文/胡月

我國建成世界上首臺實用的高能高分辨率CT系統，且分辨率達到10 Lp/mm，該系統被命名為“精衛”。這一消息一經發布，立即引發業內廣泛關注，因為這一全自主可控高分辨力高能CT的研制成功，對發展國內高端設備具有重要意義。

作為最有效的無損檢測手段之一，高能 CT在國防、航空航天、核能核電、高鐵交通等 行業的大型構件和大型裝備精密檢測方面具備重要應用價值。

目前,常規高能 CT 系統普遍采用工業電子加速器產生的毫米量級橫向尺寸的電子束打靶產生焦斑尺寸1～2毫米的軔致輻射 X 射線源，空間分辨率限制在 3.5 Lp/mm(線陣探測器)和 2 Lp/mm(面陣探測器)，阻礙了其在高端裝備上的進一步應用。

隨著國際形勢的發展和我國綜合國力的增強,對自主可控的高空間分辨率高能CT的需求日趨迫切。

從物理本質上看，提升高能CT的空間分辨率需要從提升X射線源品質(射線源焦斑尺寸)以及探測器性能(探元尺寸)兩個方面著手。

“精衛”裝置測試結果：(a)雙絲像質計DR成像測試,可清晰分辨13D 號絲(絲直徑 0.05 mm)；(b)自研分辨率測試卡CT 成像測試,可清晰分辨 10 lp/mm (50 μm 調制度≥12.5%)；(c)CT系統 7 h長時劑量穩定性 1.6%(標準差/平均值)。

比如,美國ColoSSIS系統便是通過提升探測器性能來提升高能CT的空間分辨率的典型代表，其采用焦點尺寸約1.5mm的9MeV加速器，探測器像素做到30 μm，CT整機系統分辨力為150～200 μm。

為進一步提升CT系統的空間分辨力，中國工程物理研究院應用電子學研究所提出基于光陰極高品質電子源的高能微焦點X射線源的創新性技術路線，同時聯合國內優勢單位研制國產高分辨率X射線光學探測系統，最終建成分辨率達到10 Lp/mm的世界上首臺實用的高能高分辨率CT系統。

這里提別要介紹一下中國工程物理研究院應用電子學研究所高亮度光陰極電子源團隊。他們一直致力于高平均功率、高亮度電子源及應用研究,先后承擔了國家 863 計劃重大專項課題，科技部國家重大科學儀器設備開發專項，國家自然科學基金課題等數十項課題的研究工作,創造了多個國內“首個”。比如，首個光陰極微波電子槍、首個磁壓縮器、首個GaAs半導體光陰極直流高壓電子槍、首個超導加速器驅動的自由電子激光裝置等。該團隊先后獲得國防科技工業一等獎、國際發明展覽會金獎、四川省科技進步獎等多項榮譽，并于2018年獲得“2018年度國防科技工業十大創新任務(團隊)”。

團隊負責人、中國工程物理研究院應用電子學研究所副總師、黎明研究員，是一名加速器專家，主要從事加速器、自由電子激光和輻射成像等領域科學研究，主持國家重大科學儀器設備開發專項、863計劃項目等多項研究工作。

高分辨CT和常規CT的實際檢測結果的差異。

據了解，該項目針對高能微焦點X射線源的需求專門設計了高重復頻率、高能微焦點電子加速器，他們研究了高占空比光陰極微波電子槍、高穩定性高量子效率的半導體光陰極、先進輻射轉換靶等關鍵內容，結合物理設計以及實驗結果，確定了實現最大能量>9 MeV、焦斑尺寸小于100 μm的高能微焦點X射線源。

針對高分辨率探測器的要求，團隊開展大幅面、高一致性X轉換屏的研究，深入研究了材料制備、拼接工藝對閃爍體轉換屏分辨率和發光效率的影響。

還開展了高精度、高效率X射線光學探測系統研究，掌握分辨率可調的光學成像技術、低噪聲CCD信號讀出技術以及圖像畸變矯正等關鍵技術。

他們設計了適用于X射線光學探測系統的CT重建程序，發展針對性的圖像降噪算法以及偏置掃描技術，滿足精確、快速重建圖像的需求。

據悉，該項目采用了高重復頻率、高能微焦點電子加速器,能夠兼具常規工業電子直線加速器高劑量率以及光陰極加速器電子束高品質的優點,使得高能X射線源在獲得大劑量率同時焦斑尺寸較常規高能CT減小10~20倍。結合本征分辨率可達~50 μm的探測器技術，CT整機的空間分辨率達到10 Lp/mm，將公開報道的高能CT系統的分辨率提升了3倍。得益于電子直線加速器能量方便可調的優勢，項目研制的高能微焦點CT系統可以實現6~15 MeV X射線能量快速可調,且在高能工況下X射線源尺寸能夠進一步減小，空間分辨能力能夠進一步提高。

目前,項目研制完成至今已經穩定運行超過500小時，為國內多家單位的疑難雜件進行了檢測工作，均取得了令人欣喜的結果，讓人看到了以往常規高能CT看不清、低能微焦點CT看不透的缺陷。

黎明研究員帶領的科研團隊研制出自主可控的高能微焦點CT系統，實現了我國高能微焦點CT系統從無到有的突破，同時創造了高能CT系統空間分辨率新的世界紀錄。 該項目已獲得專利 6件，軟件著作權1項，形成工藝文件 3 項，為我國發展自主可控的高能微焦點CT系統提供了技術支持和知識產權保障。

來源: 科技見聞