X射线管屏数字成像的研究与分析

王占富+宋智文

摘 要：文章从管屏数字成像原理、设备主要构成、设备参数选择和实际测试等方面介绍了管屏数字成像。并通过实际参数实验将X射线管屏数字成像设备的成像质量调整到了最佳状态。

关键词：X射线；数字成像；设备

1 管屏X射线数字成像设备主要工作原理

X射线数字成像是以数字化的面阵探测器作为X射线的信号检测器，该种探测器的外层是对X射线光子具有高吸收率的晶体屏，它吸收X射线并转换成可见光；转换的可见光信号再由非晶硅光电二极管转换成电荷；形成的电荷经过不断积累最后由薄膜晶体管TFT集成电路读出，并完成模拟信号到数字信号的转换。

外层的光子转换屏越厚，转换的可见光就越多，但同时系统能够记录的最小细节尺寸会随之增大；光电二极管的间距被叫做数字图像的像素间距，间距越大，电荷转换效率越高，但它又限制着系统能够辨别的最小细节尺寸，过大的像素间距会导致一些细小特征无法成像或辨认。

2 管屏X射线数字成像设备构成

2.1 X射线机

采用高频率、高稳定的微处理器控制的恒压320kV X射线机系统。配COMET金屬陶瓷MXR-320kV/23 X射线管，其双焦点 1.0/0.4mm，焦点功1800W/800W，最高工作电压320kV，管电压50～320kV连续可调，自动恒功率操作。其特点：工作频率40KHZ，抗干扰，纹波小，高稳定性连续工作时间长等优点。

2.2 图像系统

采用美国珀金埃尔默XRD 0822AP平板X射线探测器，具有88 d B的动态范围以及高达每秒100帧的帧频（fps）、具有多种读出方式。探测器适用从60kev-15MeV的宽泛的射线能级并可选配多种射线防护及闪烁体。图像亮度和对比度连续可调并能够充分满足图像观测要求。

二套光栅分别安装在X射线管和平板探测器上，其中X射线管前的光栅是气动控制光闸，为的是进管时保护平板探测器不受射线直接照射；而平板前的光栅是电动控制光闸，且水平方向的上、下和垂直方向的左、右均可实现分别单独控制，为的是更好的屏蔽部分图像系统的输入屏，使局成像清晰准确，从而提高成像的质量。

2.3 工控机

工控机用于采集检测的图像信息，进行图像处理并对检测图像进行技术评定，例如一条环形焊缝动态图像的连续观察或静态图像的多次截取以及图像对比度的调整等，加上产品令号、编号、时间、操作人员等多项信息的同屏显示等等。总之，通过软件的处理，可实时观测到时检测图像内部的各项信息。检测结果可储存并刻录在光盘之上以便长期保存和日后的查阅。

3 系统技术参数分析

在X射线成像检测中，空间分辨率、对比度是两个非常重要的指标，前者描述了X射线转换媒质的性能，后者被用来衡量获取的图像质量。

3.1 空间分辨率

空间分辨率表征了系统能够记录的最小细节尺寸，通常用LP/mm（每毫米线对数）表示，可以用专门制作的线对卡在X射线下曝光成像来测试系统的空间分辨率。

3.2 图像对比度

图像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的图像细节的尺寸，是评价图像质量的重要指标。在X射线检测系统中，图像的对比度通常是指图像与背景的灰度之差。

对比度不仅仅与探测器有关，还关系到成像系统的各个环节，影响的主要参数除了射线在工件中的衰减系数外，散射也是影响对比度的主要原因。非晶硅面阵探测器的转换屏都设置成又柱状闪烁晶体排列而成，使射线在闪烁体内只能沿直线传播，可以有效降低散射线对对比度的影响。

4 实际测试

在实际使用中，我们选择已知有缺陷的样管进行了大量实验，通过调整X射线电压、电流、曝光量、焦距等参数，将X射线管屏数字成像设备的成像质量调整到了最佳状态。

管子尺寸：51*7；电压：226kV；电流：3.55mA；焦点：0.4；像质计在胶片测 13号像质计；像质计可识别5根；积分次数：50次；采集帧速99ms；可清晰发现一个气孔缺陷。（图1）

积分次数和采集帧速也是决定射线经由探测器调制后强度大小的一个因素，积分次数和采集帧速越大，强度越大，且呈线性关系。另外增加探测器的积分时间，会大大降低噪声，也是常用的一种降噪的有效处理手段，降噪实际就是使图像更平滑，降噪技术即是各种平滑技术。采取的手段就是对图像采用某种方式求平均，但是由于噪声和信号通常呈现相似特征，所以平滑降噪的同时会是图像模糊，甚至会导致降噪毫无意义。但积分次数增大的同时会延长成像时间，对工作速度有一定影响。经过我们的多次测试与对比。将积分次数定位30以上，采集帧速根据管材壁厚决定。管子壁厚越厚，采集帧速越高。

管子尺寸：51*7；电压：178kV；电流：4.45mA；焦点：0.4；像质计在胶片测；12号像质计；像质计可识别5根；积分次数：50次；采集帧速99ms；可清晰发现内凹。（图2）

5 结束语

该设备采用了国际最先进的非晶硅平板探测器数字成像技术，成像质量清晰，检测灵敏度高，满足NB/T47013、ASME等相关标准及法规要求。主要用于：组装成屏（管子直径：Φ20～Φ76mm）成排（包括换管、插管）焊口、半元件管子焊口、短直管焊口（工业电视无法实施检测）。

参考文献

[1]张俊生，王明泉，郭永亮，等.影响X射线数字成像系统分辨率的因素分析[J].CT理论与应用研究，2011，02：227-234.

[2]张祥春，蔡良续，张鹭.X射线数字透射成像图像质量影响因素分析[J].无损检测，2011，09：72-75.