计算机射线照相技术简介

1.计算机射线照相

CR是Computed Radiography的简称。CR是使用电子计算机技术与X射线照相相结合完成图像重建的理论。即计算机辅助射线成像技术，又称计算机射线照相技术。

CR与射线照相胶片法不同，它是一种模拟数字照相成像系统，用IP板（成像板简称）取代传统的X射线胶片，其物理基础是X射线的电离作用及光激发光。

CR获取数字影像原理

在曝光过程中，X射线束透过被检测工件后的射线入射到IP板上，与IP板上的荧光物质相互作用，击出荧光物质原子的轨道电子，产生电子跃迁而处于激发态，以俘获电子的形式存储射线能量形成潜影。然后将已经形成潜影的成像板（IP板）置入扫描仪中，用扫描仪中激光束扫描被射线照过成像板的荧光物质，产生跃迁的轨道电子获得激光能量产生蓝色光辐射。这些蓝色光辐射被光电接收器捕获转换为数字信号（见图2-15）。由于被检物体内部结构变化（如缺陷），在不同区域射线强度不同，射线强的地方轨道电子跃迁的几率大，被激光扫描后产生蓝色辐射强，反之扫描后产生的蓝色辐射弱。计算机将蓝光数字信号还原出的图像便是被透照物体的原始影像（初始影像）。

计算机射线照相的整个系统由射线源（X射线或γ射线）；成像板（IP）；激光扫描读出器；数字图像处理；图像显示器；数据记录系统和储存系统组成。

图2-15 CR技术成像原理图和图像

2.成像板的构成和类别

成像板（Imaging plates）的简称为IP板。该板是一种涂有稀土元素铕、钡的荧光板（见图2-16），其构造一般由四部分组成：

1）表面保护层：采用聚酯树脂类纤维制造的高密度聚合物硬涂层，耐磨损、透光率高，不受外界温度、湿度变化影响。防止发光物质层在使用过程中受到损伤。

2）荧光物质层：是一种涂有稀土元素铕、钡的荧光物质和多聚体组成，受到射线照射时会产生荧光。这些荧光物质与多聚体溶液混匀，均匀涂敷在基板上，再在其表面覆以保护层。多聚体一般为硝化纤维素、聚酯树脂、丙烯及聚氯酸酯等。荧光物质结晶体颗粒一般平均直径4～7μm，随着颗粒直径增大，发光强度增加，但图像清晰度降低。

3）基板：基板材料为聚乙烯对苯二酸酯，厚度为200～350_μm.，荧光物质层的支撑体和避免荧光物质层产生界面反射，提高图像清晰度。

4）背面保护层：背面保护层制作材料与表面保护层相同。防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤。

IP板可代替胶片常规技术曝光，是一种柔性板可以和胶片一样弯曲，适合环形工件透照。重复使用可达3000～10000次（与使用条件有关）。根据成像速度和质量，成像板有1PX、1PC、1PS、1PC2等不同型号。

1PC：曝光时间为D₇曝光时间10%，具有D₇/D₈胶片的缺陷识别能力。

图2-16 成像板结构示意图

1PX：曝光时间为D₇曝光时间的50%，具有D₄/D₅胶片的缺陷识别能力。

1PS和1PC2具有较高的信噪比，其双丝透度计显示指数能更好地满足标准要求。

3.CR扫描读出器

经X射线曝光后保留有潜在图像信息的IP板，置入CR读出器内，用激光束以2510×2510的像素矩阵（像素约0.1mm）对匀速运动的IP板整体进行精确而均匀的扫描，被自动跟踪的光电接收器收集，经光电转换成电信号、放大、A/D转换成数字化图像信息，送入计算机进行处理。

读出器分为多槽盒和单槽读出处理式，前者可在相同时间内处理更多IP板。读出器输出图像格式符合国际通用影像传输标准DICOM3.0，可经网络传输、归档及打印。

CR读出器的分辨率可达100μm、150μm、200μm、250μm，扫描速率可达50行/s，IP的读出量一般为100～150幅/h。CR系统的成像质量接近5线对/mm，即100μm。(www.xing528.com)

4.IP板成像过程

用普通X射线机辐射出X射线穿过工件对装在暗盒内的成像板曝光，成像板上的荧光物质具有保留潜在图像信息能力，即形成潜影。

成像板上潜影由荧光物质在较高能带俘获电子形成光激发射荧光中心构成，在激光照射下，光激发射中心的电子将返回它们的初始能级，并以发射可见光的形式输出能量。所发射的可见光强度与原来接收的射线剂量成比例。可用激光扫描仪逐点逐行扫描，将存储在成像板上的影像转换为可见光信号，通过具有光电倍增和模数转换功能的读出器将其转换成数字信号存入到计算机中（见图2-17）。

图2-17 CR工作程序示意图

数字信号被计算机重建为可视影像在显示器上显示，根据需要对图像进行数字化处理。完成对影像的读取后，对成像板上残留信号可通过施加强光照射来消除处理。如HD-CR35成像板扫描仪具有强光照射擦除影像功能。消影处理完成后，为下次使用做好准备（见图2-18、图2-19）。

图2-18 成像板扫描仪

图2-19 擦除影像

5.初始影像的图像处理

初始影像的质量看上去总没有胶片拍摄的底片质量好。这是因为CR程序过程中信号损失，因为CR成像的射线入射到IP板上、激光扫描、光电接收和数字转换每个过程都有信号损失。此外，IP板上荧光物质的颗粒度及曝光速度等参数对质量也有很大影响。鉴于上述原因，对初始影像需进行处理，其中图像处理主要功能如下：

1）视窗平衡处理功能：因为CR所获取影像是通过12位的AD转换得到的，通常显示器是8位只能显示256个色阶。视窗平衡功能是使感兴趣的区域突出显示，便于观看细节部位。

图2-20是铸件内一条隐约可见的初始裂纹影像，运用视窗平衡功能后，裂纹已清楚可见（见图2-21），再用鼠标定框局部放大后显示很清晰的裂纹影像（见图2-22）。

图2-20 铸件初始图像

图2-21 视窗平衡看到图像

图2-22 为图2-21方框内放大后图像

2）调节影像对比度和浮雕处理：此功能可以突现工件内部结构。提高初始影像对比度，增强立体感；对工件内部结构做浮雕处理，进行浮雕局部放大。

3）其他功能：为使操作者方便，软件可以对影像作正、负片转换，在屏上用鼠标作长度测量、面积测量、管壁厚度测量、区域灰度测量等。