Обозначение: Е1570-11
Стандартная методика компьютерного томографического (КТ) исследования1
Данный стандарт выпускается под фиксированным обозначением E1570. Число, непосредственно следующее за обозначением,
указывает год первоначального принятия или, в случае пересмотра, год последнего пересмотра. Число в скобках указывает год
последнего повторного утверждения. Надстрочный индекс эпсилон (ε) указывает на редакционные изменения с момента последней редакции или повторного утверждения.
Данный стандарт одобрен для использования агентствами Министерства обороны США.
E1316 Терминология неразрушающего контроля
1. Область применения*1
E1441 Руководство по компьютерной томографии (КТ)
1.1 Данная методика предназначена для компьютерной
томографии (КТ), которая может использоваться для неразрушающего выявления физических деталей или аномалий в объекте испытаний посредством измерения радиологической плотности и геометрических измерений. Данная
методика предполагает использование проникающих излучений, в частности рентгеновских и гамма-лучей.
E1695 Метод испытаний для измерения производительности системы компьютерной томографии (КТ)
2.2 Стандарт NIST:
ANSI N43.3 Установки обеспечения общей радиационной безопасности с использованием немедицинских закрытых источников рентгеновского излучения и гаммаизлучения до 10 МэВ3
1.2 В системах КТ используется набор измерений пропускания, выполненных на путях через объект испытаний с
разных направлений. Каждое из измерений пропускания
оцифровывается и сохраняется в компьютере, где они впоследствии реконструируются одним из множества возможных методов. Принципы КТ рассмотрены в Руководстве
E1441.
2.3 Федеральные стандарты:4
21 CFR 1020.40 Требования безопасности к кабинетным рентгеновским системам
29 CFR 1910.96 Ионизирующее излучение
2.4 Документы ASNT:5
1.3 КТ широко применяется к любому материалу или
объекту испытаний, через который проходит пучок проникающего излучения. Основное преимущество КТ состоит в
том, что она обеспечивает денситометрические (т. е. радиологическая плотность и геометрия) изображения тонких поперечных срезов объекта без структурного наложения в проекционной радиографии.
SNT-TC-1A Рекомендуемая практика для квалификации и сертификации персонала в области неразрушающего
контроля
ANSI/ASNT-CP-189 Квалификация и сертификация
персонала по неразрушающему контролю
2.5 Военный стандарт:
1.4 В данной методике приведено описание процедуры
проведения КТ-исследований. Данная методика направлена на общее использование технологии компьютерной
томографии и, таким образом, на облегчение ее использования.
MIL-STD-410 Квалификация и сертификация персонала по неразрушающему контролю4
2.6 Стандарт AIA:
NAS 410 Сертификация и квалификация специалистов
по неразрушающему контролю6
1.5 Настоящий стандарт не претендует на полноту
описания всех мер безопасности, если таковые имеются,
связанных с его использованием. Пользователь настоящего стандарта несет ответственность за установление
соответствующих правил техники безопасности и охраны
труда, и определение применимости нормативных ограничений до его использования. Конкретные заявления о безопасности см. в разделе 8, Справочнике NBS 114 и Федеральных стандартах 21 CFR 1020.40 и 29 CFR 1910.96.
3. Терминология
3.1 Определения - определения терминов, используемых в данном руководстве, см. в документе Терминология
E1316 и Приложении A1 в Руководстве E1441.
4. Общие сведения о методике
адресу service@astm.org. Для получения информации о томе Ежегодной книги стандартов ASTM см. страницу "Краткое содержание документа" на веб-сайте ASTM.
2. Справочные документы
2.1 Стандарты
ASTM:2
3
Доступен в Национальном институте стандартов и технологий
(NIST), 100 Bureau Dr., Stop 1070, Gaithersburg, MD 20899-1070,
http://www.nist.gov.
1
Данная методика находится под юрисдикцией Комитета ASTM E07
по неразрушающему контролю и находится в непосредственном ведении Подкомитета E07.01 по методу радиологического (с использованием рентгеновского и гамма-излучения) контроля. Действующая
редакция утверждена 1 июля 2011 г. Опубликовано в июле 2011 г.
Первоначальное утверждение в 1993 году. Последняя предыдущая
редакция утверждена в 2005 г. за номером E1570-00(2005)ε1.
DOI:10.1520/E1570-11.
4
Возможно получение в Столе заказов документов по стандартизации
(Standardization Documents Order Desk, DODSSP, Bldg. 4, Section D, 700
Robbins Ave., Philadelphia, PA 19111-5098) http://dodssp.daps.dla.mil.
5
Возможно получение в Американском обществе неразрушающего
контроля (ASNT), P.O. Box 28518, 1711 Arlingate Ln., Columbus, OH
43228-0518, http://www.asnt.org.
6
Возможно получение в Aerospace Industries Association of America,
Inc. (AIA), 1000 Wilson Blvd., Suite 1700, Arlington, VA22209-3928,
http://www.aia-aerospace.org.
2
Для получения ссылочных стандартов ASTM см. веб-сайт ASTM
www.astm.org или обратиться в службу поддержки клиентов ASTM по
* Раздел "История изменений" находится в конце настоящего стандарта.
Авторское право © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States (США)
1
E1570-11
4.1 Требования данной методики предназначены для
контроля надежности и качества КТ-изображений.
7. Конфигурация системы
7.1 Возможно множество различных конфигураций системы КТ, и важно понимать преимущества и ограничения
каждой из них. Важно выбрать оптимальные параметры
системы для каждого требования исследования посредством тщательного анализа преимуществ и ограничений
доступных компонентов системы и выбранной конфигурации системы.
4.2 Системы КТ состоят из ряда подсистем; функция,
которую выполняет каждая подсистема, является общей
практически для всех компьютерных томографов. В разделе 7 приведено описание следующих подсистемы:
4.2.1 Источник проникающего излучения,
4.2.2 Детектор излучения или массив (решетка) детекторов,
7.2 Источники излучения - Хотя в системах КТ могут
использоваться либо генераторы гамма-излучения, либо
генераторы рентгеновского излучения, в большинстве случаев используются последние. При заданном размере фокального пятна генераторы рентгеновского излучения (т.е.
рентгеновские трубки и линейные ускорители) на несколько порядков интенсивнее изотопных источников. Большинство генераторов рентгеновского излучения регулируются по пиковой энергии и интенсивности и имеют дополнительную функцию безопасности, заключающуюся в прекращении производства излучения при выключении; однако полихроматика энергетического спектра от источника
рентгеновского излучения вызывает артефакты, такие как
усиление жесткости луча (аномально уменьшающееся затухание по направлению к центру однородного объекта) на
изображении, если не применяется соответствующая корректировка.
4.2.3 Механический сканирующий узел, и
4.2.4 Компьютерная система, включающая следующее:
4.2.4.1 Программное/аппаратное обеспечение для реконструкции изображений,
4.2.4.2 Система отображения/анализа изображений,
4.2.4.3 Система хранения данных, и
4.2.4.4 Интерфейс оператора.
4.3 В разделе 8 приведено описание и определение
процедуры установления и поддержания контроля качества
услуг КТ.
4.4 Степень, в которой КТ-изображение воспроизводит
объект или деталь внутри объекта, зависит от пространственного разрешения, статистического шума, толщины
плоскости среза и артефактов в системе визуализации.
Рабочие параметры должны обеспечивать общий баланс
между качеством изображения, временем выполнения контроля и затратами. Эти параметры следует учитывать для
конфигураций, компонентов и процедур системы КТ.
Настройка и оптимизация параметров системы КТ обсуждается в разделе 9.
7.2.1 Рентгеновские лучи, создаваемые генераторами
электрического излучения, имеют размеры фокального
пятна от нескольких миллиметров до нескольких микрометров. Уменьшение размера фокального пятна снижает
геометрическую нерезкость, тем самым повышая детализацию. Меньшие фокальные пятна обеспечивают более
высокое пространственное разрешение, но за счет снижения интенсивности рентгеновского луча.
4.5 Методы измерения производительности системы
КТ приведены в разделе 10 данной методики.
7.2.2 Источник радиоизотопов может обладать такими
преимуществами, как небольшой физический размер, портативность, низкое энергопотребление, простота и стабильность выходного сигнала. Недостатками являются
ограниченная интенсивность и ограниченная пиковая энергия.
5. Значимость и использование
5.1 Данная методика применима для систематической
оценки внутренней структуры материала или узла с использованием технологии компьютерной томографии.
Данная методика может быть использована для проверки,
выполняемой системными операторами, или для определения рабочих процедур для новых или обычных объектов
испытаний.
7.2.3 Источники синхротронного излучения (СИ) производят крайне интенсивное, естественным образом коллимированное, узкополосное регулируемое излучение.
Таким образом, системы КТ, в которых используются источники КТ, могут использовать практически монохроматическое излучение. Однако при существующей технологии практические энергии СИ ограничены приблизительно
менее, чем 20 - 30 кэВ. Поскольку любая система КТ ограничена проверкой образцов с рентгеноконтрастностью,
соответствующей проникающей способности используемого рентгеновского излучения, системы СИ обычно способны отображать только небольшие объекты (около 1
мм).
5.2 Данная методика обеспечивает основу для формирования программы контроля качества и ее продолжения
посредством калибровки, стандартизации, использования
эталонных образцов, планов контроля и процедур.
6. Основа применения
6.1 Данная методика обеспечивает подход к проведению КТ-исследований. Требуется дополнительная информация, касающаяся конкретных пунктов, по которым требуется соглашение между поставщиком 7 и покупателем 8 .
Как правило, такие пункты относятся к конкретной области применения или производительности, или и к тому, и к
другому. Примеры включают в себя следующее: конфигурация системы, квалификация оборудования, измерение
производительности и интерпретация результатов.
7.3 Системы обнаружения излучения - Система обнаружения представляет собой преобразователь, который
преобразует прошедшее излучение, содержащее информацию об объекте контроля, в электронный сигнал, пригодный для обработки. Система обнаружения может состоять
из одного чувствительного элемента, линейной матрицы
(решетки) чувствительных элементов или массива (решетки) площадных чувствительных элементов. Чем больше
детекторов используется, тем быстрее сбор необходимых
данных сканирования; но существуют важные компромиссы, которые следует учитывать.
В данном документе поставщик услуг компьютерной томографии относится к организации, которая физически предоставляет услуги компьютерной томографии. Поставщик может быть частью той же организации, что и
покупатель, или сторонней организацией.
8
В данном документе покупатель услуг компьютерной томографии относится к организации, которой требуются услуги компьютерной томографии.
Покупатель может быть частью той же организации, что и поставщик, или
сторонней организацией.
7
7.3.1 Одиночный детектор - это наименее эффективный
способ сбора данных, но при этом он обеспечивает минимальную сложность, устраняет перекрестные помехи де-
2
E1570-11
текторов и необходимость согласования детекторов, а также позволяет реализовать произвольную степень коллимации и экранирования.
7.6 Программное обеспечение для реконструкции изображения - Целью КТ является получение информации о
природе материала, занимающего точное положение внутри объекта испытаний. В современных компьютерных
томографах эту информацию получают посредством "реконструкции" отдельных поперечных сечений испытуемого объекта по измеренной интенсивности рентгеновских
лучей, прошедших через это поперечное сечение. Для идеализированных данных существует точная математическая
теория реконструкции изображений. Эта теория применяется, хотя физические измерения не полностью удовлетворяют требованиям теории. Применительно к реальным
измерениям, алгоритмы, основанные на этой теории, дают
изображения с размытием и шумами, степень которых
зависит от количества и качества измерений.
7.3.2 Линейные решетки характеризуются приемлемым
временем сканирования при умеренной сложности, приемлемыми перекрестными помехами и согласованием детекторов, а также обладают гибкой архитектурой, которая
обычно обеспечивает хорошую коллимацию и экранирование. В большинстве систем КТ, доступных на рынке, используется линейная решетка детекторов.
7.3.3 Площадный детектор обеспечивает быстрый способ сбора данных, но при этом создает необходимость
передачи и хранения больших объемов информации, требует компромиссов между перекрестными помехами и
эффективностью детектора и создает серьезные проблемы
с коллимацией и экранированием.
7.6.1 Упрощающие допущения, сделанные при построении теории алгоритмов реконструкции, выглядят следующим образом: (1) сечения бесконечно тонкие (т.е. представляют собой плоскости), (2) и фокальное пятно источника, и элементы детектора бесконечно малы (т.е. представляют собой точки), (3) физические измерения соответствуют полному ослабление вдоль линии между источником и детектором, и (4) излучение является или может
рассматриваться как эффективно моноэнергетическое.
Алгоритм реконструкции представляет собой набор пошаговых инструкций, определяющих, как преобразовывать
измерения общего затухания в карту линейных коэффициентов затухания по полю зрения.
7.4 Система манипулирования - Система манипулирования предназначена для удерживания испытуемого объекта и обеспечения необходимого диапазона движений для
позиционирования испытуемого объекта между источником излучения и детектором. Наиболее распространены
два типа геометрии движения при сканировании: трансляция-вращение (поступательное движение и вращение) и
только вращение.
7.4.1 При движение трансляция-вращение объект перемещается в направлении, перпендикулярном направлению
и в плоскости рентгеновского луча. Полные наборы данных формируются посредством поворота испытуемого
объекта между перемещениями на угол веера луча и повторного перемещения объекта до тех пор, пока не будут
получены данные как минимум за 180 градусов. Преимущество такой конструкции заключается в простоте, хорошем согласовании детекторов между изображениями, гибкости в выборе параметров сканирования и способности
работать с широким диапазоном объектов различных размеров, в том числе с объектами, слишком большими для
охвата веерным рентгеновским лучом. Недостатком является более длительная продолжительность сканирования.
7.6.2 Разработан ряд методов восстановления оценки
поперечного сечения объекта. В целом они могут быть
разделены на три класса алгоритмов: методы обращения
матриц, методы разложения в конечный ряд и методы преобразования. См. Руководство E1441 для обработки алгоритмов реконструкции.
7.6.3 Если испытуемый объект больше, чем заданное
поле зрения (FOV), то по необходимости или случайно это
может привести к неожиданным и непредсказуемым артефактам или значительному ухудшению качества изображения.
7.4.2 При движении только с вращением детекторная
решетка собирает полное изображение в течение каждого
интервала дискретизации. Сканирование только с вращением характеризуется меньшими потерями движения, чем
сканирование с трансляцией и вращением, и привлекательно для промышленных областей применения, где исследуемая деталь помещается в пределах веерного луча, и
важна скорость сканирования.
7.7 Отображение изображения - Функция отображения изображения заключается в передаче полученной информации (т.е. изображения) испытуемого испытаний оператору системы. Для систем ручной оценки отображаемое
изображение используется в качестве основы для приемки
или отклонения (отбраковки) объекта испытаний в зависимости от интерпретации оператором полученных данных
КТ.
7.4.3 При объемной КТ полный набор данных для всей
детали получают как минимум за один оборот. Это позволяет значительно ускорить сбор данных, поскольку данные, необходимые для нескольких срезов, могут быть получены за один оборот.
7.7.1 Как правило, для отображения изображений КТ
требуется специальный графический монитор; телевизионное изображение имеет более низкое качество, но может
быть приемлемым. В большинстве промышленных систем
используются цветные дисплеи. Эти устройства могут
переключаться между цветным и полутоновым представлением в соответствии с предпочтениями наблюдателя, но
следует отметить, что изображения в градациях серого,
представленные на цветном мониторе, не такие резкие, как
изображения на мониторе в шкале серого. Использование
цвета позволяет наблюдателю различать более широкий
диапазон вариаций изображения, чем при шкале серого. В
зависимости от области применения это может быть как
преимуществом, так и недостатком. Резко контрастирующие цвета могут создавать ложные, четкие разделения
между границами. Иногда это является преимуществом, но
нежелательные экземпляры могут быть скорректированы
за счет выбора цветного (или монохромной) отображения.
7.5 Компьютерная система - Компьютерная томография требует значительных вычислительных ресурсов, таких как большая емкость для хранения и архивирования
изображений, а также способность эффективно выполнять
многочисленные математические вычисления, особенно
для операции обратного проецирования. Скорость вычислений может быть увеличена либо с помощью универсальных процессоров данных матрицы, либо с помощью специализированного оборудования для обратного проецирования. Конкретные реализации изменяются по мере развития компьютерного оборудования, но высокая вычислительная мощность останется фундаментальным требованием для эффективного КТ-исследования. Часто уместно
использование отдельной рабочей станции для анализа и
отображения изображений.
3
E1570-11
7.8 Носитель данных - Для множества областей применения КТ требуется архивная запись исследования КТ. Это
могут быть как необработанные данные, так и реконструированные данные. Следовательно, необходимо указывать
форматы и заголовки цифровых данных для возможности
последующего извлечения информации. Каждая система
архивирования обладает своими особенностями в отношении качества изображения, свойств архивного хранилища,
оборудования и стоимости носителя. Компьютерные системы предназначены для взаимодействия с широким
спектром периферийных устройств. По мере развития технологий или необходимости изменений, или и того, и другого, оборудование может быть с легкостью и недорого
модернизировано. Систему архивирования записей обследования следует выбирать на основе этих и других соответствующих параметров, согласованных между поставщиком и покупателем услуг компьютерной томографии.
Качество воспроизведения архивного метода должно быть
достаточным для демонстрации того же качества изображения, которое использовалось для квалификации системы
КТ.
8.1.2 План сканирования испытуемого объекта - Перечень объектов испытания, параметров сканирования и показателей производительности, которые необходимо извлечь из изображения (изображений).
8.1.2.1 Параметры сбора данных - Перечень переменных, связанных с источником излучения и детектором,
включает следующее:
(1) Энергия источника,
(2) Интенсивность, ток, излучение в рад на выходе или
эквивалент,
(3) Время интегрирования, количество импульсов или
эквивалент,
(4) Размер пятна источника или размер изотопного источника,
(5) Фильтрация источника,
(6) Коллимация источника,
(7) Фильтрация детектора,
(8) Коллимация детектора,
7.9 Интерфейс оператора - Интерфейс оператора
определяет большую часть функций остальной части системы КТ. Две основные затронутые подсистемы - это
панель управления и система отображения изображений.
Программное обеспечение управления, аппаратные механизмы и интерфейс с удаленной рабочей станцией данных,
если применимо, входят в число объектов, контролируемых этим интерфейсом. Логика переопределения, аварийное отключение и защитные блокировки также контролируются. Существует три типа интерфейсов оператора.
(9) Расстояния от источника до оси,
(10) Расстояние от источника до детектора,
(11) Коэффициент усиления детектора, диапазон усиления или эквивалент.
(12) Параметры выборки (линейное приращение, угловое приращение или эквивалент),
(13) Количество детекторов или каналов,
(14) Режим сканирования, т.е. трансляция-вращение
или только вращение,
7.9.1 Простой интерфейс консоли программирования,
где оператор вводит команды на клавиатуре. Несмотря на
меньшее удобство использования, этот тип может предложить наибольший диапазон гибкости и универсальности.
(15) Калибровка счетчиков снимков на воздухе (без испытуемого объекта) и темных снимков (без источника) и
частоты калибровки, и
7.9.2 Специальная консоль со специальными функциональными кнопками и относительно жесткими данными и
функциями обработки. Эти системы обычно разрабатываются специально для стандартизированных, не меняющихся исследовательских задач. Они спроектированы так, чтобы быть "функционально запрограммированными" для
эффективной работы данной программы. Медицинское
оборудование для компьютерной томографии часто относится к этому типу.
(16) Положение плоскости среза и ориентация образца.
8.1.2.2 Параметры реконструкции изображения - Перечень ожидаемых переменных реконструкции изображения, включая следующее:
(1) Тип реконструкции (т.е. нормальная, увеличенная,
кольцевая, с ограниченным углом и т. д.),
(2) Условия измерения поглощения рентгеновского излучения; алгоритм реконструкции, предварительная обработка изображений, коррекция жесткости луча, коррекция
нелинейности,
7.9.3 Графический пользовательский интерфейс, в котором используется программный дисплей типа меню или
окна с такими средствами, как устройство для ввода ответов и взаимодействия с системой. Преимущество этого
подхода заключается в том, что он может сочетать лучшие
характеристики двух других типов интерфейсов оператора.
(3) Диаметр реконструкции (поле зрения),
(4) Размер пикселя реконструкции, толщина среза или
эквивалент,
(5) Линейные интервалы выборки (если применимо),
7.10 Автоматизация - Отличие систем КТ заключается
в том, что пользователи могут создавать, модифицировать
или разрабатывать процессы улучшения изображения или
автоматизированной оценки. Уровень сложности и универсальности пользовательского командного языка или "режим обучения" является важным фактором для покупателей и поставщиков, которые планируют сканировать различные объекты или улучшать свои процессы по мере
приобретения опыта работы с компьютерной томографией.
(6) Размер матрицы реконструкции,
(7) Размер и координаты пикселей, и
(8) Ориентация/размер положения (для масштабирования).
8. Документация
8.1.2.3 Параметры отображения изображения - Перечень методов и интервалов, применяемых для стандартизации отображения видеоизображения в отношении яркости, контрастности, фокусировки и линейности, включая
следующее:
8.1 Документация протокола исследования должна
охватывать следующее:
(1) Положения для отображения квантованной цветной
полосы или шкалы серого для облегчения этой операции.
8.1.1 Квалификация оборудования - Должны быть
включены следующие характеристики системы:
4
E1570-11
(2) Метод, используемый для настройки монитора и
обеспечения правильного отображения всего диапазона
цветов или оттенков серого.
9.1 Настройка КТ - В дополнение к требуемой чувствительности к дефектам, в настройке исследования
должно учитываться ожидаемое распределение аномалий,
приемлемая частота ложноотрицательных результатов (т.е.
пропущенных дефектов) и приемлемая частота ложноположительных результатов (нормальные данные, ошибочно
принимаемые за дефект). При разработке схемы КТ для
группы объектов контроля следует учитывать следующие
атрибуты:
(3) Преобразование номера КТ в справочную таблицу
цвета или шкалы серого (LUT).
(4) Верхний и нижний пределы диапазона отображаемых значений КТ (или эквивалентное описание в терминах
диапазона относительно среднего значения).
(5) Если используется метод нелинейного отображения,
такой как выравнивание гистограммы или логарифмическое преобразование, необходимо дать описание этого
метода.
9.1.1 Образец (факторы размера, веса и состава, определяющие ускоряющий потенциал источника и требования
к механическому манипуляционному оборудованию),
9.1.2 Требования к исследованию (пространственное
разрешение, контрастная чувствительность, толщина среза,
время),
8.1.2.4 Анализ изображения - Методы анализа цифрового изображения, используемые для манипулирования,
изменения или количественного определения изображения
в целях КТ-исследования, необходимо задокументировать.
В документацию необходимо включить следующее:
9.1.3 Работа системы (управление системой, безопасность, функции калибровки, процедура сканирования),
9.1.4 Взаимодействие с программным потоком (например, одновременный сбор и просмотр данных, автоматическая последовательность сбора данных, архивирование,
автоматическое распознавание аномалий, вывод данных
для статистического управления процессом), и
8.1.2.5 Критерии приемки-отклонения (отбраковки) Перечень критериев приемки/отклонения (отбраковки).
8.1.2.6 Оценка производительности - Перечень квалификационных испытаний и интервалов их проведения (см.
10.2).
9.1.5 Обращение с деталями (логистика для загрузки и
выгрузки испытуемого объекта, а также конструкция и
использование крепления.
8.1.3 Требования к архивированию изображений - Перечень требований к сохранению хронологических записей
результатов исследования. Перечень может включать
изображения обследования вместе с письменной или записанной в электронном виде буквенно-цифровой или звуковой описательной информацией или и тем, и другим, достаточной для последующей повторной оценки или повторного выполнения КТ-исследования. В перечне необходимо указать типы данных (т.е. необработанные данные,
данные изображения, 16-битные, 8-битные, специально
обработанные изображения и т. д.) вместе с используемым
форматом или носителем. Формат сжатия данных, если
применимо, также необходимо указать.
9.2 Настройка источника - Рекомендуется соблюдать
осторожность в отношении методов, разработанных для
проекционной рентгенографии. За исключением крайне
высоких энергий, различия в массовой аттенюации между
материалами (контрасты сигналов) имеют склонность к
снижению по мере увеличения средней энергии рентгеновского излучения; тогда как производство рентгеновского
излучения и проницаемость (уровни сигнала) имеют
склонность к увеличению при тех же условиях. Следовательно, оптимальная энергия источника для данной детали
определяется не минимально возможной энергией рентгеновского излучения, обеспечивающей достаточное проникновение, а скорее энергией рентгеновского излучения,
обеспечивающей максимальное отношение сигнал/шум
(SNR). Когда деталь состоит из одного материала или нескольких материалов с явным различием в физической
плотности, наилучшее отношение сигнал/шум может быть
получено при высокой энергии источника. В таких случаях
уменьшение шума изображения при более высоких энергиях более важно, чем увеличение контраста при более
низких энергиях. Когда химически разные компоненты
имеют одинаковую или близкую физическую плотность,
наилучшее различение материалов может быть получено
при низкой энергии источника. В таких случаях повышенный контраст при более низких энергиях важнее, чем снижение шума изображения при более высоких энергиях.
8.1.4 Данные протокола исследования - Протокол исследования должен содержать достаточную информацию
для повторной оценки или дублирования (повторного проведения) КТ-исследования. Данные протокола исследования должны быть записаны одновременно с изображением
КТ и могут быть представлены в письменной или голосовой форме, с как минимум следующими минимальными
данными:
8.1.4.1 Обозначение системы КТ, дата исследования,
идентификационные данные оператора, очередь или рабочая смена, а также другие актуальные данные по исследованию и данные о заказчике.
8.1.4.2 Конкретные данные объекта испытаний, такие
как номер детали, партия, серийный номер и т. д. (если
применимо).
9.2.1 Если не будут приняты соответствующие меры
для уменьшения воздействия рассеянного излучения, это
приведет к снижению контраста всего изображения или его
частей, и приведет к появлению артефактов усиления
жесткости луча. Рассеянное излучение является наиболее
серьезным для материалов и толщин с высоким поглощением рентгеновских лучей, поскольку рассеяние является
более значительным по сравнению с первичным излучением, формирующим изображение, которое достигает детектора, проходя через образец.
8.1.4.3 Ориентация испытуемого объекта и информация
об участке (т.е. высота сканирования, толщина среза и т.
д.) относительно системных координат или в соответствии
с уникальными характеристиками испытуемого объекта.
Плоскости срезов могут быть обозначены по отношению к
предварительной радиограмме, и
8.1.4.4 Мониторинг производительности системы посредством записи результатов предписанных тестов для
мониторинга производительности системы КТ, как указано
в разделе 10, в начале и в конце серии КТ-исследований,
без превышения интервала, указанного в 8.1.2.6 для мониторинга производительности системы.
9.2.2 Коллимация источника может ограничить поперечное сечение рентгеновского луча так, чтобы он покрывал только ту область исследуемого объекта, которая представляет интерес для исследования. Это снижает дозу об-
9. Настройка и оптимизация системы КТ
5
E1570-11
лучения объекта и количество создаваемого рассеянного
излучения.
ния/подсчета, разрешенное для каждого отдельного измерения, (3) размер апертуры разрешения детектора (одиночный детектор или линейная решетка детекторов), (4) размер апертуры толщины среза детектора (линейная решетка
детекторов), (5) расстояние от источника до детектора и (6)
степень используемой фильтрации. См. Руководство E1441
для более подробного обсуждения взаимодействий между
этими различными переменными.
9.2.3 Источник излучения часто содержит рентгеновские лучи различной энергии. Использование фильтрации
источника предпочтительно удаляет низкоэнергетическое
содержание рентгеновского спектра. Однако фильтрация
уменьшает общее количество фотонов, что снижает количество доступного сигнала и может увеличить шум в изображении. Очевидно, что требуется компромисс, и некоторая фильтрация, как правило, оказывается полезной. Степень фильтрации зависит от спектра источника, а также от
характера и размера испытуемого объекта. Фильтрация
может быть установлена рядом с источником или детектором. Фильтры обычно используются для борьбы с артефактами усиления жесткости луча (см. 9.5.1). Воздействие
рассеянного излучения может быть устранено посредством
фильтрации, уменьшив количество легко рассеиваемых
низкоэнергетических фотонов. Фильтрация, используемая
для уменьшения рассеянного излучения, обычно более
эффективна при размещении средств фильтрации перед
детектором, а не у источника.
9.4.1 Контрастная чувствительность также является
функцией энергии фотонов, составляющих рентгеновский
пучок. Для фиксированного числа рентгеновских фотонов,
падающих на объект с однородным составом, контрастная
чувствительность, как правило, была бы наилучшей, если
бы они имели энергию, которая обычно обеспечивает пропускание 13% (т.е. где типовое произведение толщины и
линейного коэффициента затухания равно двум). Это значение является результатом баланса между меньшей относительной контрастностью при более высоком пропускании и большим количеством шума при более низком пропускании. Этот точный результат зависит от заявленных
ограничений (фиксированное число фотонов, однородный
состав объекта, умеренный динамический диапазон) и не
должен слепо применяться к другим ситуациям.
9.3 Пространственное разрешение - Пространственное
разрешение КТ-системы зависит от размера фокального
пятна источника, ширины апертур детектора (линейных
детекторных решеток) и расстояний вращения от источника до детектора и от источника до центра. Во многих компьютерных томографах предусмотрена возможность регулировки пространственного разрешения, предоставляя
пользователю некоторую степень контроля над некоторыми или всеми этими параметрами. См. Руководство E1441
для более подробного обсуждения взаимодействий между
этими различными переменными. Механическая точность
подсистемы позиционирования также может ограничивать
пространственное разрешение, но поставщик услуг компьютерной томографии обычно не контролирует этот аспект работы системы.
9.4.1.1 Оптимальное ускоряющее напряжение для контрастной чувствительности КТ для КТ-изображений, полученных с помощью генераторов рентгеновского излучения,
не является простым расчетом. Поскольку данный ток в
генераторе рентгеновского излучения при напряжении
производит больше фотонов при всех энергиях (вплоть до
энергии конечной точки), чем тот же ток при более низком
напряжении, существует потенциал для лучших результатов при максимально возможном напряжении. Реализуется
ли этот потенциал в конкретном случае, зависит от того,
будут ли преимущества более высокой эффективности
производства фотонов преодолены более низким током,
обычно требуемым для соблюдения пределов мощности
для данного размера пятна, или эффектами насыщения в
системе обнаружения. Сообщалось о разных результатах
для разных систем и исследовательских задач; пользователям следует полагаться на испытания, если необходимо
определить оптимальное напряжение для конкретного исследования. Из-за существенных различий в характеристиках обнаружения опыт пленочной рентгенографии не следует использовать для прогнозирования оптимальных
настроек для КТ-исследований.
9.3.1 Позиционирование испытуемого объекта может
повлиять на пространственное разрешение. Из-за увеличенных размеров пятна источника и активных элементов
детектирования эффективная ширина измерительного луча
изменяется на его пути от источника к детектору. Это отражается в изменении пространственного разрешения в
зависимости от положения объекта на изображениях, вычисленных на основе измерений с такими лучами. Простейшая аппроксимация к минимальной эффективной ширине луча для размера пятна источника S и размера активной апертуры детектора A, разделенных расстоянием L,
приблизительно равна AS/(A + S) и происходит в точке
LS/(A + S) от источника.
9.5 Артефакты изображения - Содержание артефактов является одним из наиболее сложных аспектов качества изображения для контроля или количественной оценки. Артефакты могут рассматриваться как коррелированный шум, потому что они образуют фиксированные структуры в данных условиях и часто являются ограничивающим фактором качества изображения. Наилучшее смягчение их последствий состоит в устранении или уменьшении
причины, которая их вызывает, что во многих случаях может оказаться невыполнимым или практически неосуществимым. В некоторых случаях возможно уменьшение
количества артефактов за счет применения специализированного программного обеспечения. См. Руководство
E1441 для более подробного обсуждения (см. также 10.7).
Использование специальных процедур или программного
обеспечения, или того и другого, для проверки наличия
(или отсутствия) артефактов или уменьшения воздействия
артефактов на задачу КТ должно быть четко указано.
ПРИМЕЧАНИЕ 1 - Если источник и апертура существенно различаются
по размерам, этот минимум расположен близко к меньшему; это относится
к микрофокусному источнику и детекторным системам с высоким разрешением. Оптимальное пространственное разрешение обычно может быть
получено, если поместить объект как можно ближе к этому положению, но
для разных задач и размеров объектов проверка выполняется экспериментально.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 - Лучшее размещение для пространственного разрешения может быть неоптимальным для эффективного использования детекторов или исходя из других соображений, таких как чувствительность к рассеянию.
9.4 Контрастная чувствительность - Контрастная
чувствительность зависит от шума в изображении и в значительной степени зависит от общего количества обнаруженных фотонов. В большинстве систем КТ возможна
регулировка контрастной чувствительности, позволяя в
некоторой степени контролировать параметры, влияющие
на количество регистрируемых фотонов. При данной энергии наиболее важными факторами являются следующие:
(1) интенсивность источника, (2) время интегрирова-
9.5.1 Артефакты усиления жесткости луча (аномально
уменьшающееся затухание по направлению к центру однородного объекта) чаще всего встречаются в системах, в
которых используются полихроматические источники
6
E1570-11
рентгеновского излучения. Математическая коррекция на
некотором этапе реконструктивного процесса может быть
крайне эффективной, и во многих системах допускается
возможность применения такой коррекции. Разработано
множество различных подходов, и в некоторых системах
предлагается выбор вариантов. Если используется коррекция жесткости луча, особенности используемого метода
должны быть тщательно задокументированы, чтобы обеспечить возможность их дублирования. Усиление жесткости луча также может быть уменьшено за счет перехода к
более высоким энергиям источника или фильтрации низкоэнергетического содержания падающего излучения, или
того и другого.
9.7 Размер матрицы реконструкции - Размер матрицы
реконструкции определяет количество изображений и выборок данных в каждом виде, которые должны быть получены. Чем выше разрешение, тем меньше размер пикселя и
больше пиксельная матрица для данной области интереса
на испытуемом объекте. Размер матрицы реконструкции
влияет на количество сканирований и продолжительность
времени, необходимого для исследования объекта.
9.8 Толщина среза - Более толстые срезы обеспечивают
лучшее отношение сигнал/шум, если другие параметры
сканирования остаются без изменений. В качестве альтернативы возможно более быстрое сканирование без ущерба
для SNR за счет получения срезов более высокой толщины.
Более толстые срезы, увеличивая контрастную чувствительность к элементам, проходящим через срез, снижают
чувствительность к дефектам, которые не проходят через
срез.
9.5.1.1 Краткая лабораторная процедура проверки
наличия артефакта усиления жесткости луча выглядит
следующим образом: Если подозревается высокая кажущаяся плотность вблизи поверхности испытуемого объекта,
поместить второй объект рядом с первым и повторить сканирование. Часть первого объекта теперь находится внутри
"парного объекта". Если кажущаяся плотность подозрительной поверхности не уменьшается, измеренная высокая
плотность является реальной. И наоборот, если она
уменьшится, на первое измерение плотности мог повлиять
артефакт усиления жесткости луча.
9.8.1 Для линейных систем обнаружения толщина среза
задается рентгеновской оптикой системы. Это функция от
положения объекта (увеличение геометрии сканирования)
и эффективных размеров (по нормали к плоскости сканирования) фокального пятна источника и приемной апертуры детектора. Эффективный размер фокального пятна
определяется его физическим размером и коллимацией со
стороны источника. Максимальная толщина достигается
при максимальном эффективном размере фокального пятна и максимальной эффективной приемной апертурой.
Минимальная толщина достигается при минимально допустимом размере фокального пятна и минимально допустимом эффективном угле приема.
9.5.2 Как правило, краевой артефакт проявляется как
полоса, возникающая из-за длинного прямого края. Это
вызвано неспособностью системы компьютерной томографии правильным образом обрабатывать внезапные изменения уровня сигнала, возникающие на высококонтрастных
границах. Такие полосы могут быть уменьшены с помощью любого метода, который смягчает скорость изменения
на нарушающей границе или может исправить необработанные данные, чтобы компенсировать неточности измерения. Способы снижения контраста включают погружение сканируемого объекта во вторую среду, например воду
или песок, и увеличение энергии источника. Способы,
включающие использование специального программного
обеспечения, обычно включают в себя использование
предварительных знаний о детали и применение нелинейной коррекции к данным. Если используются методы подавления краевых артефактов, особенности используемого
метода должны быть тщательно задокументированы, чтобы обеспечить возможность дублирования.
9.8.2 Для систем с площадным детектором толщина
среза определяется программным обеспечением. Толщина
среза может быть определена до реконструкции изображения посредством усреднения соседних рядов детекторов (в
произвольной ориентации) или после реконструкции изображения посредством усреднения соседних плоскостей
среза.
9.9 Работа с системой - Все функции управления, а
также интерфейс к удаленной рабочей станции данных
контролируются с пульта оператора. На этом этапе контролируются логика блокировки, процедуры калибровки,
аварийное отключение и другие операции, связанные с
безопасностью. Письменные процедуры, предназначенные
для предоставления инструкций по безопасной эксплуатации системы КТ, должны находиться на пульте оператора
и выполняться операторами системы или использоваться
для обучения новых операторов. При этом необходимо
затронуть следующие темы:
9.6 Скорость процесса исследования - Для заданных
требований к пространственному разрешению и контрастной чувствительности должен существовать источник,
способный излучать необходимое количество фотонов в
единицу времени. Поскольку количество и конфигурация
детекторов обычно фиксированы, может оказаться невозможным одновременно удовлетворить требования по разрешению, контрасту и пропускной способности с помощью имеющегося оборудования.
9.9.1 Техника безопасности - Определить все опасности и процедуры безопасной эксплуатации, включая следующее:
9.9.1.1 Федеральные правила,
9.6.1 Примеры настройки системы КТ с линейной решеткой для обеспечения подходящих сигналов на детекторе для реконструкции и оптимизации скорости процесса
исследования включают в себя следующее: (1) предоставление большего времени для каждого отдельного измерения, с увеличением общей продолжительности исследования, (2) открытие апертурных пластин толщины среза,
которые обеспечат лучшую сигнальную или контрастную
чувствительность при одновременном снижении чувствительности к дефектам, которые не проходят через плоскость среза, (3) открытие апертурных пластин разрешения,
что также обеспечит лучший сигнал, но снизит пространственное разрешение исследования, или (4) сочетание этих
регулировок для удовлетворения общих потребностей исследования.
9.9.1.2 Государственные/местные правила,
9.9.1.3 Ограждение участка,
9.9.1.4 Контроль персонала,
9.9.1.5 Блокировка позиционирующего стола, и
9.9.1.6 Эвакуация с участка.
9.9.2 Штатная процедура включения питания системы
(если применимо).
9.9.3 Процедура прогрева рентгеновской трубки.
9.9.4 Транспортировка и погрузка объектов исследования.
9.9.5 Процедуры калибровки:
7
E1570-11
9.9.5.1 Электронная калибровка,
точно частые интервалы времени, которые могут быть
согласованы между поставщиком и пользователем услуг
КТ, чтобы свести к минимуму возможность изменения
характеристик, зависящих от времени.
9.9.5.2 Механическая калибровка, и
9.9.5.3 Прочее, если применимо.
9.9.6 Процедура сканирования - Перед сканированием
возможно использование цифровой радиоскопии (предварительная рентгенограмма) для количественного определения высоты испытуемого объекта и визуальной оценки
качества радиоскопического изображения. При визуализации объекта в первый раз часто возникает необходимость
повторного сканирования в нескольких различных конфигурациях системы. Оператор аппарата должен владеть следующими навыками:
10.3 Размещение смоделированного тестового объекта или тестового фантома - Смоделированный тестовый
объект или тестовый фантом следует размещать для исследования в том же положении, что и фактический испытуемый объект, чтобы гарантировать, что тонкие эффекты,
такие как рассеяние, связанное с объектом, и артефакты,
вызванные краями, обнаруживаются максимально реалистично.
10.4 Методы компьютерной томографии - Параметры
компьютерной томографии (энергия пучка излучения, интенсивность, размер пятна источника (или размер изотопа),
параметры отображения, параметры обработки изображений, план манипуляционного сканирования, скорость сканирования и другие системные переменные), используемые для измерения производительности, должны быть
полностью аналогичными испытательному объекту.
9.9.6.1 Редактирование протокола сканирования,
9.9.6.2 Ведение записей, и
9.9.6.3 Измерение производительности.
9.9.7 Процедура завершения работы.
9.9.8 Техническое обслуживание системы:
9.9.8.1 Охлаждающие жидкости,
10.5 Обнаружение или измерение с помощью смоделированного тестового объекта или тестового фантома Тестовый фантом может быть реальным испытуемым объектом с известными характеристиками, представляющими
диапазон обнаруживаемых функций, или может быть изготовлен для имитации подходящего диапазона репрезентативных функций. В качестве альтернативы тестовый фантом может быть единственным в своем роде или одним из
немногочисленных в своем роде эталонным объектом с
известными характеристиками, которые были проверены
независимо друг от друга.
9.9.8.2 Смазочные материалы,
9.9.8.3 Рентгеновская система,
9.9.8.4 Стол для позиционирования,
9.9.8.5 Компьютерная система и
9.9.8.6 Прочее, если применимо.
9.10 Взаимодействие с программным потоком - Полная процедура исследования может включать в себя одновременный сбор и просмотр данных, автоматическую последовательность сбора данных, архивирование, автоматическое распознавание аномалий или вывод данных для
статистического контроля процесса. Эти факторы могут
оказать воздействие на программное обеспечение, предназначенное для отслеживания изображений, параметров,
записываемых вместе с изображением, алгоритмов сжатия
данных и т. д. Требования к интерфейсу производственного объекта для других операций необходимо установить
заранее.
ТАБЛИЦА 1 Категории тестовых фантомов
Тип фантома
Разрешение
Обнаруживаемые детали
Отверстия
Квадраты
Пары линий (или сетки)
Края (для расчета MTF)
Контраст
Отношение сигнал/шум в однородном
материале
Небольшое изменение плотности
Различные твердые вещества
Жидкости с различными контрастными веществами
Толщина среза
Пирамиды
Конусы
Столбчатый ряд из сфер
Наклонные листы
Спиральные прорези
Геометрическая точность Полые цилиндры
Матрица калиброванных отверстий
Смоделированный тестовый объект
Артефакты
Испытательный объект однородной
плотности
10. Измерение производительности
10.1 Первоначально параметры производительности
системы КТ должны быть определены и регулярно контролироваться для обеспечения стабильных результатов.
Наилучшие показатели общей производительности системы КТ могут быть получены при работе системы с использованием испытуемого объекта в реальных условиях эксплуатации. Измерения производительности включают использование смоделированного испытуемого объекта
(также известного как фантом), содержащего фактические
или смоделированные характеристики, которые должны
надежно обнаруживаться или измеряться. Тестовый фантом может быть спроектирован так, чтобы обеспечить
надежную индикацию возможностей системы КТ. Категории тестовых фантомов, используемые в настоящее время
в КТ, и смоделированные объекты, подлежащие отображению, могут классифицироваться в соответствии с таблицей
1. Методы измерения производительности являются предметом соглашения между покупателем и поставщиком
услуг КТ.
Тестовые фантомы, содержащие известные естественные детали (внутренние дефекты, вариации плотности или
пространственные неровности), полезны для решения одной задачи, но не являются универсальными. Если требуется стандартизация двух или более систем КТ, то возможно использование изготовленной копии тестового фантома.
Тестовые фантомы должны максимально приближаться к
испытуемому объекту, изготавливаться из того же материала с аналогичными размерами и характеристиками в интересующей области КТ. Если КТ-исследование должно
проводиться на предмет несовершенств, изготовленные
тестовые фантомы должны изготавливаться с деталями, по
крайней мере, такими же мелкими, как детали, которые
10.2 Интервалы измерения производительности и методы измерения производительности системы должны
быть стандартизированы таким образом, чтобы испытания
по измерению производительности могли легко воспроизводиться через указанные интервалы времени. Производительность системы КТ должна оцениваться через доста-
8
E1570-11
должны надежно обнаруживаться в исследуемых объектах,
в местах, где они, как ожидается, должны появиться в испытуемом объекте. Если детали являются внутренними по
отношению к испытуемому объекту, допускается изготовление тестовых фантомов в виде секций. В конечном итоге, способность данной системы компьютерной томографии отображать структурные детали на уровне, определяемом в соответствии с областью применения для контроля,
может быть окончательно и визуально подтверждена только посредством сканирования репрезентативной детали,
которая содержит элементы или дефекты, или и то, и другое, требуемого размера, и их содержание в такой детали
заранее известно.
репрезентативную выборку периферии поля зрения, для
выполнения одного измерения. На рис. 1 показан один из
приемлемых способов получения MTF из изображения
простого цилиндра. Использование цилиндра (рис. 1-a)
предпочтительнее, поскольку после определения его "центра масс" профили, перпендикулярные краю цилиндра,
могут быть легко извлечены. Многие неперекрывающиеся
профили могут быть вычислены, выровнены, объединены
и сглажены для уменьшения системного шума и шум квантования в функции передачи края (ERF) (рис. 1-b). LSF
оценивается посредством взятия дискретной производной
ERF (рис. 1-c); и его дискретное преобразование Фурье
(ПФ) используется для получения MTF (рис. 1-d). Следует
обратить внимание, что по соглашению высота MTF нормируется до единицы и отображается в пространственночастотных единицах пар линий на миллиметр (пл/мм). Измерители пар линий могут использоваться для непосредственного подтверждения MTF в дискретных точках.
10.5.1 Тестовый фантом, изготовленный в виде простого цилиндра, из того же материала, что и испытуемый объект, рекомендуется использовать для измерений пространственного разрешения и соотношения сигнал-шум в соответствии с 10.6. Размер цилиндра должен отражать характеристическое затухание исследуемого объекта. Цилиндр,
изготовленный из более плотного материала, чем испытуемый объект, может быть намного меньше, чем диаметр
реконструкции, и обладает преимуществом, поскольку
обеспечивает измерение модуляционной передаточной
функции (MTF) в зависимости от положения. Однако, если
он слишком мал для измерения SNR, может потребоваться
отдельный тестовый фантом для получения репрезентативных результатов. Цилиндр такой же или сравнимой
плотности, как у испытуемого объекта, может быть изготовлен по размеру, сравнимому с диаметром реконструкции, и обладает преимуществом, поскольку служит для
выполнения двойной функции при измерениях MTF и
SNR. Однако это также ограничивает объем информации,
которая может быть получена о вариациях MTF в рамках
КТ-реконструкции. Диаметр цилиндра не может превышать диаметр реконструкции.
10.6.2 Отношение сигнал/шум - Отношение сигнал/шум (SNR) может быть охарактеризовано посредством
выбора области на реконструированном изображении, не
содержащей деталей, и определения среднего значения и
стандартного отклонения для всех чисел КТ в этой области. Отображаемый тестовый фантом или испытуемый
объект, расположение объекта в пределах диаметра реконструкции, расположение среза, расположение области и
размер области являются предметом соглашения. Отношение среднего отклонения к стандартному отклонению используется в качестве измерения SNR. Если для измерения
SNR используется тестовый фантом, а не испытательный
объект, который необходимо оценить, рекомендуется использовать цилиндр, аппроксимирующий затухание детали. Область реконструированного изображения, выбранная
для измерения SNR, должна представлять собой однородную область внутри испытуемого объекта или тестового
фантома, содержащую достаточное количество (>100) пикселей. Шум в реконструированном изображении зависит от
положения, особенно рядом с краями объекта. Не следует
использовать крайне большие площади, и следует проявлять осторожность при выборе местоположения, чтобы
позиционные вариации SNR не маскировали вариации,
отражающие реальные изменения чувствительности.
10.6 Количественное измерение производительности
КТ-системы - Степень, в которой КТ-изображение воспроизводит объект, во многом определяется конкурирующими влияниями пространственного разрешения, статистического шума и артефактов (см. 10.7) в системе визуализации. Каждый из этих аспектов кратко обсуждается
далее. Более полное обсуждение см. в Руководстве E1441
или Методе испытаний E1695. Количественные измерения
производительности должны выполняться с использованием параметров системы и размещения образцов, указанных
в 10.3 и 10.4.
10.6.3 Контрастная чувствительность - Контрастная
чувствительность (или контрастное различение) относится
к способности обнаруживать наличие или отсутствие деталей на изображении и количественно определяется как
минимальный контраст, необходимый для обнаружения
компактной однородной детали заданного размера на однородном фоне изображения. Наилучшим образом она
характеризуется на КТ-изображении посредством измерения статистического шума на изображении однородного
цилиндра и расчета порога обнаружения в зависимости от
размера детали на основе математической модели. Размер
и материал испытательного цилиндра, который используется для измерения шума, являются предметом соглашения
между поставщиком и пользователем услуг КТ, но ослабление рентгеновского излучения цилиндра должно быть
приблизительно равно ослаблению предмета контроля для
получения актуального расчета. Поскольку контрастная
чувствительность подразумевает принятие решений о статистической значимости присутствия или отсутствия детали, необходимо предоставить показатели по ложноположительным и ложноотрицательным результатам (см. Руководство E1441).
10.6.1 Пространственное разрешение - Пространственное разрешение характеризует способность системы
КТ отображать мелкие структурные детали. Это наилучшим образом количественно определяется измерением
функции линейного распределения (LSF) системы или, что
то же самое, модуляционной передаточной функцией
(MTF), т.е. представлением LSF в частотном пространстве.
Рекомендуемый метод заключается в определении MTF
посредством вычисления амплитуды преобразования
Фурье LSF. LSF получают посредством вычисления производной профиля края цилиндрического тестового фантома
(см. 10.5.1). Размер используемого цилиндра или метод
расчета является предметом соглашения между поставщиком и покупателем услуг КТ. Если пространственное разрешение значительно различается по полю зрения, рекомендуется использовать небольшой цилиндр для проведения нескольких измерений в ряде регулярно расположенных точек вблизи периферии и в одной или нескольких
точках вблизи центра. Если пространственное разрешение
достаточно однородно, рекомендуется использовать цилиндр достаточно большого размера, чтобы обеспечить
9
E1570-11
достаточно независимых данных для создания точного
совокупного распределения или гистограммы процесса
выборки. Опыт показал, что если радиус области, по которой снимаются данные, меньше одной трети радиуса цилиндра, другие воздействия, влияющие на статистический
характер шума, станут пренебрежимо малыми, обеспечивая более, чем достаточную площадь для получения требуемого измерения. После получения гистограммы обычным
способом вычисляется стандартное отклонение распределения. Результат называется ошибкой среднего, потому что
он представляет собой неопределенность, связанную с
измерением среднего значения КТ по определенной области. Как правило, весь процесс систематически реализуется для областей интереса разного размера, от площади
всего в один пиксель до площади в 100 пикселей и более.
Следует обратить внимание, что для особого случая, когда
указанная область представляет собой только один пиксель, стандартная ошибка в среднем равна более известному стандартному отклонению, используемому для вычисления SNR. Нижний индекс m используется для того, чтобы отличить ошибку среднего значения от стандартного
отклонения, поскольку для обоих из них используется
один и тот же символ σ. Контрастная чувствительность КТ
может быть рассчитана следующим образом:
Цилиндр для изображения
Профили края
Функция передачи края
(EFR)
НОМЕР ПИКСЕЛЯ
Функция рассеяния линии
(LSF)
(1)
где:
Δμ(%) = контраст между деталью и фоном в процентах,
НОМЕР ПИКСЕЛЯ
(2)
σm(%) = стандартная ошибка среднего значения в процентах,
(3)
p = контраст между фоном и порогом принятия решения в единицах σm,
(4)
q = контраст между деталью и порогом принятия решения в единицах σm,
пл/мм
(a) Иллюстрация одномерных профилей через центр цилиндра, получаемого
на изображении.
(b) Результат выравнивания и усреднения множества профилей краев,
функция передачи края, ERF.
(c) Системная функция рассеяния линии, LSF, полученная посредством
дифференцирования ERF.
(d) Системная функция модуляции-передачи, MTF, полученная дискретным
преобразованием Фурье LSF для двух различных настроек апертуры разрешения. Меньшая апертура обеспечивает чуть лучшую модуляцию на более
высоких частотах.
(5)
μb = измеренное среднее значение фона,
μf = измеренное среднее значение детали, и
µc = выбранное значение порога принятия решения.
10.6.4 Кривые контраст-детализация-доза (CDD) График зависимости контраста, необходимого для вероятного различения пар деталей, в зависимости от их размера
(диаметра) в пикселях называется кривой контрастдетализация-доза (CDD). Кривая CDD как показатель качества изображения сочетает в себе элементы как пространственного разрешения, так и контрастной чувствительности. График CDD может использоваться для оценки способности обнаружения предложенной настройки системы
КТ пары деталей заданного размера и состава. Подробное
описание графика CDD см. в Руководстве E1441 (см. 10.5).
Следует признать, что минимальный контраст, при котором пара деталей может быть различима на фоне шума,
должен увеличиваться прямо пропорционально степени, в
которой потеря пространственного разрешения ухудшает
модуляцию между деталями. Важным аспектом производительности системы КТ является разрешающая способ-
РИС. 1 Иллюстрация процедуры получения MTF из КТизображения небольшого цилиндра.
Используемые значения также являются предметом соглашения. Плотномеры, состоящие из малоконтрастных
стержней разного диаметра, могут использоваться для
прямого подтверждения зависимости контрастной чувствительности от размера.
10.6.3.1 Шум изображения в центре однородного цилиндра из материала характеризуется измерением стандартной ошибки среднего значения σm для различных областей интереса. Процесс определения σm начинается с
выбора курсора известного размера и измерения среднего
значения чисел КТ в его пределах. Затем курсор перемещается в соседнее неперекрывающееся место, и измерение
повторяется. Эта процедура продолжается до получения
10
E1570-11
ность по отношению к более крупным и низкоконтрастным
элементам в присутствии шума. Наблюдаемая повышенная
производительность не имеет классического аналога и
является уникальной для КТ.
чия в этих артефактах и то, как они повлияют на достоверность КТ-исследования. Например, на измерения абсолютной плотности в значительной степени повлияют артефакты некомпенсированного усиления жесткости пучка, но
тот же артефакт, вероятно, не повлияет на возможность
обнаружения радиальных трещин.
10.6.4.1
Для
определения
кривой
контрастадетализации-дозы, ошибка среднего значения (σm) делится
на MTF (определяемую при той же конфигурации сканера),
а затем строится в зависимости от размера детали (рис. 2).
При использовании однородного цилиндра MTF может
быть получена из анализа профилей краев, как описано в
10.6.1.
Контраст (%)
Кривая контрастдетализация
10.6.4.2 Для прогнозирования на основе кривой CDD,
будет ли разрешена пара деталей заданного диаметра D и
контраста (при заданной энергии источника), отложить
точку, ордината которой представляет собой процентный
контраст, а абсцисса которой представляет собой размер
детали для обнаружения (диаметр D) в пикселях (рис. 2).
Во многих источниках линейные коэффициенты затухания
указаны как функции энергии источника.
Δμ (%) расч = 100% x
Линейное затухание Линейное затухание
Размер (в пикселях)
(Коэффициент детали - коэффициент фона)
РИС. 2 Кривая контраста-детализации-дозы (CDD) для шестидюймового и восьмидюймового алюминиевого диска
Линейное затухание
Коэффициент фона
ПРИМЕЧАНИЕ 3 - При ссылке на опубликованные данные обязательно
использовать "эффективную" энергию используемого излучения. Если она
неизвестна, то в качестве общего эмпирического правила используется 1/3
ускоряющего потенциала при слабом затухании на испытуемом объекте,
или 2/3 при сильном затухании.
10.8 Важность соответствующих условий окружающей среды - Условия окружающей среды, способствующие
комфорту и концентрации человека, будут способствовать
эффективности и надежности исследования и должны учитываться при работе систем КТ с ручной оценкой. В
надлежащей среде, в которой выполняется обследование,
должны учитываться факторы температуры, влажности,
запыленности, освещения, доступа и уровня шума. Надлежащее снижение интенсивности освещения чрезвычайно
важно для обеспечения высококонтрастного просмотра
КТ-изображений без бликов.
Если эта точка находится далеко справа от линии, она,
вероятно, будет обнаружена в соответствии с заданной
пользователем статистикой. Если она находится слева, то
она не будет обнаружена. Следует подчеркнуть, что этот
метод предназначен для простой индикации возможностей
системы и не учитывает такие сложности, как наличие
артефактов КТ.
10.7 Артефакты - Артефакт представляет собой воспроизводимую характеристику изображения, которая не
соответствует физической характеристике объекта испытаний. Во всех системах визуализации, будь то компьютерная томография или другие, существуют артефакты. В
изображениях КТ некоторые артефакты присущи физике и
математике используемой технологии, и их устранение
невозможно. Другие возникают из-за аппаратных или программных недостатков конструкции и могут быть устранены посредством совершенствования системы. Примеры
артефактов последнего типа включают рассеянное излучение и электронный шум. Примеры артефактов первого
типа включают краевые полосы и эффекты частичного
объема. Некоторые артефакты, такие как артефакты усиления жесткости луча, могут быть комбинацией обоих типов.
11. Интерпретация
приемлемости
КТ-исследования
и
критерии
11.1 Интерпретация - Интерпретация может выполняться либо оператором в среде ручной оценки КТ, либо с
помощью компьютера и соответствующего программного
обеспечения в случае автоматизированной системы КТ.
Также может использоваться гибридная среда, в которой
компьютер и программное обеспечение представляют оператору рекомендуемую интерпретацию, которая в дальнейшем будет зависеть от окончательного решения оператора.
11.2 Оператор - Поставщик и покупатель должны
прийти к соглашению относительно квалификации оператора, включая периоды работы и отдыха. Поставщик услуг
компьютерной томографии может использовать рекомендованную практику ASNT SNT-TC-1A или MIL-STD-410,
рекомендации формального аудиторного обучения с экзаменами на квалификацию, достаточность остроты зрения
оператора, а также критерии опыта работы в качестве модели для будущих программ сертификации.
10.7.1 Артефакты, возникающие на границах между
материалами разной плотности, менее заметны. На такой
границе плотности в профиле плотности часто наблюдается завышение или занижение. Профиль плотности поверхности раздела должен быть хорошо охарактеризован, чтобы расслоения или разделения не были скрыты. Если профиль границы раздела плохо охарактеризован, это приведет к ложноположительным показаниям дефектов или, что
еще хуже, к ситуациям, когда дефекты останутся незамеченными.
11.3 Критерии приемки/отклонения (отбраковки) Критерии приемки/отклонения (отбраковки) должны быть
указаны в соглашении между покупателем и поставщиком
услуг КТ.
10.7.2 Типы и степень артефактов являются двумя факторами, которые отличают одну систему КТ от другой с
идентичными характеристиками. Покупатель и поставщик
услуг компьютерной томографии должны понимать разли-
12. Записи,
материала
11
отчеты
и
идентификация
принятого
E1570-11
12.1 Записи и отчеты должны быть указаны по соглашению между покупателем и поставщиком. Если существует требование архивирования записей исследования,
см. 8.1.3 для определения необходимой информации, которая должна быть включена в состав архивируемой записи
об исследовании.
14.1 артефакт; усиление жесткости луча; компьютерная
томография; контраст; кривые контраста-детализациидозы; контрастная чувствительность; хранилище данных;
денситометрические изображения; система обнаружения;
функция передачи края; поле зрения; гамма-луч; анализ
изображения; отображение изображения; реконструкция
изображения; пар линий/миллиметр; функция рассеяния
линии; линейное затухание; система манипулирования;
модульная передаточная функция; шум; пиксель; диаметр
реконструкции; матрица реконструкции; отношение сигнал-шум; толщина плоскости среза; пространственное разрешение; конфигурация системы; испытуемый объект;
тестовый фантом; воксель; рентген
13. Условия безопасности
13.1 Процедуры КТ должны выполняться в защищенных условиях, чтобы персонал не подвергался воздействию доз облучения, превышающих дозы, разрешенные
компанией, городом, штатом или национальным законодательством.
14. Ключевые слова
12
E1570-11
ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ
Комитет E07 определил местоположение отдельных изменений в данном стандарте с момента последнего выпуска (E157000(2005)ɛ1), которые могут повлиять на использование данного стандарта. (1 июля 2011 г.)
(1) Заменена ссылка в 2.2.
ваемого в Руководстве E1441, которая не подходит для
данной методики.
(2) Добавлен п. 7.4.3 с описанием систем манипулирования объемной КТ.
(4) Заменено слово "следует" на "должен" в подразделах 8.1.3, 10.2, 10.5.1, 10.6 и 10.6.2.
(3) Удалена информация о прецизионности и погрешности для метода компьютерной томографии, рассматри-
ASTM International не занимает никакой позиции в отношении действительности любых патентных прав, заявленных в связи
с любым элементом, упомянутым в этом стандарте. Пользователи настоящего стандарта прямо уведомляются о том, что
определение действительности любых таких патентных прав и риск нарушения таких прав полностью являются их собственными обязанностями.
Настоящий стандарт может быть пересмотрен в любое время ответственным техническим комитетом и должен пересматриваться каждые пять лет. Если стандарт не пересматривается, то он должен либо повторно утверждаться, либо
отзываться. Ваши комментарии приветствуются для пересмотра настоящего стандарта либо для дополнительных стандартов, Комментарии следует направлять в штаб-квартиру ASTM International. Ваши комментарии будут внимательно рассмотрены на заседании ответственного технического комитета, на котором вы можете присутствовать лично. Если вы
считаете, что ваши комментарии не получили справедливого рассмотрения, сообщите о своем мнении Комитету по стандартам ASTM по адресу, указанному ниже.
Авторские права на настоящий стандарт принадлежат ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West
Conshohocken, PA 19428-2959, США. Отдельные копии (одна или несколько копий) настоящего стандарта могут быть получены у ASTM по указанному выше адресу или по телефону 610-832-9585 (телефон), 610-832-9555 (факс) или service@astm.org
(электронная почта), или через веб-сайт ASTM (www.astm.org Получение прав на фотокопирование стандарта возможно в
Центре защиты авторских прав (Copyright Clearance Center), 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, тел.: (978) 646-2600;
http://www.copyright.com/
13