福州大学杨黄浩/陈秋水等再发Nature:X射线成像技术获重大突破 | 您所在的位置:网站首页 › 兽医职业目标的确定 › 福州大学杨黄浩/陈秋水等再发Nature:X射线成像技术获重大突破 |
X射线成像技术的发展和挑战 1895年,德国科学家威廉·伦琴(Wilhelm Röntgen)发现X射线,又称伦琴射线。随后的一百多年,X射线在医学、安检、无损检测、工业探伤等领域中起着举足轻重的地位。 早期的射线照相技术的原理是使X射线穿过物体并在摄影胶片上捕获剩余光束的图像。1981年日本富士公司推出数字化X射线成像技术(Computed Radiography,即CR)。CR技术采用影像板代替传统的胶片/增感屏来记录X射线,再用激光激励影像板,通过专用的读出设备读出影像板存储的数字信号,之后再用计算机进行处理和成像。 1997年,又出现了直接数字化X射线成像技术(Digital Radiography,即DR),DR技术的探测器可以迅速将探测到的X射线信号直接转化为数字信号输出,而不需要CR中的激光扫描和专用的读出设备。 20世纪90年代中期出现了平板型探测器(FPD),可以直接将二维投影转化为数字信号,是当前的主流技术。该探测器由一层闪烁体(将X射线转换成光的材料)和一层高度像素化的光电薄膜晶体管(TFT)组成,后者将发射的光转换成电流以进行计算图像重建。
射线平板探测器 FPD产品(佳能电子管器件株式会社) 尽管集成了TFT的平板探测器为X射线检测和射线照相重建提供了高灵敏度,但同时也对高分辨率X射线成像提出了严峻的挑战。此外,平板检测器价格昂贵并且不适用于弯曲或不规则形状的物体的三维(3D)X射线成像。因此,柔性X射线检测器尚未得到很好的开发。如何对弯曲或不规则形状的3D物体进行高分辨率X射线成像一直是一个巨大的挑战。 何为闪烁体材料 闪烁体材料是X射线成像技术中的核心材料,它可吸收高能量的X光子并将之转化为低能量的可见光,以实现X射线的检测与成像。那么何为闪烁体呢?可能很多人都没有听过这个词。
闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料,可用于辐射探测和安全防护,通常在应用中将其加工成晶体,称为闪烁晶体。近年来,随着各领域对辐射探测材料的不断增加的需求,对于闪烁体的研究也显得越来越重要。 目前,传统的闪烁体材料一直受限于高温合成、难以在柔性基底上大面积制备、成本昂贵、发光效率有限、辐射发光波长不易精细控制等问题。 2018年刘小钢教授团队首次报道全无机钙钛矿纳米晶闪烁体 为解决上述问题,2018年8月27日,新加坡国立大学刘小钢教授团队联合西北工业大学黄维院士、福州大学杨黄浩教授,在 Nature 杂志发表论文,首次报道了一类含有Cs和Pb的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体(All-inorganic perovskite nanocrystal scintillators)。 该闪烁体在X射线辐射下可产生较强的辐射发光,发出颜色连续可调的全色域可见光,并由此实现了对X射线的超灵敏检测与高分辨成像,解决了该研究领域的一个重大技术挑战。此外,该类钙钛矿纳米晶闪烁体的发现为制备大面积柔性闪烁体膜提供了可能性,极大地提高了X射线检测与成像灵敏度,降低X射线在医学诊断和X光机安全检查等方面的辐射使用剂量,在医学诊断、国防、安检、半导体工业等高、精、尖技术领域均有重要的应用前景。 2021年再获重大突破持续发光的镧系元素掺杂纳米晶闪烁体实现3D高分辨成像时隔两年半,福州大学陈秋水和杨黄浩联合新加坡国立大学刘小钢教授,再次在 Nature 杂志发表关于闪烁体研究的最新成果: High-resolution X-ray luminescence extension imaging 。团队成员合成了一类含镧系元素的纳米晶闪烁体, 该晶体可以将X射线辐照产生的激发电荷载流子存储在晶格缺陷中数周,可诱导超过30天的持续放射发光。 团队成员利用这些持久发光纳米晶体,制造了用于高分辨率3D射线照相的柔性X射线探测器,并开发了一种称为X射线发光扩展成像 (Xr-LEI) 的新技术。使用该技术能够在X射线终止后对高度弯曲的3D对象执行射线照相,而这是常规平板X射线探测器或基于同步加速器的X射线显微镜无法实现的。 |
CopyRight 2018-2019 实验室设备网 版权所有 |