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1、第8章 射线CR与工业CT技术,8.1 射线CR技术 8.2 工业CT技术,8.1 射线CR技术,CR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，用储存荧光成像板代替胶片完成射线照相检测。 与其它数字射线照相技术相比，CR技术是最有希望的胶片替代技术。,8.1.1 CR的概念,CR：Computed radiology(ASTM标准) Computed radiography(EN标准) 计算机射线照相技术,8.1.2 CR的发展历程,CR技术方法最早由Kodak(Luckey，1975)提出。 1980年日本富士公司注册了影像板技术专利。 1981年，CR概念首次在
2、RSNA(北美放射学年会)上亮相，富士公司向业界宣告：CR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，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。,1983年，富士公司向美国市场推出了CR及配套的激光成像仪，成为世界上第一个实现CR技术商品化的公司。 1989年开始，富士胶片将FCR技术应用于工业探伤领域，开发出IP成像板用于取代X射线胶片。 美国1992年接受富士FCR-7000型和AC-1型CR系统。 柯达公司的第一个CR系统也于1992年安装 爱克发公司1994年推出ADC70型CR系统。 CR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GE、
3、德国德尔公司等。,8.1.3 射线CR检测原理-IP板,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。,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态，以蓝色光形式释放能量。,射线CR检测原理,射线束经过工件衰减后，以不同的强度照射在IP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能带(半稳态或更高能量的状态)，形成潜在影像(光激发荧光中心) 将IP板置入CR扫描仪内用激光束对IP板进行扫描
4、，在激光激发下(激光能量释放被俘获的电子)，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输出不同的能量。 可见光打到CR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，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。,曝光过程-步骤1,曝光形成潜影。透照方式与常规照相相同。射线照射到IP板，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，使原子产生电子跃迁而处于激发态。,步骤2,扫描。将IP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光能量后发生跃迁，产生蓝色光辐射。,步骤3,
5、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,核心： IP板+CR扫描仪 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CR系统由射线机、IP板、CR扫描仪、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系统分类,按照CR系统的主要性能，即信噪比SNR和基本空间分辨率SRb，可将CR系统分类。,CR系统的分类,IP板类型的表示方式是：IPXY。其中，X为类别代号：、（或1、2、3、）；Y为系统最大的基本空间分辨率，以微米（m）为单位表示。例如，IP100，表示的是：为类系统，系统最低的规
6、格化信噪比不小于52，系统最大的基本空间分辨力为100m。,射线CR系统核心指标,激光焦点尺寸12.5m 丝型像质计灵敏度要求 图像的最大不清晰度,即空间分辨率，可达10 Lp/mm(50m) 图像像素尺寸25m(与IP板有关) 16 bit原始数据，65536灰阶 最小信噪比SNR（反映对比灵敏度） 最小读出强度IIPX（其中X代表IP等级）,(1) 空间分辨率,空间分辨率是指从CR图像中能够分辨物体最小细节的能力，单位是Lp/mm(线对/毫米) 对CR技术来说，分辨率不仅仅取决于IP板(传统胶片的替代品)本身，还包括扫描仪。 一般而言，IP板中荧光颗粒晶体尺寸越大，IP板的基本空间分辨力越
7、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 直接读出线对值,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。,双丝像质计,测量不清晰度和空间分辨率 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像，此时被认为是可辨别的极限值。,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20%， 则此丝对
8、的两根丝是可识别的。,根据标准，用双丝像质计测量IP板基本空间分辨力时，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。,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5度。透照电压为90KV，管电流10mA，曝光时间1min，焦距1.5m。使用4倍放大镜观察，可以识别9号丝对，满足ASTM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5毫米宽度内均匀的排列着若干个相同的线对，构成一组线
9、对。,分辨率测试卡,系统的空间分辨率P (lp/mm)可表示为 其中d是通过图像刚好能识别的栅条宽度。 例如，通过图像刚好能识别的栅条宽度为0.25mm，则系统的空间分辨率为2.0lp/mm。,分辨率测试卡的结构与分辨率的关系,(2) 对比灵敏度,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、沿射线束方向的缺陷的最小尺寸。 ASTM标准E1647规定，对比度灵敏度采用对比度灵敏度测试块测定。,对比度灵敏度测试块结构,在对比度灵敏度试块上有四个方孔，它们的深度分别为对比度灵敏度试块厚度的1%，2%，3%，4%，制作材料一般采用被检对象材料。,T对比度灵敏度测试
10、块的厚度； R平底方孔深度； S垫块厚度。,CR系统性能稳定性鉴定,组合式图像质量指示器即CR像质计,A：T靶，材料为黄铜，长度114 mm，宽度5 mm的T形尺； B：为标准化的双丝型像质计； C：BAM蜗形盘，由铅箔条制做。直径尺寸不小于8 mm，铅箔条厚度为0.02 mm0.1 mm，铅箔条宽（高）度为1.5 mm2 mm，铅箔条之间（由低吸收材料形成）的间隔为0.1 mm0.2 mm ； D：楔型线对卡； E：ER，EC，EL，三个直径为19 mm、深度0.3mm的孔； F：盒位指示器，不显示图像； G：厚度为0.5 mm的均匀的铝条； H：有机玻璃板； I：线性刻度尺； J：AL，C
11、U，FE，对比度灵敏度指示器，AL厚度12.7 mm，CU厚度6.35 mm，FE厚度6.35 mm。,CR系统性能长期稳定性鉴定要求,三,8.1.5CR检测工艺,1.CR技术级别：在EN 147842：2005标准中，作出了类似于EN 444：1994标准的规定，即CR技术也分成二级：A级，基本技术；B级：高级技术。灵敏度指标等同于胶片要求 2.IP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CR技术中应正确选用IP板系统。IP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， 3.透照布置:类似于胶片技术 4.透照参数：确定入射方向、管电压、管电流
12、、曝光时间、焦距等工艺参数等，确定最佳检测灰度(类似黑度要求) 5.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CR图像质量要求： 图像灰度检查 像质计灵敏度检查 虚假影像检查 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。 观察像质计可识别的丝号是否达到要求。 放大倍数要适当,虚假影像检查,虚假影像更多的是由IP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。,标记是否完整,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
13、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。 图像操作： 不能修改原始数据 放大、缩小、平移操作 改变图像对比度 缺陷尺寸测量(测量时要有标准参照物) 添加缺陷标记 注意：CR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： 1）原有的X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X射线胶片尺寸相同，可以裁减和弯曲，具有与传统胶片相同的柔性和灵活性。 3）具有非常高的动态范围，宽容度大，曝光条件易选择，很少存在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
14、时间比传统方式显著地减少，有利于辐射防护。大概是胶片曝光量的1/101/6左右，但IP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。 5）CR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。 7）CR成像的空间分辨率可达到50微米，低于胶片的水平。 8）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。 9）CR成像板与胶片一样，对使用条件有一定要求，不能在恶劣环境中使用。,8.1.8 射线CR应用,(1) 厚度测量-管道腐蚀检测 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，可以检测直径小于400mm的管道，即使是高温
15、管道也不受影响。,(2) 焊缝检测,焊缝检测通常用于检测焊缝的焊接质量，通常 用于产品的生产和修理过程中。也用于承压设 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中产生的缺陷， 通过简单的进行辐射曝光，铸件内的疏松、裂缝、夹杂等缺陷能很容易的被检测出来进行评估。,(4) C/C复合材料CR检测,40kV,10mA,120s,(5) 某方形管CR检测,280kV,5mA,240s,8.1.9 工业射线CR检测标准,ASTM E2007 - 08 Standard Guide for Computed Radiography Significance and Use 2.
16、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 14784-1 Non-destructive testing - Industrial computed radiography with storage phosphor imaging plates - Part 1: Classification of systems,8.1.10 效益分析,胶片(80mm180mm)，IP板(80300mm)可满足铸件检测要求。 (1) C4胶片成本约4元/张，曝光时间为3min，暗室处理时间平均1.6min， (2) C7胶片成本约3.5元/张，曝光时间为3min，暗室
