提高工业数字射线照相灵敏度的新途径

　　数字射线照相较常规胶片法射线照相的优点有:①数字探测器只需少量射线即可产生影像,一般为Agfa D7胶片所需曝光量的1%~4%。②影像可用计算机存储或处理,便于传送。③缺陷自动识别系统可用于分析影像,取代检测人员主观评定。数字射线照相的主要缺点是分辨率比微粒胶片低。对此可利用投影放大来增大影像尺寸,提高最终影像的有效分辨率。但此时需考虑X射线管的焦点尺寸,以免几何不清晰度过大。同时,因此时射线管效率偏低,需提高探测器捕获射线的灵敏度,且焦点到探测器距离应尽可能小^[1]。

　　1　焦点的选择

　　为提高数字射线照相灵敏度,需选用微焦点(df=0.01~0.1 mm)或小焦点(df=0.1~0.5 mm)X射线管。

　　2　探测器

　　目前新推出的碲化镉(CdTe)型探测器(型号Ajat SCAN 300)^[2]能将X射线直接转换成电荷,而不必如电荷耦合器(CCD)或薄膜晶体管探测器那样先把X射线通过平板荧光闪烁体变成可见荧光^[3,4]。Ajat SCAN 300型探测器由1 500×64像素组成,像素芯距为100μm。其技术特性为①X射线能直接转换成电荷。②90 kV时,探测量子效率DQE>90%(DQE为探测器成功捕获X射线光量子的百分比。DQE>90%是指有90%以上的X射线光量子被探测器成功捕获,并由探测器进行量化。探测量子效率越高,曝光时间越短)。③分辨率为2 lp/mm时,调制传递函数MTF>80%;分辨率为5 lp/mm时,MTF>40%。④图像模式为300帧/s;线输出模式为80 cm。⑤曝光后3 ms的余辉<1%。⑥对比度分辨率为0.4%~0.7%。

　　当用75μm焦点X射线管和CdTe探测器透照10 mm厚钢板时(曝光条件为管电压150 kV,管电流0.5 mA),尽管探测器像素芯距为100μm,但利用投影放大,可将影像分辨率提高到43μm。检测表明,在显示器上可识别IQI 18号(0.063 mm)钢丝,相对灵敏度高达0.63%。图像亮度和对比度均可调节,且图像无颗粒状。

　　3　最佳投影放大率的选定

　　3.1　最佳投影放大率

　　在传统的胶片法射线照相中,若几何不清晰度Ug调节到与固有不清晰度Ui相等,可获得最佳影像清晰度^[5]。在数字射线照相中,当Ug调节到与探测器像素间距P相等时,理论上也应有投影放大率M的最佳值Mopt存在(图1),其计算公式为^[6]:

　　式中　F———焦距;

　　fopt———最佳焦点2试件距离;

　　df———焦点尺寸;

　　f———焦点至试件距离。

　　为准确计算fopt,需准确获知X射线管焦点尺寸df。通常说明书所列df值多小于实测值,因此需要通过试验测量df的实际值。