工业用X射线CT装置校准规范

JJF2043—20231工业用X射线CT装置校准规范1范围本规范适用于使用射线管作为辐射源的常规焦点工业用X射线CT装置(简称工业CT装置)的首次、使用过程中、维修后的校准。设备技术验收可参照本规范。2引用文件本规范引用了以下文件:JJG40—2011X射线探伤机JJG961—2017医用诊断螺旋计算机断层摄影装置(CT)X射线辐射源检定规程GBZ117—2015工业X射线探伤放射防护要求GB/T12604.11—2015无损检测术语X射线数字成像检测GB/T17925—2011气瓶对接焊缝X射线数字成像检测GB/T26593—2011无损检测仪器工业用X射线CT装置性能测试方法GB/T26835—2011无损检测仪器工业用X射线CT装置通用技术条件凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位3.1术语3.1.1空间分辨力spatialresolution工业CT装置鉴别和区分高对比度微小细节特征的能力。3.1.2密度分辨力densityresolution工业CT装置区分材料密度特性变化的能力。3.1.3伪像artifact在CT图像上出现的与试件的结构及物理特性无关的图像特征。3.1.4标准试件phantom用来确定工业CT装置空间分辨力及密度分辨力等性能指标的试件。3.1.5调制传递函数modulationtransferfunction图像系统的成像能力随空间频率的变化关系,它在数值上等于线扩展函数的一维傅里叶变换。3.1.6重建reconstruction射线穿过试件后的投影数据转换成代表试件截面衰减特性分布图像的计算过程。3.1.7像素pixel构成CT图像的基本单元。JJF2043—202323.1.8切片厚度slicethicknessCT图像所对应的射线切割物体的厚度。3.1.9线扩展函数linespreadfunction理想的线状物质在重建图像上的响应或扩展函数。3.1.10调制度modulation图像系统对特定空间频率响应能力的度量。在CT图像上,它近似等于细节特征有效对比度和实际对比度的比值。有效对比度是细节特征和背景的显示对比度;实际对比度是细节和背景的真实对比度。3.1.11投影projection材料线性衰减系数分布函数沿着射线方向的线积分。3.1.12平板探测器fiatpaneldetectorX射线通过转换屏转换为光(电)信号后,由平板式二维图像探测器阵列接收并转化为图像数据输出的一种X射线探测器。3.1.13CT值CTnumber用来反映CT图像上每个像素区域代表的X射线衰减的平均数值。3.2计量单位3.2.1比释动能率单位的名称:戈[瑞]每秒;符号:Gy/s。3.2.2空间分辨力单位的名称:线对每毫米;符号:Lp/mm。4概述工业CT能在对检测物体无损条件下,以二维断层图像或三维立体图像的形式,清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况。工业CT技术涉及了核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域。5计量特性5.1空间分辨力空间分辨力应优于2.0Lp/mm。5.2密度分辨力密度分辨力应优于0.8%。5.3定位光标误差定位光标误差应不超过±0.5mm。5.4空气比释动能率输出射线束轴上距焦点300mm处的空气比释动能率。5.5辐照泄漏辐射泄漏率:额定条件下,离机柜壁的1m处测量,应符合表1要求。JJF2043—20233表1辐射泄漏要求管电压/kV漏射线空气比释动能率mGy/h<150<1150~200<2.5>200<5注:以上所有指标不适用于合格性判别,仅提供参考。6校准条件6.1环境条件6.1.1应满足工业CT装置的常规使用条件。6.1.2应满足电离室剂量计正常使用的环境条件,温度为10℃~40℃,相对湿度为30%~75%。6.2测量标准及其他设备6.2.1工作级电离室剂量计:其测量范围为(0.01~10)Gy/min,校准因子扩展不确用(剂量率仪:在有效量程内的相对固有误差不应超过±20%;6.2.3空间分辨力体模:其有效线对至少对应满足(1.6,1.8,2.0,2.2,2.6,3.0,3.4,3.8)Lp/mm(含三种材料);6.2.4密度分辨力体模:高度在15mm以上,凹槽直径不小于20mm。6.2.5定位光标误差体模:圆柱形(材质PMMA),高度在15mm以上,插件位置误差不大于0.5mm。6.2.6温度计:测量范围为(0~50)℃,分度值不大于0.5℃,最大允许误差为±0.5℃;6.2.7气压计:测量范围为(86~106)kPa,分度值不大于100Pa,最大允许误差为±2.5hPa。7校准项目与校准方法7.1空间分辨力采用圆孔测试卡法或调制解调函数方法。7.1.2采用圆孔测试卡法测试时,应使圆孔型测试卡对射线的衰减条件与实际检测试件接近,必要时要采用射线衰减补偿。7.1.3选择常规的扫描条件。切片位置应选在孔深的中部区域。根据圆孔型测试卡的CT图像,按公式(1)计算空间分辨力。用孔径代替线条宽度。7.1.4空间分辨力的计算按公式(1)计算系统的空间分辨力R:R=(1/2)×1/Dmin(1)JJF2043—20234式中:R—空间分辨力,Lp/mm;Dmin—在CT图像上能够分辨的最小孔径(在10%的调制度下分辨),mm。7.1.5概述通过圆盘标准试件(见附录A)CT扫描图像得到圆盘边缘CT数据轮廓变化,获得边缘响应函数(ERF);对ERF求导得到点扩展函数(PSF);通过对PSF的傅里叶变换计算最终导出调制传递函数(MTF);由MTF获得装置在不同调制度下的空间分辨力。7.1.6ERF的生成对圆盘扫描获得圆盘CT图像;计算出圆盘CT图像的质心位置;以质心位置为圆心,在圆盘图像上选择一圆环区域,使圆盘的边缘图像包含在该圆环区域中;计算出圆环区域内所有像素点到质心的距离。将圆环区域内像素按一定的距离单位归组,距离单位的大小根据图像矩形尺寸加以选择。同一个距离单位范围内像素为一组。将圆环区域内每个组的像素点分别取平均像素值,得到组别与平均像素值的对应关系。建立距离和平均像素值之间关系表。从距圆心最近的1端数据开始,按照表2中推荐的拟合点数(奇数),依次选取相应的点数组合。第2个组合中的第1个点应是第1个组合中的第2个点,以此类推可得到一组合系列。例如对于像素矩阵尺寸为512的情况,选取每个组合中包含21个点,(即21个距离和平均像素值关系),第11个点为中间点。对每个组合中点的平均像素值进行最小二乘法立方拟合,用拟合计算得到的中间点像素值替代原中间点的像素值,以此重复操作,计算出全部拟合后的像素值,得到拟合像素值和距离的关系。删除开始端和结束端的多余部分,根据距离和拟合像素值的关系得到ERF(或ERF曲线)。表2推荐适用的各项参数单位:像素图像矩阵尺寸圆盘图像方块最大尺寸像素距离单位拟合点数256235120.10011512470240.050211024940480.025417.1.7PSF的生成对于ERF生成的结果重新进行与上面相似的分段拟合,对在此过程中每一次拟合得到的多项式求导,计算中间点在每个导数解析式对应的值,得出距离和导数值关系的函数。解得此函数的最大值,用最大值对此函数进行标准化处理得到PSF(或PSF曲线)。7.1.8MTF的生成计算PSF的傅里叶变换。图像矩阵的截止频率定义为0.5线对/像素,傅里叶变换后的最高频率应不低于图像截止频率的4倍。由采样定理得到对PSF的采样间隔不大JJF2043—20235于0.25像素。为获得光滑的MTF曲线,频率域内采样间隔应小于0.01Lp/pixel(亦即对于PSF的采样范围应大于100像素)。计算傅里叶变换的振幅。对振幅随频率的变化曲线在零频率处进行标准化处理,得到MTF(或MTF曲线)。7.1.9测试结果由MTF曲线直接读出工业CT装置在不同调制度下的空间分辨力指标。7.2密度分辨力7.2.1使空气间隙试块对射线的衰减条件与实际检测试件接近,必要时要采用射线衰减补偿。选择常规的扫描条件。扫描时,应使凹槽包含在切片厚度范围之内,且处于切片厚度的中心。7.2.2密度分辨力的测量a)客观评价:在CT图像上,按照相同或接近的分布直径,选择相同大小的圆形测试范围(如20mm直径范围),分别测试有凹槽部位和没凹槽部位的CT值(测试范围内像素的平均值)。没有凹槽部位的CT值的测试不能少于5个部位。求出没有凹槽部位测试部位点的平均CT值和标准偏差值。若测试有凹槽部位的CT值与凹槽的高度变化呈近似线性,且与没有凹槽部位的平均CT值的差(绝对值),大于没有凹槽部位CT值的3倍标准差值,则认为此凹槽和基体密度差可分辨。最小分辨的密度差代表了密度分辨能力。b)主观评价:调节图像参数,以分辨不同高度凹槽,可判断为不同灰阶的,认为此凹槽和基体密度差可分辨。7.2.3密度分辨力的计算密度分辨力按公式(2)计算: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定位光标误差7.3.1采用均质材料制成圆柱形定位光标误差体模(材质PMMA),表面应有清晰易见的定位标记,内部嵌有与均质环境成高对比的特定形状的物体,此物体形状和位置与定位光标误差体模的定位标记具有严格空间几何关系。7.3.2定位光标误差体模放置在检测台上,使定位光标误差体模圆柱轴线垂直于扫描平面并处于扫描视野中心位置,定位光标误差体模的定位标记和定位光标重合。采用常规的扫描条件进行扫描。在CT图像中测量标准试件在扫描层中所处准确位置。利用表面的定位标记测出定位光标对实际扫描层面位置的误差。7.4空气比释动能率7.4.1将剂量计电离室的有效测量点置于工业CT装置主射线束中心,并与射线束轴垂直,距有效焦点300mm。JJF2043—202367.4.2将工业CT装置的管电压、管电流调至常规使用条件。7.4.3在上述条件下,连续测量5次取平均值,按公式(3)计算出相应的空气比释动能率。=M·Nk·KTp(3)式中:M—剂量计读数平均值,Gy/min;Nk—剂量计的校准因子;KTp—空气密度修正因子,计算公式如下:KTp=275T·10.3(4)式中:T—校准时温度,℃;p—校准时气压,kPa。7.4.4重复性测量步骤同上,每次开机测量一次,得到1个数据,连续测量不少于6次,按公式(5)计算相对标准偏差V,表示其重复性。 V=(Mn-i-1M)2×100%(5)7.5辐射泄漏工业CT装置以标称管电压运行,使用防护水平剂量仪在机柜壁外1m任意一点测量剂量率。在屏蔽厂房中使用的大型工业CT装置不需测此项。8校准结果校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告至少包括以下信息:a)标题,“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称和代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;JJF2043—20237m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书及校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔建议最长复校时间间隔不超过1年,复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使间隔。JJF2043—20238附录A圆孔型测试卡法测试空间分辨力A.1概述用圆孔型测试卡测试空间分辨力。圆孔型测试卡的制作也可以根据供需双方协商决定。A.2圆孔型测试卡基本结构A.2.1圆孔型测试卡是在高密度的圆柱形基体[钢(例如Q235)、铝(如3003),塑料(如PMMA)等]上,加工一系列直径不同的圆形孔,其加工误差应小于1%,孔成行状排列。其基本结构如图A.1所示。A.2.2圆孔型测试卡的直径可以根据具体情况设计。厚度H一般为20mm左右。图A.1圆孔型测试卡结构图JJF2043—20239附录B空气间隙法测试密度分辨力B.1概述用空气间隙试块测试密度分辨力。测试卡的制作可以根据供需双方协商确定。B.2空气间隙试块B.2.1空气间隙试块是在均质刚性基体材料[一般为钢(例如Q235)、铝(如3003)、聚丙烯]中人工制造一定直径和高度的空气间隙,使得切片厚度内的局部平均密度发生变化,从而测试密度分辨力。其基本结构如图B.1所示。B.2.2基体是由两个高密度圆柱体组成,高度在15mm以上。凹槽直径ϕ不小于20mm,圆柱体直径可根据实际情况规定,一般不小于3ϕ。B.2.3凹槽深度h根据切片厚度t和实际情况确定。图B.1空气间隙试块剖面图JJF2043—202310附录C工业用X射线CT装置校准记录格式委托单位:制造厂:型号规格:编号:气压:技术依据:1.空气比释动能率:管电压/kV:校准因子:KTp修正因子:空气比释动能率:cGy/min证书编号:校准日期:校准地点:相对湿度:流水号:温度:管电流/mA:测量次数12345平均剂量剂量的重复性:测量次数123456剂量2.空间分辨力:Dmin=mmR=Lp/mm3.密度分辨力:h=mmt=mmC4.定位光标准确度:5.不确定度评定:JJF2043—202311附录D工业用X射线CT装置校准证书(内页)内容1.空气比释动能率:2.空间分辨力:3.密度分辨力:4.定位光标准确度:以下空白cGy/minLp/mmJJF2043—202312附录E工业用X射线CT装置校准不确定度评定示例E.1校准方法E.1.1环境条件:温度:22.5℃;相对湿度:62%。E.1.2标准装置DOSE1剂量仪、0.6cc电离室。E.1.3被测对象HPX225-11。E.1.4测量方法电离室在空气中直接测量,电离室轴线与射线束垂直并位于照射野中心,电离室中心距焦点600mm。E.2测量模型=0k1k2k3NkTp(E.1)式中:—空气比释动能率实际值;0—空气比释动能率实测值;k1—测量重复性修正因子;k2—电离室定位偏差修正因子;k3—辐射场差异修正因子;N—剂量仪校准因子;kTp—温度、气压修正因子。E.3标准不确定度的来源及评定E.3.1标准装置测量重复性引入的不确定度urel(k1):测得数据如下(单位为cGy/min):6.2,6.1,6.2,6.0,6.3,6.1。平均值:k1=(1/n)∑k1i=6.15以标准偏差表示重复