CR及DR技術簡介課件

數(shù)字射線照相技術

射線照相檢測工藝2012年RT-Ⅱ復試探討資料現(xiàn)有射線檢測系統(tǒng)1、膠片照相檢測系統(tǒng)2、圖像增強器檢測系統(tǒng)3、CR檢測系統(tǒng)4、DR檢測系統(tǒng)5、CT檢測系統(tǒng)6、康普頓背散射檢測系統(tǒng)……數(shù)字化：就是將許多復雜多變的信息轉變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉變?yōu)橐幌盗卸M制代碼，引入計算機內(nèi)部，進行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。

射線照相

計算機射線照相（CR）簡介計算機射線照相（computedradiography）：將射線透過工件后的信息記錄在成像板上，經(jīng)過掃描裝置讀取，再由計算機生成數(shù)值化的技術。上世紀50年代，圖象增強器的出現(xiàn)。1966年發(fā)明于美國,用于第三代照相排字機。上世紀80年代用于醫(yī)學。

1990年,R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英國無損檢測雜志》上發(fā)表題為《數(shù)字射線照相方法評述》的文章，數(shù)字射線照相時代已經(jīng)到來。計算機射線照相系統(tǒng)組成：磷光成像板（IP）、讀出裝置（系統(tǒng)掃描器）、計算機軟件、硬件等。一、計算機射線照相的工作過程1.曝光：與常規(guī)射線照相一樣。只是用IP板代替了膠片。2.掃描：將潛影后的IP板裝入專用的掃描器，用激光掃描，將存儲在IP板上的射線影像轉化為可見光信號。紅色激光激發(fā)熒光物質發(fā)出的藍色光強與原來接收射線劑量成正比，因此激光逐點掃描，可以獲得曝光產(chǎn)生的圖像信息。3.成像：藍色光輻射被光電接收器接收，通過光電倍增和模數(shù)轉化功能的讀出器將其轉化成數(shù)字信號，在計算機重建可視圖像。二、計算機射線照相系統(tǒng)器材介紹1，激光掃描儀2，IP板是一種含有微量元素銪、鋇的氟溴化鋇結晶體涂在支持體上的產(chǎn)物（如果支持體是柔軟可彎曲的軟板，就是IP軟板；如果支持體是剛性不能彎曲的硬板，就是IP硬板。軟板和硬板只是支持體材料不一樣，涂層是一樣的）。三、計算機射線照相的技術參數(shù)CR系統(tǒng)的性能表征與膠片不同，膠片系統(tǒng)用梯噪比分類，而CR系統(tǒng)用基本空間分辨力和信噪比進行分類。1.空間分辨力（率）基本空間分辨力：是指CR數(shù)字圖像的有效像素尺寸，用雙絲像質計測得。等于不清晰度讀值除以2。圖像空間分辨力：指具體的被檢物CR數(shù)字圖像的微小細節(jié)的辨別能力。分辨力、分辨率都來源于英文Resolution，即表征圖像細節(jié)的能力。但是由于翻譯上的不同，再加上應用領域的不同，才有著分辨力和分辨率兩個不同的定義。分辨率是用“點”來衡量的，這個“點”指的就是像素，其數(shù)值是指整個顯示器所以可視范圍內(nèi)上水平像素和垂直像素的數(shù)量。而圖像分辨力是表征圖像細節(jié)的能力，通常用水平、垂直方向的像素表示。在電視領域里一般都定義為“分辨力”；而在計算機領域則定義為“分辨率”。影響CR圖像空間分辨力的影響因素：①，IP板特性：單位面積像素大小、磷光物質成分、制造工藝等。②，激光掃描儀特性：分辨力、激光束尺寸、掃描步進速度、讀出分辨率等③，射線源焦點大?。航裹c大，圖像模糊，分辨力下降。④，顯示器尺寸、分辨率及圖像放大倍數(shù)對CR空間分辨率的影響：由于人眼觀察極限制約，應該選用適當?shù)娘@示器和放大倍數(shù)。

1倍5倍⑤，曝光劑量大小對CR空間分辨率的影響：曝光劑量過小，IP板接收光子數(shù)少，圖像噪聲大，無法分辨物體與背景，如果曝光劑量過大，超出CR的正常劑量范圍，導致圖像質量惡化，降低CR空間分辨率。⑥，影響CR的空間分辨率的其他因素：CR的空間分辨率與X光源準確性和穩(wěn)定性、IP板清潔度及軟拷貝系統(tǒng)（顯示器）有關，因此事先清潔IP板，校準X光源及軟拷貝系統(tǒng)。

2.信噪比線性信號強度平均值與在信號強度處噪聲(強度分布)標準差的比值。信噪比的水平取決于輻射劑量和CR系統(tǒng)的特性有關。曝光量小噪聲水平高。所以掃描圖像的的灰階值應大于“基準強度讀出值”（相當于膠片射線照相的底片最小黑度）。3.圖像不清晰度CR技術幾何不清晰度與膠片照相相同，固有不清晰度與膠片不同，與射線能量、IP板激光掃描時的熒光散射效應有關。使用雙絲像質計測得。雙絲像質計與單絲像質計的不同：

1、絲由鎢和鉑制成

2、由13對絲按一定規(guī)律排列組成

3、反映檢測系統(tǒng)成像的不清晰度四、CR技術的優(yōu)、缺點1，目前最好的CR成像系統(tǒng)空間分辨力為25μm(膠片為5μm)，低于膠片水平，優(yōu)于其他數(shù)字成像方法。2，CR技術可使用原X射線設備，無需改造、更換。3，IP板和膠片一樣可以分割、彎曲使用。重復使用幾千次。壽命決定于機械損傷。單板價格昂貴，長期使用比膠片便宜。4，寬容度大，曝光條件易選擇。5，照相速度比膠片快（20%），不需要化學處理，但增加掃描讀出工序。6，IP和膠片相同，對使用、保存條件要求嚴格(溫度、濕度、擠壓等)。7，高能射線曝光不穩(wěn)定。數(shù)字平板射線檢測（DR）簡介數(shù)字化平板（Digitalradiography）DR是利用電子技術將X線信息轉化為數(shù)字化電子載體的X線成像方法。美國杜邦公司于1987年首次生產(chǎn)了直接數(shù)字化X線攝影的平板探測器。一、目前數(shù)字平板探測器的種類1電荷耦合器件探測器Chargecoupleddevice（CCD）系統(tǒng)：它是大約70年代引入放射學領域的直接讀取探測器。CCD芯片一般在2—4cm，每片芯片上含上百萬個相互獨立的像素單元，在其前方使用一個滿足成像面積要求的X先閃爍體，如硫化鋅鎘，將X線轉化為可見光?？梢姽庥晒鈱Щ蛲哥R縮小成像尺寸并耦合至CCD探測器，CCD將可見光轉化為數(shù)字圖像，盡管CCD體統(tǒng)非常敏感，然而光學耦合系統(tǒng)會降低到達CCD的光子數(shù)，，從而增加系統(tǒng)的噪聲并降低圖像質量，同時產(chǎn)生幾何失真和光的散射。除此之外，盡管已使用冷卻式CCD，但在CCD內(nèi)部仍存在熱噪聲，從而降低圖像質量。目前瑞士、法國等歐洲國家采用CCD技術的較多。由于CCD與X線閃爍體之間必須使用光學耦合，因此基于CCD的X線探測器的最大不便之處在于所需的探測器系統(tǒng)厚度，盡管該系統(tǒng)是直接讀取數(shù)字化X線探測器，但從嚴格意義上講，他不能作為X線數(shù)字化的主流技術。

2薄膜晶體管（TFT）平板探測器：CCD晶片面積很小，不能直接用于形成實際大小的影像，為此TFT成為研究的焦點，即薄膜晶體管陣列。薄膜晶體管陣列單元即為平板探測器的像素單元。像素單元的大小在139—200um之間數(shù)據(jù)傳輸電路位于TFT陣列電荷收集電極周邊。陣列的頂層由X線或光敏器件構成。使用X線閃爍體加光敏二極管構成的探測器稱為間接轉換TFT探測器使用對X線敏感的半導體探測器稱為直接轉換平板探測器。光電二極管或X線半導體產(chǎn)生的電荷由TFT收集電極收集，收集的電荷量與探測器接受的X線量成正比。TFT數(shù)據(jù)讀出時，每次讀取一行電荷值。門控信號控制數(shù)據(jù)讀出過程。當門控電壓設置為高電位時，此行所有TFT傳導所收集的像素電荷經(jīng)電荷放大器和乘法器處理輸出。因此，在讀取某行電荷信號的過程中，每一條數(shù)據(jù)線都傳輸相應像素信息，探測器每條門控線都配有一條數(shù)據(jù)線，TFT的讀出過程非常迅速，實現(xiàn)了X線實時數(shù)字成像。3間接轉換式TFT平板探測器：閃爍體層通常采用CsI碘化銫晶體，將X線光子轉化為可見光；非晶硅P-I-P光電二極管層面，用于將可見光轉化為電荷，TFT陣列用于將電荷轉換為數(shù)字信息。采用閃爍體層一個潛在的問題就是轉換光的擴散降低了圖像的銳利度和空間分辨率，為了克服這個問題，一些間接轉換探測器應用了單晶針狀CsI閃爍體，與探測器表面垂直排列，單晶體的直徑大約為5—10um，轉換光在針狀單晶體中形成全反射，大大降低了閃爍體對光的擴散，而光擴散的降低反過來必須使用較厚的閃爍體層，由此也提高了探測器系統(tǒng)的量子檢出率DQE。非晶硅平板探測器（1）結構4直接轉換式TFT平板探測器：包括一個半導體X線光子電離層（非晶硒半導體），X線光子與非晶硒半導體層作用產(chǎn)生電離電荷，這些電荷直接聚集在TFT集電極，經(jīng)電荷放大器輸出。非晶硒具有極好的X線探測性質，并且具有非常高的空間分辨率，故得以廣泛使用。為了提高非晶硒半導體探測效率，減小電離電荷在半導體中的渡越時間，進行每次曝光之前，非晶硒層需加一定的反向偏置電壓，X線曝光時硒層內(nèi)產(chǎn)生的離子對在電場的作用下，以接近垂直方向傳輸?shù)轿鴮拥谋砻?，不存在光的散射和擴散。電子聚集于TFT集電極，并存儲于此處直到被讀出。二、數(shù)字平板射線檢測技術參數(shù)

1，像素（像元）

數(shù)字圖像都是由無數(shù)個點組成的，組成圖像的每一個點就稱為像素。

它是構成圖像的最小單位。

注：壞像素

2、灰度定義：圖像中像素顯示的亮度。相當于膠片底片的黑度?；叶鹊燃墸夯叶鹊淖兓秶挝唬築it決定因素：模擬/數(shù)字（A/D）轉換的位數(shù)。如：8位A/D轉換，即8Bit?；叶鹊燃墳?8=256。

3、信噪比定義：檢測特征信號與噪聲(標準差）的比值。4、分辨率指空間分辨率（系統(tǒng)分辨率、圖像分辨率）定義：DR系統(tǒng)能夠記錄的最小細節(jié)尺寸。用lp/mm（線對/毫米）表示。系統(tǒng)分辨率：也稱系統(tǒng)空間分辨率。指在無被檢工件的情況下，當透照幾何放大倍數(shù)接近于1時，檢測系統(tǒng)所能分辨的兩個相鄰細節(jié)間的最小距離。反映了檢測系統(tǒng)本身的特性。系統(tǒng)分辨率影響因素：成像器件固有特性（像元大小、轉換屏厚度）、源焦點尺寸測試：分辨率測試卡或雙絲像質計圖像分辨率：也稱圖像空間分辨率。檢測系統(tǒng)所能分辨的被檢工件圖像中兩個相鄰細節(jié)間的最小距離。圖像分辨率影響因素：成像器件固有特性（像元大小、轉換屏厚度）、射源焦點尺寸、系統(tǒng)幾何參數(shù)、工件的厚度。測試：雙絲像質計5、圖像對比度定義：在射線透照方向上可識別的圖像細節(jié)尺寸，也稱為密度分辨率。實際檢測中不直接測定對比度，而是用射線檢測靈敏度考察圖像的綜合質量。測試：像質計靈敏度，利用像質計評定。ISO17636-2:2011規(guī)定：用ISO19232-1(線性)和ISO19232-2(階梯/孔型)像質計評價。等同GB/T23901。6、光子轉換效率定義：單位時間內(nèi)，能記錄特征信號的光子數(shù)與總光子數(shù)的比值。射線膠片CR技術DR技術1%20～25%40%7、動態(tài)范圍動態(tài)范圍最早是信號系統(tǒng)的概念，一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。定義：最大輸出灰度值和暗場噪聲(標準差）的比值。

注：如果系統(tǒng)的灰度輸出范圍為12bit，設暗場噪聲為2，則其動態(tài)范圍為：2000：1，而不是4096動態(tài)范圍與灰度范圍的區(qū)別8、響應不一致性探測器固有的特性。在均勻輻照均質工件（或空屏）的條件下，由于數(shù)字探測器對射線響應的不一致，致使輸出圖像亮度呈非均勻性的條紋。三、數(shù)字平板射線檢測技術系統(tǒng)組成射線源被檢工件數(shù)字探測器機械傳動（檢測工裝）控制與處理（計算機及軟件）與膠片照相不同之處：1、增加了硬件（機械支撐與傳動）與軟件（數(shù)據(jù)采集、控制、圖像處理）；2、減少了膠片暗室處理環(huán)節(jié)。特點（與膠片相比）

靈敏度高分辨率低降低射線劑量提高檢測效率具有很大的寬容度一次投入成本高減少暗室的洗片環(huán)節(jié)，降低環(huán)境污染快速查詢和統(tǒng)計探測器無法彎曲，有一定厚度，在役檢測受限DR技術與CR技術不同之處：1、DR減少激光掃描工序；2、DR可以運動成像和靜止成像，CR一般只是靜止成像；3、DR技術分辨率高于CR技術；4、DR可以通過AEC技術實現(xiàn)自動曝光。操作方便；5、DR技術圖像處理可以放大、疊加降噪、灰度變換和對比度增強；6、DR技術分為面陣探測器（平板探測器）、線陣探測器；7、DR技術檢測速度快；6、DR設備成本高、一般用于在線或自動化檢測；四、數(shù)字探測器分類按照一次成像形式分為：面陣探測器（平板探測器）和線陣探測器1、平板探測器目前市場上有四類：

CCD、CMOS、非晶硅、非晶硒2、特點高對比度靈敏度高的空間分辨率輸出灰度范圍：12～14Bit

較大的成像面積圖像采集幀頻可調3、線陣探測器上世紀八十年代，出現(xiàn)線陣探測器，形成了真正意義上的數(shù)字射線檢測技術。線陣探測器分類：基于CMOS技術和基于非晶硅技術兩種特點：一次成像輸出一行。

基于CMOS技術基于非晶硅技術4、線陣探測器DR通過被檢工件與線陣列探測器之間作相對運動，將連續(xù)掃描獲得的線信息重新組合成圖像的面信息，從而完成整個的檢測過程。

要求：被檢工件必須在X射線源與線陣列探測器之間作相對勻速運動才能成像。特點優(yōu)點：像元間距可小到0.08mm，對于亞毫米級的閃爍體膜層，具有約6lp/mm的高空間分辨率（理論）；散射小。靜態(tài)成像對比度靈敏度高。缺點：線陣探測器的對機械傳動要求高，成像速度慢，影響了檢測效率；射線劑量要求高。應用線陣探測