大視野·高動(dòng)態(tài)：捷克Advacam全新X射線探測(cè)器登場(chǎng)
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日前，我們的合作伙伴捷克ADVACAM發(fā)布了最新的WidePIX 5×5 MPX3光子計(jì)數(shù)、像素X射線型探測(cè)器。該探測(cè)器具備超高動(dòng)態(tài)范圍與大成像面積，支持每秒170幀的高速圖像采集，并實(shí)現(xiàn)極快的數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于對(duì)輕質(zhì)材料和生物組織進(jìn)行無(wú)損成像。
光子計(jì)數(shù)型探測(cè)器通過(guò)記錄超過(guò)設(shè)定閾值的X射線光子數(shù)量，有效消除傳感器及電子讀出噪聲，從而獲得超高對(duì)比度和寬動(dòng)態(tài)范圍的X射線圖像。這一技術(shù)使塑料、軟組織等低對(duì)比度結(jié)構(gòu)也能清晰呈現(xiàn)。
圖1 WidePIX 5×5 MPX3實(shí)物圖
核心特點(diǎn)
大探測(cè)面積：采用25個(gè)Medipix3芯片陣列排布，形成70mm×70mm的大尺寸探測(cè)面，滿足大視野成像需求。
高分辨率：單個(gè)像素尺寸為55μm*55μm，總像素?cái)?shù)達(dá)1638400（1280×1280）。
高動(dòng)態(tài)范圍：24bit計(jì)數(shù)深度結(jié)合零噪聲特性，支持高通量實(shí)驗(yàn)。
高速采集能力：每秒最多可采集170幀，并且兼容外部觸發(fā)功能，可精準(zhǔn)捕捉動(dòng)態(tài)過(guò)程。
雙閾值能譜成像：可在單次測(cè)量中獲取光譜圖像，可根據(jù)不同材料對(duì)X射線的能譜衰減特性進(jìn)行物質(zhì)鑒別。
主要規(guī)格
讀出芯片：Medipix3
像素尺寸：55μm×55μm
像素?cái)?shù)量：1280×1280
傳感器材料：1000μm CdTe
感光面積：70mm×70mm
最高幀率：170fps
計(jì)數(shù)器深度：12bit/24bit
WidePIX系列典型應(yīng)用
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生物醫(yī)學(xué)成像
在2011年，Procz等人展示了第一張由Medipix3探測(cè)器（Si傳感器）拍攝的彩色x射線照片，其中以魚(yú)頭為樣品，紅、綠、藍(lán)色顯示了不同能量范圍的x射線圖片，如下圖三所示。魚(yú)鰾是白色的，就像魚(yú)周圍的空氣一樣，因?yàn)樗心芰糠秶墓庾釉谶@里幾乎沒(méi)有被吸收。低能光子不能穿透組織，剩余的中、高能光子呈現(xiàn)青色。骨頭呈藍(lán)黑色，因?yàn)橹挥懈吣芄庾幽軌虼┩杆鼈?。由于?dòng)態(tài)范圍大，能量加權(quán)不同，能譜成像的圖像信息優(yōu)于光子計(jì)數(shù)的黑白圖像。
圖2 不同X射線能量窗口下魚(yú)頭的X射線黑白圖像及能譜成像
下圖展示了小鼠肺樣本的成像結(jié)果，可以區(qū)分肺泡和不同的組織類型和結(jié)構(gòu)。左側(cè)圖像清晰地展示了肺部的特征：小鼠肺的靜脈或動(dòng)脈。右側(cè)圖像使用探測(cè)器可視化了特定的微結(jié)構(gòu)：肺泡，從而可以觀察其在器官解剖結(jié)構(gòu)中的分布，為肺部疾病的病理研究提供了新的技術(shù)手段。
圖3 小鼠成像圖片
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無(wú) 損 檢 測(cè)
傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)僅能提供被檢樣品的黑白圖像，其檢測(cè)能力受限于圖像分辨率和信噪比(SNR)，往往難以識(shí)別細(xì)微的缺陷、雜質(zhì)或裂紋。相比之下，WidePIX探測(cè)器憑借其獨(dú)特的光譜X射線成像技術(shù)，結(jié)合卓越的對(duì)比度和高空間分辨率優(yōu)勢(shì)，能夠獲取樣品的深層材料信息，成為無(wú)損檢測(cè)(NDT)領(lǐng)域的理想解決方案。
下圖為使用WidePIX探測(cè)器拍攝的干玫瑰的X射線照片。圖像中不僅清晰呈現(xiàn)了玻璃和花瓶的輪廓，更能觀察到花瓶中的玫瑰莖細(xì)節(jié)。常規(guī)X射線設(shè)備因動(dòng)態(tài)范圍不足，往往無(wú)法對(duì)輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)有效成像。
圖4 玫瑰的X射線成像
傳統(tǒng)的X射線成像存在固有局限，其灰階圖像僅反映材料密度和厚度的綜合效應(yīng)，導(dǎo)致不同材料組合可能呈現(xiàn)相同灰度值（如薄層高密度材料與厚層輕質(zhì)材料），導(dǎo)致樣品的某些特征無(wú)法被檢測(cè)到。相比之下，光譜X射線成像可以提供有關(guān)被檢物體元素組成的信息。
例如，該技術(shù)可以用于電子產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)，下圖中左側(cè)為筆記本電腦的常規(guī)X射線灰度成像，右側(cè)為光譜X射線成像，其中特定的顏色可以區(qū)分不同的材料。這種材料鑒別能力使其在電子產(chǎn)品質(zhì)檢、航空航天部件檢測(cè)等高端制造領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可有效識(shí)別傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的隱性缺陷。
圖5 筆記本電腦的光譜X射線成像
關(guān)于ADVACAM
ADVACAM s.r.o.源自捷克技術(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用物理研究所，致力在多學(xué)科交叉業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供硅傳感器制造、微電子封裝、輻射成像相機(jī)和X射線成像解決方案。ADVACAM最核心的技術(shù)特點(diǎn)是其X射線探制器（應(yīng)用CERN Timepix、Medipix芯片），沒(méi)有拼接縫隙（No Gap），因此在無(wú)損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)采礦、空間探測(cè)、藝術(shù)品鑒定及中子成像方面有極其突出的表現(xiàn)。ADVACAM與NASA（美國(guó)航空航天局）及ESA（歐洲航空航天局）保持長(zhǎng)期良好的項(xiàng)目合作關(guān)系。2021年，spin off子公司Advascope專為電子顯微鏡EM應(yīng)用提供定制化粒子探測(cè)系統(tǒng)。
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為捷克ADVACAM公司中國(guó)區(qū)的總代理，也在積極推廣Timex / Medipix芯片技術(shù)，并探索和推廣光子計(jì)數(shù)X射線探測(cè)技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，目前已有眾多客戶將MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功應(yīng)用于空間輻射探測(cè)、X射線小角散射、X射線光譜學(xué)、X射線應(yīng)力分析和X射線能譜成像等領(lǐng)域。同時(shí)我們也有數(shù)臺(tái)MiniPIX樣機(jī)，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的樣機(jī)，我們也非常期待對(duì)我們探測(cè)器感興趣或基于探測(cè)器應(yīng)用有新的idea的老師聯(lián)系我們，我們可以一起嘗試做更多的事情。
-光子計(jì)數(shù)、像素X射線型探測(cè)器工作原理-
作者：Albus
審核：凱文
排版：阿朵
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