无损检测协议的断层扫描系统
无损检测协议的断层扫描系统
摘要
层析成像系统的非破坏性测试（NDT）工业应用中需要一个专门的质量保证协议。具体的幻影已被选定为建立我们自己开发的断层系统中的测试协议的技术中心隘门。的主要图像质量参数的要monitorize的空间分辨率，噪声和对比度敏感性。系统的噪声也可以认为是一个均匀性测量，从不同区域的感兴趣的噪声值的平均值。对比度敏感性是指从该信号的信噪比，这必须计算不同的采集参数。该系统允许不同的对象 - 源间的距离，所以幻影是用来描述的层析X射线摄影系统中的放大率（以及与像素大小）。进行研究用于表征这些参数的CT系统中的不同的采集参数。幻影的不同材料（钢，铝和聚甲基丙烯酸甲酯）允许为不同的工业材料的表征的图像质量值，在无损检测部门检查的那些。这种分析是在一段时间内重复，最终确定一个具体的质量保证协议的周期性。
关键词：断层扫描，质量控制，空间分辨率，噪声，束硬化
1引言
工业断层扫描系统通常在无损检测应用，在不同领域的兴趣，而且通常是面向特定的生产。技术中心隘门为导向，以焊接工艺和不同的研究领域。不同的片的大小和密度进行分析：焊接，航空，生物探针等，因此，定制CT / DR系统的检查不同的部分，通过调整每采集（时间，放大倍率）和能量参数。无论是硬件和软件（重建滤波反投影算法，FBP）以及与特定的可视化工具，在圣地亚哥 - 德孔波斯特拉大学的合作与发展。每一个成像系统，我们自己开发的断层扫描仪的质量保证协议，提供检查服务的可靠性和研究中的需求。主要成像参数要monitorize的空间分辨率，均匀性，噪音和对比度灵敏度[1-2]。文物还必须特点，在高衰减片的射束硬化。在另一侧上，由于该系统的放大倍率是可变的（旋转台固定在一个水平线性阶段变化的对象到检测器的距离）的规模必须进行校准，从而在长度单位的像素大小。最近在2012年，西班牙标准已经发布断层摄影术在非破坏性的测试与欧洲的EN 16016-1:4 [3-6]，与相应的ISO标准。
这项工作的目的是建立简单的测试来计算基本参数，以monitorize CT系统的行为和时间的演变和分析用于保持初始断层图像质量的校正需要。
2材料与方法
图像参数的分析，并建立了质量控制协议的基础上成像幻影不同的材料：钢（Fe），铝（Al）和聚甲基丙烯酸甲酯（低密度件）。在这种方式中，图像质量参数被设置为不同的衰减值的范围内，他们研究了能源，倍率为不同的值（像素大小）和预测（见表1）。
| Energy (kV) | 50, 100, 150, 180, 225 |
|---|---|
| Number of projecctions | 360, 900, 1200 |
| Pixel size, mm (magnification) | .16 (5), .2 (4), .4 (2), .5 (1.6), .6 (1.33) |
表1：不同的采集参数对CT的质量控制。
2.1“鬼怪”
均匀块被用于计算的均匀性，空间分辨率，对比度噪声比的感光度和图像。钢和铝块是分别为25毫米，直径45毫米的cilinders。 PMMA幻象是一个长方形的块，为35.5毫米x 45毫米的截面尺寸。为研究对象的能量值取决于材料：180，225 keV的铁，100，150，180，225 keV的Al和50，100，150，180，225 keV的为聚甲基丙烯酸甲酯。
2.2图像参数
研究的系统的图像质量参数的均匀性，噪音，导线可探测性，对比度分辨率，射束硬化校正，空间分辨率，放大比例和对齐（探测器中心旋转轴线）。这些值每年进行一次全面分析，针对不同的能量，用于图像采集和放大倍数（规模）的预测数，如下表1。的参数和对应的计算的说明如下。用于测量的图像重建的不同的幻影，单位cm-1处的灰度级（线性衰减系数维的单元数）。没有进一步的校准（例如，菲尔德单位）被使用，因为它会超越的范围，工业非破坏性测试，我们的CT。
2.2.1放大
已知尺寸的射线照相的对象在连续放大的位置。放大倍率的倒数是线性相关的参考对象的水平位置。执行的线性拟合（最小二乘法）得到的参数，用于计算的像素大小（毫米或其他长度单位）的，从而导致公知的尺寸精度。
2.2.2对齐
检测器的旋转轴的中心和X射线焦点对准正确的断层的重建是决定性的，非常重要的是所有的放大倍率值。进行粗对准的第一辅助与一个激光源，和购买由薄的金属丝的成像检查。窦腔X线照相（改造前断层数据）是一条正弦曲线，它必须被集中在检测器在这种情况下，（640）的中央通道。此外，重建图像的每个元素必须是一个点，如果正确对齐。
2.2.3探测
从工业IQI（图像质量指标）的一组电线被成像控制为Fe和Al的可探测。钢丝直径是0.1，0.125，0.16，0.2，0.25，0.32和0.4毫米。应该记住的是小于单个像素的特征可能会影响到这样的程度，它会出现相对于相邻的像素与一个可见的对比度。在这种方式中，个别的可探测性将大于从F50参数，和帐户的空间分辨率的最小特征解决。
双工线的另一侧，一组用于建立密切的功能的可探测性，给另一个值的CT系统的模糊处理。线的直径和间距为：0.10，0.13，0.16，0.20，0.26，0.32，0.40，0.50，0.64，0.80，1.00，1.26和1.16毫米。的的IQI图像显示，可检测往往是不足够的，因为功能必须歧视（检测和解决）。
2.2.4均匀性
来自5个不同的感兴趣区域（ROI）的假体影像的均匀性计算。的均匀性是为每一个覆盖整个幻像图像的区域的平均值除以投资回报率的平均值（单位cm-1处，线性衰减系数）。这些值的最大的将被计算作为最终的均匀值（无量纲）。
束硬化corretion
均匀值也可以用来分析束硬化的贡献，其校正软件滤波。这种滤波校正没有束硬化与polinomial配合的预期信号的被测信号。进行拟合计算分别为Al和Fe的件，由具有不同宽度的成像步骤幻像。所测量的信号是嵌合的预期理论1 [7]，调整后的X-射线能量和衰减系数（从NIST数据库[8]）。校正后的，矫正和非校正的均匀性的值，以及作为行公司的重建图像之间的比较，给出这种滤波的贡献。
2.2.5噪声
噪声测量不同的背景图像中的ROI的噪声值的平均值被计算为。噪音的单个值计算的像素的值的标准偏差。
2.2.6对比
对比度确定的信号噪声比（SNR）和简单的定义为从背景中的特征的相对差，以百分比表示。占决议的对比度噪声比（SNR）的信号，并且它的一个给定的感兴趣的区域覆盖幻像图像的平均值和噪声（标准偏差）的比率计算。所建立的对比度值计算作为类似ROIS覆盖块片图像和背景的平均值的比率。
2.2.7空间分辨率
的空间分辨率的定义是从调制传递函数（MTF），计算出的边缘扩展函数（ESF）的F50参数。此参数的标准[2]中所描述的程序计算。首先，不同的剖面线被收购的假体影像。对齐，平均（以减少系统噪声和量化噪声）获得ESF配置文件，这些配置文件。系统线扩散函数（LSF）是通过以下方式获得的ESF离散衍生物，并最后将通过以下方式获得的LSF离散变换系统的调制传递。的F50参数是空间频率为单位的线对每毫米（lp / mm的）为0.5的归一化的MTF值（按照惯例，MTF被归一化到统一）。
图1：MTF计算的ESF配置文件的例子（右），平均ESF（左）。
图2：MTF计算：LSF（左）和最终归MTF（右）
描述的图像的系统，即，该系统的响应的模糊函数的PSF函数占成像时的理想的点对象的MTF，而描述其差繁殖能力的空间频率。它是用来测量系统的性能和效果上的有效对比度小的特点。
3结果
为简单起见，只在全球的特性和图像参数的倍率4（像素尺寸0.2毫米）和225 keV的（X-射线源的最大能量）如下所示，随着他们的分析。
3.1系统放大倍率
的放大倍数值的一块和水平位置的线性拟合是：
M-1 = 5.3·10-4 DFO + 3.8·10-17 DFO代表对象源间的距离（单位mm）。上的初始校准的CT系统的这个放大比例是固定的，并定期检查（一年一次）通过测量已知尺寸的一块。
3.2对齐
对齐方式检查每个倍的放大倍率，成像细铁丝。必须集中在中央检测器信道（640），如在图3中示出的窦腔X线照相。
图3：正弦图的导线（左）及对应的重构图像（右）。
3.3探测
图4：实施例IQI重建的CT切片（左）和双工IQI从重建的档案（右）
| Number of wires detected | 1200 projections | 900 projections | ||
|---|---|---|---|---|
| Duplex IQI | 4 (up to 0.8 mm) | 3 (up to 1 mm) | ||
| Fe | 7 (up to 0.1 mm) | 7 (up to 0.1 mm) | ||
| Al | 5 (up to 0.16 mm) | 5 (up to 0.16 mm) |
表2：线探测系统。的最小特征检测到的是小于这个放大倍数值的像素大小（像素大小为0.2毫米）。
3.4均匀性
| Material | 1200 proj | 900 proj | 360 proj |
|---|---|---|---|
| Steel | 1.36 + 0.04 | 1.35 + 0.04 | 1.27 + 0.04 |
| Steel -beam hardening corrected | 1.30 + 0.02 | 1.29 + 0.02 | 1.25 + 0.02 |
| Aluminium | 1.072 + 0.003 | 1.074 + 0.003 | 1.069 + 0.002 |
| Aluminium -beam hardening corrected | 1.085 + 0.002 | 1.086 + 0.003 | 1.086 + 0.003 |
| PMMA | 1.012 + 0.001 | 1.011 + 0.001 | 1.012 + 0.001 |
表3：铁，铝，聚甲基丙烯酸甲酯和束硬化铁，铝更正的均匀性结果。
均匀度值是无量纲的。这种能量（225千电子伏），递减的值（反映了更好的均匀性），可以发现对Fe（同时参照图5），而对Al的差异是可以忽略的。这来自一个事实，即在这种能量的束硬化效应的Al宽度并不重要。
铁幻象配置和无束硬化校正
3.5噪声
噪声值计算从钢幻象的重建图像（背景值）。从表4中可以看出，不同的突起之间的差异是可以忽略不计的。
| 1200 proj | 900 proj | 360 proj | |
|---|---|---|---|
| Mean of noise values (cm-1) | 0.0076 + 0.0008 | 0.0080 + 0.0008 | 0.0080 + 0.005 |
表4：从重构图像的噪声值
3.6对比
•信噪比SNR =平均回报（ROI）/ STD（ROI）（STD：标准偏差）
| Material | 1200 proj | 900 proj | 360 proj | Mean value |
|---|---|---|---|---|
| Steel | 46.5 | 46.4 | 43.1 | 45.3 + 1.5 |
| Aluminium | 366.6 | 397.5 | 284.3 | 382.8 + 10.8 |
| PMMA | 968.8 | 781.6 | 447.0 | 732 + 190 |
表5：SNR测量值
减少密度的SNR值增加。这些值示出束硬化效应，这会导致“拔火罐”重建图像，是相当多的重要在的Fe嵌段比的Al和PMMA的。
•对比度值，C =平均（件）/平均（背景）
计划对比度测量的背景区域。
| Material | 1200 proj | 900 proj | 360 proj | Mean value | |
|---|---|---|---|---|---|
| Steel | 118.2 | 115.5 | 117.7 | 117.1 + 1.1 | |
| Aluminium | 49.0 | 50.9 | 47.3 | 49.0 + 1.2 | |
| PMMA | 62.1 | 63.8 | 1.9 | 62.6 + 0.8 |
表6：，对比度测量值。
之间的显着区别是的Fe和Al，聚甲基丙烯酸甲酯的。显然，这占更高的衰减对Fe块。
3.7空间分辨率
| f50 (lp/mm) | 1200 proy | 900 proy | 360 proy | Mean value | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Steel | 0.225 | 0.226 | 0.222 | 0.224 + 0.001 | ||
| Aluminium | 0.114 | 0.139 | 0.108 | 0.120 + 0.012 | ||
| PMMA | 0.186 | 0.189 | 0.177 | 0.184 + 0.004 |
表7：作为空间频率（以线对每毫米）的50％的归一化的MTF空间分辨率
的F50值是低的，如预期从双面IQI的可探测性。 0.8毫米和1毫米（见表2）是相等于0.25和0.31 lp / mm的，使这些结果是兼容的。
4讨论
的不同的值，该系统的特点提供的CT成像的定量性能。此外，突起不同数目的参数的测量值之间的相似性表明，可以被最小化的例行测试的整套测量。为了顺应这一趋势，并建立一个简单的质量保证控制，采集参数限制值的相关关系与幻象的材料（见表8）。通过所得到的值，以及检测周期（表2），我们已经建立了系统的图像质量参数。这些值将被分析，每年进行一次，以确定的图像推导和调整的具体质量保证协议。
| Parameters | Material | Projections | Periodicity | Energy (keV) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Uniformity Noise SNR, contrast Wire detetability | Fe, Al, PMMA Fe, Al, PMMA Fe, Al, PMMA Fe, Al, IQI duplex | 900 900 900 900, 1200 | Monthly | 225 Fe, Al / 100 PMMA 225, 100 225, 100 225 | |
| Beam hardening (uniformity) Spatial resolution | Fe, Al / Fe, Al step phantoms Fe, Al, PMMA | 900, radiography 900 | 6 months | 225 225 | |
| Magnification scale Alignment (rotation ax-det.center) | Fe block Fe wire | Radiography 900 | Yearly | 225 225 |
表8：测量，采集参数和周期性的CT质量保证协议
5结论
发展的质量控制，的隘门计算机断层扫描系统的协议成立的表征和测量参数的不同。的国际标准工业断层扫描后，被选择的几个关键参数和简单地建立统一的幻影铁，铝，PMMA。在这种方式中，一套完整的测量终于简化参数和要求得到一个有用的一个可靠的图像质量控制的指南（见表8）。本文件还包括几何校准（放大比例和对应的旋转轴和检测器的中心），所需要的，因为我们的系统的可变放大倍率。此外，中铁和铝件的硬化校正过滤功能的软件与均匀性测量检查。从所述第一结果和创建了质量保证导向，它被用于产生一个扩展式数据库中的这些测量到的CT图像质量时，在研究的推导。
致谢
笔者想感谢她的X光同事的帮助下，在无损检测部门。
参考文献
[1] 1570年至一五零零年。电脑断层扫描（CT）检查的标准规程。
[2] 1441年至1400年。计算机断层扫描（CT）成像的标准指南。
[3] UNE-EN 16016-1。无损检测辐射方法。计算机断层扫描。第1部分：术语。
[4] UNE-EN 16016-2。无损检测辐射方法。计算机断层扫描。第2部分：原理，设备和样品。
[5] UNE-EN 16016-3。无损检测辐射方法。计算机断层扫描。第3部分：操作和解释。
[6] UNE-EN 16016-4。无损检测辐射方法。计算机断层扫描。第4部分：资格。
[7]谢。电脑断层扫描：原理，设计，文物及最新进展，SPIE出版社2003。
[8] http://physics.nist.gov/PhysRefData/contents.html的
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