DR技術學習筆記：管電壓與靈敏度關系問題

數字射線理論研究的熱點、難點和疑點系列之二：

DR技術的管電壓和靈敏度關系

一、對DR來說，采用高能量射線透照比低能量透照能得到更高的靈敏度—顛覆了膠片照相的傳統理論！

（1）膠片照相實踐表明：管電壓（KV）↑→材料衰減系數↓→照相對比度（ΔD）↓→底片靈敏度↓；

（2）教材和標準都規定：在保證射線能穿透工件的前提下，盡量使用較低的管電壓——這幾乎成為一條公理。

（3）現在這條公理遇到挑戰——對DR技術不適用！請看下面德國材料研究院（BAM）提供的試驗數據。

二、BAM試驗數據：

（1）透照0.2英寸（5mm）的試件，采用三組曝光參數，分別是80KV-10mAmin、100 KV-5mAmin、150 KV-2mAmin，結論是：靈敏度相同，均為2T的孔（見表中紅色方框）

（2）透照厚度0.15英寸（3.75mm）的試件，采用兩組曝光參數，分別是100KV-1mAmin、150 KV-1mAmin，結論是：100KV的靈敏度為4T； 150KV的靈敏度為2T（見表中紅色圓框）管電壓高的靈敏度高。

（3）透照厚度0.05英寸（1.3mm），用很高的管電壓（150KV），得到很高的靈敏度（1T）（見表中紅色三角框）。注意：對厚度1.3mm的試件采用150KV透照，管電壓高得不可思議！

三、為什么會這樣？必須說出道理！

BAM的烏偉 艾沃特博士如是說：

（1）眾所周知：射線強度與管電壓平方成正比，所以管電壓↑→射線強度↑。

（2）眾所周知：信噪比與曝光量成正比，曝光量=射線強度×時間，如果時間不變，則信噪比與射線強度成正比，因此：管電壓↑→射線強度↑→曝光量↑→信噪比↑→靈敏度↑；

（3）另一方面，管電壓↑→對比度↓→靈敏度↓的關系依然存在；

（4）這就需要綜合分析信噪比↑和對比度↓哪一個影響大：

對膠片系統，對比度↓的影響大于信噪比↑的影響，所以表現為：管電壓↑→靈敏度↓；

對DR系統，信噪比↑的影響大于對比度↓的影響，所以表現為：管電壓↑→靈敏度↑；

（5）DR系統具有與膠片不一樣的特性，包括高對比度特性、高信噪比特性、以及曝光量-灰度關系特性，所以產生不一樣的結果。

（6）結論：只要管電壓提高帶來的信噪比增益大于對比度下降帶來的靈敏度損失，管電壓提高就會帶來靈敏度提高。

四、用公式說明問題

CNR：對比度噪聲比；

Δw ：小缺陷形成的厚度差；

SNR_ITotal ：總信噪比，與曝光量等因素相關；

μ_eff：吸收系數，與材質、射線能量等因素相關。

注意等式右邊，管電壓提高時，SNR_ITotal增大和μ_eff減小同時發生，但只要兩者乘積不變，靈敏度就不變；如果兩者乘積增大，靈敏度就提高。

五、數字射線標準沒有規定DR技術的管電壓使用上限

（1）下圖是膠片照相使用的“基于透照厚度的X射線管電壓上限值管電壓”，我們對它很熟悉。

（2）數字射線標準ISO17636.2引用了該圖，同時指出：該圖中管電壓上限值是膠片照相試驗得到的，CR參照使用是可行的。

（3）但是對DR，標準說：可以使用明顯高于該圖所規定的管電壓，且能獲得足夠好的圖像質量。前提是：DDAs必須是經過精確校準的。

（4）為防止理解偏差，面對面詢問了德國材料研究院（BAM）烏偉 艾沃特（Uwe Ewert）博士：標準對DR有沒有最高管電壓限值？回答是：標準沒有規定DR的最高管電壓限值。但是再次強調：應用高管電壓時，DDAs的精確校準非常重要。