Badania radiograficzne CR / DR

Na pojęcie cyfrowe badania radiograficzne składają się następujące techniki:
  • Digitalizacja filmów
  • Radiografia komputerowa (CR) z wykorzystaniem fosforowych płyt obrazowych
  • Radiografia z cyfrowymi matrycami detekcyjnymi (DDA lub DR)
  • Radioskopia (znana również w radiografią w czasie rzeczywistym)
  • Tomografia komputerowa
Normy dla radiografii cyfrowej publikowane były od 2005 roku, obecnie obowiązującymi w tym zakresie są:
  • PN-EN 14096-1:2007 Badania nieniszczące - Kwalifikacja systemów digitalizacji błony radiograficznej - Część 1: Definicje, pomiary ilościowe parametrów jakości obrazu, standardowa błona odniesienia i kontrola jakościowa
  • PN-EN 14096-2:2007 Badania nieniszczące - Kwalifikacja systemów digitalizacji błony radiograficznej - Część 2: Wymagania minimalne
  • PN-EN 14784-1:2007 Badania nieniszczące - Radiografia przemysłowa z użyciem pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych - Część 1: Klasyfikacja systemów
  • PN-EN ISO 16371-2:2018 Badania nieniszczące - Radiografia przemysłowa z użyciem pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych - Część 2: Ogólne zasady radiograficznych badań materiałów metalowych za pomocą promieniowania X i gamma
  • PN-EN ISO 17636-2:2013 Badania nieniszczące spoin - Badanie radiograficzne - Część 2: Techniki promieniowania X i gamma z detektorami cyfrowymi

Pomiędzy tradycyjną radiografią błonową (analogową) a radiografią cyfrową, mimo wielu podobieństw występują dość duże różnice, które powodują że specjalistyczne szkolenie obejmujące zagadnienia radiografii cyfrowej jest niezbędne. Różnice pomiędzy radiografią analogową i cyfrową można ująć w pewne zagadnienia:

  • powstawanie cyfrowego obrazu radiograficznego
  • szum w radiogramach cyfrowych i jego źródła
  • parametry określające radiogramy cyfrowe; CNR (stosunek kontrastu do szumu), SNR (stosunek sygnału do szumu) vs. gęstość i kontrast radiogram analogowy
  • optymalne energie rentgenowskie dla różnych technik radiografii cyfrowej
  • ostrość w detektorach cyfrowych, zasady kompensacji poprzez lepszy CNR
  • obróbka cyfrowych radiogramów, ich analiza jakościowa i ilościowa
  • cyfrowe narzędzia pomiarowe

Radiografia analogowa zapewnia radiogramy wysokiej rozdzielczości, ale ma również pewne ograniczenia:

  • dłuższe czasy ekspozycji, niska wydajność
  • jednorazowy nośnik informacji (błona rentgenowska)
  • błony radiograficzne wymagają zaplecza laboratoryjnego
  • wywołanie błon radiograficznych, opracowanie radiogramów, interpretacja wyników wymaga dużego nakładu czasu
  • stosowanie szkodliwych związków chemicznych w procesach obróbki
  • koszty przechowywania, archiwizacji i wyszukiwania radiogramów są znaczne
  • degradowanie się błony radiograficznej jako nośnika informacji

Parametry jakościowe radiogramów cyfrowych, podobnie jak w radiografii analogowej, określane są przy pomocy wskaźników jakości obrazu IQI. Wskaźników jakości obrazu jest kilka rodzajów: pręcikowe (PN-EN ISO 19232-1), schodkowo-otworkowe (PN-EN ISO 19232-2), otworkowe. Dodatkowo w radiografii cyfrowej do wyznaczania nieostrości używany jest wskaźnik dwupręcikowy - duplex, podwójny pręcik (PN-EN ISO 19232-5). Wskaźniki jakości obrazu powinny być wykonane z tego samego materiału co badana próbka, z wyjątkiem wskaźnika duplex. Wskaźniki jakości obrazu umieszcza się na powierzchni badanego materiału od najczęściej strony źródła a następnie wykonuje ekspozycję. Wyznacznikiem jest obliczana i podawana w procentach (np.:1%, 2%, 4%...) czułość, im mniejsza wartość, tym lepsza czułość wykrywania wad.

Wprowadzając do zastosowań praktycznych radiografię cyfrową należy pamiętać jakie są podobieństwa i różnice w stosunku do radiografii analogowej. Duża część procedur cyfrowej radiografii przemysłowej różni się znacznie od procedur radiografii błonowej. Ale: wrażenie optyczne, cyfrowych obrazów radiograficznych nie różni się od analogowych zdjęć radiograficznych w swojej strukturze, o ile nie stosuje się cyfrowego przetwarzania obrazu z wyjątkiem kontroli parametrów jasności i kontrastu. Osoba posiadająca odpowiednie uprawnienia w RT może oceniać radiogramy cyfrowe analogicznie do filmów.

Cyfrowe obrazy radiograficzne wymagają komputera i monitora (najlepiej wysokiej rozdzielczości) do prezentacji i mogą być poddawane obróbce cyfrowej. Umiejętność posługiwania się odpowiednimi programami wymaga właściwego przygotowania w formie szkolenia i praktyki zwłaszcza, że programy te dają do dyspozycji narzędzia z którymi dotychczas osoby z uprawnieniami w RT nie miały styczności.

Digitalizacja filmów

Digitalizacja filmów nie jest techniką wykonywania radiogramów, ale pozwala na wykorzystanie wszystkich środków komputerowego przetwarzania obrazów. Istnieje kilka rodzajów systemów do digitalizacji filmów, takich jak digitalizacja punkt po punkcie, linia po linii czy digitalizacja array. Najczęściej stosowana jest digitalizacja punkt po punkcie gdzie film jest przesuwany przed detektorem. Promień lasera o stałej średnicy przechodzi przez folię. Przechodzące przez folię rozproszone światło jest przechwytywane przez detektor liniowy i przesyłane do fotopowielacza (PMT). Podczas skanowania lustro przesuwa wiązkę lasera wzdłuż poziomej linii na filmie. Wynikowe napięcie na fotopowielaczu jest proporcjonalne do gęstości optycznej filmu. Ze względu na rozdzielczość przestrzenną lepszą niż 10 μm i gęstość optyczną maksymalnie 5, digitalizacja daje kilka nowych możliwości konwencjonalnym badaniom radiograficznym. Należą do nich na przykład:

cyfrowa archiwizacja filmów, ocena ilościowa, przetwarzanie obrazu, automatyczna ocena obrazu, zdalny transfer obrazów i tworzenie katalogów referencyjnych do oceny wad.

Radiografia cyfrowa (CR) – computed radiography

Płyta luminoforowa (płyta obrazowa, płyta IP, płyta fosforowa) ta określany jest nośnik informacji w radiografii cyfrowej CR. Płyta IP składa się z elastycznego nośnika polimerowego pokrytego czułą warstwą luminoforu i zabezpieczona cienką przezroczystą warstwą ochronną. Czuła warstwa luminoforowa większości popularnych systemów składa się z mieszaniny kryształów BaFBrI domieszkowane europem i spoiwem. Promieniowanie rentgenowskie lub kwanty gamma powodują aktywację atomów F, na płycie zapisywany jest obraz. Następnie pod wpływem lasera w skanerze CR luminofor emituje światło widzialne w procesie znanym jako fotoluminescencja (PSL). Po zeskanowaniu płyta jest kasowana przez białe światło i gotowa do ponownego użycia. Z fizycznego punktu widzenia płyty luminoforowe można używać tysiące razy, jednak należy uważać uszkodzenia mechaniczne warstwy luminoforu. Uszkodzenie warstwy luminoforowej eliminuje płytę IP, gdyż powstałe uszkodzenia będą widoczne na radiogramie, utrudniając prawidłową interpretację i ocenę radiogramu cyfrowego. Na rynku dostępne są płyty obrazowe o różnej grubości, nieostrości i czułości, normy określają kryteria prawidłowego ich doboru w celu zwiększenia prawdopodobieństwa wykrycia wad. Unikać należy używania systemów medycznych CR do zastosowań w NDT.

Radiografia cyfrowa (DR) – digital radiography

Zasada działania cyfrowych matryc detekcyjnych (Flat Panel Detectors lub Digital Detector Arrays -DDA) opiera się na konwersji przychodzących promieni rentgenowskich na ładunki elektryczne, które można odczytać elektronicznie.

W sprzedaży jest kilka rodzajów paneli detekcyjnych, w zależności od planowanego zastosowania należy się dobrze zastanowić jakie parametry panelu są dla użytkownika najistotniejsze i dokonać skalkulowanego wyboru. Panel detekcyjny jest specjalistycznym narzędziem definiowanym przez określone parametry, (typ ekranu scyntylacyjnego - converter x-ray, rozmiar pixela – pixel size, wielkość aktywnej części pixela – fill factor, rozmiar matrycy - pixel area, rozdzielczość przestrzenna – limiting resolution, zakres energetyczny- energy range, ochrona przed promieniowaniem – radiation hardness i wiele innych). Określenie własnych oczekiwań w stosunku do tego co oferuje dzisiejsza technologia pozwala dobrać odpowiednie narzędzie do naszych zastosowań a co za tym idzie uniknięcia rozczarowań. W naszej pracy często spotykamy się ze stwierdzeniami że „dana technologia nie działa”, najczęściej wynika to z faktu nieprawidłowego doboru narzędzia.

Radiografia cyfrowa w zastosowaniach przemysłowych ma niewątpliwe zalety:
  • zmniejsza się dawkę promieniowania i czasy ekspozycji, co powoduje zmniejszenie ryzyka dla operatora i mniej zakłóceń w innych procesach
  • skraca czas inspekcji radiograficznej jako procesu, poprawia wydajność
  • eliminuje chemikalia, a co za tym idzie eliminuje koszty usuwania chemikaliów i koszty ich składowania
  • radiogramy cyfrowe nie degradują się w archiwum, nie podlegają zagrożeniu zniszczenia na skutek np. pożaru, powodzi czy innych klęsk żywiołowych
  • koszty przechowywania są zminimalizowane, ponieważ wszystkie obrazy są przechowywane na twardych dyskach lub nośnikach optycznych a przez to są łatwiej dostępne
  • można je oceniać w czasie rzeczywistym, przesyłać i udostępniać do weryfikacji
  • do oceny radiogramów cyfrowych można używać katalogów lub algorytmów ułatwiających analizę danych radiograficznych i wykrywania defektów

Generalnie zastosowanie radiografii cyfrowej w przemyśle przynosi wymierne oszczędności.