DR检测系统平板探测器响应特性的研究

摘 要：平板探测器是DR系统中主要的成像设备，掌握平板探测器的响应特性可大大提高影像质量、降低剂量、提高检测效率。研究了平板探测器对Χ射线能量和强度的响应特性，从而为DR检测技术提供指导。

关键词：DR检测；平板探测器；成像设备；响应特性

中图分类号：TH774 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.077

射线照相技术是一种可靠的检测手段，已被大范围应用在各个领域的无损检测中。数字平板直接成像（Director Digital Panel Radigraphy，DR）是近几年发展起来的Χ射线数字化成像技术，具有快速成像、成像质量高、成像区域均匀、动态范围成像、空间分辨率和灵敏度高等优点，被认为是目前最有可能取代传统胶片成像的成像技术。DR检测在医学疾病诊断和工业检测评价领域发挥了较大的作用，获取高质量图像一直是DR技术的研究热点。因此，在采用平板探测器的DR检测系统中，平板探测器响应特性的研究对图像质量的提高具有重要意义。

1 DR系统

DR成像系统主要由Χ射线源、平板探测器（Flat Panel Detector，FPD）、工控计算机等组成（如图1所示）。Χ 射线源发出Χ射线光子，穿透工件后被平板探测器接收并转换为电信号，再由A/D 转换电路转换为数字化信息，传输至计算机生成数字图像，并显示、保存。DR检测系统于近几年逐渐应用于工业检测中，随着技术的发展，探测器性能的不断优化，DR成像系统的图片质量接近胶片成像，缺陷检出率比胶片成像系统高出很多。此外，DR技术同样存在许多技术问题尚待解决，比如DR图像处理技术、平板探测器的校正等。DR检测系统原理示意图如图1所示。

图1 DR检测系统原理示意图

2 平板探测器

DR检测系统采用平板探测器作为图像采集设备，具有成像快速、便捷的特点，比传统胶片拥有更高的量子检测效率（DQE）。平板探测器的数字成像动态范围广、散射损耗低、图像采集速度快。

平板探测器根据能量转换方式分为直接转换型和间接转换型。直接转换型FPD使用光导体材料，经Χ射线曝光后转化为电信号，通过薄膜半导体阵列（Thin Film Transistor array，TFT）存储，再经过A/D转换得到数字图像；间接型转换型FPD使用闪烁晶体经Χ射线曝光后将Χ射线转换为可见光，再由光电二极管阵列转换为电信号并逐行取出转换为数字图像。

平板探测器成像质量的性能指标主要从3个方面评价：量子检测效率（Detective Quantum Efficiency，DQE）、空间分辨率（Spatial Resolution，SR）、调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）。DQE表示探测器探测到的光子量与入射量子

数之比，数值越高，则量子利用率越高，其决定于空间频率。空间分辨率决定了图像对最小物体空间几何尺寸的分辨能力。DR成像空间分辨率的提高是目前DR技术的研究难点之一。MTF由探测器的物理结构决定，可反映成像系统对图像细节的分辨能力，决定了对比度的损失程度，其数值范围为0～1，数值越高，则表明成像越真实。

3 响应特性实验和结果分析

本实验使用Varian Paxscan 2520V平板探测器，可对1～14 mm厚的钛合金阶梯试块透照不同能量和强度的Χ射线，固定积分时间为200 ms，并能提取DR成像原始数据、测定灰度均值、获取不同厚度试块的能量和强度响应曲线。具体如图2和图3所示。

图2 穿透不同厚度阶梯试块的强度响应曲线（管电压为100 kV）

图3 穿透不同厚度阶梯试块的能量响应曲线（管电流为3 mA）

随着阶梯试块厚度的增大，强度响应和能量响应曲线的斜率逐渐减小。由此可得出，DR系统中线衰减系数会随着强度和能量的增大而减小。

在DR系统中，中积分时间极短，胶片曝光曲线中曝光量的概念在DR系统中无实际意义。通过管电压代替曝光量，积分时间为200 ms，透照不同的管电流得到灰度值为23 000的图像时，得到管电压与厚度的关系曲线如图4所示。通过观察，管电压与厚度的关系图像非常直观，随着管电流的增大，管电压和厚度特性曲线的斜率会相应减小。

图4 图像灰度为23 000时，管电压与厚度关系曲线图

4 结束语

在DR检测系统中研究平板探测器对不同能量和强度Χ射线的响应特性对合理选择射线透照条件具有重要的意义，可大大提高成像质量，并辅助选择最佳的辐射剂量。

参考文献

[1]强天鹏.射线检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

————————

作者简介：王洪良（1964—），男，现工作于青岛青立锅炉辅机有限公司，主要从事射线无损检测的研究。

〔编辑：张思楠〕