DR檢測系統平板探測器響應特性的研究

摘 要：平板探測器是DR系統中主要的成像設備，掌握平板探測器的響應特性可大大提高影像質量、降低劑量、提高檢測效率。研究了平板探測器對Χ射線能量和強度的響應特性，從而為DR檢測技術提供指導。

關鍵詞：DR檢測；平板探測器；成像設備；響應特性

中圖分類號：TH774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.077

射線照相技術是一種可靠的檢測手段，已被大范圍應用在各個領域的無損檢測中。數字平板直接成像（Director Digital Panel Radigraphy，DR）是近幾年發展起來的Χ射線數字化成像技術，具有快速成像、成像質量高、成像區域均勻、動態范圍成像、空間分辨率和靈敏度高等優點，被認為是目前最有可能取代傳統膠片成像的成像技術。DR檢測在醫學疾病診斷和工業檢測評價領域發揮了較大的作用，獲取高質量圖像一直是DR技術的研究熱點。因此，在采用平板探測器的DR檢測系統中，平板探測器響應特性的研究對圖像質量的提高具有重要意義。

1 DR系統

DR成像系統主要由Χ射線源、平板探測器（Flat Panel Detector，FPD）、工控計算機等組成（如圖1所示）。Χ 射線源發出Χ射線光子，穿透工件后被平板探測器接收并轉換為電信號，再由A/D 轉換電路轉換為數字化信息，傳輸至計算機生成數字圖像，并顯示、保存。DR檢測系統于近幾年逐漸應用于工業檢測中，隨著技術的發展，探測器性能的不斷優化，DR成像系統的圖片質量接近膠片成像，缺陷檢出率比膠片成像系統高出很多。此外，DR技術同樣存在許多技術問題尚待解決，比如DR圖像處理技術、平板探測器的校正等。DR檢測系統原理示意圖如圖1所示。

圖1 DR檢測系統原理示意圖

2 平板探測器

DR檢測系統采用平板探測器作為圖像采集設備，具有成像快速、便捷的特點，比傳統膠片擁有更高的量子檢測效率（DQE）。平板探測器的數字成像動態范圍廣、散射損耗低、圖像采集速度快。

平板探測器根據能量轉換方式分為直接轉換型和間接轉換型。直接轉換型FPD使用光導體材料，經Χ射線曝光后轉化為電信號，通過薄膜半導體陣列（Thin Film Transistor array，TFT）存儲，再經過A/D轉換得到數字圖像；間接型轉換型FPD使用閃爍晶體經Χ射線曝光后將Χ射線轉換為可見光，再由光電二極管陣列轉換為電信號并逐行取出轉換為數字圖像。

平板探測器成像質量的性能指標主要從3個方面評價：量子檢測效率（Detective Quantum Efficiency，DQE）、空間分辨率（Spatial Resolution，SR）、調制傳遞函數（Modulation Transfer Function，MTF）。DQE表示探測器探測到的光子量與入射量子

數之比，數值越高，則量子利用率越高，其決定于空間頻率?？臻g分辨率決定了圖像對最小物體空間幾何尺寸的分辨能力。DR成像空間分辨率的提高是目前DR技術的研究難點之一。MTF由探測器的物理結構決定，可反映成像系統對圖像細節的分辨能力，決定了對比度的損失程度，其數值范圍為0～1，數值越高，則表明成像越真實。

3 響應特性實驗和結果分析

本實驗使用Varian Paxscan 2520V平板探測器，可對1～14 mm厚的鈦合金階梯試塊透照不同能量和強度的Χ射線，固定積分時間為200 ms，并能提取DR成像原始數據、測定灰度均值、獲取不同厚度試塊的能量和強度響應曲線。具體如圖2和圖3所示。

圖2 穿透不同厚度階梯試塊的強度響應曲線（管電壓為100 kV）

圖3 穿透不同厚度階梯試塊的能量響應曲線（管電流為3 mA）

隨著階梯試塊厚度的增大，強度響應和能量響應曲線的斜率逐漸減小。由此可得出，DR系統中線衰減系數會隨著強度和能量的增大而減小。

在DR系統中，中積分時間極短，膠片曝光曲線中曝光量的概念在DR系統中無實際意義。通過管電壓代替曝光量，積分時間為200 ms，透照不同的管電流得到灰度值為23 000的圖像時，得到管電壓與厚度的關系曲線如圖4所示。通過觀察，管電壓與厚度的關系圖像非常直觀，隨著管電流的增大，管電壓和厚度特性曲線的斜率會相應減小。

圖4 圖像灰度為23 000時，管電壓與厚度關系曲線圖

4 結束語

在DR檢測系統中研究平板探測器對不同能量和強度Χ射線的響應特性對合理選擇射線透照條件具有重要的意義，可大大提高成像質量，并輔助選擇最佳的輻射劑量。

參考文獻

[1]強天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

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作者簡介：王洪良（1964—），男，現工作于青島青立鍋爐輔機有限公司，主要從事射線無損檢測的研究。

〔編輯：張思楠〕