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为SOI像素探测器开发新型高速读出系统
摘要： 我们正在为绝缘体上硅（SOI）像素探测器开发新型高速读出系统。该SOI探测器是基于0.2微米FD-SOI CMOS工艺的单片辐射成像探测器。此前我们采用Xilinx Virtex-4/5 FPGA读出板为该探测器服务，并为此开发了诸多功能?？?。但由于Virtex-4/5 FPGA现已停产，且无法满足当前需要大面阵像素实现超过1kHz高速成像的实验需求，我们开始基于Xilinx Kintex-7 FPGA评估板KC705研发新型高速读出系统。新系统在此评估板上实现了与旧环境向后兼容的数据采集架构，并针对显微CT等实际应用开发了多项功能。该系统在连续数据采集模式下可实现42.6万像素探测器95.3帧/秒的传输速度，在最高速模式下可达762.5帧/秒。本文详细介绍了这套新型读出系统。
关键词： X射线成像、绝缘体上硅（SOI）、现场可编程门阵列（FPGA）、数据采集（DAQ）、像素探测器
更新于2025-09-23 15:23:52
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在欧洲同步辐射装置（ESRF）生物医学束线ID17进行的共形图像引导微束放射治疗
摘要： 目的：即将开展的微束放射治疗（MRT）兽医试验需要比小型动物临床前研究更先进的照射技术。对猫狗体内深部肿瘤进行MRT治疗时，需采用多角度入射的复杂照射几何结构，这对?；ぐ星芪дＷ橹岢隽烁咭?。 方法：本研究展示了在欧洲同步辐射装置（ESRF）生物医学光束线ID17上开发并验证MRT精准患者摆位方案的过程。通过多角度X射线投影成像验证照射前的患者定位。 结果：采用直径1.7毫米的四个外部基准标记物及基于CT的治疗计划，可实现小于2毫米的靶区对准误差和小于2°的角度偏差。对方案的微调及使用更小标记物的测试表明，达到优于1毫米的精度在技术上可行。关于成像剂量的详细研究表明，颅骨X射线剂量与人类头部X射线参考剂量水平相当。当前用于MRT的在线剂量监测仪已被证实能可靠测量成像束剂量。 结论：ESRF生物医学光束线ID17已具备技术条件，可在未来兽医试验中为大型动物实施多角度共形图像引导MRT治疗。
关键词： 微束放射治疗、图像引导、X射线成像、基准标记物、同步辐射
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于离散曲波正则化变换的边缘照明X射线相位对比成像复原
摘要： 本文研究了从一组可能存在泊松噪声的投影测量数据中重建边缘照明X射线相位对比（EIXPC）图像的问题。作者基于安斯库姆多尺度方差稳定变换（MS-VST）与快速离散曲波变换，将图像重建构建为稀疏正则化问题，并应用于模拟的边缘照明X射线相位对比图像。为精确建模，利用EIXPCi数据的噪声特性确定各投影的相对重要性。研究采用两种曲波稀疏正则化变换实现方案，包括非均匀间距快速傅里叶变换和基于包裹的变换。算法评估指标包括对比度提升、图像复原质量、物体可辨识度及峰值信噪比。这些方法能在不过度消耗内存和恢复时间的前提下提供近乎最优的解决方案。通过一系列复杂的数值几何体模和人体仿体模研究验证了所提算法的性能。数值模拟结果表明：结合MS-VST的离散曲波变换具有快速稳健的特点，能有效提升图像质量，在显著降噪的同时保留并增强边缘结构、恢复丢失信息。此外，稀疏采样与降低X射线管电流（即噪声数据）均可减少X射线成像中的辐射剂量。
关键词： X射线成像、X射线相位对比、曲波正则化、生物医学成像
更新于2025-09-23 15:22:29
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菲涅尔波传播的局部性估计及有限探测器下X射线相位对比成像的稳定性
摘要： 近场菲涅耳区域内的相干波传播是（基于传播的）X射线相位衬度成像（XPCI）这一新兴无透镜技术的底层衬度机制，该技术可实现生物软组织及其他轻元素样品低至纳米分辨率的二维与三维成像。数学上，传播过程由菲涅耳传播子描述——这是一个与任意非局域核函数的卷积运算。由于实际探测器仅能捕获有限视场，这种非局域性意味着记录的衍射图样必然不完整。这引发了关于截断数据图像重建稳定性的问题——即便能够测量复值波场而不仅是其模量。与被称为相位问题的采集限制不同，有限探测器问题在文献中尚未得到充分关注。本研究通过分析菲涅耳传播的局域性来确立有限探测器条件下XPCI的稳定性。结果表明：即便不存在相位问题，该场景下的图像重建也具有严重不适定性。然而对泄漏波场的定量评估揭示：利普希茨稳定性可保持至一个锐利分辨率极限，该极限取决于探测器尺寸并在视场内呈现变化。最小可分辨长度尺度被发现约为探测器特征长度的1/–f倍，其中–f是与该尺度相关的菲涅耳数。稳定性结论被推广至线性对比传递函数区域的相位无关成像情形。
关键词： 分辨率、相位对比、图像重建、稳定性、X射线成像、菲涅尔传播
更新于2025-09-23 15:21:21
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激光粉末床熔融中热历史与匙孔孔隙率的相关性
摘要： 增材制造有望彻底改变金属零部件的生产方式，它能制造出具有复杂几何形状的近净成形零件并减少材料浪费。目前，由于缺陷控制难度大，增材制造的零部件面临合格认证挑战。这促使大量研究致力于更好地理解和改进工艺控制——由此产生了大量原位测量技术，用于将缺陷与关键材料质量指标相关联。本研究开发了机器学习方法，用于探究激光粉末床熔融中多种打印条件下热历史与亚表面孔隙率之间的关联。通过高速红外成像获取非标准化表面温度（以黑体辐射形式呈现），并利用同步辐射X射线成像观察样品截面中的孔隙形成情况。为展示这些特征参数的预测能力，我们建立了四种统计机器学习模型，将温度历史与激光熔融Ti-6Al-4V粉末的亚表面孔隙形成相关联。
关键词： 原位测量、匙孔孔隙、机器学习、激光粉末床熔融、X射线成像
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于无损检测的背散射射线照相系统调制传递函数的测量
摘要： 材料内部缺陷检测的需求催生了背散射射线照相系统的最新发展。为实现系统最优设计，必须对背散射系统的调制传递函数（MTF）进行表征。虽然医学成像系统已有若干成熟方法，但这些技术无法直接应用于背散射系统。本研究旨在改进采用线对图案和边缘技术的透射MTF测量方法，从而获得背散射系统准确可靠的结果。为开展这些测量开发了测试工具，最终目标是为设备质量保证测试提供基准。尽管边缘法测量结果高于线对图案法，但两者差异幅度小于0.1。MTF测量结果表明：对于用于无损检测的背散射射线照相系统，靶标设计与定位对获得准确结果具有重要影响。
关键词： X射线成像、放射摄影、康普顿成像
更新于2025-09-23 15:21:01
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激光粉末床熔融增材制造过程及高能密度激光焊接中孔隙形成机制的直接观测
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）是一种能够制造传统工艺无法实现的复杂几何形状部件的3D打印技术。然而，打印过程中形成的气孔会损害部件的力学性能，严重阻碍其广泛应用。本研究报道了LPBF过程中观察到的六种气孔形成机制。我们的结果再次证实了三种已知机制——匙孔诱导气孔、原料粉末导致的气孔以及激光熔化时因挥发性物质汽化或微小封闭气体膨胀沿熔合边界形成的气孔。同时发现三种新机制：(1) 表面波动捕获的气孔；(2) 浅凹坑区波动导致的气孔；(3) 裂纹引发的气孔。这些发现为LPBF过程中的气孔形成机制提供了直接证据和深入见解，可指导气孔消除/缓解方法的开发。由于本研究涉及的某些激光加工条件与高能密度激光焊接情况相似，该结果对激光焊接也具有参考价值。
关键词： 孔隙形成、激光粉末床熔融、X射线成像、激光焊接、增材制造
更新于2025-09-23 15:21:01
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25 Gb/s 直接调制宽调谐1.3微米双波长DFB激光器用于太赫兹通信
摘要： 本文介绍了一种名为UFXC32k的读出集成电路，专为X射线成像应用中的混合像素半导体探测器设计。该芯片采用130纳米CMOS工艺制造，在9.64毫米×20.15毫米的区域内集成了约5000万个晶体管。其核心是由间距75微米的128×256方形像素矩阵构成，每个像素包含电荷灵敏放大器、整形电路、两个鉴别器和两个14位纹波计数器。模拟前端电路可处理正负极性（空穴与电子）的传感器信号。UFXC32k芯片通过倒装焊与硅像素传感器连接，并经过X射线辐射全面测试。标准设置下测得的等效噪声电荷为123电子均方根值（峰值时间40纳秒），单像素功耗26微瓦。得益于各像素独立工作的微调?？椋淙攵思扑愕贸龅挠行У髡箍斫?电子均方根值，增益展宽为2%。单像素最大计数率主要取决于有效CSA反馈电阻，前端死时间可低至85纳秒。连续读出模式下，用户可通过选择各像素的读出位数来优化帧率——例如以200MHz时钟频率读取2比特/像素时，帧率达23kHz。
关键词： X射线成像、像素探测器、匹配、单光子计数
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于非线性多模干涉的超快光纤激光器中的矢量特性
摘要： 本文介绍了一种名为UFXC32k的读出集成电路，专为X射线成像应用中的混合像素半导体探测器设计。该采用130纳米CMOS工艺制造的集成电路，在9.64毫米×20.15毫米面积内集成了约5000万个晶体管。芯片核心是由间距75微米的128×256方形像素矩阵构成，每个像素包含电荷灵敏放大器、整形电路、两个鉴别器和两个14位纹波计数器。模拟前端电路可处理正负极性（空穴与电子）的传感器信号。UFXC32k芯片通过倒装焊与硅像素传感器键合，并已完成X射线辐射特性测试。标准设置下测得等效噪声电荷为123 e?均方根值（峰值时间40纳秒），单像素功耗26微瓦。得益于各像素独立工作的微调模块，输入端有效失调电压展宽仅9 e?均方根值，增益展宽2%。单像素最大计数率主要取决于有效CSA反馈电阻，前端死时间可低至85纳秒。连续读出模式下，用户可通过选择各像素的读出比特数来优化帧率——例如以200MHz时钟频率读取2比特/像素时，帧率达到23kHz。
关键词： 单光子计数、像素探测器、匹配、X射线成像
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有自成像现象的硬X射线成像显微镜
摘要： 光学领域中被称为塔尔博特效应的自成像现象由H.F.塔尔博特于1830年代发现，如今不仅可见光，X射线、电子、中子及物质波也广泛运用该原理成像。本综述介绍了基于自成像现象的硬X射线成像显微镜最新研究进展。这种技术能以数十纳米级空间分辨率无损呈现样品内部结构，具有广阔应用前景。利用自成像现象可实现高灵敏度相位对比X射线成像显微镜，相比传统X射线成像显微镜（包括广泛应用的泽尼克X射线相位对比显微镜），该方法能对厚样品实现高空间分辨率与高灵敏度的定量可视化，展现出显著优势。
关键词： 光栅、塔尔博特效应、干涉测量法、X射线成像、X射线显微镜
更新于2025-09-23 03:08:10