| 二.數(shù)字化X射線照相檢測（Digital Radiography，簡稱DR） |
| 本文所述的DR成像技術(shù)是狹義上的直接數(shù)字化照相，即DDR（DirectDigit Radiography）或者DR（directradiography），通常指采用電子成像板技術(shù)-平板檢測器技術(shù)(FPD Technique)。 |
| 電子成像板由大量微小的帶有薄膜晶體管（TFT）的探測器成陣列排列而成。由于電子轉(zhuǎn)換模式不同又分為間接轉(zhuǎn)換型DR和直接轉(zhuǎn)換型DR： |
| （1）間接轉(zhuǎn)換型DR系統(tǒng)（IndirectDR，簡稱IDR）的關(guān)鍵部件是獲取圖像的平板探測器（FPD），由X線轉(zhuǎn)換層與非晶硅光電二極管、薄膜晶體管、信號儲存基本像素單元及信號放大與信號讀取等組成。FPD目前已經(jīng)可以達到127x127μm像素和17x17英寸的面積，可用做普通X線數(shù)字照相。 |
| 間接FPD的結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，主要是由閃爍體（目前主要有碘化銫CsI）或熒光體（硫氧化釓GdSO）層加具有光電二極管作用的非晶硅層(amorphousSilicom，a-Si)再加TFT陣列構(gòu)成平板檢測器。此類FPD的閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，可以將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，而后由具有光電二極管作用的低噪聲非晶硅層（TFT陣列）吸收可見光并轉(zhuǎn)換為電信號，其后的過程則與直接FPD相似，讀出電路將每個像素的數(shù)字化信號傳送到計算機的圖像處理系統(tǒng)集成為X射線影像，*后獲得數(shù)字圖像顯示。間接FPD由于有可見光的轉(zhuǎn)換過程，因此會有光的散射問題，而影響圖像的分辨率。 |
| （2）直接轉(zhuǎn)換型DR系統(tǒng)（DirectDR，簡稱DDR）應(yīng)用的DirectRay技術(shù)可以直接獲取和轉(zhuǎn)換X射線能量成為數(shù)字信號，不需要通過媒介或其他方法獲取和轉(zhuǎn)換入射的X射線能量。目前有兩種，一種為線掃描，一種為FPD。 |
| 直接FPD的結(jié)構(gòu)主要是由非晶硒層(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半導(dǎo)體陣列(Thin FilmTransistorarray，TFT)構(gòu)成平板檢測器。非晶硒是一種光電導(dǎo)材料，經(jīng)X射線曝光后由于電導(dǎo)率的改變就形成圖像電信號，通過TFT檢測陣列俘獲與轉(zhuǎn)換X射線能量直接成為數(shù)字信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、處理而獲得數(shù)字化圖像并在顯示器上顯示。 |
| 線掃描成像探測器為線狀結(jié)構(gòu)，采用動態(tài)線掃描技術(shù)直接接收X射線光子，有兩種形式，一種為多絲正比室，一種是電離室。從X射線管發(fā)出的圓錐扇形X射線束，經(jīng)水平狹縫形成平面扇形X射線束，通過被透照物體射入水平放置的探測器窗口。機械掃描系統(tǒng)使X射線管、水平狹縫及探測器沿垂直方向作均勻的同步運動，每到一個新位置作一次水平探測記錄，如此重復(fù)進行，從頭到尾掃描一次就完成一幅X射線圖像的拍攝。 |
| 圖像的采集與處理系統(tǒng)由前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、緩存器、CPU等組成。整個曝光過程完成后，在計算機內(nèi)存中形成一幅640x640或1024x1024矩陣的數(shù)字圖像。 |
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| 線掃描的動態(tài)范圍與系統(tǒng)的探測靈敏度和密度分辨率有關(guān)，線掃描具有獨特的大動態(tài)范圍，當(dāng)顯示器質(zhì)量很高時可以觀察到120倍以上的動態(tài)對比圖像，比傳統(tǒng)X射線機對膠片拍照更好，可以清晰地在一次拍片中同時再現(xiàn)密度懸殊的組織。線掃描成像技術(shù)中，X射線被嚴(yán)格限制在很窄的縫隙中，克服了散射線造成的干擾，本底噪聲幾乎為“0”，探測靈敏度高，使原本被本底噪聲淹沒的微弱的X線也能被檢測出來，能夠分辨出面成像不能看到的更加細微的密度差別，密度分辨率更高。線掃描成像的缺點是需要一定的掃描時間，一張14x17英寸大小的區(qū)域*快需2秒鐘，所以不能實現(xiàn)實時掃描，不適應(yīng)動態(tài)攝影。 |
| 線掃描成像的掃描時間短，所需X射線劑量低，動態(tài)范圍寬和較低的價格，使其具有良好的發(fā)展前景，而且可以通過類似相控陣自動超聲波（AUT）的導(dǎo)軌、現(xiàn)場掃描，線性陣列沿管道焊縫外部均勻運動一周即可將結(jié)果讀入并進入計算機。 |
| 直接轉(zhuǎn)換型DR的平板檢測器為多層平板狀結(jié)構(gòu)，但沒有熒光轉(zhuǎn)換層，它直接將X射線轉(zhuǎn)換成電信號，能提供一個完整的掃描場，可在14x17英寸/35x43cm的圖像面積上使用2560x3072的探測單元矩陣（例如由二維排列的139x139μm薄膜晶體管TFT層上涂敷500μm厚的非晶硒，其上是介質(zhì)層和表面電極層及保護層等構(gòu)成）。在探測器結(jié)構(gòu)上施加一個偏壓，當(dāng)入射的X線光子在非晶硒層激發(fā)出電子穴偶對時，電子和空穴在偏置電壓下反向運動，產(chǎn)生電流，與每個探測單元相連的單獨的存儲電容收集這些電荷在陣列中以定制的電子學(xué)規(guī)則讀出，亦即在TFT中形成電信號，經(jīng)放大電路和控制電路采集各TFT像素單元電荷，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，送到計算機處理以數(shù)字圖像顯示便于即時觀察。 |
| 因此，DR檢測系統(tǒng)的組成可以簡單地表述為：射線源-檢測對象-射線成像探測器-圖像數(shù)字化系統(tǒng)-數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。 |
| DR的裝置包括射線成像探測器及影像后處理和記錄部分（計算機、打印機和其他存儲介質(zhì)）。 |
Agfa公司的DR板
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美國瓦里安公司的DR平板探測器
| 非晶硒平板檢測器的改進和提高主要表現(xiàn)在進一步縮小像素單元以提高圖像的分辨率；提高檢測器對X線的轉(zhuǎn)換率以降低X射線劑量；以及配套研發(fā)高質(zhì)量的圖像處理軟件以進一步提高圖像質(zhì)量。
從理論上說，直接DR板的量子轉(zhuǎn)換效率要比間接DR板更高。但在目前，間接DR板的穩(wěn)定性較好。據(jù)估計，隨著DR系統(tǒng)的不斷改進和提高，產(chǎn)品日漸成熟，價格降低，它們將能逐步取代CR，但在目前，DR和CR將會共存一段較長時間。 |
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| 三.CR與DR的共同點與差異 |
| （1）共同點 |
| DR與CR都是將X射線影像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像信息，不以X射線膠片為記錄和顯示信息的載體。 |
| 傳統(tǒng)的X射線照相需要的曝光劑量相對較大，且X射線照相一旦完成，影像的質(zhì)量就不能再改善，當(dāng)質(zhì)量達不到要求時往往需要重拍，帶來復(fù)拍工作量、膠片消耗、工作效率與進度等負擔(dān)。CR與DR的動態(tài)范圍廣，有很寬的曝光寬容度，并且線性好（如CR的核心部件-熒光存儲板SPP能使照射的X線能和發(fā)光量有1:1000以上的直線相關(guān)），可提供的數(shù)據(jù)量大、分辨率高、數(shù)據(jù)獲取速度快，相對普通的增感屏-膠片系統(tǒng)體現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，或者X射線曝光參數(shù)有不足，也能獲得很好的圖像，可免除曝光不足或過度、洗片條件誤差等造成黑度錯誤或劃傷等導(dǎo)致的影像不清晰，再加上采用了圖象增強等技術(shù)，使得照相檢測的一次透照成功率提高，減少重拍，降低了廢片率，減少復(fù)拍補照的工作量和膠片消耗，節(jié)約了資源。 |
| CR與DR雖然在成像原理方面有區(qū)別，但是一旦獲得了數(shù)字化信號圖像并經(jīng)圖像處理系統(tǒng)處理時，就可以在一定范圍內(nèi)任意改變圖像的特性，可以根據(jù)需要進行各種的圖像后處理來實現(xiàn)圖像的優(yōu)化以達到*佳的視覺效果，從而大大提高了圖像質(zhì)量。這是CR與DR優(yōu)于X線照片之處，因為傳統(tǒng)X線照片上的影像特性是不能改變的。 |
| 目前數(shù)字化圖像的灰階已能由膠片的256級提升至2048級，圖像的層次變得更加豐富，圖像的細節(jié)表現(xiàn)力更加細膩，圖像變得更加清晰，亦即進一步提高了圖像分辨率。此外，通過專用軟件實現(xiàn)圖像濾波降噪、邊緣增強銳化、窗寬窗位調(diào)節(jié)、灰階對比度調(diào)整、影像放大漫游、黑白翻轉(zhuǎn)、圖像平滑、圖像拼接以及距離、面積、密度測量、數(shù)字減影、偽彩色處理等各種功能，改善影像的細節(jié)，將未經(jīng)處理的影像中所看不到的特征信息在熒屏上顯示，從而使圖像更為清晰。獲得分辯率高、清晰、細膩的圖像，可從中提取出豐富可靠的判斷信息，為影像判斷中的細節(jié)觀察、前后對比和定量分析提供支持。 |
| 圖像處理系統(tǒng)的重要功能有： |
| 灰階處理：使數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為黑白影像對比，在人眼能辨別的范圍內(nèi)進行選擇，以達到*佳的視覺效果，有利于觀察不同的組織結(jié)構(gòu)。 |
| 窗位處理：以某一數(shù)字信號為0，即中心，使一定灰階范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)，以其對X線吸收率的差別，得到*佳的顯示，同時可對這些數(shù)字信號進行增強處理，提高影像對比度，有利于顯示組織結(jié)構(gòu)。 |
| 數(shù)字減影處理：在數(shù)字X射線照片的情況下，能從當(dāng)前的X線照片減去先前的X線照片產(chǎn)生即時減影圖像以增強間隔性改變的區(qū)域，能顯著改善提高判斷的**度，據(jù)資料介紹，用即時減影改善后其靈敏度可從84％提高到97％；且在判讀時間上平均減少19.3％。 |
| 此外還有X線吸收率減影處理、配置高性能的系統(tǒng)設(shè)備以提高系統(tǒng)固有分辨率等等。 |
| 從理論上說，數(shù)字化圖像是由像素來組成圖像，它的空間分辨率不如傳統(tǒng)膠片模擬圖像的高，但是由于人眼對空間分辨率的感知有一定的限度，超過這個限度即不可分辨。以X射線CT為例，它的高密度分辨率是膠片無法比擬的，從圖像的對比度、寬容度和所具備的灰階指數(shù)都優(yōu)于膠片，因此，圖像質(zhì)量和所得到的信息遠遠超過膠片的模擬圖像。 |
| 當(dāng)然，在透照工藝上仍然要注意選擇適合的射線能量；選用小焦點或微焦點的X射線源；選擇*佳圖像放大倍數(shù)；屏蔽無用射線和散射線；選用密度數(shù)高的材料過濾軟射線，減少低能射線的散射作用；用鉛質(zhì)窗口限制主射線束的面積，減少散射線的作用；對工件被檢測區(qū)域以外的表面實行有效的屏蔽，盡量減少散射線的影響和干擾信號的影響等等。 |
| CR與DR的X射線轉(zhuǎn)換效率高（屏感光度高），因此比傳統(tǒng)膠片法照相檢測所需X射線的劑量要低得多，再通過數(shù)字化圖像處理技術(shù)就能得到高清晰的圖像，明顯縮短了曝光時間，同時也使操作者減少了受X射線輻射的危害，而且X線發(fā)生器也只需要在較小功率下工作就能滿足要求。 |
| 圖像的質(zhì)量取決于它的信噪比，而這又與X射線的有效利用率有直接關(guān)系。量子檢測效率有機結(jié)合了圖像的對比度，噪聲，空間分辨率和X射線的劑量等因素。由于數(shù)字化成像板感光介質(zhì)的感光曲線與普通X光膠片不同，在對比度和寬容度上有較大的動態(tài)范圍，再加上特別是DR檢測器的高靈敏度，使得數(shù)字化成像的量子檢測效率可以從傳統(tǒng)膠片的20-30%提高到60-70%。從而使X射線劑量可以大大降低，CR攝影條件為傳統(tǒng)X線攝影的1/2-2/3；DR與CR相比更為明顯，可以降低2/3以上的劑量。由于照相需要的曝光時間僅僅為一般膠片的1/2-2/3，可使操作人員接受的照劑量下降一個數(shù)量級，且降低了X線機的負荷，相對地延長了機器的使用壽命，故障率降低，維修費用也相應(yīng)降低，更環(huán)保更經(jīng)濟。 |
| 與傳統(tǒng)膠片法照相檢測相比，CR與DR技術(shù)的應(yīng)用不需要洗片過程，沒有了顯影、定影液等化學(xué)藥品的消耗，不但能節(jié)約大量膠片、藥水、洗片機、暗室處理的輔助設(shè)備器材以及膠片存儲等的費用，節(jié)省了環(huán)保投資，還能比較好地進行質(zhì)量的控制。 |
| 數(shù)字化圖像可存儲在光盤，磁帶和磁盤等存儲器中，為電子存檔與通訊系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，并可借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到其他地方進行遠程評定（例如檢測公司可以集中技術(shù)水平*高的底片評定人員進行評定，減少了評片人員，使評定結(jié)果更公正，更合理，或者建立由專家組成的遠程評定中心，遇到疑難問題還能夠用會診的辦法解決。同時也可以傳送給例如待培訓(xùn)人員、專家顧問、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督檢查、業(yè)主等部門，他們都可以及時看到焊縫的圖像，做到資料共享，極大地提高了影像信息的利用率）。在一塊硬盤或一片光盤上可以存儲大量的圖像，每一幅圖像的存儲成本就很低，隨著數(shù)字存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，存儲成本還可以進一步降低。在需要硬拷貝的地方，還可以使用激光打印機打印輸出。通常以光盤儲存*好，因為光盤占用儲存空間極小，而且儲存的信息20年以上也不會發(fā)生影象質(zhì)量變化。 |
| 數(shù)字化照相的應(yīng)用提高了無損檢測的管理水平和效率，可方便、迅速、可靠地歸檔，長時間存儲其信噪比也不會變壞，且任意調(diào)用不會丟失信息，從而將從根本上改變傳統(tǒng)的對膠片的手工管理方式，防止丟片和片損情況的發(fā)生。數(shù)字化存儲不但節(jié)約了大量膠片，還節(jié)約了大量用于底片的存儲空間和管理人員，也可以使資料的存儲時間得以延長，從而降低底片的存檔成本。 |
| （2）差異 |
CR與DR的比較 |
