奧影科普| 工業(yè)CT的密度/對比度分辨率

來源：奧影檢測科技（上海）有限公司 2024年08月07日 15:47

在現(xiàn)代檢測領(lǐng)域，精度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。具體到工業(yè)CT設(shè)備，其精度通常指代的有三個(gè)指標(biāo)：空間分辨率、密度分辨率、測量誤差。關(guān)于空間分辨率的影響因素、計(jì)算方式在此前的推文中已經(jīng)做了介紹，本篇，我們就來詳細(xì)介紹工業(yè)CT的「密度分辨率」。

一、密度分辨率

密度分辨率（Contrast Resolution），又稱對比度分辨率或低對比度分辨率，是CT系統(tǒng)區(qū)分不同物質(zhì)密度差異的能力。它定量地表示為影像中能顯示的最小密度差別，通常以百分比（%）表示。例如，當(dāng)密度分辨率為2%時(shí)，意味著兩種物質(zhì)的密度差異達(dá)到或超過2%時(shí)，CT圖像就能清晰地區(qū)分它們。

二、工業(yè)CT密度分辨率的原理

我們知道，當(dāng)X射線穿過不同密度的物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生不同程度的衰減。CT系統(tǒng)正是通過收集測量這些衰減信號(hào)，并利用重建算法將其轉(zhuǎn)換為圖像。密度分辨率的高低取決于系統(tǒng)對這些微小衰減差異的敏感度和區(qū)分能力。

在工業(yè)CT中，高質(zhì)量的圖像可達(dá)優(yōu)于1%甚至更小的密度分辨率，使得工業(yè)CT能夠發(fā)現(xiàn)更細(xì)微的缺陷，提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。這意味著工業(yè)CT能夠準(zhǔn)確地區(qū)分材料內(nèi)部的微小密度變化，如氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，為質(zhì)量控制和缺陷檢測提供強(qiáng)有力的支持。

三、影響密度分辨率的因素

密度分辨率的高低取決于多個(gè)因素，包括：

噪聲和信噪比

噪聲是掃描均勻物質(zhì)時(shí)，其CT值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。噪聲使圖像呈顆粒性，直接影響密度分辨率，尤其表現(xiàn)在低密度組織的可見度上。
信噪比由探測器的效率和X射線劑量決定。效率越高、劑量越大，則信噪比越高，相對降低噪聲，密度分辨率將提高。

被檢物體大小

理論上，被檢物體的尺寸大小并不會(huì)改變CT系統(tǒng)的密度分辨率（分辨能力），但是尺寸大小會(huì)影響到射線的衰減，這就在一定程度上會(huì)造成探測器在偵測信號(hào)方面存在差異，比如信噪比波動(dòng)。當(dāng)被檢物體的幾何尺寸較大時(shí)，這是因?yàn)檩^大的物體能夠吸收更多的X射線光子，從而產(chǎn)生更明顯的信號(hào)差異，使得不同密度的組織或物質(zhì)更容易被區(qū)分開來。反之，如果被檢物體較小，其吸收的X射線光子數(shù)相對較少，信號(hào)差異可能不夠明顯，導(dǎo)致圖像在對比度上差異不明顯。另外高密度物質(zhì)對射線吸收后會(huì)造成射束硬化、金屬偽影等干擾，同樣也會(huì)影響設(shè)備的密度分辨力。

探測器性能

探測器的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等性能參數(shù)對密度分辨率也有重要影響。高性能的探測器能夠捕捉更多的細(xì)節(jié)信息，提高圖像的密度分辨率。

X射線劑量

X射線源的能量直接影響其穿透能力和散射程度。選擇合適的X射線源的劑量，可以在保證穿透深度的同時(shí)，減少散射和衍射對對比度分辨率的影響。

四、密度分辨率測試

密度分辨率的檢測方法多種多樣，在國標(biāo)《GB/T 35386-2017 無損檢測工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）檢測用密度分辨力測試卡》文件中，提供了空氣間隙卡、固體密度差試樣、液體密度差試樣和圓盤卡四種測試卡。這些測試卡通過設(shè)計(jì)具有不同密度的材料組合，來模擬實(shí)際檢測中可能遇到的密度差異。例如：

固體密度差試樣

是在均制的圓柱形剛性基體材料（一般為鋼、鋁或塑料）的特定部位，按密度大小嵌入的一系列與基體不同的密度塊。通過掃描這些試樣，可以評(píng)估CT系統(tǒng)對固體材料密度差異的分辨能力。

液體密度差試樣

在純水的特定范圍內(nèi)加入可溶性介質(zhì)（一般選用氯化鈉），使介質(zhì)溶液和純水形成一定的密度差。

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