CN102628950B - 一种针对x射线平板探测器进行性能测试的装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置。所述装置包括X射线光源、光学平台、滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器；所述X射线光源用于产生具有特定能量和发散角的X射线；所述滤光片通过光具座固定在所述X射线光源的出口处，用于调节X射线的能谱；所述光圈限束器通过光具座固定在所述滤光片的出口处，用于控制X射线在所述待测探测器表面的射野；所述测试器件紧贴所述待测探测器前端面放置，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和边缘图像，并通过对输出图像的分析计算得到相应的性能测试参数。该装置能够针对DQE有关的所有参数进行测试，且具有结构简单、成本低廉的优点。

Description

一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置

技术领域

本发明涉及数字影像设备技术领域，尤其涉及一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置。

背景技术

目前，数字化X射线摄影(Digital Radiography，DR)是传统X射线摄影(ComputedRadiography，CR)向数字化迈进的关键一步，而对DR影像质量的评价方法是该技术发展的关键问题。对于DR影像来说，其影像质量不仅与传统X射线影像学通常采用的空间分辨率、动态范围、对比度分辨率、噪声以及调制传递函数等指标相关，还受到探测器单元面积、灵敏度、入射X射线剂量以及能量、图像的数据处理方法等因素的影响，因而分散的性能参数均不能全面说明DR系统的特点。

检出量子效率(Detective Quantum Efficiency，DQE)是目前DR影像设备中被普遍接受和采用的描述成像设备信号噪声传递特性的客观物理量，其定义为输入信号与输出信号的噪声功率谱(Noise Power Spectrum，NPS)之比，其中输入NPS是辐射场在DR影像设备表面的NPS，且经由系统的传递函数滤波，输出NPS则为实际测得的初始数据的NPS，如下式所示：

$\mathrm{DQE}(u,v)=G^2{\mathrm{MTF}}^2(u,v)\frac{W_{\mathrm{in}}(u,v)}{W_{\mathrm{out}}(u,v)}$

上述DQE综合考虑了噪声、调制传递函数以及X射品质等多种因素对系统性能的影响，其中G为探测器在零频时转化函数(Conversion Function)的一部分，MTF为调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)，W_in(u，v)和W_out(u，v)分别为输入和输出信号的噪声功率谱。

目前，学术研究和DR生产商均已广泛使用DQE作为产品和技术研发的表征手段，但现有技术中并没有相关的专用性能测试平台来进行DQE的测试，现有的测试方法并不统一，测试条件也不明确，导致测试结果之间一直没有可比性。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，能够针对DQE有关的所有参数进行测试，且具有结构简单、成本低廉的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，所述装置包括X射线光源、光学平台、滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器，其中：

所述滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器均放置在所述光学平台上，通过特制光具座调节各器件的相对高度，使不同器件的轴心在同一高度上，并通过所述光学平台上的位移台调节各器件在水平方向上的相对位置；

所述X射线光源用于产生具有特定能量和发散角的X射线；

所述滤光片通过光具座固定在所述X射线光源的出口处，用于调节X射线的能谱；

所述光圈限束器通过光具座固定在所述滤光片的出口处，用于控制X射线在所述待测探测器表面的射野，并最大限度地降低散射效应；

所述测试器件紧贴所述待测探测器前端面放置，通过改变所述X射线光源产生的X射线的射线品质和辐射剂量，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和所述测试器件的刀口组件的边缘图像，并通过对输出图像的分析计算得到相应的性能测试参数。

所述光圈限束器进一步包括：中心带有方孔的方孔铅板和中心带有圆孔的圆孔铅板，所述圆孔铅板根据实际测试过程中不同位置的需要具有多种不同的尺寸规格，其中：

所述方孔铅板设置于所述测试器件之前，并选用相应尺寸规格的圆孔铅板设置在所述方孔铅板之前，且该圆孔铅板设置在所述滤光片的出口处。

所述光圈限束器由有机玻璃和铅板组成，并形成有机玻璃，铅板，有机玻璃的夹心结构，以保证铅板的平整性并实现合理的机械固定。

所述通过改变所述X射线光源产生的X射线的射线品质和辐射剂量，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和所述测试器件的刀口组件的边缘图像，具体包括：

改变所述X射线光源的球管电压以及滤光片的厚度，产生不同射线品质的X射线；和/或，改变所述X射线光源的球管电流以及曝光时间，产生不同辐射剂量的X射线；

在所述测试器件未放置于辐射束流中时，分别采集相应辐射剂量下对应的曝光时间内产生的总信号，包括X射线经所述待测探测器增益产生的信号和所述待测探测器的本底噪声，并连续采集多张平场图像；

在将所述测试器件放置于辐射束流中，分别采集相应辐射剂量下和相应曝光时间内所述测试器件的刀口组件产生的边缘图像，边缘方向与图像阵列的行像素或列像素成一定夹角，连续采集多张边缘图像。

所述装置还包括辐射剂量仪，其中：

该辐射剂量仪在所述待测探测器测试开始前先被放置在所述待测探测器的位置进行测试，用于测试所述待测探测器表面位置处的辐射剂量以及空气的比释动能。

所述装置还包括：

数据采集和分析单元，用于采集所述待测探测器的输出图像，并通过对输出图像的分析计算得到所述待测探测器的测试性能参数，并输出曲线图像以及原始数据。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述装置包括X射线光源、光学平台、滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器，其中所述滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器均放置在所述光学平台上；所述X射线光源用于产生具有特定能量和发散角的X射线；所述滤光片通过光具座固定在所述X射线光源的出口处，用于调节X射线的能谱；所述光圈限束器通过光具座固定在所述滤光片的出口处，用于控制X射线在所述待测探测器表面的射野；所述测试器件紧贴所述待测探测器前端面放置，通过改变所述X射线光源所产生的X射线的射线品质，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和边缘图像，并通过对输出图像的分析计算得到相应的性能测试参数。该装置能够针对DQE有关的所有参数进行测试，且具有结构简单、成本低廉的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置结构示意图；

图2为本发明实施例所举出的方孔铅板的外形图；

图3为本发明实施例所举出的方孔铅板的整体安装图；

图4为本发明实施例所举出的圆孔铅板的外形图；

图5为本发明实施例所举出的圆孔铅板的整体安装图；

图6为本发明实施例所举出的实例中测试器件的结构示意图；

图7为本发明实施例所举出的例子中刀口组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种DQE专用性能测试平台，该平台以IEC62220-1标准为基础，能够对该标准中规定的所有技术参数进行测试，具有结构简单、成本低廉的优点，下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置结构示意图，图1中的装置主要包括X射线光源1、光学平台2、滤光片3、光圈限束器4、测试器件5和待测探测器6，其中：

滤光片3、光圈限束器4、测试器件5和待测探测器6均放置在光学平台2上，通过特制光具座调节各器件的相对高度，使不同器件的轴心在同一高度上，并通过光学平台2上的位移台调节各器件在水平方向上的相对位置。

上述X射线光源1用于产生具有特定能量和发散角的X射线，具体实现中本发明实施例可以使用德国Comet-Finfocus公司的FXE225.99光机，并采用FXE225.48开放定向式管头(钨靶，高压范围10～225kV，电流0.02～30mA，电子束聚焦直径小于5um＜5W，发射角30度，长期剂量稳定率＜±1％)。

上述滤光片3通过光具座固定在所述X射线光源1的出口处，用于调节X射线的能谱；滤光片3可以由不同厚度的铝板组成，铝板的厚度根据IEC62220-1标准如下表1所示：

表1用于确定DQE的X射线辐射品质及其相应的参数

上述光圈限束器4通过光具座固定在所述滤光片3的出口处，用于控制X射线在所述待测探测器6表面的射野，并最大限度地降低散射效应。具体实现中，该光圈限束器4进一步包括：中心带有方孔的方孔铅板和中心带有圆孔的圆孔铅板，所述圆孔铅板可以根据实际测试过程中不同位置的需要具有多种不同的尺寸规格，其中：

所述方孔铅板设置于所述测试器件5之前，并选用相应尺寸规格的圆孔铅板设置在所述方孔铅板之前，且该圆孔铅板设置在所述滤光片3的出口处。

举例来说，具体可以使用具有一系列外形尺寸相同的方形铅板作为限束器，铅板外形尺寸规格同为200mmX200mm的正方形，厚度为4mm，不同铅板中心开有各种不同尺寸规格的圆孔或者方孔，分别为直径5mm、10mm，15mm、……50mm的圆孔以及一个尺寸为160mmX160mm的方孔。

如图2所示为本发明实施例所举出的方孔铅板的外形图，如图3所示为本发明实施例所举出的方孔铅板的整体安装图，参考图2和图3：41为外形尺寸相同的方形铅板，将中心带有方孔的铅板作为光圈限束器置于有机玻璃外壳42内，并安装于另外一个尺寸相同的高度可调光具座43上。

如图4所示为本发明实施例所举出的圆孔铅板的外形图，如图5所示为本发明实施例所举出的圆孔铅板的整体安装图，参考图4和图5：41为外形尺寸相同的方形铅板，在使用中，根据实际测试过程的需要，选择合适圆孔尺寸的铅板，置于有机玻璃外壳42内，安装于另外一套相同尺寸的可调光具座43上。

在测试过程中，方孔铅板置于测试器件5前，并根据实际测试过程中不同位置的需要选用其中一块圆孔铅板；具体实现中，光圈限束器可以由有机玻璃和厚铅板组成，并形成有机玻璃-铅板-有机玻璃的夹心结构，以保证铅板的平整性并实现合理的机械固定，并通过固定螺栓固定于特制的光具座并放置在支撑平面上，以调节其高度和水平位置。

所述测试器件放置于所述待测探测器前端面，刀口组件中受辐照的的标准刀口边缘的中心与所述待测探测器表面的中心位置对准，标准刀口尽量接近所述待测探测器并与所述待测探测器表面保持平行，标准刀口的边缘与待测探测器行像素或列像素的排列方向有一定角度(1.5～3°)的夹角，以进行过采样处理；该测试器件用于采集其标准刀口在不同射线品质及辐射剂量下的生成的边缘图像，该边缘图像将用于计算机等设备分析计算并得到相应的调制传递函数。

在具体实现中，通过改变所述X射线光源的球管电压、电流以及曝光时间，产生不同射线品质及辐射剂量的X射线；分别采集相应辐射剂量下对应的曝光时间内产生的总信号，包括X射线经所述待测探测器增益产生的信号和所述待测探测器的本底噪声，连续采集多张平场图像；同时分别采集所述测试器件的标准刀口产生的边缘图像，边缘方向与输出图像的行像素或列像素成一定夹角，连续采集多张边缘图像。

在具体实现中，如图6所示为本发明实施例所举出的实例中测试器件的结构示意图，图6中的测试器件由刀口组件51、旋转机构52、固定件53和支架54组成，其中：

旋转机构52为一中空圆盘，在圆周上分布有数个标有刻度的弧形孔，与固定件53上的突出螺栓配合，旋转机构52与固定件53之间通过机械结构耦合使得刀口组件51能够围绕轴心在-3°至3°的角度范围内相对转动，从而产生一个微小的倾角，以满足过采样数据处理的要求；固定件53固定在可调节的支架54上，能够调节测试器件5的高度，从而与光束线、光圈限束器4等保持同心状态。

上述旋转结构52和刀口组件51可以整体取下，并90°旋转，以适应面阵探测器水平和竖直两个方向的分辨率的测试需求。

另外，刀口组件51是本平台中的实际测试目标，需要采集该标准刀口产生的边缘图像，如图7所示为本发明实施例所举出的例子中刀口组件的结构示意图，图7中刀口组件根据IEC62220-1标准的要求，由高纯钨片511(尺寸为100mm×75mm×1mm，纯度为93％)、高纯铅片512(尺寸为200mm×100mm×3mm，纯度＞90％)和有机玻璃外壳513组成，且三者之间通过螺丝514相互固定，以保持整体结构。

在测试过程中，上述测试器件5通过固定件53、旋转机构52等将刀口组件51固定在光路中，并通过微调机构使其沿轴心有1.5-3°的微倾角，以满足过采样测试的需求，所述刀口结构也采用夹心结构。

在具体实现过程中，所述装置还可以包括辐射剂量仪，其中：

该辐射剂量仪在所述待测探测器测试开始前先被放置在所述待测探测器的位置进行测试，并将所述待测探测器移出辐射区域，用于测试所述待测探测器表面位置处的辐射剂量以及空气的比释动能。具体来说，辐射剂量仪测定待测探测器表面位置处的辐射剂量以及空气的比释动能，以此检验待测探测器的信号响应特性并获得转换系数G，同时结合IEC62220-1标准提供的相应射线品质的信噪比特性得到入射面的信噪比等信息，在待测探测器测试开始前先将辐射剂量仪放置在探测器位置进行测试，本发明实施例采用RadCal9000系列放射线剂量仪进行测试。

在具体实现过程中，所述装置还可以包括：

数据采集和分析单元，用于采集所述待测探测器的输出图像，通过对输出图像的分析计算得到所述待测探测器的测试性能参数，并输出曲线图像以及原始数据。具体来说，首先数据采集单元采集待测探测器6输出的原始图像，数据采集单元的具体实现可以为高性能台式计算机，在主板上附带扩展槽用于安装待测探测器6的图像采集卡，以及USB2.0接口用于连接直接采集数据类型的待测探测器6；然后，分析单元计算待测探测器6的DQE参数，具体实现可以为高性能台式计算机，运行自主开发的分析软件，可分析的图像包括多种tiff，bmp，dicom等多种图像格式，软件功能包括图像预处理，MTF计算，NPS计算，曝光量子数Q计算，DQE计算等，最终该数据采集和分析单元还可输出曲线图像以及原始数据等文件。

下面以具体的实例来对上述实施例所述的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置的工作过程进行说明，具体实施过程为：

首先调整各测试器件之间的几何位置关系及参数，X射线光源的球管电压和滤波片的厚度依据表1的射线品质规定配置，其中RQA5为优先测量的射线品质；调整光学平台的光具座和升降台使得所有测试器件保持中心同轴，待测探测器表面与X射线光源的焦斑距离大于1.5m，两个光圈限束器置于待测探测器表面与X射线光源之间，待测探测器表面与其接近光圈限束器的距离为120mm，接近X射线光源的光圈限束器的光圈可调并保证穿过的射线不会影响测量，之后的测量过程中测试器件的几何位置关系保持不变。

然后，将辐射剂量仪先安置于待测探测器表面的位置(这里先移去待测探测器)，用于测量空气比释动能K_a。根据待测探测器的用途设置适当的X射线球管电流I和工作时间T，使得辐射剂量与实际使用时相当。

再将辐射剂量仪移出并将待测探测器放回原位，在没有入射X射线的条件下采集待测探测器在曝光时间内产生的本底噪声，曝光时间为T，连续采集若干张(10以上)暗场图像。

再在特定射线品质(如RQA5)X射线的辐照条件下，采集一定辐射剂量对应的曝光时间T内产生的总信号，包括X射线经待测探测器增益产生的信号和待测探测器的本底噪声，X射线光源的球管电压为V，电流为I，待测探测器表面无任何屏蔽，连续采集若干张(10以上)平场图像；

然后将所述测试器件放置于所述待测探测器前端面，刀口组件中受辐照的标准刀口边缘的中心与所述待测探测器表面的中心位置对准，标准刀口尽量接近所述待测探测器并与所述待测探测器表面保持平行。采集测试器件刀口组件的标准刀口产生的边缘图像，边缘方向应与输出图像的行像素或列像素成一定夹角(1.5°)，曝光条件同平场图像，连续采集若干张(10以上)边缘图像。

然后通过改变曝光条件如X射线光源的球管电压、电流以及曝光时间等条件，产生不同射线品质及辐射剂量的X射线，重复上述的采集图像操作，测量不同射线品质及辐射剂量的输出图像。

完成上述操作之后，就可以利用本发明实施例所述的装置完成针对DQE有关的所有参数的测试，且具有结构简单、成本低廉的优点。

进一步的，还可以通过数据分析采集单元采集图像并进行相应的分析，经过图像预处理，MTF计算，NPS计算，曝光量子数Q计算，最终得到DQE参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，其特征在于，所述装置包括X射线光源、光学平台、滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器，其中： 

所述滤光片、光圈限束器、测试器件和待测探测器均放置在所述光学平台上，通过特制光具座调节各器件的相对高度，使不同器件的轴心在同一高度上，并通过所述光学平台上的位移台调节各器件在水平方向上的相对位置； 

所述X射线光源用于产生具有特定能量和发散角的X射线； 

所述滤光片通过光具座固定在所述X射线光源的出口处，用于调节X射线的能谱； 

所述光圈限束器通过光具座固定在所述滤光片的出口处，用于控制X射线在所述待测探测器表面的射野，并最大限度地降低散射效应； 

所述测试器件紧贴所述待测探测器前端面放置，通过改变所述X射线光源产生的X射线的射线品质和辐射剂量，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和所述测试器件的刀口组件的边缘图像，并通过对输出图像的分析计算得到相应的性能测试参数； 

其中，所述光圈限束器进一步包括：中心带有方孔的方孔铅板和中心带有圆孔的圆孔铅板，所述圆孔铅板根据实际测试过程中不同位置的需要具有多种不同的尺寸规格，其中： 

所述方孔铅板设置于所述测试器件之前，并选用相应尺寸规格的圆孔铅板设置在所述方孔铅板之前，且该圆孔铅板设置在所述滤光片的出口处。 

2.如权利要求1所述的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，其特征在于， 

所述光圈限束器由有机玻璃和铅板组成，并形成有机玻璃，铅板，有机玻璃的夹心结构，以保证铅板的平整性并实现合理的机械固定。 

3.如权利要求1所述的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，其特征在于，所述通过改变所述X射线光源产生的X射线的射线品质和辐射剂量，采集不同射线品质及辐射剂量下的平场图像和所述测试器件的刀口组件的边缘图像，具体包括： 

改变所述X射线光源的球管电压以及滤光片的厚度，产生不同射线品质的X射线；和/或，改变所述X射线光源的球管电流以及曝光时间，产生不同辐射剂量的X射线； 

在所述测试器件未放置于辐射束流中时，分别采集相应辐射剂量下对应的曝光时间内产生的总信号，包括X射线经所述待测探测器增益产生的信号和所述待测探测器的本底噪声，并连续采集多张平场图像； 

再将所述测试器件放置于辐射束流中，分别采集相应辐射剂量下和相应曝光时间内所述测试器件的刀口组件产生的边缘图像，边缘方向与图像阵列的行像素或列像素成一定夹角，连续采集多张边缘图像。 

4.如权利要求1所述的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，其特征在于，所述装置还包括辐射剂量仪，其中： 

该辐射剂量仪在所述待测探测器测试开始前先被放置在所述待测探测器的位置进行测试，用于测试所述待测探测器表面位置处的辐射剂量以及空气的比释动能。 

5.如权利要求1所述的针对X射线平板探测器进行性能测试的装置，其特征在于，所述装置还包括： 

数据采集和分析单元，用于采集所述待测探测器的输出图像，并通过对输出图像的分析计算得到所述待测探测器的测试性能参数，并输出曲线图像以及原始数据。 

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