大型客体光子计数成像技术的发展与挑战.pdf

具有光子计数能力的探测器给辐射成像领域带来了技术革新,具有巨大的应用潜力.光子计数探测器凭借其能量分辨能力将有助于提高辐射图像质量、降低辐射剂量、提高检测效率.目前,光子计数成像技术在医学诊断和行包安检等低能领域已有广泛和深入的研究,比如在能谱C T、乳腺检查、P E T等领域诞生了许多成果,但是在集装箱检测及车辆安检等大型客体检测的中高能(M e V)领域研究较少,还需进一步克服技术上的困难,以达到中高能射线和高计数率条件的应用要求.本研究重点介绍了光子计数成像技术的特征优势、在X/射线医学诊断、安全检查辐射成像系统中的研究现状及面临的挑战,分析了其在大型客体检测中的应用现状和需要进一步突破的技术难点.关键词:光子计数探测器;辐射成像;大型客体检测;饱和计数率中图分类号:T L 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:;修回日期:通信作者:吴志芳d o i:/t w s D e v e l o p m e n t a n dC h a l l e n g eo fL a r g eC o n t a i n e rP h o t o n c o u n t i n gI m a g i n gT e c h n o l o g yZ HANG H u a x i a,WUZ h i f a n g,(I n s t i t u t e o fN u c l e a rE n e r g ya n dN e wE n e r g yT e c h n o l o g y,T s i n g h u aU n i v e r s i t y,B e i j i n g ,C h i n a;B e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo nN u c l e a rD e t e c t i o n&M e a s u r e m e n tT e c h n o l o g y,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep h o t o n c o u n t i n gd e t e c t o r sw i t hg r e a t a p p l i c a t i o np o t e n t i a l,h a v eb r o u g h tt e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o nt or a d i a t i o ni m a g i n gf i e l d s W i t he n e r g yr e s o l v i n gc a p a b i l i t y,p h o t o n c o u n t i n gd e t e c t o r sw i l lh e l pt oe n h a n c er a d i a t i o ni m a g eq u a l i t y,l o w e rr a d i a t i o nd o s ea n d i n c r e a s ed e t e c t i o ne f f e c t i v e n e s s N o w a d a y s,l o w e n e r g yd e t e c t i o nf i e l d s i n c l u d i n g m e d i c a ld i a g n o s t i c sa n dl u g g a g ei n s p e c t i o n h a v es e e n e x t e n s i v ea n di n d e p t hr e s e a r c ho np h o t o n c o u n t i n gi m a g i n gt e c h n o l o g i e s F o ri n s t a n c e,n u m e r o u sa d v a n c e m e n t sh a v ea p p e a r e d i ne n e r g ys p e c t r u mC T,b r e a s t i n s p e c t i o n,P E T,e t c T h e r ea r e,h o w e v e r,n o tm a n yi n v e s t i g a t i o n so np h o t o n c o u n t i n gd e t e c t o r sf o rt h ed e t e c t i o no fm e d i u ma n dh i g he n e r g y(M e V)r a y s T om e e tt h ed e m a n d so fd e t e c t i n gs i g n a l sw i t hm e d i u mt oh i g he n e r g ya n dw i t hh i g hs a t u r a t i o nc o u n tr a t e,f u r t h e rt e c h n i c a lp r o b l e mm u s tb es o l v e d T h i sp a p e rp r i m a r i l y i n t r o d u c e sp h o t o n c o u n t i n g i m a g i n gt e c h n o l o g y i nt e r m so f i t s f e a t u r e s,a d v a n t a g e s,l a t e s t r e s e a r c ho nX/r a y i m a g i n gs y s t e m s f o rm e d i c a l a n ds e c u r i t yu s e,a n dc h a l l e n g e s i t f a c e d I na d d i t i o n,i t s a p p l i c a t i o ns t a t u s a n d t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e st h a tn e e dt ob eb r o k e nt h r o u g hi nl a r g ec o n t a i n e ri n s p e c t i o na r e aa r ea n a l y z e d K e yw o r d s:p h o t o n c o u n t i n gd e t e c t o r;r a d i a t i o ni m a g i n g;l a r g ec o n t a i n e ri n s p e c t i o n;s a t u r a t i o nc o u n t r a t e随着加速器射线源、辐射探测器、电子学系统和计算机技术的快速发展,辐射成像技术也取得了较快的发展,成像形式呈现多样化的趋势.例如,按照射线种类可分为X射线成像、射线成像、中子成像和子成像等,按照探测器类型可分为一维阵列扫描成像、二维阵列成像等,根据辐射图像特征和成像特点可分为透射成像、散射成像和断层成像等.此外,根据探测器工作模式的不同,可分为积分模式(也可称为累计模式)和光子计数模式(也可称为脉冲计数模式)成像,尽管积分模式探测器仍是辐射成像系统的主流应用,基于光子计数探测器的成像技术凭借其特有的优势,在医疗和安全检查领域得到了迅速发展和深入研究,展现出广泛的应用前景.光子计数(p h o t o nc o u n t i n g)的概念于 年代提出,最早用于微弱光的检测,通过对微弱信号的 放 大、甄 别 和 处 理,实 现 低 照 度 的 观察.近年来,随着光子计数探测器性能的提升以及高速电子学处理和数据采集技术的进步,当大量光子同时入射时,探测系统能够有效区分光子脉冲而不至于叠加在一起,为光子计数应用于X/射线成像打下了基础,逐渐满足了医学诊断、安全检查等领域的实际应用需求.飞利浦、西门子、G E等公司相继推出了光子计数高性能诊疗设备,众多国内外学者对光子计数探测技术展开研究.由此可见,该领域的研究已经十分活跃.目前医学诊断、安全检查等辐射成像领域中X射线所占据的市场份额更大,但射线因具有能量分立、单色性好、寿命长、故障率低等优点,在辐射成像领域发挥着日益重要的作用.本研究将重点介绍光子计数成像技术在X/射线医学诊断、安全检查辐射成像系统中的应用,并讨论该技术在大型客体检测等中高能领域的研究现状、技术难点和技术需求.光子计数成像技术的特征与优势探测器的工作模式由入射粒子强度、探测器内部电荷收集时间和电子学响应时间等因素决定.积分模式探测器的输出信号反映的是固定时间间隔(采样时间)内所有入射粒子的累计平均电离效果,丢失了单个粒子的信息,输出信号反映了透射光子、散射粒子和电子学噪声的叠加贡献.其中,仅由透射光子形成的图像是理想的辐射图像,而散射粒子和电子学噪声是叠加在理想图像上的干扰信号,它们将导致辐射图像显示效果退化,这是积分模式辐射成像系统的固有缺陷.光子计数探测器输出单个X/光子响应的电流脉冲信号,通过对每个入射光子的脉冲信号进行逐个测量和分析,可以提供入射光子的强度、能量和时间等信息.由于电子学噪声的信号幅度远小于辐射粒子的脉冲信号幅度,因此,通过设置脉冲幅度阈值就可以完全消除电子学噪声的影响,这是光子计数模式辐射成像系统相较于积分模式辐射成像系统的显著优势,这一点同时适用于X射线源和射线源系统.可见,光子计数成像突破了传统积分模式信噪比的限制,从而可以在提升图像质量的情况下,降低辐射剂量和提高扫描速度.例如,年飞利浦公司研制出基于硅晶体光子计数探测器的M i c r o D o s e M a mm o g r a p h y设备,这种设备的优势是可以在一次低剂量扫描过程中实现乳腺组织密度的测量,通过对密度的分析来发现乳腺组织中的钙化点,该设备将平均剂量减少了,检查时间包括图像获取不超过m i n,大大提高了检测效率.对于X射线源系统,传统的积分型探测器获取的是X射线平均衰减信息,不能反映X射线能谱的分布.而利用光子计数探测器,可以通过设置能量阈值,对X射线分能区进行计数,从而引入了能谱信息,一次扫描就可以得到不同能区的成像结果,因此该成像方式又被称为“能谱成像”.能谱成像可利用各个不重叠的能区进行成像分析,得到的探测数据更加接近单能的情况,极大地克服了能谱硬化的影响,有助于获得更精确的有效原子序数和电子密度第期张华夏等:大型客体光子计数成像技术的发展与挑战的空间分布,从而提高物质识别的准确度.对于射线源系统,常采用放射性同位素源,其发射的射线具有单一或分立的能量值,在照射物体后透射光子的能量等于初始射线能量,而散射粒子的能量则低于初始射线能量,因此,利用透射光子与散射粒子的能量差异可以对两者进行分辨,这是放射性同位素射线源应用于光子计数成像系统的独特优势.光子计数成像技术的研究现状与挑战 研究现状 光子计数探测器硅(S i)、锗(G e)、砷化镓(G a A s)、碲 化 镉(C d T e)、碲 锌 镉(C d Z n T e/C Z T)等是光子计数探测器的主要材料,其中,对C d T e和C Z T两种材料制成的半导体探测器的研究最为广泛.C d T e和C Z T能量分辨率好(可达 )、时间响应较快、有较高的检测效率和良好的室温性能,非常适合开发紧凑可靠的检测系统.清华大学张岚等研制了基于C Z T探测器的多能谱计数成像系统,后又对C Z T光子计数系统进行了改进,简化读出电路的同时提高了能量分辨率(k e V,k e V).I w a n c z y k等 对C d T e、C Z T光子计数探测器及其电子学电路进行设计,饱和光子计数率达到了 s/mm.世纪 年代中期,欧洲原子能机构C E R N联合十余家国际知名研究机构开展了M e d i p i x研究项目,旨在研发出高性能单光子读出芯片.目前,该 项 目 第 四 期M e d i p i x 已 经 完 成.C h m e i s s a n i等将M e d i p i x 与C d T e探测器进行耦合 测 试,其 饱 和 光 子 计 数 率 可 达 s/mm;另有学者对最新的M e d i p i x 产品进行测试,验证了M e d i p i x 性能的提升,与C d T e探测器耦合的光子计数成像系统饱和光子计数率高达 s/mm.年,研发团队提出要进一步提高M e d i p i x芯片功能,期望每个像素既要能测量撞击光子的数量,且要能测量粒子的到达时间,T i m e p i x系列读出电路由此应运而生.T i m e p i x适用于半导体和充气式探测器的读出,凭借其能量和时间分辨能力,可以进一步提高光子计数成像系统的性能.能谱C T基于光子计数探测器的能谱C T成像,凭借其物质分辨能力在医学成像、行李箱 包 安 检 等 领 域 获 得 了 广 泛 研 究 和 应用.张岚等研制的基于C Z T探测器的多能谱计数成像系统,已验证了其用于安全检查和物质识别的可行性.G a r c i a N a t h a n等在第三代M e d i p i x R x基础上研制出便携的能谱C T成像系统,并验证了其物质识别能力.由于医学影像对辐射剂量有严格的限制,光子计数探测器凭借低剂量成像的优势,在医学诊断领域,特别是乳腺检查方面有较为广泛的应用.R o l f等将光子计数探测器构建的能谱C T系统用 于 癌 症 检 查 并 取 得 了 较 好 的 检 测 结果.C h o等研究了基于硅光子计数探测器的乳腺C T成像,研究表明硅晶体光子计数探测器比传统积分式探测器性能更优越,空间分辨率可达l p/mm,噪声水平低于k e V,这些性能对乳腺C T成像非常有利.K a l l e n d e r等对基于C d T e光子计数探测器乳腺C T中的低剂量问题进行了研究,在辐射剂量为mG y的情况下可以发现直径 m的微钙化点和直径mm的病变软组织,表明乳腺C T可以在低剂量条件下为发现乳腺组织中的病变提供更有效的诊断信息.能谱成像可以对不同能区的成像结果进行分析,从而提高物质识别、材料分解的准确度.为强化能谱成像的优势,对物质识别分解方法的改进是目前能谱C T研究中的热点话题.P E TP E T是在分子水平上利用影像技术研究人体组织代谢和受体功能的一种先进的设备,是医学诊断的一种有效方法.P E T测量的是示踪剂(如 C、N、O、F等)发生正电子湮 灭 而 释 放 的 一 对 方 向 相 反 的 能 量 为 M e V的光子,通过符合分析来实现光子准直,并利用飞行时间法来实现对光子来源(即病灶所在位置)的定位,其对探测器的时间分辨率要求非常高,因此短衰减时间的硅酸镥(L S O)晶体和硅酸钇镥(L Y S O)晶体在P E T中越来越受到青睐.目前P E T检测中主流的光子计数探测器采用L Y S O晶体和硅光电倍增管S i PM的闪烁体探测器组合,比如,飞利浦V e r e o sP E T/C T即采用的这种闪烁体光子计数探测器.K n o p p等对V e r e o sP E T/C T的性能进行测试,其时间分辨率、灵敏度、饱和同 位 素第 卷计数率都有进一步突破,具备了在临床中进行低剂量和快速成像的可能性,可以在m C i源强的情况下实现快速、高质量成像.面临的挑战目前,光子计数成像技术的研究主要集中在医学诊断、小型箱包安检等低能X/射线领域,探测器多采用C d T e、C Z T半导体探测器.C d T e、C Z T等高原子序数材料,对低能射线的探测效率和光电吸收截面很高,受散射影响小.而光子计数探测在大型集装箱检测及车辆安检等中高能领域应用较为困难,这对系统的设计提出了更高的要求.对于能谱C T系统,X射线能量一般为 k e V,其与物质的相互作用以光电效应为主;常使用的C d T e、C Z T半导体探测器具有良好的能量分辨率,同时对低能射线具有非常高的探测效率和光电吸收效率,例如,C d T e对 k e V光子的总衰减系数为 c m/g,光电吸收系数与康普顿散射系数的比值p h/c为 .这些特点满足了能谱成像的关键:一是初始射线与被检物体相互作用以光电效应为主,其产生的散射粒子很少,经过被检物体并进入探测器的射线基本只有透射光子;二是透射光子与探测器的相互作用过程也以光电效应为主,探测器输出的脉冲响应信号的能量就是入射光子所携带的能量;三是探测器具有良好的能量分辨率,从而保证每个透射光子在探测器输出能谱上仍处于其初始的能量刻度处,这样才能获得与初始射线能谱成分相同的透射射线能谱,从而将透射射线的能谱分成多个区间进行图像重建.而在大型集装箱检测及车辆安检等中高能领域,其射线能量要达到M e V量级才能穿透被检物,实现对大型客体的检测.而C d T e对M e V光子的总衰减系数仅为 c m/g,光电吸收系数与康普顿散射系数的比值p h/c可低至 ,即C d T e对中高能(M e V)光子探测效率低且相互作用以康普顿散射为主;此外,半导体材料受工艺限制难以把尺寸做大,已量产的C d T e和C Z T厚度可达 mm左右,而 mm厚的C d T e对M e V光子的探测效率只有约.因此,半导体探测器对中高能(M e V)射线的低全能峰探测效率将严重影响系统的检测性能.相比之下,P E T系统中常用的L Y S O和S i PM闪烁体光子计数探测器对中高能(M e V)射线的探测有着优异的性能.L Y S O荧光衰减时间常数小,时间响应特性较好,荧光产额及闪烁效率较高,其有效原子序数和密度较大,且闪烁体材料易于加工成较大的尺寸,这有利于获得对M e V光子 的高探测效 率,mm厚 的L Y S O晶体对 M e V光子的探测 效 率 大 于 .钇(Y)元素的掺杂比例为 时,L Y S O对M e V光子的光电吸收系数与康普顿散射系数的比值p h/c为 ,有利于获得较高的全能峰探测效率.但是L Y S O和S i PM闪烁体光子计数探测器用于P E T系统和中高能大型客体检测系统中设计要求相差较大.一方面,L Y S O晶体对P E T中探测的 M e V光子的光电吸收系数是其对M e V光子的 倍,可获得更多的透射光子全能峰计数,即有更多用于能量符合分析的有效计数.另一方面,P E T作为临床影像技术,其辐射剂量需严格控制,常采用放射性同位素源 F,最高活度一般不超过 m C i,单个探测器单元的计数率约为 s,假设以倍L Y S O荧光衰减时间常数(n s)作为探测器响应信号的脉宽,当信号脉宽在 n s左右时,信号无堆积概率高达 ,几乎不需要再为其设计专用的窄化滤波电路.而放射性同位素大型客体辐射成像系统,放射性同位素活度通常需要达到 C i,其空载计数率可高达 s,在 n s信号脉宽的条件下,空载信号无堆积概率仅为 .严重的信号堆积会导致计数损失和能量分辨率的退化.并且该信号脉宽是在不考虑光电转换器件和电子学电路所引起的脉冲响应延迟(这在实际电路中是不可避免的)所能达到的最窄脉宽,因此实际情况下的信号堆积将更加严重.综上所述,光子计数探测器凭借其高图像信噪比、低剂量、高检测效率的优势,在采用低能射线的医学检查和行包安检等领域中具有很大的应用 价值,但常用 于能谱C T的C d T e、C Z T半导体探测器以及常用于P E T的基于L Y S O和S i PM的闪烁体探测器,在大型客体第期张华夏等:大型客体光子计数成像技术的发展与挑战安检等中高能光子计数辐射成像系统中难以直接迁移应用,还需要创新和突破.光子计数成像技术在大型客体检测中的应用 大型客体光子计数成像系统研究现状积分式探测器的制造工艺已相对成熟,目前大型客体辐射成像系统中的主流探测器仍然是积分模式探测器,如高压气体电离室、积分模式的闪烁体探测器等.光子计数探测器在大型客体辐射成像领域的应用与研究较少,现有的光子计数探测器和核测量系统仍难以满足大型客体辐射成像系统对中高能射线和高计数率条件的应用需求.年,美国S A I C公司 研发的V A C I S系统完成了初步测试工作,该系统采用基于N a I(T l)和光电倍增管(p h o t o m u l t i p l i e r t u b e,PMT)的闪烁体光子计数探测器,但是探测器信号动态范围很窄,只能使用 T B q量级(C i)的弱放射源,否则会出现探测器信号堵塞的问题.年,美国海关采用的V A C I S系统分为固定式和移动式两类,其中,固定式VA C I S系统采用C i C s或 C i C o射线源,源与探测器间距为 m(英尺),移动式VA C I S系统采用 C i C s或C i C o源,源与探测器间距约为 m,仅能用于检测空载的油罐车、货车或小型车辆等.年,美国桑迪亚国家实验室 设计了基于C s I(T l)和S i PM的闪烁体光子计数探测器,替代了移动式VA C I S系统中原有的基于N a I(T l)和PMT的探测器,新的探测器系统借助于S i PM小尺寸的优势获得了更高的空间分辨率.但是由于C s I(T l)晶体荧光衰减时间常数高达 n s,探测器输出信号脉宽较大(s量级),因此,该探测器模块仍只适用于低源强的辐射成像系统,当源强高至 C i时信号堆积将非常严重.可见,光子计数探测器在大型客体辐射成像领域的应用较为局限,主要是受制于大型客体成 像 的 特 殊 性.该 系 统 需 要 对 中 高 能(M e V)X/光子进行探测,且要求单位时间内有足够多的光子入射,即要求射线源系统采用较高源强的放射性同位素源,X射线源系统应设置较高的管电流.在上述研究中,大型客体光子计数辐射成像系统均工作于低源强状态,仅能检查空载客体,无法满足实际应用的需求.大型客体光子计数成像系统技术需求分析根据射线源装置的不同,辐射成像检测系统可分为X射线源(包括X射线机和加速器X射线源)和射线源检测系统.X射线机产生的最大能量一般不超过 k e V,平均能量小于 k e V,导致此类检测系统的穿透本领很小,目 前X射 线 机 产 品 的 穿 透 本 领 一 般 在 mm铁左右,艾葳科技I W I L D T研发的AN L大型货车X光安检机,通过对探测系统和图像处理技术的改进,穿透本领最大可以达到 mm铁.但满载的 英尺标准集装箱的质量厚度等同于 mm铁,因而X射线机难以用于检测满载集装箱.世纪 年代后期,法、德、英等国家开始研制大型客体辐射成像无损检测系统,均采用加速器X射线源以获得较高的穿透本领.但是相比于X射线机,加速器X射线源在光子计数成像系统中的应用更加困难:X射线机通过阴极丝电流控制发射电子的数量,进而控制电子轰击重金属(如钨)靶后所产生的韧致辐射X射线强度,产生的X射线的占空比为,在稳定工作时X射线机的射线强度不随时间变化;常用的加速器X射线源采用电子感应加速器或电子直线加速器,输出脉冲式X射线,X射线脉冲频率由交变磁场和高压脉冲调制器所决定,发射的X射线的占空比很小(如千分之一),导致X射线脉冲持续的极短时间内将产生非常高的光子强度.由此可见,X射线机受能量限制,无法满足大型客体检测对于穿透本领的要求,而加速器X射线源在光子计数成像系统中的应用难度较大.相比于X射线源,射线源具有辐射防护空间小、易操作、好维护等优势,同时可以兼顾大型客体对穿透本领的要求和光子计数测量工作模式的要求.从章节 的介绍也可以看出,目前已有的相关研究也多是基于射线源.一方面,射线能量可以满足要求,常用的射线源为放射性同位素源 C s和 C o,C s衰变产生的射线能量为 M e V,受能量比活度低的限制,一般多用于检查空载大型客体中是否夹带走私物体,相比之下,C o源衰变产生同 位 素第 卷 M e V和 M e V两种能量的射线,其平均能量为 M e V,相当于最大能量约为M e V的加速器X射线源,穿透本领高,而辐射剂量仅为加速器的百分之一或千分之一;另一方面,正如章节中所分析的,放射性同位素源应用于光子计数探测器具有能量分立、单色性好、可以从能量(脉冲幅度)上区分透射光子和散射粒子的独特优势.但是射线检测系统的显著问题是同位素射线源的能量和比活度限制了系统性能的进一步提升,因此对探测器的灵敏度和探测效率提出了更高的要求.同时,为了满足光子计数测量的要求,大型客体光子计数辐射成像系统的设计需要聚焦的问题主要如下.()提高对中高能(M e V)光子的全能峰探测效率.辐射成像要求获得尽可能多的光子计数,从而降低辐射图像的统计涨落,这是辐射成像系统的基本要求.同时,为了提高图像质量,计数中应包含尽可能多的透射光子计数即全能峰计数.因此,探测器对M e V光子要有较高的探测效率和光电吸收率,这就要求探测介质具有高密度、高有效原子序数以及对M e V光子光电吸收份额较大(p h/c比值大)等性质.()实现高计数率条件下的光子数量和能量的测量.由上述分析可知,射线大型客体光子计数成像系统计数率可高达 s,不加处理的信号存在严重的堆积,会造成计数损失和幅度失真.信号堆积情况由入射辐射粒子的计数率和信号脉宽决定,因此需要设计专用的滤波成形电路,对脉冲信号做窄化处理.窄信号脉宽是减小信号堆积,获得准确的光子计数的必要条件.为了利用能量信息区分透射光子和散射粒子,成像系统还应该有较好的能量分辨率.一方面,要优化探测器的设计和选型;另一方面,由于窄的信号脉宽和良好的能量分辨率是两个相互矛盾的性能参数,因此在设计滤波电路对脉冲信号做窄化处理的同时还应兼顾能量分辨率.总结与展望随着全球贸易活动的不断增加,安全形势的日益严峻,对安全检查系统的检查速度、识别能力提出了更高的要求;为了减少医学诊断中的辐射剂量,同时不影响诊断的准确性,如何让低剂量和高质量有效结合已成为医学影像诊断中的热点问题.具有光子计数和能量分辨能力的新型探测器凭借其性能优势在安全检查、医疗诊断领域有着日益广泛的应用.本研究对光子计数成像技术的特征作了简单介绍,并据此分别分析了该技术方案应用于X射线和射线成像的优势.具有光子计数能力的探测器技术的发展,有助于改善查验系统的性能,在提高辐射图像质量、降低辐射剂量、提高检测效率等方面有着巨大的潜力.基于光子计数探测器的X射线能谱C T具有较高的材质识别能力,有可能在二次扫描或机场等特殊场合中获得更大的应用空间,其探测器多采用C d T e、C Z T半导体探测器.基于L Y S O晶体和硅光电倍增管S i PM的闪烁体光子计数探测器在P E T诊断系统中有着较为广泛的应用,已具备低剂量、高质量成像的能力.本研究对光子计数成像技术的研究现状进行了系统性的介绍,对比分析了当前的技术方案应用于大型客体检测领域存在的困难.大型客体检测需要实现对中高能(M e V)射线的高计数率探测,受制于大型客体成像的难度和特殊性,光子计数探测器在大型客体检测领域距离实际应用仍有距离,还需创新突破.对大型客体光子计数成像系统的技术需求做了简要分析,在射线源的选择上,基于放射性同位素源的光子计数系统,更适用于大型客体检测的中高能射线探测领域,同时也可以利用射线能量分立的优势区分透射光子和散射粒子,从而提高图像质量.在探测器和电子学系统的设计上,一方面,需要选择合适的探测器材料,提高对中高能(M e V)光子的全能峰探测效率;另一方面,要对滤波成形电路进行优化设计,缩短信号脉宽,减少信号堆积和损失,同时兼顾能量分辨率.光子计数成像系统具有巨大的研究潜力和应用价值.在硬件方面优化探测器和电子学系统的性能,以及在软件方面改进成像算法是提升光子计数成像系统性能的两大路径.随着探测器和电子学系统性能的提升以及成像算法的第期张华夏等:大型客体光子计数成像技术的发展与挑战改进,光子计数成像系统的饱和计数率在逐步提高,在大型客体成像领域的实际应用也将逐步实现.参考文献:赵勋杰光子计数成像原理及其应用J红外与激光工程,():Z h a oX u n j i e T h e o r ya n da p p l i c a t i o n so fp h o t o n c o u n t i n gi m a g i n gJ I n f r a r e da n dL a s e rE n g i n e e r i n g,():(i nC h i n e s e)郝佳,张丽,陈志强,等多能谱X射线成像技术及其在C T中的应用J C T理论与应用研究,():H a oJ i a,Z h a n gL i,C h e nZ h i q i a n g,e t a l M u l t i s p e c t r a lX r a y i m a g i n g t e c h n o l o g ya n d i t s a p p l i c a t i o n i nC TJC T T h e o r ya n dA p p l i c a t i o nR e s e a r c h,():(i nC h i n e s e)吴志芳,董涛大型客体辐射成像检测技术的发展与趋势J原子能科学技术,():WuZ h i f a n g,D o n gT a o D e v e l o p m e n ta n dt r e n do f r a d i a t i o n i m a g i n g t e c h n o l o g y f o r l a r g eo b j e c tJ N u c l e a r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,():(i nC h i n e s e)Z h a n gL,L iYJ,Z h e n gXC,e ta l M u l t i e n e r g yd e t e c t i o nu s i n gC d Z n T es e m i c o n d u c t o rd e t e c t o r sJ I E E EN u c l e a rS c i e n c eS y m p o s i u mC o n f e r e n c eR e c o r d,R :F uJQ,L iYL,Z h a n gL,e ta l An o v e lC Z Td e t e c t o r u s i n g s t r e n g t h e n e d e l e c t r i c f i e l d l i n ea n o d eJ C h i n e s eP h y s i c sC,():I w a n c z y kJS,N y g a r dE,M e i r a vO,e ta l P h o t o nc o u n t i n ge n e r g yd i s p e r s i v ed e t e c t o r a r r a y s f o rX r a y i m a g i n gJ I E E ET r a n s a c t i o n s o nN 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