(高清版)GBT 41123.1-2021 無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè) 第1部分：原理、設(shè)備和樣品

computedtomography—Part2:Principles,equipmentandsamples,IDT)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) I Ⅱ 1 46CT系統(tǒng)的穩(wěn)定性 6 7附錄A(資料性)CT系統(tǒng)組成部件 9 I本文件是GB/T41123《無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)》的第1部分。GB/T41123Ⅱ損檢測(cè)術(shù)語(yǔ)第12部分：工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)》,納入我國(guó)無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系。無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第1部分：原理、設(shè)備和樣品；無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第2部分：操作和解釋；無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第3部分：驗(yàn)證。1GB/T41123.1—2021/ISO15能參數(shù)與CT系統(tǒng)規(guī)格的關(guān)系。本文件適用于計(jì)算機(jī)軸向?qū)游龀上瘢贿m用于其他類(lèi)型的層析成像，如平移層析成像和斷層合成下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T41123.2—2021無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第2部分：操作和解釋GB/T41123.3—2021無(wú)損檢測(cè)工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第3部分：驗(yàn)證(ISO15708-4:ISO9712無(wú)損檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證(Non-destructivetesting—QualificationandcertificationofNDTpersonnel)ISO15708-1:2017無(wú)損檢測(cè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)第1部分：術(shù)語(yǔ)(Non-destructivetes-ting—Radiationmethodsforcomputedtomography—P2片)或完整體積以提供物體的三維信息。因?yàn)椴煌牟牧嫌胁煌腦射線衰減系數(shù)，使得射線成像成為可能。在CT圖像中，X射線線衰減系數(shù)表征為不同的CT灰度值(或偽彩色)。傳統(tǒng)的X射線照相是對(duì)三維物體從一個(gè)方向進(jìn)行X射線透射，射線投影反映的是射線路徑上累積的相應(yīng)信息。相反，在CT掃描過(guò)程中是以不同投影角度獲取多個(gè)X射線投影；實(shí)際的切片或體數(shù)據(jù)是從這些射線投影中重建出來(lái)的。與X射線照相相比，CT掃描的本質(zhì)優(yōu)勢(shì)在于保存了完整的體積信息。CT圖像(二維CT切片或三維CT體數(shù)據(jù))定量表征樣品中各位置的體元(體素)的X射線線衰減系數(shù)，該X射線線衰減線衰減系數(shù)表征了在掃描過(guò)程中X射線在物體中傳播路徑單位長(zhǎng)度上的衰減程度。X射線的衰減是X射線與物質(zhì)多種相互作用效應(yīng)的結(jié)果，其中康普頓散射和光電吸收在X射線CT中起主要作當(dāng)主要目標(biāo)為在三維空間中定位和量化立體細(xì)節(jié)時(shí)，射線CT成像是一種優(yōu)異的檢測(cè)技術(shù)。由于通過(guò)連續(xù)的二維CT切片數(shù)據(jù)(二維CT)重構(gòu)或通過(guò)直接三維CT圖像(三維CT)重建能獲得被檢 在某些情況下，雙能(DE)CT采集能有助于獲得某些材料的材料密度和平均原子序數(shù)的信息。在4.3CT的局限性CT是一種間接的檢測(cè)和測(cè)量方法(例如材料缺陷的大小、壁厚的測(cè)量應(yīng)與另一個(gè)絕對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行比較，見(jiàn)ISO15708-3)。CT成像的另一個(gè)潛在劣勢(shì)是數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)偽像另一個(gè)重要的考慮因素是保證在所有投影角度下透過(guò)物體的X射線有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)不能造成探測(cè)器任何部分的飽和(見(jiàn)8.2)。3所有圖像采集系統(tǒng)都存在固有的偽像，因此CT掃描首先采集偏移量和增益參考圖像進(jìn)行圖像一致性和旋轉(zhuǎn)中心校正。后續(xù)采集到的CT圖像數(shù)據(jù)可使用之前采集的參考圖像完成相應(yīng)的校正。某些空間分辨率通常由系統(tǒng)能區(qū)分的兩個(gè)細(xì)節(jié)特征的最小間距來(lái)感興趣區(qū)域CT(局部層析成像)能改善較大物體在特定區(qū)域的空間分辨率，但由于數(shù)據(jù)不完備導(dǎo)用于CT的射線成像總是受噪聲影響。射線成像的噪聲主要有兩個(gè)來(lái)源：(1)固有的光子統(tǒng)計(jì)噪或體素大小來(lái)提高信噪比。但是，其中一些措施將導(dǎo)致空間分辨率降低。此步驟包括所有用于從重建的CT圖像中提取所需的信息的操作和數(shù)可視化能對(duì)二維(切片視圖)或三維(體積)進(jìn)行處理。二維可視化允許用戶沿著指定的軸(通常它對(duì)于三維成像，根據(jù)不同算法的光照模型生成相應(yīng)體顯示或表面顯示。盡管執(zhí)行不同的數(shù)字濾波操作能突出顯示感興趣區(qū)域的特征。所有濾波操作具在增強(qiáng)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)屬性時(shí)劣化其他屬性，如突出顯示邊緣影響對(duì)物體內(nèi)部用于三維可視化的計(jì)算機(jī)宜能處理內(nèi)存中的全部感興趣區(qū)域的數(shù)據(jù)。相4GB/T41123.1—2021/偽像是CT圖像上出現(xiàn)的與被測(cè)物體物理特征不相符的圖像信息。產(chǎn)生偽像的原因能劃分為以下探測(cè)器的特性)和處理方法產(chǎn)生的偽像(如射束硬化)。偽像也能劃分為采集偽像(GB/T41123.3—2021中5.5給出了偽像的說(shuō)明。CT系統(tǒng)由射線源、探測(cè)器、機(jī)械系統(tǒng)(包通常射線源和探測(cè)器保持固定，而樣品在射線束中旋轉(zhuǎn)來(lái)獲得一系列必要在大多數(shù)微/納米或亞微米斷層成像系統(tǒng)中，分辨率主要由X射線源焦點(diǎn)尺寸決定。由于幾何放大的缺點(diǎn)是為了獲取更高放大比，樣品宜放置在離射線源很近的位置。如而降低X射線強(qiáng)度(導(dǎo)致較低的信噪比和/或更長(zhǎng)的采集時(shí)間),而為了獲取相同的放大倍數(shù)，要求探測(cè)器放置在更遠(yuǎn)的位置。如果探測(cè)器到樣品的距離小于源到樣品的距離，探測(cè)器點(diǎn)尺寸成為限制系統(tǒng)分辨率的主要因素。此時(shí)，增加射線源到探測(cè)器的距離又意味著X射線強(qiáng)度降例如，高分辨率CT系統(tǒng)(小焦點(diǎn)尺寸X射線源)的射線劑量比專門(mén)為這個(gè)分辨率設(shè)計(jì)的CT系統(tǒng)在比較不同CT系統(tǒng)的分辨率和掃描時(shí)間時(shí)，主要是考慮信噪比(SNR),見(jiàn)GB/T41123.2—2021有高空隙的立體結(jié)構(gòu)(或具有較高比例的低吸收區(qū)域)的樣品(例如泡沫或松質(zhì)當(dāng)曝光量一定，可通過(guò)設(shè)置X射線管電壓以達(dá)到10%～20%的樣品透射率，以獲得最佳信噪比。若透射率太低，則檢測(cè)到的光子數(shù)量過(guò)少導(dǎo)致產(chǎn)生更多的噪聲。相反，若透射率太高，則信號(hào)變化5真表明，調(diào)節(jié)電壓設(shè)置透射率為35%或40%時(shí)，信噪比僅比峰值下降20%。對(duì)于給定的樣品尺寸，保證固定信噪比所需的X射線曝光量與分辨率(給定探測(cè)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倍則曝光量增加10000倍。因此，比較兩個(gè)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量時(shí)，嚴(yán)格使---開(kāi)放式射線管(或真空可拆卸)X射線裝置；——密封式射線管恒壓X射線裝置；除考慮成本外，選擇合適的X射線源取決于被檢測(cè)樣品的參數(shù)(尺寸、組成成分和材料密度)以及檢測(cè)焦點(diǎn)尺寸和特征識(shí)別能力(有時(shí)系統(tǒng)制造商使用該名稱)與CT系統(tǒng)的空間分辨率不相同。特征識(shí)詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)附錄A。輻射探測(cè)器用于測(cè)量不同路徑下穿過(guò)物體的X射線。探測(cè)器的作用是把接收到的X射線信號(hào)轉(zhuǎn)換成常規(guī)電子技術(shù)能處理的電信號(hào)。每個(gè)投影的射線束數(shù)量應(yīng)與CT圖像矩陣一側(cè)的像元數(shù)量相當(dāng)。a)氣體電離探測(cè)器；b)閃爍體探測(cè)器；c)半導(dǎo)體探測(cè)器。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)附錄A。測(cè)器運(yùn)動(dòng)或者射線源和探測(cè)器相對(duì)于被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是一樣的。實(shí)際應(yīng)用詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)附錄A。6投影數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集期間或之后傳遞給圖像重建系統(tǒng)。重建系統(tǒng)可集重建系統(tǒng)獲得投影數(shù)據(jù)后，在掃描同時(shí)或在掃描完成后重建為CT圖像。該CT圖像隨后傳輸?shù)皆敿?xì)內(nèi)容見(jiàn)附錄A。6.1概述由于獲取CT投影數(shù)據(jù)能持續(xù)一段時(shí)間，檢測(cè)結(jié)果易受到外部因素的影響。因此把CT系統(tǒng)放置CT系統(tǒng)宜和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x)一起放在可控制溫度和濕度的隔振平臺(tái)上，但實(shí)際使用中通——采購(gòu)具有溫度穩(wěn)定系統(tǒng)或溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)的設(shè)備(即在小溫度范圍內(nèi)保持位置精度的設(shè)備);6.2X射線源的穩(wěn)定性CT要求定位精度高和成像一致。影響這些基本要求的因素很多，其中最重要的是X射線源的穩(wěn)理想情況下，要獲得最好的CT成像結(jié)果，X射線源要求保持一致的射線強(qiáng)度、焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)應(yīng)遵循X射線源供應(yīng)商提供的生成穩(wěn)定的X射線束的建議。精度、可重復(fù)性和穩(wěn)定性是CT系統(tǒng)的機(jī)械裝置應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素。與CT數(shù)據(jù)掃描相關(guān)的各機(jī)1μm,旋轉(zhuǎn)定位精度達(dá)到1/15000轉(zhuǎn)。7譜是在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的XCOM數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得的。電壓在225kV及以下使用碘化銫810%透射率材料厚度閃爍屏濾波片0.25mm銅0.5mm銅鋁鐵249鈦5鉛25鎢鎳376水9(資料性)A.1.1開(kāi)放式射線管X射線裝置通常，開(kāi)放式射線管X射線源具有高分辨率和相對(duì)較低的能量，適用于不致密的小樣品的高分辨率成像。開(kāi)放式射線管X射線源的能量范圍通常在0kV～225kV和0mA～3mA(電壓不連續(xù))范圍電子束管。磁透鏡把電子束聚焦到金屬靶上，實(shí)現(xiàn)所需的尺寸；入射電子X(jué)射線。A.1.2密封式射線管X射線裝置密封式射線管的工作方式與開(kāi)放式射線管基本相同，其真空室顧名思義密封式射線管通常用于成像尺寸或密度較大的樣品。在這些樣品中，穿透比最高分辨率更重要。通常情況下，密封式射線管的能量范圍為0kV～450kV和0mA～60mA(電壓不連續(xù)),更高能量的A.1.3直線加速器直線加速器雖然沒(méi)有像開(kāi)放式射線管和密封式射線管X射線源那樣普遍使用，但它通常商業(yè)直線加速器能量在1MeV～16MeV之間，標(biāo)稱焦點(diǎn)尺寸小于2mm。能量調(diào)整不像傳統(tǒng)的為了產(chǎn)生高能量X射線束，直線加速器使用射頻波導(dǎo)而不是電位差來(lái)加速電子槍發(fā)射的電子(鎢A.1.4X射線靶開(kāi)放式射線管和密封式射線管X射線源的靶主要為透射式和反射式兩種類(lèi)型。通過(guò)透射靶，電子束聚焦在與管的輸出窗口緊密耦合或結(jié)合的薄靶材料上A.1.4.3反射靶盡管反射靶的焦點(diǎn)大于透射靶并且焦點(diǎn)和樣品之間的距離更大(幾何放大倍數(shù)更小),但是X射線由于X射線束只需經(jīng)過(guò)輸出窗口，而不必經(jīng)過(guò)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，開(kāi)放式射線管還有其他可互換的靶設(shè)計(jì)，其中一些是CT用戶所感興趣幾乎所有的工業(yè)密封式射線管和開(kāi)放式射線管X射線裝置都使用鎢作為標(biāo)準(zhǔn)靶材。密封式射線所有的X射線裝置都具有來(lái)自目標(biāo)材料和輸出窗口的固有濾波，但是通過(guò)外部添加已知厚度的金電離的電子通過(guò)施加電勢(shì)差向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生與入射信號(hào)成比例的電荷。CT系統(tǒng)對(duì)電荷進(jìn)行放大。電離探測(cè)器堅(jiān)固耐用，且適用于不同的實(shí)現(xiàn)方法。單個(gè)探測(cè)器A.2.2閃爍探測(cè)器某些材料被X射線照射時(shí)產(chǎn)生可見(jiàn)光。選擇熒光與入射射線強(qiáng)度成比例的閃爍體材料，并把它們與光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的裝置耦合到一起能設(shè)計(jì)成適用于CT的探測(cè)器。光電轉(zhuǎn)換能通過(guò)多種方式完成，包有效探測(cè)面積達(dá)到400mm×400mm,具有很廣泛的應(yīng)用。與其他探測(cè)器一樣，它們?cè)趯游龀上裰幸捕S(平板)探測(cè)器使用半導(dǎo)體(如硒或碲化鎘)直接把入射射A.3機(jī)械系統(tǒng)維體積。在大多數(shù)情況下，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞垂直主X射線束的軸旋轉(zhuǎn)。還有一些針對(duì)特樣品放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)或者X射線源和探測(cè)器圍繞樣品旋轉(zhuǎn)，按一定的規(guī)律獲得投影。根據(jù)CT新排列。這種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)用于減少由X射線探測(cè)器中的常規(guī)缺陷引起的偽像。另一種用于減少偽像的機(jī)械方法是執(zhí)行“連續(xù)旋轉(zhuǎn)一個(gè)采集周期”,此處旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是逐步增加的，大多數(shù)工業(yè)CT系統(tǒng)具有水平X射線軸，但是也有使用垂直X射線軸的機(jī)器。這些CT系統(tǒng)要么轉(zhuǎn)，要么在垂直安裝的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置樣品夾持裝置固定樣品。具有垂直安裝旋轉(zhuǎn)臺(tái)的CT系統(tǒng)往往把在使用線陣列X射線探測(cè)器的CT系統(tǒng)中，應(yīng)增加樣品在旋轉(zhuǎn)軸高度位置上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軸。當(dāng)生CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由系統(tǒng)的主控單元控制。通常采用計(jì)算機(jī)作為主控單元，同時(shí)集成了系統(tǒng)制預(yù)編程的CT掃描序列(用于重復(fù)檢查相同的組件),或者啟動(dòng)自動(dòng)序列以查找理想的參數(shù)，然后開(kāi)始A.4.2重建系統(tǒng)重建軟件能安裝在采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ弥亟ㄓ?jì)算機(jī)(或集群/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))上。CT投影重建為A.4.3可視