普遍的理論認(rèn)為，X 射線系統(tǒng)的感應(yīng)器像素尺寸越小，就越適合檢測(cè)食品和其他產(chǎn)品中的細(xì)微污染物。 然而事實(shí)不是如此簡(jiǎn)單。 雖然較小像素尺寸的感應(yīng)器（例如 0.2 或 0.4mm）與較大像素尺寸感應(yīng)器（例如 0.8 或 1.6mm）相比，X 射線圖像的空間分辨率更高，但是還需要考慮許多其他因素，不只是單純考慮感應(yīng)器本身的理論靈敏度。 

X 射線檢測(cè)系統(tǒng)包含 X 射線發(fā)射器、檢測(cè)機(jī)和計(jì)算機(jī)。 其工作原理如下：當(dāng)產(chǎn)品以恒定速度通過 X 射線系統(tǒng)時(shí)，X 射線檢測(cè)機(jī)可捕捉產(chǎn)品的“灰度”圖像，該圖像通過測(cè)量穿過產(chǎn)品，并且到達(dá)檢測(cè)機(jī)的 X 射線能量生成。 隨后，軟件對(duì)該圖像進(jìn)行分析，并與預(yù)先設(shè)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；對(duì)于那些不符合標(biāo)準(zhǔn)（即檢測(cè)到污染物）的產(chǎn)品圖像，予以剔除。 

X 射線檢測(cè)機(jī)由正方形形狀的像素點(diǎn)組成。 以0.8mm 像素尺寸感應(yīng)器為例，每當(dāng)產(chǎn)品通過系統(tǒng)（由 0.8mm 像素尺寸的方形像素點(diǎn)組成） 0.8mm 長(zhǎng)度時(shí)就生成一個(gè)線性圖像 將這些 0.8mm 寬的線條逐步累積起來就形成了 X 射線圖像。 因此，理論上，感應(yīng)器像素點(diǎn)數(shù)量越多、尺寸越小，提供的數(shù)據(jù)就越多，因此可得到更加清晰的圖像，檢測(cè)到細(xì)微污染物的概率也越大。 

但是更多的數(shù)據(jù)并不總是的選擇。 如果所有應(yīng)用都是檢測(cè)諸如香袋或手袋那樣輕薄且同質(zhì)的產(chǎn)品，則較小像素尺寸的感應(yīng)器無疑是選擇。 事實(shí)上，檢測(cè)食品是否含有污染物的應(yīng)用范圍非常廣，而且多種多樣 – 一塊奶酪有著與一袋土豆極為不同的特性，而一包大米又截然不同。 這一事實(shí)為污染物檢測(cè)問題增加了多重復(fù)雜性。 

污染物檢測(cè)需滿足 3 個(gè)條件： 

1. 相對(duì)于周圍的產(chǎn)品，污染物能吸收更多的 X 射線； 
2. X 射線檢測(cè)機(jī)必須提供足夠的空間分辨率； 
3. X 射線系統(tǒng)的檢測(cè)算法必須能夠區(qū)分物理污染物及其周圍的產(chǎn)品。 

因此，污染物檢測(cè)的整體靈敏度取決于三個(gè)條件：空間分辨率、射線成像對(duì)比度以及產(chǎn)品效應(yīng)。 

空間分辨率 

空間分辨率是指構(gòu)建數(shù)字圖像所使用的像素。 更高的空間分辨率意味著更多的像素點(diǎn)，可確保更的圖像質(zhì)量。 較小像素尺寸的感應(yīng)器可產(chǎn)生更高的空間分辨率，但需要更高的 X 射線能量來保持圖像品質(zhì)。 0.8mm 感應(yīng)器的表面積是 0.4mm 感應(yīng)器的四倍，因此，更小尺寸的感應(yīng)器需要四倍的 X 射線能量，才能獲得同樣的信號(hào)強(qiáng)度并生成同樣品質(zhì)的圖像。 此外，使用 0.4mm 感應(yīng)器時(shí)，如果想讓產(chǎn)品通過系統(tǒng)的速度保持不變，檢測(cè)機(jī)掃描速度必須增加一倍（與 0.8mm 感應(yīng)器相比）。 同樣，所需劑量是 0.8mm 感應(yīng)器的八倍。 所有這些均意味著需要將成本、速度及圖像品質(zhì)之間的平衡考慮在內(nèi)。 

影響空間分辨率的其他因素是集成和投射效應(yīng)以及污染物在X 射線光路徑上所處的位置。 集成是指掃描期間，每個(gè)感應(yīng)器累計(jì)的信號(hào)。 計(jì)算機(jī)讀取感應(yīng)器時(shí)，讀取的不是瞬間“捕捉”的讀數(shù)。 此集成或“存儲(chǔ)效應(yīng)”允許用戶權(quán)衡掃描速度與傳輸速度，高達(dá) 50% 以上，同時(shí)還能保持靈敏度水平。 較慢的掃描速度可提供更強(qiáng)、更具穿透力的信號(hào)。 其可以根據(jù)不同產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。 

在 X 射線系統(tǒng)中，光束從“聚焦點(diǎn)”發(fā)出，測(cè)量尺寸約為 3mm。 污染物相對(duì)于聚焦點(diǎn)（或 X 射線源）或檢測(cè)機(jī)的位置十分重要：如果污染物靠近射線源，則檢測(cè)機(jī)投射的有效面積將增大，而圖像邊緣的清晰度會(huì)降低；如果污染物靠近檢測(cè)機(jī)，則污染物的圖像會(huì)更加清晰，利用放射圖像分析工具就更容易檢測(cè)。 為了zui大限度增加 0.8mm 感應(yīng)器的信號(hào)強(qiáng)度，需要 0.8 mm 的方形污染物。 現(xiàn)實(shí)當(dāng)中很少有這么湊巧的事情，通常污染物的投射陰影總是落在多個(gè)感應(yīng)器的部分位置，甚至在兩個(gè)感應(yīng)器之間。 在此情況下，更大的感應(yīng)器能夠捕捉更多關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 

射線成像對(duì)比度 

污染物與產(chǎn)品之間的射線成像對(duì)比度也十分重要，這里的主要影響因素是信噪比。 所有電氣設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生一定的背景噪音，如果相對(duì)于信號(hào)強(qiáng)度，噪音水平過大，會(huì)對(duì) X 射線圖像質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。 不同尺寸的感應(yīng)器有不同的信噪比。 較大的感應(yīng)器可產(chǎn)生更強(qiáng)的信號(hào)，降低噪音水平。 

產(chǎn)品效應(yīng) 

產(chǎn)品穿過 X 射線時(shí)被檢測(cè)機(jī)吸收的 X 射線能量與產(chǎn)品（和任何污染物）的厚度、密度和原子質(zhì)量數(shù)有關(guān)。 測(cè)量 X 射線在產(chǎn)品和污染物之間衰減差異是污染物檢測(cè)的基本依據(jù)。 通常原子質(zhì)量數(shù)與密度相關(guān)，食品一般含有低原子質(zhì)量數(shù)的材料，而污染物常常含有高原子質(zhì)量數(shù)的材料且密度較高。相同的污染物（比如一塊石頭），放在低密度產(chǎn)品中（比如一片面包），比放在高密度奶酪中更易檢測(cè)到。 穿透高密度材料需要更高的 X 射線能量，這也會(huì)影響感應(yīng)器大小尺寸的選擇及相應(yīng)的檢測(cè)靈敏度。 

產(chǎn)品及其包裝的質(zhì)地和均勻性也必須考慮。 同質(zhì)包裝可提供恒定的 X 射線信號(hào)，因此很容易檢測(cè)到 X 射線能量吸收情況的細(xì)微變化。 但是，許多食品和藥品包含多種吸收情況，涉及的原因有食品的不同類型（例如沙拉），和/或氣泡以及物品間的間隙（例如一袋土豆或大米）。 考慮到對(duì)比度有助于檢測(cè)，如果污染物是金屬等高密度材質(zhì)，顯然使用 X 射線檢測(cè)細(xì)微污染物是有所裨益的，而諸如玻璃、石頭和骨頭等較小密度污染物，顆粒較大時(shí)才能檢測(cè)到。 

因此，如果預(yù)測(cè)污染物很可能是金屬，則可以使用較小的感應(yīng)器，因?yàn)榻饘俚纳渚€成像對(duì)比度可忽略噪音的影響。 然而，事情并非總是如此。 0.4mm 的金屬球很容易“隱藏”在有多種密度的產(chǎn)品中，如大米或葡萄干。 一般情況下，感應(yīng)器尺寸越大，射線成像對(duì)比度越好。 

這是一個(gè)權(quán)衡的問題 

我們可以得出結(jié)論，實(shí)際檢測(cè)微小污染物很大程度上取決于產(chǎn)品本身的特性，而不是檢測(cè)機(jī)感應(yīng)器的尺寸。 小型感應(yīng)器有較高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)，是檢測(cè)輕薄同質(zhì)緩慢移動(dòng)物品的理想之選，但需要更多的能量，因此操作成本也比較昂貴。但是，獲得的更的測(cè)量可能會(huì)受到 X 射線通過量、電子檢測(cè)及產(chǎn)品效應(yīng)中增加的固有“噪音”級(jí)別的影響。 如果產(chǎn)品包含巨大空隙，高分辨率獲得的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)喪失，這會(huì)使感應(yīng)器像素級(jí)別的小污染物“隱藏”。 這將喪失使用更小感應(yīng)器帶來的改善。 較大的發(fā)光二極管適合較厚、高密度的產(chǎn)品，其提供的射線成像對(duì)比度，同時(shí)具有更高的信噪比，即使空間分辨率較低，也可檢測(cè)出更多污染物。 根據(jù)不同的應(yīng)用，選擇尺寸的 X 射線感應(yīng)器，就成為所有各種因素之間的權(quán)衡問題。 

作者：梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)部門電子產(chǎn)品 Steve Gusterson 

Steve Gusterson 是梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)部門的電子產(chǎn)品，在梅特勒-托利多已任職 10 年，自 1987 年便從事 X 射線食品檢測(cè)行業(yè)的研究。 Steve 直接參與梅特勒-托利多 X 射線接收器與硬件控制系統(tǒng)的研發(fā)。 

關(guān)于梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)系統(tǒng) 

梅特勒-托利多是食品和制藥行業(yè)金屬檢測(cè)與 X 射線檢測(cè)方案的供應(yīng)商。 Garvens 自動(dòng)檢重秤、CI-Vision 和 Pharmacontrol Electronic Gmbh (PCE) 共同構(gòu)成了梅特勒-托利多產(chǎn)品檢測(cè)部門。 北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。