*2.5 图像增强器系统

图像增强器系统由图像增强器、光学耦合系统、图像拾取与图像数字化部分组成。它是采用图像增强器作为探测器构成的间接数字化射线检测技术的辐射探测器。

*2.5.1 图像增强器的基本结构

图像增强器的基本结构是图像增强管与外壳。图像增强管的基本结构为玻璃或轻金属壳体、输入转换屏、聚焦电极、输出屏。图2-22是图像增强管外形与结构示意图。

外壳上设置射线窗口，射线从射线窗口入射到图像增强管输入转换屏。射线窗口由铝板或钛板制作，铝板的厚度一般为0.7～1.2mm。既具有一定的强度，又可以减少对射线的吸收。

输入转换屏主要由基板、闪烁体（或荧光物质）和光电阴极层构成。基板为铝板，厚度一般约为0.5mm。闪烁体主要采用CsI晶体制作。CsI晶体具有类似光纤的针状结构（图2-23），它可以限制光的漫散射。单个针的直径约为51μm，典型的CsI晶体层厚度为300～450μm。光电阴极层是在光照射下能够发射电子的物质（多为碱金属，称为光电发射体，因光电发射体在光电器件中常作为阴极，故称为光电阴极），厚度很小（仅为20nm），其单位时间内产生的光电子数目与入射光强度成正比。

聚焦电极加有25～30kV的高压。

输出屏的直径一般在15～35mm，多采用P20[ZnCdS（Ag）]荧光材料沉积在很薄的铝膜上（200～300nm），荧光物质层厚度一般为4～8μm。P20荧光材料发射光的峰值波长为520～540nm。

光电阴极层的灵敏度会随使用时间增加而降低。电子需要在一定的真空度下才能运动到输出屏。由于图像增强管内真空度随着时间增加会降低，这限制了图像增强管的使用寿命。一般认为，无论是否使用，图像增强器的寿命大约都是3年。

*2.5.2 图像增强器系统的探测过程

图像增强器系统探测射线，获得数字射线检测图像的基本过程如下。

射线透过工件，穿过图像增强器的窗口入射到输入转换屏上。输入转换屏闪烁体（或荧光物质）吸收射线的部分能量，将其能量转换为可见光发射。发射的可见光被光电阴极层接收，并将可见光能量转换为电子发射。发射的电子在聚焦电极的高压作用下被聚焦和加速，高速撞击到输出屏上。输出屏荧光物质将电子能量转换为可见光发射。形成射线检测模拟图像。图2-24显示了上述转换过程。

图像增强器在输出屏上给出的射线检测模拟图像，需要经过光学耦合系统（透镜或光纤）由摄像系统拾取，再经A/D转换，才能给出数字射线检测图像。现在，摄像系统一般采用CCD成像器件，则其可同时完成图像拾取和数字化，给出数字射线检测图像。

*2.5.3 图像增强器系统的主要性能

图像增强器系统所给出的数字射线检测图像质量，不仅与图像增强器性能相关，也与光学耦合系统、摄像系统、A/D转换器性能相关。也就是说，各部分构成的整体性能决定了获得的数字射线检测图像质量。

1.转换特性——动态范围

在适当的射线照射剂量变化范围内，闪烁体或荧光物质对射线转换可认为是线性关系，光电发射过程是线性关系（图2-25），尽管输出荧光屏的电-光转换并不完全是线性关系，但（因图像增强器采取了某些校正设计）对整个图像增强器系统的射线转换为可见光的过程，可认为是线性关系。因此一般认为图像增强器的动态范围可达到2000∶1。

2.基本空间分辨力

在引用了探测器系统概念后，可对图像增强器系统的基本空间分辨力给出与分立辐射探测器相同的关系式。

决定探测器系统基本空间分辨力的主要因素是输入转换屏的固有不清晰度（US）和摄像系统的性能。通常认为输入转换屏闪烁体或荧光物质的固有不清晰度较大（0.3mm左右），光学耦合系统具有很高的空间分辨力（可达到50Lp/mm），当图像拾取系统采用现代的CCD成像器件后，由于其像素尺寸很小（可小到数微米级），拾取输出屏图像时不会受到采样定理的限制。因此系统基本空间分辨力的决定因素仅是输入转换屏的固有不清晰度。即

UD=US=2SRb

由于图像增强器输入转换屏的固有不清晰度较大，若不采用微小焦点的射线源通过放大技术，难以获得高空间分辨力。

3.时间响应

由于光电阴极的电子发射时间、光电子在图像增强管中的渡越过程、CCD中的光电转换过程都可认为是瞬时性过程，因此图像增强器系统的时间响应主要由图像增强器输出屏的荧光物质特性决定。一般荧光屏的惰性时间约为毫秒（ms）级，对于高速检测需要考虑可能产生的影响。