Verfügbare Techniken zur Bilderzeugung in der industriellen Radiographie
In der industriellen Radiographie wird ein Röntgenbild üblicherweise erzeugt, indem eine Quelle ionisierender Strahlung (Röntgen- oder Gammastrahlung) auf einer Seite des zu untersuchenden Objekts platziert wird, ein Strahlungsdetektor (der Film) auf der anderen Seite, wie in Abbildung 1-1 dargestellt. Die Strahlungsenergie muss klug ausgewählt werden, sodass ausreichend Strahlung das Objekt durchqueren und zum Detektor gelangen kann.
Der Detektor ist meist ein Blatt Fotofilm in einem lichtgeschützten Umschlag oder einer Kassette mit sehr dünner Stirnfläche, die die Röntgenstrahlen leicht durchqueren können. Zur Entwicklung des Bilds werden Chemikalien benötigt; daher wird dieser Prozess als "klassischer" oder "nasser" Prozess bezeichnet.
Heute kommen zunehmend andere Typen von strahlungsempfindlichem Film und Detektoren zum Einsatz, für die keine Chemikalien zur Bilderzeugung notwendig sind, sogenannte "trockene" Prozesse. Hierbei kommen Computer zum Einsatz, weshalb sie als digitale oder computergestützte Radiographie (CR) oder direkte digitale Radiographie (DR) bezeichnet werden.
Bei einer seit vielen Jahrzehnten verwendeten mit DR verwandten Technik werden die Bilder direkt mit Hilfe von (früher computerlosen) Strahlendetektoren in Kombination mit Monitorbildschirmen (VDUs) erzeugt. Dies stellt eine frühe Variante von DR dar. Diese Scantechniken (auch als Fluoroskopie bekannt), die Speicherung von Bildern und die Bildverbesserung werden durch schrittweise Implementierung von Computertechnologie stets weiter verbessert. Heute ist die Trennlinie zwischen konventioneller computergestützter Fluoroskopie und vollständig computerisierter DR recht unscharf geworden. Mit der Zeit wird DR die konventionelle Fluoroskopie wohl größtenteils ersetzen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Bild der Strahlungsintensitäten, die das Bauteil durchdringen, aufgezeichnet werden kann auf:
Dem herkömmlichem Röntgenfilm mit chemischer Entwicklung, dem „Nassverfahren“, oder einem der folgenden „Trockenverfahren“:
- Ein Film mit Speicherphosphoren und eine Arbeitsstation für die digitale Radiographie, auch computergestützte Radiographie (CR) genannt.
- Flachbettdetektoren und eine Computerarbeitsstation für die Direktradiographie, genannt DR.
- Ein phosphoreszierender oder fluoreszierender Schirm (oder ein ähnliches strahlungsempfindliches Medium) und eine CCTV-Kamera (Closed Circuit Television) wie bei der konventionellen Fluoroskopie, einer frühen Version der Direktradiographie.
- Mit Hilfe von Strahlungsdetektoren, z. B: Kristallen, Photodioden oder Halbleitern in einer linearen Anordnung, die in einer Reihe von Messungen ein Bild eines bewegten Objekts erzeugen. Diese Methode wird in Gepäckkontrollsystemen auf Flughäfen verwendet.
Die Strahlungsquelle muss klein sein (einige Millimeter Durchmesser). Da sich die Röntgenstrahlen geradlinig von der Quelle durch die Probe zum Film ausbreiten, entsteht ein scharfes „Bild“ der Probe und der Diskontinuitäten. Diese geometrische Bilderzeugung ist identisch mit dem Schattenbild einer sichtbaren Lichtquelle. Die Schärfe des Bildes hängt auch vom Durchmesser der Strahlungsquelle und ihrem Abstand von der Oberfläche ab, auf der das Bild erzeugt wird.
Der „klassische“ Film wird in seiner lichtdichten Kassette (Kunststoff oder Papier) in der Regel dicht hinter die Probe gelegt und die Röntgenstrahlen für eine angemessene Zeit (Belichtungszeit) eingeschaltet. Anschließend wird der Film entnommen und fotografisch verarbeitet, d. h. entwickelt, fixiert, gewaschen und getrocknet. Bei der Direktradiographie (DR) wird ein kohärentes Bild direkt mit Hilfe einer computergesteuerten Entwicklungsstation erzeugt. Bei beiden Methoden gibt es ein Negativ. Bereiche, in denen weniger Material (weniger Absorption) mehr Röntgenstrahlung zum Film oder Detektor durchlässt, führen zu einer höheren Dichte. Trotz des Unterschieds in der Art und Weise der Bilderzeugung kann die Interpretation der Bilder auf genau die gleiche Art und Weise erfolgen. Aus diesem Grund ist die DR-Technologie sehr beliebt.
Der „klassische“ Film kann nach der fotochemischen Behandlung (Nassverfahren) auf einem Filmbetrachtungsschirm betrachtet werden. Defekte oder Unregelmäßigkeiten im Objekt verursachen Schwankungen in der Filmdichte (Helligkeit oder Transparenz). Die Teile des Films, die während der Belichtung mehr Strahlung abbekommen haben, z. B. die Bereiche unter den Hohlräumen, erscheinen dunkler, d. h. die Filmdichte ist höher. Die Digitalradiographie liefert die gleichen Schwarz-Weiß-Bilder, aber die Betrachtung und Befundung erfolgt auf einem Computerbildschirm (VDU).
Die Qualität des Filmbildes kann anhand von drei Faktoren beurteilt werden:
- Kontrast
- Schärfe
- Körnigkeit
Als Beispiel sei eine Probe angeführt, in deren Oberfläche eine Reihe von Rillen unterschiedlicher Tiefe eingearbeitet ist. Der Dichteunterschied zwischen dem Bild einer Rille und der Hintergrunddichte im Röntgenbild wird als Bildkontrast bezeichnet. Ein gewisser Mindestbildkontrast ist erforderlich, damit die Rille erkennbar wird.
Bei höherem Kontrast gilt:
a. das Bild einer Rille wird besser sichtbar
b. das Bild der flacheren Rillen wird allmählich auch erkennbar
Unter der Annahme, dass die Rillen scharfkantig sind, können die Bilder der Rillen entweder scharf oder unscharf sein. Dies ist der zweite Faktor: die Bildunschärfe.
An den Grenzen der Bilderkennung lässt sich zeigen, dass Kontrast und Unschärfe miteinander zusammenhängen und die Erkennbarkeit von beiden Faktoren abhängt.
Da ein Bild auf einem fotografischen Film aus Silberkörnern besteht, hat es ein körniges Aussehen, das von der Größe und Verteilung dieser Silberpartikel abhängt. Dieses körnige Aussehen des Bildes, auch Filmkorn genannt, kann auch feine Details im Bild verdecken.
In ähnlicher Weise sind diese drei Faktoren auch grundlegende Parameter für alle anderen Bildverarbeitungssysteme. Bei der elektronischen Bilderzeugung, z. B. bei der Digitalradiographie oder bei Scansystemen mit CCTV und Monitoren, sind die Faktoren Kontrast, Schärfe und Rauschen ein Maß für die Bildqualität; Pixelgröße und Rauschen sind das (elektronische) Äquivalent zur Körnigkeit (Pixelgröße).
Die Qualität von Radiographiebildern wird im Wesentlichen durch die drei Faktoren Kontrast, Schärfe und Körnigkeit bzw. Rauschen bestimmt. Ein großer Teil der Technik zur Erzeugung eines zufriedenstellenden Radiographiebildes hängt von ihnen ab, und sie beeinflussen die Erkennbarkeit von Defekten in einem Präparat.
Die Eigenschaft eines Radiographiebildes, Details im Bild wiederzugeben, wird als „radiographische Empfindlichkeit“ bezeichnet. Wenn sehr kleine Defekte dargestellt werden können, spricht man von einer hohen (guten) Empfindlichkeit des Radiographiebildes. Normalerweise wird diese Empfindlichkeit mit künstlichen „Defekten“ wie Drähten oder Bohrlöchern gemessen.