| 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(chǔ)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(dá)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(gè)像素的數(shù)字化信號傳送到計(jì)算機(jī)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(huì)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(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)，每到一個(gè)新位置作一次水平探測記錄，如此重復(fù)進(jìn)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(gè)曝光過程完成后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中形成一幅640x640或1024x1024矩陣的數(shù)字圖像。 |
|
| 線掃描的動(dòng)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(dú)特的大動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)顯示器質(zhì)量很高時(shí)可以觀察到120倍以上的動(dòng)態(tài)對比圖像，比傳統(tǒng)X射線機(jī)對膠片拍照更好，可以清晰地在一次拍片中同時(shí)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(xì)微的密度差別，密度分辨率更高。線掃描成像的缺點(diǎn)是需要一定的掃描時(shí)間，一張14x17英寸大小的區(qū)域*快需2秒鐘，所以不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描，不適應(yīng)動(dòng)態(tài)攝影。 |
| 線掃描成像的掃描時(shí)間短，所需X射線劑量低，動(dòng)態(tài)范圍寬和較低的價(jià)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(dòng)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(yùn)動(dòng)一周即可將結(jié)果讀入并進(jìn)入計(jì)算機(jī)。 |
| 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(gè)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(hù)層等構(gòu)成）。在探測器結(jié)構(gòu)上施加一個(gè)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(shí)，電子和空穴在偏置電壓下反向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流，與每個(gè)探測單元相連的單獨(dú)的存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)處理以數(shù)字圖像顯示便于即時(shí)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(jì)算機(jī)、打印機(jī)和其他存儲(chǔ)介質(zhì)）。 |
Agfa公司的DR板
| 
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(jìn)和提高主要表現(xiàn)在進(jìn)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(jìn)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(jì)，隨著DR系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和提高，產(chǎn)品日漸成熟，價(jià)格降低，它們將能逐步取代CR，但在目前，DR和CR將會(huì)共存一段較長時(shí)間。 |
|
| 三.CR與DR的共同點(diǎn)與差異 |
| （1）共同點(diǎn) |
| 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(dá)不到要求時(shí)往往需要重拍，帶來復(fù)拍工作量、膠片消耗、工作效率與進(jìn)度等負(fù)擔(dān)。CR與DR的動(dòng)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(chǔ)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(dú)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(cuò)誤或劃傷等導(dǎo)致的影像不清晰，再加上采用了圖象增強(qiáng)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(bǔ)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(shí)，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(jìn)行各種的圖像后處理來實(shí)現(xiàn)圖像的優(yōu)化以達(dá)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?yàn)閭鹘y(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(xì)節(jié)表現(xiàn)力更加細(xì)膩，圖像變得更加清晰，亦即進(jìn)一步提高了圖像分辨率。此外，通過專用軟件實(shí)現(xiàn)圖像濾波降噪、邊緣增強(qiáng)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(xì)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(xì)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(xì)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(jìn)行選擇，以達(dá)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(shí)可對這些數(shù)字信號進(jìn)行增強(qiáng)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(shí)減影圖像以增強(qiáng)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(shí)減影改善后其靈敏度可從84％提高到97％；且在判讀時(shí)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(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)或微焦點(diǎn)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(shí)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(shí)間，同時(shí)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(jī)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(dòng)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(shí)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(gè)數(shù)量級，且降低了X線機(jī)的負(fù)荷，相對地延長了機(jī)器的使用壽命，故障率降低，維修費(fèi)用也相應(yīng)降低，更環(huán)保更經(jīng)濟(jì)。 |
| 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(jī)、暗室處理的輔助設(shè)備器材以及膠片存儲(chǔ)等的費(fèi)用，節(jié)省了環(huán)保投資，還能比較好地進(jìn)行質(zhì)量的控制。 |
| 數(shù)字化圖像可存儲(chǔ)在光盤，磁帶和磁盤等存儲(chǔ)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(jìn)行遠(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)程評定中心，遇到疑難問題還能夠用會(huì)診的辦法解決。同時(shí)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(shí)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(chǔ)大量的圖像，每一幅圖像的存儲(chǔ)成本就很低，隨著數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，存儲(chǔ)成本還可以進(jìn)一步降低。在需要硬拷貝的地方，還可以使用激光打印機(jī)打印輸出。通常以光盤儲(chǔ)存*好，因?yàn)楣獗P占用儲(chǔ)存空間極小，而且儲(chǔ)存的信息20年以上也不會(huì)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(shí)間存儲(chǔ)其信噪比也不會(huì)變壞，且任意調(diào)用不會(huì)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(chǔ)不但節(jié)約了大量膠片，還節(jié)約了大量用于底片的存儲(chǔ)空間和管理人員，也可以使資料的存儲(chǔ)時(shí)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 |
