ISO 15708-2:2002
(Main)Non-destructive testing - Radiation methods - Computed tomography - Part 2: Examination practices
Non-destructive testing - Radiation methods - Computed tomography - Part 2: Examination practices
ISO 15708-2 describes CT procedures that can provide for non-destructive testing and evaluation. Requirements in this part of ISO 15708 are intended to control the reliability and quality of the CT images. This part of ISO 15708 is applicable for the systematic assessment of the internal structure of a material or assembly and may be used to prescribe operating CT procedures. It also provides a basis for the formation of a programme for quality control and its continuation through calibration, standardization, reference samples, inspection plans and procedures. ISO 15708-2 gives guidelines for procedures for performing CT examinations. It is intended to address the general use of CT technology and thereby facilitate its use. This part of ISO 15708 implicitly assumes the use of penetrating radiation, specifically X-ray and gamma-ray.
Essais non destructifs — Moyens utilisant les rayonnements — Tomographie informatisée — Partie 2: Pratiques d'examen
La présente partie de l'ISO 15708 décrit les procédures de TI permettant d'effectuer des essais et une évaluation non destructifs. Les exigences de la présente partie de l'ISO 15708 sont destinées à contrôler la fiabilité et la qualité des images TI. La présente partie de l'ISO 15708 est applicable pour l'évaluation systématique de la structure interne d'un matériau ou d'un assemblage et peut être utilisée pour prescrire des procédures d'exploitation en TI. Elle fournit aussi une base pour la définition d'un programme de maîtrise de la qualité et sa continuation par l'étalonnage, la normalisation, la création d'échantillons de référence, les plans de contrôle et les procédures. La présente partie de l'ISO 15708 donne les lignes directrices pour effectuer des examens par tomographie informatisée (TI). Elle a pour but de traiter de l'utilisation générale de la technologie de la TI et de faciliter ainsi cette utilisation. La présente partie de l'ISO 15708 présuppose l'utilisation d'un rayonnement traversant, spécifiquement par rayons X et rayons gamma.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 15708-2:2002 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Non-destructive testing - Radiation methods - Computed tomography - Part 2: Examination practices". This standard covers: ISO 15708-2 describes CT procedures that can provide for non-destructive testing and evaluation. Requirements in this part of ISO 15708 are intended to control the reliability and quality of the CT images. This part of ISO 15708 is applicable for the systematic assessment of the internal structure of a material or assembly and may be used to prescribe operating CT procedures. It also provides a basis for the formation of a programme for quality control and its continuation through calibration, standardization, reference samples, inspection plans and procedures. ISO 15708-2 gives guidelines for procedures for performing CT examinations. It is intended to address the general use of CT technology and thereby facilitate its use. This part of ISO 15708 implicitly assumes the use of penetrating radiation, specifically X-ray and gamma-ray.
ISO 15708-2 describes CT procedures that can provide for non-destructive testing and evaluation. Requirements in this part of ISO 15708 are intended to control the reliability and quality of the CT images. This part of ISO 15708 is applicable for the systematic assessment of the internal structure of a material or assembly and may be used to prescribe operating CT procedures. It also provides a basis for the formation of a programme for quality control and its continuation through calibration, standardization, reference samples, inspection plans and procedures. ISO 15708-2 gives guidelines for procedures for performing CT examinations. It is intended to address the general use of CT technology and thereby facilitate its use. This part of ISO 15708 implicitly assumes the use of penetrating radiation, specifically X-ray and gamma-ray.
ISO 15708-2:2002 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 19.100 - Non-destructive testing. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 15708-2:2002 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 15708-1:2017, ISO 15708-3:2017. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15708-2
First edition
2002-07-01
Non-destructive testing — Radiation
methods — Computed tomography —
Part 2:
Examination practices
Essais non destructifs — Moyens utilisant les rayonnements —
Tomographie informatisée —
Partie 2: Pratiques d'examen
Reference number
©
ISO 2002
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Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative reference.1
3 Terms and definitions .1
4 Summary .1
5 System configuration.2
6 Documentation.5
7 System set-up and optimization .8
8 Performance measurement .12
9 CT examination interpretation.18
10 Records, reports, and identification of accepted material.18
11 Safety conditions.18
12 Precision and bias.18
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 15708 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15708-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee SC 5,
Radiation methods.
ISO 15708 consists of the following parts, under the general title Non-destructive testing — Radiation methods —
Computed tomography:
Part 1: Principles
Part 2: Examination practices
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Introduction
Computed tomography (CT), as with conventional radiography and radioscopic examination, is broadly applicable
to any material or test object through which a beam of penetrating radiation passes, including metals, plastics,
ceramics, metallic/non-metallic composite material and assemblies. The principal advantage of CT is that it
provides densitometric (i.e., radiological density and geometry) images of thin cross sections — “slices” — through
an object. Because of the absence of structural superposition, images are much easier to interpret than
conventional radiological images. CT images correspond closely to the way the human mind visualizes 3D
structures than conventional projection radiology. Because CT images are digital, the images may be enhanced,
analysed, compressed, archived, input as data into performance calculations, and compared with digital data from
other non-destructive evaluation (NDE) modalities. CT images can also be transmitted to other locations for remote
viewing.
This part of ISO 15708 describes CT procedures that can provide for non-destructive testing and evaluation.
Requirements in this part of ISO 15708 are intended to control the reliability and quality of the CT images. This part
of ISO 15708 is applicable for the systematic assessment of the internal structure of a material or assembly and
may be used to prescribe operating CT procedures. It also provides a basis for the formation of a programme for
quality control and its continuation through calibration, standardization, reference samples, inspection plans and
procedures.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15708-2:2002(E)
Non-destructive testing — Radiation methods — Computed
tomography —
Part 2:
Examination practices
1 Scope
This part of ISO 15708 gives guidelines for procedures for performing CT examinations. It is intended to address
the general use of CT technology and thereby facilitate its use. This part of ISO 15708 implicitly assumes the use
of penetrating radiation, specifically X-ray and γ-ray.
2 Normative reference
The following normative document contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 15708. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 15708 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent edition of the normative document indicated below. For undated references,
the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain registers of
currently valid International Standards.
ISO 15708-1:2002, Non-destructive testing — Radiation Methods — Computed tomography — Part 1: Principles
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 15708 the terms and definitions listed in annex A of ISO 15708-1:2002 apply.
4 Summary
This part of ISO 15708 describes CT procedures which can provide for non-destructive testing and evaluation.
Requirements in this part of ISO 15708 are intended to control the reliability and quality of the CT images.
CT systems are made up of a number of subsystems; the function served by each subsystem is common in almost
all CT scanners. Clause 5 describes the following subsystems:
a) source of penetrating radiation;
b) radiation detector or an array of detectors;
c) mechanical scanning assembly;
d) computer system including:
1) image reconstruction software/hardware;
2) image display/analysis system;
3) data storage system;
4) operator interface.
Clause 6 describes and defines the procedures for establishing and maintaining quality control of CT examination
services.
The extent to which a CT image reproduces an object or a feature within an object is influenced by spatial
resolution, statistical noise, slice plane thickness and artifacts of the imaging system. Operating parameters shall
strike an overall balance between image quality, inspection time and cost. These parameters shall be considered
for CT system configurations, components and procedures. The setting and optimization of CT system parameters
are discussed in clause 7.
Methods for the measurement of CT system performance are provided in clause 8.
5 System configuration
5.1 CT System configurations
Many different CT examination system configurations are possible and it is important to understand the advantages
and limitations of each. It is important that the optimum system parameters be selected for each examination
requirement, through careful analysis of the benefits and limitations of the available system components and the
chosen system configuration.
5.2 Radiation sources
5.2.1 General
Whilst the CT examination systems may utilize either gamma-ray or X-ray generators, the latter is used for most
applications. For a given focal spot size, X-ray generators [i.e., X-ray tubes and linear accelerators (linacs)] are
several orders of magnitude more intense than isotope sources. Most X-ray generators are adjustable in peak
energy and intensity and have the added safety feature of discontinued radiation production when switched off.
However, polychromaticity of the energy spectrum causes artifacts such as “cupping” (the anomalous decreasing
attenuation toward the centre of a homogeneous object) in the image, if left uncorrected.
5.2.2 Electrical radiation generators
X-rays produced from electrical radiation generators have focal spot sizes ranging from a few millimetres down to a
few micrometres. Reducing the focal spot size reduces geometric unsharpness, thereby enhancing detail
sensitivity. Smaller focal spots permit higher spatial resolution, but at the expense of reduced X-ray beam intensity.
5.2.3 Radioisotope sources
A radioisotope source can have the advantages of small physical size, portability, low power requirements,
simplicity and stability of output. The disadvantages are limited intensity and limited peak energy, primarily due to
inefficiency in the process whereby continuous X-rays are generated. Radioisotope sources are typically several
orders of magnitude less intense that X-ray generators
2 © ISO 2002 – All rights reserved
5.2.4 Synchrotron radiation (SR) sources
SR sources produce very intense, naturally collimated, narrow bandwidth, tunable radiation. Thus, CT systems
using SR sources can employ essentially monochromatic radiation. With current technology however, practical SR
energies are restricted to less than approximately 20 keV to 30 keV. Since any CT system is limited to the
inspection of samples with radio-opacities consistent with the penetrating power of the X-ray used, SR systems
can, in general, image only small (about 1 mm) objects.
5.3 Detection system
The detection system is a transducer that converts the transmitted radiation-containing information about the test
object into an electronic signal suitable for processing. The detection system may consist of a single sensing
element, a linear array of sensing elements or an area array of sensing elements. The more detectors used, the
faster the required scan data can be collected; but there are important tradeoffs to be considered.
A single detector provides the least efficient method of collecting data but entails minimal complexity, eliminates
cross talk and detector matching, and allows an arbitrary degree of collimation and shielding to be implemented.
Linear arrays have reasonable scan times at moderate complexity, acceptable cross talk and detector matching,
and a flexible architecture that typically accommodates good collimation and shielding. Most commercially available
CT systems employ a linear array of detectors.
An area detector provides a fast method of collecting data but entails the transfer and storage of large amounts of
information, forces tradeoffs between cross talk and detector efficiency, and creates serious collimation and
shielding challenges.
5.4 Manipulation System
5.4.1 General
The test part manipulation system has the function of holding the test object and providing the necessary range of
motions to position the volume of interest between the radiation source and detector. Two types of scan motion
geometries are most common.
5.4.2 Translate-rotate motion
With translate-rotate motion, the test object is translated in a direction perpendicular to the direction of and in the
plane of the X-ray beam. Full data sets are obtained by rotating the test article between translations by the fan
angle of the beam and again translating the part until a minimum of 180° of data have been acquired. The
advantage of this design is simplicity, good view-to-view detector matching, flexibility in the choice of scan
parameters and ability to accommodate a wide range of different object sizes including objects too big to be
subtended by the X-ray fan. The disadvantage is a longer scan time.
5.4.3 Rotate-only motion
With rotate-only motion, a complete view is collected by the detector array during each sampling interval. A rotate-
only scan has a lower motion penalty than a translate-rotate scan and is attractive for industrial applications where
the part to be examined fits within the fan beam and the scan speed is important.
5.5 Computer system
CT requires substantial computational resources such as a large capacity for image storage and archival and the
ability to perform numerous mathematical computations swiftly and efficiently, especially for the back-projection
operation. Computational speed can be augmented by either generalized array processors or specialized back-
projection hardware or both. The particular implementations will change as computer hardware evolves, but high
computational power will remain a fundamental requirement for efficient CT examination. A separate workstation
for image analysis and display and archiving is often appropriate.
5.6 Image reconstruction software
The aim of CT is to obtain information regarding the nature of material occupying exact positions in a test object. In
current CT scanners, this information is obtained by “reconstructing” individual cross-sections (i.e., slices) of the
test object from the measured intensity of X-ray beams transmitted through that cross section. An exact
mathematical theory of image reconstruction exists for idealized data. This theory is applied although the physical
measurements do not fully meet the requirements of the theory. When applied to actual measurements, algorithms
based on this theory produce images with blurring and noise, the extent of which depends on the quantity and
quality of the measurements.
The simplifying assumptions made in setting up the theory of reconstruction algorithms are:
a) cross sections are infinitely thin (i.e., they are planes);
b) both the focal spot or source and the detector elements are infinitely small (i.e., they are points);
c) the physical measurements correspond to total attenuation along the line between the source and detector;
d) the radiation is, or can be treated as, effectively monoenergetic.
A reconstruction algorithm is a collection of step-by-step instructions that define how to convert the measurements
of total attenuation to a map of linear attenuation coefficients over the field of view.
A number of methods for recovering an estimate of the cross section of an object have evolved. They can be
broadly grouped into three classes of algorithms: matrix inversion methods, finite series-expansion methods and
transform methods. See ISO 15708-1 for a treatment of reconstruction algorithms.
If the test object is larger than the prescribed field of view (FOV), either by necessity or by accident, unexpected
and unpredictable artifacts or a measurable degradation of image quality can result. Many methods have been
devised to scan objects larger than the largest FOV for which an instrument has been designed. One technique,
which also provides improved spatial resolution in specific regions of larger objects is known as region-of-interest
(ROI) tomography. ROI tomography reconstructs a convex region within an object, utilizing a projection subset, on
a specified sampling grid, providing higher resolution in this reduced area.
5.7 Image display
The function of the image display is to convey derived information (i.e., an image) of the test object to the system
operator. For manual evaluation systems, the displayed image is used as the basis for accepting or rejecting the
test object, subject to the operator's interpretation of the CT data.
Generally, CT image display requires a special graphics monitor. Television image presentation is of lower quality
but may be acceptable. Most industrial systems utilize colour displays. These units can be switched between colour
and grey-scale presentation to suit the preference of the viewer, but it should be noted that grey-scale images
presented on a colour monitor are not as sharp as those on a grey-scale monitor. The use of colour permits the
viewer to distinguish a greater range of variations in an image than grey-scale does. Depending on the application,
this may be an advantage or a disadvantage. Sharply contrasting colours may introduce false, distinct definition
between boundaries. While at times advantageous, unwanted instances can be corrected through the choice of
colour (or monochrome) scales.
5.8 Data storage medium
Many CT examination applications require an archival-quality record of the CT examination. This could be in the
form of raw data or reconstructed data. Therefore, formats and headers of digital data need to be specified so
information can be retrieved at a later date. Each archiving system has its own specifics as to image quality,
archival storage properties, equipment and media cost. Computer systems are designed to interface to a wide
variety of peripherals. As technology advances or needs change, or both, equipment can be easily and affordably
upgraded. The examination record archiving system shall be chosen on the basis of these and other pertinent
parameters, as agreed upon by the supplier and purchaser of CT examination services. The reproduction quality of
4 © ISO 2002 – All rights reserved
the archival method shall be sufficient to demonstrate the same image quality as was used to qualify the CT
examination system.
5.9 Operator interface
5.9.1 General
The operator interface determines much of the function of the rest of the CT system. The control panel and image
display system are the two significant subsystems affected. The control software, hardware mechanisms and
interface to a remote data workstation if applicable, are amongst those controlled by this interface. Override logic,
emergency shutdown and safety interlocks are also controlled at this point. There are three types of operator
interfaces.
5.9.2 Simple programming console interface
Here the operator types in commands on a keyboard. Whilst being less “user friendly,” this type can offer the
greatest range of flexibility and versatility.
5.9.3 Dedicated console
This has specific function buttons and relatively rigid data and processing features. These systems are usually
developed explicitly for standardized, non-varying inspection tasks. They are designed to be “functionally
hardwired” for efficient throughput for that programme. Medical CT equipment is often of this type.
5.9.4 Graphical user interface
This uses a software display of the menu or windowing type with means such as a pointing device for entering
responses and interacting with the system. This approach has the advantage of being able to combine the best
features of the other two types of operator interface.
5.10 Automation
A variation among CT systems is the extent to which users can create, modify or elaborate image enhancement or
automated evaluation processes. The level of sophistication and versatility of a user command language or a
“learning mode” is an important consideration for purchasers and suppliers who expect to scan a variety of test
objects or to improve their processes as they gain experience with CT.
6 Documentation
6.1 General
The examination protocol shall cover the areas listed in 6.2 to 6.5.
6.2 Equipment qualifications
These comprise a listing of the basic system features that shall be qualified to ensure that the system is capable of
performing the desired examination task.
6.3 Test object scan plan
6.3.1 General
There shall be a listing of test object scan parameters and performance measurements to be extracted from the
image(s).
6.3.2 Data acquisition parameters
A listing of radiation source and detector-related variables shall include:
a) source energy;
b) intensity, current, rad output or equivalent;
c) integration time, number of pulses or equivalent;
d) source spot size or isotope source size;
e) source filtration;
f) source collimation;
g) detector filtration;
h) detector collimation;
i) source-to-object distances;
j) source-to-detector distance;
k) detector gain factor, gain range or equivalent;
l) sampling parameters (linear increment, angular increment or equivalent);
m) number of detectors or channels;
n) scan mode (e.g. translate-rotate, rotate only);
o) calibration of detector air counts (no test object) and dark counts (no source) and frequency of calibration;
p) position of slice plane and orientation of sample.
6.3.3 Image reconstruction parameters
A listing of image reconstruction variables shall include:
a) type of reconstruction (i.e, normal, zoom, annular, limited-angle and so forth);
b) conditioning of X-ray absorption measurements, reconstruction algorithm, view pre-processing, beam-
hardening corrections, non-linearity corrections;
c) reconstruction diameter (field of view);
d) reconstruction pixel size, slice thickness or equivalent;
e) linear sampling intervals (if appropriate);
f) reconstruction matrix size;
g) pixel size and coordinates;
h) position orientation/size (for zoom).
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6.3.4 Image display parameters
A listing of the techniques and the intervals applied for standardizing the video image display as to brightness,
contrast, focus and linearity, shall include the following:
a) provisions for displaying a quantized colour bar or grey scale to assist in this operation;
b) method used for adjusting the monitor and ensuring that the full range of colours or shades of grey are
properly displayed;
c) the transformation from CT number to colour or grey scale look-up table (LUT);
d) upper and lower limits on the range of CT numbers displayed (or the equivalent description in terms of a range
or “window” about an average value or “level”);
e) if a non-linear display technique is used, a description of the histogram equalization or log transformation.
6.3.5 Image analysis
Digital image analysis techniques used to manipulate, alter or quantify the image for the purpose of CT
examination shall be documented. The documentation shall also include the following:
a) accept-reject criteria — a listing of accept/reject criteria;
b) performance evaluation — a listing of the qualification tests and the intervals at which applied.
6.4 Image archiving requirements
There shall be a listing of the requirements for preserving a historical record of the examination results. The listing
may include examination images along with written or electronically recorded alphanumeric or audio narrative
information or both, sufficient to allow subsequent re-evaluation or repetition of the CT examination. The listing
shall specify the data types (i.e., raw data, image data, 16-bit, 8-bit, specially processed images etc.) along with
format or medium be used. Data compression format shall also be listed.
6.5 Examination record data
The examination record shall contain sufficient information to allow the CT examination test to be re-evaluated or
duplicated. Examination record data shall be recorded simultaneously with the CT examination image and may be
in writing or a voice narrative in order to provide the following minimum data.
a) The CT examination system designation, test date, operator identification, operating turn or shift and other
pertinent test and customer data.
b) Specific test part data as to part number, batch, serial number etc (as applicable),
c) Test part orientation and examination site information (i.e., scan height, slice thickness etc.) relative to system
co-ordinates or by reference to unique test part features.
NOTE Slice planes can be annotated with respect to a preview radiogram.
d) System performance monitoring by recording the results of the prescribed CT examination system
performance monitoring tests, as set forth in clause 8, at the beginning and end of a series of CT
examinations, not to exceed the interval set forth for system performance monitoring.
7 System set-up and optimization
7.1 CT optimization
In addition to the required flaw sensitivity, an examination set-up shall take into consideration the expected
distribution of anomalies, an acceptable rate of false negatives (i.e., past defects) and an acceptable rate of false
positives (normal data mistaken for an anomaly). The following attributes should be considered when developing a
CT examination set-up for a group of test objects.
a) Specimen size, weight and composition factors that determine the source accelerating potential and the
mechanical handling equipment requirements.
b) Examination requirements: spatial resolution, contrast sensitivity, slice thickness, time.
c) System operation: system control, safety, calibration functions, scanning procedure.
d) Interaction with programme flow: e.g., concurrent data acquisition and review, automatic acquisition
sequencing, archiving, automatic anomaly recognition, data output for statistical process control.
e) Part Handling: logistics for loading and unloading the test specimen as well as the design and use of any
associated fixturing.
NOTE The expected distribution of anomalies will define the region of the test object to be examined. The test object may
be held at an angle to reduce the radiation path length or the complexity of the reconstruction.
7.2 Source set-up
7.2.1 General
Caution is advised against the application of documents developed for projection radiography. Except at very high
energies, mass attenuation differences between materials (i.e., signal contrasts) tend to decrease as the mean
X-ray energy is increased whereas X-ray production and penetrability (i.e., signal levels) tend to increase under the
same conditions. Therefore, the optimum source energy for a given part is not determined by the lowest possible
X-ray energy that provides adequate penetration but rather by the X-ray energy that produces the maximum signal-
to-noise (SNR) ratio. When a part consists of a single material or several materials with distinct physical density
differences, the best SNR may be obtained at a high source energy. In such cases, the decreased image noise at
higher energies is more important than the increased contrast at lower energies. When chemically different
components have the same or similar physical densities, the best discrimination of materials may be obtained at a
low source energy. In such cases, the increased contrast at lower energies is more important than the decreased
image noise at higher energies.
7.2.2 Scattered radiation
Unless suitable measures are taken to reduce the effects of scatter, it will reduce contrast over the whole image or
parts of it and produce cupping artifacts. Scattered radiation is most serious for materials and thicknesses that
have high X-ray absorption because the scattering is more significant compared to the primary image-forming
radiation that reaches the detector through the specimen.
7.2.3 Source collimation
It is good practice, wherever possible, to limit the cross section of an X-ray beam to cover only the area of the test
object that is of interest in the examination. This reduces the radiation dose to the part and also the amount of
scattered radiation produced.
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7.2.4 Filters
A radiation source often contains X-rays of differing energies. The use of filtration will preferentially remove the low
energy content of the X-ray spectrum. However, filtration decreases the total number of photons, which reduces the
amount of available signal and may increase the noise in the image. A trade-off is clearly required, and some
filtration is generally found to be useful. The amount of filtration depends on the source spectrum and the nature
and size of the test object. Filtration can be mounted near the source or the detector. Filters are generally used to
combat beam hardening artifacts. The influence of scattered radiation can be addressed with filtration by reducing
the number of more readily scattered low energy photons. Filtration used to reduce scattered radiation is typically
more effective if placed in front of the detector as opposed to placement at the source.
7.2.5 Spatial resolution
The spatial resolution of a CT system is a function of the source focal spot size, the width of any detector apertures
(linear detector arrays) and the source-to-detector and source-to-centre of rotation distances. Many CT systems
permit the spatial resolution to be adjusted by allowing the user some degree of control over some or all of these
parameters. See ISO 15708-1 for a more thorough discussion of the interactions between these different variables.
The mechanical accuracy of the positioning subsystem can also limit spatial resolution but the supplier of CT
examination services typically has no control over this aspect of the system operation.
Test object positioning can affect spatial resolution. Because of the extended sizes of the source spot and the
active detection elements, the effective width of a measurement ray varies along its path from source to detector.
This is reflected in a variation with object position of spatial resolution in images computed from measurements with
such rays. The simplest approximation to the minimum effective ray width for a source spot size S and a detector
active aperture size A separated by a distance L is approximately AS/(A + S), and occurs at a location LS/(A + S)
from the source.
NOTE 1 If source and aperture differ substantially in size, this minimum is located close to the smaller size; this is the case
for a microfocus source and for high-resolution detector systems. Optimal spatial resolution can usually be obtained by placing
the object as near as possible to this position, but different tasks and object sizes should be checked experimentally.
NOTE 2 The best placement for spatial resolution may not be optimal for efficient use of detectors or for other considerations
such as scatter sensitivity.
7.3 Image quality
7.3.1 Contrast sensivity
Contrast sensitivity is affected by the noise in an image and is a strong function of the total number of photons
detected. Most CT systems permit the contrast sensitivity to be adjusted by allowing some degree of control over
parameters affecting the number of detected photons. At a given energy, the most important factors are:
a) source intensity;
b) the integration/counting time allowed for each individual measurement;
c) the size of the detector resolution aperture (linear detector array);
d) the size of the detector slice thickness aperture (linear detector array);
e) the source-to-detector distance;
f) the amount of filtration used (see ISO 15708-1 for a more thorough discussion of the interactions between
these different variables).
Contrast sensitivity is also a function of the energy of the photons comprising the X-ray beam. For a fixed number
of X-ray photons incident on a uniform composition object, the contrast sensitivity would generally be best if they
have an energy which typically gives 14 % transmission (i.e., where the typical product of thickness and linear
attenuation coefficient equals 2). This value is the result of the balance between less relative contrast at higher
transmissions and more noise at lower transmissions. This exact result depends on the restrictions stated (fixed
number of photons, uniform object composition, modest dynamic range) and should not be applied blindly to other
situations.
The optimal acceleration voltage for CT contrast sensitivity, for CT images made with X-ray generators, is not a
simple calculation. Because a given current in an X-ray generator at a voltage produces more photons at all
energies (up to the end-point energy) than would the same current at a lower voltage, there is a potential for better
results at the highest voltage possible. Whether this potential is realized in a particular case depends on whether
the advantages of greater photon production efficiency will be overcome by the lower current typically required to
meet wattage limits for a given spot size, or by saturation effects in the detection system. Different results have
been reported for different systems and inspection tasks; users should rely on tests if they wish to determine the
optimal voltage for a particular inspection. Because of substantial differences in detection characteristics,
experience with X-ray film radiography should not be used to predict optimal settings for CT examinations.
7.3.2 Artifacts
7.3.2.1 General
Artifact content is one of the more difficult aspects of image quality to control or quantify. Artifacts can be viewed as
correlated noise because they form fixed patterns under given conditions and are often the limiting factor in image
quality. Mitigating their effects is best done by removing or reducing the cause that gave rise to them, a task that in
many instances may not be feasible or practical. In some cases, it may be possible to reduce artifacts through the
application of specialized software. See ISO 15708-1 for a more thorough discussion. The use of special
procedures or software, or both, to verify the existence (or absence) of artifacts or reduce the influence of artifacts
on the CT examination task shall be clearly specified.
7.3.2.2 Beam hardening
Beam hardening artifacts (the anomalous decreasing attenuation toward the centre of a homogeneous object) are
most common to systems using polychromatic X-ray sources. A mathematical correction at some stage in the
reconstructive process can be very effective, and many systems allow the option of applying such a correction.
Many different approaches have been developed, and some systems offer a choice of options. If a beam hardening
correction is used, the specifics of the method employed shall be well documented in order to permit duplication.
Beam hardening can also be reduced by going to higher source energies or filtering the low energy content of the
incident radiation or both.
A short laboratory procedure to verify the existence of a beam hardening artifact is as follows. If a high apparent
density near the surface of a test object is suspect, place a second object adjacent to the first and rescan. Part of
the first test object is now in the interior of the “paired object.” If the apparent density of the suspect surface does
not decrease, the measured high density is real. Instead, if it decreases, the first density measurement may have
been affected by a beam hardening artifact.
7.3.2.3 Edge artifacts
Generally, an edge artifact manifests itself as a streak arising from a long straight edge. It is caused by the inability
of the CT system to properly handle the sudden change in signal level that occurs at high contrast boundaries.
Such streaks may be reduced by any technique that can mitigate the rate of change at the offending boundary or
can correct the raw data to compensate for measurement inaccuracies. Methods for lowering the contrast include
imbedding the object being scanned in a second medium, e.g. water or sand, and increasing the source energy.
Methods involving the use of special software typically incorporate the use of prior knowledge about the part and
the application of a non-linear correction to the data. If edge artifact suppression techniques are used, the specifics
of the method used shall be well documented in order to permit duplication.
7.3.2.4 Ring artifacts
Generally, a ring artifact manifests itself as circular streaks around the centre of rotation of the object under
examination. It is caused by differences in detector response during the data acquisition process, and is
exacerbated by the beam-hardening non-linearities. These artifacts are typically found in rotate-only type scan
10 © ISO 2002 – All rights reserved
geometries. Ring artifacts may be reduced by data correction algorithms applied to the raw data to compensate for
these differences in detector response. Like edge artifact correction algorithms, methods involving the use of
special software typically incorporate the use of prior knowledge about the part and the application of a non-linear
correction to the data. If ring artifact suppression techniques are used, the specifics of the method employed shall
be well documented in order to permit duplication.
7.3.3 Speed of the examination process
For a given spatial resolution and contrast sensitivity requirement, there shall be a source capable of emitting the
requisite number of photons per unit time. Since the number and configuration of detectors is usually fixed, it may
not be possible to simultaneously accommodate resolution, contrast and throughput demands with the available
equipment.
Examples of linear array CT system adjustments to provide adequate signals at the detector for reconstruction and
optimize the speed of the examination process include:
a) allow more time for each individual measurement, increasing the overall examination time;
b) open the slice-thickness aperture plates which will provide better signal or contrast sensitivity while reducing
defect sensitivity to anomalies that do not extend through the slice plane;
c) open the resolution aperture plates, which will also provide better signal but will reduce the spatial resolution of
the examination;
d) a combination of these adjustments to meet the overall examination needs.
7.3.4 Reconstruction matrix size
The reconstruction matrix size governs the number of views and data samples in each view that has to be
acquired. The higher the resolution, the smaller the pixel size and the larger the pixel matrix for a given region of
interest on the test object. The reconstruction matrix size affects the number of scans and length of time necessary
to examine a test object.
7.3.5 Slice thickness
Thicker slices provide better signal-to-noise ratio (SNR) if the other scan parameters are unchanged. Alternatively,
faster scans are possible without sacrificing SNR by acquiring thicker slices. Thicker slices, while increasing
contrast sensitivity to features extending through the slice, decrease defect sensitivity to anomalies that do not
extend through the slice.
7.3.6 Linear detector system
For linear detector systems, slice thickness is set by the X-ray optics of the system. It is a function of the object
position (i.e, the magnification of the scan geometry) and the effective sizes (normal to the scan plane) of the focal
spot of the source and the acceptance aperture of the detector. The effective size of the focal spot is determined by
its physical size and any source-side collimation. The effective size of the detector aperture is determined by the
active size of the sensor and any detector-side collimation. The maximum thickness is achieved with the maximum
effective focal spot size and the maximum effective acceptance aperture. The minimum thickness is achieved with
the minimum permitted focal spot size and the minimum permitted effective acceptance angle.
7.3.7 Area detector system
For area detector systems, slice thickness is determined by software. The slice thickness can be defined before
image reconstruction by averaging neighbouring detector rows (in an arbitrary orientation) or after image
reconstruction by averaging adjacent slice planes.
7.4 System operation
All control functions as well as the interface to a remote data workstation are controlled from the operator console.
Override logic, calibration procedures, emergency shut-down and other safety related operations are all controlled
at this point. Written procedures intended to provide safe operating instructions for the CT system shall be located
at the operator console and implemented by system operators or used to train new operators. The following
subjects shall be addressed.
Safety: identify all hazards and safe operating procedures that apply, including federal regulations, state/local
regulations, posting of area, personnel monitoring, positioning table lock-out and area evacuation.
Normal system power-up procedure (if applicable).
X-ray tube warm-up procedure.
Transport and loading of test objects.
Calibration procedures: electronic calibration, mechanical calibration and others, as applicable.
Scanning procedure: digital radioscopy (preview radiogram) may be used before scanning in order to
quantify test object height and visually assess radioscopic image quality. When imaging a test object for the
first time, rescanning at several different system configurations is often typical. The machine operator shall be
proficient at the following: scan protocol editing, record keeping
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15708-2
Première édition
2002-07-01
Essais non destructifs — Moyens utilisant
les rayonnements — Tomographie
informatisée —
Partie 2:
Pratiques d'examen
Non-destructive testing — Radiation methods — Computed tomography —
Part 2: Examination practices
Numéro de référence
©
ISO 2002
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Référence normative .1
3 Définitions .1
4 Résumé.1
5 Configuration du système .2
6 Documentation.6
7 Définition et optimisation du système TI .8
8 Mesure de la performance .13
9 Interprétation de l’examen TI.19
10 Enregistrements, rapports et identification du matériau accepté.19
11 Conditions de sécurité.19
12 Fidélité et biais.20
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 15708 peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15708-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 5,
Moyens utilisant les rayonnements.
L'ISO 15708 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Essais non destructifs — Moyens
utilisant les rayonnements — Tomographie informatisée:
Partie 1: Principes
Partie 2: Pratiques d'examen
iv © ISO 2002 – Tous droits réservés
Introduction
La tomographie informatisée (TI), comme la radiographie conventionnelle et l’examen radioscopique, est largement
applicable à tout matériau ou objet exposé à un faisceau de rayonnement traversant, y compris les métaux, les
plastiques, les céramiques, les matériaux composites métalliques/non métalliques, et les assemblages. L’avantage
principal de la TI est qu’elle fournit des images densitométriques (c’est-à-dire des images avec densité radiologique
et géométrie) de coupes minces d’un objet. Du fait de l’absence de superposition structurelle, les images sont plus
faciles à interpréter que les images radiologiques conventionnelles. Les images TI correspondent plus étroitement
à la manière dont l’esprit humain visualise des structures en trois dimensions que ne le fait la radiologie
conventionnelle par projection. Étant numériques, les images TI peuvent être améliorées, analysées, comprimées,
archivées, entrées comme données dans des calculs de performance, et comparées avec des données
numériques d’autres modalités d’évaluation non destructive. Les images TI peuvent aussi être transmises en
d’autres lieux pour observation à distance.
La présente partie de l'ISO 15708 décrit les procédures de TI permettant d’effectuer des essais et une évaluation
non destructifs. Les exigences de la présente partie de l'ISO 15708 sont destinées à contrôler la fiabilité et la
qualité des images TI. La présente partie de l'ISO 15708 est applicable pour l’évaluation systématique de la
structure interne d’un matériau ou d’un assemblage et peut être utilisée pour prescrire des procédures
d’exploitation en TI. Elle fournit aussi une base pour la définition d’un programme de maîtrise de la qualité et sa
continuation par l’étalonnage, la normalisation, la création d’échantillons de référence, les plans de contrôle et les
procédures.
NORME INTERNATIONALE ISO 15708-2:2002(F)
Essais non destructifs — Moyens utilisant les rayonnements —
Tomographie informatisée —
Partie 2:
Pratiques d'examen
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 15708 donne les lignes directrices pour effectuer des examens par tomographie
informatisée (TI). Elle a pour but de traiter de l’utilisation générale de la technologie de la TI et de faciliter ainsi
cette utilisation. La présente partie de l'ISO 15708 présuppose l’utilisation d’un rayonnement traversant,
spécifiquement par rayons X et rayons gamma.
2 Référence normative
Le document normatif suivant contient des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 15708. Pour les références datées, les amendements
ultérieurs ou les révisions de cette publication ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords
fondés sur la présente partie de l'ISO 15708 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les
plus récentes du document normatif indiqué ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition du
document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des Normes
internationales en vigueur.
ISO 15708-1:2002, Essais non destructifs — Moyens utilisant les rayonnements — Tomographie informatisée —
Partie 1: Principes
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 15708, les termes et définitions listés dans l'ISO 15708-1:2002,
annexe A, s'appliquent.
4 Résumé
La présente partie de l'ISO 15708 décrit les procédures de TI permettant d’effectuer des essais et une évaluation
non destructifs. Les exigences de la présente partie de l'ISO 15708 sont destinées à contrôler la fiabilité et la
qualité des images TI.
Les systèmes TI sont composés d’un certain nombre de sous-systèmes; la fonction de chacun des sous-systèmes
est commune à presque tous les explorateurs («scanners») TI. L’article 5 décrit les sous-systèmes suivants:
a) source de rayonnement traversant;
b) détecteur de rayonnement ou réseau de détecteurs;
c) dispositif de balayage mécanique;
d) système informatique, y compris
1) logiciel/matériel de reconstruction d’image;
2) système d’affichage/d'analyse d’image;
3) système de stockage des données;
4) interface opérateur.
L’article 6 décrit et définit les procédures relatives à la création et à la mise à jour de la maîtrise de la qualité des
services d’examen TI.
La mesure dans laquelle une image TI reproduit un objet ou une caractéristique dans un objet est influencée par la
résolution spatiale, le bruit statistique, l’épaisseur du plan de coupe et les artefacts du système d’imagerie. Les
paramètres opérationnels doivent réaliser un équilibre global entre la qualité d’image, la durée de l’examen et le
coût. Ces paramètres doivent être examinés pour les configurations, les composants et les procédures de
systèmes TI. La mise en place et l’optimisation de paramètres du système TI sont examinées dans l’article 7.
Des méthodes de mesure de la performance du système TI sont données dans l’article 8.
5 Configuration du système
5.1 Configurations du système TI
De nombreuses configurations différentes du système d’examen TI sont possibles et il importe de connaître leurs
avantages et limitations respectifs. Il est important de choisir les paramètres optimaux du système pour chacune
des exigences de l’examen, par une analyse minutieuse des avantages et des limitations des composants
disponibles et de la configuration choisie du système.
5.2 Sources de rayonnement
5.2.1 Généralités
Les systèmes d’examen TI peuvent utiliser des générateurs de rayons gamma ou des générateurs de rayons X,
mais ces derniers sont utilisés dans la plupart des applications. Pour une dimension donnée du foyer émissif, les
générateurs de rayons X [c’est-à-dire tubes radiogènes et accélérateurs linéaires (LINAC)] ont une intensité
supérieure, de plusieurs ordres de grandeur, à celle des sources isotopiques. L’énergie de crête et l’intensité de la
plupart des générateurs de rayons X sont réglables et ces générateurs présentent en outre la sécurité
supplémentaire d’un arrêt de la production de rayonnement lorsqu’ils sont fermés. Toutefois, si aucune correction
n’est apportée, la polychromaticité du spectre énergétique est cause d’artefacts tels que le «tuilage» de l’image
(atténuation décroissante anormale vers le centre d’un objet homogène).
5.2.2 Générateurs de rayonnement électrique
Les rayons X produits à partir de générateurs de rayonnement électrique ont une dimension de foyer émissif allant
de quelques millimètres à quelques micromètres. La réduction de cette dimension diminue le flou géométrique et
améliore ainsi la sensibilité au détail. Des foyers émissifs plus petits donnent une résolution spatiale supérieure,
mais au détriment de l’intensité du faisceau de rayons X, qui est moindre.
5.2.3 Sources radio-isotopiques.
Une source radio-isotopique peut présenter les avantages suivants: petites dimensions, portabilité, faibles
demandes d’énergie, simplicité, stabilité des sorties. Ses inconvénients sont une intensité et une énergie de crête
limitée, principalement du fait de l’inefficacité du processus de génération de rayons X continus. Les sources radio-
isotopiques sont moins intenses, de plusieurs ordre de grandeur, que les générateurs de rayons X.
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5.2.4 Sources de rayonnement synchrotron
Les sources de rayonnement synchrotron produisent un rayonnement très intense, naturellement collimaté, à
largeur de bande étroite, et réglable. Ainsi, les systèmes TI fondés sur ce type de source peuvent employer un
rayonnement essentiellement monochromatique. Toutefois, en l’état actuel de la technologie, les énergies de
rayonnement synchrotron sont concrètement limitées à moins de 20 keV ou 30 keV environ. Comme tout système
TI se limite à l’examen d’échantillons dont les radio-opacités correspondent au pouvoir de pénétration du rayon X
employé, les systèmes à rayonnement synchrotron ne peuvent en général créer une image que de petits objets
(environ 1 mm).
5.3 Système de détection
Le système de détection est un transducteur qui convertit le rayonnement transmis contenant des informations sur
l’objet exposé en un signal électronique susceptible de traitement. Il peut se composer d’un seul élément capteur,
d’un réseau linéaire d’éléments capteurs ou d’un réseau matriciel d’éléments capteurs. Plus les détecteurs sont
nombreux, plus le recueil des données exigées pour le balayage est rapide; mais de nombreuses autres
considérations interviennent.
Un détecteur unique est la méthode la moins efficace de recueil des données, mais présente une complexité
minimale, élimine les problèmes de diaphonie et de correspondance des détecteurs et offre toute liberté de
collimation et de blindage.
Les détecteurs en réseau linéaire présentent des durées de balayage raisonnables pour une complexité modérée,
une diaphonie et une correspondance des détecteurs acceptables, ainsi qu’une architecture souple qui permet de
réaliser une bonne collimation et un bon blindage. La plupart des systèmes TI disponibles dans le commerce
comportent des détecteurs en réseau linéaire.
Les détecteurs en réseau matriciel fournissent une méthode de recueil rapide des données, mais impliquent le
transfert et le stockage de grandes quantités d’informations, imposent des compromis entre la diaphonie et
l’efficacité du détecteur et créent de sérieux problèmes à résoudre en termes de collimation et de blindage.
5.4 Système de manipulation
5.4.1 Généralités
Le système de manipulation de l’objet exposé a pour fonction de maintenir l’objet et d’assurer l’ensemble des
mouvements nécessaires pour positionner le volume retenu entre la source de rayonnement et le détecteur. Les
deux géométries de mouvement de balayage suivantes sont très courantes.
5.4.2 Mouvement de translation-rotation
Dans le cas d’un mouvement de translation-rotation, l’objet exposé subit une translation perpendiculaire à la
direction du faisceau de rayons X, dans le plan de ce dernier. Des ensembles complets de données sont obtenus
en faisant subir à l’objet, après une translation, une rotation sur l’angle de diffusion du faisceau, puis une nouvelle
translation, jusqu’à obtenir des données sur 180° au minimum. L’avantage de ce dispositif est la simplicité, la
bonne correspondance entre les observations des détecteurs, la souplesse dans le choix des paramètres de
balayage et la capacité de traiter une large gamme de dimensions d’objets, y compris les objets trop grands pour
être couverts par le faisceau de rayons X en éventail. Son inconvénient est une plus longue durée de balayage.
5.4.3 Mouvement de rotation seule
Un mouvement de rotation seule permet d’obtenir une observation complète par le réseau du détecteur durant
chaque intervalle d’échantillonnage. Un balayage par rotation seule est moins pénalisé par le mouvement que ne
l’est le balayage par translation-rotation, et intéresse les applications industrielles où l’objet à examiner correspond
au faisceau en éventail et où la vitesse de balayage est un facteur important.
5.5 Système informatique
La TI exige des ressources informatiques importantes: une grande capacité de stockage et d’archivage d’images,
la capacité de réaliser rapidement et efficacement de nombreux calculs mathématiques, en particulier pour
l’opération de rétroprojection. Il est possible d’augmenter la vitesse de calcul par des processeurs vectoriels
généraux et/ou par des matériels spécialisés de rétroprojection. Les applications particulières varieront avec
l’évolution des matériels informatiques, mais une puissance de calcul élevée restera une exigence fondamentale
pour un examen TI efficace. Il est souvent approprié de disposer d’un poste de travail distinct pour l’analyse,
l’affichage et l’archivage des images.
5.6 Logiciel de reconstruction d’image
La TI a pour but d’obtenir des informations sur la nature d’un matériau occupant des positions précises dans un
objet exposé. Avec les explorateurs TI actuels, les informations sont obtenues en «reconstruisant» des coupes
particulières de l’objet exposé, à partir de l’intensité mesurée des faisceaux de rayons X traversant ces coupes. Il
existe une théorie mathématique exacte de la reconstruction d’image pour des données idéalisées. Cette théorie
est appliquée quand bien même les mesures physiques ne répondent pas entièrement aux exigences de la
théorie. Appliqués à des mesures réelles, les algorithmes fondés sur cette théorie produisent des images
comportant une perte de netteté et du bruit, dont l’importance dépend de la quantité et de la qualité des mesures.
Les hypothèses de simplification adoptées pour définir la théorie des algorithmes de construction sont les
suivantes:
a) les sections sont infiniment minces (assimilées à des plans);
b) le foyer émissif ou source et les éléments capteurs sont infiniment petits (assimilés à des points);
c) les mesures physiques correspondent à une atténuation totale sur la droite entre la source et les détecteurs;
d) le rayonnement est effectivement monoénergétique ou peut être traité comme tel.
Un algorithme de reconstruction est un ensemble d’instructions pas à pas qui définissent comment convertir les
mesures de l’atténuation totale en une carte de coefficients d’atténuation linéiques sur tout le champ d’observation.
Plusieurs méthodes d’estimation de la section d’un objet ont été mises au point. Il est possible de les regrouper en
trois classes générales d’algorithmes: les méthodes par inversion de matrice, les méthodes par développement en
série finie et les méthodes par les transformées. Pour un traitement des algorithmes de reconstruction, voir
l’ISO 15708-1.
Si, par nécessité ou par accident, l’objet exposé est plus grand que le champ d’observation prescrit, des artefacts
inattendus et imprévisibles ou une détérioration mesurable de la qualité de l’image peuvent apparaître. De
nombreuses méthodes ont été mises au point pour le balayage d’objets plus grands que le plus grand champ
d’observation pour lequel un instrument a été conçu. Une de ces techniques, qui présente aussi une résolution
spatiale améliorée dans des régions spécifiques de grands objets, est connue sous l’appellation de tomographie de
région d’intérêt (ROI). Cette tomographie reconstruit une région convexe dans un objet, grâce à un dispositif de
projection sur une maille d’échantillonnage spécifiée créant une résolution supérieure dans cette zone réduite.
5.7 Affichage de l’image
La fonction de l’affichage est de communiquer une information dérivée (c’est-à-dire une image) de l’objet exposé à
l’opérateur du système. Pour les systèmes d’évaluation manuels, l’image affichée constitue la base de l’acceptation
ou du rejet de l’objet exposé, selon l’interprétation que l’opérateur fait des données TI.
En général, l’affichage d’images TI nécessite un moniteur graphique spécial; l’affichage sur écran de télévision est
de qualité moindre mais peut rester acceptable. La plupart des systèmes industriels utilisent des visuels couleur.
Sur ces dispositifs, il est possible de passer d’un affichage en couleur à un affichage en échelle de gris, selon la
préférence de l’observateur, mais il convient de relever que les images à échelle de gris affichées sur un moniteur
couleur ne sont pas aussi précises que sur un moniteur à échelle de gris. La couleur permet à l’observateur de
4 © ISO 2002 – Tous droits réservés
différencier une gamme plus grande de variations dans une image que ne le permet l’échelle de gris. Selon
l’application, c’est un avantage ou un inconvénient. Des couleurs fortement contrastées peuvent introduire une
définition erronée et marquée aux frontières. Elles présentent parfois des avantages et il est possible de corriger
les cas indésirables au moyen d’une échelle de couleurs (ou d’une échelle monochromatique).
5.8 Dispositif de stockage des données
De nombreuses applications d’examen TI exigent un enregistrement avec archivage. Il peut porter sur des
données brutes ou des données reconstruites. Par conséquent, il est nécessaire de spécifier les formats et en-tête
pour les données numériques afin de pouvoir extraire l’information ultérieurement. Chaque système d’archivage est
spécifique quant à la qualité d’image, aux propriétés d’archivage, à l’équipement et au coût du dispositif. La
conception des systèmes informatiques incorpore des interfaces avec des périphériques très variés. À mesure que
la technologie progresse et/ou que les besoins changent, il est facile de mettre à niveau le matériel, sans frais
excessifs. Il convient de choisir le système d’archivage et d’enregistrement sur la base de ces paramètres et
d’autres paramètres pertinents, selon accord entre le fournisseur et l’acheteur des services d’examen TI. Il convient
que la qualité de reproduction de la méthode d’archivage soit suffisante pour obtenir une qualité d’image identique
à celle qui a été utilisée pour homologuer le système d’examen TI.
5.9 Interface avec l’opérateur
5.9.1 Généralités
L’interface avec l’opérateur détermine une bonne part du fonctionnement du reste du système TI. Le panneau de
configuration et le système d’affichage sont deux sous-systèmes particulièrement affectés. Les fonctions
commandées par cette interface sont notamment le logiciel de gestion, le fonctionnement du matériel, l’interface
avec un poste de travail à distance (le cas échéant), ainsi que la logique des priorités, l’arrêt d’urgence et le
verrouillage de sécurité. Les interfaces d’opérateur sont de trois types.
5.9.2 Simple console de programmation
Ici, l’opérateur saisit des commandes sur un clavier. Moins «convivial», ce type d’interface offre néanmoins la
flexibilité la plus grande.
5.9.3 Console spécialisée
Elle a des fonctions spécifiques et une caractérisation relativement rigide des données et du traitement. Ces
systèmes sont en général explicitement développés pour des tâches d’examen normalisées et invariables. Ils sont
conçus pour être «fonctionnellement câblés» et assurer ainsi un débit de traitement efficace pour le programme
considéré. L’équipement médical TI est souvent de ce type.
5.9.4 Interface graphique utilisateur
Elle utilise un affichage de type menu ou fenêtre, et des outils comme un pointeur pour entrer des réponses et
interagir avec le système. Elle présente l’avantage de combiner les meilleures caractéristiques des deux autres
types d’interface opérateur.
5.10 Automatisation
Les possibilités de créer, modifier ou élaborer des processus d’amélioration de l’image ou d’évaluation automatisée
varient selon les systèmes TI. Le niveau de sophistication et de souplesse du langage de macro commande ou du
«mode apprentissage» est une considération importante pour les acheteurs et fournisseurs qui prévoient de
scanner des objets divers ou d’améliorer leurs processus à mesure qu’ils acquièrent de l’expérience avec la TI.
6 Documentation
6.1 Généralités
La documentation du protocole de l’examen TI doit couvrir les domaines listés en 6.2 à 6.5.
6.2 Homologations de l’équipement
Elles comprennent une liste des caractéristiques principales du système qui doivent être homologuées pour
garantir que le système est capable d’effectuer l’examen voulu.
6.3 Plan de balayage de l’objet exposé
6.3.1 Généralités
Il doit y avoir une liste des paramètres du balayage de l’objet ou des objets exposés et des mesures de
performance à extraire de l’image ou des images.
6.3.2 Paramètres de l’acquisition des données
Une liste des variables liées à la source de rayonnement et au détecteur doit comprendre les éléments suivants:
a) énergie de source;
b) intensité, courant, sortie rad ou équivalent;
c) durée d’intégration, nombre d’impulsions ou équivalent;
d) dimension du foyer émissif de la source ou dimension de la source isotopique;
e) filtrage à la source;
f) collimation à la source;
g) filtrage au détecteur;
h) collimation au détecteur;
i) distances source-objet;
j) distance source-détecteur;
k) coefficient de gain du détecteur, plage de gain ou équivalent;
l) paramètres d’échantillonnage (palier linéaire, palier angulaire ou équivalent);
m) nombre de détecteurs ou de canaux;
n) mode de balayage (par exemple translation-rotation, rotation seule);
o) étalonnage du comptage du détecteur, sans objet exposé et sans source, et fréquence de l’étalonnage;
p) position du plan de coupe et orientation de l’échantillon.
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6.3.3 Paramètres de la reconstruction d’image
Une liste des variables de la reconstruction d’image doit comprendre les éléments suivants:
a) type de reconstruction (normale, agrandie, annulaire, à angle limité, etc.);
b) conditions des mesures de l’absorption de rayons X, algorithme de reconstruction, prétraitement de
l’observation, corrections de durcissement du faisceau, corrections de non-linéarité;
c) diamètre de reconstruction (champ d’observation);
d) dimension du pixel de reconstruction, épaisseur de la coupe ou équivalent;
e) intervalles d’échantillonnage linéaires (le cas échéant);
f) dimension de la matrice de reconstruction;
g) dimension et coordonnées du pixel;
h) orientation/dimension de la position (pour l’agrandissement).
6.3.4 Paramètres d’affichage d’image
Une liste des techniques et des intervalles appliqués pour normaliser l’affichage d’image vidéo quant à la
luminance, au contraste, à la focalisation et la linéarité, doit comprendre les éléments suivants:
a) technique employée pour afficher, à titre d’aide, une barre de couleurs quantifiée ou une échelle de gris;
b) méthode utilisée pour régler le moniteur et garantir l’affichage correct de toute la gamme de couleurs ou de
nuances de gris;
c) transformation du nombre TI dans la palette des couleurs ou de l’échelle de gris;
d) limites supérieures et inférieures de la plage des nombres TI affichés (ou de la description équivalente en
termes de plage (ou «fenêtre») autour d’une valeur moyenne (ou «niveau»);
e) si une technique d’affichage non linéaire est utilisée, décrire l’égalisation d’histogramme ou la transformation
logarithmique.
6.3.5 Analyse d’image
Les techniques d’analyse de l’image numérique employées pour manipuler, modifier ou quantifier l’image dans un
but d’examen TI doivent être documentées. La documentation doit aussi comprendre
a) les critères d’acceptation et de rejet ou une liste de ces critères;
b) une évaluation de la performance, c’est-à-dire une liste des essais d’homologation, avec leur fréquence.
6.4 Exigences en matière d’archivage des images
Il doit y avoir une liste des exigences relatives à la conservation des enregistrements des résultats de l’examen. La
liste peut inclure des images accompagnées d’informations alphanumériques écrites ou électroniques et/ou
d’informations audio-narratives, suffisantes pour permettre une réévaluation ultérieure ou la répétition de l’examen
TI. La liste doit spécifier les types de données (données brutes et données d’image, images 16 bits, 8 bits ou
spécialement traitées, etc.) ainsi que le format ou le support à utiliser. Le format de compression des données doit
également être listé.
6.5 Données du dossier de l’examen
Le dossier d’examen doit contenir des informations suffisantes pour permettre de réévaluer l’essai TI ou de le
reproduire. Les données du dossier d’examen doivent être enregistrées simultanément avec l’image TI soit par
écrit, soit vocalement sur bande audio, en fournissant les données minimales suivantes:
a) désignation du système d’examen TI, date de l’essai, identification de l’opérateur, rotation des opérateurs et
autres données pertinentes concernant l’essai et le client;
b) données spécifiques concernant l’objet examiné, telles que numéro de la pièce, lot, numéro de série, etc.
(selon ce qui convient);
c) informations sur l’orientation de l’objet examiné et sur le site d’examen (hauteur de balayage, épaisseur de la
coupe, etc.) se rapportant aux coordonnées du système ou par référence à des caractéristiques uniques de
l’objet.
NOTE Il est possible d’annoter les plans de coupe en fonction d’un radiogramme de préobservation.
d) enregistrement des résultats des essais prescrits de surveillance de performance du système d’examen TI,
telle que définie dans l’article 8, au début et à la fin d’une série d’examens TI, qui ne doivent pas dépasser
l’intervalle défini pour cette surveillance.
7 Définition et optimisation du système TI
7.1 Optimisation de la TI
Outre la sensibilité requise en détection de défauts, la définition de l’examen doit prendre en compte la répartition
prévue des anomalies, un taux acceptable de faux négatifs (c’est-à-dire de défauts passés) et un taux acceptable
de faux positifs (données normales considérées à tort comme des anomalies). Il convient de considérer les
attributs suivants lorsque l’on définit un examen TI pour un groupe d’objets à examiner.
a) Taille et poids de l’échantillon, et facteurs de composition qui déterminent le potentiel d’accélération de la
source et les exigences en matière d’équipement de manutention mécanique.
b) Exigences en matière d’examen: résolution spatiale, sensibilité au contraste, épaisseur de la coupe, durée.
c) Fonctionnement du système: contrôle du système, sécurité, fonctions d’étalonnage, modes opératoires de
balayage.
d) Interaction avec le déroulement du programme: par exemple acquisition et examen concurrents des données,
mise en séquence automatique de l’acquisition, archivage, reconnaissance automatique des anomalies,
production de données pour la maîtrise statistique des procédés.
e) Manutention de l’objet: logistique du chargement et du déchargement de l’éprouvette, conception et utilisation
de tous les dispositifs de fixation associés.
NOTE La répartition prévue des anomalies définira la région de l’objet exposé qui doit être examinée. Cet objet peut être
maintenu selon un angle qui diminuera la longueur du rayonnement ou la complexité de la reconstruction.
7.2 Configuration de la source
7.2.1 Généralités
Il est recommandé d’être prudent dans l’application de documents élaborés pour la radiographie par projection.
Sauf à des énergies très élevées, les différences d’atténuation de masse entre les matériaux (c’est-à-dire les
contrastes de signal) tendent à diminuer lorsque l’énergie moyenne des rayons X augmente, alors que, dans les
mêmes conditions, la production et la pénétrabilité des rayons X (c’est-à-dire les niveaux de signal) tendent à
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augmenter. Par conséquent, l’énergie de source optimale pour un objet donné n’est pas déterminée par la plus
faible énergie possible de rayons X assurant une pénétration adéquate, mais par l’énergie de rayons X qui produit
le rapport signal/bruit (RSB) maximal. Lorsqu’un objet est composé d’un matériau unique ou de plusieurs matériaux
dont les différences de masse volumique sont marquées, il est possible d’obtenir le meilleur RSB à une énergie de
source élevée. En ces cas, le bruit d’image réduit à des énergies plus élevées est plus important que le contraste
accru à des énergies plus faibles. Lorsque des composants différents du point de vue chimique ont des masses
volumiques identiques ou similaires, la meilleure discrimination des matériaux peut être obtenue à une énergie de
source faible. En ces cas, le contraste accru à des énergies plus faibles est plus important que le bruit d’image
réduit à des énergies plus élevées.
7.2.2 Rayonnement diffusé
Si les mesures appropriées ne sont pas prises pour réduire les effets du rayonnement diffusé, le contraste sur tout
ou partie de l’image sera diminué et des artefacts de «tuilage» apparaîtront. Le rayonnement diffusé touche
particulièrement les matériaux et les épaisseurs présentant une absorption élevée de rayons X, la diffusion prenant
de l’importance par rapport au rayonnement primaire formateur d’image qui atteint le détecteur à travers
l’échantillon.
7.2.3 Collimation de la source
Il est de bonne pratique de limiter chaque fois que possible la section d’un faisceau de rayons X de sorte qu’il ne
couvre que la zone de l’objet exposé présentant un intérêt pour l’examen. Ceci réduit la dose de rayonnement sur
l’objet et la quantité de rayonnement diffusé produit.
7.2.4 Filtres
Une source de rayonnement contient souvent des rayons X d’énergies différentes. L’utilisation d’un filtrage aura
tendance à éliminer le contenu énergétique faible du spectre des rayons X. Toutefois, le filtrage diminue le nombre
total de photons, ce qui réduit la quantité de signal disponible et peut augmenter le bruit d’image. Un compromis
s’impose et le filtrage s’avère en général utile. L’importance du filtrage dépend du spectre de la source, de la
nature et de la taille de l’objet exposé. Le filtrage peut être monté près de la source ou du détecteur. Il est en
général utilisé pour contrecarrer les artefacts liés au durcissement de faisceau. Il permet de traiter le problème de
l’influence du rayonnement diffusé en diminuant le nombre de photons à faible énergie, qui se prêtent plus
facilement à la diffusion. Le filtrage utilisé pour diminuer le rayonnement diffusé est en général plus efficace s’il est
placé devant le détecteur et non à la source.
7.2.5 Résolution spatiale
La résolution spatiale d’un système TI est fonction de la dimension du foyer émissif de la source, de la largeur des
ouvertures du détecteur (réseau linéaire) et des distances source-détecteur et source-centre de rotation. De
nombreux systèmes TI permettent de régler la résolution spatiale en donnant à l’utilisateur un certain contrôle sur
certains de ces paramètres ou sur tous. Voir l’ISO 15708-1 pour un examen plus complet des interactions entre
ces différentes variables. La précision mécanique du sous-système de positionnement peut aussi limiter la
résolution spatiale, mais le fournisseur de services d’examen TI n’a en général aucun contrôle sur cet aspect du
fonctionnement du système.
Le positionnement de l’objet exposé peut influer sur la résolution spatiale. Les dimensions élargies du foyer émissif
et des éléments récepteurs actifs font varier la largeur effective d’un rayon de mesure sur son trajet de la source au
détecteur. Ce phénomène se traduit par une variation, en fonction de la position de l’objet, de la résolution spatiale
d’images calculées à partir de mesures obtenues avec ces rayons. L’approximation la plus simple de la largeur de
rayon effective minimale pour un foyer émissif de dimension S et une ouverture active du détecteur de dimension A,
séparés par une distance L, est AS/(A + S), à une distance LS/(A + S) de la source.
NOTE 1 Si la source et l’ouverture sont de dimensions sensiblement différentes, cette largeur minimale du rayon est située
près du plus petit élément; c’est le cas pour une source microfocale et pour des systèmes de détecteurs à haute résolution. Il
est d’ordinaire possible d’obtenir une résolution spatiale optimale en plaçant l’objet aussi près que possible de cette position,
mais il convient de vérifier expérimentalement différentes tâches et dimensions d’objet.
NOTE 2 L’emplacement qui est le meilleur pour la résolution spatiale peut ne pas être optimal pour un usage efficace des
détecteurs ou compte tenu d’autres aspects comme la sensibilité à la diffusion.
7.3 Qualité d’image
7.3.1 Sensibilité au contraste
La sensibilité au contraste est affectée par le bruit d’image et est fortement fonction du nombre total de photons
détectés. La plupart des systèmes TI permettent d’ajuster la sensibilité au contraste en donnant à l’utilisateur un
certain contrôle sur les paramètres affectant le nombre de photons détectés. Pour une énergie donnée, les
facteurs les plus importants sont
a) l’intensité de la source;
b) le temps d’intégration/de comptage autorisé pour chaque mesure individuelle;
c) la dimension de l’ouverture de résolution du détecteur (réseau linéaire);
d) la dimension d’ouverture d’épaisseur de coupe du détecteur (réseau linéaire);
e) la distance source-détecteur;
f) l’importance du filtrage utilisé (voir l’ISO 15708-1 pour un examen plus complet des interactions entre ces
différentes variables).
La sensibilité au contraste est aussi fonction de l’énergie des photons composant le faisceau de rayons X. Pour un
nombre fixe de photons de rayons X incidents sur un objet de composition uniforme, la sensibilité au contraste sera
en général la meilleure si leur énergie donne une transmission de 14 % (c’est-à-dire lorsque le produit de
l’épaisseur et du coefficient d’atténuation linéique est égal à 2). Cette valeur résulte de l’équilibre entre un
contraste relatif moindre à des transmissions plus élevées et un bruit supérieur à des transmissions plus faibles.
Ce résultat précis dépend des conditions restrictives énoncées ci-dessus (nombre fixe de photons, composition
uniforme de l’objet, plage dynamique modérée), et il convient de ne pas l’appliquer aveuglément à d’autres
situations.
La tension optimale de l’accélération pour la sensibilité au contraste TI, dans le cas d’images TI produites avec des
générateurs de rayons X, ne s’obtient pas par un calcul simple. Comme, dans un générateur de rayons X, un
courant donné à une tension donnée produit davantage de photons à toutes les énergies (jusqu’à l’énergie finale)
que ne le ferait le même courant à une tension inférieure, il est possible d’obtenir de meilleurs résultats à la tension
maximale. Mais cela dépend du fait que les avantages d’une production de photons plus efficace sont ou non
annulés par l’exigence d’un courant plus faible en raison de limites de puissance pour une dimension donnée du
foyer émissif, ou par des effets de saturation dans le système de détection. Des résultats différents ont été obtenus
pour des systèmes et tâches d’examen différents; il convient que les utilisateurs s’appuient sur des essais s’ils
souhaitent déterminer la tension optimale pour un examen particulier. En raison de caractéristiques
fondamentalement différentes de la détection, il convient de ne pas utiliser la radiographie à film radiographique
pour prédire des configurations optimales pour les examens TI.
7.3.2 Artefacts
7.3.2.1 Généralités
La présence d’artefacts constitue l’un des aspects les plus difficiles du contrôle ou de la quantification de la qualité
d’image. On peut considérer les artefacts comme un bruit intrinsèquement corrélé, car ils forment des motifs
permanents dans des conditions données et constituent souvent le facteur limitatif de la qualité d’image. Leurs
effets sont atténués au mieux en éliminant ou en limitant les causes, tâche qui n’est bien souvent ni réalisable, ni
aisée. Dans certains cas, des logiciels spécialisés permettront de diminuer les artefacts. Voir l’ISO 15708-1, pour
un examen plus complet. L’utilisation de procédures et/ou de logiciels spécialisés pour vérifier la présence (ou
l’absence) d’artefacts ou diminuer leur influence sur l’examen TI doit être clairement spécifiée.
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7.3.2.2 Durcissement de faisceau
Les artefacts de durcissement de faisceau (atténuation anormale décroissante vers le centre d’un objet homogène)
sont très courants dans le cas de systèmes employant des sources de rayons X polychromatiques. Une correction
mathématique apportée à une certaine étape du processus de reconstruction peut s’avérer très efficace et nombre
de systèmes comportent cette option. De nombreuses approches différentes ayant été développées, certains
systèmes offrent plusieurs options. Si une méthode de correction du durcissement de faisceau est employée, les
précisions la concernant doivent être bien documentées afin de pouvoir la répéter. Il est également possible de
diminuer le durcissement de faisceau en adoptant des énergies de source supérieures et/ou en filtrant le contenu
énergétique faible du rayonnement incident.
Voici un mode opératoire simple pour vérifier en laboratoire l’existence d’un artefact de durcissement de faisceau.
Si une densité apparente proche de la surface d’un objet exposé est suspecte, placer un second objet en position
adjacente et procéder à nouveau au balayage. Une partie du premier objet exposé se situe maintenant à l’intérieur
de l’«objet couplé». Si la densité apparente de la surface suspecte ne diminue pas, la densité élevée qui est
mesurée est réelle. En revanche, si elle diminue, la première mesure de la densité peut avoir été affecté par un
artefact de durcissement de faisceau.
7.3.2.3 Artefacts de bord
En général, un artefact de bord se manifeste sous la forme d’une raie naissant d’un bord long et droit. Il est causé
par l’incapacité du système TI à gérer correctement le changement soudain du niveau de signal qui se produit à
des frontières de fort contraste. Il est possible de diminuer ces raies par des techniques d’atténuation de la vitesse
du changement à la frontière perturbatrice ou de correction des données brutes pour compenser les inexactitudes
de mesure. Les méthodes de diminution du contraste sont notamment l’inclusion de l’objet soumis au balayage
dans un deuxième milieu, eau ou sable par exemple, et l’augmentation de l’énergie de source. Les méthodes
...
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