Tomografii komputerowej (Tomografia komputerowa – CT) jest stosunkowo dobrze znaną metodą z dziedziny medycyny dla ogółu społeczeństwa, gdzie znajduje zastosowanie w diagnostyce. Tomografia komputerowa (CT) umożliwia lekarzom wizualizację ciała pacjenta w przekrojach i postawienie dokładniejszej diagnozy. Od lat 70. ubiegłego wieku, kiedy tomografia komputerowa weszła do praktyki medycznej, nastąpił szybki rozwój technologii komputerowej i jej dostępność dla innych dziedzin nauki i przemysłu. To tutaj CT pojawia się jako tomografia przemysłowa lub skanowanie CT i jest obecnie nieodzowną metodą badań nieniszczących i kontroli jakości.
Medyczna tomografia komputerowa i jej modyfikacje gabinetowe powszechnie obecnie dostępne do celów przemysłowych i naukowych.
W tłumaczeniu tomografia oznacza obrazowanie w sekcjach (grecki tom-cut, graphein-write). W ten sposób bez ingerencji z zewnątrz pozwala dosłownie zajrzeć do wnętrza ciała obiektu, próbki lub skanu 3D optycznie niedostępnej przestrzeni. Jak to jest możliwe?
CT wykorzystuje źródło promieniowania rentgenowskiego i czujnik do przechwytywania obrazów radiograficznych. Takie, jakie znasz od lekarza podczas ustalania diagnozy, na przykład złamania kończyny. Ta zasada obrazowania nazywana jest radiografią i jest tworzona przez przepuszczanie promieniowania rentgenowskiego przez próbkę i rejestrowanie jej obrazu na ekranie wyświetlacza. W przeciwieństwie do światła promieniowanie rentgenowskie ma wystarczającą energię, aby przejść przez obiekt bez odbicia. Tłumienie promieniowania rentgenowskiego wzrasta wraz z gęstością materiału, dzięki czemu na otrzymanym obrazie widzimy ciemne i jasne plamy (zgodnie z gęstością materiału na drodze wiązki). Promienie rentgenowskie są przekształcane w detektorze na promieniowanie widzialne i digitalizowane. Każdemu włączonemu pikselowi przypisywana jest wartość skali szarości na danej głębi bitowej zgodnie z tłumieniem.
W tej pierwszej fazie tomografii komputerowej, obrazowaniu radiograficznym, możemy wykorzystać tę prostą zasadę obrazowania do sprawdzenia próbki, zespołów, defektów, ale także żywności itp. w czasie rzeczywistym i ujawnienia defektów i defektów, których szukamy.
Wystarczy oświetlić obiekt światłem, aby od razu uzyskać cenne informacje, które mogą doprowadzić do rozwiązania danego problemu
Jeśli umieścimy próbkę na talerzu obrotowym, możemy za pomocą radiografii uzyskać zestaw obrazów 2D obiektów w jego obrocie 360°. Powstały model 3D można następnie zrekonstruować na ich podstawie. Aby uzyskać dobry wynik, trzeba wykonać setki, a czasem nawet tysiące takich zdjęć. Stan rotacji próbki w osłoniętej komorze inspekcyjnej tomografu w dużej mierze determinuje maksymalny rozmiar skanowanego obiektu, a moc źródła promieniowania rentgenowskiego musi być wystarczająca do napromieniowania próbki i uzyskania wysokiej jakości obrazów.
Komora inspekcyjna małego tomografu rentgenowskiego ze źródłem (1), próbką (3) na stole obrotowym (2) oraz czujnikiem/detektorem (4). Zestaw obrazów radiograficznych do procesu rekonstrukcji filtrowanej projekcji wstecznej.
Obraz cienia na detektorze wyświetlany jest z odpowiednim powiększeniem, które określa odległość ogniskową obiektu od źródła promieniowania rentgenowskiego. Dzięki temu możemy osiągnąć submikronową rozdzielczość i skanować bardzo drobne, mikroskopijne struktury i obiekty dla bardzo małych próbek w bliskiej odległości od aparatu rentgenowskiego.
Po pierwszej fazie pozyskania zestawu obrazów radiograficznych obiektu, tzw. akwizycji, następuje proces rekonstrukcji, podczas którego z tych obrazów tworzony jest model 3D. Podczas procesu rekonstrukcji kluczową zasadą CT jest matematyczne zastosowanie tak zwanej filtrowanej projekcji wstecznej. Jest to algorytm odwróconej transformacji Radona, który każdą projekcją wypełnia całą przestrzeń, a po ich zsumowaniu szum jest odfiltrowywany.
Po lewej obiekt z wirującym źródłem promieniowania rentgenowskiego i detektorem, na którym widzimy zmieniające się wartości tłumienia. Jest to reprezentowane w środku przez tak zwany sinogram. Po prawej stronie oryginalna sekcja jest jednocześnie rekonstruowana z danego sinogramu za pomocą filtrowanej projekcji wstecznej (FBP). Źródło: Samuli Siltanen (Uniwersytet Helsiński)
Obiekt 3D po rekonstrukcji pokazany w przekrojach w poszczególnych osiach
Po rekonstrukcji otrzymujemy obiekt 3D z przekrojami w poszczególnych osiach X, Y, Z danego układu współrzędnych. W przeciwieństwie do innych optycznych metod skanowania 3D, gdzie wyjściem jest zwykle sieć wielokątów (.stl, .obj), czyli tylko informacja o widocznej powierzchni, w skanowaniu CT obiekt jest wyświetlany za pomocą tzw. wokseli (elementów objętościowych). Każdemu wokselowi przypisywana jest wartość skali szarości na danej głębokości bitowej zgodnie z tłumieniem promieniowania rentgenowskiego. Granica (obiekt/przestrzeń), czyli powierzchnia zrekonstruowanego modelu, determinuje ustawienie poziomu progowego (próg) dla procesu wyznaczania powierzchni. Najłatwiej jest użyć środka między średnią wartością tła a materiałem (ISO50). Następnie określa, czym będzie obiekt, a jaka będzie przestrzeń. (Trzeba dodać, że w praktyce posługujemy się bardziej zaawansowanymi metodami.) W końcu otrzymujemy model z precyzyjnie uchwyconą geometrią złożonej powierzchni, ale wciąż mamy do dyspozycji całą bryłę obiektu złożoną z pojedynczych wokseli , z których każdy zawiera własne informacje. To właśnie sprawia, że CT jest jednym z najpotężniejszych narzędzi do nieniszczącej analizy i testowania.
Ilustracyjna (uproszczona) wizualizacja reprezentacji różnicowej przy użyciu wokseli i siatki wielokątów. Po lewej model przestrzenny złożony z wokseli, po prawej model powierzchniowy złożony z trójkątnej siatki.
Powierzchnia wynikowa po zaawansowanym określeniu powierzchni z wykorzystaniem wartości otaczających wokseli.
Zastosowania tomografii komputerowej są mniej więcej takie same jak w przypadku skanowania laserowego i optycznego. Dlatego jest używany głównie do kontroli wymiarów, ale także do prototypowania i digitalizacji. Natomiast w przypadku przemysłowej tomografii komputerowej pole zastosowania rozszerza się o cały szereg obszarów, które wynikają z wykorzystania reprezentacji wokselowej (uchwycenia struktury wewnętrznej) do kolejnych analiz i symulacji.
Uzyskane w ten sposób wyniki można wykorzystać do oceny (wizualizacja, mapa kolorów, histogram, ocena statystyczna...) porowatości/wtrąceń, porównanie z modelem CAD, grubości ścianek, orientacji włókien, struktury materiałów porowatych, symulacji wytrzymałości i przepływu, ale również efektowne wizualizacje z wykorzystaniem segmentacji.
Wykrywanie 3 największych porów w programie VG Studio MAX
Tomografia komputerowa jest skutecznym narzędziem do kontroli, rozwoju i badań, na przykład w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, produkcji przyrostowej i różnych dziedzinach inżynierii mechanicznej, gdzie musimy stosować nieniszczące, nieinwazyjne metody analizy i kontroli jakości. Wśród obszarów dyscyplin naukowych chodzi o wykorzystanie zalet mikrotomografii także np. w biologii, geologii, archeologii czy paleontologii. W szeregu eksperymentów naukowych wykorzystuje się również skanowanie in situ, czyli skanowanie próbki w określonych warunkach fizycznych (temperatura, ciśnienie, próżnia itp.) w specjalnie przystosowanych preparatach. Jak wynika z powyższego, możliwości tomografii komputerowej są ogromne. Możemy również założyć, że wraz z rozwojem nowych typów czujników i postępującą automatyką, przemysłowe CT będzie coraz częściej pojawiało się w różnych zastosowaniach.
Siedziba
SolidVision, s.r.o
Josefy Faimonová 11a
628 00 Brno
ID: 26280442
UID: CZ26280442
Oddział w Pradze
Zamek Zábehlický
Za Potokiem 46/4
Uciec
Praga 106 00 10
