工業(yè)用X射線CT裝置校準規(guī)范

JJF2043—20231工業(yè)用X射線CT裝置校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于使用射線管作為輻射源的常規(guī)焦點工業(yè)用X射線CT裝置(簡稱工業(yè)CT裝置)的首次、使用過程中、維修后的校準。設(shè)備技術(shù)驗收可參照本規(guī)范。2引用文件本規(guī)范引用了以下文件:JJG40—2011X射線探傷機JJG961—2017醫(yī)用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置(CT)X射線輻射源檢定規(guī)程GBZ117—2015工業(yè)X射線探傷放射防護要求GB/T12604.11—2015無損檢測術(shù)語X射線數(shù)字成像檢測GB/T17925—2011氣瓶對接焊縫X射線數(shù)字成像檢測GB/T26593—2011無損檢測儀器工業(yè)用X射線CT裝置性能測試方法GB/T26835—2011無損檢測儀器工業(yè)用X射線CT裝置通用技術(shù)條件凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計量單位3.1術(shù)語3.1.1空間分辨力spatialresolution工業(yè)CT裝置鑒別和區(qū)分高對比度微小細節(jié)特征的能力。3.1.2密度分辨力densityresolution工業(yè)CT裝置區(qū)分材料密度特性變化的能力。3.1.3偽像artifact在CT圖像上出現(xiàn)的與試件的結(jié)構(gòu)及物理特性無關(guān)的圖像特征。3.1.4標準試件phantom用來確定工業(yè)CT裝置空間分辨力及密度分辨力等性能指標的試件。3.1.5調(diào)制傳遞函數(shù)modulationtransferfunction圖像系統(tǒng)的成像能力隨空間頻率的變化關(guān)系,它在數(shù)值上等于線擴展函數(shù)的一維傅里葉變換。3.1.6重建reconstruction射線穿過試件后的投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成代表試件截面衰減特性分布圖像的計算過程。3.1.7像素pixel構(gòu)成CT圖像的基本單元。JJF2043—202323.1.8切片厚度slicethicknessCT圖像所對應(yīng)的射線切割物體的厚度。3.1.9線擴展函數(shù)linespreadfunction理想的線狀物質(zhì)在重建圖像上的響應(yīng)或擴展函數(shù)。3.1.10調(diào)制度modulation圖像系統(tǒng)對特定空間頻率響應(yīng)能力的度量。在CT圖像上,它近似等于細節(jié)特征有效對比度和實際對比度的比值。有效對比度是細節(jié)特征和背景的顯示對比度;實際對比度是細節(jié)和背景的真實對比度。3.1.11投影projection材料線性衰減系數(shù)分布函數(shù)沿著射線方向的線積分。3.1.12平板探測器fiatpaneldetectorX射線通過轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)換為光(電)信號后,由平板式二維圖像探測器陣列接收并轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)輸出的一種X射線探測器。3.1.13CT值CTnumber用來反映CT圖像上每個像素區(qū)域代表的X射線衰減的平均數(shù)值。3.2計量單位3.2.1比釋動能率單位的名稱:戈[瑞]每秒;符號:Gy/s。3.2.2空間分辨力單位的名稱:線對每毫米;符號:Lp/mm。4概述工業(yè)CT能在對檢測物體無損條件下,以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式,清晰、準確、直觀地展示被檢測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成、材質(zhì)及缺損狀況。工業(yè)CT技術(shù)涉及了核物理學、微電子學、光電子技術(shù)、儀器儀表、精密機械與控制、計算機圖像處理與模式識別等多學科領(lǐng)域。5計量特性5.1空間分辨力空間分辨力應(yīng)優(yōu)于2.0Lp/mm。5.2密度分辨力密度分辨力應(yīng)優(yōu)于0.8%。5.3定位光標誤差定位光標誤差應(yīng)不超過±0.5mm。5.4空氣比釋動能率輸出射線束軸上距焦點300mm處的空氣比釋動能率。5.5輻照泄漏輻射泄漏率:額定條件下,離機柜壁的1m處測量,應(yīng)符合表1要求。JJF2043—20233表1輻射泄漏要求管電壓/kV漏射線空氣比釋動能率mGy/h<150<1150~200<2.5>200<5注:以上所有指標不適用于合格性判別,僅提供參考。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1應(yīng)滿足工業(yè)CT裝置的常規(guī)使用條件。6.1.2應(yīng)滿足電離室劑量計正常使用的環(huán)境條件,溫度為10℃~40℃,相對濕度為30%~75%。6.2測量標準及其他設(shè)備6.2.1工作級電離室劑量計:其測量范圍為(0.01~10)Gy/min,校準因子擴展不確用(劑量率儀:在有效量程內(nèi)的相對固有誤差不應(yīng)超過±20%;6.2.3空間分辨力體模:其有效線對至少對應(yīng)滿足(1.6,1.8,2.0,2.2,2.6,3.0,3.4,3.8)Lp/mm(含三種材料);6.2.4密度分辨力體模:高度在15mm以上,凹槽直徑不小于20mm。6.2.5定位光標誤差體模:圓柱形(材質(zhì)PMMA),高度在15mm以上,插件位置誤差不大于0.5mm。6.2.6溫度計:測量范圍為(0~50)℃,分度值不大于0.5℃,最大允許誤差為±0.5℃;6.2.7氣壓計:測量范圍為(86~106)kPa,分度值不大于100Pa,最大允許誤差為±2.5hPa。7校準項目與校準方法7.1空間分辨力采用圓孔測試卡法或調(diào)制解調(diào)函數(shù)方法。7.1.2采用圓孔測試卡法測試時,應(yīng)使圓孔型測試卡對射線的衰減條件與實際檢測試件接近,必要時要采用射線衰減補償。7.1.3選擇常規(guī)的掃描條件。切片位置應(yīng)選在孔深的中部區(qū)域。根據(jù)圓孔型測試卡的CT圖像,按公式(1)計算空間分辨力。用孔徑代替線條寬度。7.1.4空間分辨力的計算按公式(1)計算系統(tǒng)的空間分辨力R:R=(1/2)×1/Dmin(1)JJF2043—20234式中:R—空間分辨力,Lp/mm;Dmin—在CT圖像上能夠分辨的最小孔徑(在10%的調(diào)制度下分辨),mm。7.1.5概述通過圓盤標準試件(見附錄A)CT掃描圖像得到圓盤邊緣CT數(shù)據(jù)輪廓變化,獲得邊緣響應(yīng)函數(shù)(ERF);對ERF求導(dǎo)得到點擴展函數(shù)(PSF);通過對PSF的傅里葉變換計算最終導(dǎo)出調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF);由MTF獲得裝置在不同調(diào)制度下的空間分辨力。7.1.6ERF的生成對圓盤掃描獲得圓盤CT圖像;計算出圓盤CT圖像的質(zhì)心位置;以質(zhì)心位置為圓心,在圓盤圖像上選擇一圓環(huán)區(qū)域,使圓盤的邊緣圖像包含在該圓環(huán)區(qū)域中;計算出圓環(huán)區(qū)域內(nèi)所有像素點到質(zhì)心的距離。將圓環(huán)區(qū)域內(nèi)像素按一定的距離單位歸組,距離單位的大小根據(jù)圖像矩形尺寸加以選擇。同一個距離單位范圍內(nèi)像素為一組。將圓環(huán)區(qū)域內(nèi)每個組的像素點分別取平均像素值,得到組別與平均像素值的對應(yīng)關(guān)系。建立距離和平均像素值之間關(guān)系表。從距圓心最近的1端數(shù)據(jù)開始,按照表2中推薦的擬合點數(shù)(奇數(shù)),依次選取相應(yīng)的點數(shù)組合。第2個組合中的第1個點應(yīng)是第1個組合中的第2個點,以此類推可得到一組合系列。例如對于像素矩陣尺寸為512的情況,選取每個組合中包含21個點,(即21個距離和平均像素值關(guān)系),第11個點為中間點。對每個組合中點的平均像素值進行最小二乘法立方擬合,用擬合計算得到的中間點像素值替代原中間點的像素值,以此重復(fù)操作,計算出全部擬合后的像素值,得到擬合像素值和距離的關(guān)系。刪除開始端和結(jié)束端的多余部分,根據(jù)距離和擬合像素值的關(guān)系得到ERF(或ERF曲線)。表2推薦適用的各項參數(shù)單位:像素圖像矩陣尺寸圓盤圖像方塊最大尺寸像素距離單位擬合點數(shù)256235120.10011512470240.050211024940480.025417.1.7PSF的生成對于ERF生成的結(jié)果重新進行與上面相似的分段擬合,對在此過程中每一次擬合得到的多項式求導(dǎo),計算中間點在每個導(dǎo)數(shù)解析式對應(yīng)的值,得出距離和導(dǎo)數(shù)值關(guān)系的函數(shù)。解得此函數(shù)的最大值,用最大值對此函數(shù)進行標準化處理得到PSF(或PSF曲線)。7.1.8MTF的生成計算PSF的傅里葉變換。圖像矩陣的截止頻率定義為0.5線對/像素,傅里葉變換后的最高頻率應(yīng)不低于圖像截止頻率的4倍。由采樣定理得到對PSF的采樣間隔不大JJF2043—20235于0.25像素。為獲得光滑的MTF曲線,頻率域內(nèi)采樣間隔應(yīng)小于0.01Lp/pixel(亦即對于PSF的采樣范圍應(yīng)大于100像素)。計算傅里葉變換的振幅。對振幅隨頻率的變化曲線在零頻率處進行標準化處理,得到MTF(或MTF曲線)。7.1.9測試結(jié)果由MTF曲線直接讀出工業(yè)CT裝置在不同調(diào)制度下的空間分辨力指標。7.2密度分辨力7.2.1使空氣間隙試塊對射線的衰減條件與實際檢測試件接近,必要時要采用射線衰減補償。選擇常規(guī)的掃描條件。掃描時,應(yīng)使凹槽包含在切片厚度范圍之內(nèi),且處于切片厚度的中心。7.2.2密度分辨力的測量a)客觀評價:在CT圖像上,按照相同或接近的分布直徑,選擇相同大小的圓形測試范圍(如20mm直徑范圍),分別測試有凹槽部位和沒凹槽部位的CT值(測試范圍內(nèi)像素的平均值)。沒有凹槽部位的CT值的測試不能少于5個部位。求出沒有凹槽部位測試部位點的平均CT值和標準偏差值。若測試有凹槽部位的CT值與凹槽的高度變化呈近似線性,且與沒有凹槽部位的平均CT值的差(絕對值),大于沒有凹槽部位CT值的3倍標準差值,則認為此凹槽和基體密度差可分辨。最小分辨的密度差代表了密度分辨能力。b)主觀評價:調(diào)節(jié)圖像參數(shù),以分辨不同高度凹槽,可判斷為不同灰階的,認為此凹槽和基體密度差可分辨。7.2.3密度分辨力的計算密度分辨力按公式(2)計算:C=×100%(2)式中:C—密度分辨力;h—能分辨的凹槽深度值,mm;t—切片厚度值,mm。7.3定位光標誤差7.3.1采用均質(zhì)材料制成圓柱形定位光標誤差體模(材質(zhì)PMMA),表面應(yīng)有清晰易見的定位標記,內(nèi)部嵌有與均質(zhì)環(huán)境成高對比的特定形狀的物體,此物體形狀和位置與定位光標誤差體模的定位標記具有嚴格空間幾何關(guān)系。7.3.2定位光標誤差體模放置在檢測臺上,使定位光標誤差體模圓柱軸線垂直于掃描平面并處于掃描視野中心位置,定位光標誤差體模的定位標記和定位光標重合。采用常規(guī)的掃描條件進行掃描。在CT圖像中測量標準試件在掃描層中所處準確位置。利用表面的定位標記測出定位光標對實際掃描層面位置的誤差。7.4空氣比釋動能率7.4.1將劑量計電離室的有效測量點置于工業(yè)CT裝置主射線束中心,并與射線束軸垂直,距有效焦點300mm。JJF2043—202367.4.2將工業(yè)CT裝置的管電壓、管電流調(diào)至常規(guī)使用條件。7.4.3在上述條件下,連續(xù)測量5次取平均值,按公式(3)計算出相應(yīng)的空氣比釋動能率。=M·Nk·KTp(3)式中:M—劑量計讀數(shù)平均值,Gy/min;Nk—劑量計的校準因子;KTp—空氣密度修正因子,計算公式如下:KTp=275T·10.3(4)式中:T—校準時溫度,℃;p—校準時氣壓,kPa。7.4.4重復(fù)性測量步驟同上,每次開機測量一次,得到1個數(shù)據(jù),連續(xù)測量不少于6次,按公式(5)計算相對標準偏差V,表示其重復(fù)性。 V=(Mn-i-1M)2×100%(5)7.5輻射泄漏工業(yè)CT裝置以標稱管電壓運行,使用防護水平劑量儀在機柜壁外1m任意一點測量劑量率。在屏蔽廠房中使用的大型工業(yè)CT裝置不需測此項。8校準結(jié)果校準結(jié)果應(yīng)在校準證書或校準報告上反映。校準證書或報告至少包括以下信息:a)標題,“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識,包括名稱和代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環(huán)境的描述;l)校準結(jié)果及其測量不確定度的說明;JJF2043—20237m)對校準規(guī)范的偏離的說明;n)校準證書及校準報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識;o)校準結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;p)未經(jīng)實驗室書面批準,不得部分復(fù)制證書的聲明。9復(fù)校時間間隔建議最長復(fù)校時間間隔不超過1年,復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使間隔。JJF2043—20238附錄A圓孔型測試卡法測試空間分辨力A.1概述用圓孔型測試卡測試空間分辨力。圓孔型測試卡的制作也可以根據(jù)供需雙方協(xié)商決定。A.2圓孔型測試卡基本結(jié)構(gòu)A.2.1圓孔型測試卡是在高密度的圓柱形基體[鋼(例如Q235)、鋁(如3003),塑料(如PMMA)等]上,加工一系列直徑不同的圓形孔,其加工誤差應(yīng)小于1%,孔成行狀排列。其基本結(jié)構(gòu)如圖A.1所示。A.2.2圓孔型測試卡的直徑可以根據(jù)具體情況設(shè)計。厚度H一般為20mm左右。圖A.1圓孔型測試卡結(jié)構(gòu)圖JJF2043—20239附錄B空氣間隙法測試密度分辨力B.1概述用空氣間隙試塊測試密度分辨力。測試卡的制作可以根據(jù)供需雙方協(xié)商確定。B.2空氣間隙試塊B.2.1空氣間隙試塊是在均質(zhì)剛性基體材料[一般為鋼(例如Q235)、鋁(如3003)、聚丙烯]中人工制造一定直徑和高度的空氣間隙,使得切片厚度內(nèi)的局部平均密度發(fā)生變化,從而測試密度分辨力。其基本結(jié)構(gòu)如圖B.1所示。B.2.2基體是由兩個高密度圓柱體組成,高度在15mm以上。凹槽直徑?不小于20mm,圓柱體直徑可根據(jù)實際情況規(guī)定,一般不小于3?。B.2.3凹槽深度h根據(jù)切片厚度t和實際情況確定。圖B.1空氣間隙試塊剖面圖JJF2043—202310附錄C工業(yè)用X射線CT裝置校準記錄格式委托單位:制造廠:型號規(guī)格:編號:氣壓:技術(shù)依據(jù):1.空氣比釋動能率:管電壓/kV:校準因子:KTp修正因子:空氣比釋動能率:cGy/min證書編號:校準日期:校準地點:相對濕度:流水號:溫度:管電流/mA:測量次數(shù)12345平均劑量劑量的重復(fù)性:測量次數(shù)123456劑量2.空間分辨力:Dmin=mmR=Lp/mm3.密度分辨力:h=mmt=mmC4.定位光標準確度:5.不確定度評定:JJF2043—202311附錄D工業(yè)用X射線CT裝置校準證書(內(nèi)頁)內(nèi)容1.空氣比釋動能率:2.空間分辨力:3.密度分辨力:4.定位光標準確度:以下空白cGy/minLp/mmJJF2043—202312附錄E工業(yè)用X射線CT裝置校準不確定度評定示例E.1校準方法E.1.1環(huán)境條件:溫度:22.5℃;相對濕度:62%。E.1.2標準裝置DOSE1劑量儀、0.6cc電離室。E.1.3被測對象HPX225-11。E.1.4測量方法電離室在空氣中直接測量,電離室軸線與射線束垂直并位于照射野中心,電離室中心距焦點600mm。E.2測量模型=0k1k2k3NkTp(E.1)式中:—空氣比釋動能率實際值;0—空氣比釋動能率實測值;k1—測量重復(fù)性修正因子;k2—電離室定位偏差修正因子;k3—輻射場差異修正因子;N—劑量儀校準因子;kTp—溫度、氣壓修正因子。E.3標準不確定度的來源及評定E.3.1標準裝置測量重復(fù)性引入的不確定度urel(k1):測得數(shù)據(jù)如下(單位為cGy/min):6.2,6.1,6.2,6.0,6.3,6.1。平均值:k1=(1/n)∑k1i=6.15以標準偏差表示重復(fù)