基于相位襯度成像的X射線生物特征識別儀

許明偉 薛艷玲 陳榮昌 李 可 杜國浩鄧 彪 謝紅蘭 肖體喬

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海201800）

2（上海光源科學(xué)中心中國科學(xué)院上海高等研究院 上海201204）

3（中國科學(xué)院大學(xué) 北京100049）

國家生物安全對于瀕危物種的保護(hù)、防止外來生物入侵和維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要［1-2］，而海關(guān)是維護(hù)生物安全的第一道防線。X射線因具有強(qiáng)穿透性的特點(diǎn)被海關(guān)部門廣泛用于安全檢測工作中［3］，2008年誕生的直線加速器Linatron Mi6能產(chǎn)生3.5 MeV和6 MeV兩種能量的X射線對貨物進(jìn)行透視檢測［4］；為了穿透厚度超過300 mm的集裝箱鋼板，2012年誕生了能產(chǎn)生6 MeV和9 MeV高能X射線的IDK-6/9 MeV線性電子加速器［5］；2017年又出現(xiàn)了可產(chǎn)生光子能量5 MeV、6 MeV和9 MeV，焦點(diǎn)尺寸2 mm的X射線直線加速器，并且通過人工智能算法自動標(biāo)注X射線圖像中的目標(biāo)物［6-7］。以上這些裝置基于吸收襯度和雙能成像透視貨物，大幅提高了工作效率［8-9］。但是生物樣品主要由C、H、O、N等輕元素組成，不同組織之間密度差異很小［10-14］，通過上述高能量、大焦點(diǎn)X射線光源和基于吸收襯度的成像方法無法對弱吸收生物組織清晰成像，很難用于生物樣品的品種和產(chǎn)地鑒別，現(xiàn)有的基于吸收襯度成像的安檢設(shè)備也無法滿足海關(guān)生物安全檢測的需求。

近年來基于高亮度同步輻射光源發(fā)展起來的X射線相位襯度成像方法，利用空間相干X射線在樣品內(nèi)部傳播時的相位變化成像，對于硬X射線來說，它的復(fù)折射率中代表相位的虛部比代表吸收的實(shí)部高兩個量級以上，因而相位襯度成像的靈敏度遠(yuǎn)高于吸收襯度成像，特別適合于弱吸收樣品成像。……