CR及DR技术简介

数字射线照相技术射线照相检测工艺2012年RT-Ⅱ复试探讨资料现有射线检测系统1、胶片照相检测系统2、图像增强器检测系统3、CR检测系统4、DR检测系统5、CT检测系统6、康普顿背散射检测系统……数字化：就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。射线照相计算机射线照相（CR）简介计算机射线照相（computedradiography）：将射线透过工件后的信息记录在成像板上，经过扫描装置读取，再由计算机生成数值化的技术。•上世纪50年代，图象增强器的出现。•1966年发明于美国,用于第三代照相排字机。•上世纪80年代用于医学。•1990年,R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英国无损检测杂志》上发表题为《数字射线照相方法评述》的文章，数字射线照相时代已经到来。计算机射线照相系统组成：磷光成像板（IP）、读出装置（系统扫描器）、计算机软件、硬件等。一、计算机射线照相的工作过程1.曝光：与常规射线照相一样。只是用IP板代替了胶片。2.扫描：将潜影后的IP板装入专用的扫描器，用激光扫描，将存储在IP板上的射线影像转化为可见光信号。红色激光激发荧光物质发出的蓝色光强与原来接收射线剂量成正比，因此激光逐点扫描，可以获得曝光产生的图像信息。3.成像：蓝色光辐射被光电接收器接收，通过光电倍增和模数转化功能的读出器将其转化成数字信号，在计算机重建可视图像。二、计算机射线照相系统器材介绍1，激光扫描仪2，IP板是一种含有微量元素铕、钡的氟溴化钡结晶体涂在支持体上的产物（如果支持体是柔软可弯曲的软板，就是IP软板；如果支持体是刚性不能弯曲的硬板，就是IP硬板。软板和硬板只是支持体材料不一样，涂层是一样的）。三、计算机射线照相的技术参数CR系统的性能表征与胶片不同，胶片系统用梯噪比分类，而CR系统用基本空间分辨力和信噪比进行分类。1.空间分辨力（率）基本空间分辨力：是指CR数字图像的有效像素尺寸，用双丝像质计测得。等于不清晰度读值除以2。图像空间分辨力：指具体的被检物CR数字图像的微小细节的辨别能力。分辨力、分辨率都来源于英文Resolution，即表征图像细节的能力。但是由于翻译上的不同，再加上应用领域的不同，才有着分辨力和分辨率两个不同的定义。分辨率是用“点”来衡量的，这个“点”指的就是像素，其数值是指整个显示器所以可视范围内上水平像素和垂直像素的数量。而图像分辨力是表征图像细节的能力，通常用水平、垂直方向的像素表示。在电视领域里一般都定义为“分辨力”；而在计算机领域则定义为“分辨率”。影响CR图像空间分辨力的影响因素：①，IP板特性：单位面积像素大小、磷光物质成分、制造工艺等。②，激光扫描仪特性：分辨力、激光束尺寸、扫描步进速度、读出分辨率等③，射线源焦点大小：焦点大，图像模糊，分辨力下降。④，显示器尺寸、分辨率及图像放大倍数对CR空间分辨率的影响：由于人眼观察极限制约，应该选用适当的显示器和放大倍数。1倍5倍⑤，曝光剂量大小对CR空间分辨率的影响：曝光剂量过小，IP板接收光子数少，图像噪声大，无法分辨物体与背景，如果曝光剂量过大，超出CR的正常剂量范围，导致图像质量恶化，降低CR空间分辨率。⑥，影响CR的空间分辨率的其他因素：CR的空间分辨率与X光源准确性和稳定性、IP板清洁度及软拷贝系统（显示器）有关，因此事先清洁IP板，校准X光源及软拷贝系统。2.信噪比线性信号强度平均值与在信号强度处噪声(强度分布)标准差的比值。信噪比的水平取决于辐射剂量和CR系统的特性有关。曝光量小噪声水平高。所以扫描图像的的灰阶值应大于“基准强度读出值”（相当于胶片射线照相的底片最小黑度）。3.图像不清晰度CR技术几何不清晰度与胶片照相相同，固有不清晰度与胶片不同，与射线能量、IP板激光扫描时的荧光散射效应有关。使用双丝像质计测得。双丝像质计与单丝像质计的不同：1、丝由钨和铂制成2、由13对丝按一定规律排列组成3、反映检测系统成像的不清晰度四、CR技术的优、缺点1，目前最好的CR成像系统空间分辨力为25μm(胶片为5μm)，低于胶片水平，优于其他数字成像方法。2，CR技术可使用原X射线设备，无需改造、更换。3，IP板和胶片一样可以分割、弯曲使用。重复使用几千次。寿命决定于机械损伤。单板价格昂贵，长期使用比胶片便宜。4，宽容度大，曝光条件易选择。5，照相速度比胶片快（20%），不需要化学处理，但增加扫描读出工序。6，IP和胶片相同，对使用、保存条件要求严格(温度、湿度、挤压等)。7，高能射线曝光不稳定。数字平板射线检测（DR）简介数字化平板（Digitalradiography）DR是利用电子技术将X线信息转化为数字化电子载体的X线成像方法。美国杜邦公司于1987年首次生产了直接数字化X线摄影的平板探测器。一、目前数字平板探测器的种类1电荷耦合器件探测器Chargecoupleddevice（CCD）系统：它是大约70年代引入放射学领域的直接读取探测器。CCD芯片一般在2—4cm，每片芯片上含上百万个相互独立的像素单元，在其前方使用一个满足成像面积要求的X先闪烁体，如硫化锌镉，将X线转化为可见光。可见光由光导或透镜缩小成像尺寸并耦合至CCD探测器，CCD将可见光转化为数字图像，尽管CCD体统非常敏感，然而光学耦合系统会降低到达CCD的光子数，，从而增加系统的噪声并降低图像质量，同时产生几何失真和光的散射。除此之外，尽管已使用冷却式CCD，但在CCD内部仍存在热噪声，从而降低图像质量。目前瑞士、法国等欧洲国家采用CCD技术的较多。由于CCD与X线闪烁体之间必须使用光学耦合，因此基于CCD的X线探测器的最大不便之处在于所需的探测器系统厚度，尽管该系统是直接读取数字化X线探测器，但从严格意义上讲，他不能作为X线数字化的主流技术。2薄膜晶体管（TFT）平板探测器：CCD晶片面积很小，不能直接用于形成实际大小的影像，为此TFT成为研究的焦点，即薄膜晶体管阵列。薄膜晶体管阵列单元即为平板探测器的像素单元。像素单元的大小在139—200um之间数据传输电路位于TFT阵列电荷收集电极周边。阵列的顶层由X线或光敏器件构成。使用X线闪烁体加光敏二极管构成的探测器称为间接转换TFT探测器使用对X线敏感的半导体探测器称为直接转换平板探测器。光电二极管或X线半导体产生的电荷由TFT收集电极收集，收集的电荷量与探测器接受的X线量成正比。TFT数据读出时，每次读取一行电荷值。门控信号控制数据读出过程。当门控电压设置为高电位时，此行所有TFT传导所收集的像素电荷经电荷放大器和乘法器处理输出。因此，在读取某行电荷信号的过程中，每一条数据线都传输相应像素信息，探测器每条门控线都配有一条数据线，TFT的读出过程非常迅速，实现了X线实时数字成像。3间接转换式TFT平板探测器：闪烁体层通常采用CsI碘化铯晶体，将X线光子转化为可见光；非晶硅P-I-P光电二极管层面，用于将可见光转化为电荷，TFT阵列用于将电荷转换为数字信息。采用闪烁体层一个潜在的问题就是转换光的扩散降低了图像的锐利度和空间分辨率，为了克服这个问题，一些间接转换探测器应用了单晶针状CsI闪烁体，与探测器表面垂直排列，单晶体的直径大约为5—10um，转换光在针状单晶体中形成全反射，大大降低了闪烁体对光的扩散，而光扩散的降低反过来必须使用较厚的闪烁体层，由此也提高了探测器系统的量子检出率DQE。非晶硅平板探测器（1）结构4直接转换式TFT平板探测器：包括一个半导体X线光子电离层（非晶硒半导体），X线光子与非晶硒半导体层作用产生电离电荷，这些电荷直接聚集在TFT集电极，经电荷放大器输出。非晶硒具有极好的X线探测性质，并且具有非常高的空间分辨率，故得以广泛使用。为了提高非晶硒半导体探测效率，减小电离电荷在半导体中的渡越时间，进行每次曝光之前，非晶硒层需加一定的反向偏置电压，X线曝光时硒层内产生的离子对在电场的作用下，以接近垂直方向传输到硒层的表面，不存在光的散射和扩散。电子聚集于TFT集电极，并存储于此处直到被读出。二、数字平板射线检测技术参数1，像素（像元）数字图像都是由无数个点组成的，组成图像的每一个点就称为像素。它是构成图像的最小单位。注：坏像素2、灰度定义：图像中像素显示的亮度。相当于胶片底片的黑度。灰度等级：灰度的变化范围。单位：Bit决定因素：模拟/数字（A/D）转换的位数。如：8位A/D转换，即8Bit。灰度等级为28=256。3、信噪比定义：检测特征信号与噪声(标准差）的比值。4、分辨率指空间分辨率（系统分辨率、图像分辨率）定义：DR系统能够记录的最小细节尺寸。用lp/mm（线对/毫米）表示。系统分辨率：也称系统空间分辨率。指在无被检工件的情况下，当透照几何放大倍数接近于1时，检测系统所能分辨的两个相邻细节间的最小距离。反映了检测系统本身的特性。系统分辨率影响因素：成像器件固有特性（像元大小、转换屏厚度）、源焦点尺寸测试：分辨率测试卡或双丝像质计图像分辨率：也称图像空间分辨率。检测系统所能分辨的被检工件图像中两个相邻细节间的最小距离。图像分辨率影响因素：成像器件固有特性（像元大小、转换屏厚度）、射源焦点尺寸、系统几何参数、工件的厚度。测试：双丝像质计5、图像对比度定义：在射线透照方向上可识别的图像细节尺寸，也称为密度分辨率。实际检测中不直接测定对比度，而是用射线检测灵敏度考察图像的综合质量。测试：像质计灵敏度，利用像质计评定。ISO17636-2:2011规定：用ISO19232-1(线性)和ISO19232-2(阶梯/孔型)像质计评价。等同GB/T23901。6、光子转换效率定义：单位时间内，能记录特征信号的光子数与总光子数的比值。射线胶片CR技术DR技术1%20～25%40%7、动态范围动态范围最早是信号系统的概念，一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。定义：最大输出灰度值和暗场噪声(标准差）的比值。注：如果系统的灰度输出范围为12bit，设暗场噪声为2，则其动态范围为：2000：1，而不是4096动态范围与灰度范围的区别8、响应不一致性探测器固有的特性。在均匀辐照均质工件（或空屏）的条件下，由于数字探测器对射线响应的不一致，致使输出图像亮度呈非均匀性的条纹。三、数字平板射线检测技术系统组成射线源被检工件数字探测器机械传动（检测工装）控制与处理（计算机及软件）与胶片照相不同之处：1、增加了硬件（机械支撑与传动）与软件（数据采集、控制、图像处理）；2、减少了胶片暗室处理环节。特点（与胶片相比）•灵敏度高•分辨率低•降低射线剂量•提高检测效率•具有很大的宽容度•一次投入成本高•减少暗室的洗片环节，降低环境污染•快速查询和统计•探测器无法弯曲，有一定厚度，在役检测受限DR技术与CR技术不同之处：1、DR减少激光扫描工序；2、DR可以运动成像和静止成像，CR一般只是静止成像；3、DR技术分辨率高于CR技术；4、DR可以通过AEC技术实现自动曝光。操作方便；5、DR技术图像处理可以放大、叠加降噪、灰度变换和对比度增强；6、DR技术分为面阵探测器（平板探测器）、线阵探测器；7、DR技术检测速度快；6、DR设备成本高、一般用于在线或自动化检测；四、数字探测器分类按照一次成像形式分为：面阵探测器（平板探测器）和线阵探测器1、平板探测器目前市场上有四类：CCD、CMOS、非晶硅、非晶硒2、特点高对比度灵敏度高的空间分辨率输出灰度范围：12～14Bit较大的成像面积图像采集帧频可调3、线阵探测器上世纪八十年代，出现线阵探测器，形成了真正意义上的数字射线检测技术。线阵探测器分类：基于CMOS技术和基于非晶硅技术两种特点：一次成像输出一行。基于CMOS技术基于非晶硅技术4、线阵探测器DR通过被检工件与线阵列探测器之间作相对运动，将连续扫描获得的线信息重新组合成图像的面信息，从而完成整个的检测过程。要求：被检工件必须在X射线源与线阵列探测器之间作相对匀速运动才能成像。特点优