計算機數字化X射線成像

只看該作者 · 2016-7-25 15:48:05

本帖最后由 wxf8503 于 2016-7-26 14:19 編輯

CR(Computed Radiography

計算機數字化X射線成像

編者按：計算機數字化X射線檢測技術作為一種新的無損檢測方法已進入工業產品的無損檢測領域。本文概述了計算機數字化X射線檢測技術的基本原理與成像技術及應用前景，為推廣應用計算機數字化X射線檢測技術，應加強科研與標準化制訂、數字化射線檢測的技術培訓及人員資格考核的工作。

前言

傳統的X線成像是經X線投照，將影像信息記錄在膠片上，在顯定影處理后，影像才能于底片上顯示。而CR是將X線投照的影像信息記錄在影像板（image plate，IP）上，經讀取裝置讀取，由計算機計算出一個數字化圖像，復經數字/模擬轉換器轉換，于熒屏上顯示出灰階圖像。CR與DR同屬數字化成像。“CR系統”發展了無損檢測領域代表性方法之一的“工業用X射線膠片法”，被稱為數碼圖像檢測系統的新標準方法。全面繼承了“工業用X射線膠片方法”（IX膠片方法）所具有的通過X射線得到鮮明圖像的特點，而且作為數碼化圖像系統，也是一種劃時代的能夠順應各種現代要求的系統方式。

l 基本的操作過程的比較

“IX膠片方法”和“CR系統”，從拍攝到檢查、保管，其基本的作業過程不同點，如下所示：

	“IX膠片方法”	“CR系統”
拍攝操作	把膠片放入暗袋中，用射線機進行X射線照射	基本相同，但取代膠片的是采用可反復使用的圖像感光板
顯像（可視化）	在暗室環境中，通過洗片藥水進行化學處理（濕式）	在明亮的環境下，通過專用的“IP讀出裝置進行光學處理”（干式）
檢查操作	使用高亮度觀片燈，對膠片進行評價	通過高精細CRT進行檢查，由于是數碼化，可實現更易看清的圖像處理
保管和數據利用	把膠片作為實物保管，如要轉存于電腦，必須變換為數碼參數	圖像被記錄于大容量的DVD-RAM，已被數碼化，可有效利用于其他

1． CR系統

是取代IX膠片，采用可反復使用的感光板，來進行數碼化射線檢查的系統。作為“IX膠片方法”的發展系統、繼承保持能反映真實的、具有良好可視性的鮮明圖像。另外，一次性圖像化的最大范圍可到35*43cm，是可以進行“全體像”檢查、確認的數碼化射線檢查系統。

特點：

（1）具有4位數（10.000倍）以上的寬廣動態范圍，是寬緯度的系統。

（2）同C5類膠片相比較，具有10倍以上的高靈敏度，可實現X射線照射時間的縮短。

( 3）IP可重復使用，輕薄型且柔軟可彎曲，是具有良好可操作性的射線檢查器件。

( 4）通過EDR自動靈敏度調整機構的穩定讀出，對任何檢查對象，一次操作就可得到良好的圖像。

( 5）由于是數碼化圖像，可以用各種圖像處理方法調整成容易檢查辨別的圖像，也可通過電腦充分利用各種數據。

( 6）實現了X射線檢查的工作環境的改善，不需要暗室，可進行明室處理。

( 7）可以輸出高質量的膠片，并且是沒有處理液、水、廢液的完全干式系統。

2．系統的特點

（1） 廣闊的動態范圍，寬緯度

作為圖像感光板（IP）的很大的特性，具有廣闊的動態范圍（圖1），在整個4位數（以上）的寬廣范圍內，擁有良好直線性的射線靈敏度，如果能把圖像信號收入此寬廣范圍內就可以進行圖像化，同膠片相比較，不太有必要拘泥于拍攝條件。

圖1 IP的發光特性

有效利用的要點：

l 壁厚差較大的部件的拍攝（用1張圖像就可基本完成）

l 可實現拍攝條件的放寬，減少拍攝失敗

（2） 高靈敏度“CR系統”所具有的另外一個很大的特性是“高靈敏度”。雖然靈敏度水平根據拍攝條件和檢查對象不能一概而論，但一般來說，可達到C5類膠片的10倍以上。另外，IP對γ等高能量射線也具有靈敏性，但靈敏度的優先性減小。圖2為“IX膠片”同“CR系統”的靈敏度比較。

* “拍攝電壓”是放射線透過檢查對象所必需的能量的最低限，因此基本上同使用膠片的電壓相同。

* “電流”“照射時間”可以比圖2所示的更低。微小的放射線量也可實現圖像化，但射線量過小會影響到像的質量。

圖2 C5類膠片同CR系統靈敏度比較

有效利用的要點：

l 由于縮短了拍攝時間，可以增加大批檢查的處理量。

l 特別有利于檢查拍攝單位時間較長的檢查對象。

（3） IP可以反復使用

可以用感光板進行圖像的記錄、擦除，并可重復使用。

圖3 通過IP形成圖像的原理

3．圖像感光板

（1） 結構具有良好的平面性和柔軟性，以350um厚的聚乙烯化合物（PET）材料為基底，在上面涂抹能發生“輝盡發光”的特殊熒光體物質。在進行拍攝的時候，透過檢查對象的射線作為與放射線量成比例的電子能，以全面分布的形式被此“熒光體層”暫時記憶并儲存。在IP表面（白色面），有防止“熒光體”受污染及遭傷擊的透明“保護層”，在其背面有一層黑色遮光的“背面保護層”，整體厚度約為600—700um。同其它電子射線檢測傳感器相比，更薄更輕更緊湊，而且有良好的柔軟性。

圖4 IP結構圖

（2） 熒光體的發光（輝盡發光的構成）

CR作為一種把儲存的射線像（潛在像）可視化的方法，利用了PhotostimulatedLuminescence（輝盡發光，PSL）現象，所謂PSL現象，即熒光體受射線刺激發光，隨著刺激的結束，發光急劇衰減（圖5-②），在此過程中，受發光波長中的長波光的照射，再一次使發光增強的現象（圖5-③）。此現象隨時間的增長而減弱，射線照射后到讀出為止的時間變長的話，所得到的發光減少，但通常1—2天時間的話，圖像并不受很大影響。

圖5 輝盡發光的特性圖

（3）熒光體的成分及性質

作為顯示輝盡現象的熒光體，CR采用的是帶銪活性鋇熒光鹵化物（BaFBrI：Eu2+）。這種熒光體發出光波為400mm的藍光，而最為有效地使輝盡發光發生的激發波長是640mm的紅光。

這個波長的差，在讀取時，對于分離“發光信號”是一個重要的特性，“BaFBrI：Eu2+”由于其發光光譜和激發光譜的分開距離相當大，所以用一般的光學過濾器就可把激發光和發光充分分離開。

4． 圖像信息的讀出（IP圖像讀出裝置）

（1） IP圖像讀出裝置

使用此裝置從專用暗盒內自動取出拍攝好的IP，在裝置的讀出部分以熒光的形式放出IP中的射線信息，讀出后轉換成電氣信號。具體如下，移動IP的同時，在直角方向用轉動多面體反射鏡（多邊反射鏡）使激光掃描IP表面，這樣得到的PSL通過集光導管導入光電子增倍管，變換成電子信號，電子信號被進一步放大，通過模擬/數碼變換，成為10bit（1024等級）的數碼信號。參數數據在讀出時隨同輸入試驗編號等信息一起送往圖像顯示，文件裝置，讀出完畢的IP在裝置內被自動清除殘留的信息，退回到原來的暗盒內，以備下次拍攝使用。

（2） EDR自動靈敏度調整機構

作為IP的傳感器件，其特性如前所述，X射線感光范圍4位數（以上），且整個感光范圍的反應為直線。但是，如果把此4位數的寬廣感光范圍原封不動的轉化為圖像數據的話，會形成濃度分解度較差的圖像。因此“CR”首先把4位數的領域變換成參數識讀，用此參數作為矩形直方圖，然后在解析了圖像的特性后找出“有效圖像領域”再轉化成10bit的圖像數據。象這樣從全體感光范圍內找出“有效圖像領域”的功能被稱作EDR。

（3） 輸出圖像的自動圖像處理

用EDR功能制作“10bit 的圖像數據”，為了在讀出階段能輸出良好的圖像，預先設定每一拍攝菜單的“讀出模式”和“圖像形成參數”，因此，在讀出前，通過選擇拍攝菜單和采用前記的EDR功能，使圖像處理在被認為無論何種拍攝情況下都能適合的狀態下進行并被顯示。關于“圖像形成參數”，在第5點中進行講述。另外拍攝菜單的名稱，讀出模式，以及參數設定值的變更、追加，也可通過簡單的操作隨意進行。

5． 圖像顯示文件裝置

（1） 功能：

在像素1600（橫）*1200（縱）的“高輝度，高精細21型黑白CRT”上，圖像和編匯信息被顯示成高質量的圖像，通過無交織方式的清晰畫面進行檢查判定，感覺上用看X射線膠片一樣。

CRT畫面可以分割成1/2，1/4大小，在各自的畫面中，其獨立的濃度變化，反差變化，空間頻率強調、擴大、縮小、尺寸計算、轉動等圖像處理，可通過簡單的鼠標操作實時進行。比如，在各畫面中表示同一零部件不同拍攝角度的圖像、同一圖像用不同的圖像處理條件表示，研究缺陷的位置，及種類的多方面比較等。在易看清的狀態下被處理的編匯圖像，可以以“JPEG”或者“BMP”文件形式的輸往網絡中的其它驅動，從而達到圖像數據有效充分利用的目的。

圖像整理歸檔，通過本裝置附屬的DVD-RAM驅動，記錄在大容量的“DVD-RAM”上。這種圖像被可逆壓縮為1/2的微型信息（1/4畫面圖像1張約占2MB空間）收錄于文件中。

（2） 圖像處理的概要

CR圖像基本上由以下7個“圖像形成參數”制作而成。

圖6所示為“層次等級處理”的現實，這部分的參數由4個參數組成：

回轉量：反差（圖6-①）

等級類型（圖6-②）

回轉中心（圖6-③）

等級換檔：濃度（圖6-④）

此外，與強調度有關的“頻率處理”有3個參數：

頻率等級順序（RN）、頻率類型（RT）、頻率強調度（RE）。

可以簡單的用下列公式進行處理。RT 為圖像濃度領域的“強調類型”圖表目錄，有10種類型。

圖6 層次等級處理