Qualidade de imagens em radiografia industrial

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Palestra apresentada aos alunos do Curso de Radiologia na Semana Acadêmica de Radiologia da UTFPR em 05/12/13

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Qualidade de imagens em radiografia industrial

  1. 1. Qualidade de Imagens em Radiografia Industrial Sistemas de Radioscopia Prof. Dr. Walmor Cardoso Godoi Universidade Tecnológica Federal do Paraná Departamento de Física – DAFIS E-mail: walmorgodoi@utfpr.edu.br http://www.walmorgodoi.com/utfpr
  2. 2. Agenda  Introdução Os ENDs, Radiografia Industrial e suas Aplicações  Objetivos Apresentar a proposta para odesenvolvimento de metodologia para qualificação de equipamentos de radioscopia  Materiais e métodos  Alguns resultados  Conclusões
  3. 3. Ensaios Não Destrutivos  “Ensaios Não-Destrutivos (END) permitem avaliar, tanto no local de instalação quanto em laboratório, um componente, sem modificar suas características físicas, mecânicas e dimensionais e sem comprometer o uso do componente no futuro.”  Exemplos: Ultrassom, Radiografia Industrial, Infravermelho, Líquidos Penetrantes  Apostila Radiologia Industrial - Abendi
  4. 4. Radiografia Industrial  Radiografia e a Tomografia Computadorizada Industriais Instalações Abertas e Fechadas  Locais: Aeroportos, Portos, Indústrias e Laboratórios.  Legislação: CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear Norma Instalação Radiativa - NN 6.04 REQUISITOS DE SEGURANÇA E PROTEÇÃO RADIOLÓGICA PARA SERVIÇOS DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL Resolução CNEN 145/13 Publicação DOU em 25.03.2013 Link: http://www.cnen.gov.br/seguranca/normas/pdf/Nrm 604.pdf
  5. 5. Radiografia Industrial Porto de Vila Velha – ES um Tecnólogo e quatro Técnicos em Radiologia na operação do equipamento
  6. 6. DAS INSTALAÇÕES FÍSICAS E FONTES DE RADIAÇÃO  Art. 3º da NN 6.04 - As fontes de radiografia industrial caracterizam-se como:  I - gamagrafia industrial: fontes seladas emissoras de radiação gama incorporadas a irradiadores; e  II - raios-x industrial: equipamentos de raios-x portáteis e os fixos que operam no interior de cabines blindadas.
  7. 7. DAS RESPONSABILIDADES  DAS RESPONSABILIDADES  Art. 4º Uma instalação de radiografia industrial deve possuir:  I - Supervisores de Proteção Radiológica (SPR) em Radiografia Industrial; e  II - Operadores de Radiografia Industrial.  §2º Os SPR deverão ser certificados pela CNEN, conforme Resolução CNEN 111/11 – “Certificação da Qualificação de Supervisores de Proteção Radiológica”; e  §3º Os Operadores de Radiografia Industrial deverão obter registro conforme resolução específica sobre registro de operadores de radiografia industrial em proteção radiológica.
  8. 8. Aplicações Análise de trincas e defeitos em peças Metálicas, Poliméricas Análise de compostos Análise de soldas eletrônicas em placas Análise de amostras de concreto de estruturas de barragens
  9. 9. Radiografias em Placas Eletrônicas para Verificação de Solda
  10. 10. Princípio Filme ou detector digital Fonte: Apostila ABENDI
  11. 11. Aquisição de 180 projeções (.his ) usando um DR (16 bits, 4096 x 4096 pixels, 200 um/pixel) Fonte raios X 225 kVp, 10 mA
  12. 12. Concreto retirado de barragem
  13. 13. Radioscopia Table - sample holder
  14. 14. Industrial CT system DC Motor
  15. 15. Análise de Bolhas em Isolador Polimérico de redes de energia elétrica por radiografia
  16. 16. Análise de Bolhas em Isolador Polimérico de redes de energia elétrica por tomografia 3D
  17. 17. Necessidade de qualificar os equipamentos  Equipamentos radiográficos industriais são diversificados, assim como seu uso.  Equipamentos antigos no Brasil  Normas baseiam-se nas imagens obtidas de componentes específicos.  Necessidade de metodologia para qualificar os equipamentos de radiografia industriais operando em cabines.
  18. 18. Radiografia Digital Industrial Detectores Digitais Tubos Intensificadores de imagens radioscopia Image Plates (CRs) radiografia e gamagrafia Detectores diretos (Flat Panels - DRs) a-Si, Ge radiografia, gamagrafia e aceleradores lineares
  19. 19. Objetivos da pesquisa Desenvolver metodologia para qualificação de equipamentos de radiografia industrial digital (fluoroscopia industrial).
  20. 20. Parâmetros Descrição Aquisição • kVp, mA, tempo de exposição, tamanho focal do gerador, campo de visão (FOV, 4”, 6”e 9), calibração e utilização de phantoms, IQIs, treinamento, função de transferência de modulação do detector, resolução espacial, contraste, resolução de profundidade e tamanho do pixel. Parâmetros de Qualidade Visualização • Tipo monitor, tamanho do monitor, tamanho do pixel, formato, luminosidade, contraste, magnificação e distorção. • Critério no uso de filtros digitais Processamento Digital de Imagens (PDI) Base de Dados • Armazenamento, identificação, transmissão e compressão de dados. • Formato da imagem (DICONDE?)
  21. 21. Resolução e Contraste Resolução: pode ser definida como a variação de contraste entre os materiais. Contraste: grau de diferenciação das variações de densidades nas estruturas do objeto variação de tons de cinza na imagem – depende da energia e intensidade de fótons Resolução de alto e baixo contraste
  22. 22. Resolução e Contraste  O contraste numa imagem radiográfica digital pode-se ser calculado de acordo com a equação C (%) L2 Lm ax L1 L1 100 % Lm in L2
  23. 23. Ruído  Em filmes radiográficos ruídos são variações abruptas de densidades.  Nos sistemas digitais define-se ruído quando há variações aleatórias dos tons de cinza ao redor do valor real do pixel.  Para um ROI (Region of Interest) podemos calcular utilizando o desvio padrão: ruído SD 1 n 1i 2 n L L i 1 ROI
  24. 24. Princípios Radiográficos Geométricos  A magnificação, a distorção e a penumbra geométrica fazem parte dos ensaios radiográficos  A distorção da imagem não pode ser totalmente eliminada em virtude dos formatos das peças, do foco a ser utilizado e dos ângulos que se dispõem para a realização do ensaio radiográfico
  25. 25. Materiais e Métodos  Dois sistemas de aquisição radiográficodigital industriais digitais foram utilizados na pesquisa  Confecção de phantoms em peças de alumínio (material de interesse!)  Uso de um IQI da Philips para alto contraste  Aquisição e variação dos parâmetros nos dois equipamentos  Medidas dos parâmetros com ImageJ (desenvolver software!)
  26. 26. Materiais e Métodos Sistema Radioscópico  Cabine Modelo CST 160, marca Gilardoni  Gerador de raios X 160 kV, 500 W e corrente até 7,0 mA  Intensificador de imagens acoplado a uma câmera de vídeo, armazenamento de imagens em formato BMP, com 8 bits.  Focos de aquisição de 4”, 6” e 9”  DFO de 13 cm  Distância do intensificador ao tubo de raios X de 1 m  Aquisições com tensão do tubo variando de 30 a 65 kV, com a corrente constante durante as aquisições de 2,5 mA.
  27. 27. Materiais e Métodos Sistema digital direto  Gerador raios X - foco 0,01 × 0,01 mm²  Faixa de tensão de 20 a 70 kV, corrente de trabalho de 0 a 0,1 mA  Detector digital Flat Panel, modelo CT7942 do fabricante Hamamatsu, pixel a-Si de 50 µm, dimensão de 12 x 11 cm  Aquisição de imagens em PNG de 12 bits, para aquisição radiográfica  Distância do tubo ao detector de 60 cm,
  28. 28. Materiais e Métodos  Phantoms
  29. 29. Materiais e Métodos Composição por análise química da liga de alumínio utilizado na confecção dos phantoms. Ensaio de espectrometria por Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Pb Sn Al % % % % % % % % % % % % 8,7 0,9 3,5 0,2 0,1 0,0 0,1 1,0 0,0 0,1 0,0 85,2 Fb % 1,5
  30. 30. Resultados Sistema Radioscópico  Contraste
  31. 31. Resultados Sistema Radioscópico  Contraste
  32. 32. Sistema Radioscópico Resultados • Contraste
  33. 33. Resultados • Contraste Região Sistema Radioscópico C (%) L2 Lm ax L1 100 % Lm in FOCO 6” A/B B/C C/D D/E E/F Contraste em 55 kV 3,57% 3,45% 9,46% 14,13% 11,45% Contraste em 60 kV 4,64% 5,19% 10,47% 15,18% 11,38% F/G G/H FOCO 4” Contraste em 50 kV 7,64% 0,49% 6,44% 10,59% 10,92% 25,31% 36,37% 22,33% 32,64% 22,11% 31,44% Região A/B B/C C/D D/E E/F F/G G/H 40 kV 0,68% 0,52% 0,45% 0,71% 0,42% 8,33% 44,53% 50 kV 7,19% 0,72% 6,76% 9,17% 10,27% 23,27% 36,44% 60 kV 3,96% 1,48% 4,09% 10,11% 17,02% 11,74% 21,30% Região A/B FOCO 9” 40 kV 12,37% 50 kV 3,65% 55 kV 7,75% B/C C/D D/E 1,42% 2,25% 4,36% 1,55% 5,72% 8,05% 0,44% 7,15% 15,97% E/F 7,55% 10,85% 11,77% F/G 17,32% 21,61% 23,23% G/H 40,18% 32,70% 8,52%
  34. 34. Sistema digital direto Resultados  Contraste Parâmetros de aquisição: 70 kV, 0,01 mA e 5s de exposição do detector Regiões Contraste a 70 kV (%) A/B 0,94 B/C 5,99 C/D 12,48 D/E 16,58 E/F 12,99 F/G 2,03 G/H 26,28
  35. 35. Resultados Sistema Radioscópico  Ruído Foco 4”, 60 kV, 2.5 mA
  36. 36. Resultados Sistema Radioscópico  Ruído FOCO software ImageJ ruído SD 1 n 1i 4” 2 n L L i 1 6” Imagem bmp 8 bits 0 até 255 tons 9” kV S.D EXTREMIDADES S.D CENTRO 40 50 60 65 70 45 50 55 60 65 70 40 45 50 55 60 1,033 1,825 2,887 3,692 3,895 1,381 1,712 2,23 3,175 3,363 3,892 1,801 1,989 3,157 4,288 5,955 0,675 1,267 2,606 3,844 5,064 1,023 1,326 1,837 2,485 3,793 4,519 0,937 1,166 1,842 2,998 4,541
  37. 37. Resultados Sistema digital direto  Ruído ROI 1 242,815 2 190,414 3 70 kV, 0,1 mA e 7s Imagem PNG 12 bits 0 – 4095 tons SD 210,291
  38. 38. Sistema Radioscópico Resultados  Distorção geométrica 6” 9”
  39. 39. Sistema digital direto Resultados  Distorção geométrica Não há deformidade geométrica
  40. 40. Sistema digital direto Resultados  Resolução de alto contraste
  41. 41. Resultados Sistema digital direto  Resolução de alto contraste - IQI
  42. 42. Sistema radioscópico e digital direto Resultados  Resolução de alto contraste 1,5 mm a 3,5 mm
  43. 43. Conclusões  Equipamentos abordados são diferentes, mas podem ser submetidos ao mesmo método para qualificação.  Análises das imagens dos phantoms mostraram resultados equivalentes para o sistema de radioscopia e sistema digital direto, com vantagens ao sistema com intensificador de imagens em alguns parâmetros medidos.  Metodologia proposta pode ser eficiente na qualificação dos equipamentos e servir de guia para legislar sobre tais equipamentos (como sugestão para órgãos como a Abendi).  A metodologia proposta é viável e permite apoio na qualificação do equipamento radiográfico industrial para a inspeção de um dado componente, tal como os manufaturados de alumínio.
  44. 44. Obrigado! Prof. Dr. Walmor Cardoso Godoi Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR Departamento de Física - DAFIS Curitiba - PR e-mail: walmorgodoi@utfpr.edu.br url: http://www.walmorgodoi.com/utfpr

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