(高清版)GBT 41123.1-2021 无损检测 工业射线计算机层析成像检测 第1部分：原理、设备和样品

computedtomography—Part2:Principles,equipmentandsamples,IDT)国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会 I Ⅱ 1 46CT系统的稳定性 6 7附录A(资料性)CT系统组成部件 9 I本文件是GB/T41123《无损检测工业射线计算机层析成像检测》的第1部分。GB/T41123Ⅱ损检测术语第12部分：工业射线计算机层析成像检测》,纳入我国无损检测术语标准体系。无损检测工业射线计算机层析成像检测第1部分：原理、设备和样品；无损检测工业射线计算机层析成像检测第2部分：操作和解释；无损检测工业射线计算机层析成像检测第3部分：验证。1GB/T41123.1—2021/ISO15能参数与CT系统规格的关系。本文件适用于计算机轴向层析成像，不适用于其他类型的层析成像，如平移层析成像和断层合成下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T41123.2—2021无损检测工业射线计算机层析成像检测第2部分：操作和解释GB/T41123.3—2021无损检测工业射线计算机层析成像检测第3部分：验证(ISO15708-4:ISO9712无损检测无损检测人员资格鉴定与认证(Non-destructivetesting—QualificationandcertificationofNDTpersonnel)ISO15708-1:2017无损检测射线计算机层析成像检测第1部分：术语(Non-destructivetes-ting—Radiationmethodsforcomputedtomography—P2片)或完整体积以提供物体的三维信息。因为不同的材料有不同的X射线衰减系数，使得射线成像成为可能。在CT图像中，X射线线衰减系数表征为不同的CT灰度值(或伪彩色)。传统的X射线照相是对三维物体从一个方向进行X射线透射，射线投影反映的是射线路径上累积的相应信息。相反，在CT扫描过程中是以不同投影角度获取多个X射线投影；实际的切片或体数据是从这些射线投影中重建出来的。与X射线照相相比，CT扫描的本质优势在于保存了完整的体积信息。CT图像(二维CT切片或三维CT体数据)定量表征样品中各位置的体元(体素)的X射线线衰减系数，该X射线线衰减线衰减系数表征了在扫描过程中X射线在物体中传播路径单位长度上的衰减程度。X射线的衰减是X射线与物质多种相互作用效应的结果，其中康普顿散射和光电吸收在X射线CT中起主要作当主要目标为在三维空间中定位和量化立体细节时，射线CT成像是一种优异的检测技术。由于通过连续的二维CT切片数据(二维CT)重构或通过直接三维CT图像(三维CT)重建能获得被检 在某些情况下，双能(DE)CT采集能有助于获得某些材料的材料密度和平均原子序数的信息。在4.3CT的局限性CT是一种间接的检测和测量方法(例如材料缺陷的大小、壁厚的测量应与另一个绝对测量方法进行比较，见ISO15708-3)。CT成像的另一个潜在劣势是数据中可能出现伪像另一个重要的考虑因素是保证在所有投影角度下透过物体的X射线有足够的强度，同时不能造成探测器任何部分的饱和(见8.2)。3所有图像采集系统都存在固有的伪像，因此CT扫描首先采集偏移量和增益参考图像进行图像一致性和旋转中心校正。后续采集到的CT图像数据可使用之前采集的参考图像完成相应的校正。某些空间分辨率通常由系统能区分的两个细节特征的最小间距来感兴趣区域CT(局部层析成像)能改善较大物体在特定区域的空间分辨率，但由于数据不完备导用于CT的射线成像总是受噪声影响。射线成像的噪声主要有两个来源：(1)固有的光子统计噪或体素大小来提高信噪比。但是，其中一些措施将导致空间分辨率降低。此步骤包括所有用于从重建的CT图像中提取所需的信息的操作和数可视化能对二维(切片视图)或三维(体积)进行处理。二维可视化允许用户沿着指定的轴(通常它对于三维成像，根据不同算法的光照模型生成相应体显示或表面显示。尽管执行不同的数字滤波操作能突出显示感兴趣区域的特征。所有滤波操作具在增强数据的一个或多个属性时劣化其他属性，如突出显示边缘影响对物体内部用于三维可视化的计算机宜能处理内存中的全部感兴趣区域的数据。相4GB/T41123.1—2021/伪像是CT图像上出现的与被测物体物理特征不相符的图像信息。产生伪像的原因能划分为以下探测器的特性)和处理方法产生的伪像(如射束硬化)。伪像也能划分为采集伪像(GB/T41123.3—2021中5.5给出了伪像的说明。CT系统由射线源、探测器、机械系统(包通常射线源和探测器保持固定，而样品在射线束中旋转来获得一系列必要在大多数微/纳米或亚微米断层成像系统中，分辨率主要由X射线源焦点尺寸决定。由于几何放大的缺点是为了获取更高放大比，样品宜放置在离射线源很近的位置。如而降低X射线强度(导致较低的信噪比和/或更长的采集时间),而为了获取相同的放大倍数，要求探测器放置在更远的位置。如果探测器到样品的距离小于源到样品的距离，探测器点尺寸成为限制系统分辨率的主要因素。此时，增加射线源到探测器的距离又意味着X射线强度降例如，高分辨率CT系统(小焦点尺寸X射线源)的射线剂量比专门为这个分辨率设计的CT系统在比较不同CT系统的分辨率和扫描时间时，主要是考虑信噪比(SNR),见GB/T41123.2—2021有高空隙的立体结构(或具有较高比例的低吸收区域)的样品(例如泡沫或松质当曝光量一定，可通过设置X射线管电压以达到10%～20%的样品透射率，以获得最佳信噪比。若透射率太低，则检测到的光子数量过少导致产生更多的噪声。相反，若透射率太高，则信号变化5真表明，调节电压设置透射率为35%或40%时，信噪比仅比峰值下降20%。对于给定的样品尺寸，保证固定信噪比所需的X射线曝光量与分辨率(给定探测器)的四次方成正比。例如，使分辨率光量增加16倍，分辨率增加10倍则曝光量增加10000倍。因此，比较两个系统的图像质量时，严格使---开放式射线管(或真空可拆卸)X射线装置；——密封式射线管恒压X射线装置；除考虑成本外，选择合适的X射线源取决于被检测样品的参数(尺寸、组成成分和材料密度)以及检测焦点尺寸和特征识别能力(有时系统制造商使用该名称)与CT系统的空间分辨率不相同。特征识详细内容见附录A。辐射探测器用于测量不同路径下穿过物体的X射线。探测器的作用是把接收到的X射线信号转换成常规电子技术能处理的电信号。每个投影的射线束数量应与CT图像矩阵一侧的像元数量相当。a)气体电离探测器；b)闪烁体探测器；c)半导体探测器。详细内容见附录A。测器运动或者射线源和探测器相对于被测物体运动本质是一样的。实际应用详细内容见附录A。6投影数据在数据采集期间或之后传递给图像重建系统。重建系统可集重建系统获得投影数据后，在扫描同时或在扫描完成后重建为CT图像。该CT图像随后传输到详细内容见附录A。6.1概述由于获取CT投影数据能持续一段时间，检测结果易受到外部因素的影响。因此把CT系统放置CT系统宜和坐标测量机(三坐标测量仪)一起放在可控制温度和湿度的隔振平台上，但实际使用中通——采购具有温度稳定系统或温度补偿设计的设备(即在小温度范围内保持位置精度的设备);6.2X射线源的稳定性CT要求定位精度高和成像一致。影响这些基本要求的因素很多，其中最重要的是X射线源的稳理想情况下，要获得最好的CT成像结果，X射线源要求保持一致的射线强度、焦点尺寸和焦点应遵循X射线源供应商提供的生成稳定的X射线束的建议。精度、可重复性和稳定性是CT系统的机械装置应考虑的关键因素。与CT数据扫描相关的各机1μm,旋转定位精度达到1/15000转。7谱是在美国国家标准与技术研究所的XCOM数据库中获得的。电压在225kV及以下使用碘化铯810%透射率材料厚度闪烁屏滤波片0.25mm铜0.5mm铜铝铁249钛5铅25钨镍376水9(资料性)A.1.1开放式射线管X射线装置通常，开放式射线管X射线源具有高分辨率和相对较低的能量，适用于不致密的小样品的高分辨率成像。开放式射线管X射线源的能量范围通常在0kV～225kV和0mA～3mA(电压不连续)范围电子束管。磁透镜把电子束聚焦到金属靶上，实现所需的尺寸；入射电子X射线。A.1.2密封式射线管X射线装置密封式射线管的工作方式与开放式射线管基本相同，其真空室顾名思义密封式射线管通常用于成像尺寸或密度较大的样品。在这些样品中，穿透比最高分辨率更重要。通常情况下，密封式射线管的能量范围为0kV～450kV和0mA～60mA(电压不连续),更高能量的A.1.3直线加速器直线加速器虽然没有像开放式射线管和密封式射线管X射线源那样普遍使用，但它通常商业直线加速器能量在1MeV～16MeV之间，标称焦点尺寸小于2mm。能量调整不像传统的为了产生高能量X射线束，直线加速器使用射频波导而不是电位差来加速电子枪发射的电子(钨A.1.4X射线靶开放式射线管和密封式射线管X射线源的靶主要为透射式和反射式两种类型。通过透射靶，电子束聚焦在与管的输出窗口紧密耦合或结合的薄靶材料上A.1.4.3反射靶尽管反射靶的焦点大于透射靶并且焦点和样品之间的距离更大(几何放大倍数更小),但是X射线由于X射线束只需经过输出窗口，而不必经过靶材料，因此反射靶更少受到靶材的固有除了反射靶和透射靶外，开放式射线管还有其他可互换的靶设计，其中一些是CT用户所感兴趣几乎所有的工业密封式射线管和开放式射线管X射线装置都使用钨作为标准靶材。密封式射线所有的X射线装置都具有来自目标材料和输出窗口的固有滤波，但是通过外部添加已知厚度的金电离的电子通过施加电势差向阳极加速运动，在这个过程中产生与入射信号成比例的电荷。CT系统对电荷进行放大。电离探测器坚固耐用，且适用于不同的实现方法。单个探测器A.2.2闪烁探测器某些材料被X射线照射时产生可见光。选择荧光与入射射线强度成比例的闪烁体材料，并把它们与光电信号转换的装置耦合到一起能设计成适用于CT的探测器。光电转换能通过多种方式完成，包有效探测面积达到400mm×400mm,具有很广泛的应用。与其他探测器一样，它们在层析成像中也二维(平板)探测器使用半导体(如硒或碲化镉)直接把入射射A.3机械系统维体积。在大多数情况下，旋转运动围绕垂直主X射线束的轴旋转。还有一些针对特样品放置在转台上旋转或者X射线源和探测器围绕样品旋转，按一定的规律获得投影。根据CT新排列。这种随机运动用于减少由X射线探测器中的常规缺陷引起的伪像。另一种用于减少伪像的机械方法是执行“连续旋转一个采集周期”,此处旋转运动不是逐步增加的，大多数工业CT系统具有水平X射线轴，但是也有使用垂直X射线轴的机器。这些CT系统要么转，要么在垂直安装的旋转台上设置样品夹持装置固定样品。具有垂直安装旋转台的CT系统往往把在使用线阵列X射线探测器的CT系统中，应增加样品在旋转轴高度位置上的相对运动轴。当生CT系统的数据采集由系统的主控单元控制。通常采用计算机作为主控单元，同时集成了系统制预编程的CT扫描序列(用于重复检查相同的组件),或者启动自动序列以查找理想的参数，然后开始A.4.2重建系统重建软件能安装在采集系统计算机或专用重建计算机(或集群/计算机网络)上。CT投影重建为A.4.3可视