CR系统工作原理及图像质量影响因素分析
目前工业应用领域内的数字成像技术主要分为CR（Computer Radiography）与DR（Digital Radiography）两大类（也有部分观点将采用底片扫描仪扫描的普通底片影像也归类为“数字成像”，但笔者认为一则扫描底片主要目的是为了存贮而非判读，再则底片扫描只是传统胶片技术的附加工序，因此只能勉强算做数字影像，而不应归属在数字成像技术种类之中）。
CR技术是用能够的感光IP板（Image Plate），接受透过工件的X线，使IP 板感光，形成潜影（这一潜影其实是不同区域所束缚的不同数量电子），然后CR 读片机用激光激发 IP 板发出荧光，由自动跟踪的集光器收集，复经光电转换器转换成电信号，放大后，由模拟/数字转换器转换成数字化影像信息。
怎样看直方图才算曝光正常
1895年德国物理学家伦琴利用他发现的X射线拍摄了第一张人的手骨照片，1922年美国水城兵工厂设计并建造了第一个工业用射线成像检测实验室。又经过八十多年的发展，射线成像技术已经广泛的应用于医疗诊断、航空、航天、军工、核能、石油等诸多领域，在国民经济发展过程中扮演着越来越重要的角。其中X射线胶片成像技术由于其原理简单、操作灵活、作为最早发明并使用的射线成像技术广泛的应用于人们生产生活的各个方面。随着工业生产机械化、自动化水平的进一步提高，人们越来越迫切地需要一种成像质量高、消耗资料少、能够数字化检测产品的成像技术，CR技术应运而生。
1  计算机射线透照（CR）系统工作原理
1.1  CR系统与传统射线透照的区别
CR与传统X射线透照不同，它是将透过物体的X射线影像信息记录在由辉尽性荧光物质、厚约300μm的存储荧光板上，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，用激光束对荧光板进行扫描读取，存储荧光板经过强光照射消除潜影后可以重复使用（一般在3000次以上）。
1.2  CR系统的组成
CR（Computed Radiography）系统使用成像板（Imaging Plate，IP）为探测器，利用现有的X射线设备进行探伤以实现图像信息的获取。它主要由X射线机、成像板、读片系统、图像处理软件组成。根椐CR系统工作流程主要有四部分组成：信息采集，信息转换，信息处理，信息记录和存储。
（1） 信息的采集
常规X射线摄影中使用增感屏/胶片组合系统的成像方式已众所周知，在X 射线照上最终形成的影像无法直接数字化。CR系统解决的关键问题之一即是开发了一种即可接受模拟信息，又可实现模拟信息数字化的载体，即成像板(IP)。这样，采集的信息则可应用数字图像信息处理技术进一步，实现数字化处理，贮存与传输。
成像板是装入特定的暗盒内，可以和常规X射线摄影相同的方式投照的，因些是和常规X射线摄影设备兼容的。这样，CR系统的信息采集部分主要是由X 射线管和成像板(IP)板组成。
CR图像的形成过程：
1）利用传统X射线设备曝光，X射线穿透试件后与IP板发生作用，形成潜影。
2）潜影由激光扫描仪进行读取，IP被激光激励后，以紫外线形式释放出存储的能量。
3）发出的荧光被集光器收集后送到光电倍增管，由光电倍增管将其转换成电信号。
4）经A/D转换成数字信号完成图像信息读取与数字化。
5）数字信号被送入计算机的数字图像处理系统，最终形成屏幕上的可见图像并被储存。
图2-1  CR系统工作过程
（2）信息转换
CR系统中，IP板经X射线照射后被激发（第一次激发）。经第一次激发的IP板上贮存有空间上连续的模拟信息，为使该信息数字化，IP板要由激光束扫描（第二次激发）读出。CR系统的读出装置中的激光发
生器发射激光束（氦－氖激光束波长为633nm，在与IP板垂直的方向上依次扫描整个IP表面。IP上的荧光体被二次激发后发生激发发光或称光致发光（photostimulated luminescence,PSL）现象，产生荧光。荧光的强弱与第一次激发时的能量精确成比例，即呈线性正相关。该荧光由沿着激光扫描线设置的高效光导器采集和导向，导入光电倍增管，被转换为相应强弱的电信号。继而，电信号被馈入模拟/数字（A/D）转换器转换为数字信号。至此，CR系统完成了模拟信号到数字信号的转换。
读片系统如图2-2所示。
1：脉冲激光 2：滤光片3：准直系统 4：分光镜 5：扫描棱镜 6：扫描电机 7：扫描臂  8：扫描透镜 9：IP成像板 10：滤光片 11：光电探测器 12：数据采集系统
13：计算机及软件系统
图2-2  CR读片系统基本结构示意图
事实上，CR系统的读出装置是依据IP上成像层内晶体的PSL特征设计的。FCR系统中的信息转换部分主要是由激光扫描器，光电倍增管和A/D转换器组成的。读出装置一般也叫影像板扫描仪。
一般衡量影像板扫描仪的参数有四个：描述影像清晰度的指标空间分辨率，描述影像层次的指标灰阶度级；描述处理能力的扫描速度。
当前CR系统的空间辨率普遍能达到50μm的水平，无论影像板的大小。新型的CR系统，对大片采取50μm、100μm等几档可调的设置，由用户自己设置。以适应不同场合对扫描速度和扫描质量的不同需要。
CR系统的灰阶级指标一般都要求达到4096(212)级灰阶。也就是使用12Bits 处理器，一些高指标的影像板扫描仪，已使用14Bits处理器，力求更佳的影像效果。
扫描速度是IP板扫描仪的处理能力，通过对CR读片机的测试，一张40cm 长的IP可以在1.5min内完成读取和擦出处理，另外在实际应用中还可多片同时扫描。所以在扫描速度方面，CR设备已经能够满足应用的需要。
（3）信息的处理
CR系统信息处理的原理与其它数字信息处理技术是类似的。大体上讲，CR 的信息处理通常可分为谐调处理，空间频率处理和减影处理，动态范围压缩处理等。
1）谐调处理
谐调处理涉及的是影像的对比。常规的增感屏/胶片摄影系统中，最终显示的影像相当大程度上依赖于X射线曝光量，当曝光量过低和过高时，均不能获得满意的影像效果。CR系统中，X射线剂量和/或能量改变（曝光宽容度）的允许范围则大，在适当设置的范围内曝光都可以读出影像的信号。
谐调处理也叫层次处理，主要用来改变影像的对比度、调节影像的整体密度。
2）空间频率处理
空间频率处理技术是一种边缘锐利技术，它是通过对频率响应的调节突出边缘组织的锐利轮廓，在传统
的屏/片系统中，频率越高，频率响应却越少，然而在CR系统中是根据图象的显示效果的需要来控制频率的响应。比如，提高影像高频成分的频率响应，那么就增加了此部分的对比。决定空间频率的响应程度由频率等级（RN）、频率增强（RE）、频率类型（RT）组成。
边缘增强技术（蒙片技术）是空间频率处理的较常用技术。该技术是通过增加对选择空间频率的响应，使兴趣结构的边缘部分得到增强，从而突出结构的轮廓。改变显示矩阵的大小也可决定不同结构的对比，使用较大的矩阵可使处于低空间频率的软组织结构得到增强。
1.3  IP板的特性
IP板是CR成像系统的关键元器件，是采集或记录图像信息的载体，它代替了传统的胶片系统。IP板可以重复使用，但不具备图像显示功能。IP板外观像一块单面增感屏，由表面保护层、光激励荧光物质层、基板层和背面保护层组成。
（1）发射与激发
IP成像层是由一种有辉尽性荧光效应物质所制成。该晶体在受到X光照射时，能以潜影的形式记录影像信息，当再次受到照射诸如激光等激发时，能够按比例地发射所存储的能量以荧光的形式，这种现象称为光激发发光发射与激光光谱。
光激发荧光体发射的蓝-紫光的强度依赖于照射在IP上的光的波长而改变。第一次激发IP的X光谱称为发射光谱，第二次激发IP的激光称为激发光谱。发射光谱和激发光谱的峰值存在一定的差别。这有利于保证两者在光学上的不一致，从而达到最佳的影像信噪比。
（2）IP激发时间响应
理想情况下，当激光激发X线曝光后的IP时，光激发应立即产生荧光，停止激发时，荧光也立即消失，但实际上荧光并不是立即停止，而是存在着逐渐的衰减过程。这个衰减过程对于快速阅读X线信息的CR系统来说是一个不利因素，上次激发的信息未能完全消退时，又接受了新的一次X线照射，所以，此时IP 在再一次进行阅读影像时必然会重叠上一次的图象成份，导致了图像质量的降低。
荧光体被二次激发后，其发射荧光的强度达到初始值的1/e(e=2.718)时间称为光发射寿命期。IP板的发射寿命期为0.8微秒。由于该期极短，故可在很短时间内以很高的密度重复采集与读出大面积IP上的X线影像信息，而不发生采集与读出信息的重叠。即是说，IP具有可满足医学成像需要的、极好的时间响应特征。

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