Rozklad materiálu ve spektrální submikronové počítačové tomografii

Abstract

Počítačová tomografie je nedestruktivní zobrazovací metoda vnitřních struktur vzorků. Využití nachází především v lékařství, ale také v průmyslu nebo výzkumu. V lékařství se také běžně používá spektrální počítačová tomografie, která umožňuje diferenciaci materiálů na základě jejich útlumových vlastností, které jsou závislé na energii rentgenového záření. Tento přístup se začíná také objevovat v průmyslových aplikacích. Tato práce se zabývá dvouenergetickou počítačovou tomografií, což je specifická forma spektrální tomografie využívající dvě různá rentgenová spektra. Dekompozici materiálu lze provádět buď na projekčních datech nebo na jejich rekonstrukcích. Výstupem jsou obrazy obsahující informace o koncetracích jednotlivých materiálů, které se nachází ve skenovaném objemu. Kromě koncetrací lze také zjistit atomová čísla a hustoty těchto materiálů. V této práci byla implementována základní metoda, jejíž výstupy slouží jako počáteční odhady v řadě iteračních algoritmů, které provádí dekompozici. Také byla provedena implementace metody, která redukuje šum v rozložených obrazech, jejichž hodnoty jsou vysoce korelované. Algoritmy byly testovány na umělých datech, ale také na reálných datech pořízených přístrojem Rigaku Nano3DX. Bylo provedeno srovnání vlivu různých tomografických artefaktů na výsledný rozklad materiáluComputed tomography is a non-destructive method for imaging internal structures of samples. It is mainly used in medicine, but also in industry or scientific fields. Spectral computed tomography is also commonly used in medicine, which allows the differentiation of materials based on their attenuation properties, which are dependent on the energy of the X-rays. This approach is also beginning to appear in industrial applications. This thesis deals with dual-energy computed tomography, which is a specific form of spectral tomography using two different X-ray spectra. Material differentiation, or decomposition, can be performed either on projection data or on their reconstructions. The output are images containing information about the concentrations of individual materials found in the scanned volume. In addition to the concentrations, the atomic numbers and densities of these materials can also be determined. In this thesis, a basic method of material decomposition was implemented, the outputs of which serve as initial guesses in a series of iterative algorithms that perform the decomposition. A method has also been implemented that reduces noise in decomposed images whose values are highly correlated. The algorithms were tested on artificial data, but also on real data scanned by the Rigaku Nano3DX device. A comparison of the effect of various tomographic artifacts on the resulting material decomposition was made.