metodyka obliczania czasu ekspozycji w radiografii

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Sławomir Mackiewicz
IPPT PAN
METODYKA OBLICZANIA CZASU EKSPOZYCJI
W RADIOGRAFII KOMPUTEROWEJ
1. Wstęp
Radiografia komputerowa na luminoforowych płytach obrazowych w wielu aspektach
przypomina radiografię tradycyjną, w której błona radiograficzna zastąpiona została przez
płytę IP. Przy wykonywaniu badań można stosować te same źródła promieniowania oraz
techniki radiograficzne co w tradycyjnej radiografii błonowej. Podobnie jak w radiografii
błonowej jednym z podstawowych parametrów badania, który musi być każdorazowo
ustalany przez operatora jest czas ekspozycji.
Znaczenie prawidłowej ekspozycji płyty IP dla jakości radiogramu cyfrowego było
szczegółowo omówione w referacie przedstawionym na KKBR w 2008 roku [1].
Podstawowym wymaganiem jest to aby zastosowany czas ekspozycji umożliwiał uzyskanie
na radiogramie cyfrowym odpowiednio wysokiej wartości stosunku sygnału do szumu czyli
parametru SNR. Parametr SNR spełnia w radiografii cyfrowej podstawową rolę i służy,
między innymi, do klasyfikacji systemów CR na klasy IP [2]. Przykładowo, system
radiografii komputerowej zakwalifikowany do klasy IP2 musi zapewniać uzyskiwanie
radiogramów cyfrowych wykazujących znormalizowany SNR większy lub równy 117.
Należy zauważyć, że w przypadku radiografii CR jeden i ten sam system (płyta IP + skaner
CR + parametry skanowania) może być zakwalifikowany do kilku różnych klas IP w
zależności od stosowanego czasu ekspozycji i uzyskiwanego SNR. Krótszym czasom
ekspozycji odpowiadać będą klasy IP o gorszej jakości obrazu. Czas ekspozycji ustalony
przez operatora decyduje więc o klasie IP uzyskanego radiogramu cyfrowego. Jeśli jest on
zbyt krótki nie osiągamy wymaganej klasy IP, jeśli jest zbyt długi spełniamy, na ogół,
wymagania jakościowe, jednak kosztem nieuzasadnionego przedłużania czasu wykonywania
badań. W skrajnym przepadku, jeśli czas ekspozycji jest o wiele za długi, możemy
przekroczyć zakres dynamiczny systemu i nie uzyskać żadnego zobrazowania (analogia do
czarnego radiogramu).
Jak widać, w radiografii CR znaczenie prawidłowego doboru czasu ekspozycji jest nie
mniejsze niż w radiografii konwencjonalnej, jednak metodyka i sposób jego obliczania są
bardziej złożone i trudniejsze do praktycznej realizacji. Co więcej brak jest obecnie
powszechnie uznawanych standardów lub algorytmów umożliwiających efektywne obliczanie
czasów ekspozycji w radiografii CR. Najczęściej stosowana jest praktyka prób i błędów
polegająca na wykonywaniu wielu próbnych ekspozycji odpowiadających konkretnym
konfiguracjom sprzętowym i zadaniom badawczym. Czasem stosowana jest praktyka
polegająca na obliczaniu czasu ekspozycji jak dla standardowej błony radiograficznej (np.
D7) i mnożeniu uzyskanej wartości przez pewien, ustalony doświadczalnie, współczynnik
korekcyjny. Jak zobaczymy w dalszej części artykułu podejście takie może być skuteczne
jedynie w odniesieniu do konkretnego, ściśle określonego układu badawczego (źródło
promieniowania, płyta IP, skaner CR oraz rodzaj i grubość okładek wzmacniających). W
przypadku zmiany któregokolwiek z wymienionych elementów wartość współczynnika
1
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
korekcyjnego może ulec istotnej zmianie i musi on być ponownie wyznaczony z ekspozycji
próbnej. Opisane metody ustalania czasów ekspozycji płyt IP są skomplikowane,
czasochłonne i stosunkowo niedokładne. Brak efektywnych metod obliczania czasu
ekspozycji w znacznym stopniu utrudnia praktyczne stosowanie radiografii komputerowej.
Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie uniwersalnej metodyki obliczania
czasów ekspozycji płyt IP opierającej się na uregulowaniach norm EN 14784-1, EN 14784-2
oraz ASTM E 2446 i możliwej do zastosowania w przypadku dowolnego systemu CR
sklasyfikowanego i opisanego zgodnie z wymaganiami tych norm. Przedstawiono przykład
praktycznej realizacji opisanej metodyki obliczeniowej w postaci programowego kalkulatora
ekspozycji dla radiografii komputerowej Gamex CR firmy NDT SOFT [3].
2. Czułość ISO/CEN
Aby można było obliczać czas ekspozycji dla badania radiograficznego
wykonywanego za pomocą określonego systemu CR potrzebny jest parametr opisujący
czułość danego systemu na promieniowanie. Parametrem takim jest czułość CEN, S CEN
określona w normie EN 14784-1 lub analogiczna czułość ISO określona w normie ASTM E2446. Oba parametry są zdefiniowane w identyczny sposób i są sobie równoważne.
Czułość ISO/CEN zdefiniowana jest jako odwrotność dawki promieniowania
niezbędnej do uzyskania intensywności IIPx odczytu płyty IP odpowiadającej określonej klasie
IP systemu:
S CEN =
1
KS
(1)
gdzie: KS – dawka promieniowania w miejscu usytuowania płyty wyrażona w Grejach [Gy]
SCEN – czułość ISO/CEN
Wartość SCEN podawana jest w zaokrągleniu do stabelaryzowanego ciągu wartości
określonych w Tablicy 2 normy EN 14784-1.
Czułość ISO/CEN określana jest dla konkretnego systemu badawczego składającego
się z określonego typu płyty IP, skanera oraz wybranych parametrów skanowania (średnica
plamki lasera, rozdzielczość skanowania, wzmocnienie fotopowielacza). Normowa definicja
czułości nie określa jednoznacznie źródła promieniowania, dla którego wyznacza się wartość
parametru SCEN ale przyjmuje się, że jest to samo źródło, które należy stosować przy
wyznaczaniu parametru SNR. Obie normy, EN 14784-1 oraz ASTM E 2446, definiują to
standardowe źródło jako lampę rentgenowską z wolframową anodą pracująca przy napięciu
ok. 220 kV z filtrem miedzianym o grubości 8 mm. Jakość wytwarzanego promieniowania
powinna być taka aby warstwa osłabienia połowicznego dla miedzi wynosiła 3,5 mm. Płyta
IP powinna być naświetlana z przednimi i tylnymi okładkami ołowianymi o grubości 0,1 mm.
Zgodnie z wymaganiami wspomnianych norm producent systemu CR powinien
wyznaczyć i przedstawić użytkownikowi wartości czułości ISO/CEN swojego systemu dla
różnych klas IP w zależności od typu stosowanej płyty obrazowej, skanera oraz nastaw
parametrów skanowania. Przykładowa specyfikacja skanera Kodak Industrex ACR-2000
współpracującego z płytami obrazowymi Flex GP została przedstawiona w tab. 1. Określa
ona, między innymi, wartości czułości ISO/CEN dla wszystkich 6 klas IP, w których system
ten może być stosowany.
2
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Tab. 1. Klasyfikacja systemu radiografii cyfrowej KODAK INDUSTREX ACR-2000
pracującego z płytami obrazowymi Flex GP.
Z tabeli wynika, że czułości ISO/CEN szybko wzrastają wraz ze wzrostem klasy IP
systemu. Czułość dla klasy IP6 jest prawie 20 krotnie wyższa niż dla klasy IP1. W ostatniej
kolumnie tabeli precyzyjnie określono parametry skanowania oraz ekspozycji, przy których
podane wartości czułości zostały wyznaczone i dla których obowiązują.
Należy zauważyć, że w przedstawionej klasyfikacji obok wymaganych wartości
parametru SNR podano również wartości minimalnych odczytów intensywności sygnału
(stopni szarości), które są wymagane dla poszczególnych klas IP. Wartości te są użyteczne w
rutynowej kontroli prawidłowości ekspozycji radiogramów cyfrowych, przy której
każdorazowe wyznaczanie parametru SNR byłoby zbyt uciążliwe a czasem wręcz niemożliwe
z uwagi na brak jednorodnie naświetlonych obszarów radiogramu. Należy jednak pamiętać,
że minimalne intensywności sygnału IIPx są parametrem wtórnym w stosunku do SNR i zależą
od budowy i parametrów konkretnego systemu CR. Dla każdego systemu muszą być one
wyznaczone w drodze specjalnych prób normowych wykonywanych przez wytwórcę lub
użytkownika.
Znając czułość ISO/CEN danego systemu CR w danej klasie IP można bezpośrednio
wyznaczyć dawkę promieniowania jaka jest potrzebna do uzyskania tym systemem
radiogramu cyfrowego odpowiadającego danej klasie. Przykładowo, z tab. 1 odczytujemy, że
dawka promieniowania wymagana do naświetlenia płyty Flex GP w klasie IP4 wynosi 1/6300
Gy czyli 0,16 mGy. Na podstawie znajomości tej dawki oraz warunków ekspozycji
(wydajność źródła promieniowania, odległość źródło-błona, grubość badanego obiektu)
można byłoby w zasadzie obliczyć wymagany czas ekspozycji jednak pojawia się tutaj jeden
dodatkowy problem. Chodzi o to, że czułość ISO/CEN jest wyznaczana dla ściśle
określonego źródła promieniowania (lampa 220 kV z filtracją 8 mm Cu) wytwarzającego
promieniowanie o ściśle określonym widmie energetycznym. Faktyczna czułość systemu na
promieniowanie pochodzące z innych źródeł, np. Ir-192 czy Co-60 nie musi być taka sama.
Dodatkowo, w radiografii CR z zasady stosuje się okładki wzmacniające, które mogą być
wykonane z różnych materiałów (Pb, Cu, Fe) i mogą mieć bardzo różne grubości (od 0,1 do
2,0 mm). Zastosowanie takich czy innych okładek również znacząco wpływa na faktycznie
uzyskiwaną czułość systemu.
Tak więc aby praktycznie wykorzystać czułość ISO/CEN do obliczeń czasów
ekspozycji w praktycznych zastosowaniach radiografii komputerowej należy umieć przeliczać
normową czułość SCEN na faktyczną czułość systemu CR w przypadku zastosowania
konkretnego źródła promieniowania i określonych okładek wzmacniających. Podstawą do
takich przeliczeń mogą być charakterystyki energetyczne czułości układów płyt IP z różnymi
okładkami wzmacniającymi.
3
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
3. Charakterystyki energetyczne czułości płyt IP
Czułość S(E) układu detekcyjnego płyta IP – okładki na promieniowanie o określonej
energii definiuje się jako odwrotność dawki promieniowania potrzebnej aby naświetlić dany
układ tak, aby przy odczycie płyty IP uzyskać na radiogramie cyfrowym określoną wartość
intensywności odczytu (stopień szarości) [7]. Wyznaczenie tak zdefiniowanej czułości
wymaga obliczenia ilości energii promieniowania pochłoniętej w warstwie luminoforowej
płyty obrazowej przy ekspozycji jej jednostkową dawką promieniowania o określonej energii.
Należy tutaj zauważyć, że nie jest to jedynie energia fotonów promieniowania bezpośrednio
pochłoniętych w warstwie luminoforu ale także energia elektronów docierających do warstwy
luminoforowej z przylegających okładek wzmacniających. W praktyce większość energii
pochłanianej w warstwie luminoforowej płyty IP pochodzi od elektronów wybitych przez
promieniowanie z metalowych okładek, podłoża lub kasety.
Rozwiązanie tak postawionego problemu jest stosunkowo skomplikowane i możliwe
do zrealizowania jedynie za pomocą numerycznych metod obliczeniowych modelujących
transport promieniowania i elektronów przez warstwy kilku materiałów (np. metody typu
Monte Carlo). Obliczenia takie dla układów płyt IP z okładkami ołowianymi zostały
przedstawione w pracy [7]. Analogiczne obliczenia dla standardowych błon radiograficznych
przedstawiono wcześniej w pracach [8-10].
Na rys. 1 pokazano charakterystykę energetyczną czułości układu płyta IP – okładka
Pb o grubości 0,1 mm w zakresie energii promieniowania od 100 do 1500 keV obejmującym
większość zastosowań radiografii CR w badaniach nieniszczących. Oś pionowa wykresu
sporządzona jest w skali logarytmicznej co spłaszcza nieco przebieg charakterystyki, ale
pomimo tego widać, że czułość układu szybko spada ze wzrostem energii promieniowania.
Promieniowanie wytwarzane przez źródło standardowe (220 kV, 8 mm Cu) ma widmo ciągłe
ale można przypisać mu pewną równoważną (średnią) energię promieniowania
monochromatycznego wynoszącą ok. 150 keV. Promieniowanie monochromatyczne o tej
energii ma taką samą grubość warstwy półchłonnej miedzi (3,5 mm) jak promieniowanie ze
źródła standardowego. Dzięki takiemu przyporządkowaniu możemy na podstawie
przedstawionej charakterystyki energetycznej porównywać czułości płyty IP dla źródeł
promieniowania o różnej energii. Przykładowo, efektywna czułość płyty IP z okładkami 0,1
mm Pb na promieniowanie emitowane ze źródła Co-60 jest ok. 3 krotnie niższa niż czułość
SCEN wyznaczona dla źródła standardowego. Efekt zmiany czułości płyty IP w funkcji energii
promieniowania należy uwzględnić przy obliczeniach czasów ekspozycji dla wszystkich
źródeł o energii promieniowania różniącej się od energii źródła standardowego.
Na rys. 1 przedstawiono również charakterystykę energetyczną czułości na
promieniowanie standardowej błony radiograficznej naświetlanej z okładkami 0,1 mm Pb.
Charakter zmian czułości błony w funkcji energii promieniowania jest podobny jak dla płyty
IP z tym jednak, że spadek czułości ze wzrostem energii następuje tutaj jeszcze szybciej. Z
punktu widzenia metodyki obliczeń czasów ekspozycji istotne jest to, że charakterystyki
czułości płyty IP i błony są na wykresie logarytmicznym nie tylko przesunięte względem
siebie ale mają także różne nachylenia. Gdyby były jedynie przesunięte w pionie oznaczałoby
to, że różnią się od siebie jedynie stałym mnożnikiem i wówczas można byłoby obliczać
czasy ekspozycji płyt IP na podstawie czasów ekspozycji standardowych błon mnożąc je
przez pewien ustalony współczynnik. Podejście takie jest powszechnie stosowane przy
obliczaniu czasów ekspozycji dla różnych typów błon (np. przeliczanie czasu ekspozycji
błony D7 na czas ekspozycji błony D5 za pomocą mnożnika 1,6).
4
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Niestety charakterystyki czułości płyt IP i błon różnią się na tyle, że nie można
zastosować podobnego podejścia i dla obliczania czasów ekspozycji płyt IP należy stosować
odrębne metody obliczeniowe i kalkulatory ekspozycji.
Rys. 1. Charakterystyki energetyczne czułości na promieniowanie standardowej płyty IP oraz
standardowej błony radiograficznej. Oba detektory naświetlane z okładkami
ołowianymi o grubości 0,1 mm.
Podobnie jak w konwencjonalnej radiografii błonowej również w przypadku
radiografii komputerowej korzystne jest stosowanie okładek metalowych. Norma EN 147842 [3] określająca podstawowe zasady wykonywania badań radiograficznych z użyciem
luminoforowych płyt obrazowych zaleca stosowanie grubszych okładek niż ma to miejsce w
analogicznych zastosowaniach radiografii błonowej. Przykładowo dla lamp rentgenowskich
pracujących w zakresie 150 do 250 kV zalecane jest użycie okładek ołowianych o grubości
0,1 mm natomiast dla najczęściej stosowanych źródeł izotopowych Ir-192 i Se-75 okładek
ołowianych o grubości 0,3 i 0,4 mm.
Jak wspomniano okładki metalowe mają istotny wpływ na efektywną czułość płyty
obrazowej. Na rys. 2 pokazano charakterystyki energetyczne czułości na promieniowanie
standardowej płyty IP stosowanej bez okładek oraz w z zestawieniu z okładkami ołowianymi
o różnej grubości. Widać, że dla najniższego zakresu energii, poniżej 250 keV obecność
okładek prowadzi do obniżenia czułości systemu, zatem okładki ołowiane działają w tym
5
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
zakresie jak filtr osłabiający promieniowanie. W zakresie energii powyżej 250 keV zaczyna
uwidaczniać się wzmacniający efekt obecności okładek na czułość systemu.
Rys. 2. Charakterystyki energetyczne czułości na promieniowanie standardowej płyty IP z
okładkami ołowianymi o różnej grubości.
Wpływ grubości okładek na wzrost czułości systemu jest stosunkowo niewielki i
zaczyna być widoczny dopiero przy energiach powyżej 1 MeV. Oznacza to, że maksymalny
efekt wzmacniający dla niższych energii można osiągnąć już przy grubości okładek Pb rzędu
0,1 mm, tj. znacznie mniejszych niż zalecane w normie EN 14784-2 dla źródeł Ir-192 lub Se75. Powodem zalecenia stosowania grubszych okładek jest prawdopodobnie ich działanie
filtrujące poniżej 250 kV ograniczające udział promieniowania rozproszonego o niższej
energii.
Z punktu widzenia metodyki obliczeń czasów ekspozycji wykresy pokazane na rys. 2
pozwalają przeliczać czułość CEN wyznaczoną dla okładek ołowianych o grubości 0,1 mm na
czułość faktyczną w przypadku stosowania okładek ołowianych o innej grubości. Jak wynika
z wykresów największe korekty czułości związane z grubością okładek będą występować w
przedziale energii poniżej 200 keV. Należy pamiętać, że korekty te dotyczą zarówno
promieniowania pierwotnego wysyłanego przez źródło jak i promieniowania rozproszonego
w obiekcie badania. Oba rodzaje promieniowania są rejestrowane przez płytę i wnoszą swój
wkład do intensywności sygnału odczytu radiogramu cyfrowego.
6
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Przedstawione charakterystyki energetyczne czułości dotyczą standardowych płyt IP z
warstwą luminoforową o grubości ok. 370 µm wykonaną z kryształków BaFBr:Eu2+. W
przypadku innego składu lub grubości warstwy luminoforu mogą się one nieco różnić. Np.
dla płyt obrazowych wysokiej rozdzielczości (IP-HR) grubość warstwy luminoforowej
wynosi tylko ok. 150 µm i w konsekwencji ich własna czułość na promieniowanie jest
wyraźnie niższa, natomiast efekt wzmacniający stosowania okładek ołowianych jest znacznie
silniejszy.
Przedstawione wyniki stanowią podstawę do przeliczania standardowej czułości
ISO/CEN systemu CR na rzeczywistą czułość systemu w przypadku wykonywania
ekspozycji płyt IP z okładkami ołowianymi o różnej grubości przy użyciu źródeł
promieniowania o różnej energii. Otwiera to drogę do opracowania kalkulatora czasów
ekspozycji dla radiografii komputerowej opartego na znajomości parametru SCEN
stosowanego systemu radiografii komputerowej.
4. Kalkulator ekspozycji płyt IP dla źródeł izotopowych
Stworzenie uniwersalnego i w miarę dokładnego kalkulatora ekspozycji dla radiografii
komputerowej wymaga wykorzystania szeregu ogólnych praw fizyki promieniowania oraz
kilku szczegółowych zależności takich jak charakterystyki czułości płyty IP w funkcji energii
promieniowania, widma energetyczne stosowanych źródeł czy też wykresy współczynników
rozrostu promieniowania rozproszonego [6]. Samodzielne przeprowadzanie tego typu
obliczeń przez operatora byłoby bardzo pracochłonne i długotrwałe tak więc jedynym
efektywnym sposobem ich wykonywania jest zastosowanie odpowiedniego programu
komputerowego, który wymaga od użytkownika jedynie wprowadzenia podstawowych
parametrów badania.
Ogólny algorytm działania tego typu programu w przypadku stosowania źródeł
izotopowych sprowadza się do wykonania następujących operacji:
• wprowadzenia przez użytkownika podstawowych parametrów badania takich jak:
rodzaj i aktywność źródła promieniowania, rodzaj i grubość prześwietlanego
materiału, geometria ekspozycji, odległość źródło-płyta IP, typ i czułość ISO/CEN
stosowanej płyty IP dla wymaganej klasy IP oraz rodzaj i grubość okładek
• obliczenia mocy dawki promieniowania bezpośrednio za prześwietlanym obiektem
osobno dla każdej linii energetycznej izotopu z uwzględnieniem promieniowania
rozproszonego
• obliczenia względnych czułości układu płyta IP-okładki dla wszystkich energii
promieniowania izotopu (promieniowanie pierwotne) a także dla średnich energii
promieniowania rozproszonego generowanego przez poszczególne składowe widma
promieniowania pierwotnego
• zsumowania mocy dawek dla wszystkich składowych energetycznych
promieniowania docierającego do płyty z zastosowaniem współczynników wagowych
w postaci względnych czułości układu płyta IP-okładki na poszczególne składowe.
W ten sposób uzyskuje się efektywną moc dawki promieniowania naświetlającego
płytę przeliczoną na moc dawki promieniowania ze źródła standardowego.
• na podstawie wprowadzonej wartości SCEN obliczenie dawki KS promieniowania
niezbędnej do naświetlenia płyty IP i podzielenie tej wartości przez efektywną moc
dawki. W wyniku otrzymuje się czas ekspozycji, który należy zastosować do
naświetlenia układu płyta IP-okładki.
7
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Opisany algorytm zaimplementowano w komercyjnym programie Gamex CR służącym
do obliczania czasów ekspozycji płyt IP naświetlanych za pomocą izotopowych źródeł
promieniowania Ir-192, Se-75 oraz Co-60. Sposób działania programu zostanie opisany na
praktycznym przykładzie badania spoin obwodowych rurociągu stalowego o średnicy DN 700
i grubości ścianki 12 mm za pomocą źródła Se-75 (33,7 Ci) techniką centryczną. Badanie
powinno być wykonane w klasie B (technika ulepszona) wg normy EN 14784-2. Zgodnie z
wymaganiami tej normy minimalna klasa systemu CR, która powinna być zastosowana w
omawianych badaniach wynosi IP4 zaś płyty IP powinny być naświetlane z okładkami
ołowianymi o grubości 0,4 mm.
Załóżmy, że badanie będzie wykonywane za pomocą systemu radiografii cyfrowej
KODAK INDUSTREX ACR-2000 z płytami Flex GP, którego specyfikację podano w tab. 1.
Zgodnie ze specyfikacją systemu podaną w tab. 1 jego czułość ISO/CEN w klasie IP4 wynosi
SCEN = 6300.
Powyższe informacje są wystarczające aby skorzystać z programu Gamex CR w celu
wyliczenia czasu ekspozycji wymaganego dla opisanego badania. Interfejs programu z
wprowadzonymi parametrami badania i uzyskanym wynikiem pokazano na rys. 3.
Rys. 3. Interfejs programu Gamex CR z wprowadzonymi parametrami badania i wyliczonym
czasem ekspozycji.
8
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Należy zauważyć, że wyliczony czas ekspozycji, 7 sek. jest wielokrotnie krótszy niż w
przypadku stosowania standardowej błony radiograficznej. Wynika to w głównej mierze z
przyjęcia w badaniu stosunkowo niskiej klasy IP4 systemu CR. W przypadku zastosowania w
badaniu klasy IP1, dla której czułość ISO/CEN systemu wynosi 640, czas ekspozycji uległby
zwiększeniu do 1 min. 9 sek. i byłby tylko ok. dwukrotnie krótszy od czasu naświetlania
błony D7 do gęstości optycznej D=2,5.
Prawidłowość ekspozycji płyty obrazowej można ocenić na gotowym radiogramie
cyfrowym wyznaczając, przy użyciu odpowiedniego narzędzia programowego,
znormalizowany stosunek SNR. W naszym przykładzie powinien on być większy lub równy
65. W praktyce radiogramy produkcyjne nie zawsze umożliwiają wiarygodne wyznaczenie
parametru SNR z uwagi na brak równomiernie naświetlonych fragmentów obrazu. Wynika to
z faktu, że prześwietlane obiekty nie zawsze są idealnie jednorodne pod względem grubości i
jednorodności prześwietlanego materiału np. z uwagi na nierówności powierzchni, obecność
drobnych wad itp. Z tego powodu norma EN 14784-2 dopuszcza alternatywne kryterium
oceny SNR na podstawie odczytu minimalnej intensywności (stopnia szarości) obrazu
cyfrowego IIPX. W rozpatrywanym przypadku specyfikacja z tab. 1 określa, że dla osiągnięcia
minimalnej wartości SNR = 65 należy na radiogramie cyfrowym uzyskać minimalne wartości
intensywności odczytu IIPX nie niższe niż 1136.
5. Podsumowanie
W artykule przedstawiono podstawowe zależności służące do obliczania czasów
ekspozycji w radiografii komputerowej. Dzięki ich wykorzystaniu można obliczać czasy
ekspozycji płyt IP przy naświetlaniu ich różnymi źródłami promieniowania z zastosowaniem
okładek ołowianych o różnej grubości. Podstawą obliczeń jest czułość ISO/CEN
zdefiniowana w normach EN 14784-1 oraz ASTM E-2446, która jest wyznaczana przez
producenta systemu CR w zależności od typu stosowanej płyty IP, skanera oraz parametrów
skanowania. Czułość systemu CR jest różna dla różnych klas IP, w których dany system może
być stosowany.
Metodyka wymaganych obliczeń jest na tyle skomplikowana, że do ich efektywnego
wykonywania niezbędne jest użycie odpowiedniego programu komputerowego. Przykładam
takiego programu jest kalkulator ekspozycji do radiografii komputerowej Gamex CR służący
do obliczeń czasów ekspozycji dla źródeł izotopowych.
Posiadanie tego typu narzędzia jest niezbędne do efektywnego stosowania radiografii
komputerowej w praktyce przemysłowej. Prawidłowy dobór czasu ekspozycji jest bowiem
podstawowym warunkiem osiągnięcia odpowiedniej klasy IP radiogramu cyfrowego.
Stosowane dotychczas metody określania czasów ekspozycji polegające na wykonywaniu
wielu ekspozycji próbnych lub przeliczaniu czasów ekspozycji z radiografii konwencjonalnej
nie są adekwatne do poziomu technologicznego techniki CR i stanowią istotne ograniczenie
jej jakości i efektywności. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji gdzie radiografia cyfrowa stosowana
jest do badań zróżnicowanych obiektów za pomocą różnych źródeł promieniowania i przy
zastosowaniu różnych technik ekspozycji.
9
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „STARY MŁYN 2011”
29 - 31 sierpnia 2011
Literatura
1. S. Mackiewicz, Rola i znaczenie czasu ekspozycji w radiografii komputerowej, Krajowa
Konferencja Badań Radiograficznych – Popów 2008
2. PN-EN 14784-1 Badania nieniszczące – Radiografia przemysłowa z użyciem
pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych Część 1: Klasyfikacja systemów
3. PN-EN 14784-2 Badania nieniszczące – Radiografia przemysłowa z użyciem
pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych Część 2: Ogólne zasady
radiograficznych badań materiałów metalowych za pomocą promieniowania X i gamma
4. ASTM E 2446 Standard Practice for Classification of Computed Radiology Systems
5. http://www.ndtsoft.eu/?go=programy/gamexcr
6. S. Mackiewicz, Promieniowanie rozproszone i jego rola w badaniach radiograficznych,
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych – Popów 2010
7. G. Barnea, E. Navon, A. Ginzburg, J. Polistch, H. Roehring, C.E. Dick and R.C. Placious,
Use of storage phosphor imaging plates in portal imaging and high-energy radiography:
The intensifying effect of metallic screens on the sensitivity., Mwd. Phys. 18(3) May/June
1991, pp 432-438.
8. G. Barnea and A. Ginsburg, High energy X-ray film response and the intensifying action
of metal screens., IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-34, No. 6, December
1987, pp 1580-1585
9. E. Navon, G. Barnea, and C.E. Dick, The intensifying effect of metallic screens on the
sensitivity of x-ray films at 662 keV, J. Appl. Phys. 85(7), April 1989 pp. 2852-2855
10. E. Navon, C.E. Dick, and G. Barnea, Intensifying effect of metallic screens on the
sensitivity of x-ray films for 400-kV bremsssstrahlung photons., Med. Phys. 18 (2),
Mar/Apr 1991, pp. 299-304
10