CN102207470B

CN102207470B - 一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质

Info

Publication number: CN102207470B
Application number: CN 201110062786
Authority: CN
Inventors: 姜志华; 盛克平
Original assignee: Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN102207470A

Abstract

本发明涉及计量测试标准量值传递技术领域，尤其是涉及一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质。一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质，其特征是：它的基板上开有一个沉孔和一个导向孔，沉孔内设置带有通孔的簿片，簿片的厚度为0.1mm～0.3mm，簿片的材料为金属铂合金，通孔的孔径为0.2mm～0.5mm。本发明采用带有有证标准物质的扫描电子显微镜进行定值，就可以获得用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的有证标准物质，从而解决了工业计算机断层摄影系统放大倍率缺乏计量校准的问题，可给被校准的工业计算机断层摄影系统的图像长度值给出溯源值，并附有给定置信区间的不确定度，使得被校准的工业计算机断层摄影系统的三维图像具有可溯源长度值。

Description

一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质

技术领域

本发明涉及计量测试标准量值传递技术领域，尤其是涉及一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质。

背景技术

20世纪80年代发展起来的计算机断层摄影系统英文名称为Computed Tomography(CT)，主要是利用高能射线对物体的穿透性，来实现对物体内部结构进行无损分析，其可以对物体内部各组成部分的三维长度值，密度等特性进行检测。随着计算机断层摄影系统(CT)逐渐得到广泛的运用，医用计算机断层摄影系统(以下简称医用CT)在医疗检查中已得到普遍的使用。对于医用CT系统的检查者来说，因人体器官具有个性化的特征，只需对人体器官是否产生病变的定性观察，并不需要对人体器官三维长度值的定量测量。但对于工业计算机断层摄影系统(以下简称工业CT)的被测量物，则需要精确测量各种零部件的三维长度值和位置关系。以便确定各种零部件的加工精度和组装精度，从而了解各种零部件是否达到了设计要求。因此，对工业CT获得的三维图像的放大倍率正确性就显得至关重要。

目前，工业计算机断层摄影系统的生产厂商均使用自己研制的标准物质来校准放大倍率，而这些标准物质不具有固定位置的长度测量特性，也不具有良好的导电性，市场上更未见商业应用的用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质。放大倍率的校准一定要具备有证标准物质。有证标准物质的研制将是很迫切的。本发明研制了可用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质。并可以进一步定值，成为有证标准物质。本发明解决该技术问题采用的技术方案是：一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质，它的基板上开有一个沉孔和一个导向孔，沉孔内设置带有通孔的簿片，簿片的厚度为0.1mm～0.3mm，簿片的材料为金属铂合金，通孔的孔径为0.2mm～0.5mm，沉孔的孔径为3mm～4mm、导向孔的孔径为0.5～1.0mm，基板的边长为15mm～50mm，厚度为2mm～5mm，基板采用导电性能优异的不锈钢。本发明所要解决的技术问题还可进一步通过如下技术方案加以解决：金属铂合金中铂的重量百分含量为90％～100％。本发明由于采用上述技术方案，采用带有有证标准物质的扫描电子显微镜进行定值，就可以获得用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的有证标准物质，从而解决了工业计算机断层摄影系统放大倍率缺乏计量校准的问题，可给被校准的工业计算机断层摄影系统的图像长度值给出溯源值，并附有给定置信区间的不确定度，使得被校准的工业计算机断层摄影系统的三维图像具有可溯源长度值。本发明由于采用具有良好导电性的金属材料(不锈钢和金属铂合金)，故使其能用扫描电子显微镜作有溯源的校准。这将可以改善其校准不确定度，因为扫描电子显微镜的分辨率优于光学显微镜3个数量级。本发明因有导向孔的存在，可进行固定位置的测量。固定位置的测量传递量值不需要多点测量求平均值，可优化测量不确定度。由于金属铂合金不但具有良好的导电性，还具有密度高、耐高温、耐腐蚀的特性，因此用金属铂合金制作测量图形，其本底是空气，密度差别很大，所以在可见光、电子束、X光、γ射线成像时均具有良好的反差，优化了定值和校准的成像条件，使得本发明的特征长度值具有很好的时间稳定性和环境稳定性，解决了工业计算机断层摄影系统放大倍率缺乏计量校准的问题。

附图说明

下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明的结构主视示意图。

图2是图1的的A-A剖视图。

图3是本发明的结构示意展开图。

图4本发明的扫描电镜图像。

图5有证标准物质扫描电镜图像。

图6是本发明的X射线成像系统的图像Bar＝100μm。

具体实施方式

参照图2，本发明的基板1上开有沉孔2和导向孔3，沉孔2内设置带有通孔4的簿片5。

实施例1：参照图1、图2、图3、图4、图5、图6。本发明在实施计量标准值传递前需对本发明进行定值，本发明的定值示例如下：将本发明和校准扫描电子显微镜的有证标准物质同时放入扫描电子显微镜中，该有证标准物质是由英国Agar科学公司研制，由英国国家物理实验室(NPL)进行溯源性定值。本实施例通孔的孔径选用0.2mm或0.5mm。在扫描电子显微镜低倍大视场的状态下，利用样品台转动功能将本发明的通孔圆心与导向孔圆心的连接直线方向置于扫描电子显微镜屏幕的水平位置，然后，将通孔放大至适当的倍数，并完全显示在扫描电子显微镜屏幕上。利用扫描电子显微镜的计量软件和样品台转动功能对图像分别作±4°、±3°、±2°、±1°、0°的转动测量，可确定本发明的通孔加工精度。当9次测量数值一致，即可认为在该位置的±4°内最大偏差值小于0.5个像素，换算成实际长度约为0.4μm，用极差方法评定其标准不确定度约为0.13μm，即可认为该水平位置处孔的圆度良好。当在定值和校准时存在人为偏差时，不会影响其总的不确定度。当9次测量不一致时，可重新安装金属薄片，使其水平位置处孔的圆度良好。当该位置被确认后，拍摄扫描电子显微镜图像，如图4。在同样的扫描电子显微镜工作参数下，将校准扫描电子显微镜的有证标准物质进行照像，如图5。使用在计量检定有效期内的数显卡尺对本发明通孔的定向直径值和校准扫描电子显微镜的有证标准物质的图像进行测量，并采用以下方程进行计算本发明通孔的定向直径值：

D＝M_b×D_x/M_x

式中：

D……本发明通孔的定向直径值；

M_b……有证标准物质水平方向长度值(证书值)；

D_x……本发明通孔的定向直径测量值；

M_x……有证标准物质水平方向长度测量值。

由于计算本发明通孔的定向直径值的各分量互不相关，所以它的定值的不确定度由下式(不确定度传播律)导出：

u^{2} (f) = Σ {(&PartialD; f / {&PartialD; x}_{i})}^{2} u^{2} (x_{i})

因此本发明通孔的定向直径值定值的不确定度u(D)由下式导出：

u²(D)＝(D_x/M_x)²u²(M_b)+(M_b/M_x)²×u²(D_x)+(-M_bD_x/M_x ²)²u²(M_x)

即：

u(D)＝[(D_x/M_x)²u²(M_b)+(M_b/M_x)²×u²(D_x)+(-M_bD_x/M_x ²)²u²(M_x)]^1/2

u(D)……本发明通孔的定向直径值定值的不确定度；

D_x……本发明通孔的定向直径测量值；

M_x……有证标准物质水平方向长度测量值；

u(M_b)……有证标准物质水平方向长度值的不确定度(证书值)；

M_b……有证标准物质水平方向长度值(证书值)；

u(D_x)……本发明通孔的定向直径测量值的不确定度；

u(M_x)……有证标准物质水平方向长度测量值的不确定度。

本发明通孔的定向直径测量值的不确定度u(D_x)来自于二个因素，一个为数显卡尺的计量检定不确定度，为u(D_x1)＝0.01mm。因数显卡尺的分辨率为0.01mm，所以另一个由分辨率引起的不确定度为u(D_x2)三0.0029mm。u(D_x)有下式计算：

u(D_x)＝[u²(D_x1)+u²(D_x2)]^1/2

有证标准物质水平方向长度测量值的不确定度u(M_x)相当于u(D_x)计算。本发明通孔的定向直径值的定值结果见表1：(接下页)

表1

将本发明对市售的微米分辨率X射线成像系统的放大倍率进行校准。该成像系统有3组光学放大系统：2倍、4倍、20倍，本实施例选用20倍的放大倍率。由于该成像系统拍摄的图像均带有显微标尺，所以只要校准了显微标尺就等同于校准了放大倍率，而不管这图像再如何改变其倍率。为了对其成像的图像的显微标尺进行校准，本发明将通孔圆心与导向孔圆心的连接直线方向置于扫描电子显微镜屏幕的水平位置，并将通孔平面严格与X射线入射平面垂直，拍摄本发明通孔的定向直径值的X射线透射像，见图6。测量图像上的本发明通孔的定向直径值的长度和图像的显微标尺长度，并根据显微标尺的显示值和本发明通孔的定向直径值的长度值。类似于本发明通孔的定向直径值的定值方法，通过计算获得图像的显微标尺校准值和误差及校准不确定度。其20倍的放大倍率校准结果见表2：

X光源至测量平面的距离	80mm	100mm
			放大倍率示值(倍)	20	20
光镜物平面至测量平面的距离(mm)	40	40
			曝光时间(s)	3	3
显微标尺显示值(μm)	100	100
			本发明通孔的定向直径值(μm)	499	499
本发明通孔的定向直径测量值(mm)	295.62	272.92
			显微标尺测量值(mm)	59.34	54.80
显微标尺校准值(μm)	100	100
			显微标尺相对误差	/	/
显微标尺校准不确定度(k＝2)	0.4μm	0.5μm
			显微标尺相对校准不确定度(k＝2)	0.4％	0.5％

表2

本发明以一个沉孔和一个导向孔作为一个校准单元，如在基板上设置多个校准单元(参见图1)，以便同时放入通孔为不同孔径的金属薄片，可有效地适应不同放大倍率的校准。

Claims

1.一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质，其特征是：它的基板上开有一个沉孔和一个导向孔，沉孔内设置带有通孔的簿片，簿片的厚度为0.1mm～0.3mm，簿片的材料为金属铂合金，通孔的孔径为0.2mm～0.5mm，沉孔的孔径为3mm～4mm、导向孔的孔径为0.5～1.0mm，基板的边长为15mm～50mm，厚度为2mm～5mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于校准工业计算机断层摄影系统放大倍率的标准物质，金属铂合金中铂的重量百分含量为90％～100％。