ROLA I ZNACZENIE CZASU EKSPOZYCJI W RADIOGRAFII

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Sławomir Mackiewicz
IPPT PAN
ROLA I ZNACZENIE CZASU EKSPOZYCJI
W RADIOGRAFII KOMPUTEROWEJ
1. Wstęp
Radiografia komputerowa (CR) oparta na wykorzystaniu pamięciowych
luminoforowych płyt obrazowych znajduje coraz szersze zastosowanie w badaniach
nieniszczących. Podstawowe zasady oraz zalety tej formy radiografii cyfrowej były szeroko
omawiane na kilku poprzednich KKBR [1-3]. Warto jedynie przypomnieć, że radiografia
komputerowa na płytach obrazowych w wielu aspektach przypomina radiografię tradycyjną,
w której błona radiograficzna zastąpiona została przez płytę obrazową. Z praktycznego
punktu widzenia radiografia CR stanowi najprostszą i najszybszą formę przejścia z
tradycyjnej radiografii błonowej na technikę cyfrową. Bardzo istotne jest to, że do
wykonywania badań można stosować te same źródła promieniowania oraz techniki
radiograficzne co w tradycyjnej radiografii błonowej. Oznacza to w szczególności, że wiedza
i doświadczenie praktyczne operatorów RT mogą zostać w dużym stopniu wykorzystane i
przeniesione na obszar radiografii komputerowej.
Podstawowe zasady badań radiograficznych materiałów metalowych z użyciem
luminoforowych płyt obrazowych określa norma EN 14784-2. W dużym zakresie jest ona
zgodna z normą EN 444 dotyczącą analogicznych badań z wykorzystaniem tradycyjnych
błon. W szczególności dotyczy to takich aspektów jak podział technik radiograficznych na
dwie klasy (klasa A: technika podstawowa i klasa B: technika ulepszona), zasad doboru
napięcia lampy rentgenowskiej lub źródła promieniowania do rodzaju i grubości badanego
materiału a także geometrii ekspozycji (odległość źródło-obiekt, maksymalny obszar
pojedynczego naświetlenia).
Pomimo licznych podobieństw EN 14784-2 wprowadza szereg nowych uregulowań
specyficznych dla radiografii komputerowej. Jednym z nich jest np. konieczność stosowania
dwóch rodzajów wskaźników jakości obrazu IQI: wskaźnik pręcikowy zgodny z EN 462-1
dla potwierdzenia czułości kontrastowej oraz wskaźnik typu podwójny pręcik wg EN 462-5
dla pomiaru nieostrości. Konieczność stosowania drugiego wskaźnika wynika z ciągle
ograniczonej rozdzielczości przestrzennej systemów CR w porównaniu z radiografią
błonową. Kontrola tego parametru za pomocą pojedynczego pręcika byłaby niewystarczająca
z uwagi na fakt, że w radiografii cyfrowej uwidocznienie pojedynczego pręcika można
uzyskać nawet przy słabej rozdzielczości przestrzennej przez odpowiednie podwyższenie
czułości kontrastowej.
Drugą istotną różnicą w stosunku do radiografii błonowej jest brak parametru gęstości
optycznej radiogramów, który w tradycyjnej radiografii stosowany jest do oceny
prawidłowości naświetlenia radiogramów oraz do ustalania prawidłowych wartości
ekspozycji. Powstaje zatem pytanie w jaki sposób należy obliczać czas ekspozycji w
badaniach prowadzonych przy użyciu luminoforowych płyt obrazowych. Biorąc pod uwagę
liniowość oraz wysoki zakres dynamiczny płyt obrazowych można byłoby przypuszczać, że
czas naświetlania nie ma większego znaczenia i parametr ten można traktować bardzo
1
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
dowolnie. Ewentualne korekcje jaskrawości czy kontrastu uzyskanego obrazu można przecież
łatwo przeprowadzić już na ekranie monitora. Niestety powyższe rozumowanie nie
uwzględnia podstawowych praw fizyki promieniowania, które powodują, że szeroka
tolerancja czasów ekspozycji prowadzi nieuchronnie do szerokiej tolerancji w jakości
uzyskiwanego zobrazowania. Chcąc uzyskać zobrazowanie radiograficzne o określonej
jakości (np. określonej klasie IPX wg PN-EN 14784-1) należy stosować czasy ekspozycji o
odpowiednio dobranej wartości podobnie jak ma to miejsce w radiografii błonowej.
Podstawowym parametrem, który określa wymagany czas ekspozycji w przypadku
radiografii komputerowej jest SNR czyli stosunek sygnału do szumu na uzyskanym obrazie
cyfrowym. Rola tego parametru jest analogiczna do roli gęstości optycznej D w tradycyjnej
radiografii błonowej. Klasyczną błonę należy naświetlać tak aby na wywołanym radiogramie
uzyskać określoną gęstość optyczną, natomiast pamięciową płytę luminoforową należy
naświetlać tak aby na odczytanym z niej zobrazowaniu cyfrowym uzyskać określoną wartość
SNR. Celem niniejszego artykułu jest wyjaśnienie związków jakie zachodzą między jakością
cyfrowego obrazu radiograficznego, wartością parametru SNR oraz czasem ekspozycji. Dla
zrozumienia tego związku konieczne jest dokładne zrozumienie definicji i znaczenia
parametru SNR oraz czynników od których zależy jego wartość.
2. Definicja i znaczenie parametru SNR
Załóżmy, że w badaniu wykonywanym techniką CR naświetlamy pamięciową płytę
obrazową równomierną wiązką promieniowania przechodzącą przez jednorodną warstwę
materiału bez jakichkolwiek wad lub nieciągłości. Po zeskanowaniu tak naświetlonej płyty w
czytniku CR otrzymujemy cyfrowy obraz radiograficzny, który w idealnym przypadku
powinien wykazywać jednakowy poziom intensywności (szarości) dla wszystkich pikseli. W
rzeczywistości jednak uzyskujemy obraz, na którym stopnie szarości poszczególnych pikseli
różnią się nieco między sobą podlegając pewnemu statystycznemu rozrzutowi wokół wartości
średniej. Wielkość tego rozrzutu zwanego też szumem zależy od warunków ekspozycji,
własności płyty obrazowej oraz parametrów urządzenia skanującego.
Dla uwidocznienia charakteru i nasilenia tego zjawiska na rys. 1 pokazano
przykładowe rozkłady intensywności pikseli dla typowych obrazów cyfrowych uzyskanych w
opisanych wyżej warunkach za pomocą systemów CR. Jak widać z przedstawionych
wykresów wielkość rozrzutu intensywności pikseli może być bardzo różna. Jej wartość
można scharakteryzować za pomocą odchylenia standardowego σPSL obliczonego z
odpowiednio dużej liczby pikseli. Dla jakości obrazu cyfrowego podstawowe znaczenie ma
nie tyle bezwzględna wielkość σPSL co jej stosunek do wartości sygnału użytecznego czyli np.
wielkość SNR zdefiniowana wzorem:
SNR =
I
σ
(1)
PSL
gdzie: I – wartość średnia intensywności pikseli dla równomiernie naświetlonej płyty
σPSL – odchylenie standardowe intensywności pikseli – szum sygnału
Ważne jest aby wartość intensywności odczytywana na obrazie komputerowym była wprost
proporcjonalna do natężenia sygnału fotostymulowanej luminescencji mierzonej podczas
odczytu płyty w czytniku CR. Oznacza to w szczególności, że na zarejestrowanym obrazie
cyfrowym nie powinny być wykonywane żadne nieliniowe operacje graficzne takie jak np.
stosowana w fotografii cyfrowej korekcja krzywej gamma.
2
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Intensywność
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
1
4
7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
SNR = 43
Intensywność
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
1
4
7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
SNR = 78
Intensywność
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
1
4
7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
SNR = 130
Rys. 1. Rozkłady intensywności pikseli dla cyfrowych obrazów radiograficznych
o różnych wartościach parametru SNR.
Czym wyższa jest wartość parametru SNR tym lepsza jest czułość kontrastowa
systemu badawczego, czyli możliwość wykrywania małych zmian grubości prześwietlanego
materiału. Mniejszy szum obrazu poprawia również wykrywalność i dokładność oceny
małych lub wąskich wad. Praktyczne znaczenie tego parametru dla jakości obrazu
radiograficznego widać na przykładowych radiogramach cyfrowych pokazanych na rys. 2.
3
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Rys.2. Cyfrowe radiogramy tego samego odcinka spoiny uzyskane przy wzrastających
wartościach parametru SNR i jednakowej rozdzielczości przestrzennej. Poniżej
radiogramów pokazano wykresy rozkładu intensywności sygnału wzdłuż jednej
z poziomych linii obrazu [6].
Widać na nich jak podwyższenie parametru SNR wpływa na rozróżnialność szczegółów
obrazu radiograficznego niezależnie od rozdzielczości przestrzennej, która dla wszystkich 3
obrazów jest jednakowa.
Kluczowe znaczenie parametru SNR dla jakości cyfrowego obrazu radiograficznego
znalazło odzwierciedlenie w normie EN 14784-1 gdzie parametr ten stanowi podstawowe
kryterium podziału na klasy dla systemów radiografii komputerowej CR.
3. Źródła szumu w obrazach CR
Biorąc pod uwagę podstawowe znaczenie stosunku sygnał-szum, czyli parametru SNR,
dla jakości obrazu radiograficznego warto zadać sobie pytanie jakie czynniki decydują o
wartości tego parametru.
Szum w radiografii komputerowej oznacza drobne, przypadkowe różnice w
amplitudzie sygnału fotostymulowanej luminescencji (PSL) odczytywanej w laserowym
czytniku CR z różnych punktów równomiernie naświetlonej płyty obrazowej. Jedną z
przyczyn fluktuacji sygnału PSL jest niejednorodność warstwy luminoforowej płyty,
powodująca, że jej czułość na promieniowanie jest nieco różna w różnych punktach obrazu.
Jednak postęp w technologii produkcji płyt obrazowych doprowadził do sytuacji, w której to
źródło szumów zostało zredukowane do wartości znacznie poniżej 1%. Równie małe są
szumy elektroniczne związane z detekcją i wzmocnieniem sygnału PSL rejestrowanego przez
fotopowielacz. Gdyby źródłem szumów były wyłącznie wspomniane wyżej czynniki
aparaturowe stosunek SNR dla uzyskiwanych radiogramów komputerowych wynosiłby ok.
150 czyli odpowiadałby najwyższej klasie IP według EN 14784-1. Co zatem powoduje, że w
praktyce otrzymujemy radiogramy cyfrowe o znacznie niższych wartościach SNR ?
4
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Okazuje się, że podstawową przyczyną szumów występujących na obrazach
radiograficznych nie są niedoskonałości aparatury lecz statystyka kwantowa promieniowania
rejestrowanego przez płytę obrazową. W rozpatrywanym przypadku istota statystyki
kwantowej sprowadza się do prostego stwierdzenia, że prawdopodobieństwo zarejestrowania
każdego kolejnego fotonu promieniowania jest jednakowe dla wszystkich pikseli obrazu,
niezależnie od tego ile fotonów dany piksel już wcześniej zarejestrował (akty rejestracji
poszczególnych fotonów są zdarzeniami niezależnymi).
Proces rejestracji promieniowania na płycie obrazowej można wyobrazić sobie jako
deszcz fotonów padających na płaszczyznę podzieloną na kwadratowe piksele – rys. 3.
Załóżmy na początek, że natężenie wiązki promieniowania jest takie, że średnio na jeden
piksel płyty przypada dwa fotony. Nie oznacza to jednak, że w każdym pikselu faktycznie
zostaną zarejestrowane dwa fotony. Komputerowa symulacja tego procesu pokazana na rys.
3. pokazuje, że tylko niektóre z pikseli dostaną po 2 fotony wiele innych dostanie po 1 lub 3
fotony, a niektóre mogą nie zarejestrować żadnego.
Rys. 3. Statystyczny rozkład detekcji fotonów na płycie obrazowej przy średniej liczbie
2 fotonów przypadających na jeden piksel obrazu
Widać, że w tym przypadku rozkład liczby fotonów na poszczególnych pikselach jest bardzo
nierównomierny a stosunek ich wartości średniej do odchylenia standardowego, czyli SNR,
wynosi niespełna 2
Aby przeanalizować ten problem w bardziej ogólnym przypadku można skorzystać z
faktu, że rozkład statystyczny liczby fotonów zarejestrowanych na pojedynczym pikselu
obrazu jest matematycznie opisany za pomocą rozkładu Poissona [7]:
N k exp(− N )
p(k ) =
k!
(2)
gdzie: N – średnia liczba fotonów przypadająca na 1 piksel obrazu
k – zmienna losowa rozkładu czyli faktyczna liczba fotonów w 1 pikselu
p(k) – prawdopodobieństwo zarejestrowania k fotonów w 1 pikselu
Wartość średnia oraz odchylenie standardowe dla rozkładu Poissona dane są znanymi
wzorami:
5
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
k = N
(3)
σ =
(4)
N
gdzie: k - wartość średnia liczby fotonów na jednym pikselu
σ - odchylenie standardowe liczby fotonów na jednym pikselu
Interesujący nas stosunek wartości średniej do odchylenia standardowego wynosi zatem:
SNR =
k
N
=
=
σ
N
N
(5)
Parametr SNR jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze średniej liczby fotonów
przypadających na jeden piksel obrazu. Ponieważ średnia liczba fotonów na piksel jest
proporcjonalna do dawki promieniowania, którą otrzymała płyta podczas ekspozycji oznacza
to, że parametr SNR jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z dawki
promieniowania. Tak więc zwiększając 4-krotnie ekspozycję uzyskujemy 2-krotnie
zwiększenie parametru SNR.
Z przeprowadzonego powyżej rozumowania wynikają dwa ważne wnioski: a)
statystyka kwantowa promieniowania jest podstawowym źródłem szumu występującego na
obrazach radiograficznych w zakresie małych i średnich wartości ekspozycji, b) chcąc
zmniejszyć wpływ szumu kwantowego na jakość zobrazowania należy zwiększyć dawkę
promieniowania czyli np. czas ekspozycji.
Korzystając z kwantowego opisu promieniowania łatwo pokazać jeszcze jedną
zależność ważną w radiografii komputerowej. Jest ona związana z rozdzielczością
przestrzenną systemu czyli z wielkością obszarów płyty obrazowej odpowiadających
efektywnym pikselom obrazu. Wielkość ta jest bezpośrednio zależna od technicznych
aspektów budowy systemu CR takich jak rodzaj płyty IP czy też wielkość ogniska i skok
skanowania wiązki laserowej w czytniku CR. Rozważmy co się stanie z wartością parametru
SNR gdy dwukrotnie zwiększymy rozdzielczość przestrzenną systemu przy zachowaniu tej
samej wartości ekspozycji. Dwukrotny wzrost rozdzielczości oznacza 2-krotne zmniejszenie
wymiarów liniowych i 4-krotne zmniejszenie powierzchni pikseli pokazanych na rys. 3. Przy
zachowaniu tej samej ekspozycji oznacza to 4-krotne zmniejszenie średniej liczby fotonów
przypadających na jeden piksel. Wykorzystując teraz wzór (5) otrzymujemy:
SNR1/ 2 =
N
=
4
N SNR
=
2
2
(6)
gdzie SNR1/2 oznacza stosunek sygnał szum dla systemu CR o dwukrotnie wyższej
rozdzielczości przestrzennej. Widzimy więc, że dwukrotne podwyższenie rozdzielczości
nieuchronnie prowadzi do dwukrotnego obniżenia stosunku sygnał szum. Chcąc
skompensować ten spadek SNR należałoby aż 4-krotnie zwiększyć wielkość ekspozycji. W
praktyce oznacza to, że systemy CR o wysokiej rozdzielczości z zasady wymagać będą
znacznie dłuższych czasów ekspozycji niż systemy standardowe.
6
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Ponieważ wielkość parametru SNR mierzona bezpośrednio na radiogramie cyfrowym
jest zależna od wielkości piksela, która może być różna w różnych systemach CR w normie
EN 14784-1 wprowadzono tzw. znormalizowaną wielkość SNR odniesioną do standardowej
wielkości piksela równej 88,6 µm. Jest ona równa wartości SNR faktycznie zmierzonej na
obrazie cyfrowym pomnożonej przez współczynnik korygujący będący stosunkiem
standardowej wielkości piksela do podstawowej rozdzielczości przestrzennej SRmax
ocenianego systemu CR:
SNRnorm = SNR
88,6
SRmax
(7)
Dzięki wprowadzeniu znormalizowanej wielkości SNR systemy radiografii cyfrowej
mogą być porównywane z klasycznymi systemami radiografii błonowej określonymi w
normie EN 584-1. Parametr SNR w radiografii błonowej wyznacza się z pomiarów
ziarnistości wykonywanych przy użyciu densytometru z aperturą o średnicy 100 µm. Kołowa
apertura o średnicy 100 µm odpowiada pod względem pola powierzchni kwadratowemu
pikselowi o długości boku 88,6 µm.
Jak wynika z przeprowadzonych rozważań zwiększanie ekspozycji prowadzi do
zmniejszenia SNR i w konsekwencji do poprawy jakości obrazu. Jednak stwierdzenie to jest
słuszne tylko do momentu, w którym szum kwantowy promieniowania ma relatywnie
większą wartość niż omówione wcześniej szumy aparaturowe. Problem ten zilustrowano na
rys. 4. pokazującym zależność parametru SNR od pierwiastka kwadratowego ekspozycji
(dawki promieniowania) dla systemu radiografii cyfrowej GE złożonego z czytnika CRx
Tower oraz płyt obrazowych IPS. W początkowej części wykresu (dla wartości SNR
mniejszych niż 90) zależność ta jest w przybliżeniu linią prostą co potwierdza, że głównym
źródłem szumu w tym zakresie jest szum kwantowy. W dalszej części wykresu zależność
liniowa ulega stopniowemu nasyceniu tak, że zwiększanie ekspozycji w coraz mniejszym
stopniu wpływa na wzrost parametru SNR. Fizycznie oznacza to rosnący udział szumów
aparaturowych, które są proporcjonalne do dawki promieniowania i dla których zwiększanie
ekspozycji nie prowadzi do wzrostu SNR. Gdyby wykres na rys. 4 przedłużono na większy
zakres dawek pokazana zależność przeszłaby w linię poziomą.
Rys. 4 dobrze ilustruje jeszcze jedną cechę radiografii komputerowej różniącą ją od
tradycyjnej radiografii błonowej. Jak z niego wynika, ta sama płyta obrazowa może być
naświetlana bardzo różnymi dawkami promieniowania, skutkującymi różnymi wartościami
SNR i w konsekwencji różnymi klasami IP systemu radiografii komputerowej. Oznacza to, że
na tej samej płycie i za pomocą tego samego czytnika CR można uzyskiwać obrazy w
różnych klasach IP. Jedyne co należy zmienić to dawkę promieniowania czyli np. czas
ekspozycji płyty. Przypomnijmy, że w radiografii błonowej poszczególnym klasom systemu
błony od C1 do C6 z zasady odpowiadają różne typy błon.
7
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Rys. 4. Zależność parametru SNRnorm od pierwiastka kwadratowego dawki promieniowania
dla systemu radiografii cyfrowej GE CRx Tower / IPS [6]
W tym miejscu warto zauważyć, że często reklamowana szeroka tolerancja radiografii
komputerowej na czasy naświetleń nie ma charakteru bezwzględnego. Po pierwsze
zastosowana dawka promieniowania musi znajdować się w zakresie dynamiki systemu CR,
aby było możliwe uzyskanie jakiegokolwiek obrazu. Np. w przypadku systemu, którego
charakterystykę pokazano na rys 4. dawka ta musi być w zakresie od 0,1 do 5 mGy. W
ramach tego zakresu niedostatecznie naświetlone płyty obrazowe będą, co prawda, mogły być
odczytywane ale uzyskiwane z nich obrazy będą miały niższą niż wymagana klasę jakości IP.
Z kolei płyty nadmiernie naświetlone będą dawały odpowiednią klasę jakości obrazu ale
kosztem nieuzasadnionego ekonomicznie przedłużenia czasu badań. W praktyce, umiejętność
obliczania optymalnych czasów ekspozycji w radiografii komputerowej CR jest równie
ważna jak w tradycyjnej radiografii błonowej.
4. Przykład obliczania czasu ekspozycji
Załóżmy że w pewnym laboratorium NDT zajmującym się badaniami złączy
spawanych postanowiono zastąpić tradycyjną radiografię błonową radiografią komputerową
CR. W szczególności postanowiono zastosować system CR do badań złączy obwodowych
rurociągu o średnicy DN 700 i grubości ścianki 16 mm, które dotychczas badano techniką
centryczną stosując źródło Se-75 oraz błony typu Agfa D5. Aby zachować obowiązujące
wymagania jakościowe nowo wprowadzana technika musi odpowiadać klasie B wg EN
14784-2. Będąc w zgodzie z tymi wymaganiami nadal można stosować źródło Se-75 oraz
technikę centryczną.
Z uwagi na charakter wad występujących w spoinach (np. przyklejenia, pęknięcia) do
badań należy zastosować system CR o możliwie wysokiej rozdzielczości przestrzennej.
8
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
Zgodnie z wymaganiami EN 14784-2 - Tabela 4 dla założonych powyżej warunków badania
maksymalna dopuszczalna wielkość piksela wynosi 110 µm. Warunek ten spełnia np. system
firmy GE złożony ze skanera CR 50P i płyt obrazowych typu IPS. Zaletą skanera CR 50P w
rozważanym zastosowaniu jest możliwość stosowania płyt IP w elastycznych okładkach
umożliwiających ich dopasowanie do krzywizny rurociągu.
Podstawą do obliczeń czasu ekspozycji (dawki promieniowania) dla określonego
systemu CR jest jego krzywa charakterystyczna obrazująca zależność unormowanej wartości
SNR od kwadratu dawki promieniowania. Przykład takiej krzywej dla systemu CRx
Tower/IPS pokazano na rys. 4. Z uwagi na brak analogicznej krzywej dla systemu CR
50P/IPS krzywa ta zostanie wykorzystana zastępczo do przeprowadzenia przykładowych
obliczeń. Z uwagi na ten sam typ płyt IP oraz rozdzielczość skanera ewentualne błędy
obliczeń będą niewielkie.
Zgodnie z EN 14784-2 minimalna klasa systemu IP, który musi być zastosowany w
omawianych badaniach spoin wynosi 4. Klasa IP4 wymaga (patrz EN 14784-1 Tab. 1.) aby
znormalizowany stosunek sygnał-szum dla radiogramu cyfrowego wynosił co najmniej
SNR=65. Korzystając z krzywej charakterystycznej pokazanej na rys. 4 odczytujemy, że taki
SNR uzyskamy przy ekspozycji płyty IPS dawką promieniowania wynoszącą ok. 0,5 mGy.
Jest to dawka 10-krotnie niższa niż wymagana do naświetlenia błony D5 do gęstości
optycznej D=2,5. Chcąc obliczyć czas ekspozycji dla nowej techniki CR należy więc najpierw
obliczyć wymagany czas ekspozycji dla błony D5 i uzyskany wynik podzielić przez 10.
Należy podkreślić, że jest to minimalny czas ekspozycji wymagany dla osiągnięcia
klasy IP4 odpowiadającej w radiografii błonowej klasie C4. Biorąc jednak pod uwagę, że
rozdzielczość przestrzenna radiogramów cyfrowych jest niższa niż radiogramów na błonach
subiektywnie odczuwalna jakość radiogramów może ulec obniżeniu. Efekt ten można
częściowo skompensować stosując dłuższe czasy ekspozycji, odpowiadające wyższym niż
wymagana klasom IP. Gdyby w naszym przykładzie założyć w obliczeniach zamiast klasy
IP4 klasę IP1 czas ekspozycji byłby już tylko niespełna 2 razy krótszy niż dla błony D5 ale
jakość obrazu uległaby wyraźnej poprawie.
Prawidłowość ekspozycji płyty obrazowej możemy ocenić na gotowym radiogramie
cyfrowym wyznaczając, przy użyciu odpowiedniego narzędzia programowego,
znormalizowany stosunek SNR. W naszym przykładzie powinien on być większy lub równy
65. W praktyce radiogramy produkcyjne nie zawsze umożliwiają wiarygodne wyznaczenie
parametru SNR z uwagi na brak równomiernie naświetlonych fragmentów obrazu. Wynika to
z faktu, że prześwietlane obiekty nie zawsze są idealnie jednorodne pod względem grubości i
jednorodności prześwietlanego materiału np. z uwagi na nierówności powierzchni, obecność
drobnych wad itp. Z tego powodu norma EN 14784-2 dopuszcza alternatywne kryterium
oceny SNR na podstawie odczytu minimalnej intensywności (stopnia szarości) obrazu
cyfrowego IIPX. Wartość intensywności jest indywidualną cechą konkretnego systemu CR i
wymaga odpowiedniego powiązania z wartością parametru SNR. Producent systemu
powinien określić wartości intensywności IIPX odpowiadające minimalnym wartościom SNR
wymaganym dla poszczególnych klas IP. W takim przypadku użytkownik musi jedynie
wyznaczyć minimalną wartość intensywności swojego radiogramu cyfrowego i sprawdzić czy
jest ona większa niż podana przez producenta wartość IIPX.
9
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2008”
25 - 27 sierpnia 2008 r
5. Podsumowanie
W radiografii komputerowej błona radiograficzna została zastąpiona luminoforową
płytą obrazową, na której rejestrowany jest obraz utajony. Detektory tego typu charakteryzują
się znacznie większym zakresem dynamicznym niż tradycyjne błony radiograficzne. Oznacza
to, że mogą one skutecznie rejestrować dawki promieniowania o znacznie szerszym zakresie
wartości. Pomimo tego dawka promieniowana, którą należy naświetlać płytę obrazową
podczas badań nie jest w ramach tego zakresu całkowicie dowolna. Statystyka kwantowa
promieniowania powoduje, że stosunek sygnał-szum - SNR uzyskiwanego obrazu
radiograficznego jest bezpośrednio zależny od wartości ekspozycji. Chcąc uzyskać radiogram
cyfrowy o odpowiednio dużym stosunku sygnału do szumu (czyli w odpowiednio wysokiej
klasie systemu IP wg EN 14784-1) należy zapewnić dawkę promieniowania nie mniejszą niż
wartość wynikającą z krzywej charakterystycznej stosowanego systemu. Dłuższe
napromieniowanie płyty IP prowadzić będzie do zwiększenia SNR i poprawy jakości obrazu
jednak może być nieuzasadnione z ekonomicznego punktu widzenia. W rezultacie dobór
optymalnych parametrów ekspozycji w radiografii komputerowej na płytach obrazowych jest
równie ważny jak w tradycyjnej radiografii błonowej.
Literatura
1. P. Descheper, Zastosowania radiografii komputerowej w badaniach nieniszczących,
Krajowa Konferencja Badań radiograficznych – Popów 2005
2. J. Kielczyk, Przemysłowa radiografia komputerowa (CR) z użyciem płyt obrazowych
według norm europejskich, Krajowa Konferencja Badań radiograficznych – Popów 2005
3. B. Jóźwiak, T. Morawski, Aktualne możliwości zastosowania przemysłowej radiografii
komputerowej., czasopismo Badania Nieniszczące nr 3/2006
4. PN-EN 14784-1 Badania nieniszczące – Radiografia przemysłowa z użyciem
pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych Część 1: Klasyfikacja systemów
5. PN-EN 14784-2 Badania nieniszczące – Radiografia przemysłowa z użyciem
pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych Część 2: Ogólne zasady
radiograficznych badań materiałów metalowych za pomocą promieniowania X i gamma
6. J. Opdecamp, Computed Radiography. Products and Applications., International
Workshop Imaging NDT, Chennai, 25-28 April 2007
7. Radiography in Modern Industry. Third Edition., Eastman Kodak Company. Rochester,
New York 14650
8. U. Ewert, U Zscherpel, K Bavendiek, Strategies for Film Replacement in Radiography,
IV Conferencia Panamericana de END, Buenos Aires, Oct. 2007
10