| 二.数字化X射線(xiàn)照相检测（Digital Radiography，简称DR） |
| 本文(wén)所述的DR成像技术是狭义上的直接数字化照相，即DDR（DirectDigit Radiography）或者DR（directradiography），通常指采用(yòng)電(diàn)子成像板技术-平板检测器技术(FPD Technique)。 |
| 電(diàn)子成像板由大量微小(xiǎo)的带有(yǒu)薄膜晶體(tǐ)管（TFT）的探测器成阵列排列而成。由于電(diàn)子转换模式不同又(yòu)分(fēn)為(wèi)间接转换型DR和直接转换型DR： |
| （1）间接转换型DR系统（IndirectDR，简称IDR）的关键部件是获取图像的平板探测器（FPD），由X線(xiàn)转换层与非晶硅光電(diàn)二极管、薄膜晶體(tǐ)管、信号储存基本像素单元及信号放大与信号读取等组成。FPD目前已经可(kě)以达到127x127μm像素和17x17英寸的面积，可(kě)用(yòng)做普通X線(xiàn)数字照相。 |
| 间接FPD的结构為(wèi)多(duō)层结构，主要是由闪烁體(tǐ)（目前主要有(yǒu)碘化铯CsI）或荧光體(tǐ)（硫氧化钆GdSO）层加具有(yǒu)光電(diàn)二极管作用(yòng)的非晶硅层(amorphousSilicom，a-Si)再加TFT阵列构成平板检测器。此类FPD的闪烁體(tǐ)或荧光體(tǐ)层经X射線(xiàn)曝光后，可(kě)以将X射線(xiàn)光子转换為(wèi)可(kě)见光，而后由具有(yǒu)光電(diàn)二极管作用(yòng)的低噪声非晶硅层（TFT阵列）吸收可(kě)见光并转换為(wèi)電(diàn)信号，其后的过程则与直接FPD相似，读出電(diàn)路将每个像素的数字化信号传送到计算机的图像处理(lǐ)系统集成為(wèi)X射線(xiàn)影像，*后获得数字图像显示。间接FPD由于有(yǒu)可(kě)见光的转换过程，因此会有(yǒu)光的散射问题，而影响图像的分(fēn)辨率。 |
| （2）直接转换型DR系统（DirectDR，简称DDR）应用(yòng)的DirectRay技术可(kě)以直接获取和转换X射線(xiàn)能(néng)量成為(wèi)数字信号，不需要通过媒介或其他(tā)方法获取和转换入射的X射線(xiàn)能(néng)量。目前有(yǒu)两种，一种為(wèi)線(xiàn)扫描，一种為(wèi)FPD。 |
| 直接FPD的结构主要是由非晶硒层(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半导體(tǐ)阵列(Thin FilmTransistorarray，TFT)构成平板检测器。非晶硒是一种光電(diàn)导材料，经X射線(xiàn)曝光后由于電(diàn)导率的改变就形成图像電(diàn)信号，通过TFT检测阵列俘获与转换X射線(xiàn)能(néng)量直接成為(wèi)数字信号，再经A/D转换、处理(lǐ)而获得数字化图像并在显示器上显示。 |
| 線(xiàn)扫描成像探测器為(wèi)線(xiàn)状结构，采用(yòng)动态線(xiàn)扫描技术直接接收X射線(xiàn)光子，有(yǒu)两种形式，一种為(wèi)多(duō)丝正比室，一种是電(diàn)离室。从X射線(xiàn)管发出的圆锥扇形X射線(xiàn)束，经水平狭缝形成平面扇形X射線(xiàn)束，通过被透照物(wù)體(tǐ)射入水平放置的探测器窗口。机械扫描系统使X射線(xiàn)管、水平狭缝及探测器沿垂直方向作均匀的同步运动，每到一个新(xīn)位置作一次水平探测记录，如此重复进行，从头到尾扫描一次就完成一幅X射線(xiàn)图像的拍摄。 |
| 图像的采集与处理(lǐ)系统由前置放大器、A/D转换器、缓存器、CPU等组成。整个曝光过程完成后，在计算机内存中形成一幅640x640或1024x1024矩阵的数字图像。 |
|
| 線(xiàn)扫描的动态范围与系统的探测灵敏度和密度分(fēn)辨率有(yǒu)关，線(xiàn)扫描具有(yǒu)独特的大动态范围，当显示器质量很(hěn)高时可(kě)以观察到120倍以上的动态对比图像，比传统X射線(xiàn)机对胶片拍照更好，可(kě)以清晰地在一次拍片中同时再现密度悬殊的组织。線(xiàn)扫描成像技术中，X射線(xiàn)被严格限制在很(hěn)窄的缝隙中，克服了散射線(xiàn)造成的干扰，本底噪声几乎為(wèi)“0”，探测灵敏度高，使原本被本底噪声淹没的微弱的X線(xiàn)也能(néng)被检测出来，能(néng)够分(fēn)辨出面成像不能(néng)看到的更加细微的密度差别，密度分(fēn)辨率更高。線(xiàn)扫描成像的缺点是需要一定的扫描时间，一张14x17英寸大小(xiǎo)的區(qū)域*快需2秒(miǎo)钟，所以不能(néng)实现实时扫描，不适应动态摄影。 |
| 線(xiàn)扫描成像的扫描时间短，所需X射線(xiàn)剂量低，动态范围宽和较低的价格，使其具有(yǒu)良好的发展前景，而且可(kě)以通过类似相控阵自动超声波（AUT）的导轨、现场扫描，線(xiàn)性阵列沿管道焊缝外部均匀运动一周即可(kě)将结果读入并进入计算机。 |
| 直接转换型DR的平板检测器為(wèi)多(duō)层平板状结构，但没有(yǒu)荧光转换层，它直接将X射線(xiàn)转换成電(diàn)信号，能(néng)提供一个完整的扫描场，可(kě)在14x17英寸/35x43cm的图像面积上使用(yòng)2560x3072的探测单元矩阵（例如由二维排列的139x139μm薄膜晶體(tǐ)管TFT层上涂敷500μm厚的非晶硒，其上是介质层和表面電(diàn)极层及保护层等构成）。在探测器结构上施加一个偏压，当入射的X線(xiàn)光子在非晶硒层激发出電(diàn)子穴偶对时，電(diàn)子和空穴在偏置電(diàn)压下反向运动，产生電(diàn)流，与每个探测单元相连的单独的存储電(diàn)容收集这些電(diàn)荷在阵列中以定制的電(diàn)子學(xué)规则读出，亦即在TFT中形成電(diàn)信号，经放大電(diàn)路和控制電(diàn)路采集各TFT像素单元電(diàn)荷，并经A/D转换变成数字信号，送到计算机处理(lǐ)以数字图像显示便于即时观察。 |
| 因此，DR检测系统的组成可(kě)以简单地表述為(wèi)：射線(xiàn)源-检测对象-射線(xiàn)成像探测器-图像数字化系统-数字图像处理(lǐ)系统。 |
| DR的装置包括射線(xiàn)成像探测器及影像后处理(lǐ)和记录部分(fēn)（计算机、打印机和其他(tā)存储介质）。 |
Agfa公司的DR板
| 
美國(guó)瓦里安公司的DR平板探测器
| 非晶硒平板检测器的改进和提高主要表现在进一步缩小(xiǎo)像素单元以提高图像的分(fēn)辨率；提高检测器对X線(xiàn)的转换率以降低X射線(xiàn)剂量；以及配套研发高质量的图像处理(lǐ)软件以进一步提高图像质量。
从理(lǐ)论上说，直接DR板的量子转换效率要比间接DR板更高。但在目前，间接DR板的稳定性较好。据估计，随着DR系统的不断改进和提高，产品日渐成熟，价格降低，它们将能(néng)逐步取代CR，但在目前，DR和CR将会共存一段较長(cháng)时间。 |
|
| 三.CR与DR的共同点与差异 |
| （1）共同点 |
| DR与CR都是将X射線(xiàn)影像信息转化為(wèi)数字影像信息，不以X射線(xiàn)胶片為(wèi)记录和显示信息的载體(tǐ)。 |
| 传统的X射線(xiàn)照相需要的曝光剂量相对较大，且X射線(xiàn)照相一旦完成，影像的质量就不能(néng)再改善，当质量达不到要求时往往需要重拍，带来复拍工作量、胶片消耗、工作效率与进度等负担。CR与DR的动态范围广，有(yǒu)很(hěn)宽的曝光宽容度，并且線(xiàn)性好（如CR的核心部件-荧光存储板SPP能(néng)使照射的X線(xiàn)能(néng)和发光量有(yǒu)1:1000以上的直線(xiàn)相关），可(kě)提供的数据量大、分(fēn)辨率高、数据获取速度快，相对普通的增感屏-胶片系统體(tǐ)现出独特的优势，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，或者X射線(xiàn)曝光参数有(yǒu)不足，也能(néng)获得很(hěn)好的图像，可(kě)免除曝光不足或过度、洗片条件误差等造成黑度错误或划伤等导致的影像不清晰，再加上采用(yòng)了图象增强等技术，使得照相检测的一次透照成功率提高，减少重拍，降低了废片率，减少复拍补照的工作量和胶片消耗，节约了资源。 |
| CR与DR虽然在成像原理(lǐ)方面有(yǒu)區(qū)别，但是一旦获得了数字化信号图像并经图像处理(lǐ)系统处理(lǐ)时，就可(kě)以在一定范围内任意改变图像的特性，可(kě)以根据需要进行各种的图像后处理(lǐ)来实现图像的优化以达到*佳的视觉效果，从而大大提高了图像质量。这是CR与DR优于X線(xiàn)照片之处，因為(wèi)传统X線(xiàn)照片上的影像特性是不能(néng)改变的。 |
| 目前数字化图像的灰阶已能(néng)由胶片的256级提升至2048级，图像的层次变得更加丰富，图像的细节表现力更加细腻，图像变得更加清晰，亦即进一步提高了图像分(fēn)辨率。此外，通过专用(yòng)软件实现图像滤波降噪、边缘增强锐化、窗宽窗位调节、灰阶对比度调整、影像放大漫游、黑白翻转、图像平滑、图像拼接以及距离、面积、密度测量、数字减影、伪彩色处理(lǐ)等各种功能(néng)，改善影像的细节，将未经处理(lǐ)的影像中所看不到的特征信息在荧屏上显示，从而使图像更為(wèi)清晰。获得分(fēn)辩率高、清晰、细腻的图像，可(kě)从中提取出丰富可(kě)靠的判断信息，為(wèi)影像判断中的细节观察、前后对比和定量分(fēn)析提供支持。 |
| 图像处理(lǐ)系统的重要功能(néng)有(yǒu)： |
| 灰阶处理(lǐ)：使数字信号转换為(wèi)黑白影像对比，在人眼能(néng)辨别的范围内进行选择，以达到*佳的视觉效果，有(yǒu)利于观察不同的组织结构。 |
| 窗位处理(lǐ)：以某一数字信号為(wèi)0，即中心，使一定灰阶范围内的组织结构，以其对X線(xiàn)吸收率的差别，得到*佳的显示，同时可(kě)对这些数字信号进行增强处理(lǐ)，提高影像对比度，有(yǒu)利于显示组织结构。 |
| 数字减影处理(lǐ)：在数字X射線(xiàn)照片的情况下，能(néng)从当前的X線(xiàn)照片减去先前的X線(xiàn)照片产生即时减影图像以增强间隔性改变的區(qū)域，能(néng)显著改善提高判断的**度，据资料介绍，用(yòng)即时减影改善后其灵敏度可(kě)从84％提高到97％；且在判读时间上平均减少19.3％。 |
| 此外还有(yǒu)X線(xiàn)吸收率减影处理(lǐ)、配置高性能(néng)的系统设备以提高系统固有(yǒu)分(fēn)辨率等等。 |
| 从理(lǐ)论上说，数字化图像是由像素来组成图像，它的空间分(fēn)辨率不如传统胶片模拟图像的高，但是由于人眼对空间分(fēn)辨率的感知有(yǒu)一定的限度，超过这个限度即不可(kě)分(fēn)辨。以X射線(xiàn)CT為(wèi)例，它的高密度分(fēn)辨率是胶片无法比拟的，从图像的对比度、宽容度和所具备的灰阶指数都优于胶片，因此，图像质量和所得到的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过胶片的模拟图像。 |
| 当然，在透照工艺上仍然要注意选择适合的射線(xiàn)能(néng)量；选用(yòng)小(xiǎo)焦点或微焦点的X射線(xiàn)源；选择*佳图像放大倍数；屏蔽无用(yòng)射線(xiàn)和散射線(xiàn)；选用(yòng)密度数高的材料过滤软射線(xiàn)，减少低能(néng)射線(xiàn)的散射作用(yòng)；用(yòng)铅质窗口限制主射線(xiàn)束的面积，减少散射線(xiàn)的作用(yòng)；对工件被检测區(qū)域以外的表面实行有(yǒu)效的屏蔽，尽量减少散射線(xiàn)的影响和干扰信号的影响等等。 |
| CR与DR的X射線(xiàn)转换效率高（屏感光度高），因此比传统胶片法照相检测所需X射線(xiàn)的剂量要低得多(duō)，再通过数字化图像处理(lǐ)技术就能(néng)得到高清晰的图像，明显缩短了曝光时间，同时也使操作者减少了受X射線(xiàn)辐射的危害，而且X線(xiàn)发生器也只需要在较小(xiǎo)功率下工作就能(néng)满足要求。 |
| 图像的质量取决于它的信噪比，而这又(yòu)与X射線(xiàn)的有(yǒu)效利用(yòng)率有(yǒu)直接关系。量子检测效率有(yǒu)机结合了图像的对比度，噪声，空间分(fēn)辨率和X射線(xiàn)的剂量等因素。由于数字化成像板感光介质的感光曲線(xiàn)与普通X光胶片不同，在对比度和宽容度上有(yǒu)较大的动态范围，再加上特别是DR检测器的高灵敏度，使得数字化成像的量子检测效率可(kě)以从传统胶片的20-30%提高到60-70%。从而使X射線(xiàn)剂量可(kě)以大大降低，CR摄影条件為(wèi)传统X線(xiàn)摄影的1/2-2/3；DR与CR相比更為(wèi)明显，可(kě)以降低2/3以上的剂量。由于照相需要的曝光时间仅仅為(wèi)一般胶片的1/2-2/3，可(kě)使操作人员接受的照剂量下降一个数量级，且降低了X線(xiàn)机的负荷，相对地延長(cháng)了机器的使用(yòng)寿命，故障率降低，维修费用(yòng)也相应降低，更环保更经济。 |
| 与传统胶片法照相检测相比，CR与DR技术的应用(yòng)不需要洗片过程，没有(yǒu)了显影、定影液等化學(xué)药品的消耗，不但能(néng)节约大量胶片、药水、洗片机、暗室处理(lǐ)的辅助设备器材以及胶片存储等的费用(yòng)，节省了环保投资，还能(néng)比较好地进行质量的控制。 |
| 数字化图像可(kě)存储在光盘，磁带和磁盘等存储器中，為(wèi)電(diàn)子存档与通讯系统的应用(yòng)创造了条件，并可(kě)借助网络发送到其他(tā)地方进行遠(yuǎn)程评定（例如检测公司可(kě)以集中技术水平*高的底片评定人员进行评定，减少了评片人员，使评定结果更公正，更合理(lǐ)，或者建立由专家组成的遠(yuǎn)程评定中心，遇到疑难问题还能(néng)够用(yòng)会诊的办法解决。同时也可(kě)以传送给例如待培训人员、专家顾问、监理(lǐ)、质量监督检查、业主等部门，他(tā)们都可(kě)以及时看到焊缝的图像，做到资料共享，极大地提高了影像信息的利用(yòng)率）。在一块硬盘或一片光盘上可(kě)以存储大量的图像，每一幅图像的存储成本就很(hěn)低，随着数字存储技术的不断发展，存储成本还可(kě)以进一步降低。在需要硬拷贝的地方，还可(kě)以使用(yòng)激光打印机打印输出。通常以光盘储存*好，因為(wèi)光盘占用(yòng)储存空间极小(xiǎo)，而且储存的信息20年以上也不会发生影象质量变化。 |
| 数字化照相的应用(yòng)提高了无损检测的管理(lǐ)水平和效率，可(kě)方便、迅速、可(kě)靠地归档，長(cháng)时间存储其信噪比也不会变坏，且任意调用(yòng)不会丢失信息，从而将从根本上改变传统的对胶片的手工管理(lǐ)方式，防止丢片和片损情况的发生。数字化存储不但节约了大量胶片，还节约了大量用(yòng)于底片的存储空间和管理(lǐ)人员，也可(kě)以使资料的存储时间得以延長(cháng)，从而降低底片的存档成本。 |
| （2）差异 |
CR与DR的比较 |