矫正散射线X射线探测器为基础的背景

矫正散射线X射线探测器为基础的背景

介绍

朗伯 - 比尔定律衰减的严格有效性往往被忽视定性放射。重点是单纯的感知材料的结构,缺陷等利益。最实用放射学应用中采用多色的X-射线。束硬化,这阻碍了定量估计,因为它需要一个案件的具体计算,考虑到实际相结合的来源,采样和检测系统,并最终阻碍比较表的参考值。
此外,散射效应所产生的折射,衍射和不连贯的康普顿散射强度造成不必要的扭曲。而不是根本性改正当代校准程序的二维探测器主要集中在像素校准[1]。计算机断层扫描(CT)测量定性适当的单一预测高质量的重建是不可避免的,即LambertBeer的法律有效性,必须保证所有投影角度积分投影质量守恒等简单的原因。
即使是最好的测量条件(如并行和单色同步辐射)不保证这种不变性。然而,实验imponderabilities被降低到最小的程度(或实验才能确定,至少)。这样做,强度失真造成的影响可以追溯到弥漫探测器的背景信号,这显然会导致违反法律的吸收。

本研究的范围是要证明的例子相当简单的实验装置和实验结果表明一阶的方法,以系统地纠正吸收数据的计算不匹配。

1。测量

在第一示例中的测量的目的是通过一个简单的CT测量定义良好的实验条件下表现出的现象。对于一个给定的检测系统,这些条件是指样品(形状,均匀性),辐射(频带宽度,发散)。
约斜方晶氧化锆氧化锆(ZrO2)样品(横截面应用程序。1.18×0.38平方毫米= 6.08 G/CM3)一直在BAMline [2]同步储存环贝西II一个slice实验操作由亥姆霍兹柏林(HZB)样品已经通过旋转180度,步长为0.25度(每10秒单投影)。
通过使用多层一个双单色仪(150×(1.2 nm处的Si + W 1.68纳米))平行的宽带同步辐射单色至60千电子伏(频带宽度的2%,氧化锆(60千电子伏)= 17.77 cm-1处的[3] )。 7微米的合成Y3Al5O12:CE(YAG)闪烁体[2]用于X射线转换成可见光的荧光光。收集可见光显微镜的物镜(罗敦电视HELIFLEX,F = 50毫米,NA = 0.45,3.6)和普林斯顿仪器CCD相机VersArray:2048B(2048×2048像素)尼康尼克尔180/2.8 ED检测目标。有效像素尺寸为3.72微米。
图1(顶行)显示测量样品的横截面示意图,和“质量正弦图”。测量强度转换为“大众”根据到LambertBeer的法律如下

图1。代表ZrO2的样品的横截面(模拟,左上图)和相应的“质量窦腔X线照相”(180度测量,右上图)。长成束方向的边缘点,绘制整体质量与投影角度(左下)揭示了偏差高达14%,在120度,所需的质量守恒。这相当于本地最大投影质量(右下)的偏差。

在下文中使用的术语“质量”的同义词数量* D,这是产品的衰减系数和传输弦的长度为D(z)的。 I(r)和I0相关(r)表示样品的强度的平场测量在图像位置r。质量正弦呈现两个特点:
(I)
整块集成的窦腔X线照相的每一行,即,在所有的投影角度没有守恒量。偏离达14%不变(图1,左下)。
(ⅱ)
由于样品的均匀性
最大投影的质量必须是成比例的最大传输弦长。根据投影角度观察到实质性的差异。它们达到一个最大值的范围内的大的弦长和小的横截面(图1,右下)。
这意味着严重违反,CT输入数据的最低要求。因此,重建遭受强烈文物。

2。偏离朗伯 - 比尔定律 - 一个基本的实验

为了研究观察到的效果堆叠金属箔(测量)吸收行为是确定的。应用光子能量15千电子伏。荧光屏50m的CdWO4上YAG基板。
12.5微米的锡金属箔被选择。数N箔先后从1个增加到8个。锡的衰减系数(Z = 50,= 7.3 g/cm3)在15千电子伏锌= 34.05 mm1中[3]。这将导致的衰减EXP(-0.425)=( - (* D)0)每单箔。 (2)为了满足设备的线性关系(* D)(N)= N *(* D)0是可以预期的。这作为一个不可分割的标准是来自于样品的平均值,平场测量研究。
在此之外的主光束的垂直带状背景调制观察。它源于双多层单色。由于样品平场测量立即执行后,其他的调制没有时间的变化可以忽略不计。这就是为什么传输图像T(R)= I0(R),/ I(R)检查取消或剩下的“多层条纹”作为一个地方标准。

2.1完整的探测器覆盖范围

在实验的第一部分中,锡金属箔的大小大于活动检测器区域的投影。本地和积分标准达成很好的近似:条纹的调制和当地探测器违规被取消在传输图像(图2左)。数字证明这是考虑到各自的方差(I(R))~15%,显然超出估计的3%至预期的平均强度为950次,
即背景调制规则的方差。与此相反,在透射图像显示仅2.4%的方差。

线性关系(* D)(N)= N *(* D)0,以及满足(图2右)。平均值(* D)0是很好的近似表值0。430(2),= 34。4毫米以上。约1%的偏差来源于单箔的厚度波动。

图2。左:完全覆盖探测区域(荧光屏)均匀的吸收材料(此处为:5×12。5微米锡)产生的常规计算的传输图像(校正后的暗电流)免费“多层的条纹”。右:逐渐层叠的箔片的透射图像的对数积分产生了一种线性依赖N *(* D)0测量的衰减值的函数的数目N的锡金属箔。

2.2部分探测器覆盖

在第二个实验的一部分锡箔切成片材覆盖大约一半的探测器区域。
图图3示出的应用程序的常规朗伯 - 比尔定律产生不足的判定结果从本地和积分的标准。 (摘自覆盖面积)传输图像细节清晰地揭示剩余调制。情节

图3。左:部分覆盖探测区域(荧光屏)均匀的吸收材料(此处为:5×12.5微米锡)产生一个传输图像(覆盖区域),错误地保留了“多层调制”。右:逐渐堆叠的小金属箔(蓝色)的透射图像细节信息的对数积分从线性当然表现出一个明显的漂移观察全覆盖(灰色,参照图2,右侧)。

* D与N从同一地区不是线性的。特别是测量之间的差异(* D)和真(* D)0随着吸收层厚度的函数的(绝对和相对),即强度测量过大。
图4比较累积的横截面样品和平实地测量。而强度衰减样品测量过大的图形的放大细节,表示相反的效果以外的样品的投影面积:平场强度测量(这里:应用程序。2%)。

图4。累积的水平横截面的样品(红色)和模拟电阻<Iflat (ca. 2%,看到inset,对比调查结果在图3中,我们观察到增加模拟电阻(> Iflat *平场测量(黑色)以外的样品保存EN *(* D)0)的样本区域内。

3。第一阶近似:弥漫探测器背景 - 积分法

报告实验结果的现象后,我们提出了一个解释和策略,以纠正明显的不匹配。
立即建议局部强度(即持重小比重偏低大强度)在一个和相同的样品测量部分的流平性的部分重新分配本机产生的荧光强度的环境中(图5)。这种现象被称为“漫反射检测器的背景”或简单的“背光”以一阶近似,它被假定为是均匀的,即对整个荧光屏的局部强度(测定:所有的检测器像素)的一小部分的再分配。

图5。原理方案:将本地产生的荧光强度被部分地分布到环境中,从而产生为“漫反射检测器的背景”(上面的例子中所示的三种情况)。定性的箭头的长度表示各个强度。

假定该馏分砥独立激发的网站,强度,是指以同样的方式测量样品的平场。因此,两者都校正由一个加法和他们各自的平均值相同的分数:
 

建议整体弥漫探测器背景校正的结果。插入一个optiomized参数10.5%的收益率在取消的“多层调制”(左,红色框架)从传输图像细节以及的重,建立积分的(修改)LambertBeer的法律有效性,说明了红线遵循线性场(右)。

由图证明。 6,选择适当的当量。 (4)满足所要求的吸收的标准以及为本地的积分条件。 “多层调制”的未校正的透射图像(= 0时,图6中,左)上的修改后的图像(= 0.105,图6中,中心)消失。此外,该应用程序的裸(蓝色)的情节不断* D相对于氮揭示了线性图(红色)恰逢充分探测器覆盖(黑色,图6中,右)的情节。只需要合适的条件,寻找最佳的是最小的线性度要求(VAR((* D)/ N)))提供了最低的情节曲率。过程揭示,以及正确的衰减系数=34.6毫米的1没有进一步的假设。
按照目前的做法显然均匀背景包括传统的衰减规律的正确有效性的全面检测覆盖率的情况下,到处弥漫的背景贡献的局部强度改性相同,因此没有明显的商图像。因此,设备(4),可应用与任何<1,= 0的物理意义。
积分背景校正所讨论的步骤,不包括由图可被详细地观察到的局部变化。 4,模拟电阻Iflat进一步的腾飞样品边缘透着减少差异。的积分强度偏差的局部响应的轻微的变化都被认为是可以忽略不计的。

相对偏差测量衰减系数的函数* D“全”:全面检测样品覆盖,“不可校正的一部分。”:部分样本覆盖测量,“部分校正”部分样本覆盖校正后

4。总结

弥漫性的X射线检测器的背景强度(背光)的效果
-
的特征在于扩散重排的记录,可强度,
-
扭曲测量的衰减系数高达约10%(图5),
-
数值可以被纠正 - 至少对于均匀样品,
-
随增加探测器的覆盖范围,
- 单调增加与样品的吸收(图5)。结果允许所有类型的X射线探测器的相当普遍的意见:
-
这里后面的孔的荧光屏幕(为了降低所检测到的散射),
-
适应的主光束截面的样品截面积,降低了图像的动态
-
或者:测量整个照射面积(为了使数值修正),
-
一个众所周知的参考样品(部分检测器,执行一个标准的测量
覆盖),尽管所讨论的测量已经由所选择的检测器系统,所提出的不可分割的校正程序,来自检测器的类型在很大程度上独立执行。纯粹的量的不足之处,将各系统之间的不同。

参考文献

[1] C. Schmidgunst,D.里特尔,E.郎:一个双增益的二维和三维X射线成像平板探测器的校正模型。地中海。物理。 34(2007)3649,DOI:10.1118/1.2760024
[2] A.机架,S. Zabler,B.R.穆勒,H. Riesemeier,G.魏德曼,朗格,J.戈培尔,MP汉努瑶,
·戈尔:高分辨率基于同步加速器的X线和断层扫描使用硬X射线在BAMline(贝西II)。核物理研究586(2008)327~344的仪器和方法。
[3]数据基地:http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/


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