CN113945586B - 用于kb显微镜的x射线图像记录仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于KB显微镜的X射线图像记录仪，包括中空结构的屏蔽体，屏蔽体内部形成光学暗室，其一端设有X射线引入口，并安装有滤片，用于阻挡可见光，并透射X射线；安装在屏蔽体上远离滤片一端的科学级X射线相机，该科学级X射线相机的相机记录面能够成像记录由X射线引入口引入的X射线；设置在所述相机记录面的周向外围的X射线闪烁体组件，用于将入射到该X射线闪烁体组件的X射线转换为可见光；以及可见光相机，用于记录所述X射线闪烁体组件产生的可见光图像。本发明具有足够的记录面尺寸，能同时记录关键图像和辅助图像并实时读出，关键记录区具有科学级成像性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线图像记录仪，尤其是用于KB显微镜的X射线图像记录仪。
背景技术
Kirkpatrick-Baez显微镜(简称KB显微镜)成像是惯性约束聚变的重要诊断方法，KB显微镜的像面包含二维图像(二维分辨)、一维图像(一维分辨)和直穿光图像。二维图像是关键图像，所在的记录面区域为关键记录区，关键记录区成像性能越高，越有利于发挥KB显微镜的高空间分辨优势。一维图像和直穿光图像是辅助图像，所在的记录面区域为辅助记录区，其成像性能要求较低。利用辅助图像可以定量分析KB显微镜的装调和瞄准情况，而装调和瞄准是影响关键图像空间分辨率的重要因素，因此同时记录辅助图像具有重要意义。这就要求X射线记录仪必须具有足够的记录面尺寸(一般要求记录面尺寸大于120mm×120mm)，才能完整覆盖关键记录区和辅助记录区。
成像板是KB显微镜目前常用的X射线记录仪，其记录面尺寸容易达到要求，但是图像需经扫描仪获取，读出耗时数十分钟至数小时。此外，成像板噪声大、信噪比差，总体而言成像性能不高。
为了提高读出速度和成像性能，采用X射线相机(X射线相机主要包括X射线CCD、CMOS相机，根据光电转换类型，还可分为直接转换型和间接转换型，直接转换型的图像传感器直接对X光灵敏；间接转换型的图像传感器对可见光灵敏，为了记录X光信号，需要先采用闪烁体将X射线转换为可见光信号)作为KB记录仪是未来的发展趋势。尤其是科学级X射线相机，具有科学级成像性能，几乎是目前最先进的X射线记录仪，满足关键记录区对成像性能的要求。所谓科学级成像性能，具备以下特性：像元尺寸小(小于等于15μm)，具有图像传感器芯片制冷功能(制冷温度小于等于-20℃)，暗电流小(小于1e-/pixel/s)，读出噪声低(小于等于20e-rms)，采样精度高(高于12bit)，空间分辨率高(高于20lp/mm)，动态范围大(大于等于65dB)。
但是，市售的科学级X射线相机记录面尺寸一般小于等于50mm×50mm，不能同时记录KB显微镜的关键图像和辅助图像。更大记录面尺寸的科学级X射线相机需要专门定制，尤其是需要定制大尺寸图像传感器，而这通常需要专门设计、专门工艺设备生产，使用成本非常高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于KB显微镜的X射线图像记录仪，能够以低成本方式获得足够的记录面尺寸，满足KB显微镜关键图像和辅助图像的记录要求，并确保关键图像记录区具有较高的成像性能。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种用于KB显微镜的X射线图像记录仪，包括屏蔽体，该屏蔽体为中空结构，内部形成光学暗室，其一端设有X射线引入口，并安装有滤片，用于阻挡可见光，并透射X射线；科学级X射线相机，其安装在屏蔽体上远离滤片的一端，该科学级X射线相机的相机记录面位于光学暗室内，能够成像记录由X射线引入口引入的X射线；X射线闪烁体组件，其设置在所述相机记录面的周向外围，并与所述相机记录面共面，用于将入射到该X射线闪烁体组件的X射线转换为可见光；以及可见光相机，其安装在光学暗室内，并位于X射线光路以外，用于记录所述X射线闪烁体组件产生的可见光图像。
采用以上技术方案，通过在科学级X射线相机记录面的周围设置X射线闪烁体，扩展了记录面，关键图像用科学级X射线相机记录，具有科学级成像性能，辅助图像借助X射线闪烁体和可见光相机记录，满足了KB显微镜关键图像和辅助图像的记录要求，相比研制超大记录面的的科学级X射线相机，能够显著降低成本。
优选地，所述科学级X射线相机通过法兰安装在屏蔽体端部，X射线闪烁体组件设置在法兰位于光学暗室内的一侧表面上。这样可以简化记录仪结构并方便安装，借助法兰封闭光学暗室，同时为X射线闪烁体组件提供支撑。
优选地，所述X射线闪烁体组件为整体式环形结构，并与相机记录面同心，以方便制造和安装。
优选地，所述X射线闪烁体组件也可以由多个X射线闪烁体单元构成，使得X射线闪烁体组件可以被更加灵活地配置，以满足不同类型、尺寸KB显微镜的使用需要。
优选地，多个所述X射线闪烁体单元以相机记录面为中心阵列分布，因此，各X射线闪烁体单元之间可以留有间隙，使安装、更换更加便利。
优选地，各X射线闪烁体单元的外形尺寸可以相同也可以不相同，即X射线闪烁体单元可以按照单一尺寸型号制造，也可以采用多种尺寸型号制造，以满足不同类型、尺寸显微镜的使用需要。
优选地，所述光学暗室内还设有反射镜，可见光相机通过该反射镜折转光路对X射线闪烁体组件的记录面成像。借助反射镜，可见光相机可以在光学暗室内更加灵活地选择安装位置，减少屏蔽体构造对可见光相机安装位置的限制。
所述可见光相机优选为可见光CCD相机或CMOS相机，以实时记录图像，减少读出延时。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)由于在科学级X射线相机记录面的周围设置了X射线闪烁体，扩展了记录面。使得本发明的记录仪既能用科学级X射线相机记录关键图像，又能同时用X射线闪烁体记录辅助图像。又因为闪烁体的制作工艺是成熟的，尺寸可按需定制，使得记录仪的辅助记录区可灵活配置，适应不同类型、尺寸的KB显微镜辅助图像。
(2)本发明的辅助图像和关键图像都是采用数字相机实时记录、读出，读出时延很小，一般只有几十秒，因此本发明的记录仪具有实时读出图像的能力。
(3)采用科学级X射线相机记录关键图像，因此，关键记录区具有科学级成像性能。
(4)由于采用技术成熟、成本低廉的X射线闪烁体来扩展记录面，相比研制超大记录面的的科学级X射线相机，本发明具有成本优势。
附图说明
图1为本发明其中一个实施例的结构示意图；
图2为沿图1中A向的X射线闪烁体组件布局结构示意图；
图3为本发明另一个实施例的结构示意图；
图4为沿图3中B向的X射线闪烁体组件布局结构示意图；
图5和图6分别为X射线闪烁体组件另外两种布局结构示意图；
图7为四通道KB显微镜像面示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
图7以四通道通KB显微镜为例，展示了KB显微镜的像面，完整记录面尺寸约180mm×180mm，由虚线框内尺寸约30mm×30mm的关键记录区214和虚线框外的辅助记录区215组成，其中，关键记录区214内为二维图像211，辅助记录区215具有一维图像213和直穿光光斑212。现有的科学级X射线相机记录面尺寸无法达到该要求，定制大记录面尺寸的科学级X射线相机则成本过高。
图1和图2示出了一种用于KB显微镜的X射线图像记录仪，包括采用非透明材料制成的屏蔽体1，屏蔽体1呈两端敞口的中空结构，屏蔽体1一端设有用于引入X射线的X射线引入口10，在X射线引入口10处安装有滤片11，滤片11材料为Al或Be或Fe，但不限于上述材料，能够阻挡可见光并透射X射线。
屏蔽体1远离X射线引入口10的另一端通过法兰5安装有科学级X射线相机2，法兰5和滤片11将屏蔽体1两端封闭，以在屏蔽体1内形成光学暗室1a，从而防止杂散光干扰记录仪成像，法兰5中部设有通孔5a使科学级X射线相机2的相机记录面21暴露在光学暗室1a内。
在法兰5位于光学暗室1a内的一侧表面上安装有X射线闪烁体组件3，该X射线闪烁体组件3呈整体式环状结构，并且同心设置在相机记录面21周向外围，X射线闪烁体组件3采用Ce:GAGG(Ce激活的钆镓铝石榴石透明陶瓷)或CsI(Tl)或Gadox或CsI制成，但不限于上述材料，能够将入射到该X射线闪烁体组件3的X射线转换为荧光，该X射线闪烁体组件3的记录面32基本上与相机记录面21处于同一平面。
在光学暗室1a内还安装有可见光相机4，该可见光相机4的安装位置避开如图中虚线示出的X射线光路，图中实线部分的光路为可见光相机4视线，可见光相机4镜头对准X射线闪烁体组件3，X射线由X射线引入口10引入，科学级X射线相机2记录关键图像，具有科学级成像性能，入射到X射线闪烁体组件3的记录面32被转换为荧光，并被可见光相机4记录作为辅助图像，从而在不定制大尺寸图像传感器的情况下，有效增大了记录面尺寸，满足KB显微镜关键图像和辅助图像的记录要求。
本实施例中，可见光相机4可以是可见光CCD相机或CMOS相机，能够实时记录荧光图像，减少读出延时。
应当理解，采用法兰5安装科学级X射线相机2可以方便装配，法兰5可以是独立加工制造后通过螺栓或焊接等方式固定到屏蔽体1上，也可以由屏蔽体1端部直接形成。
图3示出了另一实施例的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，包括呈中空结构的屏蔽体1，屏蔽体1内部形成光学暗室1a，一端设有与光学暗室1a连通的X射线引入口10，并通过滤片11封闭，另一端通过法兰5安装有科学级X射线相机2，在法兰5位于光学暗室1a内的一侧表面安装有X射线闪烁体组件3。
结合图4可以看出，在法兰5中部设有通孔5a露出科学级X射线相机2的相机记录面21，X射线闪烁体组件3包括8个X射线闪烁体单元31，均匀分布在相机记录面21的周向外侧，并与相机记录面21按3×3阵列排布。
在光学暗室1a内还安装有可见光相机4和反射镜6，该可见光相机4的安装位置避开如图中虚线示出的X射线光路，图中实线部分的光路为可见光相机4视线，可见光相机4的镜头对准反射镜6，X射线入射到X射线闪烁体组件3所产生的荧光经反射镜6反射后能够被可见光相机4记录。
图5和图6分别示出了X射线闪烁体组件3另外两种布局结构，图5中，X射线闪烁体组件3由4个矩形结构的X射线闪烁体单元31相互拼接形成，整体呈方环形结构，环绕在相机记录面21外侧，相邻的X射线闪烁体单元31外形尺寸不同，不相邻的X射线闪烁体单元31即外形尺寸相同。
图6示出的X射线闪烁体组件3同样包括4个矩形结构的X射线闪烁体单元31，各个X射线闪烁体单元31外形尺寸一致，均为长方体结构，相互拼接呈与相机记录面21相适应的方环形结构结构，并环绕在该相机记录面21周向外侧。由于科学级X射线相机2的相机记录面21可以是倒角方形、圆形、椭圆形或其它适用形状，因此，X射线闪烁体组件3并不限于上述构造，整体结构与相机记录面21相适应，确保相机记录面21位于中心位置，并大致上处于同一平面即可，当X射线闪烁体组件3由多个X射线闪烁体单元31构成时，X射线闪烁体单元31的外形也可以是倒角方形、圆弧形或其它适用形状，以便通过拼接或以阵列排布方式与相机记录面21相匹配。
上述实施例中，科学级X射线相机2可以采用间接转换型或直接转换型，当采用间接转换型科学级X射线相机时，在其输入端设有光纤面板，光纤面板迎光端镀有针状CsI(Tl)闪烁体；当采用直接转换型科学级X射线相机时，图像传感器直接对X光灵敏。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于，包括：
屏蔽体(1)，该屏蔽体(1)为中空结构，内部形成光学暗室(1a)，其一端设有X射线引入口(10)，并安装有滤片(11)，用于阻挡可见光，并透射X射线；
科学级X射线相机(2)，其安装在屏蔽体(1)上远离滤片(11)的一端，该科学级X射线相机(2)的相机记录面(21)位于光学暗室(1a)内，能够成像记录由X射线引入口(10)引入的X射线；
X射线闪烁体组件(3)，其设置在所述相机记录面(21)的周向外围，并与所述相机记录面(21)共面，用于将入射到该X射线闪烁体组件(3)的X射线转换为可见光；以及
可见光相机(4)，其安装在光学暗室(1a)内，并位于X射线光路以外，用于记录所述X射线闪烁体组件(3)产生的可见光图像；
所述科学级X射线相机(2)通过法兰(5)安装在屏蔽体(1)端部，X射线闪烁体组件(3)设置在法兰(5)位于光学暗室(1a)内的一侧表面上；
所述X射线闪烁体组件(3)为整体式环形结构，并与相机记录面(21)同心。
2.根据权利要求1所述的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于：所述X射线闪烁体组件(3)由多个X射线闪烁体单元(31)构成。
3.根据权利要求2所述的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于：多个所述X射线闪烁体单元(31)以相机记录面(21)为中心阵列分布。
4.根据权利要求2所述的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于：各X射线闪烁体单元(31)的外形尺寸相同或不相同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于：所述光学暗室(1a)内还设有反射镜(6)，可见光相机(4)通过该反射镜(6)折转光路对X射线闪烁体组件(3)的记录面(32)成像。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于KB显微镜的X射线图像记录仪，其特征在于：所述可见光相机(4)为可见光CCD相机或CMOS相机。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113945586A (zh) | 2022-01-18 |
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