[论文解读] Development of a cost-effective X-ray imaging device based on Raspberry Pi Camera

N. Ton, N. T. Luan+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2026

Digital Radiography and Breast Imaging被引用 0

一句话总结

简要结论：论文报道了一种基于树莓派相机、使用Gd2O2S:Tb荧光屏的便携式X射线成像设备，实现了临床级的空间分辨率（在环境光下MTF20达68 lp/mm，在X射线照射下达25 lp/mm），并通过多块显示屏演示实现模块化。

ABSTRACT

This study reports the development and characterization of a cost-effective X-ray imaging device built from Raspberry Pi components, including a high-quality 12.3-megapixel camera configured for indirect detection with a Gd2O2S: Tb scintillation screen. The device was evaluated under both ambient light and X-ray exposure conditions. Initial characterization under ambient light ensured proper optical focusing; subsequently, camera settings (ISO and exposure time) were evaluated and optimized for X-ray imaging performance. Spatial resolution of the developed device was quantified using the Slanted-Edge method to derive the Modulation Transfer Function (MTF). The device achieves MTF20 values of 68 lp/mm under ambient light and 25 lp/mm under X-ray irradiation (50 and 70 kV) with Gd2O2S:Tb screen. Besides, the modularity of the developed device was confirmed by conducting the tests with LYSO:Ce and GAGG:Ce screens. Results demonstrate that this compact, cost-effective platform delivers spatial resolution comparable to clinical radiography systems, with potential applications in scientific, educational, and medical contexts where cost and portability are critical factors.

研究动机与目标

• 基于树莓派相机开发一套紧凑、低成本的X射线成像系统。
• 评估光学聚焦与相机设置以优化X射线成像性能。
• 使用不同荧光屏对空间分辨率与模块化进行表征。
• 在环境照明和X射线辐照条件下演示设备。
• 评估在需要便携性的教育、科学与医疗等潜在应用。

提出的方法

• 组装一台高质量的12.3百万像素树莓派相机，配置为间接X射线探测。
• 使用Gd2O2S:Tb荧光屏进行间接X射线转化。
• 在环境光下对聚焦进行表征以建立基线光学参数。
• 优化相机参数（ISO、曝光时间）以提升X射线成像性能。
• 通过斜边法量化空间分辨率并推导调制传递函数（MTF）。
• 使用备选荧光屏（LYSO:Ce、GAGG:Ce）测试设备以验证模块化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在便携、低成本条件下，基于树莓派相机的系统是否能够达到临床相关的X射线成像空间分辨率？
• RQ2 哪些相机设置能够在荧光屏下优化X射线成像性能？
• RQ3 在不同荧光屏下系统在分辨率和模块化方面的表现如何？
• RQ4 该设备是否适合在教育、科学与医疗等对便携性要求高的场景使用？

主要发现

• 在环境光下MTF20达到68 lp/mm。
• 在50和70 kV的X射线照射下MTF20为25 lp/mm。
• 系统显示低噪声性能，能够与LYSO:Ce与GAGG:Ce荧光屏实现模块化兼容。
• 在测试范围内，其空间分辨率可与临床放射系统相比拟。
• 一台高质量的12.3 MP树莓派相机可用于简单、便携的间接X射线成像。