便携式数字X射线光锥耦合CCD成像系统研究

文章摘要：在成像系统中，X射线像增强器、光锥和CCD整个耦合器件最终可探测到的信号n大小可以表示为 式中ηCCD为CCD的量子转化效率;ηFOT为光锥的耦合效率;nintensifier为像增强器放大输出的光子量。整个耦合器件探测到的信号噪声主要是由X射线像增强器和CCD产生的，信号噪声可以表示为 式中 n2intensifier-noiseX射线像增强器产生的信号噪声;n2CCD-noise为CCD产生的信号噪声。因此，整个耦合器件的信噪比为 由式(4)可以看出：当X射线像增强器的增益特别高的时候，由CCD产生的信号噪声n2CCD-noise可以忽略不计，可以认为信号噪声与光锥和CCD耦合器件的特性无

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　　在成像系统中，X射线像增强器、光锥和CCD整个耦合器件最终可探测到的信号n大小可以表示为

　　

　　式中ηCCD为CCD的量子转化效率;ηFOT为光锥的耦合效率;nintensifier为像增强器放大输出的光子量。

　　整个耦合器件探测到的信号噪声主要是由X射线像增强器和CCD产生的，信号噪声可以表示为

　　

　　式中 n2intensifier-noiseX射线像增强器产生的信号噪声;n2CCD-noise为CCD产生的信号噪声。因此，整个耦合器件的信噪比为

　　

　　由式(4)可以看出：当X射线像增强器的增益特别高的时候，由CCD产生的信号噪声n2CCD-noise可以忽略不计，可以认为信号噪声与光锥和CCD耦合器件的特性无关，当X射线像增强器的增益比较低的时候，CCD的噪声大于X射线像增强器的噪声的时候，整个耦合器件的信噪比为

　　

　　这就说明了提高光锥和CCD的耦合效率能够提高整个耦合器件的信噪比。

　　1.2 光锥和CCD的耦合

　　光锥的小端面要按照CCD的有效工作面积的大小，切成一个大小与之相对应的光纤块，然后，把光锥的2个端面按照规定抛光，同时，要保证光锥端面的有较好的平行度和光圈数。成品的CCD器件，为了保护耙面被氧化或被灰尘污染，靶面连同线路板边框被用石英玻璃保护窗封粘。由于光锥是端面成像，必须要与CCD靶面紧密接触，因此，首先要去除CCD的石英玻璃窗。CCD的石英玻璃窗的去除通常在超净室中，通过机械的方法去除，同时，要保持CCD表面的清洁。

　　光锥和CCD的芯片表面之间不能直接接触，中间要有一种耦合介质，耦合介质选用的是低粘度的光敏胶，固定后折射率为1.56。这样，不仅避免了光锥小端面与CCD直接接触而造成CCD表面损伤的可能，更重要的是由于耦合介质的存在，可以减少界面处光的损失和散射，提高了光锥和CCD的耦合效率，保持图像分辨力，同时，也起到对CCD和光锥的固定。

　　在耦合的过程中，首先，要把光敏胶涂在CCD的靶面上，然后，一边调整，一边在光锥大端观察，轻轻挤压光锥，使光敏胶在CCD靶面上均匀涂开，并无气泡产生，同时，使光敏胶的厚度尽可能的小，因为光敏胶的厚度越小，成像的质量就越好。耦合的过程主要要避免损害CCD细丝引脚、涂胶的不均匀性、气泡的产生和莫尔条纹等问题。

　　1.3 光锥和X射线II代像增强器的耦合

　　为了光锥大端和X射线II代像增强器输出屏之间的光学耦合，普通的光学玻璃输出屏已不能用，可以换成光纤面板或者薄的透明云母片。实验选择的是光纤面板来代替普通的光学玻璃作为像增强器的输出屏，光纤面板的纤维直径约为5μm。

　　光锥和X射线II代像增强器之间的耦合相当于2个平板玻璃之间的耦合，耦合的过程中，可以通过CCD相机将耦合过程中的图像传到监视器上，便于实时观察，过程中主要避免涂胶的不均匀性、气泡的产生和莫尔条纹等问题。

　　2 成像系统的空间分辨力分析与检测

　　2.1 空间分辨力的分析与测试

　　利用图1对成像系统的空间分辨力进行测试。测的系统的空间分辨力如图2所示，一般来说，图像经过去除噪声、图像的对比度调节、CCD像元不一致性校正等处理过程可一定程度上提高图像的清晰度。从测试的结果来看，系统的空间分辨力达到41 pixel/mm。与X射线像增强器的分辨力测试结果相对比，说明了低粘度的光敏胶对成像质量的影响比较小，耦合后仍然保持较好的分辨力。

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