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White Paper
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用于射线成像无损评估的成像板
实现最佳 CR 图像质量指南
引言
在Carestream NDT White Paper系列中，我们不仅希望分享我们的技术发展和产品组合，还希望分享我们的员工通过与像您这样的客户并肩工作而获得的知识和实践经验。我们致力于以简单明了的方式分享这些知识和经验，以便于我们的读者实际应用到日常工作中。
本系列针对但不限于以下行业的无损检测专业人员：石油和天然气、核能、建筑、铸造、能源生产、航空航天、运输、汽车、军事和国防、农业、艺术品修复和博物馆文物，以及无损检测服务公司。
成像板 (IP) 是所有 CR系统的核心组件。成像板的选择对图像质量具有很大影响。同样，更深入地了解如何曝光成像板、控制散射、处理成像板、利用适当读取器设置以及使用可用的图像处理，将对所获结果产生重大影响。随着时间推移，经过多次循环使用的成像板可能会产生来自各种来源的成像伪影。
本篇白皮书中提出的建议和指南将帮助您实现最佳图像质量和最大成像板寿命，这将转化为可靠且可持续的 CR 过程。
成像板的选择有助于确定可以从计算机射线成像系统获得的图像质量。检测概率受到图 1 中列出的五个因素的影响。
图 1： 影响射线成像过程中检测概率的因素，
基于 White 的文章
如下公式解释了对图像质量 (IQ) 有深远影响的三个关键图像特征 — 亮度、清晰度和噪声之间的相互关系，本文中讨论的几个想法都是在此基础上进行探讨。
该公式解释图像质量：1) 与亮度成正比，这意味着随着亮度增加，在可以正确图像解释的范围内，图像质量也会提升，2) 与清晰度成正比，但是在这种情况下，清晰度的值是平方值，这转化为清晰度提升对图像质量的影响明显比亮度的影响更大，3) 与噪声成反比，这意味着随着噪声降低，图像质量以线性形式改善。简而言之，随着亮度和清晰度提高，以及噪声减少，整体图像质量得以改善。
成像板类型的选择也会决定图像质量。表 1 提供基于能量水平和能量类型的成像板选择的基本指南，用于一组真正多样化的射线成像技术：
表 1：依据能量类型和能量级别的成像板选择，
改编自 White 的文章
通用 (GP) 成像板具有较低分辨率能力，但是它们更明亮，并且噪声略少。这些成像板通常用于能量非常高的应用，或者在图像质量不是特别关键的因素时使用。
高分辨率 (HR) 成像板提供分辨率、亮度和噪声的最佳组合。这些通常用于期望图像质量尽可能达到最佳的应用。
超高分辨率 (UHR) 成像板可以分辨精细的细节，因为它们在荧光粉层中添加蓝色染料，以吸收红色激光的散射。然而，它们的亮度降低，并且噪声水平更高。这些成像板通常用于能量较低的应用和衰减较小的材料。
CR 曝光期间需要控制的另一个重要属性是康普顿散射。散射是指在与被辐射材料相互作用时形成波长更长、能量更低的辐射。计算机射线成像板在能量水平较低时具有高吸收效率。成像板背面的铅屏通常用于控制散射。有时，会在成像板的铅和背面之间放置一片薄铜片，以阻挡铅的荧光。当能量水平较高时，通常在 200 kV 以上，可以使用前侧铅屏进行额外的散射控制。表 2 提供一些建议，以开始探索合适的屏和射线成像技术替代方案，最大限度地减少散射辐射对图像质量的影响。
表 2：CR 成像过程的金属屏推荐，
改编自 ASNT 和 White 的文章
ASTM E2033-17 为散射辐射控制提供以下具体指导：“必要时应使用金属屏（正面、背面或两者兼有）或过滤器，以控制地板、墙壁或其他周围物体的散射辐射阻碍图像或射线成像图像达到质量要求。此外，可以通过将辐射束尽可能准直到关注区域 (AOI) 来减少散射辐射效应。”
孔型或线型图像质量指示器用于确保达到单独曝光的适当对比灵敏度。ASTM E2445规定，关键的图像质量指标是对比灵敏度、基本空间分辨率和信噪比。对比灵敏度是物体中产生图像可感知变化的最小百分比变化。射线影像技术人员应辨别出厚度上可能存在的最小差异，以便发现缺陷（请参阅图 2）。
图 2：对比灵敏度、空间分辨率和信噪比对 CR 图像质量的可见影响，来自White 的文章
通常，如 ASTM E1647 中所述，对于我们正在检查的材料类型，我们希望达到 2% 或更好的对比灵敏度。基本空间分辨率是对图像中细节量的测量，通常在双丝像质计的图像上进行测量。通常需要更高分辨率（更高细节），但是并非总是必要。基本空间分辨率随系统像素大小、激光、成像板和射线成像条件变化。信噪比 (SNR) 的计算方法是使用平均像素强度除以关注区域的标准偏差（噪声）。
图 3：图 2 所示图像的剂量水平对信噪比值的影响，
来自 White 的文章
图 3 显示了归一化到基本空间分辨率为 80μm (SNRn(80)) 的信噪比。作为典型 CR 系统中 HR 成像板剂量水平变化。随着剂量增加，标准化信噪比迅速提高，然后趋于平稳。将图 1 中的成像板暴露在 80 kV 下，并绘制 0.25” [6.35 mm] 厚度铝的信噪比 (80)。
图 4：图 2 所示图像的剂量水平对等效透度灵敏度计 (EPS) 的对比灵敏度影响，来自 White 的文章
图 4 说明了典型 CR 系统中 HR 板的等效透度灵敏度计 (EPS) 的对比灵敏度与剂量水平的函数关系。在 ASTM E2446 中描述了用于确定对比灵敏度预估值的 EPS 技术。随着剂量增加，对比灵敏度迅速提高，然后趋于平稳。
成像伪影是射线影像技术人员必须应对的另一个检查方面。ASNT 的《无损检测手册》第四版第 3 卷 - 射线检测将伪影或错误指示定义为 (1) 可被解释为源自不连续性但实际源自不存在指示的情况的测试指示，以及 (2) 由于误用或不适当测试而导致的指示。 根据其定义，显然所有无损检测方法和技术都会受到错误指示影响，因此，无论记录介质是胶片、成像板还是 DDA，射线成像图像中都可能存在成像伪影，并且在伪影干扰图像解释的情况下，需要重复某些图像。 伪影是由读取器的激光与成像板表面的相互作用引起。伪影在射线成像图像中通常是白色，因为它们可挡光。在理想情况下，成像板具有足够的耐用性，可以重复使用而没有成像伪影。当射线成像伪影可能遮蔽缺陷指示，从而导致成像板不合适时，成像板不再可用。可实现的使用周期量取决于操作环境和用户对伪影的容忍度。保护涂层技术是提高成像板寿命的主要驱动因素。
耐久性与成像板的材料物理特性有关；特别是保护荧光体层的外涂层的材料特性。耐刮擦和耐磨性、防尘性、清洁能力、防潮和耐化学性、避免裂纹和边缘完整性都是耐久性属性的示例。划痕和擦痕都会产生射线成像图像伪影，但是它们的形成方式不同。
划痕是由非常细微的局部压力拖过规定距离形成的。图 5 使用 47º 圆锥形蓝宝石针，圆锥形尖端半径为 62.5 μm，以创建划痕。施加 3、5、10、25 和 50 g 的恒定负载用于产生划痕轨迹。小于 25 g 的负载不能在平场射线照片中成像。
图 5：蓝宝石针的恒定负载划痕测试，来自 White 的文章
灰尘颗粒可能会吸附到成像板表面。这些颗粒将导致红色激光偏转，或者阻挡蓝光，在图像中显示为微小白点。管理灰尘颗粒的最佳方法是在扫描前使用静电滚筒清洁成像板表面。清洁表面的能力对于清除随着时间推移可能形成的污垢或碎屑至关重要。伪影的另一个来源可能是湿气或氧化物。磷光体含有碘化物，碘化物可以转化为碘。碘是黄色的，阻挡蓝光，表现为图像伪影。水、过氧化物和臭氧气体在与成像板表面接触时可能形成伪影。裂纹或边缘碎屑可能导致伪影；然而，成像板的设计旨在最大限度地减少这些裂纹和碎屑问题。
有一些使用标准和指南可以最大限度地延长成像板的使用寿命。不使用成像板时，将其平放保存在黑暗干燥的条件下。在处理时应抓持它们的边缘，如果需要，可以佩戴布手套。不要弄皱或扭结成像板，因为这会形成永久且不可逆的裂纹。使用成像板时应避免极端潮湿和/或过多水分的条件。避免表面温度超过 212°F (100°C)；并使用温度为 –22 至 +120ºF（–30 至 49ºC）的范围内使用成像板。清洁表面时，只能将制造商推荐的清洁剂搭配无绒布使用。在客户使用的情况下，有一些操作指南可以最大限度地延长成像板的使用寿命。避免在研磨材料上滑动成像板表面。在高能量条件下（如需要正面铅的铱放射性同位素），在插入或取出成像板之前完全打开暗盒。不要去除铅的保护涂层，因为成像板表面的铅尘会形成图像伪影。
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