13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos

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1 13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos COTEQ OTIMIZAÇÃO DE DOSE EM RADIOGRAFIA DIGITAL COM DDA EM JUNTAS SOLDADAS Soraia R. Azeredo 1, Davi F. Oliveira 2, Célio S. Gomes 3, Cintia G. Ferreira 4, Ricardo T. Lopes 5 Copyright 2015, ABENDI, ABRACO, ABCM e IBP. Trabalho apresentado durante a 13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). SINOPSE O objetivo deste trabalho é a verificação dos parâmetros de exposição na técnica de radiografia digital com DDA que permitam obter menores doses de radiação, sem afetar a qualidade da imagem. Para isso, foi realizada uma prática de inspeção de juntas soldadas, utilizando chapas de aço de oito diferentes espessuras. Foram adquiridas duas imagens radiográficas de cada chapa com um detector digital plano DXR 250P, para dois diferentes valores de tensões aplicadas ao tubo, que neste trabalho foram caracterizadas como menor e maior energia. A corrente e tempo de exposição foram selecionados de acordo com a tensão aplicada e espessura do material. Para cada imagem adquirida, foi medida a dose de radiação e analisados os parâmetros de qualidade da imagem: sensibilidade ao contraste, relação sinal-ruído e resolução espacial básica. A conclusão do trabalho apresenta que com maiores valores de tensões aplicadas obtiveram-se menores doses, devido à significativa redução do tempo de exposição, mantendo a qualidade da imagem dentro dos requisitos da norma ISO INTRODUÇÃO A radiografia digital com DDA (Digital Detector Array), conhecido também como flat-panel, vem sendo considerada superior à radiografia de filme e computadorizada (RC) com IP (image plate), tanto em relação a alguns parâmetros de qualidade da imagem [1,2], quanto pelo menor tempo e/ou dose necessário para aquisição de uma imagem [3]. Os sistemas digitais são caracterizados por poder obter redução de dose de aquisição sem perda significativa da qualidade da imagem [4], fato este devido a sua alta eficiência de detecção de radiação [5]. Os parâmetros de formação da imagem devem ser otimizados de acordo com o melhor desempenho de um sistema particular [4]. A otimização de dose, por exemplo, é um fator importante em relação à proteção radiológica, tanto para o operador, quanto em relação ao isolamento de área e/ou blindagem numa prática radiográfica. Durante a etapa de determinação de parâmetros radiográficos é importante a consideração do princípio ALARA (As Low As Reasonably Achievable), o qual estabelece que os níveis de radiação devam ser tão baixos quanto razoavelmente exequíveis [4,6]. Para o caso de uma prática de radiografia industrial, isso representa estabelecer uma boa relação entre qualidade da imagem e dose de radiação. 1360

2 Em muitas práticas de inspeções radiográficas de soldas, utilizando DDA, é comum utilizar tensões mais baixas (devido a sua alta eficiência) do que utilizadas geralmente em radiografias de filme, por um tempo de exposição também menor, podendo atingir consequentemente uma menor dose de exposição [2,4,5]. Porém, como a imagem digital se apresenta muito ruidosa e, para minimizar este efeito, ela é capturada por uma média de várias imagens (frames, geralmente de 10 a 30 frames, para obter uma boa relação sinal-ruído), o tempo final de aquisição da imagem pode passar a ser igual ou superior ao da radiografia de filme. Desta maneira, este trabalho tem o objetivo de verificar se com o aumento da tensão aplicada e, consequentemente, redução significativa do tempo de exposição, é possível alcançar menores doses de radiação sem afetar a qualidade da imagem, numa prática de inspeção de juntas soldadas por radiografia digital direta. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Para a aquisição das imagens foi utilizado um tubo de raios X Y.XOP 225 da Yxlon e um DDA DXR 250P da GE, estruturado com cintilador de CsI e matriz ativa de silício amorfo, tamanho de pixel de 200 μm, 14 bits de níveis de cinza e matriz de 2048 x 2048 pixels. Os corpos de prova utilizados foram oito chapas de aço de espessuras diferentes (Tabela 1), denominadas de CP1 a CP8, todas contendo um cordão de solda no seu centro. Para a medida de dose foi utilizado uma câmara de ionização Accu-Pro 9052 da Radcal Corporation. Tabela 1. Especificações das chapas soldadas. CP Espessura nominal (mm) Espessura total (mm) CP1 5,33 6,93 CP2 6,35 7,95 CP3 7,11 10,31 CP4 9,53 12,73 CP5 12,70 15,90 CP6 18,26 22,26 CP7 25,40 29,40 CP8 35,71 40, Métodos Para medida de sensibilidade ao contraste (CS), foram posicionados dois IQIs de fio (ISO e EN 462-1) sobre a solda (lado fonte), no centro e extremidade de cada chapa. Para a obtenção do valor da resolução espacial básica (SRb), foi posicionado um IQI de fio duplo (EN 462-5, ASTM E 2002 ou ISO ), numa posição de aproximadamente 5 em relação ao cordão de solda (lado fonte). As chapas foram posicionadas na superfície do detector, a uma distância fonte-detector de 600 mm. Foram adquiridas duas imagens de cada chapa, com duas tensões do tubo de raios X diferentes, caracterizadas como menor e maior energia. As tensões aplicadas utilizadas, com seus respectivos valores de corrente e tempo, estão apresentadas na Tabela 2. Cada imagem foi capturada com uma média de 30 frames. A dose de radiação foi medida em cada processo de aquisição das imagens, posicionando a câmara de ionização na superfície central do detector. 1361

3 A relação sinal-ruído (SNR), SRb e CS foram analisadas utilizando software ISee!. A análise de qualidade da imagem deste trabalho foi realizada de acordo com a norma ISO [7], que especifica os requisitos para testes radiográficos com raios X e gama, por radiografia computadorizada ou radiografia digital com DDA de juntas soldadas de placas metálicas e tubos para a detecção de imperfeições. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Tabela 2 mostra as condições de exposição para aquisição da imagem radiográfica de cada chapa. Observa-se que a ma.s foi significativamente menor ao utilizar a maior tensão, em cada chapa, devido à redução do tempo e corrente. Assim, a obtenção de condições de exposição com menores valores de tempo de exposição, devido ao aumento da tensão, pode ser considerada um fator positivo da radiografia digital com DDA em comparação com a radiografia com filme, dando mais agilidade a uma prática de inspeção radiográfica. Na Tabela 2, também são apresentados os valores dos parâmetros de qualidade da imagem obtidos e requeridos (de acordo com a ISO ) de cada imagem radiográfica das chapas soldadas (CP1 a CP8). Quanto à SRb, as imagens de CP1 a CP6 obtiveram um valor dentro do requerido pela norma, enquanto que as imagens das chapas CP7 e CP8 obtiveram um valor inferior ao exigido. O resultado em relação à CS mostrou que todas as imagens alcançaram visibilidade de fio acima do exigido pela norma. Tabela 2. Condições de exposição para cada corpo de prova e dos parâmetros de qualidade da imagem analisados em cada imagem. CP Tensão (kv) ma.s Requerido (ISO ) Classe A CS IQI de fio Obtido SRb (μm) IQI de fio duplo Requerido (ISO ) Classe A Centro Extremidade Obtido CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , CP , Na Figura 1, são apresentados os valores da relação sinal-ruído normalizada (SNR N ) em função das tensões aplicadas, observa-se que a SNR N em todas as imagens foi superior ao exigido pela norma ( 70). Em relação à variação de tensão, o valor da SRN N foi um pouco superior nas imagens de maior tensão, para todas as chapas. A norma ISO diz que o aumento da tensão do tubo (a uma exposição constante, ma.s) reduz o contraste e aumenta a SNR N, o que não representa a condição deste trabalho, onde foi alterada a ma.s com a variação de tensão (kv). Assim, nestas condições, foi possível obter um 1362

4 aumento da eficiência (em relação à SNR N ) pelo aumento da tensão para técnica com DDA, sem a perda do contraste. (apresentado na Tabela 2). No entanto, é importante destacar que uma alta tensão aplicada pode reduzir a atenuação mais rapidamente do que o aumento da SNR N. Assim, o aumento da tensão aplicada é restrito, dependendo do detector, propriedades do material e especialmente da SNR N máxima alcançável na radiografia. menor kv maior kv SNRN CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 Figura 1. Relação da SNR N em função das tensões das imagens das chapas soldadas (CP1 a CP8). Na Figura 2, verifica-se que as imagens obtidas com o maior valor de tensão, obtiveram significativamente menores medidas de dose. De acordo com a norma ISO , para manter uma boa sensibilidade de falhas, a tensão aplicada ao tubo de raios X deve ser tão baixa quanto possível e a SNR N na imagem digital deve ser tão alta quanto possível. Porém este trabalho mostrou que em DDA, desde que estejam com uma boa calibração, é possível obter melhor qualidade de imagem com maiores valores de tensão aplicada, sem levar a uma perda de sensibilidade de detecção de defeitos (Figura 3 e 4), ainda com a vantagem de alcançar menores doses. menor kv maior kv Dose (mgy ) CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 Figura 2. Relação de dose em função das tensões (kv) na aquisição das imagens das chapas soldadas (CP1 a CP8). 1363

5 CP1 100 kv CP1 [a] CP2 100 kv CP2 [b] CP3 100 kv CP3 [c] CP4 100 kv CP4 [d] Figura 3. Imagens radiográficas digitais com DDA com menor e maior energia das placas (a) CP1, (b) CP2, (c) CP3 e (d) CP

6 CP5 110 kv CP5 [a] CP6 120 kv CP6 [b] CP7 CP7 200 kv [c] CP8 190 kv CP8 220 kv [d] Figura 4. Imagens radiográficas digitais com DDA com menor e maior energia das placas (a) CP5, (b) CP6, (c) CP7 e (d) CP8. 4. CONCLUSÃO O aumento da tensão aplicada ao tubo, com variação da ma.s, reduz significativamente a dose de radiação durante a aquisição da imagem radiográfica digital com DDA, também com uma considerável redução do tempo de exposição. Os sistemas digitais do tipo DDA podem ser expostos com maiores tensões se a SNR N for suficientemente aumentada. Este trabalho contribui para a 1365

7 escolha de melhores condições de exposição, levando em consideração a otimização de dose, numa prática de inspeção radiográfica digital de juntas soldadas. AGRADECIMENTOS Aos órgãos de fomento CNPQ e FAPERJ, pelo apoio parcial ao projeto e ao SEQUI/PETROBRAS pelo fornecimento dos corpos de prova. REFERÊNCIAS 1. Ewert U., ZsherpelU., Heyne C. et al, Strategies for Film Replacement, VII Hungarian NDT- Conference, Eger, Hungary, (April) Ewert U., ZscherpelU. e Bavendiek K, Strategies for Film Replacement in Radiography - Films and Digital Detectors in Comparison, 17h World Conference on Nondestructive Testing, Shanghai, (Oct) Zscherpel U, Ewert U. e Bavendiek K, Possibilities and Limits of Digital Industrial Radiology: - The new high contrast sensitivity technique - Examples and system theoretical analysis, DIR International Symposium on Digital Industrial Radiology and Computed Tomography, Lyon, (June) Uffmann M., Schaefer-Prokop C. Digital radiography: The balance between image quality and required radiation dose, European Journal of Radiology 72, p , De Boo D.W., Weber M., Deurloo E.E., Streekstra G.J., Freling N.J., Dongelmans D.A., Schaefer-Prokop C.M. Computed radiography versus mobile direct radiography for bedside chest radiographs: Impact of dose on image quality and reader agreement, Clinical Radiology, Clinical Radiology 66, 826e832, Halmshaw R. Industrial Radiology: Theory and Practice. Ed. Chapman & Hall, International Organization for Standardization. ISO : Non-destructive testing of welds - Radiographic testing - Part 2: X- and gamma-ray techniques with digital detectors,