JJF 2043-2023 工业用X射线CT装置校准规范.docx

中华人民共和国国家计量技术规范JJF20432023工 业 用 X 射 线 CT 装 置 校 准 规 范iiii  iticCalbratonSpecfcatonforIndusralX-rayCTDevies- - -20230630发布20231030实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局发 布􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣JJF20432023工 业 用 X 射 线 CT 装 置校准规范iiii  iticCalbratonSpecfcatonforIndusralX-rayCTDevies􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣JJF20432023归 口 单 位:全国电离辐射计量技术委员会主要起草单位:辽宁省计量科学研究院丹东奥龙射线仪器集团有限公司浙江省计量科学研究院参加起草单位:河北中模医疗设备科技有限公司丹东市无损检测设备有限公司本规范委托全国电离辐射计量技术委员会负责解释JJF20432023本规范主要起草人:刘剑 (辽宁省计量科学研究院)程起 (丹东奥龙射线仪器集团有限公司)王宇 (辽宁省计量科学研究院)毛定立 (浙江省计量科学研究院)韩聪 (辽宁省计量科学研究院)参加起草人:孙朝阳 (河北中模医疗设备科技有限公司)董殿刚 (丹东市无损检测设备有限公司)JJF20432023目录111引言  ()1 范围 (1)2 引用文件 (1)3 术语和计量单位 (1)4 概述 (2)5 计量特性 (2)6 校准条件 (3)7 校准项目与校准方法 (3)7.1 空间分辨力 (3)7.2 密度分辨力 (5)7.3 定位光标误差 (5)7.4 空气比释动能率 (5)7.5 辐射泄漏 (6)8 校准结果 (6)9 复校时间间隔 (7)附录 A圆孔型测试卡法测试空间分辨力  (8)附录 B 空气间隙法测试密度分辨力  (9)附录 C工业用 X 射线 CT 装置校准记录格式  (0)附录 D工业用 X 射线 CT 装置校准证书 (内页) 内容  (1)附录 E工业用 X 射线 CT 装置校准不确定度评定示例  (2)JJF20432023引言JJF10712010 国家计量校准规范编写规则、JJF10012011 通用计量术语及定义、JJF1059.12012 测量不确定度 评 定 与 表 示 共 同 构 成 支 撑 本 规 范 制 定 工 作的基础性系 列 规 范。 本 规 范 参 照 GB/T265932011 无 损 检 测 仪 器工业用 X 射线CT 装置性能测试方法 和 GB/T268352011 无 损 检 测 仪 器工 业 用 X 射 线 CT 装置通用技术条件 等技术文件制定。本规范为首次发布。JJF20432023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:JJG402011 X 射线探伤机JJG9612017 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GBZ1172015 工业 X 射线探伤放射防护要求GB/T12604.112015 无损检测术语X 射线数字成像检测GB/T179252011 气瓶对接焊缝 X 射线数字成像检测GB/T265932011 无损检测仪器工业用 X 射线 CT 装置性能测试方法GB/T268352011 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ii3.1.1 空间分辨力 spatalresoluton工业 CT 装置鉴别和区分高对比度微小细节特征的能力。ii3.1.2 密度分辨力 denstyresoluton工业 CT 装置区分材料密度特性变化的能力。i3.1.3 伪像 artfact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。aii3.1.5 调制传递函数modultontransferfuncton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。i3.1.6 重建 reconstructon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。l3.1.7 像素pixe构成 CT 图像的基本单元。1JJF20432023lcc3.1.8 切片厚度 siethiknessiiCT 图像所对应的射线切割物体的厚度。3.1.9 线扩展函数 lnespreadfuncton理想的线状物质在重建图像上的响应或扩展函数。ai3.1.10 调制度modulton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。e i3.1.11 投影projcton材料线性衰减系数分布函数沿着射线方向的线积分。il3.1.12 平板探测器 fatpane detectorX 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。3.1.13 CT 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±0.5 mm。5.4 空气比释动能率输出射线束轴上距焦点300 mm 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1 m 处测量,应符合表1要求。2管电压/kV漏射线空气比释动能率 mGy/h<150<1150200<2.5>200<5JJF20432023表1   辐射泄漏要求注: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06.2.1 工作级电离室剂量计:其测量范围为 (.0110)Gy/min, 校 准 因 子 扩 展 不 确k定度不大于5.0% ( =2);16.2.2 辐射防护用 X 辐射剂量率仪: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 (.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15 mm 以上,凹槽直径不小于20 mm。6.2.5 定位光标误差体模:圆柱形 (材质 PMMA),高度在15 mm 以上,插件 位 置 误差不大于0.5 mm。(6.2.6温 度 计: 测 量 范 围 为050), 分 度 值 不 大 于 0.5 , 最 大 允 许 误 差 为±0.5 86.2.7 气压计:测量范围为 (6106)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1CT 图像,按公式 () 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1按公式 () 计算系统的空间分辨力 R:11R =(/2)×1/Dmin()3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256235120.10011512470240.050211024940480.02541JJF20432023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。7.1.6 ERF 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7.1.7   PSF 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)。7.1.8 MTF 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4              t×100%()JJF20432023l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/pixe (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20 mm 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2密度分辨力按公式 () 计算:C=h2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300 mm。5(M-M)25 293.15·                 p() V=1           n-1×100%()JJF204320237.4.2 将工业 CT 装置的管电压、管电流调至常规使用条件。37.4.3 在上述条件下,连续测量5次取平均值,按公式 () 计算出相应的空气比释动K能率  。3K =M ·Nk ·KTp()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 =273.15+T101.34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。nii=1M7.5 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;6JJF20432023m) 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、使用者、仪器本 身 质 量 等 诸 因 素 所 决 定, 送 校 单 位 可 根 据 实 际 使 用 情 况 决 定 复 校 时 间间隔。7JJF20432023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20 mm 左右。图 A.1 圆孔型测试卡结构图8JJF20432023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 15 mm 以 上。 凹 槽 直 径  不 小 于20 mm,圆柱体直径可根据实际情况规定,一般不小于3。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9测量次数12345平均剂量测量次数123456剂量t ×100%=JJF20432023附录 C工业用 X 射线 CT 装置校准记录格式委托单位:证书编号:制造厂:校准日期:型号规格:校准地点:编号:相对湿度:气压:流水号:技术依据:温度:1. 空气比释动能率:管电压/kV:管电流/mA:校准因子:KTp 修正因子:空气比释动能率:cGy/min剂量的重复性:2. 空间分辨力: Dmin=    mm        R=      Lp/mm3. 密度分辨力: h=mmt=mmC=h4. 定位光标准确度:5. 不确定度评定:10JJF20432023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:cGy/min2. 空间分辨力:Lp/mm3. 密度分辨力:4. 定位光标准确度:以下空白11JJF20432023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600 mm。E.2 测量模型D0   1   2D = kkk3NkTp(E.1)式中:DD 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kE.3.1 标准装置测量重复性引入的不确定度urel(1):测得数据如下 (单位为cGy/min):6.2,6.1,6.2,6.0,6.3,6.1。1ni平均值:k1 =(/ ) k1 =6.15(E.2)以标准偏差表示重复性: s(1)=  1(k-k1)2n( -1) =0.017    (E.3)k1ni=1i1nkkk不确定度分量:urel(1)=s(1)=0.017=1.7%E.3.2 电离室定位偏差引入的不确定度分量urel(2)由于电离室中心摆 位 不 准 引 入 的 不 确 定 度 分 量, 根 据 经 验 估 计, 其 引 入 的 不 确 定度为:kurel(2)=0.4%kE.3.3 辐射场差异引入的不确定度分量urel(3)12不确定度分量不确定度来源不确定度分量值urel(k1)测量重复性1.7%urel(k2)电离室定位偏差0.4%urel(k3)辐射场差别0.5%urel(N )校准因子1.0%urel(kTp )温度、气压修正0.2%JJF20432023根据经验估计辐射场差异引入的扩展不确定度为:kurel(3)=0.5%NE.3.4 剂量仪校准因子引入的不确定度分量urel( )根据检定证书,标准器测量的校准因子的不确定度为3.0%,包含因子k=3,所以校准因子引入的不确定度分量为:Nurel( )=3.0%/3=1.0%kE.3.5 温度、气压修正引入的不确定度分量urel(Tp )t考虑读数误差一般在  =0.5 ,p=0.01kPa以 内, 其 中 p 数 量 级 小, 可 忽t略,故仅分析  即可。/tppt由:kTp = ( 0/p)(+273.15)293.15得:kTp = ( 0/p) /293.15kttkkTp/ Tp =/ (+273.15)=0.5/293.15=0.002不确定度:urel(Tp ) =0.002/31/2=0.0012=0.2%E.4 标准不确定度分量表 (表 E.1)。表 E.1   标准不确定度分量=2.1%                               (E.4)E.5   合成标准不确定度kNkkkucrel= u2rel(1)+u2rel(2)+u2rel(3)+u2rel( )+u2rel(Tp )E.6 扩展不确定度取包含因子k=3,则扩展不确定度urel=kucrel=3×2.1%=7%