随着医学成像、X射线无损检测和高能粒子检测等方面研究和应用的快速发展，对高分辨率透镜耦合闪烁体成像仪的需求不断增加。 然而，由闪烁体出射界面两侧折射率差异导致的图像细节衰减，阻碍了闪烁体成像探测器性能的进一步提升。

针对这个问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）上海光源科学中心科研团队提出了高空间频谱增强重建（HSFER）技术，即闪烁体出射表面制作的二维亚波长高密度阵列作为光学编码器，将高频信息转移到低频区域，然后使用有近似条件的解码手段恢复图像，最终有效改善成像信噪比^[1]；在此基础上，利用 X 射线干涉光刻拼接技术在 Ce: YAG 闪烁体薄膜表面制作 1.5 cm×1.5 cm 的纳米周期结构作为光学编码器，将HSFER 技术应用于大视场成像场合^[2]；还成功地将 HSFER 闪烁体探测器应用于 X 射线 CT实验^[3]。此外，通过调整二维编码器的参数，实现了不同目标特征的增强^[3]。

近期，团队又在HSFER技术中将深度学习辅助图像解码用于闪烁体荧光非相干成像过程，实现了完善的解码（DA-HSFER）。在DA-HSFER技术中，利用目标结构化深度神经网络（DNN），通过专门配置的数据集进行训练，成功地破译了x射线闪烁体荧光编码成像过程中的物理机制。同时，该方法保持了在不同样本之间的广泛适用性，不需要针对不同样本进行额外迁移学习，实现了闪烁体荧光的单次曝光高信噪比非相干编码成像过程。中高频图像信号的强度可以增加一个数量级或更多。使用DA-HSFER闪烁体成像探测器有望打破高分辨间接 X 射线成像仪的性能瓶颈。相关研究以“DA-HSFER: Empowering High-Performance Incoherent X-ray Scintillation Encoded Imaging with Deep Neural Networks”为题，与补充封面一起发表于ACS Photonics杂志（ACS Photonics, 2024, 3562）。上海高研院与上海应物所联合培养博士生石昊和王路为论文共同第一作者；吴衍青、谢红兰和邰仁忠为论文通讯作者。该系列工作得到国家自然科学基金项目、科技部重大研发项目，以及大科学中心研发项目的资助；同时得到上海光源BL08U、BL09B和BL13HB等线站的技术支持。

图1 文章补充封面

图2  X射线非相干编码成像示意图

图3  标准样品图像恢复结果比较

图4  生物图像恢复结果比较

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c00759