首先，什么是X射线成像？X射线成像是一种利用X射线穿透能力及不同材料对X射线吸收差异的成像技术。它通过探测器接收透射的X射线，并将其转换为可见图像，从而显示物体的内部结构。X射线，也称为伦琴射线，是一种电磁波，类似于光，只是X射线是不可见的。
X射线之所以在成像应用中非常有用，是因为其能够穿透多种物质，具有很强的穿透能力。X射线成像技术在医疗、安检、工业缺陷检测以及无损检测（NDT）等领域中发挥着关键作用。
X射线穿透物质的程度取决于物质的类型。X射线可以使物质中的分子或原子电离，例如人体细胞或材料样品分子。辐射与物质的相互作用使成像成为可能，我们可以使用探测器检测通过样品后的信号，并生成图像。辐射的相位、方向、强度和波长的变化揭示了物体的内部结构信息。
需要注意的是，辐射吸收产生的可变信号会形成图像对比。例如，在基于闪烁体探测器的医学X射线成像中，人体不同组织对X射线的衰减系数和路径长度不同，当辐射穿过这些组织和结构时，X射线吸收程度不同，导致到达闪烁体探测器的射线数量不同，从而产生闪烁体在不同区域产生的光强差异，最终形成黑白对比不同的图像。
X射线是波长范围在0.01~10纳米之间的电磁波，这意味着X射线不可见，无法使用普通光学摄影基材直接成像。这时闪烁体就派上用场，作为X射线成像的探测材料。
X射线成像用闪烁体主要分为两类：无机闪烁体和有机闪烁体。无机闪烁体由掺杂激活剂的无机盐晶体组成，典型代表包括碘化钠（NaI）、碘化铯（CsI）等。无机闪烁体具有高密度、出色的耐辐射性和高光产率。 有机闪烁体主要由含苯环结构的芳香族碳氢化合物组成，如蒽（Anthracene）、菲（Phenanthrene）以及塑料闪烁体等。一些新型材料可通过聚集诱导发光（AIE）或热活化延迟荧光（TADF）发光。有机闪烁体易于制成各种形状，可用于柔性X射线成像。
在闪烁体成像测试中，常用的是间接成像方法。在间接X射线成像中，X射线作为激发辐射源，CMOS相机作为探测器。样品放置在闪烁体前方，X射线经过样品吸收和透射后照射到闪烁体上，闪烁体将X射线能量转化为光子并发射出来，最终由相机捕获样品成像。
间接转换仍是DR和CT等主流设备的“经典”解决方案。X射线首先被闪烁体材料“吸收”，转化为可见光光子，然后由光电二极管阵列捕获。然而这些光子在晶体内各个方向扩散，逐渐降低空间分辨率；同时，暗电流造成的噪声信号可能掩盖低对比度细节。
DR领域主流闪烁体：碘化铯（CsI）、氧硫化钆（GOS）； CT领域：主流包括GOS、Gemstone、Superlight等，不断演变，但核心仍是“先将X射线转化为光，然后计数光”。
尽管间接转换原理相对简单、稍显传统（存在光散射和噪声问题），它依然是目前X射线成像设备（DR/CT）的主要方案，因其技术成熟、性能可靠，并通过碘化铯及闪烁体探测器等材料的不断改进得到提升。
闪烁体用于X射线成像的工作原理是：闪烁体将X射线转化为可被传感器检测的可见光，传感器（如Si PD）随后将可见光转换为电信号，再通过主机电脑读出/数字化，形成图像。以GOS:Pr陶瓷（掺铕氧硫化钆陶瓷）为例，可进一步分解其成像机制：
以下表格列出了常用X射线闪烁体及其技术参数，并评估了这些闪烁体的优势及应用。
在开始之前，有必要区分两种重要概念：硬X射线与软X射线：
硬X射线成像及应用： 波长短于软X射线，通常在0.01–0.1纳米（0.1–1埃），光子能量高，一般大于10 keV至250 keV，适用于深层结构成像。硬X射线成像应用包括CT扫描、高压胸片显示骨骼和肺部结构、天文观测等需要高吸收效率的场景。
软X射线成像及应用： 波长通常为0.1–10纳米（1–100埃），光子能量低，一般在0.1–10 keV之间。由于波长较长、能量低，穿透力弱，容易被空气、皮肤和其他软组织吸收。软X射线成像对材料吸收差异非常敏感，对表面和薄结构成像效果好，适用于生物显微成像、半导体检测和材料科学等对空间分辨率要求高但穿透深度要求低的应用。
以下是常用的X射线成像闪烁体材料类型（参数仅供参考，如需详细资料，请咨询煦和光电工程师）：
对于X射线成像用闪烁体，最重要的性能指标包括吸收效率、光产率以及空间分辨率（通过衰减时间、余辉控制和像素化结构实现）。同时，发射光谱与探测器的匹配度决定了系统效率，而成本、可制造性和环境稳定性则是实际应用的关键约束。未来高性能闪烁体的研发将重点在于平衡和优化这些指标。
1）医学成像诊断：X射线闪烁体的重要应用领域之一，如CT扫描、X光片等，都依赖闪烁体将X射线转换为可见光并形成图像。
2）工业无损检测（NDT）：这是X射线闪烁体的另一个重要应用领域。通过X射线穿透材料并检测内部结构，可发现材料缺陷、异物等。在这一过程中，闪烁体在能量转换中起到关键作用。
3）安检检查：尤其是在机场、车站等行李检查场景中，X射线闪烁体被广泛用于安检设备，帮助发现可疑物品，提高安检效率和准确性。
钙钛矿纳米晶体的新发明：
钙钛矿纳米晶体的发展是未来X射线闪烁体研究的重要方向。新加坡国立大学化学系刘晓刚教授团队发现，卤化铅钙钛矿纳米晶体对X射线辐照高度敏感。与传统X射线成像闪烁体相比，这类钙钛矿纳米晶体生长成本更低。此外，其检测下限约为典型医学诊断剂量的1/400（仅13 nGyair s⁻¹），显示出在X射线摄影中的巨大潜力，可直接使用低成本、广泛可用的数码相机记录图像。
通过创新材料（如钙钛矿纳米晶体）和扩展应用（如治疗整合），X射线成像闪烁体将在医学诊断、安检、工业NDT，甚至肿瘤治疗等领域持续发挥作用。
通过有机闪烁体中的空间分离重原子天线实现高分辨率X射线成像：
有机闪烁体具有低成本、可持续性和可设计结构等优点，在X射线成像领域前景广阔。然而，对于电荷转移机制和重原子设计如何在光产率、衰减寿命和发光带宽之间平衡的理解仍不充分，这严重限制了其实际应用和工业化。唐本宗教授团队提出了一种空间分离重原子天线策略：将烷基溴单元引入局部混合电荷转移（HLCT）框架，构建重原子与发光中心分离的有机闪烁体。这种方法在保持高效X射线吸收的同时，大幅抑制了由重原子引起的非辐射跃迁。此外，分子体系通过适度的电荷转移态实现多项关键性能指标的协同优化：辐射寿命短（3.74 ns）、辐射发光带宽窄（56 nm）、斯托克斯位移大（110 nm）、光致发光量子产率100%。得益于这些优势，该闪烁体展现出优异的X射线发光性能，在X射线成像中实现了50.0 lp/mm的空间分辨率。
Q1：什么是X射线成像用闪烁体？
X射线成像用闪烁体是一种在X射线辐照下发光的工作介质。人们利用闪烁体将不可见的X射线转换为可检测信号，并利用这些信号携带的信息形成图像，从而呈现肉眼不可见的细节，例如人体内部结构（医学成像）或行李内部（安检）。
Q2：为什么CsI和GOS在X射线探测器中广泛使用（CsI vs GOS）？
这两种材料具有高原子序数（Zeff）、高光产率，并且发射光谱与探测器匹配良好。
关于CsI(Tl)、GOS(Pr)和GOS(Tb)的技术参数，可点击链接查看。
一般而言，CsI具有更好的空间分辨率和导光性能，适合平板成像；而GOS陶瓷更坚固、密度高、制造容易，因此是CT和坚固型系统的首选。
Q3：X射线闪烁体的空间分辨率由什么决定？
与可见光不同，X射线难以折射和聚焦，通常沿直线传播。X射线成像的空间分辨率主要取决于X射线源的焦点尺寸、探测器单元尺寸以及与样品的距离。
图1. 上图展示了X射线成像用闪烁体在实际应用中的位置
Q4：软X射线与硬X射线成像有什么区别？
软X射线成像：使用波长范围通常为0.1纳米至10纳米（或10至100埃）的X射线，光子能量较低，一般在0.1 keV到10 keV之间。由于能量低，软X射线穿透力较弱，容易被物质吸收（甚至空气也会吸收，因此常需要真空环境）。它们主要用于成像轻元素（如碳、氮、氧）及表面结构，非常适合生物学（细胞成像）、半导体检测和材料科学的表面分析等应用。
硬X射线成像：使用波长范围通常为0.01纳米至0.1纳米（或0.1至1埃）的X射线，光子能量较高，一般在10 keV至250 keV（工业应用中可达MeV范围）。由于能量高，硬X射线穿透力强，可穿透骨骼、金属及厚组织等高密度材料。硬X射线是医学诊断（CT扫描、X光片）、安检（机场扫描仪）及工业无损检测（焊缝或铸件内部缺陷检查）的标准选择。
凭借丰富的工程经验和专业的销售团队，煦和光电（Shalom EO）提供全面的X射线成像用闪烁体产品，包括：
· 闪烁体材料：CsI、CsI(Tl)、低余辉CsI(Tl)、BGO、LaBr3(Ce)、GOS陶瓷、CdWO4等。
· 像素化闪烁阵列：由掺铊的铈碘化物（Tl-doped Cerium Iodide）、GAGG(Ce)、BGO、CdWO4、GOS(Pr)/GOS(Tb)制成，可实现0.3×0.3毫米像素尺寸，像素间距仅0.07毫米。
图2. 煦和光电的像素化X射线闪烁体
Tags: X射线闪烁体, GOS陶瓷, CsI(Tl)