Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 4 Các nhân tố ảnh hưởng Có một số lượng các yếu tố ảnh hưởng ở trong chụp CT mà đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng ảnh CT Một cách nhìn tổng quan của các yếu tố ảnh hưởng có liên quan nhất trong CT được thể hiện trong hình 4 1 Chương này mô tả một số các thông số ảnh hưởng quan trọng nhất, ảnh hưởng của nó về chất lượng CT và trình bày một số kỹ thuật để bù lại hoặc làm giảm ảnh hưởng của nó trên kết quả đầu ra CT của các tác giả khác nhau được đề xuất Những cái nhìn toàn diện c.
Chương Các nhân tố ảnh hưởng Có số lượng yếu tố ảnh hưởng chụp CT mà đóng vai trị quan trọng chất lượng ảnh CT Một cách nhìn tổng quan yếu tố ảnh hưởng có liên quan CT thể hình 4.1 Chương mơ tả số thông số ảnh hưởng quan trọng nhất, ảnh hưởng chất lượng CT trình bày số kỹ thuật để bù lại làm giảm ảnh hưởng kết đầu CT tác giả khác đề xuất Những nhìn tồn diện tất yếu tố ảnh hưởng trình bày The German guideline VDI/VDE 2630 phần 1.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến kết đo giới thiệu phép đo chụp cắt lớp vi tính [18] Hình 4.1: Các yếu tố ảnh hưởng CT 4.1 Phần cứng 4.1.1 Nguồn X-quang Tia X sóng điện từ có bước sóng nhỏ khoảng 10 nm Một bước sóng nhỏ tương ứng với lượng cao theo phương trình 4.1 Năng lượng photon, E, tỉ lệ với tần số nó, f, mơ tả sau: Trong h số Plank (h = 6.63*10-34 Js), c vận tốc ánh sáng (c = 3*108 m/s), bước sóng tia X Do đó, photon tia X có bước sóng dài có lượng thấp so với photon có bước sóng ngắn Các tia X lượng thường biểu diễn eV (1eV = 1,602*10 -19 J) Tia X tạo chùm gia tốc electron làm chậm vật kim loại (vật liệu mục tiêu, thường tương ứng với anode), với khí thải photon tia X Một nguồn X-quang, thể hình 4.2, bao gồm catốt nóng (vonfram dây tóc) cực dương bên ống chân khơng, tiềm điện áp dụng Các electron bị đẩy khỏi bề mặt catốt gia tốc phía anode Khi electron đập vào mục tiêu, chúng tương tác với nguyên tử chuyển động họ để anode Những tương tác diễn vòng độ sâu thâm nhập nhỏ vào mục tiêu Như chúng xảy ra, electron chậm lại cuối đến gần với phần lại, vào thời điểm mà tiến hành thơng qua cực dương vào mạch điện tử liên quan Các electron tương tác với hai electron quỹ đạo hạt nhân nguyên tử kim loại Các tương tác dẫn đến chuyển đổi động thành nhiệt lượng điện trạng thái X-quang [32] Hơn 98% lượng chuyển thành nhiệt, cực dương làm mát nước [33] Các phát tia X bao gồm hai thành phần: (1) gọi xạ Brehmsstrahlung mô tả tạo phổ liên tục (2) Loại thứ hai xạ có liên quan đến dư thừa lượng electron collades tăng tốc với nguyên tử với việc trục xuất electron từ quỹ đạo điện tử bên nguyên tử Dư thừa lượng phát dạng photon tia X với giá trị cao liên tục bước sóng (thường gọi xạ K đặc trưng đỉnh lượng tia X) Vì đỉnh phổ khác từ nguyên vật liệu, loại xạ gọi xạ đặc trưng Một ví dụ phổ phát cho mục tiêu Rhodium thể hình 4.3 Có ba loại nguồn phóng xạ sử dụng máy quét CT công nghiệp: ống X-ray máy gia tốc thẳng (LINAC) Đồng vị Hình 4.2: Tổng quan Sơ đồ nguồn tia X thành phần [33] Hình 4.3: Phổ tia X phát từ ống tia X với mục tiêu Rhodium, hoạt động 60kV Các đường cong liên tục xạ xạ hãm, đỉnh dòng K đặc trưng cho nguyên tử Rhodium Sử dụng nguồn X-quang điện đồng vị phóng xạ photon thơng lượng cao với máy phát xạ điện, cho phép thời gian quét ngắn Nhược điểm lớn việc sử dụng nguồn tia X hiệu ứng làm cứng chum tia kết hợp với chất trợ đa sắc (xem phần 4.3.2 tác dụng làm cứng chùm) máy quét CT y tế công nghiệp tiêu biểu sử dụng ống X-quang nguồn tia X, hoạt động tiềm khác (cao máy quét CT công nghiệp) LINACs sử dụng để quét phận lớn, đòi hỏi xạ lượng cao Nguồn đồng vị cung cấp lợi quan trọng nguồn tia Những ưu điểm khác: Sử dụng nguồn monoenergetic không yêu cầu nguồn điện cồng kềnh tiêu thụ lượng, có cường độ đầu ổn định Mặt khác, cao tín hiệu-to-noise ratio (SNR) ảnh hưởng đến kích thước nguồn chỗ độ phân giải giới hạn Vì lý ứng dụng cơng nghiệp máy quét đồng vị giới hạn cho ứng dụng mà không cần thời gian quét cao độ phân giải tham số quan trọng [35, 36] Các biến số quan trọng để xác định chất lượng quang phổ phát xạ tia X là: kích thước điểm tiêu cự Quang phổ lượng tia X tạo cường độ X-ray Các kích thước điểm tiêu cự ảnh hưởng đến độ phân giải không gian hệ thống CT cách xác định số lượng đường dẫn nguồn-máy phát có thể giao điểm định đối tượng quét: làm mờ tính tăng lên số lượng đường dẫn nguồn dị tăng [37] Hình 4.4 minh họa hiệu ứng gây kích thước chỗ Các nhỏ kích thước chỗ, sắc nét cạnh Trong trường hợp kích cỡ chỗ lớn, làm mờ xảy ra, gọi hiệu ứng vùng nửa tối hiệu ứng làm mờ kết nối với phóng đại hình học thảo luận sau Mục 4.5.1 Một bất lợi kích thước điểm nhỏ nhiệt tập trung sản xuất chỗ mục tiêu bên ống X-ray, đòi hỏi phải làm mát mục tiêu hạn chế tối đa điện áp áp dụng [38] Vật liệu mục tiêu (cùng với xạ đặc trưng đề cập trước đây) xác định quang phổ tia X tạo Phổ lượng xác định khả thâm nhập tia X, suy giảm tương đối mong đợi họ họ qua tài liệu mật độ khác X-quang lượng cao thâm nhập hiệu so với người lượng thấp Hình 4.6 cho thấy phụ thuộc quang phổ phát xạ tia X vật liệu mục tiêu chọn yếu tố số nguyên tử cao vàng (Z = 79) vonfram (Z = 74) cho phép để đạt thâm nhập cao (vì quang phổ chuyển dịch theo hướng mức lượng cao), nâng cao hiệu hệ X-ray [37, 39] Cường độ tia X bị hạn chế tản nhiệt tối đa mục tiêu X-ray Vượt mật độ lượng phụ thuộc vào nguyên liệu quan trọng dẫn đến làm bay Hình 4.4: Ảnh hưởng kích thước điểm độ sắc nét cạnh [38] Hình 4.5: Ảnh hưởng vật liệu phổ phát xạ tia X [39] Hình 4.6: Ảnh hưởng vật liệu tiêu phổ phát xạ tia X [39] Điều tra thực nghiệm Một phương pháp tiếp cận để làm giảm tác dụng xơ cứng chùm tia việc sử dụng lọc trước Các lọc này, làm vật liệu khác nhôm, đồng đồng thau, sử dụng để làm cứng tia X tạo ống tia X Bằng cách này, phổ xấp xỉ phân phối lượng đơn sắc photon lượng thấp lọc Quang phổ phát xạ không sửa đổi làm tăng lượng trung bình, với gia tăng chất lượng giảm lượng (về tổng lượng) Hình 4.7 cho thấy quang phổ phát xạ nguồn tia X 420 kV với mục tiêu vonfram, lọc với nhôm mm với thạch anh cm Trong trường hợp lượng trung bình 114 keV Trong trường hợp thứ hai trung bình lượng chuyển đến 178 keV suy giảm lượng thấp xạ [40] Hình 4.7: Phổ phát xạ tia X cho nguồn tia X 420 kV với mục tiêu vonfram lọc với mm nhôm (trên đường cong màu xanh) truyền qua thạch anh cm (đường cong màu đỏ thấp hơn) [40] Một nghiên cứu liên quan đến thiết bị CT với hai nguồn tia X trình bày [41] 450 kV tiêu vĩ mô nguồn tia X 250 kV vi tập trung, sử dụng cho ứng dụng tiên tiến, địi hỏi đặc tính phần, làm từ hai hay nhiều vật liệu Những điều tra cho thấy việc sử dụng trọng tâm vi để có mức độ cao chi tiết (nhờ kích thước điểm thấp dao động từ 200 m) Vấn đề có nhiều đồ tạo tác, đặc biệt rõ hai hay nhiều vật liệu có mặt tiết kiểm tra Các nguồn 450 kV có nguồn gốc cổ vật cho độ phân giải thấp (vì kích thước điểm 2,2 mm) định nhiều giải pháp mức độ cao chi tiết không yêu cầu Hình 4.8 cho thấy mặt cắt ngang công nghiệp cắm quét cách sử dụng ống hai X-ray Kết liên quan đến việc vi tập trung nguồn chương trình đồ tạo tác nghiêm trọng, xung quanh chân kim loại, diện hai vật liệu có hệ số suy giảm khác Những đồ tạo tác khơng có mặt ống X-ray vĩ mô sử dụng, tình tiết nhà khơng nhìn thấy [41] Hình 4.8: CT-cross hình ảnh mặt cắt phích cắm thương mại bao gồm chân kim loại nhà polymer [41] 4.1.2 Bàn quay trịn Nghệ thuật phân tích lý thuyết Khi qt, phần gắn bảng quay Hệ thống trục thẳng hàng có giới thiệu đồ tạo tác liệu quét Hình học hệ thống lý tưởng thể hình 4.9: Các tia trung tâm giao với trung tâm máy phát (điểm O); trục quay vng góc với mặt phẳng mặt phẳng cắt dị hàng trung ương Vì sai số máy dò, nguồn tia X bảng quay tạo khác xuất hình ảnh CT, phản ánh đồ tạo tác hình học 3D xây dựng lại Một số ví dụ cấu hình lệch chi tiết điển hình thể hình 4.10, hình 4.12, hình 4.13 hình 4.14 Hình 4.10 cho thấy đồ tạo tác hình ảnh phát sinh thay đổi máy dị theo hướng ngang ngang (trục X) Hình 4.12, Hình 4.13 Hình 4.14 cho thấy ví dụ đồ tạo tác độ nghiêng máy dò xung quanh hàng trung ương (trục X), xoắn máy dò xung quanh cột trung tâm (trục Y) nghiêng máy dò xung quanh trung tâm cá đuối Khi xoắn dị xung quanh cột trung tâm, khơng có đồ tạo tác hình ảnh xây dựng lại hình ảnh có độ phân giải nhỏ Tình hình tồi tệ xảy máy dị lệch xung quanh ray trung tâm (xem hình 4.14 (b)), chiều rộng có hiệu chiều cao máy dị sử dụng thuật tốn tái tạo trở nên nhỏ hơn, làm cho hình ảnh tái cấu trúc phẳng Hiện tượng dẫn đến biến dạng nghiêm trọng hình ảnh CT [42] Những kết khẳng định [43] Điều tra thực nghiệm Một thí nghiệm để xác định số lượng chấp nhận phát nghiêng tối đa xung quanh trục trung tâm sử dụng bi nguồn tia X đơn sắc báo cáo [43] Lệch máy dò 0, 1/2, 1/4, 1/8 1/16 áp dụng Kết quả, khác biệt tuyệt đối tối đa khối lượng tài liệu tham khảo khối lượng sau quay, thể hình 4.15 Bằng cách áp dụng nghiêng đến máy dò đến 1/4 điểm ảnh khơng ảnh hưởng đến chiều Hình 4.9: cấu hình hình học lý tưởng cho hình nón chùm máy qt CT cơng nghiệp Hình 4.10: Hiệu ứng sai lệch ngang ngang off-trung tâm chuyển dịch theo hướng cột dị [42] Hình 4.11: Ảnh CT mà khơng hàng [42] Hình 1.12: Hiệu sai lệch độ nghiêng 10 xung quanh phát hàng trung ương [42] Hình 4.13: Hiệu sai lệch xoắn xung quanh phát cột trung tâm [42] Hình 4.14: Hiệu sai lệch nghiêng vòng quanh trục trung tâm [42] Có thể tính tốn CT thơng số hệ thống canh hàng thông qua hiệu chuẩn hệ thống Một phương pháp hiệu chuẩn hệ thống CT nón chùm báo cáo [42] Hình 4.15: Giá trị tối đa chấp nhận phát nghiêng xung quanh trục X [43] 4.1.3 Máy dò tia X Chuyển đổi thực theo nhiều cách khác Phương pháp bao gồm sử dụng diode tách sóng quang, ống nhân ảnh hình phosphor với thiết bị chụp ảnh (ví dụ: Hiển thị Couple Tính (CCD), hệ thống video, vv) Gần nhất, có máy dị khu vực (tấm) cung cấp kỹ thuật chụp trực tiếp, sử dụng silicon vô định hình vơ định hình selen ảnh dây dẫn với lớp phủ phosphor, trực tiếp chuyển đổi xạ tới vào điện tích Giống máy dị ion hóa, thiết bị dị nhấp nháy đủ khả thiết kế linh hoạt đáng kể mạnh mẽ dò nhấp nháy thường sử dụng lượng cao dừng, đếm mạch nhanh, cảm biến chứa bề mặt cần thiết Gần đây, cho độ phân giải cao ứng dụng CT, máy dò nhấp nháy với cảm biến rời rạc báo cáo với spacings mảng theo thứ tự 25 m Cả hai ion hóa nhấp nháy dị u cầu chun môn kỹ thuật đáng kể để đạt mức hiệu suất chấp nhận cho CT [36] thông số quan trọng máy dò tia X là: hiệu suất lượng tử, số lượng điểm ảnh, đọc tốc độ (tốc độ khung hình) phạm vi hoạt động Hiệu Quantum (QE), thám tử tốt Quantum Efficiency (DQE), mô tả tỷ lệ SNR đầu bình để SNR đầu vào bình Nó mơ tả hiệu chuyển giao SNR đầu vào bình định lượng số lượng photon tiếng ồn tác động đến máy dị sản lượng bình SNR mơ tả lượng đầu (photon tiếng ồn) từ máy dò DQE ảnh hưởng đến chất lượng cường độ tín hiệu chùm tia X-ray mơ tả hiệu chuyển giao lượng SNR đầu vào cố tia X-ray máy phát [36] dị tia X có QE dao động 2-50%, mạnh mẽ phụ thuộc vào lượng xạ giảm tăng lượng Việc nới lỏng tiền tệ tăng lên cách làm cho máy dò dày sử dụng vật liệu có giá trị cao cho hệ số hấp thụ [44] Một cột mốc quan trọng phát triển máy dò máy dò phẳng đảm bảo độ xác hình học hình ảnh vận chuyển hiệu ánh sáng từ scintillator đến photodiodes Một cải tiến đáng kể việc chuyển đổi thu với chuyển đổi trực tiếp photon chất bán dẫn Ưu điểm độ nhạy cao nhiều photon (photon đơn truy cập) khả giải lượng photon vật liệu bán dẫn áp dụng cho cảm biến CdTe, CdZnTe, Si GaAs [45] Mặt khác, chúng đặc trưng chất lượng số tính khác, ví dụ phạm vi hoạt động, điểm ảnh nóng hay chết, có số lượng nhỏ điểm ảnh phân khúc di dời Những cải tiến máy dị hình phẳng sử dụng công nghệ nhấp nháy chủ yếu dựa vào việc tăng số lượng điểm ảnh (lên đến khoảng 107pixels) kích thước máy dị Phạm vi động phạm vi tối đa cường độ xạ tối thiểu hiển thị Phạm vi tối đa động máy dò phẳng 16 bit Tỷ lệ khung hình máy dị khu vực rộng lớn nằm khoảng từ đến 9fps [16] 4.2 Phần mềm xử lí liệu 4.2.1 Tái tạo ảnh 3D Khi trình mua lại đối tượng qt hồn thành, thuật tốn tái tạo sử dụng để tái tạo lại khối lượng 3D Những hình ảnh 3D tái tạo làm voxel Như thấy hình 4.16, voxel yếu tố nguyên thủy cấu trúc 3D Kích thước voxel hàm kích thước điểm ảnh khoảng cách nguồn đối tượng nguồn máy phát (điều giải thích chi tiết Mục 4.5.1 liên quan đến ảnh hưởng độ phóng đại) Hình 4.16: Định nghĩa voxel [29] 4.2.2 Ngưỡng bề mặt Như mô tả phần 3.1, giá trị ngưỡng tham số quan trọng CT sử dụng cho phân vùng ảnh xác bề mặt tâm liệu có ảnh hưởng đến kết hình học tái tạo đối tượng quét [19] Ngưỡng chuyển đổi hình ảnh giá trị màu xám thành nhị phân Hình ảnh thu sau bao gồm hai bộ: đại diện cho (ví dụ màu đen), khác đối tượng (ví dụ màu trắng) Về nguyên tắc, ngưỡng xác định đâu ranh giới đối tượng khơng khí, mà bề mặt giao cho đối tượng quét Việc xác định ngưỡng diễn voxel mơ hình 3D bao gồm, thấy đường màu xanh hình 4.17 Hình 4.17: Áp dụng ngưỡng Dòng tham lam đại diện cho phân khúc cạnh đối tượng / vật liệu từ khơng khí [46] Một minh chứng rõ ràng tầm quan trọng để chọn giá trị ngưỡng thích hợp nhìn thấy hình 4.18 Ở đây, ngưỡng thay đổi phạm vi định có đường kính tương ứng phần hình trụ đo Hình 4.34: Bức xạ synchrotron - đơn sắc nguồn tia X [58] Các photon thường chuyển số lượng cho electron vật liệu (gây liều đối tượng tín hiệu máy dị) photon tán xạ tương tác số phát đường ban đầu (giới thiệu lỗi vào việc đo độ mờ đục liên quan) Sự đóng góp photon rải rác với phép đo giảm đáng kể, khơng hồn tồn loại bỏ, số trường hợp cách chuẩn trực mảng dò, tách máy dị từ đối tượng; đơi bồi thường cách trừ ước tính giá trị từ phép đo [35] Một số thuật toán tồn để giảm bớt ảnh hưởng tán xạ Các thuật tốn giảm ngưỡng thích hợp Giá trị phân tán suy giảm tia X tán xạ tìm thấy [62] 4.3.4 Thành phần vật liệu Các thành phần vật chất chủ yếu định hấp thụ lượng phụ thuộc (dầm cứng), có kết tốt cho vật liệu hấp thụ xạ (ví dụ nhựa) Nếu phần đo sáng tác đa dạng tài liệu, hiệu ứng bất ngờ quan trọng thu Trong CT, đối tượng hầu hết thành phần vật chất quét Nhưng dù sao, số vật liệu điển hình CT thuộc thép, polyme, gốm sứ, titan, hồng ngọc vật liệu composite Các đối tượng đo phải đủ xuyên thủng cho tia X qua Đối với vật liệu khác nhau, hệ số suy giảm tuyến tính khác (xem bảng 4.4) tồn nữa, tùy thuộc vào mật độ vật chất, nguyên liệu hấp thụ tia X khác Do đó, ảnh hưởng từ vật liệu lựa chọn trước qt đóng vai trị lớn Đặc biệt, qt thành phần đa tài liệu, vật vệt nghiêm trọng giới thiệu thay đổi lớn suy giảm từ chiếu đến Một đồ thị ví dụ cho thâm nhập tài liệu tối đa X-quang thông qua vấn đề sắt (Fe) nhôm (Al) 420 keV nhìn thấy hình 4.35 Hình 4.35: Thâm nhập tối đa X-quang 420 keV cho Fe Al [29] 4.3.5 Độ nhám bề mặt Bề mặt đối tượng thực khơng hồn hảo dẫn đến khó khăn cho việc xác định giá trị ngưỡng Định lượng không chắn gây độ nhám bề mặt phát triển Trong [63], không chắn độ nhám bề mặt đánh giá là: Ở đây, ảnh hưởng cấu trúc bề mặt xác định cách đo độ nhám điểm khác bề mặt phơi Giá trị trung bình từ phép đo này, Rzmean, giả định đại diện cho tồn phơi Thế hệ bề mặt sau tạo ảnh quang đặt lọc thơng thấp với độ phân giải khơng gian kích thước voxel Người ta ước tính bề mặt tạo nằm nửa vật liệu phần Trong đỉnh núi gồ ghề gây bóng địa phương, thung lũng gồ ghề để vượt qua cường độ Khi kích thước pixel (400 mm) tương đối lớn so với độ nhám, có thay đổi trung bình điểm bề mặt phát sau phân khúc Điều có nghĩa biên độ lỗi nửa Rzmean Đối với không chắn tiêu chuẩn dựa lợi nhuận lỗi phân bố hình chữ nhật với yếu tố b = 0,6 giả định 4.4 Môi trường Nhiệt độ, độ ẩm rung động yếu tố ảnh hưởng có liên quan nhất, chúng ảnh hưởng đến liệu thu cách thêm tiếng ồn Lọc trường hợp cần thiết để liệu không mong muốn loại bỏ để xây dựng lại 3D Khơng có nhiều nghiên cứu ảnh hưởng môi trường CT ghi nhận Một điều tra thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến ổn định vật liệu mục tiêu (Mo) trình bày [64] Như giải thích Phần 4.1.1, nhiệt tạo tài liệu mục tiêu từ cuộn dây sử dụng để di chuyển tập trung electron Để giảm vấn đề ổn định thay đổi nhiệt độ hệ thống mẫu, thêm X-ray ống làm mát (từ GE / Phoenix | x-ray) cài đặt Kết cho thấy nhiệt độ tối đa vào mục tiêu thấp làm mát áp dụng nhiệt độ ổn định phút thứ 25, xem hình 4.36 Hình 4.36: Ảnh hưởng nhiệt độ đến ổn định vật liệu mục tiêu Nanotom CT scanner [64] Các nhà điều hành thực tế không ảnh hưởng trực tiếp đến kết đo CT Tuy nhiên, đo lường chiến lược thực vấn đề kinh nghiệm nhà điều hành nữa, có thơng số cần phải thiết lập quét trước kinh nghiệm người dùng đóng vai trị quan trọng việc thiết lập chương trình cho phép đo CT thơng số q trình phóng đại, định hướng đối tượng đo, lượng nguồn X-ray (nguồn dòng điện áp tăng tốc), thời gian hội nhập phát hiện, vv cần thiết cho việc xử lý liệu xác xây dựng lại hình ảnh Do đó, đại lượng ảnh hưởng phải phân tích không đảm bảo đo độ lệch quan sát dựa tác động sử dụng đánh giá 4.5.1 Độ phóng đại Kết kích thước voxel VS ảnh hưởng đến độ phân giải hệ thống CT VS phụ thuộc vào độ phóng đại hình học, M, điểm ảnh với khoảng cách điểm ảnh, ddet, máy dị đường kính, ds, nguồn X-ray Độ phóng đại thể sau: Khi lần đo ngắn yêu cầu, độ phóng đại thấp lựa chọn để chụp ảnh phần hồn tồn vào máy dị chu kỳ đo Bằng cách quét ROI chọn, tính nhỏ phần lớn đo tăng độ phân giải đạt [60] (xem hình 4.38) Một hạn giải CT kích thước hình dạng trọng tâm X-ray Đối với ống X-ray tăng kích thước tập trung tối thiểu với công suất điện áp ống ống Đối với phần lớn hơn, ống điện áp cao phải sử dụng Do đó, độ phân giải đạt hủy với kích thước đối tượng quét [19] Sự ảnh hưởng kích thước điểm làm mờ hình ảnh hiển thị hình 4.4 Mục 4.1.1 Điều tra thực nghiệm Một điều tra thực nghiệm ảnh hưởng độ phóng đại thực máy đo bước từ điều tra liên quan đến định vị phơi định hướng, trình bày phần 4.5.2 Một nghiên cứu khác định hướng phôi thực [48], kể từ điều tra liên quan đến ảnh hưởng số lượng dự đốn, trình bày phần 4.5.3 Hình 4.37: Ảnh hưởng độ phóng đại hiệu ứng làm mờ (vùng nửa tối) gây kích thước chỗ độ phóng đại nhỏ thu di chuyển đối tượng từ nguồn tia X (trên) độ phóng đại cao thu di chuyển đối tượng gần gũi với nguồn tia X (dưới) Hình 4.38: CT thiết lập cho chùm tia hình nón [Nguồn: Phoenix | x-ray] 4.5.2 định vị phôi định hướng Phôi định vị cố định bàn xoay để khơng di chuyển quay quét Định hướng đối tượng đo lường ảnh hưởng đến thay đổi chiều dài đường tia sáng qua đối tượng trình luân chuyển đối tượng đo Trong thay đổi lớn độ dài đối tượng (như xảy có thay đổi lớn phần phơi q trình thu) người ta mong đợi yếu không cách xây dựng lại hình ảnh, tiếp xúc với khơng-chính xác dự báo xây dựng lại Một số hình ảnh outshined người khác tối độ dài khác X-quang [48] Cả hai trường hợp tránh dự báo tiếp xúc yêu cầu cho tái hợp mơ hình tích Nếu điều khơng thực được, đồ tạo tác lắc lư xảy mơ hình tích Do đó, người sử dụng vị trí đối tượng qt, có thể, theo cách mà chiều dài tia du lịch thông qua đối tượng phân bố dọc theo tất vị trí góc Nó báo cáo [60] mà cho hình học đơn giản hình trụ rỗng, ảnh hưởng vị trí đối tượng bảng quay không quan trọng cho đối tượng có hình dạng phức tạp thật Hình 4.39: Định hướng đo bước khối lượng quét Theo tiêu chuẩn, sai số dấu hiệu để đo kích thước tính thơng qua đường hai chiều chiều Trong thứ hai, cần thiết để sửa chữa cách thêm lỗi thăm dị (thăm dị hình thức lỗi, PF, thăm dị kích thước lỗi, PS) PS PF thường tính cách sử hình cầu (thanh bóng, bóng) Trong phần tiếp theo, danh sách thơng số tính tốn báo cáo: • PF: thăm dị lỗi tìm thấy lĩnh vực bóng • PS: tính tốn lỗi đường kính mặt cầu bóng • E: lỗi để đo kích thước • LM: đo khoảng cách hai bên máy đo bước (trên quét) • LC: chỉnh khoảng cách hai bên máy đo bước (với CMM) lỗi thăm dò đánh giá cách sử dụng bóng Lỗi dấu hiệu để đo kích thước tính tốn cách sử dụng máy đo bước cách áp dụng chiến lược theo chiều Để biết thêm chi tiết xem [67] Các hình thức lỗi thăm dị đặc trưng, PF, phạm vi độ lệch hướng kính điểm đo cầu hồi quy có tính tốn Đây giống với chênh lệch Rmax tối đa khoảng cách tối thiểu Rmin thăm dò điểm từ trung tâm cầu hồi quy (xem hình 4.40 (a)) Các lỗi thăm dị đo mẫu thể phương trình 4.12 Thăm dị kích thước lỗi, PS, xác định từ khác biệt DM đo hiệu chuẩn đường kính Tiến sĩ cầu tham khảo (xem Hình 4.40 (b)) Các lỗi thăm dị đo lường kích thước thể phương trình 4.13 Hình 4.40: Định nghĩa lỗi thăm dò Định nghĩa thăm dò khoảng cách gia tăng errors.Four rãnh đo bước đo unidirectionally E tổng thể tính toán giá trị tuyệt đối tối đa bốn khoảng cách thu cho thiết lập đo tham khảo chụp CMM xúc giác Có máy đo bước gắn kết theo chiều dọc, ba thiết lập xem là: hai với độ phóng đại nhau, tương ứng với kích thước voxel (s) = 20 mm thiết lập áp dụng phóng đại thứ ba, tương ứng với s = 30 mm Trong hai trường hợp với độ phóng đại nhau, khoảng cách khác nguồn tia X máy dị chọn Hình 4.41: Ví dụ đo lường chiều rãnh rãnh sử dụng đo bước (Tham số FDD, xem Bảng 4.5) Trong trường hợp phát gần gũi với nguồn tia X trường hợp thứ hai xa từ nguồn X-ray Các thông số khác coi kỹ thuật ngưỡng áp dụng để trích xuất bề mặt (phương pháp ngưỡng tồn cầu địa phương) Lỗi dấu hiệu để đo kích thước, E, thiết lập xem báo cáo hình 4.42 Kết cho thấy độ phóng đại cao khơng đảm bảo tính xác Điều hai tác dụng: (1) trường hợp đầu tiên, tiếng ồn biên giới đo bước tương tác nguồn tia hình nón X-ray bề mặt thẳng vng góc với trục quay Hiệu nghiêm trọng góc tới lớn (nghĩa phơi nguồn X-quang gần hơn), phóng đại (voxel kích thước) chọn (2) có hiệu lực khác giới thiệu làm mờ Khi phôi di chuyển gần với nguồn X-ray (độ phóng đại cao hơn), hình ảnh mờ đạt kích thước hữu hạn kích thước điểm X-ray, xem hình 4.37 Cả hai hiệu ứng [38] Liên quan đến khai thác bề mặt, kết thu với ngưỡng địa phương nói chung xác so với ngưỡng tồn cầu Chỉ Setup 1, giá trị E thu với ngưỡng tồn cầu đơi tốt Điều khuếch đại tiếng ồn địa phương diễn với ngưỡng địa phương, nhìn thấy phim chụp CT cho Setup kiểm tra sau thực cách định vị đo bước nghiêng 45◦ trục quay máy quét với Một so sánh với kết thu với máy đo bước đặt thẳng đứng cho hai thiết lập (cùng độ phóng đại) thực Tất kết (xem hình 4.43) cho thấy cách định vị đo bước 45◦ nâng cao giá trị E 50% vị trí thẳng đứng với, giảm đáng kể tiếng ồn biên giới bề mặt phẳng bước Tối ưu hóa vị trí phơi nội máy qt CT quan trọng để nâng cao độ xác phép đo CT Ảnh hưởng định hướng phơi, độ phóng đại hệ thống, khoảng cách nguồn đối tượng phát phương pháp khai thác bề mặt hiệu suất máy quét CT công nghiệp đánh giá sử dụng máy đo bước sao, sử dụng để xác minh máy quét quang học Kết cho thấy vị trí phơi khối lượng đo để có đo đáng tin cậy cải tiến quan trọng độ xác thu cách định vị phôi 45◦ trục xoay Hình 4.42: Lỗi dấu hiệu cho phép đo kích thước với máy đo bước vị trí theo chiều dọc cách áp dụng ngưỡng toàn cầu địa phương Hình 4.43: So sánh kết cho Setup Setup với máy đo bước vị trí thẳng đứng 45◦ cách áp dụng ngưỡng toàn cầu địa phương 4.5.3 Số dự Số lượng dự (vị trí góc) kết nối trực tiếp với thời gian quét thời gian thu thập liệu đó, quan tâm công nghiệp để giảm số lượng dự để tối thiểu để tăng tốc trình quét Bằng cách này, chi phí liên quan giảm cách hiệu Điều tra thực nghiệm Nó trình bày [48] số dự khơng đóng vai trị quan trọng việc kết nối với kết chất lượng hình ảnh thuộc người đóng góp khơng chắn quan trọng Một số lượng lớn dự cách mạng đối tượng quét làm tăng chất lượng liệu xây dựng lại thiết lập tăng thời gian đo lường cần thiết Như 800 dự làm giảm độ lệch 5% đủ để sử dụng 400-800 dự cho xây dựng lại xác đối tượng Một bốn yếu tố thiết kế thí nghiệm hai cấp xây dựng (xem Bảng 4.6), đánh giá đường kính hình trụ làm vật liệu khác (nhơm, PMMA PVC) Kết trình bày Hình 4.44 cho thấy ngưỡng tham số ảnh hưởng quan trọng Ngồi độ phóng đại định hướng phơi có ảnh hưởng đáng kể Điều quan trọng số chiếu, thảo luận 4.5.3 Hình 4.44: Ảnh hưởng phương pháp ngưỡng, hướng đối tượng, số lượng dự phóng đại số đo đường kính hình trụ rỗng làm nhựa PVC [48] 4.5.4 Thời gian tiếp xúc Detector Tổng thời gian để thực CT scan phụ thuộc vào yếu tố khác nhau, số lượng dự đốn, số lượng hình ảnh bỏ qua tiếp xúc với máy phát (hoặc nhập) thời gian Bằng cách tăng thời gian phơi sáng dò, thời gian quét tăng lên tiếng ồn ảnh giảm [68] Số lại photon tia X đạt đơn tăng yếu tố phát với việc tăng thời gian hội nhập [69] Chương Phần kết luận Báo cáo tập trung vào ứng dụng CT cho mục đích cơng nghiệp đo lường, nơi mà ý thách thức CT, nghĩa thành lập đánh giá truy xuất nguồn gốc khơng chắn Một nhìn tổng quan hồn chỉnh yếu tố ảnh hưởng đến độ xác CT mơ tả chi tiết Một đánh giá tồn diện nhà nước nghệ thuật, phân tích lý thuyết điều tra thử nghiệm để đánh giá ảnh hưởng tài liệu tham khảo, dụng cụ, phơi, mơi trường thủ tục độ xác truy xuất nguồn gốc kết đo lường từ CT, thực Đặc biệt, phương pháp điều tra mối quan tâm thực nghiệm kỹ thuật để khắc phục giảm thiểu sai sót đồ tạo tác tham số xác định, hai chúng tìm thấy văn học thực tác giả Tài liệu tham khảo [1]W A Kalender, X-ray computed tomography, Physics in Medicine & Biology 51 (2006) 29–43 [2]C Reinhart, C Poliwoda, T Guenther, W Roemer, S Maas, C Gosch, Modern voxel based data and geometry analysis software tools for industrial CT, Proceedings of the 16th World Conference on NDT, Montreal, Canada (2004) [3]http://en.wikipedia.org/wiki/wilhelm_conrad_r%c3%b6ntgen (read 18/01/2011) [4]http://www.aps.org/publications/apsnews/200411/history.cfm (read 18/01/ 2011) [5]http://en.wikipedia.org/wiki/godfrey_hounsfield (read 18/01/2011) [6]M Willcox, G Downes, A brief description of NDT techniques, Insight NDT technical paper (2003) 1–22 [7]B P C Rao, Non-Destructive evaluation (NDE), http://web.archive.org/web/ 20091026221654/www.geocities.com/raobpc/index.html (read 18/01/2011) [8]A R Ganesan, Holographic and laser speckle methods in non-destructive testing, Proceedings of the National Seminar and Exhibition on Non-destructive Evaluation (2009) [9]Non-Destructive Testing of materials, http://ieo.dit.ie/technical_ndt.html (read 18/01/2011) [10]Optical holography for surface deformation, http://www.dashinspectorate.com/blog (read 18/01/2011) [11]G Reynolds, D Servaes, L Ramos-Izquierdo, J BeVelis, D Peirce, P Hilton, R Mayville, Holographic fringe linearization interferometry for defect detection, Optical Engineering 24 (5) (1985) 757–768 [12]W Hossack, Modern optics: teaching/mo (read 18/01/2011) Lecture notes, http://www2.ph.ed.ac.uk/ wjh/ [13]P Mix, Introduction to non-destructive testing: A training guide, 2nd Edition (2005) ISBN: 978–0–471–42029–3 [14]M Honlet, Nondestructive testing of complex composite materials and structures using optical techniques, Abstracts of the 1997 COFREND Congress on Nondestructive Testing, Nantes, France (1997) [15]Nondestructive testing of complex composite materials and structures using optical techniques, Advanced Materials & Processes 166 (2008) 39–48 [16]R B Bergmann, F T Bessler, W Bauer, Computer tomography for nondestructive testing in the automotive industry, Proceedings of SPIE 5535 (1) (2004) 464–472 [17]M Bartscher, U Hilpert, J Goebbels, G Weidemann, Enhancement and proof of accuracy of industrial computed tomography (ct) measurements, Annals of CIRP 56 (1) (2007) 495– 498 [18]VDI/VDE 2630 Sheet 1.2 - Computed tomography in dimensional measurement - Influencing variables on measurement results and recommendations for computed tomography dimensional measurements, VDI/VDE Society for Metrology and Automation Engineering (GMA) (2010) [19]S Carmignato, Traceability of dimensional measurements in computed tomography, In: Proceedings of 8th A.I.Te.M Conference (2007) 11 [20]M Franz, C Funk, J Hiller, S Kasperl, M Krumm, S Schröpfer, Reliability of dimensional measurements by computed tomography for industrial applications, 4th European-American Workshop on Reliability of NDE (2009) [21]A Sasov, Comparison of fan-beam, cone-beam and spiral scan reconstruction in x- ray micro-ct, Proceedings of SPIE 4503 (2002) 124–131 [22]D Wildenschild, J Hopmans, C Vaz, M Rivers, D Rikard, B Christensen, Using X-ray computed tomography in hydrology: systems, resolutions, and limitations, Journal of Hydrology 267 (2002) 285–297 [23]J.-P Kruth, Industrial application of ct scanning in engineering and manufacture, 14th CMM Danish users’ club conference on ’Application of CT scanning in industry’ (2010) Presentation slides [24]ISO 15708-1:2002 - Non-destructive testing - Radiation methods - Computed tomography: Part 1: principles [25]E Neuser, A Suppes, Visualizing internal 3D structures with submicrometer resolution, International Symposium on Digital industrial Radiology and Computed Tomography, Lyon, France (2007) 18 [26]M Bartscher, U Neuschaefer-Rube, F Wäldele, Computed tomography - A highly potential tool for industrial quality control and production near measurements, NUMB 1860 (2004) 477– 482 [27]S Kasperl, J Hiller, M Krumm, Computed tomography metrology in industrial research and development, MP Materials Testing 51 (6) (2009) 405–411 [28]O Brunke, 3D Dimensional metrology with high resolution CT vs tactile CMMs, HighResolution X-ray CT Symposium, Dresden, Germany (2010) Presentation slides [29]14th CMM Danish users’ club conference on ’Application of CT scanning in industry’, DTU (2010) 68 [30]S Carmignato, Traceability of dimensional measurements from CT scanning, 14th CMM Danish users’ club conference on ’Application of CT scanning in industry’ (2010) Presentation slides [31]C Reinhart, VG studio MAX: Application examples from science and industry, High-Resolution X-ray CT Symposium, Dresden, Germany (2010) Presentation slides [32]E v d Casteele, Model-based approach for beam hardening correction and resolution measurements in microtomography, Ph.D thesis, Universiteit Antwerpen (2004) [33]M Alexandru, A Nistor, The Röntgen radiation and its application in studies of advanced materials, Physics of advanced materials winter school (2008) 18 [34]J.R Connolly, Introduction to X-ray powder diffraction: http://epswww.unm.edu/xrd/xrd-course-info.htm (read 31/01/2011) Lecture notes [35]ASTM E1441 - 00:2005 Standard guide for computed tomography (CT) imaging, Technical report [36]ISO 15708 - Non-destructive testing - Radiagraphic methods - Computer tomography Part - Principles, ISO International Standard (2002) [37]R Ketcham, W Carlson, Acquisition, optimization and interpretation of x-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences, Computers & Geosciences 27 (2001) 381–400 [38]F Welkenhuyzen, K Kiekens, M Pierlet, W Dewulf, P Bleys, J.-P Kruth, A Voet, Industrial computer tomography for dimensional metrology: Overview of influence factors and improvement strategies, 4th International Conference on Optical Measurement Techniques for Structures and Systems (OPTIMESS2009), Antwerp, Belgium (2009) [39]K Holt X-ray production & emission http://www.elcamino.edu/faculty/kholt/RT %20111%20presentations/X-Ray%20Production%20&%20Emission_W4.ppt 02/02/2011) (read [40]M Krumm, S Karlson, M Franz, Reducing non-linear artifacts of multi-material objects in industrial 3D computed tomography, NDT&E International 41 (2008) 242– 251 [41]J Kastner, D Heim, D Salaberger, C Sauerwein, M Simon, H Wälischmiller, Advanced applications of computed tomography by combining of different methods, Proceedings of 9th European Congress on Non-Destructive Testing (2006) [42]Y Sun, Y Hou, F Zao, J Hu, A calibration method for misaligned scanner geometry in conebeam computed tomography, NDT&E International 39 (2006) 499–513 [43]P Wenig, S Kasperl, Examination of the measurement uncertainty on dimensional measurements by x-ray computed tomography, Proceedings of 9th European Congress on Non-Destructive Testing, Berlin, Germany (2006) 10 69 [44]J Beutel, H Kundel, R van Metten, Handbook of medical imaging, Physics and Psychophysics (2000) SPIE Press Monograph Vol PM79 [45]R Hanke, T Fuchs, N Uhlmann, X-ray based methods for non-destructive testing and material characterization, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 591 (2008) 14–18 [46]C Reinhart, Industrial computer tomography - A universal inspection tool, 17th World Conference on Nondestructive Testing (WCNDT2008), Shanghai, China (2008) 10 [47]H.-C Saewert, D Fiedler, M Bartscher, F Wäldele, Obtaining dimensional information by industrial CT scanning - present and prospective process chain, CT- IP (2003) 163–172 [48]A Weckenmann, P T Krämer, Predetermination of measurement uncertainty in the application of computed tomography, 11th CIRP International Conference on Computer Aided Tolerancing, Annecy, France (2009) [49]R Sauro, Validation of CT scanners with investigation on CT data processing, M.Sc thesis, Technical University of Denmark (2010) [50]M Bartscher, M Neukamm, U Hilpert, U Neuschaefer-Rube, F Härtig, K Kniel, K Ehrig, A Staude, J Goebbels, Achieving traceability of industrial computed tomography, Key Engineering Materials 437 (2010) 79–83 [51]http://www.ndt-ed.org (read 15/02/2011) [52]R A Brooks, G D Chiro, Beam hardening in X-ray reconstructive tomography, Physics in Medicine and Biology 21 (3) (1976) 390–398 [53]R F D Paiva, J Lynch, E Rosenberg, M Bisiaux, The effect of beam hardening on resolution in X-ray microtomography, Nondestructive testing and evaluation 31 (1) (1998) 17–22 [54]S W Young, , H H Müller, W H Marshall, Computed tomography: Beam hardening and environmental density artifact, Radiology 148 (1983) 279–283 [55]M Simon, I Tiseanu, C Sauerwein, S.-M Yoo, I.-S Cho, Development of multi sensor and multi source computed tomography systems, International Symposium on Digital industrial Radiology and Computed Tomography, Lyon, France (2009) [56]G Herman, Correction for beam hardening in computed tomography, Physics in Medicine & Biology 21 (1) (1979) 81–106 [57]J Hiller, Seminar on industrial CT, Kgs Lyngby, Denmark (2010) Presentation slides [58]Visiting the UK’s largest particle accelerator.http://www.ianvisits.co.uk/blog/2010 /11/14/visiting-the-uks-largest-particle-accelerator/ (read 21/01/2011) [59]C Heinzl, J Kastner, T Möller, , M Gröller, Statistical analysis of multi-material components using dual energy ct, Vision, Modeling and Visualization (VMV), Konstanz, Germany (2008) 179–188 [60]T Paul, Z He, Advanced NDT with high resolution computed tomography, 17th World Conference on Nondestructive Testing (WCNDT2008), Shanghai, China (2008) [61]O Brunke, K Brockdorf, S Drews, B Müller, T Donath, J Herzen, F Beckmann, Comparison between x-ray tube based and synchrotron radiation based µct, Proceedings of SPIE 7078 (2008) 12 [62]J.H Hubbell and S.M Seltzer, Tables of X-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients from 1keV to 20MeV for elements Z=1 to 92 and 48 additional substances of dosimetric interest http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/index.cfm (read 28/02/2011) [63]R Schmitt, C Niggemann, Uncertainty in measurement for x-ray-computed tomography using calibrated workpieces, Measuring Science & Technology 21 (2010) 1–9 [64]D Salaberger, B Plank, J Kastner, B Harrer, G Requena, H.-P Degischer, O Brunke, Comparative study of high resolution cone beam X-ray computed tomography methods and discussion of temperature influence on Nanotom stability, High- Resolution X-ray CT Symposium, Dresden, Germany (2010) Presentation slides [65]L D Chiffre, S Carmignato, A Cantatore, J Jensen, Replica calibration artefacts for optical 3d scanning of micro parts, Proceedings of the 9th Euspen International Conference, San Sebastian, Spain (2009) 352–355 [66]A Cantatore, L D Chiffre, S Carmignato, Investigation on a replica step gauge for optical 3d scanning of micro parts, Proceedings of the 10th Euspen International Conference - Delft, Netherlands (2010) 200–203 [67]VDI/VDE 2617 - Part 6.2: Accuracy of coordinate measuring machines - Characteristics and their testing - Guideline for the application of DIN EN ISO 10360 to coordinate measuring machines with optical sensors, VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) (2005) [68]M Reiter, C Heinzl, D Salamberger, D Weiss, J Kastner, Study on parameter variation of an industrial computed tomography simulation tool concerning dimensional measurements devations, 10th European conference on non-destructive testing (ECNDT), Moscow, Russia (2010) 10 [69]U Hassler, S Oeckl, I Bauscher, Inline ct methods for industrial production, International Symposium on NDT in Aerspace, Fürth, Germany (2008) ... lỗi phân bố hình chữ nhật với yếu tố b = 0,6 giả định 4.4 Môi trường Nhiệt độ, độ ẩm rung động yếu tố ảnh hưởng có liên quan nhất, chúng ảnh hưởng đến liệu thu cách thêm tiếng ồn Lọc trường hợp... 25, xem hình 4.36 Hình 4.36: Ảnh hưởng nhiệt độ đến ổn định vật liệu mục tiêu Nanotom CT scanner [64] Các nhà điều hành thực tế không ảnh hưởng trực tiếp đến kết đo CT Tuy nhiên, đo lường chiến... đặc tính sử dụng để tính tốn dầm cứng sửa chữa giá trị cường độ cho phép việc tái thiết vật hình ảnh CT miễn phí Các đường đặc tính xác định cách thực phép đo tham khảo cách sử dụng tham chiếu