2.4 成像板系统（IP板系统）

成像板系统常简称为IP板系统，它是CR技术的辐射探测器（系统）。

IP板系统由IP板、IP板图像读出器、（读出）软件、读出参数构成。它们作为一个整体共同影响获得的数字射线检测图像质量。

2.4.1 IP板（*）

IP板是构成IP板系统的基础，它的性能限定了IP板系统的性能。

1.IP板结构

IP板的基本结构如图2-15所示，其主要由保护层、荧光层、支持层、背衬层构成。

保护层为非常薄的聚酯树脂类纤维，保护荧光层不受外界的影响。荧光层采用特殊的荧光物质，即光激发射荧光物质构成。荧光物质目前主要采用的是氟卤化钡（二价铕激活）。支持层常用聚酯树脂类纤维胶制作。它具有良好的机械强度，保护荧光层免受外力损伤。背衬层制成黑色，防止激光在荧光层和支持层的界面反射。

荧光物质的类别、荧光晶体的颗粒尺寸与荧光层的厚度决定了IP板的基本性能。

2.IP板探测原理

IP板的荧光物质受到射线照射时，射线与荧光物质相互作用所激发出的电子，在较高能带被俘获，形成光激发射荧光中心（PLC），以准稳态保留在IP板荧光物质层中。这样，在IP板中就形成了射线照射信息的潜在图像。

IP板中形成的射线照射信息潜在图像，可以采用激光激发读出。采用激光激发读出时，光激发射荧光中心的电子将返回它们初始能级，并以发射可见光的形式输出能量。所发射的可见光与原来接收的射线剂量成比例。这样，可将IP板上的潜在图像转化为可见的图像。对该图像进行图像数字化处理，则可得到数字射线检测图像。

激光激发读出和图像数字化处理由IP板图像读出器完成。

在IP板上储存的潜在射线图像，读出后仍存在的部分图像信息，经过适当程度的光照射可擦除，擦除后的IP板可再次用于记录射线照射图像。

*3.IP板系统分类

不同性能的IP板具有不同的空间分辨力、信噪比，必然导致IP板系统可获得的基本空间分辨力、可达到的规格化信噪比会不同。目前，在有关标准中对IP板系统（标准中常称为“CR系统”）进行了分类。表2-2列出的是美国材料试验学会标准规定的分类与性能指标，可供参考。其中出现的探测器插入基本空间分辨力仍旧是原有的探测器基本空间分辨力概念，只是要求采用绘制丝对调制深度曲线确定调制深度为20%的丝对。所采用的允许可达到的最低EPS灵敏度，是对19mm中碳钢板在220kV透照电压下，以钻孔板50%数目的孔可识别程度下得到的EPS灵敏度值（该指标是否可作为性能指标值得讨论）。

*2.4.2 IP板的主要特性

下面介绍与数字射线检测技术相关的IP板主要特性，其中部分特性与IP板图像读出器性能相关。

1.谱特性

所关注的IP板谱特性主要是发射谱特性和激发谱特性。

发射谱特性给出的是在射线照射时，IP板吸收射线的发射荧光谱分布。激发谱特性给出的是IP板采用不同波长激光激发时，IP板发射荧光强度的相对值。图2-16显示了IP板的发射谱特性和激发谱特性。从图中可见，发射谱的峰值波长约为390nm，激发谱的峰值波长在600nm附近。依据激发谱特性确定扫描读出时的激光波长，依据发射谱特性选择扫描读出时与之匹配的光电倍增管响应谱特性。

2.转换特性——动态范围

IP板在激光激发后输出的荧光信号，在相当大的射线照射剂量变化范围内，都显示为线性响应的特点。也就是说，IP板系统的转换特性具有很宽的动态范围，图2-17显示了IP板系统的动态特性。一般认为至少可达到104∶1。这使得CR技术的数字射线检测图像具有较大的厚度宽容度。

3.时间响应特性

IP板的时间响应特性描述的是IP板受到激光激发时，产生的发射荧光强度随时间减弱的关系，图2-18显示了减弱与时间的具体关系。从图中可见，激发停止后经约0.8μs的时间（也有更短时间的IP板，有文献给出100ns），发射强度降到初始强度的1/e（37%）。可见，激光激发停止后该扫描点的荧光存在逐渐消失的过程。在设置扫描读出参数时，需要考虑由此可能产生的相邻扫描点信息间的干扰。

2.4.3 IP板系统的基本性能（*）

对于CR技术，必须从IP板系统角度讨论探测器系统的基本性能。即必须考虑IP板系统各个组成部分的作用。

1.IP板系统的空间分辨力

对于IP板系统，关于基本空间分辨力可给出与分立辐射探测器相同的关系式

SRb=Pe

UD≈2SRb

需要注意的是，这里的各个量都是由IP板系统决定，它们是对IP板探测器系统给出的结果，并且是由IP板性能、IP板图像读出器性能、扫描读出软件和设置的扫描参数共同决定的性能。图2-19显示了IP板系统不同、读出扫描点尺寸不同对读出图像空间分辨力的影响。这说明了对于空间分辨力性能必须从IP板系统考虑。

2.IP板系统的规格化（归一化、标准化）信噪比

图2-20显示的是IP板系统的规格化（归一化、标准化）信噪比与曝光量（照射剂量）平方根的一般关系。从图中可见，其规格化信噪比与曝光量平方根间的关系同分立辐射探测器（DDA）基本相同。不同的是，其线性范围较小，饱和值较低。这主要是IP板系统的结构噪声对信噪比的限制。IP板的性能不同，其结构噪声不同，可获得的信噪比也不同。

研究指出，IP板系统的规格化信噪比与图像灰度间存在对应关系。即图像达到一定灰度时将达到对应的规格化信噪比。这种对应关系与射线能量无关，包括对X射线、γ射线，X射线能量可从50kV到数兆伏。

*3.IP板系统基本性能的说明

IP板性能决定的空间分辨力，构成了IP板系统空间分辨力的基础，其限定了IP板系统可达到的最高空间分辨力。

IP板的性能，即荧光物质的类型、荧光物质晶体颗粒尺寸、荧光层厚度，决定了IP板可实现的空间分辨力。它也就是IP板成像的固有不清晰度（例如，可记为UIP）。对于某种类型的荧光物质，荧光物质的晶体颗粒尺寸越大、厚度就越大，IP板的固有不清晰度就越大，空间分辨力就越低。

对于某种性能的IP板，即使用更好的后续IP板图像扫描读出器，设置更好的读出参数，获得的数字射线检测图像的空间分辨力也不可能超过IP板性能决定的空间分辨力。同时，必须选用性能适当的IP板图像读出器、设置适当的扫描读出参数（特别是扫描点尺寸，是否满足采样定理），扫描读出的数字射线检测图像才不会损失IP板性能决定的空间分辨力。否则，扫描读出后只能获得更差空间分辨力的数字射线检测图像。

例如，在图2-19a中显示的主要是IP板性能的决定性作用，而在图2-19b中显示了主要扫描点尺寸的影响，同时也显示了IP板性能的作用。理解它们的结果，必须同时考虑IP板性能决定的可达到的空间分辨力（对应着空间频率）与设置的扫描点尺寸是否符合采样定理的限定。图中给出采用100μm扫描点读出的图像，达到的仅是D6（最小可分辨丝对直径为0.25mm），并不是100μm扫描点可达到的D7（最小可分辨丝对直径为0.20mm），这是因为设置的扫描点尺寸不符合采样定理的限定；采用50μm扫描点读出的图像，达到的是D9（最小可分辨丝对直径为0.16mm），并不是50μm扫描点可达到的D10（最小可分辨丝对直径为0.10mm），这是IP板性能的限定。实际试验中还采用25μm扫描点读出图像，达到的仍旧是D9，并未进一步提高，原因也是由于IP板本身性能的限定。

这些结果指出，一方面，扫描点尺寸对读出图像的空间分辨力具有重要影响；另一方面，并不能通过单纯减小扫描点尺寸获得超过IP板性能决定的更高空间分辨力。这就是必须从IP板系统考虑空间分辨力的含义。

此外，由于射线在IP板荧光层中必然存在散射，因此一般可以说，IP板系统的空间分辨力与检测时的射线能量相关。从构成数字射线检测技术角度，显然希望掌握IP板固有不清晰度与射线能量的关系。

关于IP板系统的规格化（归一化、标准化）信噪比，需要注意的是信噪比与剂量的关系还会受到扫描读出过程的影响。扫描读出器的性能（例如激光点的尺寸、激光束的强度、激光束的稳定性）、设置的扫描参数（例如扫描点尺寸、扫描速度）不同，也会影响信噪比。图2-21显示了扫描激光束强度与在扫描点停留时间与扫描读出深度（读出程度）的关系，从它可以理解扫描读出过程的影响。

对于CR技术，为获得更高的检测图像信噪比，必须从IP板探测器系统角度控制。