计算机断层扫描的基本面和技术实施

计算机断层扫描的基本面和技术实施

总结
计算机断层扫描是另一种计算机断层扫描大型物体时，要研究高分辨率。这是特别真实的二维物体。因为需要在计算机断层扫描扫描电路这样的对象往往不能照射在该地区和切口可重构高分辨率的。分层法和改进的和新的重建方法的帮助，也具有高分辨率，这样的对象是部分测试。通过使用某些Aufnahmetrajektorien快层重建可以利用层析X射线照相组合，甚至可以用在在线生产测试。代数重建技术（ART）的，增加重建质量的laminographic录音，并允许记录的几何体，没有与传统的重建方法重建，。从而扩大了的三维检查的可能性，通过X-射线检测。

关键词：无损检测，分层法，代数重建断层合成方法

1引言
计算机断层扫描（CT）是一个既定的非破坏性检测技术。但是，它有限制大型物件时，必须研究与高分辨率。特别是，对于平面对象推压计算它们的极限。基本上有两个原因。对CT需要旋转360°，或者在特殊情况下，在光束路径中的对象，至少超过180°。首先，在一定长的照射路径的平面物体的区域中的高衰减的辐射发生。这会导致严重的文物重建。另一方面需要的高倍率，所要求达到高几何分辨率，一个小的源对象的距离。然而，这不能被观察到，因为必要的旋转平面物体。在这些情况下，在计算机断层扫描（CL）提供了另一种计算机断层扫描。该计算机断层扫描用于在一段时间内的电子印刷电路板的测试。最新的应用包括用于直升机和转子叶片的风力涡轮机或片状纤维复合材料部件的研究，例如，在飞机。有别于印刷电路板，因为这些物体经常做不具有一个平面的给​​定的层结构，并在不同材料之间的对比差异重建质量上的要求低得多的明显高于电路板检查这些应用程序。

2 计算机断层扫描原理
在上个世纪开始开发X射线法分层使用的医学X射线胶片成像。一个病人的协调运动，源和X-射线胶片，目标在患者水平，在运动过程中的焦距平面总是投射到的X-射线薄膜上的相同位置上，而其它层被投射到薄膜的不同区域，并从而准备好进行对焦（成像模糊参见图1）。在现代的数字化层析X射线合成成像，数字平板探测器是用来代替膜移动的同时，可容纳许多单个图像。随着计算机的Verwischungstomogramme的帮助下被计算生成的由这些个别图像的叠加。与经典的模糊层析成像，成像，其中每级只有一个射门可以大幅，由合适的计算偏移投影图像可以是尖锐的在数字计算机断层扫描叠加的许多水平和因此，一个对象的三维图像可以被获得。

图1：线性和圆形扫描抽样在分层法。

从本质上讲，线性扫描和为计算机断层扫描通常循环扫描（参见图1）。这里，由于源和检测器保持对象的任一侧上，X射线源可以被引导靠近物体，以实现高倍率的对象，没有纵向辐射。然而，这种优势是买的在开支减少深度解析[1]。

3重建方法
长期CT在这里，我们记录到的几何形状，无论是圆形或螺旋路径对象是从360°立体角照射。在：特殊Fällengenügen已经加180°的喷射角的锥形开口。如果这些条件得不到满足，我们讲的laminographic记录几何。根据不同的记录方法的几何形状在重构的录音laminographic。层析X射线照相组合只能被用于并行源和检测器导轨。与此相反，代数重建技术（ART）的，有采集的几何形状没有特殊的条件。
3.1断层摄影技术
层析X射线照相组合是一种经典方法为重建laminographic录音。它们的使用条件是平行的平面中的源和探测器的移动。因此，放大倍率恒定，并允许通过一个简单的叠加的突起，在整个记录的对象是一个重建的焦平面[2]。该方法可以通过附加的滤波的数据，类似于如何在滤波反投影的，改进的CT，然后提供了更清晰的效果。由于原理结构只能用层析X射线照相组合的重建，这是在对比度投影到一个显着的部分。由于在投影图像的角度范围限制不能是数学上正确的重建的对象减弱。此伪工件和结构，可以发生在垂直方向上，在对象没有对应。例如作为一种双锥体，球体（帽子效果）所示。断层摄影技术在医疗领域目前遇到的嘶嘶声的乳房X光检查的复兴[3]。在工业界中，该方法中，除了测试的印刷电路板[4]，如被用来确定的位置的方向碳纤维Preformmaterialien中[5]。此外，还有一个焊缝或大型复合材料部件的移动测试系统[6]。 à断层摄影技术的显着优势，是非常有效的方法计算层重建，基本上只能由所使用的计算机的可用内存带宽的限制。例如，100层2000平方米的16个与2000年的预测²每个像素的像素是一个功能强大的计算机上计算，约5秒（图2，中，右）。因此，该断层合成，原则上可以用于在生产过程集成测试。进一步加速的潜力在于显卡（GPU）上的移植，重建方法。图2示出的印刷电路板的两面上的16个单独的突起的层析X射线照相组合的重建。相邻层的文物层重建神出鬼没的结构仍清晰可见，但只有轻微影响计算机辅助的图像分析一般。

图2：一个印刷电路板，两侧填充的层析X射线照相组合的重建。捷径重叠的顶部和底部组件的常规X线记录。重建的中间和右侧的上表面和下表面的印刷电路板进行了说明。顶部和底部上的焊料被单独显示无干扰。
3.2代数的重建方法
相的层析X射线照相组合，其特征在于，所述突起重叠，原则上仅在代数重建技术（ART，代数重建技术）的物理投影的过程中由一个线性方程系统建模。每个波束的路径从源到检测器通过对象是在这种情况下，由等式表示。重建，原则上是的矩阵反转DAR。普通反演方法，需要变量（十亿级）不可接受，由于数量极其庞大的计算时间长。不过为了得到一种溶液，方程系统求解迭代逼近法（参见图3）。例如当艺术kazmarcz所使用的方法。它开始作为初始值与空卷。分为立方体Volumenlemente，称为体素。随后，一个虚拟的投影所产生的光束的计算方法是X射线源，检测器，通过像素卷。此光束包含所有体素值的总和，他遇到了他的方式，通过音量。所获得的值是相对于沿着光束均匀地分布在先前计算的按体素的实际测量值和偏差。此过程提供了一种背投dar的，因此，该值的体积变化，从而影响下一步的发展，在其它方向上的投影光束。重复这一进程向前发展预测 - 确定校正 - 背投所有探测器像素，并为所有的预测中，我们得到所需的音量迭代逼近。继续迭代，直到计算值与实测的突起之间的差异低于一个预定的阈值。

图3：代数重建方法的原理示意图。
计算工作量减少了几个小时，对现代计算机迭代的方法。对于工业用途，但是这仍然太费时。进一步加快可实现的，然而，GPU（图形处理单元）上时，重建的过程中实现的。的GPU大规模并行计算机结构简单，但数据密集型算法应用的理想选择。 GPU（图形处理器）与重建时间在几分钟内实现的，从而使实际使用的代数重建方法。图4示出部分通过一个有限的角度范围内（左）和代数重建Feldkamp重构（右）示出了电路板。使用两个相同的投影图像重建方法。它承认代数重建质量的显着收益。

图4：比较有限的角度范围内（左）和（右），在印刷电路板的代数重建Feldkamp重构。它示出了通过电子元件焊接部分。

4扫描几何
随着引进数字重建过程中记录的几何形状是可能的，无法实现与经典Verwischtomographie。 （图1）不得改变放大倍率在实际断层摄影技术扫描。此外，X射线照相组合需要定期扫描的几何形状，否则你可能会遇到不规则的工件的重建。解除此限制，通过使用代数重建技术。线性扫描的一个变种是Swing的分层法（或有限角度断层扫描）。对于该记录的几何形状（图5左）可以用在常规CT系统。在这种情况下，在记录期间，样品是不是360°，但在一个小的角度范围内，例如±30°倾斜。重建可以做到无论是通过有限角度滤波反投影或通过艺术。相应的变体的圆扫描示于图5，右。在这里，样品绕的轴线是倾斜的中央束。因此它不会对X射线源和检测器在圆形轨道移动，但样本源和检测器之间的旋转。

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图5：laminographic扫描几何结构：甲摆幅分层摄影（左），只有一个有限的角度范围内的记录与对象旋转。当Rotationslaminographie（右），该对象以一定角度照射物体表面垂直的轴旋转。

最后，作为可被使用，例如，用于测试ART必要重建方法也完全不规则的扫描几何形状的非常大的，不规则形状的测试对象。此X-射线源和探测器的机械手可以自由移动的固定部件在现场也进行一项研究。然而，这种技术需要高度的协调和机器人定位。

证书
[1]瑞特等H，计算机层析成像材料测试，应用物理快报。 68，24，3500-3502（1996）。
[2] S. Gondrom，S. CUPP的，“数字化断层摄影技术和计算机层析成像 - 功能原理和工业应用”国际研讨会上的工业应用和图像处理放射科3月，15 - 17日，1999年德国柏林诉讼BB电脑断层67 CD由ECNDT出版
[3]杰伊·贝克，约瑟夫·罗，阿克塞尔Hebecker，托马斯·迈耶Mertelsmann，亚斯米娜奥曼，“数字化乳房断层合成”，2007年http://www.medical.siemens.com/siemens/de_DE/rg_marcom_FBAs/files/brochures/magazin1_ / 84-89_RSNA_SCIENCE_Tomosynthesis_d.pdf
[4] S. Gondrom 2，J.克劳斯，B.贝克尔，“现代的3D组装生产线透视方法”的DGZfP届年会2007年，菲尔特
5] U.哈斯勒，M. Rehak，S.莫尔，R.汉克，“碳纤维预制体检查通告X射线断层摄影技术”，2008年IEEE NSS-MIC，德国德累斯顿
[6] U.尤尔特，B. Redmer，C. RADEL，K.奥斯特洛，U. Schnars，R.亨里奇，“移动X射线检测，重量轻的材料，”无损检测2008年航空航天，菲尔特国际研讨会