平板X射线检测器和基于CT的三维测量的精度上的影响的几何图像失真

平板X射线检测器和基于CT的三维测量的精度上的影响的几何图像失真

丹尼尔·魏斯,罗纳德Lonardoni,安德烈亚斯Deffner,克里斯托弗库恩

卡尔·蔡司公司,73447科亨,德国

摘要
为了以最佳方式利用从各向同性透视如的X-射线管的发射极发射的光子,许多工业计算机断层扫描(CT)的设置采用面积探测器在锥形束配置。除了检查任务,这些CT的设定也可以被用于三维测量。为了达到最高的测量精确度,X-射线成像条件必须尽可能接近理想。其中,这意味着,检测器应表现出没有几何图像失真。虽然这是公知的图像增强器,显示显着的几何失真,根据平板的光电二极管阵列检测器,通常假定是有效无失真。我们发现,一些平板探测器显示来历不明的少量重复的图像失真(平均失真约0.05像素),,根据准则VDI 2630可以提高测量精度,通过补偿这种失真显着。

关键词:X射线计算机断层扫描,三维测量,平板探测器,图像几何​​失真,测量精度,VDI 2630

1引言
如今,工业用的X射线CT设置用于非破坏性的测试通常采用面积探测器在锥形束配置,而不​​是线或点检测器,以尽量减少测量时间。普遍的探测器技术的基础上,如氧硫化钆(GadOx)或碘化铯(CsI)的X射线闪烁体的组合,和无定形硅晶体管/光电二极管阵列的[1]。这种“间接”平板探测器(FPD),相比前体技术,如图像增强,图像板,擅长在许多方面,如易用性,量子检测效率,分辨率,线性的响应和动态范围[2 。此外,平板显示器通常认为是有效的“无失真”[2,3],尤其是在比较可观的几何图像失真度的图像增强,它是由于光阴曲率和电子光学[4,5] 。

2测量变异的观察
关于几何保真度检测器,基于CT的三维测量显然是一个比非破坏性测试的更苛刻的应用。本次调查的出发点是使用一个的PaxScan 2520V检测器(瓦里安医疗系统公司)与碘化铯闪烁时,观察意外的高变异性的测量结果。通过执行几个CT测量(与圆形源轨迹)相同的对象,使用的检测器的不同区域,一个可重复的测量结果的变化观察,仔细检查,不能归因到检测器错位,Feldkamp工件的影响或运动的X射线源从一个到下一个测量。打开检测器,由180度绕其平面法线所观察到的变化引起了相应的变化。

图1:沪深针状结晶扫描电子显微照片(图片来源:互联网)。

这表明一个可重复发生的平面中的检测器阵列的检测器图像的几何失真的存在下,而不是作为一个后果,例如不完全对齐检测器和对象的旋转轴。这假设在平面的几何图像失真是意想不到的,但可能的原因,这也许可以通过寻找在FPD的制造过程。在光刻过程中的FPD的像素阵列中被创建,其中掩模版被翻译一步一步,为了创建一个最终的曝光图案的检测器的有源区的大小(与随后的处理步骤)。有许多与此过程关联,如透镜失真,放大倍率误差,和缝合误差的几何误差,然而,面板制造商引述小于一微米的总的几何误差,将所得的结构(瑞克Colbeth,个人通信,11月21日,2008)。在与像素间距为至少50微米,高达几百微米为大型的FPD相结合,所得到的相对应的像素阵列的几何误差可以忽略不计的。然而,有可能是其他原因引起的整体几何失真的情况下,直接沉积的CsI闪烁,沉积过程中可能会变形,面板,或导光柱状结构的沪深层(见图1)在不同的位置的不同的角度取向,从而带来了一种依赖于位置的移位的入射强度。它是已知的CsI晶体表现出某种程度的导光,即内反射的可见光的单个晶粒内[1]。这是CsI闪烁器的原因,可以是厚度大于GadOx闪烁器,同时保持相同的分辨率。如果晶粒不是完全垂直于面板,导光可以解释本地的偏移量。在我们的例子中,中CsI层是600微米厚的[6],以及平均观测大约失真。 0.05像素,相当于约。在127微米的像素间距为6μm。因此,仅0.6度的CsI晶粒相对于平面法线的角度倾斜将是足够的,我们观察到的平均失真。

3测量的几何图像失真
为了测量的几何图像失真,一个合适的对象与网格状结构的设计,和精确的几何形状确定的触觉精度高的坐标测量机(CMM)。通过收购和评估了多个透视预测,这个对象,矢量“变形图”(图2)。然后此地图可以被用来纠正(“undistort”)在重建期间透视突起。

图2:矢量失真的地图为PaxScan 2520V的CsI闪烁体探测器,与所示的颜色的四个独立的失真测量(a)的直方图的失真的幅度(二);和单独示出的x-和y分量,色彩编码之间+ / -0.15像素的(C,D)。

4对测量精度的影响
对测量精度的失真校正的效果进行评价的两个对象。根据准则VDI / VDE二千六百三十○分之二千六百十七,DIN EN ISO 10360,长度测量误差E可通过测量一个合适的装配领域。测试对象“MetrotomCheck迷你”(图3.a中),在这种情况下,测定在相同的放大倍数3倍,但使用三个不同区域的检测器(图3.C)。

(a)在
(b)在

(三)
(D)

(E)

图3:CT测量的VDI 2630标准的测试对象“MetrotomCheck迷你”(a)使用一个PaxScan,2520V的CsI检测器(三)的三个不同的区域,表现出不同的行为的测量误差为根据在检测器上的区域的的中心tocenter距离常用的(D)。需要注意的是绘制所有的22个领域的231个可能的错误。应用一个独立确定的,特定检测器的变形图(b,仅示出的x分量)时间变异(五)。最大允许误差MPEE的METROTOM 800蓝色虚线表示。

图4:“恒定在-Z”测试对象(丙烯酸 - 玻璃筒)(a)中的内,外半径(使用的绿色标记之间的区域),在不同的检测器高度的CT测量的结果,与无失真校正(二)。术语的“bl更正”和“公元前更正”指双线性和双三次插值中使用的失真校正。

所有三个容积图像缩放后与一个共同的比例因子来实现的大致对称的测量误差范围,在测量误差范围为-2.3至3.2微米(图3.D)。进行的缩放在3体积的图像,如在源和探测器的位置所造成的测量误差,以消除任何共同的定标误差,但是它不能补偿那些结果的扭曲凸起的体积的图像之间的差异。请注意,由于测量用的中央检测器区域显然示出一个较大的规模比那些测量使用的下部和上部检测器,可变性不能解释由角错位之间的对象的旋转轴和检测器(它可以引入一个位置-依赖但单调缩放错误)。应用的失真的地图来纠正突起,并进行相同的评价时,时间误差范围-1.6至2微米(图3.E)。此外,测定的丙烯酸玻璃圆筒(图.4。)9倍,以类似的方式,即,通过翻译圆柱沿其轴线测量之间。在这种方式中,汽缸的特定区域的内,外半径,使用不同范围的探测器行确定。此对象选择要排除引起所观察到的误差可变性的Feldkamp工件的可能性,因为它是已知的,尽管它的近似的字符,Feldkamp算法是精确的对象的在z方向上具有恒定密度[7]。对于一个理想的检测器中,所测得的半径是恒定的和独立的检测器使用的行范围。对于未校正的突起,半径显示了明显的和非线性的区域上的检测器,用于测量(图4.b)列出的依赖。对于校正的突起,这种依赖是近似线性的(并且因此可以是一个结果,例如,检测器的倾斜)和相当小的幅度。因此,两个测试对象的确认的独立测量的几何图像失真的FPD的有效性。

图5:测量失真映射八个单独的的PaxScan 2520V探测器,x-和y分量(一,二)。由于失真测量不能进行任意接近检测器的边缘,它们被推断为检测器的边界区域。在弯道中所示的强失真可乱真,这些区域很少用于CT测量值与验证​​是困难的。数字表示的平均长度(以像素为单位)的失真矢量。
5补充意见
上的温度检测器测得的失真程度的依赖性,没有观察到。安装和解除安装的探测器,包括处理也不会影响测量失真。图。图5示出了8个单个检测器测得的失真映射。正如可以看到的,这是必要的单独测量的失真。

6小结
我们已经描述了长度观察到的测量误差小,但重现性的变异性,当进行X-射线CT测量的CsI闪烁器使用的检测器的不同区域。这种效应被解释作为平面内而可能造成的闪烁体的微观结构的几何失真的结果。不同的单个探测器的失真。的失真补偿,提高了测量的误差范围内。

致谢
我们想PaxScan探测器和有益的讨论提供额外的信息面板制造精度的瓦里安医疗系统公司感谢里克Colbeth的。

参考文献
[1]瓦里安医疗系统公司:“平板X射线成像”白皮书,2004年。
[2]塞伯特,J.,“平板探测器:如何更好吗?”,儿科放射学36,173,2006。
[3]宁,R.,唐,X.,玉,R.,康诺弗,DL,张,D.,“基于平板探测器的锥束体积CT成像探测器评估”,PROC。 SPIE 3659,192(1999)。
[4]布恩,JM,塞伯特,JA,巴雷特,WA,血液,EA,“影像增强器电视数字化仪成像链中的缺陷分析与校正”,医学。物理。 18,236,1991。
[5]鲁丁,S.,贝德纳雷克,DR,黄,R.,“准确的表征,医学影像增强器失真”。物理。 18,1145,1991。
[6]瓦里安医疗系统公司,PaxScan 2520V FDA非临床数据,2006年。
[7] Feldkamp,LA,戴维斯,LC,克雷斯,JW,“实用锥形束算法”选项。 SOC。 AM。 A 1,第612-619,1984。


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