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福州大学研究团队在我国柔性X射线成像技术发展方面取得重要突破

X射线成像技术
发布:2021-02-18 11:58:45     来源:福州大学

北京时间2月18日凌晨,世界顶级学术期刊《自然》在线发表了福州大学杨黄浩教授、陈秋水教授课题组的合作研究论文“High-resolution X-ray luminescence extension imaging” (Nature, 2021, 590, 410-415),《Nature》杂志同期发表述评指出此项研究极大地推动了X射线成像技术发展(News & Views),标志着我国在柔性X射线成像技术方面进入国际先进行列,并有望突破国外的技术限制,推进高端X射线影像装备的国产化。这是继杨黄浩教授研究团队在2018年实现福州大学首次以通讯单位在《Nature》发表论文以来(https://www.nature.com/articles/s41586-018-0451-1),再次在X射线成像技术方面取得重要突破,实现了福州大学首次以第一作者/第一单位在该杂志上发表论文。

该研究工作由福州大学联合新加坡国立大学刘小钢教授团队和香港理工大学黄勃龙教授共同完成。该工作是福州大学双一流建设的又一重要科研成果,标志着福州大学在基础研究方面取得了重要突破,进一步提升了福州大学的国际影响力。

医学影像设备元器件与光刻机、芯片、航空发动机等在2018年一并被《科技日报》列为“卡住中国脖子的35项技术”。其中,X射线影像技术在医学诊断、安全检查、工业无损探伤上具有广泛而重要的应用。目前,大多数X射线平板探测器需要集成薄膜晶体管阵列(TFT)、非晶硅光电转换层和闪烁体。但是,制造大面积、柔性的薄膜晶体管阵列和非晶硅光电转换层仍存在巨大的技术挑战,因此难以研制出柔性平板探测器。使用刚性的平板探测器难以实现曲面或者不规则目标物的三维X射线成像。

为攻克这一关键技术瓶颈,杨黄浩教授、陈秋水教授及其合作者发现了一类高性能X射线发光纳米闪烁体,通过结合光谱技术、电子顺磁共振表征、热释光学曲线分析、密度泛函理论计算、同步辐射技术对晶格缺陷的本质展开研究,提出了高能量X射线光子诱导缺陷产生长余辉发光的机理(图1)。该发光机制的建立对新型卤化物长余辉材料的探索与合成具有指导意义。

 

 
该研究表明,稀土纳米晶闪烁体具有尺寸易调控、无色透明、分散性良好、余辉性能优异等特点。因此,研究团队将其与柔性基底相结合,制备出透明、可拉伸、无需电子电路的柔性X射线成像设备。实现了柔性、高分辨的全景X射线成像(图2. a和b),其成像空间分辨率大于20 lp/mm(图2. c和d),相比传统平板探测器具有明显优势。

该研究打破传统X射线平板探测器的固有限制,为制备新一代柔性X射线成像设备提供了新的思路和途径。基于纳米闪烁体的柔性X射线成像设备具有制备工艺简单、便携式、成本低、成像性能优异等优势,在便携式X射线探测器、乳腺成像、牙科全景成像、工业探伤、高能物理等领域展现出巨大的潜力和应用价值。

 
 

图2 高分辨X射线发光成像  

(a)柔性X射线成像过程示意图和全景X射线成像图;

(b)X射线平 板探测器示意图和X射线成像图;

(c)可拉伸的柔性X射线成像设备展示;

(d)高分辨X射线成像图。

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