大家好，今天为大家分享来自郑州大学单崇新教授团队近期在 Laser & Photonics Reviews 上发表的研究论文。论文通讯作者为刘恺恺教授、宋世玉研究员。抑制光学串扰的柔性X射线探测器对于高空间分辨率成像中的对比度保持至关重要。然而，间接型柔性闪烁体中的光学串扰会导致高空间频率下对比度迅速劣化，从根本上限制高性能X射线成像。本文提出一种编织网眼架构，通过将闪烁光子几何限制在单个像素单元内，实现像素级隔离的柔性闪烁体。将CsCdCl₃:Mn²⁺微晶填充至柔性编织金属网中，即可构建像素间距可调的大面积柔性闪烁体。凭借对光子横向扩散的有效抑制，该柔性闪烁体展现出保对比度的X射线成像行为，即使在12.5 lp mm⁻¹的高空间频率下仍可维持0.71的超高 Michelson 对比度，而传统薄膜闪烁体则出现显著的对比度崩塌。该闪烁体具有51040 photons MeV⁻¹的高光产额、64 nGy s⁻¹的低探测限以及机械柔韧性，同时可实现超过1200 cm²的大面积可扩展性。这项工作为高空间频率下像素隔离、保对比度的X射线成像建立了一种可规模化制造的架构策略关键词： 柔性 、高对比度、 大面积、像素隔离闪烁体、X射线成像
研究人员将CsCdCl₃:Mn²⁺微晶填入柔性金属网的微孔中，利用金属纤维壁对闪烁光子进行几何约束，有效抑制了光学串扰。该闪烁体阵列在空间分辨率高达12.5 lp/mm时仍可维持0.71的 Michelson 对比度，而传统薄膜闪烁体在此频率下对比度已出现明显崩塌。同时，器件兼具高光产额、低检测限与良好的机械柔性，并可放大至1200 cm²以上。
1.阵列制备示意：
图1：像素隔离柔性闪烁体阵列。(a)像素隔离柔性闪烁体三步制备流程示意图：(步骤1) 将光学阻隔网转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 基底上；(步骤2) 将CsCdCl₃:5%Mn²⁺粉末填充至光学阻隔网中；(步骤3) 层压顶部PET薄膜。(b) 像素隔离柔性闪烁体的层级结构，由顶部PET薄膜、负载CsCdCl₃:5%Mn²⁺的金属网和底部PET薄膜组成。(c) 不同分辨率多孔板的X射线图像。(d) 像素隔离柔性闪烁体分别在2.5至12.5 lp/mm⁻¹空间频率下的响应。(e) 像素隔离柔性闪烁体在日光和275 nm紫外光照下弯曲状态的照片。(f) 紫外光下像素隔离柔性闪烁体的放大图像(左)，比例尺为200 µm，以及对应的截面光学图像(右)，比例尺为120 µm。图2：像素隔离柔性闪烁体的光物理机制与闪烁性能。(a) 不同掺杂浓度下CsCdCl₃:Mn²⁺的光致发光(PL)光谱。(b) 像素隔离柔性闪烁体的PL与辐射发光(RL)光谱。(c) 像素隔离柔性闪烁体和金属网的RL光谱。(d) 所制备像素隔离柔性闪烁体的能级示意图。(e) LYSO:Ce、BGO、CsCdCl₃:Mn²⁺以及Cs、Cd、Cl元素的X射线吸收系数随光子能量的变化关系。(f) CsCdCl₃:5%Mn²⁺与LYSO:Ce的RL光谱(管电压：45 kV；剂量率：2.5 mGyair s⁻¹)。(g) CsCdCl₃:5%Mn²⁺与CsI:Tl、LYSO:Ce、LuAG:Ce、BGO及几种先前报道的钙钛矿闪烁体的光产额对比。(h) 关闭X射线辐照后随时间变化的RL光谱。(i) CsCdCl₃:5%Mn²⁺在X射线辐照下（5.97–98.4 µGyair s⁻¹）随剂量率变化的RL光谱。插图：积分RL强度与X射线剂量率的线性依赖关系。(j) 闪烁体在6个辐照循环下的归一化RL强度变化，每个循环包含300秒曝光和随后的300秒间隔，剂量率为8 mGyair s⁻¹。图3：像素隔离柔性闪烁体通过抑制串扰实现高对比度X射线成像。(a) 原始灰度蒙娜丽莎图像 (公共领域) 及具有不同迈克尔逊对比度 (范围从0.1到0.9) 的模拟图像，CMichelson = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)。(b) 像素隔离柔性闪烁体 (上) 与CsCdCl₃:5%Mn²⁺@PDMS闪烁体 (下) 的X射线边缘图像，以及跨边缘的线轮廓图。(c) 使用像素隔离柔性闪烁体和CsCdCl₃:5%Mn²⁺@PDMS闪烁体获取的CPU芯片X射线图像，以及对应的Canny边缘检测图。(d) 标准线对分辨率卡在环境光下的照片；以高横向对比度分辨12.5 lp mm⁻¹特征，以及使用CsCdCl₃:5%Mn²⁺@PDMS闪烁体在12.5 lp mm⁻¹附近记录的X射线图像 (下)。(e) 具有不同网孔孔径的像素隔离柔性闪烁体在其最高空间分辨率下的Michelson对比度随空间分辨率( 2.5–12.5 lp mm⁻¹) 的变化关系。(f) 像素隔离柔性闪烁体与先前报道的卤化物基闪烁体的Michelson对比度和最大有效闪烁面积的统计比较。
图4：高像素密度像素隔离柔性闪烁体用于高空间分辨率频率下的保对比度X射线成像。(a) 像素隔离柔性闪烁体在紫外光和X射线下飞机、小狗和弯曲闪烁体的照片。(b) 商业6.5英寸手机显示屏(左)与相同像素数的像素隔离柔性闪烁体X射线屏(右)的对比，放大图像展示了手机显示屏和像素隔离柔性闪烁体的放大子像素(下)。(c) 手机屏幕与像素隔离柔性闪烁体对应的像素密度示意图，前者为402 PPI(每英寸像素数)，后者为635 PPI(每个独立像素随机填充红、绿、蓝颜色)。(d) 使用像素隔离柔性闪烁体和相同厚度的CsCdCl₃:5%Mn²⁺@PDMS闪烁体获取的断裂多芯电缆X射线图像(比例尺：3 mm)。(e) 使用像素隔离柔性闪烁体记录的SD卡X射线图像。分别用不同像素的网孔获取的标记区域放大图像，以及不同分辨率像素隔离柔性闪烁体横向灰度值变化曲线(下)。(f) 在不同旋转角度(36°、72°、108°、144°、180°)下获取的无线鼠标射线照片。(g) 大面积像素隔离柔性闪烁体(1200 cm²)在自然光和275 nm紫外光下的光学照片。(h) 使用大面积像素隔离柔性闪烁体获取的装有剪刀、螺丝刀、核桃、螺丝、U盘等物品的手提包X射线图像。
我们展示了一种像素隔离柔性闪烁体，可实现180°弯曲、635 PPI成像并扩展至1200 cm²面积。在这一架构中，金属网将CsCdCl₃:5%Mn²⁺限定为光学隔离的像素，空间分辨率可在2.5至12.5 lp mm⁻¹之间调节，同时保持高成像对比度 (12.5 lp mm⁻¹处 Michelson 对比度为0.71)。该像素隔离柔性闪烁体具有51040 photons MeV⁻¹的光产额、优异的工作稳定性以及低至64 nGy s⁻¹的超低探测限，能够支持电子结构与缺陷的高对比度可视化。通过将像素级光子约束与机械耐久性和可规模化制造相结合，像素隔离柔性闪烁体为高分辨率、高对比度且可扩展的X射线成像提供了一个有前景的平台。
文章来源：
https://doi.org/10.1002/lpor.71261
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