在新标准中使用的数字射线替代工业胶片的方法

在新标准中使用的数字射线替代工业胶片的方法

摘要。
CEN，ASTM，ASME出版了几个标准，以支持其申请的荧光成像板代替X线片在2005年，一组在2010年公布的ASTM标准DDA应用。新的EN ISO / FDIS 17636-2的建议，作为项目“FilmFree”，进一步在BAM测试的结果。的关键概念之一是信号 - 噪声（SNR）作为相当于膜的光学密度测量的使用情况。数字化X线摄影的图像质量通常是衡量与的线IQIs（欧洲）或板孔IQIs的（美国）。计算机放射成像（CR）和数字探测器阵列（DDA）在拍摄X线摄影（FR）比较研究。计算机X光片，拍摄的成像板，实现类似的IQI比胶片X光片的可见性。在许多情况下，他们只能实现类A（基本）的欧洲标准EN 1435，完全满足ASME第五部分第2条的要求。放射学与DDAS通常要更好地实现IQI比FR和CR的知名度，即使在很短的曝光时间，但大多数DDAS基本的低空间分辨率的探测器是有限的。这个基本的空间分辨率的测量与双工线IQI（见EN 462-5或ISO 19232-5）。由IQI能见度测量，对比敏感度，依赖于三个基本参数：所取得的信号 - 噪声比（SNR）的放射照像图像的基本空间的分辨率（SRbimage）和具体的对比度（μeff - 有效衰减系数）。了解这些对于给定的曝光条件的3个参数，检查材料和监视器，观看条件允许的计算只是可见IQI元件。此外，这使得能够对曝光条件的优化。新的EN ISO / FDIS 17636-2描述的CR和DDAS数字化放射成像与实践。它认为第一次补偿的原则，来自三个基本参数（SNR，SRB，μeff）。补偿原则，我可以赔偿的风险暴露具有较高的信噪比高KV（减少μeff）。因此，限制功能的渗透材料厚度（EN 444，EN 1435）的最大允许管电压在EN ISO / FDIS 17636-2。补偿原则（二）允许应用程序的那么锐利检测器，如果具有较高的SNR曝光补偿。这就要求如可见的线号的增加，如果不符合其基本的空间分辨率的DDA或CR系统。

介绍

无损检测社区讨论有效的膜更换计算机放射成像（CR）和数字探测器阵列（DDA），也被称为平板探测器，因为大约15年。 CEN，ASTM，ASME出版了几个标准，以支持其申请的荧光成像板代替X线片在2005年，一组在2010年公布的ASTM标准DDA应用。欧洲共同体资助的项目“FilmFree”（www.filmfree.eu.com），支持膜更换数字技术在数码摄影的成功故事比​​喻。三十三公司和研究机构测试的新技术和发展的指导方针和标准（2005-2009年）的能力。在BAM的项目和进一步的测试结果，提出了新的EN ISO / FDIS 17636-2。最终草案是由一个工作组加入CEN/TC121和ISO/TC44更换EN 1435。 EN ISO 17636-1（焊缝的射线照相检测用薄膜）和EN 1435的内容被转移到一个新的EN ISO 17636-2（数字探测器的焊缝X射线照相检验）加入新的数字电影替代方法。的关键概念之一是信号 - 噪声（SNR）作为相当于膜的光学密度测量的使用情况。数字化X线摄影的图像质量通常是衡量与的线IQIs（欧洲）或板孔IQIs的（美国）。计算机放射成像（CR）和数字探测器阵列（DDA）在拍摄X线摄影（FR）比较研究。数字化X光片的典型特征是较低的空间分辨率比胶片X光片。这个基本的空间分辨率是衡量双工线IQI（见EN 462-5，ASTM E 2002或ISO 19232-5）。计算机X光片，拍摄的成像板，实现类似的IQI比胶片X光片的可见性。在许多情况下，他们只能实现类A（基本）的欧洲标准EN 1435，完全满足ASME第五部分第2条的要求。放射学与DDAS通常要更好地实现IQI比FR和CR的知名度，即使在很短的曝光时间，但最的DDAS限制的基本空间分辨率低的检测[1-9]。

图1。 ASTMË1025 IQIs的图像质量的测定步骤的钢楔。

数字放射学和X光胶片的差异和相似之处

电影更换X射线照相检验（RT）将推出新的检查人员方面要考虑：数码工业放射科（DIR）程序从胶片射线照相过程是不同的。

但是从电影的数字X光图像的光学印象是不一样的

在其结构中的图像（数字图像处理，如果没有被施加，除了亮度

对比度控制）。

RT-训练有素的个人可以解释类似于电影的数码影像。

数字图像演示需要一台电脑和显示器，并可能改变

专门的图像处理。

在图像处理中的基本训练是必要的，以避免错过解释。

提高了缺陷尺寸定量评估数字化测量工具，但

结果可能会有所不同的那些薄膜解释。

新的电子参考目录可能会支持正确的图像评估。

在数字放射图像质量

在数码工业放射取决于的对比敏感度的有效衰减系数μeff，也称为特定的对比度，以及归一化的基本空间分辨率SRB的信号 - 噪声比（SNR），在产品上。这适用于CR，DDAS和透视膜。图。图1示出噪声的影响，对探伤。

的对比度噪声比（CNR）每壁厚差吨（CNRSpecific）的，这是一个给定的尺寸的可见性缺陷和IQIs的基本参数，可以计算出从作为一个功能的探测器响应（SNR）的如下的曝光剂量（只小瑕疵，请参阅图1）：

CNR /T = SNRμeff（1）

感知阈值（PT）的孔（小细节的可见性）由操作人员在图像显示的可见性，可以配制成如下[10-13]：

PT = dvisible▪CNR

（2）

PT

- 感觉阈值

dvisible

- 刚刚可见的孔的孔直径的图像中的

现在假设该孔的直径d是等于IQI厚度T =吨（1T孔与d = T =吨）。只是可见的的1T孔直径和IQI厚度，可以计算出式。 2和3，如果PT已知。

此外，在监视器上呈现的像素数被认为是正确的IQI感知[8]。由于所获取的图像的大小取决于的外观上的图像显示监视器上的像素的大小和数量，也取决于上的像素尺寸（应当提交一个获取的像素，在一个单独的显示器像素）。这意味着，真正的直径d可以呈现在显示器上的不同的缩放因子。香农采样定理之后，将钝化图像的信息内容（“带限”）被采样的不清晰度内核的大小，因此，基本的空间分辨率被代替的像素大小。因此，缩放校正的有效像素尺寸SRB也被认为是用于计算的只是可见IQI孔直径：

UI是检测器的固有不清晰度（UI = 2 * SRbdetector）和UG是由于放射照像设立和焦斑大小（见EN 17636-2和ISO / FDIS ASTM E 1000）的几何不清晰度。

SRB，或SRbdetector是视为基本的空间分辨率的检测器（有效的检测器像素的大小，放大倍率= 1），与双工丝IQI直接在检测器上（也见ASTM E 2597，E 2445，E 2446）测量的。 SRbimage在这里被认为是作为基本的空间图像的分辨率，测量与双工线的IQI上的源极侧的数字图像中的对象的对象，这是同时作为一个源的散射辐射与放大倍率和不清晰度的贡献。

SRbdetector对应通常的直接转换系统的像素大小（像素有限的不清晰度）（例如 - 硒-DDA或CdTe-DDA）。它是大于像素的大小（或激光光斑尺寸）为CR和大于中DDA的较厚的闪烁器的像素尺寸（光电二极管阵列元件）。空间分辨率的基本参数是一个重要组成部分，EN 14784，ASTM E 2445，E2446，Ë2597and EN ISO / FDIS 17636-2。

长期μeff▪的SNR / SRbimage被视为归一化的具体对比噪声比（CNRNspecific）每毫米厚度的差异，归SRbimage（见下文定义的SRbimage）。 PT *还取决于运营商和观察条件的。如果孔的直径远远大于不清晰，相当于IQI灵敏度（EPS％）如下（见ASTM E 746和E 1025为2T的灵敏度）对给定材料厚度的变化：

PT200，确定实际试验孔在监视器上清晰可见。计算的每股盈利（程序见ASTM E746 [8]）式。 （6）是相当于视测量EPS根据ASTM E 746的程序所定义的值。它也相当于ASTM E 1742和E 1025的要求和定义。

由于（假设信号是与剂量成正比）的数字图像中的像素的灰度值，依赖于独立观看的图像的对比度和亮度处理噪声和信号强度，信噪比已经提出并为一个等价的值的光接受[14]膜放射摄影术（EN 14784-1，-2和ASTM方程（6）中的密度和一定的膜系统与模拟结果[13]和实验验证。的SNR和灰度值测定与软件ISEE！独立运营商确定的只是可见的1T孔EN 462-2 IQIs的和线号EN 462-1 IQIs的从模型化图像[13]。电线的直径比孔的直径的2.5倍小，被认为具有相同的感知。实验进行抛光19毫米（3/4“）的Fe-板与不同的CR扫描仪与成像板类型为200​​ kV比较目视测定的EPS值（严格根据ASTM E 746，50％的方法中的应用），计算出的数据，是根据方程（6），图3示出了视觉确定的EPS的值适合以及与所计算的（公式（6）），与PT'2▪100％和μeff= 0.05毫米-1。

这个结果可以在不同能量和不同的材料没有对象的SNR测量EPS delectability的数字探测器的决心。在数字X线摄影有它的起源在不同的噪声源，必须考虑到：

曝光条件：光子噪声取决于接触剂量（例如毫安▪S或吉贝▪分钟）。这是SNR增加的主要因素，具有较高的照射剂量。

达到的最大SNR的限制：

检测器：DDAS和成像板的结构噪声也被称为固定模式噪声（由于像素响应中的变化和在荧光体层的不均匀性）。

对象：

Ø晶体结构的材料（如镍基钢，色斑）

O表面粗糙度的测试对象

可受到曝光条件和检测器se-经文第一两个噪声源。取决于曝光剂量（低剂量应用程序）所取得的信号 - 噪声比（SNR）的图像。的SNR随毫安▪分钟或GBq的▪分钟，由于改进的X-射线光子的量子统计的平方根。薄膜和成像板的结构噪声取决于其制造过程中，可以基本上由所述选择的特定检测器的类型（例如，类似细或粗颗粒膜）的影响。电影的发展和IP扫描仪属性，最终的噪声系数。探测器和根据对象的属性的所有的噪声源的噪声的结构确定的最大可实现信噪比和限制，因此，图像质量上独立的曝光剂量（高剂量应用程序）。仅与DDAS的结构噪声（由于不同的检测器元件的性能）可以校正的校准步骤，因为每个元件的特性，可以相当精确地测定。图。 4显示的SNR的增加（相当于CNR增加）的罚款缺陷指示的知名度的效果[1，2]。数字化的细粒膜265提供了信噪比中的基体材料区域。 DDA测量图像的SNR约1500倍率为3.5。它显示了显着更细的缺陷指示。

它的细节可见性在方程（3）和等式（6）中的EPS取决于必要的参数之间的同样的关系上（SNR，SRB和μeff）。这将打开新的补偿原则的数字化放射EN ISO / FDIS 17636-2中所介绍的方法。

补偿原理：

补偿增加信号噪声比（SNR）的低对比度（μeff）

在电影摄片，它是很好的理解，如果管电压降低的图像质量的增加。在DIR，它也可以被观察到的图像质量在一定范围内，如果增加的管电压增加。较高的光子流量（X-射线强度在对象后面）增加的SNR在检测到的图像的对比度比的降低所减小的发送对比度（也被称为特定的对比度或有效衰减系数μeff）更快。这种效应依赖于SNR和μeff产物控制的衰减降低信噪比增加的比率（也见式（1）和3），因为在数字X光片的对比敏感度。 DDAS如果用于薄膜替代的作用已被观察到。通常在较高的管电压比电影好校准的DDAS可以暴露。然而，过高的管电压，甚至可能降低衰减速度比的SNR的增加。可达到的最大SNR是限制所描述的补偿参数。这取决于在检测器上的效率和DDAS或成像板的结构的噪声检测器的校准。它也取决于材料的结构的噪声和材料粗糙度。因此，管电压增加的补偿被限制在X光片根据上的检测器和材料特性，尤其是在可达到的最大信噪比。

图。图1a示出了一个典型的例子为补偿增加的SNR降低对比度（μeff）。 ASTM E 1025 IQIs（2％）被曝光在不同的X射线的能量和mA分钟步楔一个恒流源，探测器距离。的2T孔的可见性（表示为与图5b​​中的2）是随kV的管来实现，在更短的曝光时间。这不能被实现的透视膜，因为他们将始终被暴露在2和4之间的光密度。在这种情况下，一个给定类的膜总是在一个小范围内，由于其特定的制造过程中具有相同的SNR。从80千伏至150千伏的管电压的增加允许最后的曝光时间的减少下降至20％，在图的例子中的数字放射。 5。可以检查所有厚度的测试对象的步骤，用一个曝光在150千伏。最小厚度的步骤，甚至与2-1T品质的射线照相。在这里，管电压的增加，产生更高的效率和增加的厚度范围的基础上的数字“高对比敏感度”技术。

图1。实现IQI质量（最小可见2％IQI孔。这意味着：1：1T孔，2：2T孔，4：4T孔）作为千伏，mA最小壁厚，以吋为示于图的测试对象的功能。 3A。

作为后果膜射线照相的要求相对于最大

管电压（EN 1435，EN 444，ISO 17636:2003）不再有效数字radiogra

PHY。在EN ISO / FDIS 17636-2被修改为如下：

要维持一个良好的缺陷敏感度，X射线管的电压应尽可能低。建议的最高值的管电压与厚度（参照图6）在图中给出的。 20 EN ISO / FDIS 17636-2。

这些最大值是最好的做法X光胶片值。

的DDAS提供足够的图像质量显著更高的电压。

高度敏感的成像板与板状晶体（粗粒）的高结构噪声应施加少约20％的X射线能量，如示于图。 20 EN ISO / FDIS 17636-2。

高清晰度成像板，其面临类似的透视膜和具有低结构噪声（细粒度）可以与透视图能量露出。 EN ISO / FDIS 17636-2或20的显着更高，如果被充分增加的SNR。

图。 20的EN ISO / FDIS 17636-2的是，这里给出的图。 6。

补偿原则二：

补偿不足检测器的清晰度（不清晰度更高）增加SNR

欧洲标准EN系统的分类要求高清晰度的CR系统X射线检查的应用，为B级检查（壁厚12毫米，管电压150 kV）的像素尺寸小于50μm。大多数现有的系统不允许低于50微米的像素尺寸，分辨率和工业用X射线应用在薄壁厚度排除根据这个标准在欧洲。最近的试验表明，DDAS提供更好的图像质量和IQI的知名度比工业X射线片[1，2]。在高对比敏感度模式，的的DDAS实现更好的像质计读数比胶片曝光。这种效应被观察到，当子像素的对比度分辨率实现的。是这样的话，如果在检测器的SNR是大大增加。如果使用金属丝或破解是小于一个像素，它仍然会影响该像素的对比度，并且可以看出，在图像中，如果对比度充分高于噪声。因此，系统可以应用于与空间分辨率不足，如果其较高的不清晰度补偿增加信噪比。

表1显示了修订后的表被广泛符合ISO 10893-7:2010 EN ISO / FDIS 17636-2（B类）的硬件选择。没有DDA或CR系统使用，不提供所需要的基本空间分辨率的定义，在表B.13，

B. EN ISO / FDIS 17636-2 14。如果可用的数字系统有没有足够的空间分辨率，可使用的补偿（II）的原则的基础上。

IQI阅读适用于接触X线摄影系统的选择（见附件C）。如果几何放大技术（见7.7）被使用时，应进行像质计读数中的对应的参考底片。

选项​​卡。 1。数字检测系统的最低要求为B类测试功能的壁厚EN ISO / FDIS 17636-2（见表B.13 A类）。

提出，以允许应用程序的钝化系统，如果所需的线的可见性或阶梯孔IQI增加补偿丢失的双工线分辨率（所造成过高的基本空间的检测系统的分辨率值）通过SNR增强（见EN 462-5，ASTM E 2002和EN系统的分类）的要求。一些新的标准定义特定应用（如ISO 10893-7或者EN ISO / FDIS 17636-2）的最低值双工线。通常情况下，一个较高（直径较小，请参见EN 462-1）单丝（导致更高的对比度灵敏度）应看出通过调整参数增加的SNR，如果一个额外的全双工导线的空间分辨率，需要在一个系统资格给定材料的厚度和应用。最大的2线对线对赔偿EN ISO 17636-2这种补偿是有限的，它可以扩展到3线对线对缔约双方的协议。的赔偿，也应适用板孔IQIs的。

实施例：是一个数字检测系统用（DDA或CR）的，实现双面线对D11（第一钝化线对）的5毫米厚的对象和类的B测试EN ISO / FDIS 17636-2中定义的，进行检查（需要的是D12和W16），单丝W17应是清晰可见的图像质量可以接受的。

已被证明与市售DDAS的补偿效果。即使在放大倍率为1和一个基本的空间分辨率为200μm（像素大小），显着增加的信噪比的DDA允许检测隐藏其更好的基本空间分辨率SRB为40μm的膜图像中的噪声与裂纹适应症。图。图7显示了IQI的8毫米钢板上的第13线的X光片。 X线片高通滤波更好的图形演示。数字化膜（50微米的像素尺寸）显示线号16（直径100微米）的DDA图像显示可见的线号19，它有一个直径为50微米。因此，检测器示出的导线19与子像素分辨率的指示。

检查管道焊缝DDAS和录音带

在EN 1435和EN ISO / FDIS 17636-1柔性薄膜是必需的，被包裹在管道周围密切接触，以尽量减少所需的的SDD，并实现锋利的X光片。数字化探测器，其中大多是不灵活或对压力敏感的表面，被认为是一个平板探测器的几何形状的圆周管道焊缝X光。图。 8 EN ISO / FDIS 17636-2（图2）推荐的检测器的几何形状灵活（膜，柔性IP）和刚性（DDA，CR暗盒）探测器显示了一个典型的例子。刚性探测器的使用测试对象的距离增加。 B的增加，必须考虑到的SDD增加，以避免增加几何不清晰度。相应的方程计算的对象源距离f的图中给出。 8。

​

图3。有效的测试的DDAS和成像板所需的测试与平板探测器和平面磁带

现行有效的标准数字放射学

欧洲和美国在2005年出版了第一套完整的CR标准。表2概述了工业数字放射科（DIR）的最重要的标准。特别是在ASTM标准化推进在过去的10年。接下来的一组标准的DIR与DDAS 2010年出版。现在的CR标准的修订尚在讨论中。 CEN和ISO编写一个通用的标准（EN ISO / FDIS 17636），这是准备在2012年最终的投票结果，以下刊物。这将取代EN 1435的X光焊缝检测，并认为电影（1）和CR和DDAS（第2部分）。

选项​​卡。 2。概述对现行有效的DIR CEN，ISO，ASME，ASTM标准，没有标准的计算机断层扫描。

结论

数字X线摄影，CR和DDAS将取代胶片X线摄影数码摄影。对比敏感度，测量的通过IQI可见性，取决于3个基本参数：

达到的信号 - 噪声比（SNR），

基本空间的分辨率（SRbimage）的放射照像图像和

特定的对比度（=有效的衰减系数，μeff）。

了解这些对于给定的曝光条件的3个参数，检查材料和监视器，观看条件允许的计算只是可见IQI元件。此外，这使得能够对曝光条件的优化。 SRB被限制由设计DDAS对于CR由成像板和扫描仪（激光的焦点）和它的设置。信噪比增加曝光时间，但它不超过SNRmax的值，该值是由DDA校准或由设计的成像板（固定模式噪声）的限制。操作员可以提高对比敏感度增加的曝光时间与管电流。的DDAS实现一个显着更高的对比度比胶片X光片与正确的检测校准灵敏度。

新的EN ISO / FDIS 17636-2描述了在一个文档中的CR和DDAS数字化放射成像与实践。归SNR或灰度值（仅CR）作为电影系统类，并选择同等价值的。密度。的用法双工线IQIs的需要进行系统的鉴定和系统选择。所有X光片的的双面线IQIs在需要放大技术的强制使用。平曲面物体的磁带和DDAS的使用是接受了一个新的SDD的计算公式。新修订的不清晰度表启用了正确的硬件选择。 EN ISO / FDIS 17636-2认为，第一次补偿的原则，来自三个基本参数（SNR，SRB，μeff）：

补偿的原则，我使低对比度的补偿（例如，通过增加管电压），通过提高SNR（例如，通过增加管电流或曝光时间）。后果的限制，允许的最大管电压的功能渗透的材料厚度（EN 444，EN 1435）将放弃在EN ISO / FDIS 17636-2。

补偿原则II允许增加SNR的的探测器清晰度不足（SRB的价值高于指定）的赔偿。这需要在单一IQI导线或为每个丢失的双工导线对的值的阶梯孔的值的增加，如果不符合其基本的空间分辨率的DDA或CR系统。

补偿原则III允许的补偿，提高当地插不清晰，由于坏像素校正DDAS，提高信噪比。

数字X线摄影可应用于广泛的X射线应用设备，包括检查管道焊缝，铸件，电子组件，车轮，轨道，桥梁和其他许多工业用途，技术，环保，安全和经济优势。更加重视环境安全，包括辐射对工人的关注和使用的化学品处理膜处理的要求，不断增长的需求，以取代传统的X射线检查长片曝光。的数字化X线摄影的数字化放射成像和在线检测的可能性相对较低的运营成本等主要优点。

致谢

这项工作是由欧盟支持的项目FilmFree [15]。

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[14]“ISEE！”，放射线照相图像分析软件，由O. Alekseychuk，BAM 8.3，http://www.kb.bam.de/ic

[15]欧盟项目“FilmFree”，参考号码 - FP7-SME-2007-1-GA-222240，http://www.filmfree.eu.com，2005年至2009年