工業(yè)用X射線CT裝置校準(zhǔn)規(guī)范

JJF2043—20231工業(yè)用X射線CT裝置校準(zhǔn)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(diǎn)工業(yè)用X射線CT裝置(簡(jiǎn)稱工業(yè)CT裝置)的首次、使用過(guò)程中、維修后的校準(zhǔn)。設(shè)備技術(shù)驗(yàn)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(jī)JJG961—2017醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)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(hù)要求GB/T12604.11—2015無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ)X射線數(shù)字成像檢測(cè)GB/T17925—2011氣瓶對(duì)接焊縫X射線數(shù)字成像檢測(cè)GB/T26593—2011無(wú)損檢測(cè)儀器工業(yè)用X射線CT裝置性能測(cè)試方法GB/T26835—2011無(wú)損檢測(cè)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(yǔ)和計(jì)量單位3.1術(shù)語(yǔ)3.1.1空間分辨力spatialresolution工業(yè)CT裝置鑒別和區(qū)分高對(duì)比度微小細(xì)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(wú)關(guān)的圖像特征。3.1.4標(biāo)準(zhǔn)試件phantom用來(lái)確定工業(yè)CT裝置空間分辨力及密度分辨力等性能指標(biāo)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(kuò)展函數(shù)的一維傅里葉變換。3.1.6重建reconstruction射線穿過(guò)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(jì)算過(guò)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(duì)應(yīng)的射線切割物體的厚度。3.1.9線擴(kuò)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(kuò)展函數(shù)。3.1.10調(diào)制度modulation圖像系統(tǒng)對(duì)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(xì)節(jié)特征有效對(duì)比度和實(shí)際對(duì)比度的比值。有效對(duì)比度是細(xì)節(jié)特征和背景的顯示對(duì)比度;實(shí)際對(duì)比度是細(xì)節(jié)和背景的真實(shí)對(duì)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(cè)器fiatpaneldetectorX射線通過(guò)轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)換為光(電)信號(hào)后,由平板式二維圖像探測(cè)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(cè)器。3.1.13CT值CTnumber用來(lái)反映CT圖像上每個(gè)像素區(qū)域代表的X射線衰減的平均數(shù)值。3.2計(jì)量單位3.2.1比釋動(dòng)能率單位的名稱:戈[瑞]每秒;符號(hào):Gy/s。3.2.2空間分辨力單位的名稱:線對(duì)每毫米;符號(hào):Lp/mm。4概述工業(yè)CT能在對(duì)檢測(cè)物體無(wú)損條件下,以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式,清晰、準(zhǔn)確、直觀地展示被檢測(cè)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(xué)、微電子學(xué)、光電子技術(shù)、儀器儀表、精密機(jī)械與控制、計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別等多學(xué)科領(lǐng)域。5計(jì)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(biāo)誤差定位光標(biāo)誤差應(yīng)不超過(guò)±0.5mm。5.4空氣比釋動(dòng)能率輸出射線束軸上距焦點(diǎn)300mm處的空氣比釋動(dòng)能率。5.5輻照泄漏輻射泄漏率:額定條件下,離機(jī)柜壁的1m處測(cè)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(dòng)能率mGy/h<150<1150~200<2.5>200<5注:以上所有指標(biāo)不適用于合格性判別,僅提供參考。6校準(zhǔn)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(jì)正常使用的環(huán)境條件,溫度為10℃~40℃,相對(duì)濕度為30%~75%。6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1工作級(jí)電離室劑量計(jì):其測(cè)量范圍為(0.01~10)Gy/min,校準(zhǔn)因子擴(kuò)展不確用(劑量率儀:在有效量程內(nèi)的相對(duì)固有誤差不應(yīng)超過(guò)±20%;6.2.3空間分辨力體模:其有效線對(duì)至少對(duì)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(biāo)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(jì):測(cè)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(jì):測(cè)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(zhǔn)項(xiàng)目與校準(zhǔn)方法7.1空間分辨力采用圓孔測(cè)試卡法或調(diào)制解調(diào)函數(shù)方法。7.1.2采用圓孔測(cè)試卡法測(cè)試時(shí),應(yīng)使圓孔型測(cè)試卡對(duì)射線的衰減條件與實(shí)際檢測(cè)試件接近,必要時(shí)要采用射線衰減補(bǔ)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(cè)試卡的CT圖像,按公式(1)計(jì)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(jì)算按公式(1)計(jì)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(guò)圓盤標(biāo)準(zhǔn)試件(見(jiàn)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(duì)ERF求導(dǎo)得到點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF);通過(guò)對(duì)PSF的傅里葉變換計(jì)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(duì)圓盤掃描獲得圓盤CT圖像;計(jì)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(jì)算出圓環(huán)區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)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(gè)距離單位范圍內(nèi)像素為一組。將圓環(huán)區(qū)域內(nèi)每個(gè)組的像素點(diǎn)分別取平均像素值,得到組別與平均像素值的對(duì)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(kāi)始,按照表2中推薦的擬合點(diǎn)數(shù)(奇數(shù)),依次選取相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)組合。第2個(gè)組合中的第1個(gè)點(diǎn)應(yīng)是第1個(gè)組合中的第2個(gè)點(diǎn),以此類推可得到一組合系列。例如對(duì)于像素矩陣尺寸為512的情況,選取每個(gè)組合中包含21個(gè)點(diǎn),(即21個(gè)距離和平均像素值關(guān)系),第11個(gè)點(diǎn)為中間點(diǎn)。對(duì)每個(gè)組合中點(diǎn)的平均像素值進(jìn)行最小二乘法立方擬合,用擬合計(jì)算得到的中間點(diǎn)像素值替代原中間點(diǎn)的像素值,以此重復(fù)操作,計(jì)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(kāi)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(xiàng)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(diǎn)數(shù)256235120.10011512470240.050211024940480.025417.1.7PSF的生成對(duì)于ERF生成的結(jié)果重新進(jìn)行與上面相似的分段擬合,對(duì)在此過(guò)程中每一次擬合得到的多項(xiàng)式求導(dǎo),計(jì)算中間點(diǎn)在每個(gè)導(dǎo)數(shù)解析式對(duì)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(duì)此函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到PSF(或PSF曲線)。7.1.8MTF的生成計(jì)算PSF的傅里葉變換。圖像矩陣的截止頻率定義為0.5線對(duì)/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(duì)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(duì)于PSF的采樣范圍應(yīng)大于100像素)。計(jì)算傅里葉變換的振幅。對(duì)振幅隨頻率的變化曲線在零頻率處進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到MTF(或MTF曲線)。7.1.9測(cè)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(biāo)。7.2密度分辨力7.2.1使空氣間隙試塊對(duì)射線的衰減條件與實(shí)際檢測(cè)試件接近,必要時(shí)要采用射線衰減補(bǔ)償。選擇常規(guī)的掃描條件。掃描時(shí),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(cè)量a)客觀評(píng)價(jià):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(cè)試范圍(如20mm直徑范圍),分別測(cè)試有凹槽部位和沒(méi)凹槽部位的CT值(測(cè)試范圍內(nèi)像素的平均值)。沒(méi)有凹槽部位的CT值的測(cè)試不能少于5個(gè)部位。求出沒(méi)有凹槽部位測(cè)試部位點(diǎn)的平均CT值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值。若測(cè)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(méi)有凹槽部位的平均CT值的差(絕對(duì)值),大于沒(méi)有凹槽部位CT值的3倍標(biāo)準(zhǔn)差值,則認(rèn)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(píng)價(jià):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(rèn)為此凹槽和基體密度差可分辨。7.2.3密度分辨力的計(jì)算密度分辨力按公式(2)計(jì)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(biāo)誤差7.3.1采用均質(zhì)材料制成圓柱形定位光標(biāo)誤差體模(材質(zhì)PMMA),表面應(yīng)有清晰易見(jiàn)的定位標(biāo)記,內(nèi)部嵌有與均質(zhì)環(huán)境成高對(duì)比的特定形狀的物體,此物體形狀和位置與定位光標(biāo)誤差體模的定位標(biāo)記具有嚴(yán)格空間幾何關(guān)系。7.3.2定位光標(biāo)誤差體模放置在檢測(cè)臺(tái)上,使定位光標(biāo)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(biāo)誤差體模的定位標(biāo)記和定位光標(biāo)重合。采用常規(guī)的掃描條件進(jìn)行掃描。在CT圖像中測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)試件在掃描層中所處準(zhǔn)確位置。利用表面的定位標(biāo)記測(cè)出定位光標(biāo)對(duì)實(shí)際掃描層面位置的誤差。7.4空氣比釋動(dòng)能率7.4.1將劑量計(jì)電離室的有效測(cè)量點(diǎn)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(diǎn)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(cè)量5次取平均值,按公式(3)計(jì)算出相應(yīng)的空氣比釋動(dòng)能率。=M·Nk·KTp(3)式中:M—?jiǎng)┝坑?jì)讀數(shù)平均值,Gy/min;Nk—?jiǎng)┝坑?jì)的校準(zhǔn)因子;KTp—空氣密度修正因子,計(jì)算公式如下:KTp=275T·10.3(4)式中:T—校準(zhǔn)時(shí)溫度,℃;p—校準(zhǔn)時(shí)氣壓,kPa。7.4.4重復(fù)性測(cè)量步驟同上,每次開(kāi)機(jī)測(cè)量一次,得到1個(gè)數(shù)據(jù),連續(xù)測(cè)量不少于6次,按公式(5)計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)稱管電壓運(yùn)行,使用防護(hù)水平劑量?jī)x在機(jī)柜壁外1m任意一點(diǎn)測(cè)量劑量率。在屏蔽廠房中使用的大型工業(yè)CT裝置不需測(cè)此項(xiàng)。8校準(zhǔn)結(jié)果校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告上反映。校準(zhǔn)證書或報(bào)告至少包括以下信息:a)標(biāo)題,“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí);e)客戶的名稱和地址;f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)說(shuō)明被校對(duì)象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說(shuō)明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱和代號(hào);j)本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說(shuō)明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說(shuō)明;JJF2043—20237m)對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說(shuō)明;n)校準(zhǔn)證書及校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔建議最長(zhǎng)復(fù)校時(shí)間間隔不超過(guò)1年,復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短是由儀器的使用情況、使間隔。JJF2043—20238附錄A圓孔型測(cè)試卡法測(cè)試空間分辨力A.1概述用圓孔型測(cè)試卡測(cè)試空間分辨力。圓孔型測(cè)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(cè)試卡基本結(jié)構(gòu)A.2.1圓孔型測(cè)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(cè)試卡的直徑可以根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)。厚度H一般為20mm左右。圖A.1圓孔型測(cè)試卡結(jié)構(gòu)圖JJF2043—20239附錄B空氣間隙法測(cè)試密度分辨力B.1概述用空氣間隙試塊測(cè)試密度分辨力。測(cè)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(cè)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(gè)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(shí)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(shí)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(zhǔn)記錄格式委托單位:制造廠:型號(hào)規(guī)格:編號(hào):氣壓:技術(shù)依據(jù):1.空氣比釋動(dòng)能率:管電壓/kV:校準(zhǔn)因子:KTp修正因子:空氣比釋動(dòng)能率:cGy/min證書編號(hào):校準(zhǔn)日期:校準(zhǔn)地點(diǎn):相對(duì)濕度:流水號(hào):溫度:管電流/mA:測(cè)量次數(shù)12345平均劑量劑量的重復(fù)性:測(cè)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(biāo)準(zhǔn)確度:5.不確定度評(píng)定:JJF2043—202311附錄D工業(yè)用X射線CT裝置校準(zhǔn)證書(內(nèi)頁(yè))內(nèi)容1.空氣比釋動(dòng)能率:2.空間分辨力:3.密度分辨力:4.定位光標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)不確定度評(píng)定示例E.1校準(zhǔn)方法E.1.1環(huán)境條件:溫度:22.5℃;相對(duì)濕度:62%。E.1.2標(biāo)準(zhǔn)裝置DOSE1劑量?jī)x、0.6cc電離室。E.1.3被測(cè)對(duì)象HPX225-11。E.1.4測(cè)量方法電離室在空氣中直接測(cè)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(diǎn)600mm。E.2測(cè)量模型=0k1k2k3NkTp(E.1)式中:—空氣比釋動(dòng)能率實(shí)際值;0—空氣比釋動(dòng)能率實(shí)測(cè)值;k1—測(cè)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(chǎng)差異修正因子;N—?jiǎng)┝績(jī)x校準(zhǔn)因子;kTp—溫度、氣壓修正因子。E.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源及評(píng)定E.3.1標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度urel(k1):測(cè)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(biāo)準(zhǔn)偏差表示重復(fù)