GBT 29068-2012 无损检测 工业计算机层析成像(CT)系统选型指南

IⅡ1GB/T12604.2无损检测术语射线照相检测4工业CT技术图1给出了工业CT选型通用流程图。2CT扫描应用需求需求部件/子系统的影响动态范围空间分辨力图像矩阵采样间隔操作控制台8346.2.2扫描方式的选择扫描方式的选择应根据检测对象的具体特征进行选择，参考如下：校正技术要求高。——三代扫描方式效率与二代扫描方式效率的比值约为三代扫描插值次数比上二代扫描的旋转次数。在实际系统中，三代扫描的效率是二代扫描的数倍。6.3空间分辨力选择6.3.1空间分辨力空间分辨力表征CT系统重现被测物体几何细节特征的能力。通常用户会有关于被测物体的空间几何细节尺寸的明确需求，如绝对空间分辨力应达到0.05mm,检测裂纹的宽度小于0.1mm等。CT供应商应据此确定工业CT系统的空间分辨力。工业CT系统与其他成像系统一样，空间分辨力是有极限的。受点扩展函数的影响，被测物体的一个无限小、无限密集的点成像时不是一个理想的点，而是一个具有一定尺寸大小的斑。因此，被测物体的CT图像具有一定的不清晰度。空间分辨力就是表征这种不清晰度的度量。系统的极限空间分辨力由探测器有效尺寸、射线源焦点尺寸、几何放大倍数确定。其他因素，如系统运动精度、采样、重建矩度影响CT系统的实际空间分辨力。6.3.2射线源焦点射线源焦点是发出X射线或伽马射线的放射区域。对于X射线源，如X射线管或电子直线加速器，焦点是电子撞击靶的区域。对于放射性同位素源，焦点是辐射有效区域。曝光函数取决于源焦点的形状和尺寸。例如，电子直线加速器的源焦斑是典型的高斯分布形状；而X射线管的源焦斑通常为双峰。同位素源焦点通常没有明显边界，更没有对称的形状。应用中为了方便，常用源焦点大小定义和度量该有效区域。源焦点大小可以有不同的量化方法。例如，可以采用占辐射总量99%的区域定义焦点的半径，或者用强度分布的标准差定义。鉴于以上因素，在不同射线源之间，尤其是在不同供应商提供的射线源之间很难做出焦点尺寸的比较。同时，射线源的焦点位置会随设备使用时间以及加速电压的变化而变化。6.3.3几何放大倍数几何放大倍数采用射线源、探测器与检测对象的旋转中心的相对位置关系来描述物体实际尺寸与5对应影像尺寸之间的比例关系。如图2所示，几何放大倍数为射线源与探测器之间的距离(SDD)与射检测对象旋转中心探测器射线源用户对空间分辨力的要求是影响工业CT系统组成及子系统性能的主要因素之一。空间分辨力决——当对不同检测对象有不同空间分辨力检测要求时，可选择带有可调准直器尺寸的工业CT系——用户可通过如下的经验方法初步判断工业CT系统空间分辨力是否满足检测要求：o如果检测需求侧重尺寸测量，不受伪影影响的高对比度边缘定位精度可达系统有效束宽才可认为两个特征在图像上可以分辨出来。因此，只要系统的有效射束宽度小于检测需求的50%,那么该系统就是可选的。对比灵敏度表征CT图像随机噪声的大小。用户通常会有检测材质异常(密度分布、疏松和夹杂)的明确需求。例如：CT图像中1cm²范围内的密度变化应小于1%等。CT供应商应据此确定对比灵敏度。工业CT的对比灵敏度也是有极限的。受系统噪声的影响，同一材质两个区域的CT值平均值6比附近区域的像素噪声高3倍～5倍时，可认为该特征能从背景中区分出来。如果系统的比比临近区域的单像素图像噪声除以像素数平方根的值大3倍，可认为该特征能从背景●通常，对比灵敏度优于0.3%的系统是很难实现的；对比灵敏度0.5%的系统较难实现；对比灵敏度1%的系统不难实现。伪影是CT图像中与物体真实物理特性不相符的影像。某些图像伪影的产生原因是CT技术中物密度较低。如图3所示。7Nwmyhy-wMr0当一个体素内包含多种结构特征时，所对应值，这是由于实际CT系统中切片不是理想切片以及射束不是理想射束而导致的。图4中给出了部分造成的。图5给出了未经校正的环状伪影。图像伪影水平是评价图像质量的主要因素之一。因此用户选择工业CT时应充分考虑检测对象的8 供应商为了减轻或消除图像伪影，通常会采取很多方法对不同伪影进行校正。而这些校正方法往往是作为商业秘密保护起来，用户很难了解到具体的校正方法。因此，最好的办法就是采用对比观察法对不同供应商提供的相同检测对象的CT图像的质量水平进行客观评价。图5环状伪影图6.6扫描效率选择通常，以单位时间的扫描次数来表示扫描效率。用户可以通过设置合理的扫描参数来改变扫描效率。影响扫描效率的关键参数包括图像矩阵大小、切片厚度、视场、采样间隔、统，与其他参数变量相比，扫描时间对子系统的选择和成本影响更大。由于空间分辨力受射线源焦点大小的限制，对比灵敏度受检测光子数量的限制，因此扫描时间决定了射线源的最小强度。由于对X射线或伽马射线的测量应在规定的采样间隔完成，扫描时间也同样决定了扫描的几何结构、探测器阵列大小，以及机械子系统的速度。机械子系统应能够以一定精度下的指定速度移动负载；因而，机械组件的刚度、以及电机、减速器、传感器和控制器的选择都受扫描时间的影响。探测器子系统应能够以与指定速度匹配的采样频率采集数据。因而，模数转换、实时处理、数据传输率以及计算机体系结构等都受扫描时间的影响。供应商对满足这些要求的子系统部件几乎没有选择空间。又由于高性能的射线源、机械装置和计算机硬件价格昂贵，因此专用CT系统可能在技术上可行但成本可能会比较高。6.6.2图像矩阵图像矩阵大小确定了满足图像重建要求的扫描探测次数和每次探测采样数。所需数据量与图像矩阵大小成平方关系。要想缩短扫描时间，应该选择满足检测需求的最小图像矩阵。最小图像矩阵由所需空间分辨力确定，选择图像矩阵通常不考虑对比灵敏度。图6为图像矩阵与分辨力的关系。为缩减已有系统的扫描时间，用户应当选择满足检测需求的最大切片厚度。切片厚度参数影响垂直于扫描平面的轴向空间分辨力，可用的最大切片厚度与检测对象有关。如果切片厚度太大，会导致严9系统扫描效率的重要性取决于用户的应用需求，用户应根据检测对象的技术要求和检测量确定。 用户需要认识到任何CT系统不太可能同时满足扫描效率、空间 重建用。数据采集传输系统主要包括信号调理与转换单元、数据采集控制单元和数据传输控制单元。需满足工件装夹需求。机械扫描系统由控制系统控制完成DR/CT扫描精确运动，同时系统的装配几为扫描运动精度和装配几何精度。例如，CT系统扫描直线运动的定位精度为0.005mm,工业CT系统中控制类软件通常包括CT系统的控制软件、数据采集与传输软件等。控制软件是效果的好坏直接影响重建以及后续应用的效果。图像重建软件用于重建CT图像，其主要性能指标就术，而这些通常被视为商业秘密。图像分析软件通常是为了实现特定需求在CT图像上进行的处理过8成本工业CT系统采购成本主要体现在工业CT系统硬件成本、软件开发费用以及为达到辐射安全防本。根据需求在预算范围内针对工业CT系统的基本配置选择增强性能。需要CT扫描服务 选择工业CT系统时，用户应认识到某些选择会对隐性成本产生较大影响，如扫描方式、质量 (6)9采购建议CT系统的采购参考如下：——采购过程中关键之一就是起草需求说明。在准备系统需求说明之前，最重要的是定义系统用途，比如是用于研究还是用于生产，是通用的还是定制的系统。如果可能，还应确定检测对象的尺寸范围、预期数量、扫描效率等要求。为了避免在需求说明中提出不切实际的或者过高的要求，用户应尽早与供应商讨论。通过权衡各种因素，提出一份切实可行的需求说明。需求说明应将重点集中在特定检测的应用需求上。主要因素包括检测对象的尺寸和组成、缺陷极限尺寸、特征大小、不同成分的密度差异、扫描效率及报告要求等。需求说明不宜详细规定硬件的配置，也不宜在空间分辨力、对比灵敏度、图像矩阵大小以及类似的技术细节上要求过于详尽。这些要根据性能和协议的价格确定。但在性能要求中应详细说明兼容性需求，包括特殊的硬件或是软件的约定。——参与采购的人员宜进行必要的CT知识学习，有必要了解这种无损质量评价方法的知识。可——可成立和培训一个小组来参与整个购买过程。一旦购买，从系统的设计到安装应商紧