王 軍，強(qiáng)天鵬，鄭 凱

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210003）

計(jì)算機(jī)射線成像（Computed Radiography，簡稱CR）技術(shù)所使用的射線探測器是成像板（Image Plate，簡稱IP）。在目前所有的數(shù)字射線成像技術(shù)中，成像板的物理性能是最與膠片一致的。成像板的厚薄程度與膠片相當(dāng)，可彎曲，可分割成不同尺寸和形狀［1］。在CR技術(shù)使用過程中，其透照方式與膠片技術(shù)一樣，不需要更換或改造射線設(shè)備，不需要特殊工裝，因此可以在任何場所替代膠片的使用。

CR技術(shù)通過曝光、掃描、成像，最終獲得數(shù)字化圖像。雖然其在適應(yīng)性方面與膠片技術(shù)極為一致，但在成像機(jī)理、獲得圖像的途徑上有著本質(zhì)的區(qū)別。因此有必要對CR技術(shù)的特性進(jìn)行了解，并與膠片技術(shù)進(jìn)行對比，尤其是比較兩者的差異，以利于CR技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

1 成像質(zhì)量的影響因素

根據(jù)ASTM E2445《無損檢測 計(jì)算機(jī)射線照相系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與鑒定方法》和ASTM E2446《無損檢測 計(jì)算機(jī)射線照相系統(tǒng)的分類》標(biāo)準(zhǔn)對于CR技術(shù)的描述，CR系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響因素包括IP系統(tǒng)空間分辨力、不清晰度、散射、對比度、信噪比以及軟件、掃描參數(shù)。另外，使用的Pb金屬屏的增感、過濾特性與膠片技術(shù)的差異等因素，對成像質(zhì)量也有著至關(guān)重要的影響。

2 特性差異比較試驗(yàn)

以下針對Pb增感屏影響、空間分辨力、散射線影響等幾方面，討論CR技術(shù)與膠片技術(shù)的差異，并通過試驗(yàn)比較兩者的不同之處。

2.1 Pb增感屏影響

通過試驗(yàn)，可以了解Pb金屬屏在CR照相中的作用，同時通過與膠片技術(shù)中的增感作用相比較，了解CR照相是否與膠片射線照相一樣，兩者Pb屏作用是否相同。

2.1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

增感屏的增感性能可用增感系數(shù)Q表示，了解Pb屏在CR照相中的作用可通過測量增感系數(shù)來完成。其中增感系數(shù)是指成像板（膠片）一定、線質(zhì)一定、掃描參數(shù)（暗室處理）條件一定時，為得到同一灰度值（黑度）圖像（底片），不用增感屏的曝光量E0與使用增感屏?xí)r的曝光量E之間的比值，即Q＝E0／E［2］。

由于很難得到兩幅圖像的灰度值（即黑度）相同，同時試驗(yàn)證明灰度值與曝光量成正比（圖1，忽略本底灰霧度），因此可用曝光量相同的情況下得到的使用增感屏?xí)r的灰度值與不用增感屏的灰度值之間的比值來計(jì)算增感系數(shù)［3］。

2.1.2 試驗(yàn)過程

透照12mm厚開孔鉛板，得到的CR圖像見圖2，并使圖像中每個孔分別得到不同的曝光量。試驗(yàn)步驟如下：

圖1 某特定管電壓下IP曝光量與灰度值對應(yīng)關(guān)系曲線

圖2 增感系數(shù)測試的CR圖像

（1）固定X射線機(jī)、透照布置、曝光量、掃描儀、掃描參數(shù)。分別不用增感屏、使用0.03mm增感屏、使用0.1mm增感屏對IP進(jìn)行曝光，在相同的曝光時間下比較分析灰階值和黑度的變化，計(jì)算增感系數(shù)，得出該射線能量下不同厚度增感屏有無增感作用。

（2）分別用120，220，320kV管電壓進(jìn)行曝光試驗(yàn)。

（3）分別選用不同型號IP進(jìn)行曝光。

（4）讀出不同實(shí)驗(yàn)條件下的CR圖像灰階值。

（5）記錄、比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總。

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

利用試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到CR技術(shù)Pb金屬屏的增感系數(shù)。同時通過試驗(yàn)得到Agfa D4、Agfa C7膠片在相同線質(zhì)、相同增感屏情況下的增感系數(shù)，結(jié)果見圖3。

圖3 不同IP和膠片的增感系數(shù)比較

2.1.4 結(jié)論分析

在射線照相中，與探測器直接接觸的Pb屏有以下兩個基本效應(yīng)：

（1）增感效應(yīng)：Pb增感屏受透射射線激發(fā)產(chǎn)生二次電子和二次射線，二次電子和二次射線能量很低，極易被探測器吸收，從而能增加對探測器的感光作用。

（2）吸收效應(yīng)：對波長較長的散射線有吸收作用，從而減少散射線引起的灰霧度，提高影像對比度。

電壓較低時，軟X射線成分較多，加Pb屏后，對波長較長的軟射線起吸收作用。因此射線能量較低時，Pb增感屏不起增感作用，只起濾波作用；電壓較高時，線質(zhì)變硬，Pb屏受透射射線激發(fā)產(chǎn)生二次電子和二次射線，有增感作用。但試驗(yàn)證明，Pb屏對IP增感作用不大。

另外，感光材料顆粒度不同，則IP分辨力不同，而且不同廠家的IP可能存在配方不同的現(xiàn)象。因此即使在相同射線能量和Pb增感屏的情況下，不同IP的增感程度也不同，在實(shí)際使用時需通過試驗(yàn)或曝光曲線的制作來確定曝光參數(shù)。

CR技術(shù)在使用Pb屏?xí)r，增感作用不明顯。最大的增感系數(shù)只有1.35，遠(yuǎn)低于膠片。電壓較低時（如120kV），增感屏沒有增感作用，過濾作用明顯，這時增感系數(shù)小于1。

2.2 空間分辨力

根據(jù)ASTM E2446標(biāo)準(zhǔn)，基本空間分辨力（Basic spatial resolution）是指CR系統(tǒng)有效像素尺寸，可使用雙絲像質(zhì)計(jì)（IQI）測得的不清晰度讀出值除以2得到。

比較空間分辨力指標(biāo)對于CR技術(shù)和膠片技術(shù)而言有很大差距。膠片技術(shù)中膠片銀鹽粒度很?。?.01mm以內(nèi)），分辨力很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人眼的觀察能力，對視覺效果不構(gòu)成影響，因此長期以來膠片檢測運(yùn)用中未提出分辨力的問題。但對于CR技術(shù)，因其指標(biāo)明顯低于膠片技術(shù)，在運(yùn)用中就顯得很重要。

試驗(yàn)結(jié)果證明，HD－CR的系統(tǒng)分辨力可達(dá)雙絲透度計(jì)的13D（圖4），即分辨力可達(dá)50μm，這個數(shù)值已經(jīng)達(dá)到了人眼的識別極限。也就是說如果使用膠片技術(shù)，雖然膠片實(shí)際分辨力會更低，但極限識別數(shù)據(jù)也只能達(dá)到50μm，因此CR技術(shù)對于分辨力這一指標(biāo)是可以與膠片技術(shù)達(dá)到相同的實(shí)際效果的。目前國外技術(shù)機(jī)構(gòu)提供的有關(guān)CR分辨力的第三方試驗(yàn)報(bào)告可達(dá)40μm，制造商提供的數(shù)據(jù)可達(dá)25μm，可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際使用要求［4］。

圖4 HD－IP成像板管電壓90kV時系統(tǒng)分辨力測試圖像

根據(jù)ISO 17636.2《焊接無損檢測 焊接接頭射線照相檢查 第二部分：采用數(shù)字探測器的X和γ射線照相技術(shù)》三個補(bǔ)償原則的規(guī)定，在運(yùn)用數(shù)字檢測技術(shù)時，可以運(yùn)用補(bǔ)償原則來彌補(bǔ)某一指標(biāo)的不足。其規(guī)定為：通過提高信噪比補(bǔ)償探測器清晰度的不足（如提高絲型像質(zhì)計(jì)的絲號或孔型像質(zhì)計(jì)的孔號值來彌補(bǔ)雙絲像質(zhì)計(jì)線對號）。根據(jù)補(bǔ)償原則，如果所用探測器系統(tǒng)和曝光條件無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的分辨力，則可通過提高信噪比來提高單絲可見度或階梯孔型透度計(jì)可見度作為補(bǔ)償超出的不清晰度值。例如對于指定探測器的設(shè)置沒有達(dá)到需要的D12和 W16（5mm壁厚、B級），則D11和W17可認(rèn)為相當(dāng)于D12和W16的檢測靈敏度［5］。

作為一個重要指標(biāo)，各種CR技術(shù)的分辨力遠(yuǎn)低于膠片技術(shù)，長期以來，分辨力已成為CR技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。補(bǔ)償原則利用CR技術(shù)的優(yōu)勢（在一定范圍內(nèi)，CR技術(shù)靈敏度高于標(biāo)準(zhǔn)要求）來彌補(bǔ)了自身的劣勢，克服了這一主要技術(shù)障礙，使CR技術(shù)的工程應(yīng)用又向前跨進(jìn)了一大步。

2.3 散射線影響

根據(jù)資料和經(jīng)驗(yàn)，CR系統(tǒng)對軟射線較膠片敏感，因此散射線對IP的影響是明顯的，可以通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

分別透照平板試塊和厚度相當(dāng)?shù)碾A梯試塊，通過對圖像的分析，比較散射線的影響。所用射線機(jī)型號為ISOVOLT Titan 320，IP類別為Duerr白色I(xiàn)P，掃描儀型號為 HD－CR 35NDT，掃描參數(shù)為50μm（Hv650Laser6rpm3000）。試驗(yàn)結(jié)果見表1，CR圖像見圖5。由圖5（a）和（b）可見，階梯試塊邊緣明顯有被侵蝕現(xiàn)象，圖像質(zhì)量低于對平板的透照。平板能看到0.2mm透度計(jì)鋼絲（0.25mm鋼絲較清晰），前者0.25mm鋼絲不可見。對平板透照時曝光量明顯大于前者。這是因?yàn)閷π」ぜ蛲刚蘸穸炔钶^大的工件透照時，有明顯的邊蝕散射作用。由于IP對軟射線較為敏感，因此，在邊蝕散射明顯的情況下，圖像灰度值變大，靈敏度降低。

表1 散射線影響試驗(yàn)結(jié)果

圖5 CR圖像

3 結(jié)語

通過試驗(yàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究，CR技術(shù)和膠片技術(shù)存在一些特性差異，包括：

（1）在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用CR技術(shù)進(jìn)行照相時，Pb金屬屏的增感系數(shù)較低，甚至小于1，起不到增感作用。使用增感屏的主要作用是過濾散射線，提高檢測靈敏度。

（2）CR技術(shù)的分辨力已經(jīng)達(dá)到了人眼的識別極限，并且，應(yīng)用補(bǔ)償原則，允許CR技術(shù)比膠片技術(shù)有更大的不清晰度，不要求數(shù)字圖像的像素達(dá)到膠片顆粒度水平，這使目前的CR技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，也使整個投入和運(yùn)行成本得到控制，對新技術(shù)的發(fā)展起著非常積極的推動作用。

（3）CR系統(tǒng)對散射線的敏感程度要超過膠片技術(shù)，因此，要得到較好的圖像質(zhì)量，在CR技術(shù)應(yīng)用過程中對散射線必須注意防護(hù)。

在將CR技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域過程中，既要認(rèn)可射線檢測的一般原理、公認(rèn)慣例，又要根據(jù)其特點(diǎn)，掌握其與傳統(tǒng)膠片技術(shù)的不同之處，并了解這些不同之處對應(yīng)用的影響。只有清楚地掌握了其普遍性和特殊性，才能更好地使該項(xiàng)新技術(shù)得到應(yīng)用，并為人們普遍接受。

［1］ 李博.CR技術(shù)的進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)體系［R］.2009遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇，蘇州，2009.

［2］ 強(qiáng)天鵬.射線檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

［3］ 王軍，強(qiáng)天鵬，黃慶華.鉛屏在計(jì)算機(jī)射線照相中的作用［C］.全國第九屆無損檢測學(xué)術(shù)年會，上海：2010.

［4］ 王軍，強(qiáng)天鵬，黃慶華.計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)的靈敏度研究［C］.2011遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇，杭州：2011.

［5］ 強(qiáng)天鵬，王軍，黃慶華.數(shù)字射線照相國際標(biāo)準(zhǔn)ISO17636－2介紹［R］.無損檢測人員資格復(fù)試考核技術(shù)講座，南昌：2012.