2.4 成像板系統（IP板系統）

成像板系統常簡稱為IP板系統，它是CR技術的輻射探測器（系統）。

IP板系統由IP板、IP板圖像讀出器、（讀出）軟件、讀出參數構成。它們作為一個整體共同影響獲得的數字射線檢測圖像質量。

2.4.1 IP板（*）

IP板是構成IP板系統的基礎，它的性能限定了IP板系統的性能。

1.IP板結構

IP板的基本結構如圖2-15所示，其主要由保護層、熒光層、支持層、背襯層構成。

保護層為非常薄的聚酯樹脂類纖維，保護熒光層不受外界的影響。熒光層采用特殊的熒光物質，即光激發射熒光物質構成。熒光物質目前主要采用的是氟鹵化鋇（二價銪激活）。支持層常用聚酯樹脂類纖維膠制作。它具有良好的機械強度，保護熒光層免受外力損傷。背襯層制成黑色，防止激光在熒光層和支持層的界面反射。

熒光物質的類別、熒光晶體的顆粒尺寸與熒光層的厚度決定了IP板的基本性能。

2.IP板探測原理

IP板的熒光物質受到射線照射時，射線與熒光物質相互作用所激發出的電子，在較高能帶被俘獲，形成光激發射熒光中心（PLC），以準穩態保留在IP板熒光物質層中。這樣，在IP板中就形成了射線照射信息的潛在圖像。

IP板中形成的射線照射信息潛在圖像，可以采用激光激發讀出。采用激光激發讀出時，光激發射熒光中心的電子將返回它們初始能級，并以發射可見光的形式輸出能量。所發射的可見光與原來接收的射線劑量成比例。這樣，可將IP板上的潛在圖像轉化為可見的圖像。對該圖像進行圖像數字化處理，則可得到數字射線檢測圖像。

激光激發讀出和圖像數字化處理由IP板圖像讀出器完成。

在IP板上儲存的潛在射線圖像，讀出后仍存在的部分圖像信息，經過適當程度的光照射可擦除，擦除后的IP板可再次用于記錄射線照射圖像。

*3.IP板系統分類

不同性能的IP板具有不同的空間分辨力、信噪比，必然導致IP板系統可獲得的基本空間分辨力、可達到的規格化信噪比會不同。目前，在有關標準中對IP板系統（標準中常稱為“CR系統”）進行了分類。表2-2列出的是美國材料試驗學會標準規定的分類與性能指標，可供參考。其中出現的探測器插入基本空間分辨力仍舊是原有的探測器基本空間分辨力概念，只是要求采用繪制絲對調制深度曲線確定調制深度為20%的絲對。所采用的允許可達到的最低EPS靈敏度，是對19mm中碳鋼板在220kV透照電壓下，以鉆孔板50%數目的孔可識別程度下得到的EPS靈敏度值（該指標是否可作為性能指標值得討論）。

*2.4.2 IP板的主要特性

下面介紹與數字射線檢測技術相關的IP板主要特性，其中部分特性與IP板圖像讀出器性能相關。

1.譜特性

所關注的IP板譜特性主要是發射譜特性和激發譜特性。

發射譜特性給出的是在射線照射時，IP板吸收射線的發射熒光譜分布。激發譜特性給出的是IP板采用不同波長激光激發時，IP板發射熒光強度的相對值。圖2-16顯示了IP板的發射譜特性和激發譜特性。從圖中可見，發射譜的峰值波長約為390nm，激發譜的峰值波長在600nm附近。依據激發譜特性確定掃描讀出時的激光波長，依據發射譜特性選擇掃描讀出時與之匹配的光電倍增管響應譜特性。

2.轉換特性——動態范圍

IP板在激光激發后輸出的熒光信號，在相當大的射線照射劑量變化范圍內，都顯示為線性響應的特點。也就是說，IP板系統的轉換特性具有很寬的動態范圍，圖2-17顯示了IP板系統的動態特性。一般認為至少可達到104∶1。這使得CR技術的數字射線檢測圖像具有較大的厚度寬容度。

3.時間響應特性

IP板的時間響應特性描述的是IP板受到激光激發時，產生的發射熒光強度隨時間減弱的關系，圖2-18顯示了減弱與時間的具體關系。從圖中可見，激發停止后經約0.8μs的時間（也有更短時間的IP板，有文獻給出100ns），發射強度降到初始強度的1/e（37%）。可見，激光激發停止后該掃描點的熒光存在逐漸消失的過程。在設置掃描讀出參數時，需要考慮由此可能產生的相鄰掃描點信息間的干擾。

2.4.3 IP板系統的基本性能（*）

對于CR技術，必須從IP板系統角度討論探測器系統的基本性能。即必須考慮IP板系統各個組成部分的作用。

1.IP板系統的空間分辨力

對于IP板系統，關于基本空間分辨力可給出與分立輻射探測器相同的關系式

SRb=Pe

UD≈2SRb

需要注意的是，這里的各個量都是由IP板系統決定，它們是對IP板探測器系統給出的結果，并且是由IP板性能、IP板圖像讀出器性能、掃描讀出軟件和設置的掃描參數共同決定的性能。圖2-19顯示了IP板系統不同、讀出掃描點尺寸不同對讀出圖像空間分辨力的影響。這說明了對于空間分辨力性能必須從IP板系統考慮。

2.IP板系統的規格化（歸一化、標準化）信噪比

圖2-20顯示的是IP板系統的規格化（歸一化、標準化）信噪比與曝光量（照射劑量）平方根的一般關系。從圖中可見，其規格化信噪比與曝光量平方根間的關系同分立輻射探測器（DDA）基本相同。不同的是，其線性范圍較小，飽和值較低。這主要是IP板系統的結構噪聲對信噪比的限制。IP板的性能不同，其結構噪聲不同，可獲得的信噪比也不同。

研究指出，IP板系統的規格化信噪比與圖像灰度間存在對應關系。即圖像達到一定灰度時將達到對應的規格化信噪比。這種對應關系與射線能量無關，包括對X射線、γ射線，X射線能量可從50kV到數兆伏。

*3.IP板系統基本性能的說明

IP板性能決定的空間分辨力，構成了IP板系統空間分辨力的基礎，其限定了IP板系統可達到的最高空間分辨力。

IP板的性能，即熒光物質的類型、熒光物質晶體顆粒尺寸、熒光層厚度，決定了IP板可實現的空間分辨力。它也就是IP板成像的固有不清晰度（例如，可記為UIP）。對于某種類型的熒光物質，熒光物質的晶體顆粒尺寸越大、厚度就越大，IP板的固有不清晰度就越大，空間分辨力就越低。

對于某種性能的IP板，即使用更好的后續IP板圖像掃描讀出器，設置更好的讀出參數，獲得的數字射線檢測圖像的空間分辨力也不可能超過IP板性能決定的空間分辨力。同時，必須選用性能適當的IP板圖像讀出器、設置適當的掃描讀出參數（特別是掃描點尺寸，是否滿足采樣定理），掃描讀出的數字射線檢測圖像才不會損失IP板性能決定的空間分辨力。否則，掃描讀出后只能獲得更差空間分辨力的數字射線檢測圖像。

例如，在圖2-19a中顯示的主要是IP板性能的決定性作用，而在圖2-19b中顯示了主要掃描點尺寸的影響，同時也顯示了IP板性能的作用。理解它們的結果，必須同時考慮IP板性能決定的可達到的空間分辨力（對應著空間頻率）與設置的掃描點尺寸是否符合采樣定理的限定。圖中給出采用100μm掃描點讀出的圖像，達到的僅是D6（最小可分辨絲對直徑為0.25mm），并不是100μm掃描點可達到的D7（最小可分辨絲對直徑為0.20mm），這是因為設置的掃描點尺寸不符合采樣定理的限定；采用50μm掃描點讀出的圖像，達到的是D9（最小可分辨絲對直徑為0.16mm），并不是50μm掃描點可達到的D10（最小可分辨絲對直徑為0.10mm），這是IP板性能的限定。實際試驗中還采用25μm掃描點讀出圖像，達到的仍舊是D9，并未進一步提高，原因也是由于IP板本身性能的限定。

這些結果指出，一方面，掃描點尺寸對讀出圖像的空間分辨力具有重要影響；另一方面，并不能通過單純減小掃描點尺寸獲得超過IP板性能決定的更高空間分辨力。這就是必須從IP板系統考慮空間分辨力的含義。

此外，由于射線在IP板熒光層中必然存在散射，因此一般可以說，IP板系統的空間分辨力與檢測時的射線能量相關。從構成數字射線檢測技術角度，顯然希望掌握IP板固有不清晰度與射線能量的關系。

關于IP板系統的規格化（歸一化、標準化）信噪比，需要注意的是信噪比與劑量的關系還會受到掃描讀出過程的影響。掃描讀出器的性能（例如激光點的尺寸、激光束的強度、激光束的穩定性）、設置的掃描參數（例如掃描點尺寸、掃描速度）不同，也會影響信噪比。圖2-21顯示了掃描激光束強度與在掃描點停留時間與掃描讀出深度（讀出程度）的關系，從它可以理解掃描讀出過程的影響。

對于CR技術，為獲得更高的檢測圖像信噪比，必須從IP板探測器系統角度控制。