作者：孙忠诚
出版社：机械工业出版社
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射线数字成像技术试读：
前言
射线数字成像技术是基于现代传感器技术和信息处理技术而发展起来的一种新的检测方法，在无损检测和医疗诊断领域具有广泛而重要的应用价值。与此同时，对射线数字成像产生的大量检测数据进行数据挖掘和加工处理，产生了现代CT检测技术和AI智能检测技术。
自20世纪90年代出现数字探测器阵列（DDA）以来，在全世界范围内兴起了一场以替代胶片照相技术为目标的技术革新，尤其是近年来，射线数字成像技术得到了业界前所未有的关注。传统胶片照相技术将逐渐退出历史舞台而被数字化、智能化射线检测技术所取代，将成为一个势不可挡的发展趋势。
我国是国际上最早使用射线数字成像技术代替胶片照相技术的国家之一。1999年诞生了我国第一个射线数字成像国家标准（GB/T 17925—1999《气瓶对接焊缝X射线数字成像检测》，现行标准已更新为GB/T 17925—2011），在气瓶行业全面代替胶片照相法至今已近20年，产生了巨大的经济效益；2003年制定的射线数字成像标准（GB/T 19293—2003《对接焊缝X射线实时成像检测法》）长期被锅炉制造行业所采用。
射线数字成像技术涉及材料、微电子技术、信息处理技术和射线检测技术等学科，是交叉学科的产物，我国在该技术领域无论是理论研究还是核心技术开发等方面与国外都有很大的差距。虽然近年来在迎头赶上，但在标准制定、技术培训和技术应用等方面还存在诸多认识和经验上的不足。由于技术本身仍处于不断的发展之中，新概念不断涌现，从业人员受语言、专业背景和实际经验限制以及碎片化的获取相关知识的方式，容易对射线数字成像技术产生许多误解或曲解。
本书作者从事射线数字成像技术理论研究、产品开发和工程应用三十余年，本书的编写目的是尝试对射线数字成像技术进行一次比较全面的梳理，起到抛砖引玉的作用，为推动我国射线数字成像技术的发展尽绵薄之力。
本书内容共12章，大致分为以下几个版块：
1.概论与术语部分
本书的第1章是概论，主要叙述了射线从发现到应用和发展的技术历程，然后描绘了未来的技术发展趋势。编者在第2章专门归纳了射线数字成像技术相关的术语和符号，因为这些概念在传统胶片照相技术中不常见，属于新概念。同时，这些术语对于理解和应用射线数字成像技术非常重要，以此来提醒读者理解其所描述的物理概念和区分它们之间的细微差别。
2.关键核心部件的制造技术
第3章、第4章和第5章，分别对X射线源、射线探测器和图像信息处理系统从设计制造、设备选型和技术应用的角度进行了比较深入的剖析，有助于加深读者对关键技术和设备的认识，而不只是停留在概念和技术指标的知晓上。
3.细节可识别性理论
第6章、第7章和第8章对影响图像质量的三要素——图像对比度、空间分辨率和图像噪声进行了系统的论述。第9章利用经典的ROSE模型，建立了射线数字成像细节可识别性理论和参数指标。
4.像质补偿原理
第10章介绍了像质补偿原理并进行了试验验证。它是细节可识别性理论在数字成像技术中的延伸，是射线数字成像技术的独有特性。
5.等价性理论
毫无疑问，胶片系统是一个衡量其他射线探测器系统的技术标杆。首先要知道这个标杆究竟有多高，这是评价数字化射线技术与胶片照相技术等价性或者是可替代性的前提条件，也是制定出具有等效性检测标准的基本依据。第11章从胶片系统的特性出发建立了射线数字成像与胶片照相的等价性原理和等价性指标，并用试验数据验证了其科学性。
6.技术应用
第12章是依据本书所阐述的理论和相关标准来解决实际检测问题时所应遵循的方法，对于技术应用具有实际指导价值。
本书内容力求将理论与实践相结合，对射线数字成像技术进行全面的论述。书中涉及一些公式和图表，对于大多数读者来讲不一定需要理解推导过程，但掌握最终结果对于理解该技术会很有帮助。虽然本书是重点针对使用DDA探测器的射线数字成像技术而撰写的，但所涉及的基本理论和使用方法对于CR等其他数字化技术同样适用。
谨以此书，献给数十年来关心和支持我的团队和合作伙伴，尤其要感谢我的家人给予的无微不至的照料和贴心的理解。本书在编写过程中部分引用了同行的研究成果，作者在此一并致谢。
由于射线数字成像技术涉及学科众多，受编者的学识、经验所限，书中不可避免地存在不恰当甚至错误之处，敬请广大读者批评指正。孙忠诚第1章 概论
1895年11月8日，正当伦琴（图1-1）在实验室里从事阴极放电的实验工作时，一个偶然事件引起了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严，他突然发现在不超过1m远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，有的能起到一定的阻挡作用。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有被观察到的射线，它具有特别强的穿透力。于是立刻集中全部精力进行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金属边框的痕迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。
他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨中以致到了废寝忘食的地步。平时一直帮他工作的伦琴夫人感到他举止反常，以为他有什么事情瞒着自己，甚至产生了怀疑。六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种新的射线，才告诉自己的亲人。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片，如图1-2所示。图1-1 伦琴 （1845—1923）图1-2 人手X射线照片
几乎在X射线被发现的同时，射线成像技术便应运而生，其神奇的透视效果迅速在欧美地区受到追捧。1896年6月，李鸿章在其环球访问期间接受德国政府的建议，用X射线对其在马关谈判中被日本枪手击中的左颊进行透照，亲眼在一张胶片上看到了日本制造的铅弹是以何种姿势镶嵌在他左眼下的骨头上，从而被他称为“照骨术”。据史料记载，1897年12月底，苏州博习医院引进的X射线机是中国最早的一台X射线诊断机，被描述为“无论人身骨肉，以及竹木纸布内藏什物，照之无不毫丝毕露”，说明近代中国对世界科技新潮流非常敏感。
世界上首个无胶片图像装置被命名为“Fluoroscope”，是在伦琴发现X射线几个月后开发出来的，如图1-3所示。
该装置由一个磷光屏组成，该磷光屏在X射线的照射下能够发光。该屏被放置在一个黑暗观察环境中，以补偿磷光屏的亮度不足。操作者在屏的另外一侧进行观察，通过上下、左右移动磷光屏，实现对不同位置的检查。这类装置可称为第一代无胶片射线检测技术，是现代数字化射线检测技术的雏形。
20世纪50年代，随着图像增强器的出现，技术发生了巨大的变化，第一次得到了实时的清晰图像，可称为第二代无胶片射线检测技术，如图1-4所示。图1-3 早期的磷光屏成像场景图1-4 图像增强器及摄像机构
通过图像增强器，将输入荧光屏上采集的低亮度X射线图像，聚焦在输出磷光屏上获得高亮度图像，可以人工直接观察或通过电视摄像机先获得视频信号，然后通过显示器观察，被称为“X射线电视系统”。由于电视摄像机可以输出25帧/s的电视图像，可以动态、实时地检查运动物体，后来常被称为“X射线实时成像系统”。在20世纪80年代初期，基于图像增强器的X射线实时成像技术已经在科研、工业领域开始应用，例如，用于液化石油气钢瓶对接焊缝检测、军工行业的火工品填充状态检测、焊接钢管检测等。编者在20世纪80年代初期，使用图像增强器和高速摄影系统对焊接熔滴过渡形态和飞溅产生机理进行了系统研究，在1000帧/s的拍摄速度下清晰地观察到熔滴内部气泡的生成、长大和爆炸过程。基于图像增强器的X射线实时成像技术至今日仍有应用，尤其在图像质量要求不高的场合，具有其他检测方法无可比拟的速度优势。但较大的图像噪声、较低的检测灵敏度一直是这种技术的弊端。
从20世纪80年代中期开始，随着微电子技术的逐渐兴起，数字图像处理技术被用来改善射线图像质量，形成了基于微计算机的软件处理和基于数字逻辑电路的硬件处理两种技术。硬件处理技术在当时计算机运算速度较低的条件下具有速度优势，但由于缺乏灵活性后来逐渐被软件处理技术淘汰。微计算机的应用，引领射线检测技术进入了数字图像处理时代，即第三代无胶片射线检测技术，如图1-5所示。图1-5 中国首套代替胶片照相的射线数字成像检测系统（1994年）
这种技术的特征是基于视频图像的后处理，最后的观察图像一般是在工件静止的条件下连续采集多帧图像数据经过叠加或平均后得到的，该技术明显改善了图像质量，极大推进了射线无胶片检测技术的发展，在一些重要的场合，如：钢管管端焊接接头、石油液化气钢瓶焊接接头、弹药密度检测等领域应用。1999年诞生了中国第一个射线数字成像技术代替胶片照相技术的国家标准GB/T 17925—1999（注：现行标准已更新为GB/T 17925—2011）。
在数字图像处理时代，还有两种技术值得关注。一种是被称为CR的计算机成像技术，它是用IP影像板替代胶片，将储存于IP的X射线信号用激光扫描转换为电信号并进行数字图像处理的一种技术，是一种离线的射线数字成像方法，如图1-6所示。图1-6 CR成像装置
另一种是胶片数字化技术，如图1-7所示。这种技术严格来讲并不是一种检测方法，而仅是一种将射线照相底片影像信息转化为数字化图像进行存储的方法。
胶片数字化设备能将工业底片数字化后输入计算机，将胶片密度转换为计算机可识别的数字化图像灰度，并通过专用的图像处理软件，对其进行处理、分析、评价及储存管理。图1-7 胶片数字化仪
无论是图像增强器成像技术还是CR或胶片数字化技术，其特点是系统结构噪声大、动态范围小，从本质上可以归入泛数字化射线检测系统，图像质量跟胶片系统相比仍有一定的差距。
1995年，在纪念伦琴发现X射线100周年之际，射线直接数字成像技术得到了广泛的研究并迅速实现了商品化，从而带动射线无胶片检测技术进入了完全数字化时代，即第四代数字化射线检测技术。图1-8所示的非晶硅数字平板探测器，是以数字探测器阵列（DDA）为代表的新型射线探测器，集成了材料、微电子、通信、软件等现代技术，极大地提升了检测图像的动态范围和信噪比，使得非胶片射线检测技术发生了质的飞跃，人们开始意识到真正的胶片替代技术已经来临。图1-8 非晶硅数字平板探测器
射线数字成像检测技术与射线胶片照相技术之间的差别是显而易见的。一是DDA探测器的基本成像单元是像素，不同探测器之间像素尺寸的差别较大，与胶片相比空间分辨率较低；二是DDA探测器检测时，由于受工件形状限制或出于设备安全考虑存在一定的几何放大倍数，几何不清晰度对图像质量的影响更加明显；三是胶片系统可以满足不同厚度工件的检测要求，但一套DDA探测器因为设计原因可能适用的材料厚度范围受限而需要两种甚至多种探测器才能满足较大厚度范围的物体检测要求。
射线数字成像技术与胶片照相技术的等价性问题是无论如何都无法绕开的话题，尤其是在一些使用胶片照相法的传统行业。等价性问题，归根结底是对细节的检出能力问题，或者是细节的可识别性问题。它主要包括两个方面的内容，一是DDA探测器系统与胶片系统的等价性，它需要建立合适的技术参数来解决，具体还会涉及探测器系统的分级方法；二是检测标准的等价性，通过规定具体的检测工艺和方法，来保证检测结果的一致性。对于大多数X射线胶片照相检测标准，一般都是通过控制最小焦距的办法来控制图像几何不清晰度（胶片的固有不清晰度或基本空间分辨率值较小），没有在图像质量标准中提出明确要求。对于DDA探测器，产生的是离散化数字图像，探测器基本空间分辨率相对于胶片系统较低，因此确立分辨率指标和这些指标与胶片系统的等效性等则是方法标准必须解决的课题。
随着数字化射线检测技术的应用普及，许多标准化组织相继发布了射线数字成像检测标准。毫不夸张地讲，没有建立在细节可识别性理论、像质补偿理论和等价性理论基础之上的射线数字成像检测标准都是不完善的，这些标准规定的方法和技术指标都存在一定的主观性，在实际应用中按照标准规定的程序作业并不能获得理想的效果，有时甚至与实际情况完全相反。
射线数字成像技术的春天已经到来，但技术的发展却永无止境。
现有的技术和设备能力还远不能满足产品生产的检测需要。在未来几年，可以预见射线数字成像技术和基于该技术的应用将会在以下几个方面得到突破：
1.DDA探测器的技术发展
首先是智能DDA探测器的开发。现有的DDA探测器是在基于PC的软件控制下完成数据采集工作的。智能DDA探测器将是一种高度集成化的微小型射线视觉系统，它将图像的采集、处理与通信功能集成于探测器内，从而提供具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的数字成像解决方案。同时，由于应用了最新的DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种射线数字成像的应用需求。
其次是具有一定弧度的曲面探测器的开发。现有的DDA探测器都是在玻璃基板上利用非晶硅薄膜技术（a-Si TFT）进行图像传感器电路制作的，属于无机薄膜晶体管技术。目前有机薄膜晶体管（OTFT）的综合性能已经达到商用非晶硅水平，其鲜明的低生产成本和高功能优点已显示出巨大的市场潜力和产业化价值，将很快成为新一代平板探测器制造的核心技术。
2.智能化射线数字成像设备
随着许多国家将人工智能（AI）确定为国家发展战略，满足工业4.0标准的智能射线检测设备将会在不久的将来被广泛采用。这些设备将以缺欠自动识别（ADR）技术为基本特征，利用机器人和机器视觉技术自动识别工件类别、自动抓取检测工件、实现“OK”“NG”产品的自动分选；大量的设备故障预警和设备故障诊断模型将会被开发出来，利用传感器技术和物联网技术实现设备的自动维护。
图1-9a所示为人工识别灵敏度为3%的原始图像，图1-9b所示为利用图像复原技术和缺欠自动识别技术提取的灵敏度约1.0%的缺欠。图1-9 缺欠自动识别技术
3.在线CT检测技术
尤其是在铸造零件检测领域，在生产线上利用快速CT重建技术进行工件的在线检测将会升级现有的DR成像技术，促使CT技术从象牙塔上走下来成为一种常规的无损检测技术，使得产品质量得到更好的保证。
4.质量追溯系统
基于检测数据云存储的质量追溯系统会成为质量监理和管理部门的首选技术，由此可能会改变现有的质量管理模式，可能会出现专门的图像评估公司代替各个机构现有的专业评估人员，实现第三方评估和社会高级检测人员的资源共享。第2章 名词术语
伴随着数字化射线检测技术的出现，产生了一大批新的名词和术语。这些名词和术语都有明确的物理意义，用于表示系统、部件、软件或图像的某种特性。为了便于理解，本章按照这些名词和术语出现的场合进行了归类。2.1 成像技术的名词术语
1.数字化射线检测技术
数字化射线成像技术是以产生数字图像为基本特征，通过计算机屏幕进行显示和评估并可对数据进行长期存储的射线检测方法的总称。包含了数字成像技术（DR）、计算机成像技术（CR）和各种CT成像技术。胶片数字化技术可以认为是一种泛数字化射线检测技术。
2.射线数字成像（digital radiography，DR）
射线数字成像是在受检对象与射线源-探测器系统相对静止的条件下，利用DDA探测器进行射线成像的检测方法。射线数字成像可以通过较长时间的曝光和图像积分（帧平均）等技术来获得较高的图像质量。
3.射线计算机成像（computed radiography，CR）
射线计算机成像是一种以IP成像板（Imaging plate）为载体来记录X射线潜在影像信息，并通过光学扫描器激发并转换为图像数据输出至计算机处理系统的一种成像方法。射线计算机成像系统主要包括两大部分：成像板与扫描器。成像板是X射线影像的接受体，准确地说它是一个影像信息的采集与信息形成的转换部件，是由保护层、成像层、支持层和背衬层复合而成的一块柔性薄板，可以在数小时内保存潜影信息，也可以通过光学二次激发进行潜影擦除后反复使用。扫描器的作用是将成像板中储存的潜影信息解读出来。它由激光器、光扫描器、光电倍增管、放大器、A-D转换器和输出接口等部分组成。计算机成像技术只能用于静态检测。
4.射线实时成像（real-time radioscopy，RTR）
射线实时成像是在受检物体与射线源-探测器具有一定的相对运动速度下，对受检物体实行动态检测的一种方法。射线实时成像要求探测器具有较高的帧速，一般需大于25帧/s。实时成像由于探测器吸收的射线剂量低和运动不清晰度的影响，相对于静态检测图像质量有明显降低。
5.射线断层成像（CT）
射线断层成像是一种利用扇束射线对受检物体进行透照，通过采集不同透照角度的序列化投影图像，利用重建软件来获取物体横截面密度分布信息的检测技术。CT断层成像技术是一种基于射线数字成像硬件设备的软件技术，为了得到断层图像的高精度几何尺寸和较高的密度分辨率，要求对机械和运动进行高精度调校，断层成像一般使用线阵列射线探测器。
6.锥束CT成像（CBCT）
锥束CT成像是一种利用锥形射线束和面阵列探测器采集受检物体不同角度透照的检测图像，利用重建软件得到物体三维结构的成像方法，重建完成后可以按照任意方向对物体进行切片观察。
7.线对和线对数
高密度材质制成的不同宽度（或不同直径）的栅条按照等间距排列，一根栅条和一个间距构成一个线对。每毫米宽度范围内可排列出的线对数量称为线对数，用Lp/mm来表示。线对数是用空间频率来表示空间分辨率的一种方法。
8.系统分辨率
系统分辨率是射线数字成像技术在早期曾经使用过的概念，目前已很少采用。其测量结果类似于探测器基本空间分辨率（）。
9.点扩散函数（PSF）
点扩散函数又称冲激响应函数或脉冲响应函数，它描述了成像系统在冲激函数作用下的输出特性，是在空间域描述成像系统特性的一种方法。成像系统的某个像素点p(x,y)在一个作用时间极短暂、作用值很大及积分有限的脉冲激励下，其输出不再是一个脉冲信号，也不只是对该像素点的输出值产生影响，而是对p(x,y)和周边像素均产生作用，形态上类似高斯曲线。点扩散函数的形状和扩散的宽度范围决定了图像的清晰度。扩散范围越小、分布形状越尖锐，图像清晰度越高。
10.半峰全宽
点扩散函数（PSF）峰值一半的高度所对应的宽度称为半峰全宽，是将钟形点扩散函数等效为矩形脉冲时所对应的宽度。
11.调制传递函数（MTF）
调制传递函数是在频率域描述成像系统特性的一种函数，表示了成像系统对不同频率信号的对比度传输能力。
12.人工模式（mannual mode）
人工模式是指由人工直接或通过控制按钮操控受检物体或（和）射线管-探测器运动进行射线检测的一种模式。
13.示教模式（teaching mode）
示教模式是一种通过人工预设物体的检测策略的模式。利用人工模式确定受检物体的透照方向、透照位置、透照顺序和透照参数，计算机软件记录这些参数然后形成过程程序，可以被半自动模式和全自动模式进行调用。
14.半自动模式（semi automatic mode）
半自动模式通过示教程序建立特定受检物体的透照方向、位置、顺序和参数并形成计算机程序，然后检测系统根据受检物体种类执行相应的程序，自动采集各个位置的检测图像并由检测人员进行缺欠识别和质量分级的一种检测模式。
15.全自动模式（full automatic mode）
全自动模式是通过示教程序建立特定受检物体的透照位置、透照顺序和透照参数并形成计算机程序，然后检测系统根据受检物体种类执行相应的程序，自动采集各个位置的检测图像并由计算机软件进行缺欠识别和质量分级（ADR）的一种检测模式。
16.系统校验
系统校验是利用像质计或含有已知缺欠的试样，定时对检测系统特性进行的测定。当检测系统达到相应的像质计参数或可以发现已知的缺欠时，说明系统工作在正常状态，否则，需要对系统特性进行重新校准。2.2 探测器的名词术语
1.图像增强器（I.I）
图像增强器是一种能够将不可见的X射线转换成可见光图像，并能增强输出图像亮度的电真空装置。它由输入屏组件、电子光学系统和输出荧光屏组成。X射线图像增强器工作时，X射线通过受检物体后照射到X射线图像增强器的CsI：Na屏上，使该屏发出微弱光亮，由于受检物体各部分吸收X射线的剂量不同，在CsI：Na屏上就出现与此相应的强度分布不等的微弱光图像。此图像照射到与其紧贴的光电阴极上，激发光电阴极产生密度分布与该图像亮度分布对应的光电子，光电子被聚焦、加速后投射到输出屏上，就得到尺寸缩小而亮度增强的可见光图像。图像增强器是一种非线性成像系统，动态范围小，图像信噪比较低。
2.数字探测器阵列（DDA）
数字探测器阵列是一种将射线转换为分离的、成阵列化排列的、大小与所在区域曝光量成比例的模拟信号，并经过数字化转换后可传送到计算机系统进行显示的电子装置。DDA探测器是可输出数字图像的射线探测器的总称。射线转换可使用闪烁体材料首先转化为可见光，然后利用图像传感器转化为模拟信号，也可使用光电材料直接转化为模拟信号。数字探测器阵列可以经过数秒曝光产生一幅图像，也可在每秒产生数帧实时图像。
3.线阵列探测器（LDA）
线阵列探测器是一种将射线转换为分离的、成单行排列的、大小与所在区域射线强度成正比的模拟信号，并经过数字化转换后可传送到计算机系统进行显示的电子装置。线阵列探测器每帧只输出一行的图像数据，需要受检物体与射线源-探测器做相对运动才能生成完整的受检物体检测图像。线阵列探测器具有非常高的帧速，常用于检测速度较高的场合。
4.多线阵列探测器（Multi LDA）
多线阵列探测器也称TDI（时间延迟积分）探测器，是一种将多行输出信号在内部进行积分后作为单行信号输出的线阵列探测器。多线阵列探测器每帧也只输出一行的图像数据，需要受检物体与射线源-探测器做相对平移运动才能生成完整的受检物体检测图像。相比单行线阵列探测器，多线阵列探测器可以提高检测速度、减小曝光量和提高图像信噪比。
5.面阵列探测器（FPD）
面阵列探测器俗称平板探测器，采用在玻璃基底上制作TFT阵列的加工技术，是DDA探测器的典型结构，常用于射线数字照相（DR）、锥束CT成像，也可以在具有相对运动速度下进行实时成像检测（RTR）。
6.非晶硅探测器（a-Si FPD）
非晶硅探测器是一种以图像传感器（image sensors）的制造技术来命名的射线探测器。这种探测器的图像传感器是在玻璃基板上制成的，其中像素与数据线的开关使用了非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）制造技术。使用发光闪烁体与非晶硅图像传感器配合结构的探测器称为间接转换探测器；使用非晶硒等光电材料薄膜与非晶硅图像传感器配合结构的探测器称为直接转换探测器。目前，大面阵射线探测器大多数采用非晶硅薄膜晶体管制造技术。
7.非晶硒探测器（a-Se FPD）
非晶硒探测器是一种以射线光电转换屏材料来命名的射线探测器。该探测器使用非晶硒薄膜直接将射线转化为电信号然后由图像传感器进行阵列化处理和信号分割。
8.DDA有效区域
DDA有效区域是探测器制造商推荐的可用于成像的区域尺寸和位置。
9.探测器动态范围
探测器动态范围是探测器接近满幅灰度值时的最大曝光量与开始响应时的最小曝光量之比。探测器动态范围表示了有效响应时的曝光量变化范围，该范围越宽、比值越大，探测器的动态范围也越高。
10.像素（pixel）
像素是探测器成像的最小独立单元，也可称为像元。探测器像素主要由光电感应传感器、电容器、TFT薄膜开关和行/列分布的数据线等组成。
11.填充系数
填充系数是像素的光电感应区面积占像素总面积的百分比。一般而言，在相同像素尺寸条件下，填充系数越大，图像信噪比越高。由于受制造工艺的限制，像素尺寸越小，填充系数越低，探测器动态范围和信噪比会有所降低。
12.像素尺寸（pixel size）
单位长度与其排列的像素总数之比记为像素尺寸。例如：某探测器在长度205mm内排列有1024个像素，则像素尺寸为200μm。对于面阵列探测器，像素的宽度和高度相等，呈正方形；许多线阵列探测器（尤其是CT用探测器）一般像素的高度大于宽度。
13.像素中心距（pixel pitch）
像素中心距是指水平（或垂直）排列的相邻两个像素的中心位置距离，数值上等于像素尺寸。
14.坏像素
坏像素是指其响应偏离正常像素特性范围的像素，包括孤立坏像素和集群坏像素。
在3mm×3mm邻域内，如果像素邻域内完好像素少于5个，则称为集群核像素（CKP）。如果集群坏像素中没有集群核像素，则坏像素是可以校正的，称为非相关型的集群坏像素。如果集群坏像素中存在集群核像素，可称为相关型的集群坏像素。
15.坏像素校正
坏像素校正是利用插值法对坏像素灰度值进行重置的一种软件处理方法。
16.灰度等级（grey scale）n
灰度等级是指探测器像素对应的灰度值变化范围，一般用2来表示。灰度等级是由探测器A-D（模数转换器）的位数来决定的。例如，16如果采用的A-D转换器是16bit，则探测器的灰度等级为2=65536，像素灰度值的变化范围为0～65535。
17.灰度值（GV）
灰度值是DDA图像中像素点所对应灰度的数值。与像素值、探测器响应值、模数转换值或探测器信号具有相同的含义。
18.饱和灰度值
饱和灰度值是DDA能够达到的最大灰度值，或称为满幅值。
19.帧速（fps）
帧速是探测器每秒所能输出的图像帧数。
20.本底图像（offset image）
本底图像是在无射线照射条件下采集的DDA探测器的输出图像。本底图像反映了探测器电子噪声的大小。
21.增益图像（gain image）
增益图像是没有受检物体时，在不同曝光量条件采集的用于DDA探测器校正的序列化图像。
22.探测器校正
探测器校正是对DDA本底信号、非一致性响应、读出电路结构差异和射线辐射场不均匀性等进行灰度值修正的方法。
23.探测器基本空间分辨率（，或探测器iSR）b
在近似于无几何放大的条件下，利用二次曲线拟合法计算得到的探测器基本空间分辨率，表示探测器可处理的最小几何尺寸。为了便于使用，经常简单表示为SR，但须注明是探测器基本空间分辨率还b是图像基本空间分辨率，二者具有不同的含义。
24.探测器归一化信噪比（dSNR）n
探测器归一化信噪比是射线束中除滤板外没有任何受检物体时，根据减影图像计算的信噪比被探测器基本空间分辨率归一化处理后的值。在特定的测试条件下，探测器归一化信噪比可以用于探测器分级或不同探测器之间的性能评估。
25.探测器效率
探测器效率是探测器吸收1mGy的射线剂量时所达到的归一化信噪比（dSNR）。探测器效率表示了不同能量和射线质量条件下探测n器的响应，吸收效率越高，探测器效率越高。
26.吸收效率
吸收效率是指探测器吸收（阻止）射线光子的能力，用吸收的光子数量与入射的光子数量之比来表示。主要取决于探测器转换屏材料、密度和厚度。
27.转换效率
转换效率是指探测器将射线能量转换为可见光子（或电荷）的能力，用可见光子总能量与吸收的射线光子能量之比来表示。根据能量守恒定律，在理论上探测器吸收具有一定能量的射线光子后，会转化为具有一定数量的可见光子，这些可见光子的能量总和与射线光子的能量相等。
探测器转换效率越高，达到相同图像灰度值所需的曝光量越小，信噪比越低。探测器的高转换效率意味着低曝光量需求，适合制造医疗诊断探测器。
28.特定材料厚度范围（SMTR）
特定材料厚度范围也称为特定材料检测时的厚度宽容度，指达到规定图像质量的材料厚度范围。该范围的确定方法是：当较薄的厚度区域灰度值达到满幅值的80%左右时，如果要求达到2%灵敏度，较厚区域的归一化信噪比（SNR）达到130；对于1%灵敏度要求，较n厚区域的信噪比（SNR）达到250。但是这并不意味着当信噪比达到n130或250时就一定可以获得2%、1%的灵敏度，它只是分别给出了一般的图像质量和较高图像质量的参照值。
29.图像延迟（image lag）
图像延迟是指曝光结束后，短时间内DDA出现的残留信号大小。
30.残影（burn-in）
残影是指曝光结束后，由于闪烁体材料增益变化引起的长时间内仍然残留在DDA的信号大小。
31.内部散射线（ISR）
内部散射线是指探测器内部的散射线。探测器内部散射线容易引起图像的不清晰度下降。
32.固有不清晰度（U）i
固有不清晰度是探测器基本空间分辨率的另一种表示方法，二者存在的换算关系为：。
33.探测器特性曲线（dSNR—剂量平方根）n
探测器特性曲线是探测器归一化信噪比与剂量平方根的关系曲线，用于表示不同剂量时探测器的响应。
探测器特性曲线类似于胶片系统的特性曲线，但尤其要注意的是，胶片系统特性曲线是使用D-lgK曲线来绘制的，即光学密度与剂量的对数关系。
34.DDA系统分级
DDA系统分级是指利用不同级别的胶片系统所对应的归一化信噪比值来对DDA进行分级。如果DDA在吸收一定辐射剂量后达到了胶片系统在净密度D为2.0时的归一化信噪比值，则视为探测器在该曝光条件下与该胶片系统具有相同的细节检出能力。2.3 成像软件的名词术语
1.递归降噪
递归降噪是一种专门用来对运动图像进行实时降噪处理的滤波器。利用递归原理可有效去除动态图像噪声。
2.积分降噪
积分降噪是将多帧图像数据进行累积的降噪方法。
3.帧平均降噪
帧平均降噪是将多帧图像数据相加求平均值的降噪方法。
4.窗宽/窗位
窗口技术是一种解决高动态范围数字图像在低动态范围显示器上的显示问题而使用的一种基于空域直接灰度变换的图像增强方法。窗宽变大，图像对比度变小；窗宽变小，图像对比度变大。移动窗口的位置，可以对不同灰度范围的图像进行观察和处理。窗宽/窗位技术实际上是将不能同时观察的整幅图像进行多次观察，在实际使用时操作非常麻烦，观察结果还要受到操作人员的经验限制。
5.高动态范围显示（HDR）
高动态范围显示是利用空域相关算法的一种基于摄影模型的自动调节亮度的色调映射方法。这种方法是一种分区块的色调映射，即将过亮的区块变暗并将过暗的区块变亮，思想源于摄影技术中的遮光曝光概念，最终将采集的高动态范围亮度映射到输出设备的低动态输出范围。HDR技术处理后的高动态范围图像，相当于把人眼的灰度识别范围从80个灰度等级提高到1000个灰度等级，能够显著改善细节识别能力。
6.灰度直方图
灰度直方图简称直方图，是灰度级的函数，它表示图像中具有某种灰度级的像素的个数，反映了图像中某种灰度出现的频率。
7.灰度分布曲线
灰度分布曲线是图像中任意直线上的像素点与其灰度值的关系曲线。灰度分布曲线经常用于图像测量，如双线型像质计的测量、几何尺寸测量等。
8.图像处理算子
图像处理算子也称图像滤波器，是一种邻域算子，常见大小为3×3、5×5等，主要有高通、低通、边缘算子等。使用不同算子对图像进行卷积处理可以获得多种图像显示效果。
9.标准数字参考图像
标准数字参考图像是针对熔模铸件、铝铸件、钛铸件、钢铸件等射线数字成像检测标准而设计的用于铸件质量分级的参考数字图像。检测人员根据这些图像所提供的缺欠类别、大小和分布，对照实际检测图像中的缺欠来确定铸件的质量等级。
10.参考图像
参考图像是在缺欠自动识别（ADR）技术中，为各个检测位置指定的位置正确、不含缺欠和其他影响图像识别因素的标准图像。参考图像用于划分不同的兴趣区域和规定这些区域允许的缺欠严重程度（验收条件）。
11.减影图像
减影图像是两幅图像对应像素位置的灰度差值图像。减影图像可以突出两幅图像的差别。
12.缺欠自动识别（ADR）
缺欠自动识别是利用计算机软件从检测图像中自动对缺欠进行提取、分类和评级的技术。
13.孔隙率
孔隙率是评定区域内，缺欠面积占评定区面积的百分比。
14.等效直径
等效直径是指将形状不规则的缺欠面积换算成具有相同面积的圆形缺欠所对应的直径大小。2.4 图像质量的名词术语
1.噪声
噪声是指图像灰度值的波动，常用灰度值的标准偏差来表示。
2.细节
细节是指图像中的缺欠、像质计等细小结构。
3.细节可识别性
细节可识别性是指检测图像中的细节可被检测人员有效识别出来的程度，取决于人眼视觉感知阈值和细节的对比度噪声比。
4.图像基本空间分辨率（，或称为图像SR）b
图像基本空间分辨率是指将双线型像质计放在受检物体上的射线源侧，用下沉法测量得到的第一个低于20%对比度的线对值。
5.图像不清晰度（U）im
图像不清晰度是图像基本空间分辨率的另一种表示方式。数值上。
6.图像分辨率
图像分辨率是用空间频率表示的图像不清晰度，数值上为（Lp/mm）。
7.图像信噪比（SNR）
图像信噪比是指一定区域内图像信号（灰度平均值）与噪声（灰度标准偏差）之比。
8.图像归一化信噪比（SNR）n
图像归一化信噪比是图像信噪比被图像基本空间分辨率归一化处理的值。
9.对比度
对比度是指细节影像与周围一定区域内背景的灰度差。
10.对比度噪声比（CNR）
对比度噪声比是指细节的对比度与背景噪声（背景的灰度标准偏差）之比，它表示了细节的可识别性。
11.归一化对比度噪声比（CNR）n
归一化对比度噪声比是对比度噪声比被图像基本空间分辨率归一化处理的值。
12.特定细节的归一化信噪比（）
特定细节的归一化信噪比是单位细节尺寸对应的图像归一化信噪比值。即。
13.对比度灵敏度（CS）a
系统的极限对比度灵敏度，数值上规定为细节归一化信噪比的倒数。即。
14.像质计灵敏度（IQI灵敏度）
像质计灵敏度是利用线型或阶梯孔型像质计测量得到的对比度灵敏度。
15.像质计分辨率（IQI分辨率）
像质计分辨率是利用双线型像质计测量得到的图像分辨率。第3章 X射线源
射线数字成像技术主要采用的是X射线机和直线加速器，较少使用放射性同位素源。
X射线源的主要参数包括管电压和管电流调节范围、焦点尺寸、纹波系数和负载率等。管电压和管电流的调节范围是由射线源的功率曲线所决定的，是透照厚度范围和曝光量的主要控制因素。纹波系数影响射线的频谱特性进而影响线质；焦点尺寸决定了几何放大倍数和几何不清晰度的大小，负载率对系统工作方式和检测效率有重要影响。3.1 X射线源分类
当前，商业化的X射线管最高能量可达600kV，配接通用的探测器系统，大致可穿透近70mm的钢件或1000mm左右的铝件。管电压高达800kV的X射线源也已经面世，如图3-1所示，为数字化射线检测提供了更加广泛的应用选择。
X射线源主要由射线管头、高压发生器、高压电缆、控制系统和冷却系统等组成。按照其组成的部件特性和组装结构，可以把X射线源分为不同的类型，不同类型的射线源应用范围也是各不相同的。图3-1 管电压800kV的X射线源
按照结构形式可分为手提式X射线源、一体式X射线源、移动式X射线源和固定式X射线源；按照焦点大小可分为微焦点X射线源、小焦点X射线源和常规焦点X射线源；按照射线束角度大小可分为定向X射线源和周向X射线源；按照射线管种类可分为玻璃管、陶瓷管和金属陶瓷管X射线源。所以同一个X射线源按照不同的分类方法可能属于不同的类别。根据射线数字成像技术的应用领域，以下按照结构形式进行介绍。3.1.1 手提式X射线源
如图3-2所示，手提式X射线源具有两种射线发射方式：脉冲式和恒压式。这种射线源一般采用100kHz以上的变频技术获得高压，采用可充电电池供电，所有部件集成在一起，携带方便、操作简单。缺点是功率较小、有效工作时间较短。手提式X射线源非常适合于在流动工作环境对小批量、较小厚度的物体进行现场检测。
脉冲X射线源采用普通的可充电镍镉电池作为电源，体积相当于手持式摄像机大小，重量不足10kg，不需要预热。通常以每秒15~25个脉冲发射X射线，脉冲宽度为50~60ns，每次充电后可以发射约4000个脉冲，最高管电压可达300kV，焦点尺寸约3mm，最大穿透厚度约30mm（Fe）。采用延迟发射或遥控器可保证操作人员移动到安全距离，工作时一般采用距离防护。图3-2 手提式X射线源
恒电位X射线源采用可充电电池作为电源，重量不足10kg。电池充满后可连续发射X射线15min左右，最大管电压160kV，焦点尺寸约0.8mm，对钢件的穿透厚度可达10mm。采用RS-232串行通信接口控制射线管预热、管电流、管电压和曝光时间。3.1.2 一体式X射线源
如图3-3所示，一体式X射线源（Mono block）是一种将高压发生器、射线管和控制电路、通信接口集成在一起的射线源，多数采用外部直流电源供电，射线源的控制通过RS-232串行接口由外部计算机软件完成，根据工作条件可选配外部冷却器。图3-3 一体式X射线源
一体式X射线源大多数采用玻璃管或陶瓷管，很少使用金属陶瓷管。管电压小于250kV、功率小于1kW的射线源居多。这种射线源的特点是起步电压较高（超过60kV）、价格低、维护方便，在安检行业广泛使用。
一体式X射线源出束窗口具有锥束和扇束两种结构，输出扇束X射线的结构经常用于线阵列扫描成像。输出锥束X射线的结构最大射束角度可达80°以上，经常用于面阵列探测器成像。一体式X射线源一般用来制造低成本X射线数字成像设备，由于性价比高，在一些检测工作量不大、质量要求较低的场合经常使用。3.1.3 移动式X射线源
移动式X射线源采用组合式射线发生器，其X射线管、高压发生器、冷却系统安装在一个机壳内，统称为射线发生器。整机由两个单元构成，即控制器和射线发生器，它们之间由低压电缆连接或通过遥控器进行无线通信，如图3-4所示。
根据在射线发生器中所充的绝缘介质类型，分为油绝缘和气绝缘两种。油绝缘是采用高抗电强度的变压器油，其抗电强度为30～50kV/2.5mm；气绝缘多数充填的绝缘介质是六氟化硫（SF）气体，62气压不低于0.34MPa（3.5kgf/cm），不应超过0.49MPa（5.0kgf/2cm），气压过高机壳容易爆裂。移动式X射线源的管电压一般不超过350kV，管电流1~10mA，功率不超过1kW，稳定度在1%左右，通常采用风扇强制冷却，特殊情况下也可采用循环水冷却，100%的负载率可连续工作。移动式X射线源的体积、重量、管电压、功率、焦点尺寸、负载率、控制方式等技术指标是判断产品技术水平的依据。通常情况下，利用工频高压发生器技术制造的X射线源体积和重量都较大，输出射线的稳定度较低，只能用于低帧频（采集速度不大于数秒一帧）静态平板探测器或CR成像检测。随着高频高压发生器技术的发展，使用高频技术制造的便携式X射线源正在成为主流技术，带来的益处是整机重量大幅度降低、体积进一步缩小，射线硬度和稳定性得到了进一步提高。图3-4 移动式X射线源
移动式X射线源具有定向和周向两种出束形式。其中，周向移动式射线源安装在管道爬行器上，对于检测长输管道对接接头具有极高的应用价值，目前已开发出多种实用的长输管道射线数字成像检测系统。3.1.4 固定式X射线源
固定式X射线源是一种采用高频逆变技术制造的直流恒电位X射线系统，是高性能射线数字成像设备的首选机型。
固定式X射线源采用分离结构，主要由电源器、高压发生器、金属陶瓷射线管、高压电缆、控制系统、冷却系统和通信接口等组成，如图3-5所示。
这类X射线源已形成120kV、160kV、225kV、320kV、450kV、600kV的系列化产品，管电流可达到30mA甚至更大的值，连接高压发生器和射线管头的高压电缆最大长度可超过20m，为一些特殊应用（如钢管检测）提供了良好的安装灵活性。固定式X射线源可以安装常规焦点的金属陶瓷射线管，也可以安装微焦点射线管和棒阳极射线管。微焦点X射线管可以获得比普通X射线管高出一个数量级的空间分辨率，但穿透能力有限。固定式高频恒电位X射线源由于一系列先进技术的应用，使得系统成了高稳定、高精度X射线源的代名词，在CT设备、具有缺陷自动识别功能的DR检测设备上具有广泛的应用价值。图3-5 固定式X射线源3.2 X射线管
X射线是从X射线管里发射出来的，是一种能量转换的结果。X射线管的基本结构如图3-6所示。
X射线管可以看成是一个工作在高电压下的真空二极管，包含有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极；另一个是用于接收电子轰击的靶材，作为阳极。根据阴极和阳极真空环境的形成方式，可将射线管分为开管和闭管。如果将两级均密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内则称之为闭管，如果采用外部真空泵抽真空则称之为开管。图3-6 X射线管的结构原理3.2.1 X射线的产生
当一束高速运动的电子流被物体骤然阻止，由于能量的转换会产生X射线。产生X射线应具备以下条件：
1）需要有一个高真空度的空间。在此环境条件下，才能产生自由电子，并能畅通无阻地运动。
2）分离出电子。电子来源于阴极灯丝，只要将灯丝加热（通过电流）至白炽状态，即有自由电子逸出。
3）施以加速电场。在高压电场的作用下，从灯丝分离出来的电子加速飞向阳极。
4）设置障碍物。在电子运动的途径上，设置一个耐高温的、高硬度的金属靶，用于阻止高速冲来的电子，使电子动能的一部分转换而产生X射线。
X射线管供电部分至少包含有使灯丝加热的低压电源和给两极施加高电压的高压发生器。当灯丝通过足够的电流使其产生电子云，且有足够的电压（千伏等级）加在阳极和阴极间时，电子云便被“拉”往阳极；高能电子在高速的状态下撞击阳极靶面时，运动突然受到阻止，其动能的一小部分（约1%）便转化为辐射能，以X射线的形式发射出来产生轫致辐射。改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量，从而改变管电流（X射线强度）；改变X射线管阴极与阳极之间的高压电场可以改变发射的X射线的能量。靶面受高能电子轰击后，绝大多数（约99%）动能转化为热能，使得靶面的温度升高甚至达到其熔点，所以需要对阳极靶进行结构设计和强制冷却。
理想的X射线管是焦点足够小，射线强度足够大。但由于受阳极2靶材料的限制，目前单位面积可承受的能量不超过2kW/mm。所以较小的焦点只能承受较小的功率，要提高射线管功率，需要相应地增大焦点尺寸。避免阳极过热的方法主要有对阳极进行强制冷却、采用倾斜靶面和使用旋转阳极等措施。3.2.2 阴极特性
X射线管的阴极特性是指在一定管电压下，最大管电流与灯丝温度之间的关系。图3-7所示为X射线管的阴极特性曲线。
X射线管阴极的构造不仅决定了X射线管的焦点形状和大小，而且也影响到X射线管的热容量。灯丝一般是由钨丝绕制而成的，钨丝的直径和长度决定了X射线管的管电流和焦点尺寸，而钨丝绕制的形状决定了焦点的形状。X射线管的焦点形状大致分为圆焦点和线焦点（方形或长方形）两种，相应的灯丝也就绕制成圆盘形状和长条形状两种。如果在阴极里绕制有大小不同的两个灯丝，则称为双焦点灯丝。双焦点灯丝在工作时，只能选择其中的一个工作，用操纵台上的开关控制，这样的射线管称为双焦点X射线管。圆焦点的灯丝一般绕制成螺旋形，周围被金属碗状体的阴极罩所包围，用于聚焦从灯丝里发射出的电子，使其成为集中的一束，飞向阳极并打在靶的一个小点上。线焦点的灯丝绕制成长的螺旋管形，装在凹面阴极体的凹槽内对电子起聚焦作用，槽的形状、角度及灯丝的安装位置等都对聚焦的效果有影响。图3-7 X射线管的阴极特性曲线
灯丝的温度越高，产生的电子数量越多，管电流也就越大。灯丝的温度是由通过电流的大小所决定的，对于特定的灯丝材料，温度不能超过其熔点，否则就会熔断造成射线管无法工作，例如，钨的熔点为3370℃，灯丝电流一般不超过5A。3.2.3 阳极特性
X射线管的阳极是由阳极靶、阳极罩和阳极体所组成的，它起到阻止电子运动、进行能量转换以产生X射线的作用。阳极的基本结构如图3-8所示。
阳极体为具有高热传导性的金属电极，其作用是支撑阳极靶，并将阳极靶上产生的热量传送出去，避免靶面烧毁。为了提高靶材的散热效率，阳极体多选用无氧铜制成，并将它与阳极靶铸造在一起，然后把靶面磨得光亮如镜，因而阳极靶也称阳极镜。
阳极靶的作用是承受高速电子的撞击，产生X射线。阳极靶紧密镶嵌在阳极体上，与阳极体具有良好的接触。由于工作时阳极靶直接承受高速电子的撞击，电子大部分动能在它上面转换为热能，因此阳极靶必须耐高温。此外，阳极靶应具有高原子序数，才能具有较高的X射线转换效率。图3-8 阳极的基本结构示意图1—阳极罩 2—阳极体 3—放射窗口 4—阳极靶
高速电子撞击阳极靶时会产生二次电子，在管壳上聚集后会形成一定的电位，影响飞向阳极靶的电子束，因此需要安装阳极罩起到吸收二次电子的作用，同时可起到固定射线窗口的作用。当装上阳极罩后，二次电子只能落到阳极罩上而被吸收，使得管头外壳有了隔离效果。在射线出束方向上安装用较薄的铍板制成的射线窗口，对射线进行初次滤波，过滤掉波长较长的无用射线（软射线）。
X射线管的阳极特性是指在一定的阴极灯丝电流下，管电流（mA）与管电压（kV）的关系，如图3-9所示。
从图3-9中可以看到，管电流在最初随着管电压升高而增加，但当管电压达到一定值以后，管电流趋于饱和。产生这种饱和特性的原因是，灯丝发射的电子已接近全部到达阳极靶。当X射线管施加的管电压较低时，为了得到较大的管电流，只能采用更大的灯丝电流。但实际上灯丝电流也只能在一定范围内调整（避免熔断），这也就限定了低管电压下可使用的最大管电流。
阳极靶直接承受从阴极飞来的高速电子的撞击，可将电子能量的少部分变成X射线，绝大部分能量在它上面转换成了热能，因而靶材应该是既坚硬又耐高温。金属钨具备这些条件，因此现代X射线管的靶大多由钨制成。产生X射线的总强度由式（3-1）决定：图3-9 X射线管的阳极特性曲线式中 I——X射线强度；
K——比例常数；
Z——阳极靶材料的原子序数；
i——管电流；
U——管电压。
从式（3-1）可以看出，X射线的强度与靶材的原子序数有关，原子序数越大，射线强度也就越大；X射线强度正比于管电流和管电压的平方。对于特定的X射线管，随着管电压的增加，射线强度成平方关系增加；增加管电流，射线强度成比例关系增加。3.2.4 射线管封装
X射线管有闭管和开管两种封装方式。
闭管是用X射线管的管壳封出一个高真空腔体，并在腔内封装阳-3-5极和阴极，管内的真空度应达到1.33×（10～10） Pa。管壳必须具有足够高的机械强度和电绝缘强度。工业射线检测常用的X射线管的管壳主要采用玻璃、 陶瓷和金属-陶瓷制作。采用玻璃与金属制作管壳的X射线管称为玻璃X射线管。采用陶瓷与金属制作管壳的X射线管分为两类，一类是金属-陶瓷X射线管，另一类是波纹陶瓷X射线管。金属陶瓷X射线管以不锈钢管代替玻璃管壳，用陶瓷材料绝缘，与玻璃管壳的X射线管比较，它的主要特点是结构牢固、 寿命长，现在已经是X射线管的重要类型。波纹陶瓷X射线管是广泛应用的另一类X射线管，它与金属陶瓷X射线管具有类似的特点。普通玻璃X射线管的寿命一般为400～500h，陶瓷X射线管的寿命一般在1000 h以上，金属陶瓷X射线管的寿命在2000 h以上。这里所说的寿命是指X射线管的辐射量降低到规定值的80%以下，并不是指X射线管本身损坏。工业用X射线管一般制成固定式，按射线辐射的方向可分为定向辐射和周向辐射两种。
所谓闭管就是X射线管在出厂时就是一个真空管，当管头真空度下降到一定程度、阴极灯丝熔断或阳极靶表面呈现不光滑状态时，射线管即视为损坏且无法维修。所谓开管就是灯丝和阳极工作的真空环境是通过外部真空泵抽真空来实现的，射线管工作前，真空泵首先使管内达到较高的真空度。这种设计的优点是可以更换阴极灯丝，可以更换阳极靶和改变形状获得不同特性的X射线。
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