跨向理想X射線探測器的一小步-高分辨、非晶硒X射線探測器及其應(yīng)用
“對于相干衍射成像（CDI），微米級像素的非晶硒CMOS探測器將專門解決大體積晶體材料中納米級晶格畸變在能量高于50 keV的高分辨率成像。目前可用的像素相對較大的（?55μm像素），基于medipix3芯片光子計數(shù)、像素化、直接探測技術(shù)無法輕易支持高能布拉格條紋的分辨率，從而使衍射數(shù)據(jù)不適用于小晶體的3D重建?！?美國阿貢國家實驗室先進物理光子源探測器物理小組負責人Antonino Miceli博士講到。
相干X射線衍射成像作為新興的高分辨顯微成像方法，CDI方法擺脫了由成像元件所帶來的對成像分辨率的限制,其成像分辨率理論上僅受限于X射線的波長。利用第三代同步輻射光源或X射線自由電子激光，可實現(xiàn)樣品高空間分辨率、高襯度、原位、定量的二維或三維成像，該技術(shù)在材料學(xué)、生物學(xué)及物理學(xué)等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用前景。作為一種無透鏡高分辨、無損成像技術(shù)，CDI對探測器提出了較高的要求：需要探測器有單光子靈敏度、高的探測效率和高的動態(tài)范圍。目前基于軟X射線的相干衍射成像研究工作開展得比較多，在這種情況下科研工作者通常選用是的基于全幀芯片的軟X射線直接探測相機。將CDI技術(shù)拓展到硬X射線領(lǐng)域（>50keV）以獲得更高成像分辨率是目前很多科研工作者正在嘗試的，同時也對探測器和同步輻射光源提出了更好的要求。
如上文提到，KAimaging公司開發(fā)了一款非晶硒、高分辨X射線探測器（BrillianSe）很好的解決的這一問題。
下面我們來重點看一下BrillianSe的幾個主要參數(shù)
1. 高探測效率
如上圖，間接探測器需要通過閃爍體將X射線轉(zhuǎn)為可見光， 只有部分可見光會被光電二極管陣列，CCD或CMOS芯片接收，造成了有效信號的丟失。
而BrillianSe選用了具有較高原子序數(shù)的Se作為傳感器材料，可以將大部分入射的X射線直接轉(zhuǎn)為光電子，并被后端電路處理。在硬X射線探測效率遠高于間接探測方式。
BrillianSe在60KV (2mm filtration)的探測效率為：
36% at 10 cycles/mm
22% at 45 cycles/mm
10% at 64 cycles/mm
非晶硒吸收效率（K-edge=12.26 KeV）
BrillianSe在60KV with 2 mm Al filtration的探測效率，之前報到15 μm GADOX 9 μm pixel 間接探測器QE 為13%。Larsson et al., Scientific Reports 6, 2016
2. 高空間分辨
BrillianSe的像素尺寸為8 μm x8 μm，在60KeV的點擴散為1.1 倍像素。
如下是在美國ANL APS 1-BM光束線測試
實驗室布局
使用JIMA RT RC-05測試卡，在21keV光束下測試
3. 高動態(tài)范圍75dB
由于采用了100微米厚的非晶硒作為傳感器材料。它具有較大滿井為877,000 e-
非晶硒材料，不同入射光子能量光子產(chǎn)生一個電子空穴對所需要電離能
BrillianSe主要應(yīng)用：
高能（50KeV）布拉格相干衍射成像
低密度相襯成像
同步輻射微納CT
表型基因組學(xué)領(lǐng)域要求X射線顯微CT等成像工具具有更好的可視化能力。此外需要更高的空間分辨率，活體成像的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于限制受試者接收到的電離輻射，由于誘導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)，輻射劑量顯著地限制了長期研究。
可用于X射線吸收成像襯度低的物體，如生物組織的相襯X射線顯微斷層照相術(shù)也存在類似的挑戰(zhàn)。此外，增加成像系統(tǒng)的劑量效率將可以使用低亮度X射線源，從而減少了對在同步輻射光源的依賴。在不損害生物系統(tǒng)的情況下，在常規(guī)實驗室環(huán)境中一臺低成本、緊湊型的活體成像設(shè)備，對于加速生物工程研究至關(guān)重要。同時對X射線探測器提出了更高的要求。
KAimaging公司基于獨家開發(fā)的、專利的高空間分辨率非晶硒（a-Se）探測器技術(shù)，開發(fā)了一套桌面高效率、高分辨的微米CT系統(tǒng)（inCiTe?）。
可以從inCiTe?中受益的應(yīng)用:
? 無損檢測
? 增材制造
? 電子工業(yè)
? 農(nóng)學(xué)
? 地質(zhì)學(xué)
? 臨床醫(yī)學(xué)
? 標本射線照相
基于相襯成像技術(shù)獲得優(yōu)異的相位襯度
相襯成像是吸收對比（常規(guī)）X射線成像的補充。 使用常規(guī)X射線成像技術(shù)，X射線吸收弱的材料自然會導(dǎo)致較低的圖像對比度。 在這種情況下，X射線相位變化具有更高的靈敏度。因為 inCiTe? micro-CT可以將物體引起的相位變化轉(zhuǎn)為為探測器的強度變化，所以它可以直接獲取自由空間傳播X射線束相位襯度。
同軸法相襯X射線成像可將X射線吸收較弱的特征的可檢測性提高幾個數(shù)量級。
下圖展示了相襯可以更好地顯示甜椒種子細節(jié)特征
不含相襯信息
含相襯信息
低密度材料具有更好的成像質(zhì)量
鈦植入樣品
圖像顯示了整形外科的鈦植入物，可用于不同的應(yīng)用，即檢查骨-植入物的界面。 注意，相襯改善了骨骼結(jié)構(gòu)的可視化。
不含相襯信息
含相襯信息
生物樣品
inCiTe? 顯微CT可實現(xiàn)軟組織高襯度呈現(xiàn)
電子樣品
凱夫拉Kevlar復(fù)合材料樣品
我們使用探測器在幾秒鐘內(nèi)快速獲取了凱夫拉復(fù)合材料的相襯圖像。可以清楚看到單根纖維形態(tài)（左圖）和纖維分層情況（右圖）。
凱夫拉爾復(fù)合物3維透視圖
KA Imaging
KA Imaging源自滑鐵盧大學(xué)，成立于2015年。作為一家專門開發(fā)x射線成像技術(shù)和系統(tǒng)的公司，KA Imaging以創(chuàng)新為導(dǎo)向，致力于利用其先進的X射線技術(shù)為醫(yī)療、獸醫(yī)學(xué)和無損檢測工業(yè)市場提供最佳解決方案。公司擁有獨家開發(fā)并自有專利的高空間高分辨率非晶硒（a-Se）X射線探測器BrillianSeTM，并基于此推出了商業(yè)化X射線桌面相襯微米CT inCiTe?。
我們有幸在此宣布，經(jīng)過雙方密切的交流與探討，眾星已與KA Imaging落實并達成了合作協(xié)議。眾星聯(lián)恒將作為KA Imaging在中國地區(qū)的獨家代理，全面負責BrillianSe?及inCiTe?在中國市場的產(chǎn)品售前咨詢，銷售以及售后業(yè)務(wù)。KA Imaging將對眾星聯(lián)恒提供全面、深度的技術(shù)培訓(xùn)和支持，以便更好地服務(wù)于中國客戶。眾星聯(lián)恒及我們來自全球高科技領(lǐng)域的合作伙伴們將繼續(xù)為中國廣大科研用戶及工業(yè)用戶帶來更多創(chuàng)新技術(shù)及前沿資訊！
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