影。虽然可以使用双光源系统来解决运动伪影的问题，但也意味着更高的成本。此外，双发成像不可避免的增大了辐照剂量，两次曝光将使剂量至少增大 15%。而单发成像则采用双层平板探测器的手段，探测器主要由上下两个探测模块构成，上层探测模块测低能光子，下层探测模块探测高能光子，中间的金属滤片则用于光谱分离，如下图所示。在正常的剂量下，探测器可获得两幅光谱分离的图片，且没有运动伪影。但金属滤片的光谱分离能力有限，而且它会吸收部分光子，从而使得 HE 图像的信噪比较差。近年来，加拿大滑铁卢大学的研究人员开发的一款新兴探测器 Reveal&trade 35C 已经克服了双能量 X 射线成像的局限性。Reveal&trade 35C 具有独特的三层堆叠设计，便于集成， 量子效率高。与其他双能解决方案不同，Reveal&trade 35C只需要一次 X 射线曝光，即使用与常规胸部 X 光相同的辐射剂量，就能消除运动伪影，实现骨和组织的区分，首次实现横向双能图像。Reveal&trade 35C已经获得美国FDA 510(k) 认证和加拿大卫生部许可。在双层平板探测器的基础上将中间的金属滤片更换为一层探测模块，在不损失X射线剂量的情况下，优化了每层闪烁体的厚度以获得最佳的光谱分离，如左下图。在单次曝光下，可以同时获得三幅无运动伪影的图片，即双能图像（扣减算法处理layer 1和layer 3后）、高剂量效率图像（三层图像相加）。此外，多个感光层的高 DQE 使得即使在减少 30% 剂量的情况下，仍能获得高信噪比的图像，如右下图。在临床试验中，利用 Reveal&trade 35C 对两位患者进行成像，如下图。在检查第一位患者的软组织和硬组织图像后，放射科医生确认左下叶有肿块，右下叶有钙化肉芽肿，可能有新的右下叶肿块；第二位患者的骨折则在硬组织图像中清晰可见，这些病灶都是传统 DR 技术所不能发现的。主要参数参考文献：1. Siewerdsen J H, Shkumat N A, Dhanantwari A C, et al. High-performance dual-energy imaging with a flat-panel detector: imaging physics from blackboard to benchtop to bedside. Medical Imaging 2006: Physics of Medical Imaging. SPIE, 2006, 6142: 489-498.2. Shkumat N A. High-performance Dual-energy Imaging with a Flat-panel Detector. Toronto: University of Toronto, 2008.3. Maurino S L, Badano A, Cunningham I A, et al. Theoretical and Monte Carlo optimization of a stacked three-layer flat-panel x-ray imager for applications in multi-spectral diagnostic medical imaging. Medical Imaging 2016: Physics of Medical Imaging. SPIE, 2016, 9783: 1061-1074.

无损检测（NDT）无损检测（NDT）是指在不破坏样品可用性的条件下，对材料、部件或组件的裂缝等不连续性或特性差异进行检查、测试或评估。基于光子计数X射线能谱成像的无损检测技术提供了样品的额外材料信息，以及卓越的对比度和空间分辨率。标准射线照相X射线成像可以提供被检样品的黑白强度或密度图像，如果图像分辨率和信噪比合适，则可观察到何处有缺陷、杂质或裂纹。而基于光子计数X射线能谱成像的无损检测技术提供了样品的材料信息，同时具有良好的对比度和高空间分辨率。光谱信息可以用于区分不同的材料，可识别感兴趣的材料或计算其在样品中的含量。下图是用WidePIX 5x5 CdTe光子计数探测器获取的一张单次曝光的高分辨率谱图像，不同的材料用不同的颜色表示。ADVACAM推出了一系列为复合材料测试而优化的光子计数X射线探测器，探测器对低能段探测也具有优秀的灵敏度和探测效率，同时有很高的动态范围，十分有利于轻质材料，如碳纤维、环氧树脂等的检测。即使是具有挑战性的缺陷，如深层层压褶皱、弱连接、分层、孔隙率、异物和软材料中的微小裂纹，也可以在55μm或更高的空间分辨率下检测到。搭载Advacam探测器的机器人系统进一步扩展了光子计数X射线探测器的功能。轻质材料及复合材料机器人系统正在检查滑翔机副翼，右侧机械臂上装有Advacam探测器。该机器人系统可以从不同角度进行X光检查，以更好地定位缺陷。高帧率的光子计数X射线探测器还可以对样品进行实时检测，可用于质量控制实验室或在生产线上使用。最后得到的X射线图像揭示了副翼内部复合结构有空洞和杂质。X射线光子计数探测器不仅适用于检测轻质材料，基于高灵敏度的 CdTe 传感器（1mm厚）的探测器也可用于焊缝检测。根据ISO 17636-2标准，可以达到Class B的的图像质量。焊缝检查成像质量在带有像质计IQI和DIQI的BAM-5和BAM-25钢焊接试样上，测试WidePIX 1x5 MPX3 光子计数X射线探测器延迟积分TDI模式下的成像质量。TDI模式是探测器操作的其中一种模式，设备会生成沿探测器运动的物体的连续X射线图像。BAM-5 8.3mm钢焊缝BAM-25 6mm 钢焊缝BAM-5样品背面D13线对的信号BAM-5样品背面10FEEN IQI线对用DIQI测量空间分辨率。分辨出的最窄线对是D13（线宽50μm，间距50μm）。探测器对比度用10FEEN像质计测量。置于8.3mm钢制样品背面包括16号线（0.1 mm厚）在内的线都被分辨出来。8.3mm厚BAM-5样品和6 mm厚BAM-25钢的信噪比测量值SNRm分别为148和190。信噪比受限于X射线管功率。探测器具有24位计数器深度，信噪比可高达4000。归一化信噪比SNRn（根据探测器分辨率归一化），6mm厚钢为336，8.3mm厚钢为262。总结 光子计数探测器能够提供更高的灵敏度、空间分辨率、对比度和信噪比；能量范围从 5 keV 到数百 keV 甚至 MeV，可检测非常轻的复合材料到厚的焊接部件。此外，直接转换光子计数型X射线探测器能够进行X射线能量甄别，即，仅高于一定能量的光子会被记录，此方法能够抑制较低能量的散射辐射并提高图像对比度。通过这种X射线新成像技术，可以检测到过去无法通过传统X射线进行无损检测的样品，无损检测设备制造厂家可以将系统中的探测器升级为光子计数X射线探测器，以扩展系统类型和客户群。Advacam S.R.O.源至捷克技术大学实验及应用物理研究所,致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。Advacam最核心的技术特点是其X射线探制器（应用Timepix芯片）没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医学、地质采矿、艺术及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam同NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持很好的项目合作关系， 其产品及方案也应用于航空航天领域。北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司在中国区的总代理，也在积极探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将Minipix、Advapix和Widepix成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也有数台MiniPIX样机，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的样机，我们也非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。