上海光源在X射线鬼成像研究方面取得重要进展 2026-07-20

X射线鬼成像(X-ray ghost imaging, XGI)是一种非局域成像方法,因其具备低剂量成像的潜力,是目前的研究热点。该方法通过两束独立X光的强度关联重构样品结构:强度分布随机涨落的热(赝)光场分为两束,一束为“参考光”,另一束为与样品发生相互作用后进行积分探测的“信号光”。XGI在物光路中采用高灵敏桶探测器,可最大限度减少目标物体受到的剂量。尽管参考光路的高分辨数据采集需要大曝光量,但这部分辐射不会影响到样品。 传统放射成像只需对样本单次曝光,而鬼成像需要在调制光场下对物光路进行多次采样以完成图像重建。因此,XGI的光子计数(即累积曝光量)等于单次测量曝光量与测量次数的乘积。要实现百万像素级X射线鬼成像,传统鬼成像方法需要的测量次数十分庞大,很难将XGI的低剂量成像潜力变为现实。 据此,中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心(以下简称“上海光源”)研究团队提出了一种百万像素极低照度X射线鬼成像方法(Ultra-low-light megapixel X-ray ghost imaging, UMXGI),以突破这一瓶颈问题。相较已有方法,UMXGI的独特优势来源于一下三项核心要素的有机协同:1)优化分束与信号采集。采用大光斑、高均匀度、强关联特性的X射线晶体分束方案,该光路结构可同步完成物臂与参考臂的信号采集,将弱衍射光束用于物臂探测,强透射光束用于参考臂探测。2)定制化探测器布局。为两路光分别匹配专用探测器:低光强物臂搭配低分辨率、高灵敏度光纤耦合探测器,高光强参考臂搭配高空间分辨透镜耦合探测器。3)高效成像机制。利用上海光源X射线成像组提出的合成孔径成像机制,仅需极少量的测量次数即可实现百万像素级关联成像。该项研究充分利用XGI关联成像的固有物理优势,探索实现极低照度X射线影像的可行性。