摘 要：随着科学技术的不断发展，X 光检测技术广泛应用到医疗诊断、安全检查等各个领域。介绍了 X 光计量检测系统的发展情况，分析了影响系统检测灵敏度的因素，展望了近几年开始应用到医学领域中的能够提高 X 光计量检测系统灵敏度的一些检测新技术。
1 X 光计量检测系统概述
自 1895 年伦琴发现 X 射线以来，X 射线在医学领域的应用至今已有 100 余年的历史。特别是进入 21 世纪以来，是 X光机发展最为迅速的时期。由于大功率高频功率模块的应用，如 IG- BT、IPM、GTR 及大功率 CMOS 模块使得高压发生器的工作频率达 20 kHz~100 kHz，进入无声时代。图像采集方面，出现 1 249 线高扫电视系统，充气电离室探测器阵列，半导体光敏探测器阵列，3 种方式抛弃了传统的增感屏 - 胶片组合，完成了直接数字摄影。并且随着计算机的处理速度越来越快及计算机图像处理技术的成熟，实时处理的 DSA成为现实。X 光是一种可用于无损检测物体内部结构、缺陷的射线，用途广泛，但是不容易被探测，因此，需要特殊的设备才能达到探测的目的。在一般 X光探测系统中有专门记录 X光的媒质，如 X 光胶片、X 光感光屏。同时，还需经后期的冲洗、判读才能获得有用信息，处理程序繁锁、周期较长，不便于实时信息的获取及处理。这样 X光计量检测系统的灵敏度成为了 X光机发展应用的最大障碍。
2 影响 X 光计量检测系统检测灵敏度的因素
2.1 焦点的影响
现在大多数 X光实时成像系统所用 X光管，以微小焦点为主。在系统的设备确定之后，系统的固有不清晰度和 X 光管焦点是已知条件。系统的不清晰度与固有不清晰度大小和X 光管焦点尺寸成正比关系，因而减小焦点尺寸，可以提高系统清晰度；另一方面，减小焦点尺寸能够检出更小的缺陷，有利于提高 X 光实时成像检测的可靠性。但是，X 光管焦点尺寸不可能无限制减小。减小了焦点尺寸，一方面意味着 X射线强度减小，会使检测图像的亮度和对比度下降，不利于图像的观察；另一方面，微小焦点发热量大，如果冷却不好，焦点很容易烧坏。
2.2 焦距选择的影响
焦距（F）由 3 部分组成：X 光管到被检工件距离（L1）、工件厚度（T）和被检工件到图像增强器距离（L2），F=L1+T+L2。焦距对图像几何清晰度和灵敏度的影响起着重要作用，随焦距增大，射线的散射面积加大，促使图像清晰度和灵敏度下降。
2.3 图像接受系统与图像处理的影响
众所周知，X射线不是全部沿中心轴线有效透射的，而是有相当数量的一次和二次散射损失。这些散射线不进行隔离将直接被图像增强器连同检测信号传输放大，使灵敏度和清晰度降低。X光实时成像系统几次光电转换，使有效图像信号衰减，噪音信号增大，因此导致对比度、清晰度和分辨率降低。同时在 X 射线实时成像检测中，图像显示的载体是显示器，与胶片的颗粒度相比，显示器的像素较大，因而图像质量受到较大影响。
3 高灵敏度系统的研制与应用
3.1 应用变频技术
X 光机的球管是 X 光机的主要部件之一，是 X 射线的产生部件。工作原理是由阴极灯丝发射的电子，经过高压（40 kV~150 kV）加速，轰击阳极靶面产生光和热。其中光成分里面包含了有用的 X 光大约只占 0.2％。其余无用的光及热量占 99.8％。这些光和热使阳极靶面的温度急剧上升，为使阳极靶面能够承受如此强大的电子冲击和温度上升，所以将阳极靶面做成圆的并让其旋转。因此，在工作频率条件下，旋转阳极的转速最高只能达到 2 800 转左右。采用变频技术是将 50 Hz 的交流电进行整流，然后通过振荡电路产生频率在 150 Hz~300 Hz 的交流电，从而提高旋转阳极的转速，可达 100 130 r/min 以上，提高了设备的可靠性与灵敏度。
3.2 计算机 X 射线摄影术(CR)
CR 与传统 X 射线摄影不同，它是将透过物体的 X 射线影像信息记录在由荧光物质和厚约 300 μm含微量元素溴化物结晶制成的存储荧光板(SPP)上，存储荧光板取代传统 X射线胶片，接受 X 射线照射，存储荧光板感光后在荧光物质中形成潜影，将带有潜影的存储荧光板置入读出器中用激光束进行精细扫描，通过激光束以 2 510×2 510 的像素矩阵对SPP 进行扫描读取，存储荧光板经过强光照射消除潜影后可以再用 5 000 次。CR 的装置包括影像采集部分即存储荧光板，影像扫描部分即读出器、影像后处理和记录部分。存储荧光板与普通胶片一样分成各种不同大小规格。读出器分为多槽自动排列读出处理式和单槽读出处理式，前者可在相同时间内处理更多存储荧光板。凡是符合国际通用影像传输标准DICOM3.0 格式的图像均可以经过网络传输、归档及打印。CR除了具备所有数字化影像的共同优点外，其最大优势在于可以充分利用原有的传统 X 射线设备，使用方便，适用于各种检查，提高了检测的灵敏度，特别适合于在野外移动作业。这是目前最具有技术保障的、有实现前途的技术，作业过程基本与现在胶片照相相同，适合于射线机在野外恶劣环境施工。
3.3 数字信号技术
数字信号是当今世界信息传递的通用方式，在不断提高图像质量、诊疗水平、医疗服务的今天，医院和放射科的数字化及地域性的网络化已成为今后医疗保健一体化的发展趋势和重要组成部分。近年来，影像学的数字化发展相当迅速，包括高场强 MRI、多层螺旋 CT、数字彩色多普勒及计算机辅助诊断等。数字化 X线机具有成像速度快，图像质量清晰，计算机存储等优势，它不仅可以与各式打印机及网络联接，自动打印图文报告，还可以实现计算机网络会诊，放射医学无胶片化管理和计算机检索及网络化操作，可节省大量制片费，减少环境污染，降低劳动强度。具体来讲，数字信号技术中的视野变换技术能使影像增强器的尺寸由原来的 6 英寸加大到 9 英寸 ~12 英寸，并使获得的视野更大、更清晰。摄像系统也一般采用了 40 万 ~100 万像素的 CCD数字摄像系统，保证了数字图像的最佳对比度和高清晰的图像分辨率。显示系统也采用了 17 英寸 ~20 英寸的纯平大屏幕、高清晰度、无闪烁、逐行扫描的医学影像监视器。并加装了图像实时处理系统，由于全部都是数字信号，可对视频信号进行数字减影、回放、存档。非常方便地进行后期处理，并都配有标准的 DI-COM3.0 接口，将 X 光机得到的医学影像存入医院的 PACS系统，实现全院各科室的图像共享，使各科室的医生在自己的办公室或手术室直接调阅病人的各种图像。在后期图像的处理上，数字信号技术在获取数字图像后，通过计算机可对其进行图像存储、传输等各种各样的处理；为静态路径提供各个参考图像；能存储和重放整个过程，最高达到 60 幅／s；与双相 X 线系统接配，同时采集和重放两个方向上的图像；可显著改善细微部位的图像和质量，将图像实时放大(4 倍 ~8倍)；借助于图像，对病人的病变部位进行分析和测量；对图像进行相关的文字处理。但由于用数字 X光机检查的费用比较高，大约是传统 X 光机的 1.5 倍 ~4 倍，因此还未被推广。据统计，目前仅有 8％的 X光机是数字 X光机。
3.4 其他
Macrotron Scientific Engineering 有限公司(MSE)在 2007年推出增强型 MXR- 160 自动 X光检测系统。该系统所采用 X光新技术着眼于性能和质量，大大改善了图像质量。尤其是复杂组件的运用，其在线产量提高了 30％。MXR- 160 的最新 X 光技术具有较高的几何分辨率，同时具有较高的对比分辨率。“Field of View”和灰度分辨率的精密校准可确保精确和可重复的结果。该系统适合于半导体检测，如线绑定测试、焊接框架、焊料球，以及专门检测细间距 PCB、微 BGA、BGA。新的 X 光导向装置大大简化了印制板测试。该系统既节省时间又无循环，可全自动生成板子的 X 光，并快速地显示在监视器上。用户可随时观察到板子的实际位置，通过鼠标方便快速地进入下一个测试区域。X光性能评定技术方案可作为该系统的统计和验证工具，并为 MXR- 160 提供在线分析和实时统计，从而快速评估故障和监视故障趋势。
总之，随着 X 光技术的不断进步，它们的应用将 X 射线检测的技术水平提高了一个新的层次，不但能节约大量胶片、药水、洗片机、存储等的费用，还能比较好地进行质量的控制与极大地增强检测的灵敏度。
参考文献
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本文作者： 王建国
