GB／T 41123.1-2021 标准规范下载简介
GB／T 41123.1-2021 无损检测 工业射线计算机层析成像检测 第1部分：原理、设备和样品.pdfICS 19.100 CCS J 04
引言 范围 规范性引用文件 . 术语和定义 通用原理 设备和仪器 CT系统的稳定性 几何对准 样品的注意事项 附录A（资料性）CT系统组成部件 参考文献
无损检测工业射线计算机层析成像检测 第1部分：原理、设备和样品
本文件规定了X射线计算机层析成像（CT)的一般原理、所用设备及关于样品、材料和几何形状的 基本注意事项。 本文件适用于工业计算机层析成像（非医学应用)检测，定义了一组CT系统性能参数，以及这些性 能参数与CT系统规格的关系。 本文件适用于计算机轴向层析成像，不适用于其他类型的层析成像，如平移层析成像和断层合成 成像
计算机层析成像（CT)是一种射线成像检测方法某基坑回填施工方案，它利用一定数量的射线投影重建断层截面（CT切
片）或完整体积以提供物体的三 为可能。在CT图像中，X射线线衰减系数表征为不同的CT灰度值（或伪彩色）。传统的X射线照相 是对三维物体从一个方向进行X射线透射，射线投影反映的是射线路径上累积的相应信息。相反，在 CT扫描过程中是以不同投影角度获取多个X射线投影；实际的切片或体数据是从这些射线投影中重 建出来的。与X射线照相相比，CT扫描的本质优势在于保存了完整的体积信息。CT图像（二维CT 切片或三维CT体数据）定量表征样品中各位置的体元（体素）的X射线线衰减系数，该X射线线衰减 系数为其对应位置有限体积内的平均值。 线衰减系数表征了在扫描过程中X射线在物体中传播路径单位长度上的衰减程度。X射线的衰 减是X射线与物质多种相互作用效应的结果，其中康普顿散射和光电吸收在X射线CT中起主要作 用。线衰减系数取决于材料的原子序数，并与相应的材料密度成正比；同时，线衰减系数还取决于X射 线束的能量。
当主要目标为在三维空间中定位和量化立体细节时，射线CT成像是一种优异的检测技术。由于 CT是基于X射线的成像方法，它能用于金属和非金属样品、固体和纤维材料以及光滑和表面不规则的 物体。 传统的射线照相中，样品的内部特征被投影到一个图像平面上，造成彼此重叠。而在CT图像中， 样品的各个特征彼此分离，保留了完整的空间信息。 通过适当的校正，CT还能用来完成尺寸测量和材料密度测定。 通过连续的二维CT切片数据（二维CT)重构或通过直接三维CT图像（三维CT)重建能获得被检 测对象的完整三维信息，计算机层析成像技术在无损检测、二维与三维计量和逆向工程等工业应用领域 有重要价值。 与传统的测量方法相比，CT具有以下几个优点： 无接触式获取信息； 一获取内部和外部的尺寸信息； 一直接输人进行3D建模，尤其是内部结构建模。 在某些情况下，双能(DE)CT采集能有助于获得某些材料的材料密度和平均原子序数的信息。在 已知材料的情况下，通过这些附加信息能提高CT的分辨或表征能力。
在CT扫描过程中，从多个不同的视角系统地获取投影图像。除其他因素外，特征识别能力还取决
在CT扫描过程中，首先获取被测物体的多个投影，然后由这些投影数据重建出CT图像。图像重 建是CT层析成像的主要步骤，也是该技术与其他射线成像技术的区别。 重建软件可在重建过程中对CT投影数据进行校正，如：降低噪声、校正射束硬化和(或)散射等。 不同的CT系统，其重建结果可为一组CT切片图像或三维CT图像。
4.4.3可视化和分析
此步骤包括所有用于从重建的CT图像中提取所需的信息的操作和数据处理。 可视化能对二维（切片视图）或三维（体积）进行处理。二维可视化允许用户沿着指定的轴（通常它 能是任意的路径）检查数据切片图像。 对于三维成像，根据不同算法的光照模型生成相应体显示或表面显示。尽管三维特征在屏幕上以 二维的形式重叠显示，体显示的优点是其显示内容很好对应了人的视觉感知。 在可视化过程中，尤其是在CT体数据三维显示时，可出现成因不同的附加伪像。软件的采样、滤 波、分类以及融合产生的伪像取决于所使用的软硬件及可视化处理任务，因此，这类伪像不包括在4.5 规定的伪像。尽管如此，用户宜了解在可视化过程中可能出现的数据偏差。 执行不同的数字滤波操作能突出显示感兴趣区域的特征。所有滤波操作具有一个共同的特征，即 在增强数据的一个或多个属性时劣化其他属性，如突出显示边缘影响对物体内部结构的识别。因此对 于特定的任务，宜在了解数字滤波器的优缺点后再谨慎便用。 用于三维可视化的计算机宜能处理内存中的全部感兴趣区域的数据。相应的显示器宜具有足够的 分辨率和动态范围，并根据给定的可视化任务进行设置。按照ISO9712的规定确保操作人员具有适当
4.5CT图像中的伪像
伪像是CT图像上出现的与被测物体物理特征不相符的图像信息。产生伪像的原因能划分为以下 几类：数据采集过程产生的伪像、设备产生的伪像（由于射线束有限宽度、射线散射、系统不稳定性以及 探测器的特性）和处理方法产生的伪像（如射束硬化）。伪像也能划分为采集伪像（如射线散射伪像、环 形伪像）和重建伪像（如锥束伪像）。某些伪像能通过调整相应参数来消除，面而其他伪像只能在一定程度 上减弱。伪像可能影响特定的测量或分析过程，但也可对其他分析没有影响。考虑到此种情况，在相关 分析任务中应先判断图像伪像的类型和影响。 在本文件中，噪声和部分体积效应不归类为伪像。 GB/T41123.3一2021中5.5给出了伪像的说明，
(SNR中的信号)太弱导致对比度下降。然而，信噪比并不随电压急剧变化，通过铝对X射线衰减的仿 真表明，调节电压设置透射率为35%或40%时，信噪比仅比峰值下降20%。对于给定的样品尺寸，保 证固定信噪比所需的X射线曝光量与分辨率（给定探测器）的四次方成正比。例如，使分辨率加倍则曝 光量增加16倍，分辨率增加10倍则曝光量增加10000倍。因此，比较两个系统的图像质量时，严格使 用相同或相似的样品
大多数工业CT系统使用电激励的X射线源，这些射线源能划分为以下三种类型： 一开放式射线管（或真空可拆卸）X射线装置； 一密封式射线管恒压X射线装置； 一直线加速器。 每一种射线源都具有相应的特性；部分CT系统具有多个射线源，因此其能检测的样品范围更广。 除考虑成本外，选择合适的X射线源取决于被检测样品的参数（尺寸、组成成分和材料密度）以及检测 分辨率。 X射线源制造商通常标注了单焦点尺寸，这是在特定能量设置下的测量的“标称值”，焦点尺寸随着 使用的电压（kV)和电流（μA/mA)变化而变化，功率越大则焦点越大。 焦点尺寸和特征识别能力（有时系统制造商使用该名称）与CT系统的空间分辨率不相同。特征识 别能力是系统显示某个物体图像或物体内一定尺寸的特征的能力。例如，利用焦点尺寸为5μm的CT 系统可检测并显示由直径1um的金属丝制成的密集交叉网线的图像。这表明了金属丝材料的X射线 衰减特性，而不是CT系统的实际分辨率，见4.4.1。 通常对X射线束进行滤波，通过减少低能X射线以降低散射和射束硬化效应。 详细内容见附录A。
辐射探测器用于测量不同路径下穿过物体的X射线。探测器的作用是把接收到的又射线信号转 换成常规电子技术能处理的电信号。每个投影的射线束数量应与CT图像矩阵一侧的像元数量相当。 现代CT成像系统大多采用大型探测器阵列，探测器阵列通常包含成百上千甚至数百方个传感器。 可在射线穿透路径中位于探测器前（在被测物体后）插入滤波材料作为探测器的滤波片。滤波片根 据其材料特性吸收（和散射)辐射，见5.1。此外，当射线穿过探测器外壳时，探测器也进行一定程度的滤 波。可使用其他的滤波方法降低检测到的散射强度。 常用的探测器有以下三种类型： a）气体电离探测器； b）闪烁体探测器； c）半导体探测器。 详细内容见附录A，
机械系统提供了被测物体、射线源和探测器之间的相对运动。理论上，被测物体相对于射线源和 测器运动或者射线源和探测器相对于被测物体运动本质是一样的。实际应用中，应根据被测物体的 量、大小或特征，决定使用哪种运动方式。 详细内容见附录A。
5.5采集、重建、可视化和存储系统
每个CT系统都具有数据采集系统，以获取系列投影（数字射线图像）。通常，数据采集系统控制机 械系统，也控制X射线源。 投影数据在数据采集期间或之后传递给图像重建系统。重建系统可集成在数据采集系统中，也可 为一个独立的设备。 重建系统获得投影数据后，在扫描同时或在扫描完成后重建为CT图像。该CT图像随后传输到 可视化系统进行分析。 考虑CT图像的离线存储和归档。 详细内容见附录A。
由于获取CT投影数据能持续一段时间，检测结果易受到外部因素的影响。因此把CT系统放置 在外部环境影响小的地点是比较重要的。CT系统的减振隔振程度影响CT系统的最高分辨率。例如， 亚微米级别的设备比毫米级别的设备更容易受到外部因素影响。 外部因素可能来自自然环境条件的影响，如温度、湿度、热源和振动。理想情况下，一个高分辨率的 CT系统宜和坐标测量机（三坐标测量仪）一起放在可控制温度和湿度的隔振平台上，但实际使用中通 常并不具备这种条件，能采用以下解决方案： 一确保设备位于坚固的地板上，不受脚步、车辆的振动或者机械振动的影响； 设备使用时，放置在温度波动较小的区域； 设备安装在减振垫上； 采购具有温度稳定系统或温度补偿设计的设备（即在小温度范围内保持位置精度的设备）； 设备安置远离热源（锅炉、散热器等）。 通过严格控制CT系统外部因素影响，可提高检测图像质量
6.2X射线源的稳定性
CT要求定位精度高和成像一致。影响这些基本要求的因素很多，其中最重要的是X射线源的稳 定性。 理想情况下，要获得最好的CT成像结果，X射线源要求保持一致的射线强度、焦点尺寸和焦点 位置。 应遵循X射线源供应商提供的生成稳定的X射线束的建议。 在某些CT系统中，可在图像采集和处理过程中调整图像强度，以适应扫描过程中X射线强度的德 小变化。
6.3机械系统的稳定性
精度、可重复性和稳定性是CT系统的机械装置应考思的关键因素。与CT数据扫描相关的各 统的运动定位精度（即放大、平移、垂直和最重要的旋转）应优于CT系统的最高分辨率的1/5。 T系统由3000个投影数据生成像素大小为5μm的三维CT体数据，那么它的直线定位精度小 1，旋转定位精度达到1/15000转
8.1样品的尺寸和形状
能扫描的物体的大小和形状取决于许多因素。物体不宜太小，因为焦点的大小限制了能达到的分 辨率；物体也不宜太大，因为即使在射线源最大能量下，都无法保证所有角度具有足够的透射率。 为了达到最佳的检测效果，物体的长宽比宜较小，样品理想的形状是圆柱体。此外，完整的CT重 建应至少扫描180°加射线源射束张角。因此，物体做足够角度的旋转运动。 在某些情况下，物体的几何形状或者衰减能力限制了物体所有部分获得投影数据的角度范围。由 于物体的某些部分并没有在所有角度成像，这种CT扫描得到的CT图像可能存在伪像，
精煤储煤场施工组织设计方案8.2材质（包括管电压/穿透厚度关系表）
表1中列出了在不同射线电压下，射线透过率为10%时部分材料的标称厚度，单位为毫米（mm）。 经典的X射线光谱来自蒙特卡罗计算（参考文献[1]、[2]适用于高达300kV的电压）。X射线衰减光 谱是在美国国家标准与技术研究所的XCOM数据库中获得的。电压在225kV及以下使用碘化艳 (CsI)闪烁体，高于225kV时使用硫氧化（GADOX)闪烁体。值得注意的是，在使用10mm厚的钨 酸镉(CdWO)闪烁体替代硫氧化（GADOX)闪烁体时，衰减方面几乎没有明显的差别，但探测到的 光子更多。 如5.1中所述，10%的透射率是CT图像获得最佳信噪比的推荐值。然而，透射率更低的数据仍然 能使用，因此可增加物体的检测厚度。增加采集时间能补偿透射率低，但是可更容易因为散射和硬化产 生伪像。 表1仅作为近似的指导，用来表示不同X射线系统中获得最佳图像的样品材料厚度，特别注意弧 形几何体上的线长度也宜在考虑范围内。
A.1.1开放式射线管X射线装置
图A.1开放式射线管示意图
A.1.2密封式射线管X射线装置
密封式射线管的工作方式与开放式射线管基本相同渝建消防[2020]6号：重庆市《关于进一步加强建设工程消防设计审查验收管理工作的意见》（重庆市住房和城乡建设委员会2020年10月）.pdf，其真空室顾名思义是个密封容器。这意味着 当灯丝或靶材最终失效时不能更换。在大多数情况下，能保留射线管外壳并安装替换的射线管或“插人 件”。 由于无法在密封单元中更换灯丝，所以通常使用较粗直径的灯丝，且电子束不会紧密聚焦在同样不 能替换的靶材料上。这导致密封式射线管的标称焦点尺寸比开放式射线管大（通常大于250μm），但是 它们能在更高的功率设置下工作。 密封式射线管通常用于成像尺寸或密度较大的样品。在这些样品中，穿透比最高分辨率更重要。 通常情况下，密封式射线管的能量范围为0kV～450kV和0mA～60mA（电压不连续），更高能量的 密封式射线管正在研发中。 当然也有“微焦点”密封式射线管X射线源，但是为了实现它们的小焦点尺寸和合理的管寿命，它 们比相同指标的开放式射线管运行的功率更低