1-29 高能闪光照相闪烁体转换屏空间分辨率

唐淳 杨成龙 江孝国 丁有义 吴廷烈 王婉丽

　　目前常规的照相大都采用金属-荧光屏+底片的记录系统，但对于低剂量、大动态范围的闪光图像，这种系统则难以满足记录要求。近年，随着大动态范围（14～16Bit）、高量子效率（>50%）面阵CCD相机快速发展，使基于CCD相机的辐射照相记录系统的研究倍受人们关注，通过选用有门选通功能的微通道板像增强器控制照相时刻，还可组成有多幅记录能力的g相机系统。通过模拟计算和实验, 对闪光照相光电记录系统转换屏能量沉积效率及空间分辨率进行了研究，给出了测试精度，照射剂量与屏效率的关系及康普顿散射对厚闪烁体转换屏空间分辨率的影响。

　　高能闪光照相光电记录系统中用于将X射线转换成能被CCD相机探测的可见光的转换屏，是决定记录系统灵敏度、空间分辨率的关键部件。根据图像模糊理论，用不同半高宽的高斯分布函数模拟记录系统的点扩散函数，对理想图像进行卷积运算，由得到的模糊图像确定拟分辨相邻点的面密度差，进而得到边界测试精度与照相剂量及转换屏效率的关系。计算结果表明，系统模糊函数越大，达到所需边界测试精度对X射线能量及屏的效率要求越高，且这种变化是一种指数关系。因此，提高记录系统性能一方面应尽量采用高效率的转换屏，另一方面，转换屏必须有高的空间分辨率。以往全屏- 荧光屏能量沉积效率较低，仅5%，为此，选用透明闪烁体转换屏，通过增加屏厚度可大幅度提高转换屏的能量沉积效率。关键是厚屏空间分辨率是否能满足记录系统要求。

　　高能X射线与屏相互作用过程十分复杂，由于在影响转换屏空间分辨率的诸多因素中，危害最大的是康普顿散射造成的模糊，所以研究中仅分析了一级康普顿散射对屏分辨率的影响。根据康普顿散射时，能量高、射程远的康普顿电子集中分布在小角度范围内，大角度内电子分布少且射程短的规律，建立了转换屏散射模糊的简化模型，并以20mmCsI闪烁体为例，数值模拟计算了康普顿散射造成转换屏的模糊。随着入射X射线能量增加，康普顿散射造成的模糊半高宽增加，能量为5MeV时，模糊半高宽只有0.6mm，并且康普顿电子散射造成的模糊不随屏厚增加而明显变化，该结果说明了高效率厚闪烁体转换屏用于闪光照相记录系统的可行性。

　　用20mm厚发光玻璃转换屏在12MeV加速器上实验以验证理论计算研究，该玻璃屏能量沉积效率达24%，实验可知康普顿散射造成的模糊半高宽<0.9mm。玻璃屏密度比CsI小，康普顿散射及次级散射比CsI大，空间分辨率较差，说明计算与实验结果基本一致。

　　影响照相系统空间分辨率的因素除屏本身模糊外，还与X射线源尺寸、CCD相机像素尺寸、光学成像倍率、样品运动等模糊因素有关，只有综合考虑上述造成模糊的各个环节，使系统的总模糊达到最小，以及合理准直、屏蔽散射的影响，系统才能记录到信噪比满意的闪光照相图像。