X射线实时成像系统的发展

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疗器械, 1998(9) :Hale Waihona Puke Baidu40~43. [3] 曾照祥.X射线实时成像系统分辨率及其影响因素[M].广东南海市
X射 线 接 收 转 换 装 置 的 功 用 是 将 不 可 见 的 X光 转 换为可见光, 它是图像增强器或成像面板或者线性扫 描 器 等 射 线 敏 感 器 件 。 X射 线 接 收 转 换 装 置 子 系 统 又 称为图像成像系统, 按照成像技术水平现可分为两种: ( 1) 以图像增强器为主的传统成像器系统。图像增强器 为一种真空管, 射线输入屏由较薄的铝或钛制成, 屏的 基 层 涂 有 钠 ( Na) - 碘 化 铯 ( CsI) 作 为 输 入 闪 烁 体 ( CsI∶ Na) , 它能将不可见光的X光图像转换为可见光图像, 再经光电阴极板的作用将可见光图像转换为相应的电 子束, 电子束在高电压作用下加速并聚焦于荧光输出 屏 ( ZnCdS: Ag闪烁体材料) , 从而形成可视的检测图 像。在输出屏后端配有聚焦光学镜头和CCD( charge- coupled device电荷耦合器件) 摄像机, 将可视图像的模 拟信号输入图像采集卡进行A/D转换, 再传入计算机 进行图像处理。( 2) 基于线阵扫描探测器( LDA- linear diode arrays ) 成像系统。LDA含有大量的电子元件和 成像点, 主要由发光晶体、光电二极管阵列、前端数据 采集系统等组成。X射线闪烁体材料( 常用晶体有基于 磷屏的钇、GdWO4和CsI) 能将X射线转换为可见光, 晶 体安装在众多的光电二极管表面并按一定规则排列为 光电二极管阵列( 大规型集成电路) , 它按扫描方式分 为线扫描( 线阵列) 和面扫描( 面阵列) 。面阵探测器价 格昂贵, 目前多采用线阵列探测器。线阵扫描探测器 LDA成像系统按照结合方 式 分 为 两 种 : 1) LDA成 像 系 统直接与图像采集卡相结合, LDA成像系统采集的模 拟图像送到采集卡进行A/D 转换, 再经计算机图像处 理, 工作原理虽与图像增强器基本相同, 但是LDA成像
粤海钢制品有限公司, 2003. [4] Burch S F. Digital enhancement of video images for NDT[J]. NDT In
ternational, 1987,20 (1). [5] Andrews H C, Hunt B R. Digital Image Restoration[M].Englewood
图像处理着重在图像之间进行变换。虽然人们常 用图像处理泛指各种图像技术, 但较狭义的图像处理 主要是对图像进行各种加工, 以改善图像的视觉效果 并为自动识别打基础, 或对图像进行压缩编码, 以减 少 其 存 储 空 间 或 传 输 时 间 、传 输 通 路 的 要 求 。 图 像 分 析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量, 以 获得它们的客观信息从而建立对图像的描述。如果说 图像处理是一个从图像到图像的过程, 则图像分析是 一个从图像到数据的过程。
第 2 期(总第 89 期) No.2 (SUM No.89 )
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2006 年 4 月 Apr . 2006
X射线实时成像系统的发展
刘艳
( 中北大学 山西 太原 030051)
【摘 要】 概述了X射线实时成像系统的基本结构和发展情况, 重点介绍了系统组件的种类、结构、原理。 【关键词】 X射线 图像 系统 【中图分类号】 O434.1 【文献标识码】 B 【文章编号】 1003- 773X( 2006) 02- 0007- 02
新结构的X射线机是把X射线管、高压发生器、高 压电缆线组合在一个容器中, 冷却方式也有改变, 采用 中频技术减少X射线机的体积和重量; 它由高压变压 器 、倍 压 电 容 器 、倍 压 二 极 管 、灯 丝 变 压 器 和 X射 线 管 子组成。这些部件经过合理安排全部集中在油箱内, 用
变压器油作为绝缘介质, 结构紧凑合理; 只要用连接电 缆线把控制器和X射线发生器连接在一起, 接上电源 便产生X射线, 使用简单方便。 2 X射线接受转换装置
X射线实时成像系统主要由X射线源 ( X射线机) 、 X射线接收转换装置、图像处理和分析系统组成, 下面 逐一分述。 1 X射线机
X射线实时成像系统中, X射线机是关键部件, 它 的质量直接影响系统的成像效果, 它的价格也会影响 X射线机在医用、工业等领域中的推广使用。国内X射 线 机 的 结 构 由 高 压 发 生 器 、X射 线 管 头 、 高 压 电 缆 线 、 冷却器组成。高压发生器产生高压, 基本采用工频二倍 压方式, 体积大、重量重( 重量达300 ̄400 kg) 。X射线管 头系金属陶瓷( 以160 kV为例) , 它是两个焦点, 大的焦 点3 mm×3 mm,小焦点0.4 mm×0.4 mm, 实时成像使用 小焦点。图像的分辨率、灵敏度、清晰度主要由焦点的 大小决定。
图像处理是比较低层的操作, 主要在图像像素级 上进行处理, 处理的数据量非常大。图像分析则进入 了中层, 经分割和特征提取, 把原来以像素描述的图 像转变成非图形式的描述。而作为最高层操作的图像
理解, 基本上是对描述抽象出来的符号进行运算, 其 处理过程和方法是与人类的思维推理具有许多类似 之处。图像处理与分析包括的内容有: 图像变换、增 强、恢复和重建、图像编码、图像分割、目 标 表 达 和 描 述、数学形态学等内容; 其中图像增强、恢 复 和 重 建 、 编码是图像处理的研究内容; 图 像 分 割 、目 标 表 达 个 描述、数学形态学是图像分析研究的内容。 4结论
一个基本的图象( 处理和分析) 系统可由图1表示。
图 1 图像系统简图
图1中各模块各有特定功能: 采集、显示、存储、通 信、处理和分析。图象采集采用电荷耦合器件( charge coupled devices,CCD) 照相机、带有视像 管 ( vidicon) 的 视频摄像机和扫描仪( scanners) 等。图象显示可用电 视显示器( TV monitors)、随机读取阴极射线管( cathode ray tubes,CRT) 和各种打印机( printers) 等。图象存储可 采 用 磁 带 ( magneto tape) 、磁 盘 ( magneto disks) 、光 盘 ( optical disks) 和磁光盘( magneto- optical disks) 等。图 象 通 信 可 借 助 综 合 业 务 网 ( ISDN) 、 计 算 机 局 域 网 ( LAN) 、甚至普通电话网( PSTN) 等。图象的处理和分 析主要是运算, 主要设备是计算机, 必要时还可借助 专用硬件。
( 1) 我国经过十多年的努力, X射线实时成像检测 技术作为一种新兴的无损检测技术已日臻成熟, 其检 测图像质量可与射线照相底片质量相媲美, 并且由于 使用光盘作为储存介质, 检测成本大大降低, 受到使 用单位的欢迎, 有不少未使用的单位也跃跃欲试。( 2) X射线实时成像系统设备的一次性投资较大, 特别是 一些关键部件如工业用的图像增强器、高清晰度的 CCD摄 像 机 、LDA线 阵 扫 描 探 测 器 、CMOS传 感 器 基 本 上还不能国产化, 因此整个系统的设备价格降不下 来, 成为制约X射线实时成像技术发展的重要因素。 ( 3) 实时成像技术与数码相机技术有着许多相同之 处, 如今数码相机已进入百姓之家, 数字技术已进入 各行各业。在迎接数字化时代到来的时候, 广大使用 单位对我国无损检测研制单位寄以厚望, 希望X射线 实时成像检测系统能够早日实现国产化, 把价格降下 来, 使数字化的X射线实时成像检测技术能够进入更 广泛的应用领域。
Development of X- r ay Real Time Image System
Liu Yan
〔Abstr act〕 This article introduces the basic construction and development of the x- ray real time image system and mainly the system compostition,sorts,structure and principle. 〔Key wor ds〕 X- ray Image System
引言 随着人们对“X”射 线 的 物 性 研 究 和 应 用 开 发 , 利
用X射线技术已经广泛地应用于无损检测、医 疗 、军 事、工业探伤、施工、航海等领域。随着数字式X 射线成 像技术的发展,使其检测技术有了进一步的发展, 配置 上一套设备( 硬件与软件) 作支撑, 就可构成一个完整 的检测系统, 简称X射线实时成像系统。该系统使用X 射线机或加速器等作为射线源, X射线透过被测物体 后衰减, 由射线接收/转换装置变成模拟信号或数字信 号, 利用半导体传感技术、计算机图像处理技术和信息 处理技术, 再将检测图像直接显示在屏幕上, 可用计算 机程序进行评定, 然后将图像数据保存到储存介质上。
作者简介: 刘 艳, 女, 1982年生, 中北大学在读硕士研究生。
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第 2 期(总第 89 期)
机械管理开发
2006 年 4 月
系 统 的 分 辨 率(比 起 图 像 增 强 器 成 像 系 统 的 分 辨 率 )有 了 较 大 的 提 高 。 2) LDA成 像 系 统 与 CMOD(comple- mentary metal - oxide - semiconductor (transistor), 互 补 金属氧化物半导体( 晶体管) )传感器相结合, 一步完成 射 线 光 电 转 换 、数 字 采 集 的 全 过 程 , 称 为LDA- CMOS 射线数字直接成像系统。 3 图像的处理与分析
Cliffs, NT: Prentice Hall, 1979. [6] Wang Shingping, Panel Type X- Ray Image Intensifier Tube and Ra
diographic Cameras System, U.S. Patent 1,447,721.1984- 05- 08. ( 收稿日期: 2005- 10- 18)
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