计算机X射线激光扫描仪设计及分析

　　0 引 言

　　计算机 X 线摄影(Computed Radiography，CR)是一种先进的成像技术，它采用影像板代替传统 X 线摄影技术所使用的胶片。影像板感光后在荧光物质中形成潜影，将带有潜影的影像板置入读出器中用激光束进行扫描读取，使存储信号转换成荧光信号，再用光电倍增管转换成电信号，经 A/D 转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图象[1-2]。与胶片拍摄法相比，具有动态范围广、成像速度快，影像板能重复使用等优点。所以，CR 系统在医学诊断方面得到广泛应用，近年来也不断应用于石油天然气、电力及航天领域的设备探伤方面。读出装置是 CR 系统的关键和核心，读出技术的发展影响着 CR 系统的进步，如何提高读出装置的扫描速度和收集效率，如何更简单有效的实现读出装置，降低成本，一直以来都是读出技术中最重要的问题之一。目前，国内的 CR 扫描仪都是国外产品，本课题的研究目的就是开发研制用于工业射线检测的便携、高分辨率 CR 扫描仪样机。在CR 扫描仪扫描光学系统中，通常采用转镜(多面体棱镜或五角棱镜)作为扫描器，用 Fθ 镜头系统进行聚焦，使得扫描光点在 X 线影像板上的移动变为线性，从而消除扫描激励失真[3-4]。但是多面体棱镜扫描会出现扫描间歇，使信息的传输不连续，使用 Fθ 镜头聚焦增加了设计难度，使得系统的整体结构较大。在现有产品中，扫描系统和接收系统通常是分离的，需要设计加工专门的接收器件[5-6]，并且机械结构比较复杂，仪器通常体积较大。针对以上问题，文中设计了一种新型的激光扫描系统，用五角棱镜和短焦距的扫描物镜组成扫描臂，输片机构设计成圆弧形，利用影像板的柔韧性弯曲进片。这样不使用 Fθ 镜头就能使扫描光点在 X 线影像板上的移动为线性。同时扫描臂又作为接收器件来接收激发出的荧光，这样使得系统结构简单，易于实现。针对圆弧形进片机构，确立了传感器布置位置和系统的控制方案，给出了系统工作时序图。对扫描臂进行了分析，计算了光点大小变化对分辨率的影响。

　　1 激光扫描光路的设计

　　当X 射线照射影像板时，入射的 X 射线量子被影像板荧光层内的荧光体吸收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定状态，形成潜影，完成 X 射线信息的采集和存储。当用激光束扫描已有潜影的影像板时，即发生激励发光现象，产生的荧光强度与第一次激发时 X 射线的能量成正比，完成光学影像的读出。荧光发射峰值波长为 390 nm，带宽为±20 nm，文中选用的激光器波长为 635 nm。影像板激励荧光的强度与其发射方向有关，具体关系式为[7]