1、第8章 射线CR与工业CT技术p8.1 射线射线CR技术技术p8.2 工业工业CT技术技术8.1 射线CR技术pCR技术是近年正在迅速发展的数字射线照技术是近年正在迅速发展的数字射线照相技术中一种新的非胶片射线照相技术，相技术中一种新的非胶片射线照相技术，用储存荧光成像板代替胶片完成射线照相用储存荧光成像板代替胶片完成射线照相检测。检测。p与其它数字射线照相技术相比，与其它数字射线照相技术相比，CR技术是技术是最有希望的胶片替代技术。最有希望的胶片替代技术。8.1.1 CR的概念CR：Computed radiology(ASTM标准标准) Computed radiography(EN标准标
2、准) 计算机射线照相技术计算机射线照相技术8.1.2 CR的发展历程pCR技术方法最早由技术方法最早由Kodak(Luckey，1975)提出提出。p1980年日本富士公司注册了影像板技术专利。年日本富士公司注册了影像板技术专利。p1981年，年，CR概念首次在概念首次在RSNA(北美放射学年会北美放射学年会)上亮相，富士公司向业界宣告：上亮相，富士公司向业界宣告：CR技术对曝光条件技术对曝光条件要求宽松，不用担心曝光剂量不足或者过度曝光，要求宽松，不用担心曝光剂量不足或者过度曝光，它的应用将大大提高图像质量，减少因曝光剂量不它的应用将大大提高图像质量，减少因曝光剂量不当导致的重复拍片。当导致
3、的重复拍片。 p1983年，富士公司向美国市场推出了年，富士公司向美国市场推出了CR及配套的激光成及配套的激光成像仪，成为世界上第一个实现像仪，成为世界上第一个实现CR技术商品化的公司。技术商品化的公司。p19891989年开始，富士胶片将年开始，富士胶片将FCRFCR技术应用于工业探伤领域，技术应用于工业探伤领域，开发出开发出IPIP成像板用于取代成像板用于取代X X射线胶片。射线胶片。p美国美国19921992年接受富士年接受富士FCR-7000FCR-7000型和型和AC-1AC-1型型CRCR系统。系统。p柯达公司的第一个柯达公司的第一个CRCR系统也于系统也于19921992年安装年
4、安装p爱克发公司爱克发公司19941994年推出年推出ADC70ADC70型型CRCR系统。系统。CRCR设备的研制典型代表有日本富士胶片、爱克发、美国柯设备的研制典型代表有日本富士胶片、爱克发、美国柯达、美国达、美国GEGE、德国德尔公司等。、德国德尔公司等。 8.1.3 射线CR检测原理-IP板p 磷光物质层是成像板的主要部分，含有钡氟卤化物和铕磷光物质层是成像板的主要部分，含有钡氟卤化物和铕触媒剂。铕原子吸收射线被电离释放具有一定能量的电触媒剂。铕原子吸收射线被电离释放具有一定能量的电子，电子在磷光晶体结构附近移动，直到被以氟离子组子，电子在磷光晶体结构附近移动，直到被以氟离子组成的感光
5、中心捕获。被捕获的电子数量正比于吸收的射成的感光中心捕获。被捕获的电子数量正比于吸收的射线剂量，形成半稳定状态的潜影。线剂量，形成半稳定状态的潜影。 CR扫描仪IP板被红色激光激发时，被捕获的电子返回原始状板被红色激光激发时，被捕获的电子返回原始状态，以蓝色光形式释放能量。态，以蓝色光形式释放能量。 射线CR检测原理p 射线束经过工件衰减后，以不同的强度照射在射线束经过工件衰减后，以不同的强度照射在IP板上，板上，IP板中荧光物质内部晶体的电子被激励并被俘获到一个较高板中荧光物质内部晶体的电子被激励并被俘获到一个较高能带能带(半稳态或更高能量的状态半稳态或更高能量的状态)，形成潜在影像，形成潜
6、在影像(光激发荧光激发荧光中心光中心)p 将将IP板置入板置入CR扫描仪内用激光束对扫描仪内用激光束对IP板进行扫描，在激板进行扫描，在激光激发下光激发下(激光能量释放被俘获的电子激光能量释放被俘获的电子)，光激发射荧光中，光激发射荧光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不同的能量。输出不同的能量。p 可见光打到可见光打到CR扫描仪内部抛物面反射镜或反射层上，发扫描仪内部抛物面反射镜或反射层上，发生全反射，被反射的可见光最终打到光电倍增管上被接收生全反射，被反射的可见光最终打到光电倍增管上被接收，同时转换为数字信号，送入计算
7、机进行处理，得到数字，同时转换为数字信号，送入计算机进行处理，得到数字化射线照相灰度图像。化射线照相灰度图像。曝光过程-步骤1p曝光形成潜影曝光形成潜影。透照方式与常规照相相同。射线透照方式与常规照相相同。射线照射照射到到IPIP板，板，与与IPIP板上的荧光物质相互作用击出板上的荧光物质相互作用击出荧光物质原子的轨道电子，使原子产生电子跃迁荧光物质原子的轨道电子，使原子产生电子跃迁而处于激发态。而处于激发态。X-RayA步骤2p扫描扫描。将将IPIP板装入专用扫描器，用激光扫描被射板装入专用扫描器，用激光扫描被射线照射过的荧光物质，处于激发态的电子获得激线照射过的荧光物质，处于激发态的电子获
8、得激光能量后发生跃迁，产生蓝色光辐射。光能量后发生跃迁，产生蓝色光辐射。BR ed laser beamB lue em ittedlight旋转反光镜光电倍增器光电接收器He-Ne 激光器IP板步骤3成像成像。蓝色光辐射被光电接收器捕获转换为数字信号，通过电脑合成图像。射线CR核心技术p核心：核心：p IP板板+CR扫描仪扫描仪p射线照射发出荧光，发光原理复杂射线照射发出荧光，发光原理复杂8.1.4 射线CR系统便携式扫描仪IP板射线射线CR系统由射线机、系统由射线机、IP板、板、CR扫描仪、扫描仪、计算机和相关处理软件组成。计算机和相关处理软件组成。射线CR系统刚性暗盒柔性暗袋操作过程CR
9、系统分类 按照按照CR系统的主要性能，即信噪比系统的主要性能，即信噪比SNR和基本空和基本空间分辨率间分辨率SRb，可将，可将CR系统分类。系统分类。 CR系统的分类系统的分类EN 14784-1：2005ASTM E2446-05最低信噪比值最低信噪比值SNRIP1/YIP2/YIP3/YIP4/YIP5/YIP6/YIP-特级特级/YIP-/YIP-/YIP-/Y13011778655243IP板类型的表示方式是：板类型的表示方式是：IPXY。其中，。其中，X为类别代号：为类别代号：、（或（或1、2、3、）；）；Y为系统最大的基本空间分辨率，以微米（为系统最大的基本空间分辨率，以微米（m）
10、为单位表示。例如，为单位表示。例如，IP100，表示的是：为，表示的是：为类系统，系统最低的规类系统，系统最低的规格化信噪比不小于格化信噪比不小于52，系统最大的基本空间分辨力为，系统最大的基本空间分辨力为100m。 射线CR系统核心指标p激光焦点尺寸激光焦点尺寸12.5mp丝型像质计灵敏度要求丝型像质计灵敏度要求p图像的最大不清晰度图像的最大不清晰度,即空间分辨率，可达即空间分辨率，可达10 Lp/mm(50m)p图像像素尺寸图像像素尺寸25m(与与IP板有关板有关)p16 bit原始数据，原始数据，65536灰阶灰阶p最小信噪比最小信噪比SNR（反映对比灵敏度）（反映对比灵敏度）p最小读出
11、强度最小读出强度IIPX（其中（其中X代表代表IP等级）等级） (1) 空间分辨率p空间分辨率是指从空间分辨率是指从CR图像中能够分辨物体最小细图像中能够分辨物体最小细节的能力，单位是节的能力，单位是Lp/mm(线对线对/毫米毫米)p对对CR技术来说，分辨率不仅仅取决于技术来说，分辨率不仅仅取决于IP板板(传统传统胶片的替代品胶片的替代品)本身，还包括扫描仪。本身，还包括扫描仪。p一般而言，一般而言，IP板中荧光颗粒晶体尺寸越大，板中荧光颗粒晶体尺寸越大，IP板板的基本空间分辨力越低，但光激发光现象越强。的基本空间分辨力越低，但光激发光现象越强。 空间分辨率测量方法双丝像质计影像分辨率测试卡
12、直接读出线对值 dP21双丝像质计根据EN462-5标准规定双丝像质计是由放置于刚性半透明塑料盒中的13个线对组成，塑料厚度约为1mm。双丝像质计丝的直径与丝与丝之间的距离相等(即栅条和间距形成占空比为1：1的线对图样)，每个线对包含两条圆形截面的线。1D至3D线对是金属钨，其它线对是金属铂。 丝号不清晰度U(mm)丝的直径d(mm)13D0.100.05012D0.130.06311D0.160.08010D0.200.1009D0.260.1308D0.320.1607D0.400.2006D0.500.2505D0.640.3204D0.800.4003D1.000.5002D1.260
13、.6301D1.600.800双丝像质计p测量不清晰度和空间分辨率测量不清晰度和空间分辨率p双丝识别准则：最大线对，其影像正好是两双线双丝识别准则：最大线对，其影像正好是两双线间距可以识别极限下的两独立线过渡到单线的影间距可以识别极限下的两独立线过渡到单线的影像，此时被认为是可辨别的极限值。像，此时被认为是可辨别的极限值。 221819202123240.00.80.60.40.21.41.21.0相对位移100%20%信号相对强度 双丝像质计的识别双丝像质计的识别注：如果两丝信号峰值间下沉点大于最大强度的注：如果两丝信号峰值间下沉点大于最大强度的20%，则此丝对的两根丝是可识别的。则此丝对的
14、两根丝是可识别的。 根据标准，用双丝像质计测量根据标准，用双丝像质计测量IP板基本空板基本空间分辨力时，要对垂直和平行与激光束扫间分辨力时，要对垂直和平行与激光束扫描方向基本空间分辨力的测量。描方向基本空间分辨力的测量。空间分辨率测试-双丝像质计其中一个双丝像质计沿水平方向偏转其中一个双丝像质计沿水平方向偏转5度。透照电度。透照电压为压为90KV，管电流，管电流10mA，曝光时间，曝光时间1min，焦距，焦距1.5m。使用。使用4倍放大镜观察，可以识别倍放大镜观察，可以识别9号丝对，满号丝对，满足足ASTM标准要求。标准要求。 双丝像质计布置IP板输出图像线对测试卡在一定宽度内，均匀地排列着若
15、干条宽度相等、厚度为在一定宽度内，均匀地排列着若干条宽度相等、厚度为0.10.2mm高密度的铅质材料（铅与钨的复合材料）做成的栅高密度的铅质材料（铅与钨的复合材料）做成的栅条，栅条的间距等于栅条的宽度。一条栅条和与它相邻的一条，栅条的间距等于栅条的宽度。一条栅条和与它相邻的一个间距构成一个线对。在个间距构成一个线对。在5毫米宽度内均匀的排列着若干个毫米宽度内均匀的排列着若干个相同的线对，构成一组线对。相同的线对，构成一组线对。 分辨率测试卡系统的空间分辨率系统的空间分辨率P P ( (lplp/mm)/mm)可表示为可表示为其中其中d d是通过图像刚好能识是通过图像刚好能识别的栅条宽度。别的栅
16、条宽度。例如，通过图像刚好能识别例如，通过图像刚好能识别的栅条宽度为的栅条宽度为0.25mm0.25mm，则系，则系统的空间分辨率为统的空间分辨率为2.0lp/mm2.0lp/mm。分辨率测试卡的结构与分辨率的关系 栅条宽度(mm)分辨率(lp/mm)0.6250.80.5001.00.2502.00.1673.00.1254.00.1005.00.2506.00.0838.00.0569.00.05010dP2/1(2) 对比灵敏度p对比度灵敏度又称厚度灵敏度，定义为从图像可对比度灵敏度又称厚度灵敏度，定义为从图像可识别的透照厚度百分比，限定了所能提示的、沿识别的透照厚度百分比，限定了所能提
17、示的、沿射线束方向的缺陷的最小尺寸。射线束方向的缺陷的最小尺寸。pASTM标准标准E1647规定，对比度灵敏度采用对比规定，对比度灵敏度采用对比度灵敏度测试块测定。度灵敏度测试块测定。 %100STRC对比度灵敏度测试块结构在对比度灵敏度试块上有四在对比度灵敏度试块上有四个方孔，它们的深度分别为个方孔，它们的深度分别为对比度灵敏度试块厚度的对比度灵敏度试块厚度的1%，2%，3%，4%，制作材料，制作材料一般采用被检对象材料。一般采用被检对象材料。%100STRCT T对比度灵敏度测试块的厚度；对比度灵敏度测试块的厚度；R R平底方孔深度；平底方孔深度；S S垫块厚度。垫块厚度。 CR系统性能稳
18、定性鉴定 组合式图像质量指示器即组合式图像质量指示器即CR像质计像质计 A：T靶，材料为黄铜，长度靶，材料为黄铜，长度114 mm，宽度，宽度5 mm的的T形尺；形尺；B：为标准化的双丝型像质计；：为标准化的双丝型像质计；C：BAM蜗形盘，由铅箔条制做。直蜗形盘，由铅箔条制做。直径尺寸不小于径尺寸不小于8 mm，铅箔条厚度为，铅箔条厚度为0.02 mm0.1 mm，铅箔条宽（高），铅箔条宽（高）度为度为1.5 mm2 mm，铅箔条之间（，铅箔条之间（由低吸收材料形成）的间隔为由低吸收材料形成）的间隔为0.1 mm0.2 mm ；D：楔型线对卡；：楔型线对卡；E：ER，EC，EL，三个直径为，三
19、个直径为19 mm、深度、深度0.3mm的孔；的孔；F：盒位指示器，不显示图像；：盒位指示器，不显示图像；G：厚度为：厚度为0.5 mm的均匀的铝条；的均匀的铝条；H：有机玻璃板；：有机玻璃板；I：线性刻度尺；：线性刻度尺；J：AL，CU，FE，对比度灵敏度指，对比度灵敏度指示器，示器，AL厚度厚度12.7 mm，CU厚度厚度6.35 mm，FE厚度厚度6.35 mm。 ABCECDFJGELERHS1 2 3 45 6 7 8 9 10 11121314 15432519871061211I CR系统性能长期稳定性鉴定要求系统性能长期稳定性鉴定要求三序号序号测试项目测试项目测试采用器件测试采
20、用器件测试作用测试作用注注*1CR系统：基本空间系统：基本空间分辨力分辨力双丝象质计测定双丝象质计测定系统分辨力测定系统分辨力测定B楔型线对卡测定楔型线对卡测定系统分辨力测定系统分辨力测定D2CR系统：系统：SNR光阑分步法：阶梯试光阑分步法：阶梯试块块系统信噪比测定系统信噪比测定3扫描器：几何畸变扫描器：几何畸变高密度线性尺高密度线性尺评定扫描的非线性度评定扫描的非线性度I4扫描器：激光束功扫描器：激光束功能能T靶靶评定扫描激光束稳定性评定扫描激光束稳定性5扫描器：模糊或闪扫描器：模糊或闪烁烁评定探测器系转换均匀评定探测器系转换均匀性性A6扫描器：侧滑扫描器：侧滑铝板条（厚：铝板条（厚：0.
21、5 mm）评定输送系统的稳定性评定输送系统的稳定性等等A7扫描器：阴影扫描器：阴影19孔（深度孔（深度0.3 mm）扫描束宽度方向稳定性扫描束宽度方向稳定性等等G8IP板：擦除板：擦除擦除后残留图像程度擦除后残留图像程度E9IP板：缺陷板：缺陷IP板人为产生的缺陷板人为产生的缺陷8.1.5CR检测工艺p 1.CR技术级别：技术级别：在在EN 147842：2005标准中，作出了类似于标准中，作出了类似于EN 444：1994标准的规定，即标准的规定，即CR技术也分成二级：技术也分成二级：A级，基本技术；级，基本技术；B级：高级技术。级：高级技术。灵敏度指标等同于胶片要求灵敏度指标等同于胶片要求
22、p 2.IP板系统的选择：板系统的选择：类似于胶片射线照相检验技术中胶片的选择，在类似于胶片射线照相检验技术中胶片的选择，在CR技术中应正确选用技术中应正确选用IP板系统。板系统。IP板系统应依据选用的技术级别、板系统应依据选用的技术级别、被检验对象的材料与厚度、采用的射线源类型和能量选择，被检验对象的材料与厚度、采用的射线源类型和能量选择，p 3.透照布置透照布置:类似于胶片技术类似于胶片技术p 4.透照参数：透照参数：确定入射方向、管电压、管电流、曝光时间、确定入射方向、管电压、管电流、曝光时间、焦距等工艺参数等，确定最佳检测灰度焦距等工艺参数等，确定最佳检测灰度(类似黑度要求类似黑度要求
23、)p 5.散射线防护：类似于胶片技术散射线防护：类似于胶片技术CR检测工艺卡8.1.6 CR图像处理规则 合格的合格的CR图像质量要求：图像质量要求：p图像灰度检查图像灰度检查p像质计灵敏度检查像质计灵敏度检查p虚假影像检查虚假影像检查p标记是否完整标记是否完整图像灰度检查曝光过渡检查图像目标区域的灰度是否位于20000,60000之内。像质计灵敏度检查 必须有像质计影像，否则图像无效。必须有像质计影像，否则图像无效。 观察像质计可识别的丝号是否达到要求。观察像质计可识别的丝号是否达到要求。 放大倍数要适当放大倍数要适当虚假影像检查虚假影像更多的是由虚假影像更多的是由IP板本身引起的，如划伤、
24、裁板本身引起的，如划伤、裁减不当、曝光前的受力摩擦、擦除不干净等。减不当、曝光前的受力摩擦、擦除不干净等。 标记是否完整标记包括检测时间、工件号、铅字标记等，标记包括检测时间、工件号、铅字标记等，若标记摆放完整正确，则图像有效。若标记摆放完整正确，则图像有效。CR图像评判原则CR图像的评判必须在专用图像处理软件上进行。图像的评判必须在专用图像处理软件上进行。图像操作：图像操作：p不能修改原始数据不能修改原始数据p放大、缩小、平移操作放大、缩小、平移操作p改变图像对比度改变图像对比度p缺陷尺寸测量缺陷尺寸测量(测量时要有标准参照物测量时要有标准参照物)p添加缺陷标记添加缺陷标记p注意：注意：CR
25、图像的导出将导致细节信息的丢失图像的导出将导致细节信息的丢失8.1.7射线CR技术的特点CR与胶片射线照相技术相比，具有以下优点和不足：与胶片射线照相技术相比，具有以下优点和不足：1）原有的）原有的X射线设备不需要更换或改造，可以直接使用。射线设备不需要更换或改造，可以直接使用。2）成像板尺寸可与当今任何）成像板尺寸可与当今任何X射线胶片尺寸相同，射线胶片尺寸相同，可以裁减和弯曲可以裁减和弯曲，具有与传统胶片相同的柔性和灵活性。具有与传统胶片相同的柔性和灵活性。3）具有）具有非常高的动态范围，宽容度大，曝光条件易选择非常高的动态范围，宽容度大，曝光条件易选择，很少存在，很少存在曝光不足或曝光过
26、度问题。曝光不足或曝光过度问题。4）在绝大多数情况下，所需要的曝光量较小，因而曝光时间比传统）在绝大多数情况下，所需要的曝光量较小，因而曝光时间比传统方式显著地减少，有利于辐射防护。方式显著地减少，有利于辐射防护。大概是胶片曝光量的大概是胶片曝光量的1/101/6左右，左右，但但IP板曝光所需的管电压却比胶片曝光所需的管电压高板曝光所需的管电压却比胶片曝光所需的管电压高10kV20 kV左右。左右。5）CR技术产生的数字图像存储、传输、查询、观察较方便。技术产生的数字图像存储、传输、查询、观察较方便。6）不需要暗室处理过程，有利于环保。）不需要暗室处理过程，有利于环保。7）CR成像的空间分辨率
27、可达到成像的空间分辨率可达到50微米，低于胶片的水平。微米，低于胶片的水平。8）不能直接获得图像，必须将）不能直接获得图像，必须将IP板放入读取器中才能得到图像。板放入读取器中才能得到图像。9）CR成像板与胶片一样，对使用条件有一定要求，不能在恶劣环境成像板与胶片一样，对使用条件有一定要求，不能在恶劣环境中使用。中使用。 8.1.8 射线CR应用(1) 厚度测量厚度测量-管道腐蚀检测管道腐蚀检测利用灰度增强的图像，能检测利用灰度增强的图像，能检测到管道腐蚀掉的和剩余的壁厚到管道腐蚀掉的和剩余的壁厚，可以检测直径小于，可以检测直径小于400mm的的管道，即使是高温管道也不受管道，即使是高温管道也
28、不受影响。影响。(2) 焊缝检测焊缝检测通常用于检测焊焊缝检测通常用于检测焊缝的焊接质量，通常缝的焊接质量，通常用于产品的生产和修理过用于产品的生产和修理过程中。也用于承压设程中。也用于承压设备的焊缝的在役检测。备的焊缝的在役检测。(3) 铸件检测非常适合检测铸件在浇铸过程非常适合检测铸件在浇铸过程中产生的缺陷，中产生的缺陷，通过简单的进行辐射曝光，铸通过简单的进行辐射曝光，铸件内的疏松、裂缝、夹杂等缺件内的疏松、裂缝、夹杂等缺陷能很容易的被检测出来进行陷能很容易的被检测出来进行评估。评估。(4) C/C复合材料CR检测40kV,10mA,120s(5) 某方形管CR检测280kV,5mA,2
29、40s8.1.9 工业射线CR检测标准1. ASTM E2007 - 08 Standard Guide for Computed Radiography Significance and Use 2. ASTM E2445-05 Standard Practice for Qualification and Long-Term Stability of Computed Radiology Systems 3. ASTM E2446-05 Standard Practice for Classification of Computed Radiology Systems 4. EN 1478
30、4-1 Non-destructive testing - Industrial computed radiography with storage phosphor imaging plates - Part 1: Classification of systems8.1.10 效益分析胶片胶片(80mm(80mm180mm)180mm)，IPIP板板(80(80300mm)300mm)可满足铸件检测要可满足铸件检测要求。求。(1) C4(1) C4胶片成本约胶片成本约4 4元元/ /张，曝光时间为张，曝光时间为3min3min，暗室处理时，暗室处理时间平均间平均1.6min1.6min，(
31、2) C7(2) C7胶片成本约胶片成本约3.53.5元元/ /张，曝光时间为张，曝光时间为3min3min，暗室处理，暗室处理时间平均时间平均1.6min1.6min，(3) IP(3) IP板成本板成本1.71.7元元/ /张，曝光时间为张，曝光时间为1.4min1.4min，IPIP板读取时板读取时间间0.5min/0.5min/张。张。分析分析：检测时间减少：检测时间减少50%50% 节约成本节约成本 2 2元元/ /单张单张结论结论：应用：应用CRCR技术，提高检测效率和降低成本。技术，提高检测效率和降低成本。 提高CR系统影像质量p提高提高CR系统影像质量的关键在于提高系统影像质量的关键在于提高X射线的转射线的转换效率，如增加换效率，如增加IP板的荧光层厚度，以提高量子检板的荧光层厚度，以提高量子检出效率；出效率；p减少减少IP荧光体内颗粒的尺寸，以提高发光效率，荧光体内颗粒的尺寸，以提高发光效率，减小减小IP的结构噪声等；的结构噪声等；p提高涂屏工艺水平，使提高涂屏工艺水平，使IP荧光层厚度尽可能均匀荧光层厚度尽可能均匀，减少人为散射。，减少人为散射。
