【正文】 別 )與膠片射線照相技術(shù)級別的對等性問題。 顯然，在研究等價性問題時， 必然涉及射線檢測圖像的對比度、清晰度 (空間分辨力 )、顆粒度(噪聲 )。 Computed Radiology)，是數(shù)字射線檢測技術(shù)中一種新的非膠片射線照相檢驗技術(shù)。它是在支持物上涂覆非晶硅層，在大約 1000V 的電壓下，硅層中可形成均勻的靜電圖像。一些研究者還提出了，采用絕緣塑料箔代替非晶硅層作為靜電干 板 。該圖像采用激光激發(fā)時，可產(chǎn)生與吸收的Ｘ射線 5 劑量 成比例的熒光發(fā)射。本文依據(jù)這些標準的內(nèi)容、相關(guān)文獻的內(nèi)容和近年我們關(guān)于 CR 技術(shù)進行的一些試驗結(jié)果，對 CR 技術(shù)作系統(tǒng)性的介紹。這種光發(fā)射與原來接收的射線劑量成比例。 信噪比 SNR：定義為線性化信號強度與該信號強度下的噪聲標準差之比。 基本空間分辨力 SR：它可定義為 CR圖像不清晰度值的 1/2(見 ASTM E2446 第 ； EN 14784－ 1 第 條 )不清晰度值規(guī)定采用雙絲像質(zhì)計 (或楔型線對卡 )測量。 其中， X 為類別代號：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、?? (或 ?? )； Y 為系統(tǒng)最大的基本空間分辨力，以微米 (μ m)為單位表示。因此，采用同一 IP 板可以構(gòu)成不同類別的 CR 系統(tǒng)。熒光物質(zhì)目前主要采用的是氟鹵化鋇(二價銪激活 )。 背襯層制成黑色，防止激光在熒光層和支持層的界面反射。 與膠片相比， IP 板具有很寬的動態(tài)范圍，一般可達到 104： 1 以上，圖 4 給出 了其動態(tài)范圍與膠片動態(tài)范圍比較的情況。 激發(fā)譜特性給出的是 IP 板采用不同波長激光激發(fā)時， IP 板發(fā)射熒光的相對值，見圖 7。 目前使用的 IP 板的主要特性如下 a. 適用能量范圍： 10kV～ 32MeV； b. 最大視場：約 35cm 43cm； c. 分辨力：可達 6～ 10Lp/mm； d. 動態(tài)范圍大：可達 104： 1 以上 f. IP 板使用壽命：約 5 年。 IP 板圖像掃描讀出是采用一定尺寸的 630nm的激光束，按照程序設(shè)定的方式掃描 IP 板，完成圖像讀 出。數(shù)字圖像文件貯存在計算機內(nèi)存中，成為初始圖像。一些功能完 全的掃描器，在讀出過程中可以完成下面操作： 打開暗盒─→定位 IP 板─→掃描 IP 板上的圖像─→消除 IP 板上的圖像─→定位 IP 板─→關(guān)閉暗盒─→退出暗盒 掃描器功能不同，其外形與結(jié)構(gòu)也不同，市場上已有多種樣式的 IP 板掃描讀出器。這方面的情況，可通過“ T 靶” (見后文 )的圖像進行評價。 ● 輸送機構(gòu)功能：輸送機構(gòu)的任何不平穩(wěn)性，可導致 IP 板移動的不均勻、側(cè)滑，從而導致 掃描的不均勻、讀數(shù)的不均勻。 CR 技術(shù) CR 技術(shù)的基本過程 CR 技術(shù)檢驗的主要過程如下： 透照 ──→ IP 板讀出 ──→ 評定 圖 10 給出了檢驗的主要過程示意圖。控制的主要方面也分成：技術(shù)級別、 IP 系統(tǒng)選擇、透照布置、透照參數(shù)、散射防護、圖像要求等方面。可以用 Cu、 Ti、 W 代替 Fe，只要像質(zhì)計靈敏度符合要求。 透照布置 透照布置考慮的方面 與常 規(guī)膠片射 線照相檢驗相同，也是透照方式、透照方向、一次透照區(qū)。 透照參數(shù) 類似于常規(guī)膠片射線照相檢驗技術(shù)，從 X 射線允許的最高管電壓、其他射線源適宜的透照厚度、最小源到物體的距離、 γ 射線的曝光時間等作出限定性規(guī)定。 (3) 源到物體的最小距離 這方面的主要規(guī)定與常規(guī)膠片射線照相檢驗相同，不同的是，目前的標準中未作出允許減小的放松規(guī)定。 (4) γ 射線曝光時間 關(guān)于 γ 射線的曝光時間，也規(guī)定輸源時間應不大于總的曝光時間的 10%。鉛片厚度一般為 ～ 2 mm。透照后在掃描讀出圖像后，從圖像上“ B”字的顯現(xiàn)情況作出判斷。 表 5 CR 圖像的信噪比與最小讀出強度的最低要求 CR 技術(shù)級別 系統(tǒng) X 的最小讀出強度 最小信噪比 SNR A 級 IIPX SNRIPX B 級 IIPX SNRIPX 注： X 為 IP 板的類別， SNRIPX 為該類別 IP 板的最小信噪比值， IIPX 為該類別 IP 板滿足最小信噪比時的最小讀出強度值。在 ASTM 的有關(guān)標準中給出了表 2－ 7 所示的結(jié)果，并認為，其可得到對應于膠片射線照相檢驗時底片黑度不小于 的圖像質(zhì)量。對于 CR 技術(shù)，這些方面則轉(zhuǎn)換成為 CR 系統(tǒng)性能的長期穩(wěn)定性要求。 核查這些性能的一個主要器件是圖 2－ 10 所示的組合式圖像質(zhì)量指示器。 圖 11 CR 系統(tǒng)組合式質(zhì)量指示器示意圖 CR 系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性鑒定試驗 13 CR 系統(tǒng)空間分辨力的鑒定試驗 CR 系統(tǒng)空間分辨力采用雙絲像質(zhì) 計或楔型線對卡測定。 (2) 透照電壓：對于 160kV 以上的應用，應采用 220kV 管電壓；對于低能的應用，應采用 90kV管電壓。 如果采用楔型線對卡測量，則楔型線對卡應在與激光掃描線平行與垂直兩個方向測量，當楔型線對卡應在與激光掃描線成 45?放置時，讀數(shù)應除以 。 (1) IP 板與暗盒：采用典型的 IP 板暗盒，暗盒中是否使用增感屏決定于透照管電壓。 X 射線管應采用 厚度的鋁濾波。測量結(jié)果按下式計算 (測量過程，各符號意義可參閱文獻 [7]～ [10])： 100,PSLmeasN ISNR ?? (6) SNR 值應不低于初始值的 90%。測定試驗時，應用 2個線性刻度尺放在 IP 暗盒上，一個平行于掃描方向，一個垂直于掃描方向。當性能降低時，一個可能的后果是圖像上出現(xiàn)階梯狀圖像。透照后，從讀出的圖像評定 (并可用于測定 CR 系統(tǒng)的 MTF)。 模糊或閃爍鑒定試驗 模糊或閃爍鑒定試驗用于核查光探測器的飽和性和從高光強度到低光強度轉(zhuǎn)換的性能。 側(cè)滑鑒定試驗 側(cè)滑鑒定試驗用于核查由于在掃描器中 IP 板的滑動或掃描和讀數(shù)系統(tǒng)的任何不均勻性，由此將造成對均勻曝光區(qū)讀數(shù)線強度的不同。孔的直徑為 19mm，深度為 。 15%；當透照的焦距為大于 5m時，應不超過中心孔 像 素灰度值的177。應依據(jù)這個要求，確定擦除設(shè)備和擦除時間。 關(guān)于 CR 技術(shù)的部分試驗情況 15 為了掌握 CR 技術(shù)在工業(yè)射線檢測中應用的性能，特別是與膠片射線照相檢驗技術(shù)比較對缺陷的檢驗能力，以期能對 CR 技術(shù)的工業(yè)應用給出一個比較明 確的認識和應用范圍的界定，近幾年我們先后進行了三次不同 CR 系統(tǒng)性能的試驗。產(chǎn)生這種情況的主要原因是 CR 系統(tǒng)的空間分辨力遠低于膠片射線照相技術(shù)系統(tǒng)。泛泛地討論 CR 系統(tǒng)代替膠片照相技術(shù)系統(tǒng)不是正確的方向。而相對比度射線檢測技術(shù)，不僅基于射線吸收對比度，而且主要是基于射線相位對比度的檢測技術(shù)。從此形成了 相對比度射線檢測技術(shù)?？梢源_定裂紋的深度，也可以確定埋藏裂紋的長度。 研究各種射線相對比度成像方法，研究影響相對比度成像技術(shù)因素，研究對比度成像技術(shù)的可能應用等。 2020 年 3 月有報道，研究人員在美國《國家科學院學報》月刊上撰文指出，采用 X 射線 相對比度成像技術(shù)，得到了 3 億年前魚腦化石的三維復原圖像，可以顯現(xiàn)魚腦的小腦、脊髓、視葉和神經(jīng)。由于束縛電荷極化落后于外場的變化 (“馳豫現(xiàn)象” )，由于電子在離子晶格中運動將受到晶格的阻滯，這導致介質(zhì)中電場變化將落后于外場的變化。按照電磁波的麥克斯韋方程，在介質(zhì)中傳播的電磁波相速度決定于介質(zhì)的相對介電常數(shù)和相對磁導率，因此介質(zhì)的折射率也必須采用復數(shù)形式。與在真空傳播相比，在介質(zhì)中傳播發(fā)生的相移為 r??? ???? 2 r? 為在介質(zhì)中傳播的距離。即，衍射是由于存在障礙物，使得光的振幅或相位發(fā)生改變，導致光的強度在空間呈現(xiàn)重新分布的現(xiàn)象。夫朗和費衍射是遠場衍射，即障礙物與光源、障礙物與接收屏之間的距離均為無限遠的情況。不同的是，干涉是有限個相干波的迭加，而衍射是無限多個相干波的迭加。兩者結(jié)合即是惠更斯 －菲涅耳原理 (見圖 15)。由于不同小面元與該點距離不同、方向不同，因此在到達該點時將具有不同的振幅和位相，這樣一來疊加后將具有不同的強度，形成得到的衍射圖樣。 當光源為單色點光源，兩列光波合成后得到的對比度與兩列光波光強的比相關(guān)。如果光源沿縫的長度方向延伸，光源上各點到縫的距離對稱，所產(chǎn)生的各級干涉條紋互相不錯開。 實際光源，由于原子發(fā)光都是斷續(xù) 的，每次發(fā)光僅延續(xù)一很短的時間 (約 10－ 8s)。干涉條紋的位移量隨 ?? 增大而增大，因此， ?? 限制了干涉條紋的可見性。 相對比度射線檢測技術(shù)原理 物體中的不同部分或缺陷，可認為由不同介質(zhì)組成，因此對射線具有不同的折射率。 (1) 同步輻射源 同步輻射，即高能粒子，特別是高能電子在磁場中偏轉(zhuǎn)運動時發(fā)出的輻射。但裝置復雜、成本高。導線瞬時通過強電流引起 (內(nèi) )爆炸可產(chǎn)生等離子體。 圖 16 等離子體 Z－ Pinch 源產(chǎn)生 X 射線的過程 [5] (3) 常規(guī) X 射線源 在相對比度射線檢測技術(shù)中，運用常規(guī) X 射線源時，必須考慮相對比度射線檢測技術(shù)對射線提出的相干性要求，必須考慮獲得一定相移的要求。對于 無損檢測技術(shù)，最關(guān)心的也是這方面研究的進展。 在 目前，產(chǎn)生相對比度射線檢測圖像的方法基本可分為三類：干涉成像、衍射增強成像、吸收與衍 射增強相結(jié)合成像 (在線相對比度成像 )。方法的基本布置如圖 17 所示，實際布置如圖 18?？梢灾亟úㄇ跋嗟妮喞?。從這個導數(shù)，通過積分可重建定量的相輪廓。相關(guān)于衍射圖樣的主要參數(shù)是缺陷垂直于射線方向的尺寸、射線穿過缺陷的路徑長度引起的相移、物體與探測器間的距離等。它是吸收、折射、衍射作用的綜合結(jié)果。這些問題降低了射線的相干性，使相對比度成像困難。圖中同時 給出的常規(guī)射線照相圖像與相對比度射線照相圖像。 (3) 在線相對比 度成像試驗 采用纖維和鈣的微粒 (尺寸和質(zhì)量范圍從可見到不可見 )模擬人體組織的試樣進行試驗研究。 (2) 相對比度射線檢測技術(shù)的檢測布置采用放大布置，使成像的射線束具有滿足成像要求的相位差。 5 多能射線檢測技術(shù)介紹 多能射線檢測技術(shù)基本原理 當射線與物質(zhì)相互作用時，將發(fā)生光電效應、康普頓效應、電子對效應等，這些作用的截面和作用特點等，與射線能量相關(guān)，也與物質(zhì)組成 (原子序數(shù) )相關(guān)。 目前研究的主要是雙能射線檢測技術(shù)。對密度相同、但原子序數(shù)不同的物質(zhì)，可給 出不同的圖像。 有效原子序數(shù)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)最重要參數(shù)中應特別注意的一個參數(shù)，從它可粗略地確定物質(zhì)的化學成分。按照采用的射線源和探測器特點，可采用不同方法實現(xiàn)這個過程。主要是研究各種雙能成像技術(shù)，包括雙能射線檢測技術(shù)實現(xiàn)方法、成像方法、探測器使用、圖像分離算法等。對二幅圖像進行相減處理，進行圖像分離，給出物體的二種不同成分的結(jié)構(gòu)情況。圖 25 是一種采用雙探測器實現(xiàn)雙能射線檢測的技術(shù)、對一由鋁板和塑料板組成的試件獲得的雙能減影圖 像。 (依次為：試件組合圖像，塑料板與塑料塊圖像，鉆孔鋁板圖像 ) 圖 25 雙能減影技術(shù)一個試驗結(jié)果 [1] 圖 26 結(jié)石的常規(guī)圖像與雙能圖像 [9] 22 在醫(yī)療研究領(lǐng)域，成功實現(xiàn)了多種雙能減影技術(shù)，圖 26 顯示了常規(guī)射線照相圖像與雙能射線照相圖像，雙能圖像清楚顯示了存在的結(jié)石。理論結(jié)果與試驗具有很好的符合性 (見圖 27)，該關(guān)系可應用于各種能量。例如，區(qū)分木材 (有效原子序數(shù)為 ～ )、炸藥 (有效原子序數(shù)為 ～ )、 Soap(有效原子序數(shù)為 ～)。即 ? ? ? ? ? ???????????????????222111 ?????? ???? EaEaE 所出現(xiàn)的系數(shù) ?? 21 ,aa 描述了材料的質(zhì)量衰減系數(shù)對射線能量的依賴性。用此校準多項式，任何雙能透射測量可轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)材料等價成分。該試件的字母“ H”由 5mm 的 聚乙烯 制做，上面蓋有鎘片，字母“ U”由薄的 乙烯樹脂 制做。 (En＝ － ) (En＝ － ) (En＝ － ) 圖 29 中子 TOF 技術(shù)獲得的試件圖像 [8] 6 T 射線檢測技術(shù) 介紹－ 2020 T 射線檢測技術(shù)概述 T 射線概念 T 射線，即太赫茲波，是頻率為 ～ 10THz(1THz＝ 1012Hz，波長為 30μ m～ 3mm)的電磁輻射， 其波段處于微波與紅外波段之間，屬于遠 (極 )紅外波段。 (3) 物質(zhì)的太赫茲譜 (包括透射譜和反射譜 )， 包含了豐富的物理和化學信息，可通過分析它們的特征譜研究物質(zhì)成分。對頻率較低的紅外線等，只能使質(zhì)量大得多的粒子 (原子核、離子、分子 )的電子產(chǎn)生受迫振動。在光學各向同性的均勻介質(zhì)中，初波與次波干涉的結(jié)果形成透射波。對于可見光、紅外線等低頻電磁 輻射，在傳播過程中的吸收服從比爾－朗伯吸收定律。 2020 年以后，美國航空航天局將 T 射線檢測技術(shù)作為了航天飛機泡沫材料質(zhì)量的檢測技術(shù)之一。目前主要是利用超短激光脈沖激發(fā)不同物