微型X射线数字成像系统

　　1　引　言

　　1895年,德国物理学家威廉伦琴发现了X射线,这被认为是19世纪的重大发现。目前,X射线的探测和成像技术在医疗、工业和航天领域里得到广泛的应用,已成为疾病诊断、无损探测和天文观察的重要手段[1-3]。为了更加安全、有效地利用X射线,人们致力于新型X射线探测器和系统的研究,使得在X射线照射强度较低的情况下也能获得满意的图像观察效果。

　　随着X射线检测和诊断技术的发展,X射线数字成像检测以其高效率、低成本、特别是数字图像的可交换性和存储方便等特点成为X射线检测的发展趋势[4-5]。在医学牙科诊断、工业电子元器件无损检测等领域,多需要成像面积小,分辨率高,能够观察内部微细结构,为准确诊断和判别损伤和缺陷提供准确依据的检测技术,这对微小型、高分辨率X射线数字成像系统的开发和研究提出了新的课题,国外已经有多家公司如SCHICK、SIRONA、IOX、SUNI、E2V、DENOP-TICX、HAMAMATSU、SIGMA、MPS等分别研制出了用于牙科诊断的微小型数字X射线成像系统,并已经开始投入使用,正在逐步取代传统的X射线胶片牙科诊断设备[6]。X射线数字成像方法与X射线胶片照相方法在基本原理上是相同的。胶片照相方法的原理是X射线穿透工件或诊断部位,部分射线能量被材料吸收,其余的射线能量穿过工件后使胶片感光,在底片上产生灰度差异的影像,从而达到检测目的;而X射线数字成像方法是将穿透的射线能量经X射线图像转换器件转换为可见图像,经计算处理后,在显示器屏幕上观察检测结果。

　　目前在牙科诊断方面,国内医院仍然普遍采用胶片式X射线照相方式,系统操作复杂,需要照相、洗像和诊断等多个过程,费用高、诊断周期长。欧美等发达国家正在逐步采用直接数字成像系统代替传统的胶片照相方式,而我国还没有该类成型的产品,鉴于该产品直观、易用的特点,以及未来广阔的应用前景和巨大的市场需求潜力,本文进行了微型X射线数字成像系统的研究工作。

　　2　微型X射线数字成像系统的组成

　　微型X射线数字成像系统的组成如图1所示。系统主要由4个部分组成:X射线源、X射线敏感CCD、CCD驱动与接口电路、图像获取与处理软件。X射线源控制器控制射线源产生X射线,X射线透过物体后其强度分布携带了被测部件的信息,透过的X射线到达X射线敏感CCD内的X射线转换屏,通过转换屏转换为可见光图像,每一点出射的可见光强度与入射的X射线辐射剂量成正比,转换屏直接贴在CCD的光敏面上,转换屏出射的可见光直接被CCD的光敏面接收、经过一定时间的照射曝光,形成一定灰度的图像,读出CCD图像信号经A/D转换后,通过USB2.0接口与计算机及数据获取与处理软件进行数据通讯,实现图像采集、存储和处理,然后利用获取的图像对被测目标的损伤或缺陷情况进行诊断和检测。其中核心部分是X射线敏感CCD相机及其图像信号的计算机采集。