国家标准 GB/T38240一2019 无损检测仪器射线数字探测器阵列制造特征 Non-destruectietestinginstruments一Standardpractieefrmanufacturing characterizationofdigitaldetectorarrays 2019-10-18发布 2020-05-01实施国家市场监督管理总局发布币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/38240一2019 目次前言范围 2 规范性引用文件术语和定义意义和用途仪器与器件校正对比和标准操作方法结果计算或分析 19 制造商测试结果的显示 1o数字探测器阵列的分类 21 1 21 精度与偏差 12关键词 21 附录A规范性附录输人与输出数据模板 22 参考文献 25
GB/38240一2019 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由机械工业联合会提出本标准由全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC122)归口本标准起草单位:工程物理研究院应用电子学研究所、上海奕瑞光电子科技有限公司、山东省特种设备研究院济宁分院本标准主要起草人:陈浩、王远、陈云斌、胡栋材、邱承彬、方志强、邱敏、金利波,黄凌端、申德峰
GB/38240一2019 无损检测仪器射线数字探测器阵列制造特征范围本标准规定了射线数字探测器的仪器与器件、校正对比和标准操作、检测方法、结果计算及分析等内容本标准适用于数字面阵列探测器规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 AsTME1742射线照相检验规程(Standardpracticeforradiographiecexamination) ASTME1815用于工业辐射照相底片系统分类标准测试方法(Standardtestmethodforclassif cationoffilm forindustrialrndiography) systems ASTME2002放射学中测定总图像不清晰度的标准规程(Standardpracticefordetermining totalimageunsharpnessandbasicspatialresolutioninradiographyandradioscopy AsTME2446计算辐射照相系统的长期稳定性(Standardpraetieeformanufaeturingcharaeter izationofeomputedradiography Systems 术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 数字探测器阵列系统 digitaldetecterarray(DDA)system 将电离辐射或穿透辐射转化为模拟信号的离散阵列的电子装置然后将这些数字化的模拟信号传输到计算机,并按照与计算机驱动方法的输人区域相对应的辐射能谱数字图像形式显示注:电离辐射或穿透辐射转化为电子信号的首要步骤是通过使用闪烁材料电离辐射或穿透辐射转化为可见光这些装置的速度范围,从着干秒生成一幅图像,直到一秒生成若干幅图像,最快达到或超过实时射线透视的速度通常为30赖/s). 3.2 信噪比signal-to-noiseratio;SNR 信号强度的平均值与噪声强度的标准偏差之比,取决于辐射剂量和数字探测器阵列系统的性能 3.3 对比度-噪声比contrastt0noiseratio;CNR 两个图像区域平均信号电平差与信号电平的标准偏差之比注:在这里的应用中，上述的两个图像区域分别为阶梯楔槽和基材基材强度的标准偏差是噪声的衡量标准 cNR取决于辐射剂量和数字探测器阵列系统的性能
GB/T38240一2019 3.4 像元空间分辨率basicspatialresolution;sRb 数字探测器阵列可以分辨到的最小几何细节注像元空间分辨率与有效像素尺寸相类似 3.5 ixel;adsNRn 探测器信噪比-归一化deteetorsignal-t0-noiseratinormaliz 对信噪比进行标准化以用于计算像元空间分辨率(SRb) 注:像元空间分辨率(sRb)是直接由探测器测量所得在测量过程中除了射束路径中的光束滤波片外不使用其他任何物体 3.6 内部散射辐射intermalsatterradiatiom;IsR 探测器内部的散射辐射 3.7 效率efieieney dSNRn除以剂量(单位为mGy)的平方根,用来衡量探测器在不同的光束能量和质量条件下的响应 3.8 最大对比灵敏度achieyablecomtrast ensitivity;CSa" 使用在散射条件下响应极低的标准样品和X射线技术可能得到的最优对比灵敏度 3.9 SMTR 特定材料厚度范围spee eeificmaterialthicknessrange; 可以得到特定的图像质量的材料厚度范围注在应用中,数字探测器阵列的壁厚范围内厚度较小的壁仅能得到数字探测器阵列最大灰度值的80%,而厚度较大的壁则可以实现130:1的信噪比值和2%的对比灵敏度,或者是250:1的信噪比值和1%的对比灵敏度注意的是,l30:1和250:1的信噪比值并不一定意味着可以实现2%和1%的对比灵敏度,这两个值仅仅为了便于说明中等图像质量和优良图像质量 3.10 残影lag 曝光完成后不久,数字探测器阵列系统里的信号残留 3.11 过曝光损伤burn-in 闪烁体增益变化,其范围超过曝光范围 3.12 全程残影首帧globalag1stframe 在X射线完全关闭条件下,首帧数字探测器阵列图像的平均信号值与X射线完全开启条件下图像的平均信号值之间的比值注，该参数可用于表示在数据获取过程中所需要使用的积分时间 3.13 全程残影1sgloballag1see 在1s集成时间内的全程残影首帧(3.12)预计值 3.14 全程残影60sglohalla60see 在X射线完全关闭60s后,数字探测器阵列图像的平均灰度值与在X射线完全开启条件下图像的
GB/38240一2019 平均灰度值之间的比值 3.15 坏像素点bhadpihsedl 性能超出数字探测器阵列系统对像索规定指标范围的像素点(见6.2) 3.16 阶梯型楔块stepwedge 单个金属合金质地的阶梯块注:其厚度范围根据5.2确定 3.17 数字探测器阵列偏置图像DDAoflsetimage 在没有检测件的情况下获得的数字探测器阵列图像,在该图像中包括所有像素点的背景信号 3.18 数字探测器阵列增益图像DDAgainimage 在没有检测件的情况下获得的数字探测器阵列图像,用于校准对比数字探测器阵列像素点响应 3.19 校正calibration X射线束、闪烁体与读数结构中部分或完全任意响应的不均一性,以及偏置信号的修正 3.20 灰度值grayvalue 数字探测器阵列图像上的一个像素的数值注:通常条件下,也可称为像素值、探测器响应,模拟-数字单位和探测器信号 3.21 像素点值pixelvalue 数字探测器阵列图像上的一个像素数值 3.22 饱和灰度值saturationgrayvalue 经过偏置修正后,数字探测器阵列最大可能灰度值 3.23 集群euster 多个像素按照一定的排列规律聚集或组合在一起 3.24 坏像素点集群elusterofbadpixel 两个或两个以上的相连(像素点一边或一角相连)坏像素点意义和用途 4.1本标准提供了一种在通常技术测量条件下比较数字探测器阵列的方式利用这种方式,在实践中,即使使用完全不同的数字探测器阵列,只要经过适当调整,包括采用适当的几何放大或其他工业辐射设置方法对装置的缺陷进行补偿,也可以获得同样的结果 4.2用户应掌握并理解本标准中所有定义及相应的性能参数,这样才能针对特定应用目标,正确使用
GB/T38240一2019 操作设备 4.3针对每台数字探测器阵列,都应对下列参数加以评估;像元空间分辨率(sRb)、在1mGy和不同能量以及光束质量条件下的效率[探测器SNR-标准化dSNRn)],特定材料厚度范围(SMTR、图像残影,过曝光损伤(burn-in),坏像素点和内部散射辐射(ISR) 仪器与器件 5 5.1用于像元空间分辨率(SRb)的双线像质计双线像质计根据ASTME2002相关要求设计,用于测量SRb和不清晰度 5.2阶梯楔块像质计如图1所示,楔块有6个阶梯楔块可以通过内置屏蔽防止X射线散射和削弱如果没有内置屏蔽,可以将阶梯楔块安装到一个铅制的支架中然后将铅制支架沿阶梯楔块的四周延长25.4mm,使其超出支架铅制支架的边缘要与阶梯楔块的边缘有一定的重叠(重叠宽度不超过6mm),这样就可以大幅度降低X射线从阶梯楔块下方泄漏的数量,而这种泄漏会对每一步骤获取的数据都会产生污染阶梯楔块由3种不同的材料制成,包括A60601(铝)、Ti-6A-4V(钛)和Inconel718(因科镍合金718) 在每个步进梯级中都有一个中心槽,如图1所示用于不同材料的楔块的三维尺寸见表1 图1阶梯楔示意图
GB/38240一2019 表1本标准中使用3种不同材料作为图像质量指示器时阶梯楔的尺寸 D 材料单位 B] B2 B3 B4 B5 B6 175 70 35 阶梯楔(lneonel718) mm 35.0 1.25 2.5 5.0 7.5 l0,0 12.5 士200士25 士38 士35 十38 士38 士38 士200士200 士200 公差 4m 63 125 375 625 5%中心槽 250 500 4m 公差士10 士10 士10 士10士10 士1o Amm 材料单位 B1 B2 B3 B4 I5 B6 阶梯楔Ti-6Al-4V 35 2.5 5,0 7.5 10.,0 20.0 30,0 175,0 70,0 35.0 mmm 公差 m 士200士50 士50 士50 士50 士50 士50士200士200士200 25o 5%中心憎 125 375 500 1000 1500 mm 士1o 士10 士10土10 公差士10 士10 Mm 单位 B1 B2 B3 B4 B5 B6 材料 D 阶梯楔(Al-60601 35.0 10.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0175.0 70.0 35.0 mm 公差士200士100士100士300士300士300士300士200士200士200 mm 5%中心槽 500 100020003000 40005000 Am nm 士25 士13 士50 士50 士50 士50 5.3用于测量数字探测器阵列效率的滤波片以下所列为用于获取不同光束质量的滤波片厚度a)g)和合金材质h) 这些滤波片应安装于光束的输出位置滤波片厚度的误差范围为士0.1mm: 无外部滤波片(50kV a b 30mmA(90kV); 4o nmmAl(120kV); co d 3mmCu120kV; 10 Fe(160kV); mm 8mmCu(220kV; 16 Cu(420kV 8 mm h 滤波片应直接安置于射线管口铝制滤波片材料应使用A6061 铜材料的纯度应不低于 99.9% 铁制滤波片材料应使用不锈钢304 迷，b)和o)中所述的锅射质量是根据量子探测败率和Bc6201制定的,而d)和e中所述的幅射质量是根掀 ISO7004制定的此外,)中所述的辐射质量采用的标准与ASTME1815、ASTME2445和ASTME2446 采用的标准一样 5.4用于测量、过曝光损伤和内部散射辐射的滤波片用于测量过曝光损伤和内部散射辐射的滤波片为铜板,其厚度应不小于16mm[见5.3g)],其规格为100mmx75mm,并且应至少有一边有锐利的边缘(不推荐使用小尺寸探源) 如果数字探测器阵列本身小于15cmx15cm,使用铜板的规格尺寸应为数字探测器阵列激活区域的25%
GB/T38240一2019 6 校正对比和标准操作 6.1数字探测器阵列校准比对方法在认证测试前,应对数字探测器阵列进行校准比对,通过数字探测器阵列偏置图像或数字探测器阵列增益图像(参见3.17和3.18)的校正方式产生制造商建议的修正图像进行校准测试十分重要,而在实践过程中也要进行例行的常规校准这样可以确保制造商收集的数据与系统投人使用后收集到的数据密切匹配 6.2数字探测器阵列坏像素点标准操作 6.2.1总则通常情况下,制造商可以通过不同的方法修正坏像素点如有必要,可根据制造商提供的坏像素点修正方法对认证测试收集到的图像中坏像素点进行修正可以根据下列定义来判定坏像素点和好像素点根据这些定义,针对特定的探测器型号,制造商在统计的基础上设定了分类标准,确定了该型号探测器产生坏像素点的“典型”结果交付使用的数字探测器阵列系统中,坏像素点的判定和修正的设置根据制造商和供应商之间的协议来确定 6.2.2坏像素点的定义和测试 6.2.2.1死像素点没有响应的像素点,或是响应保持恒定且不受探测器辐射剂量条件影响的像素点 6.2.2.2响应过高的像素点-在一个最小为21×21像素点区域内,灰度值大于平均灰度值1.3倍的像素点这个测试可以在偏置修正图像上进行 6.2.2.3响应过低的像素点在一个最小为21×21像素点区域内,灰度值小于平均灰度值0.6倍的像索点这个渊试可以在偏置修正图像上进行 6.2.2.4噪声像素点在没有辐射的条件下,从30副到100副图像序列,大于整个数字探测器阵列像素点标准差中值6倍以上的像素点 6.2.2.5不均一像素点像素点的值要比其相邻9×9像素点区域内的平均像素点值的偏差超过士1% 可以使用平均灰度值达到或超过数字探测器阵列线性范围75%的图像上进行这样的测试测试可在偏置或增益修正图像上进行持久/残影像索点-x射线关闭后产生的第一张图像中,像索点的值要比其相邻9×9像素 6.2.2.6 点区域内的平均像素点值的偏差超过2个因数[参见7.11a)] 6.2.2.7坏相邻像素点如果与一个像素点相邻的其他8个像素点都是坏像素点,那么这个像素点也应视为坏像素点 6.2.3坏像素点分组或分类单坏像素点单个坏像素点,与其相邻的其他像素点都是好像素点 6.2.3.1 6.2.3.2坏像素点集群两个或两个以上的相连坏像索点被称为坏像素点集群这里的相连是指像素点的一边或一角与其他像素点相连(最大可能有8个相邻像素点) 如果一个像素点与其相邻的好像素点没超过5个该像素点则被称为集群核心像素点(CKP). 6.2.3.3如果一个集群中没有集群核心像素点(CKP),该集群则可具修正价值,并且极易修正,这种集
GB/38240一2019 群称之为不相干集群这种集群是按其周围的矩形尺寸以及不相干集群的坏像素点数量来命名的,例如“2×3ecluster4”图2 2x2cluster2 2x3cluster4 rel3×4cluster7-2 singlebadpixel 2x24Line26 用于校正的像素坏像素相邻好像素个数>5 CKP:坏像素相邻好像素个数<5 图2坏像素点的不同类型(集群、相干集群和坏线段 6.2.3.4如果一个集群中存在集群核心像素点(CKP),这种集群称之为相干集群在命名的时候,前面加一个“rel”,后面加上在集群核心像素点(CKP)的数字,如“rel3×4cluster7-2”,其中数字“7”为坏像素点总数,数字“2”为集群核心像素点(CKP)的数量如图2 6.2.3.5坏线段指的是在一个空间不相干集群中,存在10个或10以上的坏像素点连接成线段(横排或纵列),但该线段上与坏像素点相连的部分应低于其总长度的10% 坏线段上的像素点不应是集群核心像素点(CKP),见图2 坏线段的命名方式与集群的命名方式相同,只不过集群名称中用“eluster” 而坏线段名称中用“Line”,如“1×256Line256”或“2×24Line26”,见图2 方法 7.1每次测试时,均应根据测试方法对光束过滤进行确定值得注意的是内置光束滤波片应安装在x 射线管窗口如有可能,应获取上述值,并将其记录,并列表 7.2在所有测量中,除了另有特殊规定外,用于性能测试时,X射线源与探测器之间的距离(SDD)应大于1000mm 在通常情况下,光束不应与干扰物体产生相互作用,除非特意安排物体与其产生相互作用此外,还应通过在射线源上使用光学准直设备,使光束辐照面积尽量接近(不能远大于)探测器区域注意本方法中给出的曝光时间可以通过数字探测器阵列实现的延长曝光或多帧照相相结合得到尽管如此,无论使用哪种方式,均应在测试报告中记录相关信息,并且在所有测试中都要使用相同的数字探测器阵列集成时间(每) 在本标准以下章条中,每当得到图像时,该图像就会按一个相应的格式存贮下来,在该格式中包括获取图像的完整比特(位数)深度以便于后续分析由于X射线焦斑尺寸有限以及几何放大造成了图像不清晰度,但这种图像不清晰度应不超过 7.3 ASTME1742中辐射照相操作规程的规定范围
GB/T38240一2019 7.4每次测试使用的测量参数应记录在附录A数据表(输人)中的数据表模板中 7.5除非另有专门规定,否则所有的图像均应使用数字探测器阵列偏置图像和增益图像进行校准比对除了进行坏像素点判定测试以外,所有的测试过程均应使用制造商提供的坏像素点修正数字方法对图像中的坏像素点进行修正(见7.12和8.7) 7.6针对特定的数字探测器阵列型号,对于其规定的所有测试均应在相同的内部探测器设置的条件例如增益与A/D转化)下进行 7.7像元空间分辨率(sRb)的测量方法如下用于像元空间分辨率(SRb)测量评估的测试样品为双线测量计(见ASTME2002) 该双线 a 测量计应直接安置于探测器上,与探测器横排/纵列成2"或5"夹角如果数字探测器阵列中有非等方性像素点,则应产生两张图像,这两张图像分别使用接近平行于探测器纵向和横排的双线测量计产生除了增益/偏置与坏像素点修正需要进行图像处理以外,其他的都不需要进行图像处理曝光距离应大于1nm,曝光使用的焦点源尺寸应符合7.3中的规定 b 像元空间分辨率(SRb)的测量与辐射质量相关对于操作能量大于160kV的数字探测器阵列,进行测量时,应使数字探测器阵列的能量为220kV(无预过滤) 对于其他的数字探测器阵列,进行测量时,应使数字探测器阵列的能量为90kV无预过滤) 此外,还应对X射线的管电流mA进行适当选择,从而确保测试物体(双线测量计)图像的灰度值达到数字探测器阵列饱和值的80%(士5%) 如果在这些能量(无过滤)下不能生成好的图片,则测试工程师应减小光束流或增加射线源到数字探测器阵列的距离,从而保证生成图像的质量如果这些方法仍然不实用,5.3b)中定义的辐射质量应被用作在90kV下的测量,而5.3f)中定义的辐射质量应被用作在220kV下的测量在任一情况下,光束质量应被记录在数据表模板[附录A. 数据表(输人]上注:进行这种测试的目的在于确定在测试中可达到的像元空间分辨率(SRb)或者是数字探测器阵列可以实现的最佳像元空间分辨率(sRb) 就这方面而言,采取适当方法显著降低测量过程中的量子噪声就显得特别重要了 7.8效率的测量方法如下这种测量可以选择几个辐射剂量分别高于和低于1mGy的点来进行这样就可以通过对上 a 述点的测量结果进行计算,得到辐射剂量为1mGy条件下的效率此外,在测试过程中,根据这一系列的点的测量结果还可以得到关于探测器线性响应的其他信息同时,数字探测器阵列响应最大(顶部)的几个数据点还可用于获取dSNRn的最大值应使用7.8,4规定的图像集成时间收集一张偏置图像(在无辐射条件下) b 在本测量过程中,使用的辐射质量应符合5.3的规定在进行效率测量时,应根据5.3的规定设置X射线管,同时应立即将滤波片直接安装于X射线 d 管输出端口处,这样就可以确保到达数字探测器阵列的所有辐射均经过过滤处理对束流和曝光时间进行适当调整,这样可以确保得到用一个电离测量计测量的数字探测器阵列特定区域的已知剂量率进行剂量率测量过程中,应避免受到散射的干扰,因此最好在安装探测器之前就进行剂量率测量将剂量率与以秒为单位的曝光时间相乘(或以分数形式)就可以得到剂为实现1mGy的剂量,宜对所有数据点(剂量高于和低于lmGy的儿个点)都进行测量量并记录下安装探测器前实现剂量值所需要的电流(mA)值注:用于剂量率测量的电离测量计根据制造商的建议进行校准比对在上述条件下,应收集两张图像这两张图像用于通过不同的图像在无固定格式或其他潜在 e
GB/38240一2019 异常条件下获取噪声 7.9可达到的对比灵敏度测试方法如下在5.2中定义的阶梯楔图像质量指示器由三种不同材料构成测试过程中(这些材料)使用的 a 厚度范围应符合5,2的规定在进行测试时,阶梯楔的安装位置应至少与探测器保持600nmmm 的距离(而sDD则应大于1000mm) 预滤波片应直接安装在X射线管之前应对光束进行准直处理,确保曝光区域局限于阶梯楔同时,应在数据表(输人)中记录使用的预滤波片如果探测器区域过小,仅靠一张图像无法将阶梯楔完全涵盖,则应在X射线和数字探测器阵 b 列设置保持相同的条件下,收集两张或两张以上的图像以完全涵盖阶梯楔进行测量时,使用的能量应设置为160kV,使用的过滤铜板厚度应为0.5mm 在这种光束能谱条件下的X射线管的电流(mA)也应确定,以确保在所有测试所采用的集成时间内,厚度最小的阶梯楔上数字探测器阵列不会产生饱和现象通过多帧叠加获得图像,得到图像的有效曝光时间应至少包括1s、4s、16s和64s 如有需要,制造商还可以提供其他曝光时间的数据特定材料厚度范围的测量方法;如果已经完成7.9规定的步骤,进行特定材料厚度范围的测试 7.10 时,不需要采取另外的测量方法如果确实需要独立于CS测试而单独完成,则可根据7.9规定的步骤进行 7.11残影和过曝光损伤的测量方法如下残影的测量方法可以通过使用一个图像序列测量探测器的残影开启数字探测器阵列的电源,但其暴露在辐射环境条件下的时间不超过30nmin 在其启动前,应(在没有辐射的条件下)首先获 -张偏置图像(图像0). - 取数字探测器阵列暴露在辐射环境中的时间应不少于30min,在这个辐射环境中剂量率保持恒定为120kv(0.5mm的铜过滤),灰度值为饱和灰度值的80% 此过程完成后,应立即产生一张图像,该图像的总曝光时间大约为4s 接下来就可以在70s内采集一个图像序列,在序列图像成像开始后约5s关闭x射线注进行这种测试时,不需要使用偏置和增益修正 b)过曝光损伤的测量方法: 测量过曝光损伤的条件;在120kV的能量条件下,用一个厚度为16mm的铜板直接放置在数字探测器阵列表面上,铜板覆盖数字探测器阵列表面一半数字探测器阵列应被曝光30min,灰度值为未被铜板覆盖的另一半数字探测器阵列区域饱和灰度值的80% 然后关闭X射线,将铜板移开接着,再让数字探测器阵列在同样能量的辐射环境中暴露但辐射剂量为原有辐射剂量的1/10 采集一张图像,该图像的有效曝光时间为30s 仔细观察图像,会发现图像中原来放置铜板(被铜板覆盖)的区域会出现肉眼可见阴影数字探测器阵列暴露在辐射环境中接受剂量照射30min后,应立即移走其上覆盖的铜板,然后迅速曝光30s产生图像在此过程中任何拖延都会影响到测量结果的准确性然后,分别在1h、4h和24h后重复上述测量,但在每次测量之间不需要再对数字探测器阵列进行另外的辐射剂量照射 7.12坏像素点的测量方法 a 以下所述为判定坏像素点所需的数据所有的测量均应在100kV辐射条件下,使用0.5mm 铜制预滤波片的条件下进行对于特定型号的数字探测器阵列而言,需要根据一组探测器(探
GB/T38240一2019 测器应至少为3个)的测量结果才能得出坏像素点检测报告 b 在此测量过程中,至少需要一个在无x射线辐照条件下产生的暗场图像(darkimage)序列,该序列的总集成时间为120s 存贮该序列以用于噪声像素点判定然后将该序列进行平均以得到一张偏置图像该图像被称之为“偏置数据” 通过设置x射线,使平均灰度值达到偏置修正后数字探测器阵列饱和灰度值范围的50%,在此条件下产生一个图像序列图像序列的总集成时间约为120s 然后再对该序列图像进行平均，经过偏置修正后,得到一张图像,称之为“坏像素数据1” 通过设置X射线,使平均灰度值达到偏置修正后数字探测器阵列饱和灰度值范围的10%,在此条件下产生一个图像序列,图像序列的总集成时间约为120s 然后再对该序列图像进行平均,经过偏置和增益修正后,得到一张图像,称为“坏像素数据2' 之二通过设置X射线,使平均灰度值达到偏置修正后数字探测器阵列饱和灰度值范围的80%,在然后再对该序列图像进行平此条件下产生一个图像序列,图像序列的总集成时间约为均,经过偏置和增益修正后,得到一张图像,称之为“坏像素数据3” 持久/残影像素点测量在此测试过程中,无需使用增益修正开启探测器电源,使其暴露在辐射环境中接受辐照的时间不超过30 min 在接受辐射剂量照射前,应首先产生一张偏置图像然后,将探测器暴露在辐射环境中至少 s,这个辐射环境中剂量率保持恒定为 300 120kV，灰度值为偏置修正后饱和灰度值的80% 然后产生一个为时70s的图像序列序列成像开始后5s时,应关闭X射线 7.13内部散射辐射的测量方法;根据7.11的规定,使用一个厚度为16mmm的铜板,将其直接放置在数字探测器阵列上放置的时候,应将铜板锋利的的一边正好放在数字探测器阵列的中间,使其与射束方面保持垂直,这样在图像中才能得到清晰的边缘使用220kV的辐射剂量和一个厚度为8mm的铜制预滤波片,让数字探测器阵列暴露在辐射环境中接受剂量照射而对于那些推荐辐射剂量范围不在此范围中的数字探测器阵列,则应使用其推荐范围中最高x射线能量,同时使用铜板作为预滤波片,铜板厚度为3mm到8mm之间调节X射线管的束流,确保经过偏置修正后的灰度值达到饱和灰度值的 80% 使用符合7.3规定的焦电源尺寸,产生一张图像,其有效曝光时间应为60s 然后对这张图像进行偏置和增益修正 8 结果计算或分析 8.1测试结果记录所有的测试结果均应记录在附录A数据表(输出)中提供的数据表模板中， 8.2像元空间分辨率(SRb)的计算 8.2.1应对60%双线像质计的面积进行测试,并对测试结果进行平均,以防止因为线的长度变化而带来的变化(见图3) 测量结果图示见图3 10
GB/38240一2019 灰度值 3000 2500 2000 1500 8010o12014016oI8020o22024026028030032034036038040042 204060 距岗相对灰度值/% 100 D7 D8 28.39% 9.99% 90 80 70 60 o bckground 30 0 dip 10 ×100 background 2 2025250252602652025260 距离线对距离图3用于像元空间分辨率计算的线对图像分析 8.2.2SRb(像元空间分辨率)由线对距离的线性差值由式(1)计算而得,后一对线对的线对距离小于 20%的降幅,而前一对线对的线对距离大于20%降幅(见图3) 注，AsTME2445和ASTME24416求解SNRn有相似的过程,但是产生不同的结果 D-D.)(Ri一20) SRb=D R-R 式中: 最小线对的直径,与间隙处相比的分辨率大于20%; D D. -最大线对的直径,与间隙处相比的分辨率小于20% D相对应线对的调制度(dip值),用降幅百分比值表示,%; R R D相对应线对的调制度(dip值),用降幅百分比值表示,% 8.3效率的计算通过阶梯楔的图像差值可以计算效率,曝光实验设置示意图见图4 在进行求差处理前图像中 8.3.1 的坏像素点已通过使用制造商提供的修正方法进行了修正差值图像的处理结果避免了所有的几儿何变 11
GB/T38240一2019 形,同时只需要测量辐照时间和剂量条件下的行为通过对差值图像中5个区域进行计算得到了50X 50像素点区域的噪声(标准差),表示为[differenceimage] 然后将上述5个50×50像素点区域放图像中,其中一个区域位于图像的中心位置;而另外4个则分别位于图像的四角,与数字探测器阵列有效范围的边缘保持10%的距离然后将上述5个50×50像素点区域的平均信号分别与一张未经差值处理的图像上相应位置的信号进行平均,其结果表示为MeanGV[firstimage] 而MeanOV指的是一幅偏置图像的同一区域的平均值可以根据式(2)计算得到dsNRn(由于噪声计算使用了两张图像的差值用2的平方根进行修正,然后将其与标准化分辨率88.6/SRb相乘计算过程与AsTME2446中规定的sNRn计算方法相同 5个区域的dSNRn则应进行平均,从而得到最终的dsNRn值注，AsTME2445和ASTME2446求解SsNRn有相似的过程,但是产生不同的结果 nOV MenGv-Meno 88.6 (2 dSNRn= SR 阶梯楔图像质量指示器 >600mm" 1000mm 图4阶梯楔图像质量指示器曝光实验设置示意图 8.3.2在图5中给出了一个示意图,在这个示意图中,差值图像的dsNRn值表示为辐射剂量平方根的函数通过许多点点线)来表示不同的能量而图5中直线的斜率表示的是效率其数值与1mGy 辐射水平的dSNRn值相同尽管在作为辐射剂量函数来计算和测量效率并非完全必要,但制造商还是基于经验和判断收集了这些数据,并且在图中标示出来通过这些数据可以得到关于dsNRn的最大可能值以及探测器的线性响应信息 12
GB/38240一2019 1300 dSNR-f(SqtDose[mGy 200 y(120V,3c)=682 100 y(120kV,40A)=886 000 75 y(50k)=654 900 800 y(90850 00 600 y(220kV)=408 500 400 90kV30mmAI 300 120kV40mmA -120kV3mmCu 200 "160kV10mmFe 2220V8mmCu 100 辐射剂量平方根 0.2 0.8 1.0 1.2 2.0 0.0 0.6 l.8 图5不同能级的不同图像效率测试图例(SNRn值已被转化为dSNRN值 8.4最大对比灵敏度(CSa)的计算用于本项测试的图像应进行偏置,增益和坏像素点修正 8.4.1 8.4.2如图6所示,在每个阶梯中,均应对3个矩形区域内的信号(平均灰度值)和噪声(标准差)进行计算用于评估的关注矩形区域最小尺寸为1100像素点(20×55像素点) 使用AsTME2446中介绍的单线标准差中值法计算该矩形区域内的噪声通过计算对比值(楔形槽上与楔形槽外的信号差)和楔形槽外噪声的比值可以得到对比度-噪声比[CNR(5%)]的值,如式(3)所示阶梯楔图像的每一个阶梯都要进行这样的计算 0.5×[signalarea1十signalarea3)一signalarea2 3 CNR(5% ( 0.5×Lnoisearea1十noise(area3 2 area3 area area 5%grooe 注阶梯楔上的区域分别标注为“area1”,“area2”和“area3”,这8个区域将用于提供信号和噪声图6阶梯楔块 13
GB/T38240一2019 8.4.3对于楔形槽厚度为基础阶梯厚度的5%时,可以通过式(4)计算得到cSa值: CSa X100 CNR% 8.4.4计算结果应记录在附录A中的输出数据表中图7为一个最大对比灵敏度的例子这里所说的对比灵敏度是最佳的可达到的对比灵敏度,零部件产生的散射现象已大大降低在实践中,可达到的对比灵敏度曲线可能与本文件提供的结果有所不同,这是因为在用户的设施上,几何不清晰度和散射辐射的情况会有所不同 1.2% CSaAuminim160kV6mA 1.1% 1.0% 16s 0.9% -64 0.8% 0.7% 0.6% 0.5% 0.4% 0.3% 0.2% 0.1% 0.0% 10 20 30 40 50C 60 70 80 90 100 材料厚度/mm 图7不同图像获取时间的最大对比灵敏度的测试结果 8.5特定材料厚度范围的计算 8.5.1如8.4.1和8.4.2所述,针对每个阶梯,都需要计算信噪比在对比灵敏度为2%的应用条件下信噪比的值应为130或者高于130 注意,在这里我们仅仅将这种情况视为一个通例,这并不意味着在任何条件下只要信噪比的值为l30:1,都应会得到一个对比灵敏度为2%的结果 8.5.2如图8中的示例,2%的对比灵敏度对应的特定材料厚度范围从10mm到83.8mm不等,使用的材料为AI,曝光时间为4s, 14
GB/38240一2019 500 450 -16s 400 -64s limit2% 350 limit19 300 250 200 150 100 50 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 材料厚度/mm 图8在信噪比为130:1、对比灵敏度为2"%的条件下的特定材料厚度范围在4、曝光时间时,0~84mm) 8.5.3在对比灵敏度为1%的应用条件下,信噪比的值应为250或者高于250 在此仅将这种情况视为一个通例,这并不意味着在任何条件下只要信噪比的值为250:1,都应会得到一个对比灵敏度为1%的结果 8.5.4如图8中的示例,1%的对比灵敏度对应的特定材料厚度范围从10mm~74.6mm不等,曝光时间为16s 8.6残影与过曝光损伤(burn-in)的计算 8.6.1残影的计算 8.6.1.1 设偏置图像为0,4s积分时间内产生的第一张图像为图像1 在采集的图像序列中,找到(X 射线关闭后)完全为暗图的第一张图像,将其命名为图像2 而在图像2产生后60s产生的图像则被命名为图像3 8.6.1.2对于所有的图像,数字探测器阵列中心的90%区域的平均信号均应进行测量 a GV0=图像0中心90%的平均信号; G1=图像1中心90%的平均信号; b Gv2=图像2中心90%的平均信号; c d)GV3一图像3中心90%的平均信号 8.6.1.3根据式(5)可以计算得到参数全程残影首帧,全程残影1s和全程残影60s的值而图9所示则为典型的残影测量数据 =G -×200 (5 Globallaglf(% V-GV GloballLagl6 GlobalLagls= framerate (GV-GV. GlobalLag60s= ×100 GV-GV 15
GB/T38240一2019 10000 残影120kv,6m 1000 100 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 70 图9图像残影测量序列结果 8.6.2过曝光损伤的计算过曝光损伤的计算可以根据式(6)进行图10所示为过曝光损伤的典型测量数据 MenV[ofthe lat]表示的是板面区域外的平均灰度值,而MeanG;V[onplate表示的是板面区域内的平均灰度值 MeanGLoplate-MeanGVLonpelate ×100 (6 burn-in(timet)(% MeanGV[onplate 5.0% 4.5% 4.0% 3.5% 3.0% 2.5% 2.0% 1.5%6 1.0% 0.5% 0.0% 24h 1min 1h 4h 时间图10过曝光损伤测量结果分别计算并报告1min、1lh、4h和24h的值 8.7坏像素点的计算 8.7.1总则输出数据表中会按照附录A的模板给出单个坏像素点的5个分类,、坏像素集群的3个分类针对 16
GB/38240一2019 某个特定的数字探测器阵列型号,这些结果应根据一组探测器(探测器数量至少为3个)的计算得到坏像素点的计算方法如下 8.7.2死像素点判定每个探测器的死像素点数量,然后取平均值 8.7.3响应过度像素点针对某种特定型号的探测器,取一组探测器,并对其中每个探测器的响应过度像素点进行判定并记录,步骤如下对坏像素数据1中所有像素点进行测试测试方法为将一个21×21的屏蔽罩(遮光罩)覆盖在图像上,找出值大于遮光罩下平均灰度值130%的像素点报告测试的所有探测器响应过度像素点的平均数 8.7.4响应过低像素点 8.7.4.1对每个探测器的响应过低像素点进行判定并记录 8.7.4.2对坏像素数据1中所有像素点进行测试测试方法为将一个21×21的屏蔽罩遮光罩)覆盖在图像上,找出值小于遮光罩上平均灰度值60%的像素点 8.7.4.3报告测试的所有探测器响应过低像素点的平均数 8.7.5噪声像素点计算暗场图像序列中每个像素点的(标准差)以及像素平均口值接受测试的每个探测器都要进行这种计算报告要记录所得平均数然后根据以下步骤计算噪声像素点的数量从图像序列开始,对每个像素点位置的标准差进行计算,从而得到标准差图像,在标准差图像中,每个像素点的值都替换为该像素点标准差的值,计算数字探测器阵列有效范围内标准差图像的平均值在标准差图像中,如果发现像素点的(标准差)值高于平均(标准差)值6倍以上时,则应标注为噪声像素点 8.7.6不均一像素点经过偏置和增益修正后,如果一个像素点的值仍然与其相邻的9x9像素点的平均值的偏移超过士1%，则该像素点应被标记为坏像素点在这项测试中要用到坏像素数据2和坏像素数据3 可以根据下列步骤来计算不均一像素点的数量一个9X9像素点的屏蔽罩(遮光罩)覆盖在坏像素数据2和坏像素数据3有效数字探测器阵列将范围上,找出值为其相邻9×9像索点平均值1.01倍或0.99倍的像素点这些像素点则应被视为不均 -像素点 8.7.7持久/残影像素点选择图像序列中产生的第一张完全为暗图(第一张暗图指的是在有大块黑暗和明亮区域图像之后产生的图像或者是第一张完全黑暗的图像)作为评估对象持久/残影像素点的计算过程应按照以下步骤来进行将一个9×9像素点的屏蔽罩(遮光罩)覆盖在图像上,找出值大于其相邻9×9像素点平均值2倍以上的像素点这些像素点则应被视为持久/残影像素点 8.7.8相邻坏像素点如果一个像素点周围与其相邻的其他8个像素点均为坏像素点,则该像素点也应被视为坏像素点 17
GB/T38240一2019 8.8内部散射辐射(ISR)的计算在所得图像(图11)的铜板边缘绘制一条轮廓线,然后根据该线型图得出数据,按式(7)计算: 7 1SR=(2×a/6)×100% 式中 ISR 内部散射辐射的测量; 远范围不清晰度基值; a 铜板刃边的信号电平灰度值 28000 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12 2000 0000H 8000 600o 4000 2000 20253035 最小值1191位置0,最大值28910位置42距离 6000 此例中散射线的计算方法如下内部散射测量 a=531 4000 信号的最大值,最小值为28910相531. 最大最下偏差b=27l19 内部散射辐射ISR=(2×a/6)×100% 2000- =(2×531/27l19)×100% =3.83%[160kV门说明为远范围不清晰度基值; 为铜板刃边的信号电平图11内部散射辐射测量 18
GB/38240一2019 制造商测试结果的显示根据附录A规定,所有测试能得到结果包括完整的数据薄,图表等,这些结果应方便易用同样汇总图和表格列出了在标准参数设置条件下的结果为便于理解和分析结果,也可以将结果按照下文所述的网格分布图表示出来在此给出一个例子就包括了第8章中所列7个参数中的5个这5个参数分别是像元空间分辨率,效率、最大对比灵敏度、特定材料厚度范围以及数字探测器阵列残影将这些参数在0(低)到15(高)的范围内进行权重选择,从而达到一个特定质量因子表2给出了3种不同材料的测量参数所对应的质量因子每个参数的测量值与最接近边界值的质量因子准确对应在此由于坏像素点与实际应用密切相关,所有没有给出坏像素点的相关信息基于同样的理由,在这里也没有给出内部散射辐射方面的信息个完整的数字探测器阵列设备应能覆盖整个区域图12a)和图12b)分别给出了两个例子在图12a)中例子表示的是一个数字探测器阵列设备,对于平面材料比如很小的焊缝检测)的检测而言,该设备具有很高的分辨率但效率一般而图12b)给出的例子则是针对铝铸件的快速自动检测系统,这种检测要求对比灵敏度高,特定材料厚度范围大,而对图像残影的要求一般像元空间分辨率 AL探测器xxx模式yy 值 15 质量数值参数 12 像元空间分辨率/% 392 最大对比灵敏度/% 0.176 13 材料厚最大对比度范围灵敏度图像残影 0.21 效率 570 材料厚度范围/mnm 92 5 适用于焊缝检测的DDA实例效率图像残影 AL探测器x模式yy 像元空间分辨率 AL探测器xxx模式yyy 5 值质量数值参数像元空间分辨率/% 392 13 最大对比灵敏度/% 0.176 最大对比材料厘灵敏度度范围图像残影 0.21 12 效率 570 材料厚度范围" /mm 92 适用于铝铸件快速自动检测的DA实例效率图像残影 AL探测器xx模式y 图12部分测量参数的网格汇总分布图 19
GB/T38240一2019 1g " 5 二 S 品急员 g" 司 8 日咨二品 9 自急 9 昌 3 显 3 多 s 象口意三 3 益些晨盒员 9 " 3 3 食昌房 un 0 co 盒三盒三早鼻复 3 复盒 3 一 " 容富波 " 班些 n 些炮品健 8 S S 新员员资林 20
GB/38240一2019 0数字探测器阵列的分类 0.1为了与CR和底片分类标准(AsTME1815和AsTME2446)相匹配,制造商应根据下列方式提供每个探测器型号的探测器信噪比-归一化(dsNRn)和sRb值 10.2符合7.8规定的220lkV(8mm铜板预滤波片)光束质量条件下的dSNRn值;符合7.7规定的像元空间分辨率(SRRb) 10.3对于由于制造商限制,导致一些数字探测器阵列无法在220kV电压的X射线(8mm铜板预滤波片)条件下使用这种数字探测器阵列适用的x射线能级则较低,但其最大允许辐射能量,应能保证在使用厚度不小于3mm铜板预滤波片的条件下能正常运行 10.4需要提供下列两个值以后才能进行的分类符合ASTME2446中表1需要的最小dSNRn值,及其相应的探测器辐射剂量值(或根据距 a 离、x射线管电流(mA)×曝光时间(s),以及材料厚度等).; b)本标准中SRb值的声明(见7.7和8.2) 注:表3中给出d4sNRn的分类值,但通常情况分类值与sRb一起给出表3较之于CR系统和底片系统,数字探测器阵列分类的最低要求 1m距离的电流值数字探测器阵列系统分类最小dsNRn值所需辐射剂量 mA DDASpeeial 130 DDAI 65 52 DDAl DDAm 43 11 精度与偏差在本操作规程对于射线数字面阵列探测器系统特征的精度和偏差不作任何说明本标准提供的结果仅用于验证操作是否正确的判定标准 2关键词坏像素;像元空间分辨率;过曝光损伤;对比灵敏度;数字探测器阵列;效率;图像残影;标准化信噪比;信噪比;特定材料厚度范围 21
GB/T38240一2019 附录 A 规范性附录输入与输出数据模板数据输入模板针对每项测试,都应按照下列模板将数据记录在输人数据表中数据表(输入探测器制造商模型探测器内部设置 X射线管制造商模型目标材料使用的焦点源尺寸固有光束过滤(材料和厚度几何关系焦点源到探测器距离焦点源到受检物(中心)距离曝光预先过滤材料和厚度 X射线管电压 X射线管电流曝光时间(每顿平均帧数的数量总数(有效曝光时间辐射质量剂量率没有过滤 30mm Al过滤片,90kV 40mmAl过滤片,120kV 3mmCu过滤片,120kV 10mmFe过滤片,160kV 8mmCu过滤片,220kV 16mm Cu过滤片,220kV 校准偏置减运算增益校准坏像素校准其他校准 22
GB/38240一2019 A.2数据输出模板输出数据则应按照下列模板记录数据表输出像元空间分辨率sRb,根据7.7测量和8.2的计算得出 A 示例1:SRb=1894m 7.8所述不同能量下效率,根据8.3计算得到 B 示例2:在1m(Gy条件下,针对5个或6个不同能级的dSNRn值应记录在表A.1中表A.1 探测器信噪比-归一化数据记录表能量 50kV 90kV30AI 120kV40A 120kV3Cu 160kV1oFe 220kV8Cu 744 SNRnemG 654 850 886 682 408 最大对比灵敏度,根据7.9规定测量和8.4规定计算得到,记录在表A.2中对于每种材料,宜给出相应数据 csa表示为材料厚度的丽数.见图7. 示例3:X射线管设置;160kV,6mA,预滤波片为0.5mm厚度铜板片表A.2最大灵敏度数据记录表 Al(mm 16s 64s 0.187% 0.157% O.152% O.132% 10 20 0.165% 0.140% 0.133% 0.133% 0.171% 0.131% 0.l18% 0.,113% 40 60 0.258% 0.163% 0.125% 0.114% 80 0.551% 0.293% 0.184% 0.144% 100 0.354% 0.247% 1.272% 0.616% 特定材料厚度范围,根据7.10,规定测量和8.5规定计算得到,针对每种材料1%和2%的对比 D 灵敏度示例4:见图8. E1图像残影,60s后规格化为1s,根据7.11.1规定测量和8.6.1规定计算得到 Le6i0 =0,027% 示例5.Globall.agls=0.73%;GioballLa叫 E2过曝光损伤,根据7.11.2规定测量和8.6.2规定计算得到并记录在表A.3中示例6 表A.3过曝光损伤数据记录表 1min后 lh后 4h后 24h后过曝光损伤 3.8 2.7 1.8 l.4 坏像素点根据7.12规定测量和8.6.1规定评估得到制造商对几个系统进行的测试进行列表并在表格中给出了结果用于提供典型结果的探测器数量应加以记录 23
GB/T38240一2019 示例7:每个探测器有4000000个像素点,表A.4中给出的坏像素点为10个探测器坏像素点的平均值表A.4坏像素点典型值坏像素点产生原因无响应超出响应范围噪声残影相邻坏点 0,002 0.025 0,002 0.05 典型值/% 此外,制造商还提供了相干集群(RCI)不相干集群(IC1)和坏线段(BL.S)的典型值(如表A.5). 示例8 表A.5相干集群(RCI,不相干集群(ICI)和坏线段(BLs)典型值坏像素点组相干集群不相干集群坏线段典型值/% 2.72 47.6 0.53(全线总长根据7.13和8.8的规定,显示内部散射辐射的测量结果 G 示例9:ISR=3.83%(在160kV条件下) 按照第9章所示的网格分布图显示A,C,E1和D的结果 H 示例10;参见图12 注:制造商提供的结果可能是根据三种不同材料铝、铁和钛)的一种、两种或者三种材料的测量或计算结果给出 24
GB/38240一2019 考文参献 [1]ASTME2445StandardPracticeforQualifieat ationandlLong-TermStabilityofComputed Radiology Systems IEC62220-l Medicalelectrical de CharacteristiesofdigitalX-rayimaging equipmment vices一Part1-l:Determinationofthedetectivequantum effiecieneyDetectorsusedinradiographie maging IS(O7004 ISO Phoography hndustrillradiographicflm一Determination.ofIsOsped exposedtoxand gradientand1sOgradientsG2andG4when. a-radiation average gammma

无损检测仪器射线数字探测器阵列制造特征GB/T38240-2019

随着工业自动化水平的不断提高和行业标准的不断升级，无损检测技术在生产过程中扮演着越来越重要的角色。其中，射线数字探测器阵列制造是无损检测领域的一项关键技术。

GB/T38240-2019是我国发布的针对射线数字探测器阵列制造的标准，该标准规定了射线数字探测器阵列的制造要求、性能指标以及质量保证等方面内容。下面我们从标准规定的各个方面来详细了解一下。

制造要求

根据GB/T38240-2019的规定，数字探测器阵列的制造应满足以下要求：

阵列设计应满足无损检测的要求，能够对被测物进行全面、准确的检测。
阵列制造应符合现代化制造技术和工艺要求，保证产品的精度和稳定性。
材料选择应当符合相关标准规定，且应进行必要的质量检测。
制造过程应按照相关工艺规范进行操作，确保产品质量稳定可靠。

性能指标

GB/T38240-2019还规定了数字探测器阵列的性能指标，主要包括以下内容：

灵敏度：即能够检测到的最小缺陷尺寸。
分辨率：即能够区分的最小缺陷间距。
信噪比：即信号与噪声之比。
线性度：即输入信号与输出信号之间的线性关系。
响应时间：即从信号输入到输出所需要的时间。

质量保证

为确保数字探测器阵列的质量，GB/T38240-2019还规定了相关的质量保证措施：

制造商应建立和实施质量管理体系，并进行必要的认证。
在生产过程中应进行严格的质量控制，确保产品符合标准规定。
应建立完整的产品质量档案，记录产品的制造、检测等各个环节的信息。
如出现产品质量问题，应及时采取相应的纠正措施，确保产品质量稳定可靠。

结论

GB/T38240-2019是我国射线数字探测器阵列制造方面的重要标准，对于提高无损检测技术的水平和推动行业的发展具有重要意义。阵列的制造要求、性能指标和质量保证是制造厂商在生产过程中需要遵守的重要规定。只有通过严格执行标准，才能够提高产品质量，满足市场需求。随着科技的不断进步和技术的不断革新，我们相信无损检测技术一定会在未来发挥更加重要的作用。