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同步辐射X射线成像技术在纳米探针细胞成像中的应用

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中国科学：化学 2023年第11期53卷 2270-2282页

作者：韩金茹任文智林杰吴爱国宁波市生物医学成像探针材料与技术重点实验室浙江省生物医学材料技术与应用国际合作基地中国科学院磁性材料与器件重点实验室宁波慈溪生物医学工程研究所浙江省医用植介入材料工程研究中心中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 中国科学院大学北京101408 先进能源科学与技术广东省实验室惠州516000

纳米探针在肿瘤的高灵敏成像和高效治疗可视化方面具有重要的应用前景.通过细胞原位成像技术揭示纳米探针与细胞间的相互作用将为其临床应用奠定生物学基础.同步辐射X射线成像技术是研究纳米探针细胞原位摄取、胞内代谢及构效关系的重... 详细信息

纳米探针在肿瘤的高灵敏成像和高效治疗可视化方面具有重要的应用前景.通过细胞原位成像技术揭示纳米探针与细胞间的相互作用将为其临床应用奠定生物学基础.同步辐射X射线成像技术是研究纳米探针细胞原位摄取、胞内代谢及构效关系的重要方法.本文系统总结了基于同步辐射光源X射线成像技术在纳米探针细胞原位成像方面的研究进展,包括纳米探针的细胞原位成像、亚细胞结构原位成像、细胞原位价态分析、细胞原位定量成像以及细胞原位三维成像.此外,本文还对可用于纳米探针细胞成像的X射线成像技术的发展趋势进行了探讨.

关键词：纳米探针细胞成像 X射线成像同步辐射

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用于X射线成像的铽离子掺杂硅酸盐微晶玻璃

硅酸盐学报 2024年

作者：李鑫张健罗思媛肖建强张胜吴军霄刘志超李保珠徐旭辉昆明理工大学材料科学与工程学院云南省新材料制备与加工重点实验室昆明理工大学国土资源工程学院

X射线成像在工业、医疗和科学研究中得到广泛应用。与直接式x射线探测相比，间接式x射线探测是一种更便宜、更稳定的选择。但如今商用闪烁体大都存在制备成本高、稳定性差等问题，因此寻找制备简单、低成本、高化学稳定性和环境友好的... 详细信息

X射线成像在工业、医疗和科学研究中得到广泛应用。与直接式x射线探测相比，间接式x射线探测是一种更便宜、更稳定的选择。但如今商用闪烁体大都存在制备成本高、稳定性差等问题，因此寻找制备简单、低成本、高化学稳定性和环境友好的新型闪烁体材料是必要的。通过高温熔融法和热处理工艺，成功地在硅酸盐玻璃基体内原位生长出ZnGa2O4纳米晶，通过掺杂Tb3+、调整退火温度，使材料既具有高透明度又具有高闪烁性能(光产额优于商业闪烁体BGO)。在x射线下表现出良好的成像性能，实现了16 lp/mm的成像分辨率。同时还表现出长时间的环境稳定性和长时间的辐射发光稳定性。这些优异的性能使得ZnGa2O4: Tb3+闪烁体玻璃在玻璃闪烁体间接成像领域具有很大的应用潜力。

关键词：微晶玻璃 X射线成像透明闪烁体铽离子

X射线成像用零维无铅杂化卤化物闪烁体研究进展

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激光与光电子学进展 2023年

作者：李雯李云云迟晓慧吴云涛强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心

x射线闪烁体在医疗诊断、安全检查、工业无损探测等领域应用广泛。近十年来，零维结构有机-无机杂化金属卤化物因具有非潮解、高稳定性、无自吸收、高荧光量子效率等优异的物理性质和发光性能，在X射线成像领域逐渐受到关注并已展现出... 详细信息

x射线闪烁体在医疗诊断、安全检查、工业无损探测等领域应用广泛。近十年来，零维结构有机-无机杂化金属卤化物因具有非潮解、高稳定性、无自吸收、高荧光量子效率等优异的物理性质和发光性能，在X射线成像领域逐渐受到关注并已展现出极大的应用潜力。本文将概述x射线闪烁体的基本探测原理和关键探测性能参数，介绍最具代表性的零维锰基、锡基、锑基和铜基卤化物闪烁体在X射线成像领域的研究进展，并展望此类零维杂化材料的未来发展方向。

关键词：零维结构杂化金属卤化物无铅卤化物闪烁体光致发光辐照发光 x射线探测 X射线成像

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基于级联光栅的x射线相衬成像实验研究

光子学报 2019年第1期48卷 38-42页

作者：李冀黄建衡雷耀虎刘鑫赵志刚深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部广东省)重点实验室广东深圳518060 深圳技术大学(筹)新材料与新能源学院广东深圳518118

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅x射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强... 详细信息

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅x射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场x射线相衬成像系统的设计.

关键词： X射线成像相位衬度泰伯-劳干涉仪逆泰伯-劳干涉仪灵敏度

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线焦斑x射线源成像

物理学报 2016年第21期65卷 334-340页

作者：刘鑫易明皓郭金川深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室深圳518060

为解决普通x射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型x射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细... 详细信息

为解决普通x射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型x射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通x射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.

关键词： x射线 X射线成像图像重构

基于Betatron的数字化X射线成像系统的设计与实现

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基于Betatron的数字化X射线成像系统的设计与实现

作者：罗程远东华理工大学

学位级别：硕士

X射线成像技术从最早的胶片成像发展到现在数字化成像,被广泛应用于医疗、安检、工业探伤、无损检测等领域。市面上大部分X射线成像系统结构复杂、操作难度大、造价昂贵,且射线源为剂量较低的x光机,无法穿透厚度较大的物体,限制了检测... 详细信息

X射线成像技术从最早的胶片成像发展到现在数字化成像,被广泛应用于医疗、安检、工业探伤、无损检测等领域。市面上大部分X射线成像系统结构复杂、操作难度大、造价昂贵,且射线源为剂量较低的x光机,无法穿透厚度较大的物体,限制了检测范围。因此,开发一套结构简单、穿透力强、成像质量高的数字X射线成像系统具有广阔的应用前景。针对上述问题,本文通过实现对中小型被检样品的精细透视需求,开发了一套以小型电子感应加速器(Betatron)为射线源的数字化X射线成像系统。本文主要做了以下研究:(1)分析x射线与成像原理,设计了一套以Betatron、移动架台、成像线阵探测器、以及Betatron成像软件的高精度X射线成像系统解决方案;(2)针对X射线成像非均匀性,研究了校正算法,对算法做了改进,并验证了改进算法的有效性;分析了X射线成像过程中的噪声问题,研究了相关降噪算法,对算法优化后验证了有效性;(3)对采集图像偏暗、对比度不高给出了增强方案,提出了双能成像的技术方案,对结构复杂的检测物体分别进行高低能扫描成像,引用了SIFT算法进行配准融合,验证了SIFT算法的适用性;(4)基于Python在PyCharm环境中编写了成像系统软件,该软件集图像采集、图像处理和图像管理功能于一体,能够有效实现本课题的算法并呈现在软件内,界面简洁明了且高效。通过本文的一体化解决方案,利用铁件摆放的小十字架对被检样品的精细透视进行了测试,测试表明本文方法可清晰辨别物体的内部结构,证明了本文方法的有效性及可用性,满足用户单位教学及实际科研工作需求。

关键词： X射线成像非均匀校正图像降噪图像增强双能成像

零维金属卤化物(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)的发光性能及X射线成像

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发光学报 2024年第4期45卷 568-578页

作者：曹思骏王忆家安康唐孝生赖俊安冯鹏何鹏重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

闪烁体发光材料广泛地应用于医疗诊断、工业安全和无损检测领域,铜基(Cu(Ⅰ))金属卤化物作为新一代高性能闪烁体发光材料受到了研究者的广泛关注。本文采用简单的反溶剂法制备了一种新型铜基闪烁体材料(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)(C_(24)H_(... 详细信息

闪烁体发光材料广泛地应用于医疗诊断、工业安全和无损检测领域,铜基(Cu(Ⅰ))金属卤化物作为新一代高性能闪烁体发光材料受到了研究者的广泛关注。本文采用简单的反溶剂法制备了一种新型铜基闪烁体材料(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)(C_(24)H_(20)P=四苯基膦)。(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)在414 nm蓝光激发下显示出黄色宽带发光,与典型硅基光敏传感器的最佳光谱响应范围一致,同时具有45.84%的高光致发光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)和148 nm的大斯托克斯位移。高PLQY和可忽略不计的自吸收使(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)在x射线激发下表现出极佳的闪烁性能,光产额为~21000 photons/MeV,检测限低至0.869μGy/s,远低于射线测试标准5.5μGy/s。此外,(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)表现出极佳的热稳定性,可耐415℃的高温。由于(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)优异的发光性能,可以通过将其与聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)混合制备基于(C_(24)H_(2)0P)CuI_(2)的柔性薄膜用于X射线成像,在射线探测与成像方面具有巨大的潜力。这项工作凸显了杂化铜基碘化物可作为非常理想的x射线闪烁体,具有无毒、成本低、光产率高和热稳定性良好的多重优点,为高性能X射线成像提供了新的可能。

关键词： Cu基金属卤化物闪烁体柔性薄膜 X射线成像

相位型波带板应用于大尺度x射线源成像的分析与模拟

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物理学报 2013年第1期62卷 286-292页

作者：陈晓虎王晓方张巍巍汪文慧中国科学技术大学近代物理系合肥230026

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0... 详细信息

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0.35μm的FPZP对扩展单色光源的成像.结果表明,随着扩展光源尺度的增加,像的对比度降低.FPZP的负1级和0级衍射是导致像的背景增强和对比度降低的主要因素,并相应导致成像对物方的空间分辨能力下降.对于强度空间分布为正弦调制、对比度为1的1mm尺度方形光源,像的对比度低于0.4,物方分辨能力为0.75μm.

关键词： X射线成像扩展光源菲涅耳波带板高级衍射

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基于新型闪烁体的x射线探测与成像技术研究

基于新型闪烁体的X射线探测与成像技术研究

作者：周昶重庆大学

学位级别：硕士

X射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是X射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主... 详细信息

X射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是X射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主流x射线探测技术选用的是闪烁体间接探测方式,即通过闪烁体将x射线转换成可见光,然后用光电传感器接收并将其转换成电信号。然而,当前商用的闪烁体器件大多存在制备工艺复杂、稳定性差、制备成本高等问题。近几年,钙钛矿材料在x射线辐射发光中表现出优异的性能,如光产额高、x射线衰减速度快等优点,在x射线检测方面展示出巨大的潜力。本论文的研究内容结合钙钛矿材料制备新型x射线闪烁体器件,研究闪烁体的x射线辐射特性,研制高分辨率的x射线探测系统,并进行成像实验研究。本论文的主要研究内容如下:(1)在研究x射线探测机理的基础上,理论分析了x射线DR(Digital Radiography)成像和CT(Computed Tomography)成像原理,以及图像重建算法,为后文开展基于钙钛矿闪烁体的x射线探测和成像研究奠定相应的理论基础。(2)通过常温溶液法制备了不同Bi掺杂浓度的CsZr Cl微晶,并对这些钙钛矿材料的特性进行分析,研究Bi:CsZr Cl的发光机理。设计了两种闪烁屏制备工艺,分别是基于光纤面板的闪烁屏制备工艺和柔性闪烁屏制备工艺。针对12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏,分析其x射线特性,测得Bi:CsZr Cl闪烁体的辐射发光衰减时间为8.01 ns,最低检出剂量为469 n Gy/s,光产额为27 388 photons/Me V。(3)将Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏与课题组研发的高分辨率面阵CCD探测器相结合,搭建了一个x射线间接探测成像系统,并使用搭建的X射线成像系统进行成像实验研究。首先详细阐述了从探测数据到投影图像的数据处理过程,并获得内部结构清晰的鸡爪和USB接口投影图像。其次对圆珠笔做计算机断层成像实验,成功获得圆珠笔的二维断层图像以及轮廓清晰的三维可视化图像,并计算出x射线探测器的分辨率极限为15.9 lp/mm。研究结果表明,本文制备的12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁体作为一种新型x射线闪烁体,可应用于x射线探测与成像领域。

关键词： X射线成像闪烁体钙钛矿间接探测器 Bi3+:Cs2ZrCl6