专利名称：一种针对x射线闪烁屏的性能测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及射线成像设备技术领域，尤其涉及一种针对X射线闪烁屏的性能测试>J-U ρ α装直。
背景技术：
目前，在射线成像设备中，闪烁屏是X射线成像系统的重要部件之一，广泛应用于医疗诊断、工业无损检测、安全检测等领域。其原理是由X射线源产生的X射线经被测物体后强度衰减并入射到闪烁屏，X射线的能量被闪烁屏内的光敏材料吸收并在吸收能量处发射出一定数量的低能光子(主要为可见光波段)，低能光子的数量与X射线的强度成正比，故低能光子穿透闪烁屏后输出的强度空间分布与入射X射线的强度空间分布相关，进而反映了被测物体的结构信息。
闪烁屏除发光强度(或光产额)、发光不均匀性等基本参数外，调制传递函数全面反映了成像系统的空间分辨能力，是表征系统分辨能力的关键参数，其定义为成像系统的输入图像的对比度与输出图像对比度的比值，表示成像系统对不同空间频率信号的传递效率，低空间频率处的调制传递函数的值表示成像系统对轮廓的还原能力，高空间频率处的调制传递函数的值表示成像系统对细节的还原能力。
现有技术中调制传递函数的测量方法如下获取刀口或者狭缝在成像系统中的图像数据，对图像数据做处理后得到线扩展函数，线扩展函数经过傅里叶变换和归一化处理后得到该成像系统的调制传递函数。而影响闪烁屏调制传递函数的因素包括晶体结构、材料厚度和封装结构等，这些因素导致不同的闪烁屏之间的调制传递函数的特性差异很大。 具体来说，对于调制传递函数值较低的闪烁屏，测量时得到的线扩展函数的有效数据的空间分布范围广，必须使用探测面积大的光电转换器件以保证有效数据的空间分布范围小于光电转换器件的探测面积，否则会造成有效数据的损失从而使测量精度降低；对于调制传递函数值较高的闪烁屏，测量时得到的线扩展函数的有效数据的空间分布范围窄，必须使用像素密度高的光电转换器件以保证在有效数据的空间分布内有足够高的采样频率使得采样点之间的数据变化平滑，否则会造成采样频率的降低从而使测量精度降低。
现有技术方案针对闪烁屏调制传递函数的测量装置中光电转换器件的结构多为探测面积固定或像素密度固定的类型，这样具有探测面积大且像素密度高的光电转换器件的测量装置其成本过高，而具有探测面积小且像素密度低的光电转换器件的测量装置其测量精度低。发明内容
本发明的目的是提供一种针对X射线闪烁屏的性能测试装置，能够在不同探测面积和像素密度的成像条件之间灵活调整，同时测量闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度等参数，对成像特性不同的闪烁屏均能达到较高的测量精度，具有测量精度高、 适用范围广、使用灵活方便和成本低廉的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种针对X射线闪烁屏的性能测试装置，所述装置包括X射线源、限束器、测试器件、闪烁屏、光学组件和光电转换器件，其中
所述X射线源用于产生具有特定能谱和发散角的X射线；
所述限束器固定在所述X射线源的出口处，用于控制X射线的辐射区域；
所述测试器件固定在所述限束器和所述闪烁屏之间，用于屏蔽部分X射线以在所述闪烁屏上形成刀口边缘图像；
所述光学组件用于将所述闪烁屏输出的可见光成像在所述光电转换器件上；该光学组件包括可调式透镜组，所述可调式透镜组将所述闪烁屏输出的可见光对焦至所述光电转换器件的成像面，且该可调式透镜组与所述光电转换器件的相对距离能在一定范围内调节;
所述光电转换器件用于探测所述闪烁屏的输出光，并将其转换为电信号。
所述可调式透镜组由单一或若干透镜，以及位移机构组成，其中
所述位移机构用于固定透镜并在一定范围内调节透镜与所述光电转换器件的相对距离。
所述限束器进一步包括限束板和支架，其中
所述限束板内部开孔且孔径可调整，用于约束所述X射线源发出的X射线的辐射区域；
所述支架用于固定所述限束板且位置可调整，用于将X射线的辐射区域限制在所述闪烁屏上。
所述光学组件进一步包括反射镜，所述反射镜固定在所述闪烁屏和所述可调式透镜组之间，用于反射所述闪烁屏的输出光以改变光路使得所述光电转换器件处于X射线辐射范围之外。
所述闪烁屏、光学组件和光电转换器件固定在同一盒体中，用于屏蔽所述闪烁屏以外的光源干扰；
且所述闪烁屏、光学组件和光电转换器件处于同轴状态，所述光学组件和闪烁屏进行位置调节时的移动方向为该同轴系统的轴向方向。
所述装置还包括数据采集单元，用于控制所述光电转换器件的采集参数，并采集和存储所述光电转换器件所生成的图像；
数据分析单元，用于存储所述可调式透镜组和所述光电转换器件的标定参数，所述标定参数包括所述可调式透镜组和光电转换器件的调制传递函数、空间响应和强度响应，并进一步结合系统设置的标定参数进行校正计算，得出所述闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度参数。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述装置包括X射线源、限束器、测试器件、闪烁屏、光学组件和光电转换器件，其中所述X射线源用于产生具有特定能谱和发散角的X射线；所述限束器固定在所述X射线源的出口处，用于控制X射线的辐射区域；所述测试器件固定在所述限束器和所述闪烁屏之间，用于屏蔽部分X射线以在所述闪烁屏上形成刀口边缘图像；所述光学组件用于将所述闪烁屏输出的可见光成像在所述光电转换器件上；该光学组件包括可调式透镜组，所述可调式透镜组将所述闪烁屏输出的可见光对焦至所述光电转换器件的成像面，且该可调式透镜组与所述光电转换器件的相对距离能在一定范围内调节；所述光电转换器件用于探测所述闪烁屏的输出光，并将其转换为电信号。所述装置能够在不同探测面积和像素密度的成像条件之间灵活调整，同时测量闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度等参数，对成像特性不同的闪烁屏均能达到较高的测量精度，具有测量精度高、适用范围广、使用灵活方便和成本低廉的优点。


为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图I为本发明实施例提供的针对X射线闪烁屏的性能测试装置的结构示意图2为本发明实施例所举实例性能测试装置的结构示意图3为本发明实施例所举实例性能测试装置的原理示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图I所示为本发明实施例提供的针对X射线闪烁屏的性能测试装置的结构示意图，图I中所述装置包括X射线源、 限束器、测试器件、闪烁屏、光学组件和光电转换器件，其中
所述X射线源用于产生具有特定能谱和发散角的X射线；具体来说，该X射线源由 X射线光机和附加滤片构成，X射线光机产生用于由特定电压和电流激发的X射线，附加滤片根据标准IEC62220-1中规定的参数设计，用于吸收低能X射线从而调节X射线的能谱。
所述限束器固定在所述X射线源的出口处，用于控制X射线的辐射区域；具体为屏蔽分布在盒体入射面以外的X射线，以保护光电转换器件不受X射线辐射损伤，并抑制盒体外散射的X射线。
在具体实现中，该限束器进一步包括限束板和支架，其中
所述限束板内部开孔且孔径可调整，用于约束所述X射线源发出的X射线的辐射区域，同时最大限度地降低散射效应；所述支架用于固定限束板且位置可调整，用于将X射线的辐射区域限制在所述闪烁屏上，保护所述光电转换器件不受X射线辐射损伤。
所述测试器件固定在所述限束器和所述闪烁屏之间，用于屏蔽部分X射线以在所述闪烁屏上形成刀口边缘图像；具体实现中，该测试器件可以由刀口组件和底座构成，刀口组件根据标准IEC62220-1中规定的参数设计，底座用于固定刀口组件并使刀口边缘的倾斜角度在一定范围内可调整以实现边缘过采样测量。
所述闪烁屏固定在闪烁屏样品架上；具体实现中，该闪烁屏样品架包括底座和支撑板，底座能够在一定范围内定量移动以实现对焦和调节成像系统的放大比率，支撑板固定在底座上用于固定闪烁屏。
所述光学组件用于将所述闪烁屏输出的可见光成像在所述光电转换器件上；该光学组件中具体包括可调式透镜组，该可调式透镜组将所述闪烁屏输出的可见光对焦至所述光电转换器件的成像面，且该可调式透镜组与所述光电转换器件的相对距离能在一定范围内调节，使该成像系统的放大比率可调整，从而实现调节探测面积和像素密度的功能。
在具体实现中，该可调式透镜组可以由单一或若干透镜，以及位移机构组成，该可调式透镜组的接口位于性能测试装置盒体后端的内侧，等效焦距为正值以保证在光电转换器件成像面成实像，所述位移机构用于固定透镜并能在一定范围内调节透镜与所述光电转换器件的相对距离，以实现对焦。由于可调式透镜组中透镜与光电转换器件的相对距离能够在一定范围内调节，使得该成像系统的放大比率可调整，从而实现调节探测面积和像素密度的功能。
所述光电转换器件用于探测所述闪烁屏的输出光，并将其转换为电信号；具体来说，该光电转换器件探测入射到其成像面的光强度的空间分布，入射光由闪烁屏发出并由光学组件中的可调式透镜组对焦至该光电转换器件的成像面。
在具体实现中，光电转换器件可以为半导体探测器，由感光芯片、读出电路和制冷器构成，其接口位于性能测试装置盒体后端的外侧。
另外，上述闪烁屏、光学组件和光电转换器件可以固定在同一盒体中，用于屏蔽所述闪烁屏以外的光源干扰，且所述闪烁屏、光学组件和光电转换器件处于同轴状态，以实现正确对焦，光学组件和闪烁屏进行位置调节时的移动方向为该同轴系统的轴向方向。
另外，上述光学组件还可进一步包括反射镜，所述反射镜固定在所述闪烁屏和所述可调式透镜组之间，用于反射所述闪烁屏的输出光以改变光路使得所述光电转换器件处于X射线辐射范围之外。
在具体实现中，盒体的作用为提供由光电转换器件、可调式透镜组、闪烁屏样品架和反射镜等器件组成的光路系统的支撑平台，同时屏蔽盒体外部光源的干扰；盒体由X射线入射面和盒体支撑壁构成，两者构成暗室以保证闪烁屏是光电转换器件可探测到的唯一光源，同时盒体内表面经处理加工为黑色以抑制杂散光的干扰。X射线入射面为有效原子序数低且厚度小的片状材料以减少X射线穿过入射面时造成的衰减，盒体支撑壁为具有一定厚度且机械强度较高的金属材料以保证盒体结构的稳定性，同时盒体支撑壁设有光电转换器件、可调式透镜组、闪烁屏样品架和反射镜等器件的接口以连接并固定以上各器件。
在具体实现中，所述装置还可包括
数据采集单元，用于控制所述光电转换器件的采集参数，采集参数包括偏置、增益、曝光时间、像素合并模式、重复采集量和制冷温度，同时采集和存储所述光电转换器件生成的图像。
数据分析单元，用于存储所述可调式透镜组和所述光电转换器件的标定参数，标定参数包括可调式透镜组和光电转换器件的调制传递函数、空间响应和强度响应，并结合系统设置所对应的标定参数进行校正计算，得出所述闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度参数。
下面以具体的实例来对上述性能测试装置的结构进行说明，如图2所示为本发明实施例所举实例性能测试装置的结构示意图，如图3所示为本发明实施例所举实例性能测试装置的原理示意图，结合图2和3，所述装置包括平台I、限束器2、测试器件3、盒体4、闪烁屏样品架5、反射镜6、可调式透镜组7、光电转换器件8和X射线源9，其中
限束器2、测试器件3和盒体4 一同固定在平台I上，限束器2的开孔中心、测试器件3的刀口边缘中心、盒体4的入射面中心处于同轴状态；闪烁屏样品架5、反射镜6、可调式透镜组7和光电转换器件8固定在盒体4上，闪烁屏样品架5的中心、可调式透镜组7的中心、光电转换器件8中心和X射线源9的中心经反射镜6反射后处于同轴状态。
限束器2的结构包括支架和限束板。支架外围尺寸为400mm*200mm，内部方孔尺寸为150mm*150mm,采用厚度为4mm的Pb板。限束板固定于支架内部方孔中，中心开孔尺寸包括 120mm*120mm、100mm*100mm、80mm*80mm、60mm*60_ 和 40mm*40mm 等多个规格,米用厚度为4mm的Pb板,限束板可从支架上拆卸并替换。
测试器件3的结构包括刀口组件和底座。刀口组件根据标准IEC62220-1设计，由W 片和Pb板组成，其中W片尺寸IO Omm* 7 5mm* I mm,纯度高于99%, Pb板尺寸2 O Omm* IO 0mm* 3mm, 纯度高于99%。底座为角位台，角度调节范围从-10°至10°，刀口组件固定于底座上。
盒体4结构呈L型，长约300mm,宽约300mm,高度150mm。前端入射面米用 150mm*150mm*Imm的Al片,支撑壁米用厚度为2mm的Al板,入射面和支撑壁内表面经处理后为呈黑色。后端外侧为光电转换器件8接口，接口类型为M77斜面；后端内侧为可调式透镜组7接口，接口类型为F卡口。
闪烁屏样品架5的结构包括闪烁屏、底座和支撑板。底座沿滑轨在同轴线方向移动和固定，底座和盒体4底面标有刻度，可移动范围70_。支撑板固定在底座上，闪烁屏通过支撑板上的铜夹片加持固定，支撑板采用尺寸120mm*120mm*Imm的Al片，闪烁屏位于支撑板中心位置，最大面积可达110mm*110mm。
反射镜6的结构包括镜面和支架,镜面基板选用尺寸为11Omm*180mm*5mm的石英板，前表面镀膜且反射率高于96%。镜面由支架固定并垂直于盒体4底面，支架能够沿垂直盒体4底面的方向调节旋转角度使闪烁屏样品架5的中心、可调式透镜组7的中心和光电转换器件8中心经反射镜6反射后处于同轴状态。
可调式透镜组7的等效焦距为60mm，带有刻度的对焦环，能够沿轴向移动可调式透镜组位置，移动范围为30_，最大放大倍率为I。
光电转换器件8的感光芯片为CXD芯片，型号为Kodak公司的KAF16803。CXD芯片后接读出电路和半导体制冷片，读出电路输出端为USB接口，半导体制冷片的最大制冷温差为45 °C。
X射线源9包括X射线光机和附加滤片。X射线光机为Comet-Finfocus公司的 FXE225. 99光机，靶材料为钨，工作电压l(T225kV，工作电流O. 02 30mA，电子束聚焦直径小于[email protected]〈5W。附加滤片根据标准IEC62220-1中的参数设计，滤片材料为铝，纯度99. 99%，面积 60mm*60mm,厚度包括 10mm、21mm、30mm 和 40mm 四种。
另外，上述装置还可包括数据采集单元和数据分析单元。
数据采集单元安装于计算机内，通过USB数据线连接光电转换器件8并控制其采集参数，同时采集和存储光电转换器件8生成的图像。上述采集参数包括偏置、增益、曝光时间、像素合并模式、重复采集量和制冷温度等参数，其中偏置调节范围为O至255，增益调节范围为O至63，曝光时间调节范围为O至30min，最小时间间隔1ms，像素合并模式包括 1*1、2*2、3*3和4*4四种，制冷温度调节范围-50°CM 30°C。
数据分析单元对闪烁屏输出的平场图像和刀口边缘图像进行图像处理。平场图像的图像处理流程包括多帧平均和暗场校正，得到成像系统的发光强度分布；刀口边缘图像的图像处理流程包括多帧平均、暗场校正、平场校正和边缘提取，得到的线扩展函数经数值分析后得到成像系统的调制传递函数，数值分析流程包括傅里叶变换、归一化和斜率校正坐寸ο
该数据分析单元内存储有可调式透镜组7和光电转换器件8的预置的标定参数， 预置的标定参数包括成像放大比分别为O. 3、O. 4、O. 5、O. 6、O. 7、O. 8、O. 9和I. O时可调式透镜组7的位置、闪烁屏样品架5的位置和可调式透镜组7耦合光电转换器件8的调制传递函数、空间响应以及强度响应等，并结合系统设置所对应的标定参数进行校正计算，得出闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度参数。
上述性能测试装置的具体工作过程为
首先，打开盒体4上侧封盖，用铜夹片将闪烁屏固定于闪烁屏样品架5的支撑板中心位置，选择成像放大比为O. 3，并根据数据分析单元预置的标定参数调节可调式透镜组7 的位置和闪烁屏样品架5的位置，同时考虑闪烁屏的厚度适当调整闪烁屏样品架5的位置。
闭合盒体4上侧封盖并确保盒体4无漏光，调整平台I的位置和高度使盒体4的入射面位于X射线束流中心位置并与束流方向垂直。限束器2的限束板选择100mm*100mm 的开孔规格。调节测试器件3的底座，使刀口组件的刀口边缘与垂直方向夹角成2°。射线品质选择标准IEC62220-1中规定的RQA5，将厚度为21mm的附加滤片安装到X射线源9 上，调节X射线光机的电压(约70kV)使透过滤片的X射线的半值层厚度为7. 1mm。
然后，连接数据线和电源，通过数据采集单元设置采集参数，调节偏置使本底数值保持在500至1000，增益设置为0，像素合并模式设为1*1，重复采集量设置为100。依次采集暗场图像、平场图像和刀口边缘图像，对于暗场图像其曝光时间设置为Os，对于平场图像其曝光时间选择饱和值的60%至80%，对于刀口边缘图像其曝光时间设置与平场图像相同。 在采集平场图像时将测试器件3移出束流且保持其余器件的设置不变，在采集刀口边缘图像时将测试器件3放回原位置，在所有曝光过程中X射线辐射场的参数保持不变。
在采集暗场图像、平场图像和刀口边缘图像完毕后，对光电转换器件8生成的图像做图像处理，图像处理的流程包括多帧平均、暗场校正、平场校正和边缘提取。
具体来说，多帧平均将相同条件下重复采集的图像叠加平均，分别得到暗场图像、 平场图像和刀口边缘图像的平均值；暗场校正以暗场图像的平均值作为本底，扣除后分别得到平场图像和刀口边缘图像的暗场校正值；平场校正以平场图像的暗场校正值作为不均匀性分布值，扣除后得到刀口边缘图像的平场校正值；边缘提取对刀口边缘图像的平场校正值做边缘识别，得到一维的边缘响应函数和边缘斜率，边缘响应函数经差分处理得到线扩展函数。
该线扩展函数经数值分析后得到系统的调制传递函数，数值分析流程包括傅里叶变换、归一化和斜率校正，将测量得到的成像系统调制传递函数与预置的调制传递函数相除就可得到闪烁屏的调制传递函数；将平场图像的暗场校正值作为CCD表面的光场强度分布值，并结合预置的空间响应和强度响应可得到闪烁屏的发光不均匀性和发光强度参数。
综上所述，本发明实施例能够在不同探测面积和像素密度的成像条件之间灵活调整，同时测量闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度等参数，对成像特性不同的闪烁屏均能达到较高的测量精度，具有测量精度高、适用范围广、使用灵活方便和成本低廉的优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述装置包括X射线源、限束器、测试器件、闪烁屏、光学组件和光电转换器件，其中所述X射线源用于产生具有特定能谱和发散角的X射线；所述限束器固定在所述X射线源的出口处，用于控制X射线的辐射区域；所述测试器件固定在所述限束器和所述闪烁屏之间，用于屏蔽部分X射线以在所述闪烁屏上形成刀口边缘图像；所述光学组件用于将所述闪烁屏输出的可见光成像在所述光电转换器件上；该光学组件包括可调式透镜组，所述可调式透镜组将所述闪烁屏输出的可见光对焦至所述光电转换器件的成像面，且该可调式透镜组与所述光电转换器件的相对距离能在一定范围内调节； 所述光电转换器件用于探测所述闪烁屏的输出光，并将其转换为电信号。
2.如权利要求I所述针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述可调式透镜组由单一或若干透镜，以及位移机构组成，其中所述位移机构用于固定透镜并在一定范围内调节透镜与所述光电转换器件的相对距离。
3.如权利要求I所述针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述限束器进一步包括限束板和支架，其中所述限束板内部开孔且孔径可调整，用于约束所述X射线源发出的X射线的辐射区域；所述支架用于固定所述限束板且位置可调整，用于将X射线的辐射区域限制在所述闪烁屏上。
4.如权利要求I所述针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述光学组件进一步包括反射镜，所述反射镜固定在所述闪烁屏和所述可调式透镜组之间，用于反射所述闪烁屏的输出光以改变光路使得所述光电转换器件处于X射线辐射范围之外。
5.如权利要求I所述针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述闪烁屏、光学组件和光电转换器件固定在同一盒体中，用于屏蔽所述闪烁屏以外的光源干扰；且所述闪烁屏、光学组件和光电转换器件处于同轴状态，所述光学组件和闪烁屏进行位置调节时的移动方向为该同轴系统的轴向方向。
6.如权利要求I所述针对X射线闪烁屏的性能测试装置，其特征在于，所述装置还包括数据采集单元，用于控制所述光电转换器件的采集参数，并采集和存储所述光电转换器件所生成的图像；数据分析单元，用于存储所述可调式透镜组和所述光电转换器件的标定参数，所述标定参数包括所述可调式透镜组和光电转换器件的调制传递函数、空间响应和强度响应，并进一步结合系统设置的标定参数进行校正计算，得出所述闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度参数。
全文摘要
本发明实施例公开了一种针对X射线闪烁屏的性能测试装置。所述装置包括X射线源、限束器、测试器件、闪烁屏、光学组件和光电转换器件，其中所述X射线源用于产生具有特定能谱和发散角的X射线；所述限束器固定在所述X射线源的出口处；所述测试器件固定在所述限束器和所述闪烁屏之间；所述光学组件用于将所述闪烁屏输出的可见光成像在所述光电转换器件上；该光学组件包括可调式透镜组，该可调式透镜组与所述光电转换器件的相对距离能在一定范围内调节；所述光电转换器件用于探测所述闪烁屏的输出光，并将其转换为电信号。所述装置能够在不同探测面积和像素密度的成像条件之间灵活调整，同时测量闪烁屏的调制传递函数、发光不均匀性和发光强度等参数，具有测量精度高、适用范围广、使用灵活方便和成本低廉的优点。
文档编号G01M11/02GK102937510SQ20121045196
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者赵博震, 秦秀波, 杨胜宇, 魏存峰, 魏龙 申请人:中国科学院高能物理研究所