X射线荧光CT成像中荧光产额、退激时间、散射、偏振等关键物理问题计算与分析

• 作者: 张芝振 李亮
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: X射线荧光 计算机断层成像 偏振X光 康普顿散射 功能成像
• 年，卷（期）: 2021,（19）
• 所属期刊栏目: 气体、等离子体和放电物理|PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES
• 页码范围: 158-167
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20210765

摘要

X射线荧光CT(X-ray fluorescence computed tomography,XFCT)是一种使用X射线荧光(X-ray fluoresc-ence,XRF)实现功能性成像的新技术,在生物医学成像中表现出较大潜力.但是,X射线穿过生物体的同时还会产生大量康普顿散射光子,对XRF信号的采集形成很强的背景噪声;因此,如何有效消除康普顿散射噪声对于提高XFCT成像质量至关重要.本文研究总结了XFCT成像过程中涉及的物理过程,包括:荧光的产额、退激发时间、荧光发射角分布、荧光偏振态、康普顿散射角分布与散射光偏振态,并通过研究荧光与散射光物理性质的差异寻找去除康普顿散射噪声的方法.经过物理过程推导和分析计算,发现:1)高原子序数元素的K层荧光退激发时间极短,在现有探测器的时间分辨率条件下,无法分辨散射光与荧光;2)K层发射荧光的角分布各向同性,康普顿散射角分布在与入射光偏振方向附近取得最小值,而且入射光线偏振度越高,散射光的微分截面越小,偏振光源将有利于减少康普顿散射噪声;3)K层荧光线偏振度为零,而康普顿散射光子在一些散射方向上具有一定线偏振度,因此偏振态的差异可能用于降低康普顿散射噪声.