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Reduzierung von Missing-Wedge-Artefakten der CT mit DIRECTT

  • Axel Lange , Manfred P. Hentschel , Andreas Kupsch , André Hilger , Ingo Manke , Sebastian Lück , Volker Schmidt Ulm und Roman Grothausmann
Veröffentlicht/Copyright: 28. September 2014
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Kurzfassung

Typische „Missing Wedge“(MW)-Artefakte in Rekonstruktionen der Computertomografie können mit dem iterativen DIRECTT-Algorithmus (Direkte iterative Rekonstruktion computertomografischer Trajektorien) unterdrückt werden. Die durch fehlende Projektionswinkel bedingten MW-Restriktionen betreffen bisher nur Sonderapplikationen der Röntgen- und Neutronentomografie, müssen in der Nanometer auflösenden Elektronentomografie jedoch als Standard akzeptiert werden. Die MW-Artefakte werden besonders effektiv mit einer spezifischen DIRECTT-Prozedur partiell diskreter Zwischenlösungen beseitigt. Für die Beurteilung der Abbildungsqualität werden Rekonstruktionen von vollständigen und unvollständigen Mess- und Modell-Datensätzen erzeugt und mit Ergebnissen anderer Algorithmen (gefilterte Rückprojektion (FBP) und ART-Methoden) verglichen. Die Fourier-Transformierten der Rekonstruktionen demonstrieren die erfolgreiche Ergänzung der fehlenden Information im MW-Bereich. Die quantitative Bewertung der lokalen Rekonstruktionsqualität mit Methoden der räumlichen Statistik ergibt auch für unterschiedliche Signal-Rausch-Verhältnisse signifikante Vorteile gegenüber FBP und ART.

Abstract

Typical missing wedge (MW) artifacts in reconstructions of computerised tomography (CT) can be suppressed by the iterative algorithm DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories). The MW-restrictions due to missing projection angles are presently limited to specific applications of X-ray and neutron tomography. However, in the field of nanometer resolving electron tomography they are an inevitable standard. The MW artifacts can be removed much better by an additional procedure of the DIRECTT algorithm applying partially discrete intermediate solutions. Reconstructions of complete and incomplete data sets from measurements and models are created in order to evaluate their quality, and to compare them to the results of other algorithms (filtered back projection (FBP) and ART approaches). The Fourier transforms of the reconstructions demonstrate the contribution of supplementary information to the missing wedge sector. For further assessment of the reconstruction quality, adapted techniques of spatial statistics are applied.


*Korrespondenzadresse Dr. rer. nat. Andreas Kupsch BAM-8.5, 12200 Berlin E-Mail:

Dipl.-Phys. Axel Lange, Jahrgang 1948, studierte Physik an der Technischen Universität Berlin. Nach mehrjähriger Tätigkeit in der Grundlagenforschung mit Röntgenstreuverfahren war er seit 1987 als Mitarbeiter der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in der zerstörungsfreien Prüfung wesentlich an Einrichtung und Anwendung der Röntgentopografie beteiligt und hat das Prinzip des DIRECTT-Algorithmus entwickelt.

Prof. Dr. rer. nat. Manfred P. Hentschel, Jahrgang 1943, studierte Physik an der Freien Universität Berlin, wo er 1981 promovierte. Seit 1987 ist er Mitarbeiter der BAM im Bereich Zerstörungsfreie Prüfung und leitete bis zu seinem Ruhestand 2008 die Arbeitsgruppe „Röntgen-Streu-Topografie“, in der bildgebende Röntgenstreuverfahren für die Charakterisierung heterogener Werkstoffe entwickelt und eingesetzt werden. Er ist Träger der Röntgen-Plakette des Jahres 2000, Honorarprofessor der Technischen Universität Berlin und weiterhin in der BAM tätig.

Dr. rer. nat. Andreas Kupsch, Jahrgang 1968, studierte Physik an der Technischen Universität Dresden, wo er 2004 am Institut für Strukturphysik promovierte. Seit 2004 ist er als Mitarbeiter der BAM in der ZfP tätig. Neben der Computer-Tomografie und der Röntgen-Topografie gehört die Nutzung der Röntgenrefraktion zu seinen Schwerpunkten im Fachbereich Mikro-ZfP.

Dr. rer. nat. Sebastian Lück, geb. 1980, studierte Wirtschaftsmathematik an der Universität Ulm, wo er 2011 auch promovierte. Zu seinen Forschungsinteressen gehören der Einsatz räumlicher stochastischer Modelle in Medizin und Biologie sowie die statistische Bewertung von CT-Algorithmen. Derzeit arbeitet er als Unternehmensberater in Nordrhein-Westfalen.

Prof. Dr. rer. nat. habil. Volker Schmidt hält den Lehrstuhl für Stochastik an der Universität Ulm. Er studierte Mathematik an der Universität Wrocław (Polen). Danach folgten Promotion und Habilitation an der TU Bergakademie Freiberg. Seit 1992 gehört er der Fakultät für Mathematik und Wirtschaftswissenschaften der Universität Ulm an. Seine Forschungsinteressen liegen auf dem Gebiet der stochastischen Geometrie, der räumlichen Statistik und Monte-Carlo-Simulationen von räumlichen statistischen Modellen.

Dr. rer. nat. Roman Grothausmann, geb. 1981, studierte Physik an der Universität Regensburg und am Trinity College Dublin (2001–2007). Im Rahmen seiner Diplomarbeit arbeitete er im TEM-Labor von Prof. J. Zweck. Dort entwickelte er einen rechnergesteuerten Aufbau zur „In-situ Elektronenstrahldeposition von Leiterbahnen im TEM“. Von 2008 bis 2012 arbeitete er am Institut für angewandte Materialforschung des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) im Bereich der Elektronentomografie. 2011 schloss er seine Promotion an der TU Berlin ab. Seit 2012 ist er an der Medizinischen Hochschule Hannover tätig.

Dr.-Ing. André Hilger studierte physikalische Technik und war nach dem Diplom von 2001 bis 2006 technischer Angestellter am HZB sowie an der Technischen Fachhochschule Berlin. Nach seinem Masterabschluss 2006 war er für die Entwicklung der Neutronentomografie verantwortlich und promovierte dort auf dem Gebiet der „Tomografie mit spinpolarisierten Neutronen“. Seit 2009 arbeitet er an der Weiterentwicklung tomografischer Verfahren mit Neutronen- und Synchrotronstrahlung am HZB.

Dr. rer. nat. Ingo Manke ist seit 2007 Leiter der Fachgruppe „Bildgebende Verfahren“ am HZB. Er promovierte in Experimentalphysik auf dem Gebiet der Bildgebung mit Rastersondenverfahren. Seine aktuellen Forschungsfelder sind Entwicklung von bildgebenden Verfahren basierend auf Röntgenstrahlen, Neutronen und Elektronen sowie deren Anwendungen in der grundlagenorientierten und angewandten Materialforschung.


Referenzen

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Online erschienen: 2014-09-28
Erschienen im Druck: 2014-09-01

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Fachbeiträge/Technical Contributions
  4. Burst Strength of Composite Cylinders – Assessment of the Type of Statistical Distribution
  5. Effects of Zn/Cu Ratio and Silicon on Microstructure, Mechanical Properties, Tarnish and Corrosion Resistance of As-Cast 940 Silver Alloys
  6. Analysis of the Frequency as an Integral Method for the Testing of Anisotropic 3D Sheet Metal Structure
  7. Mechanical and Thermal Properties of a Cu-CNT Composite with Carbon Nanotubes Synthesized by CVD Process
  8. The Mechanical and Electrical Properties of the Ternary Bi-Ga-Sb System
  9. Experimental Investigation of the Corrosion Mechanism of Cemented Soils in Magnesium Sulfate Solution
  10. Experimental and Analytical Study of Masonry Constructions Reinforced with Bed Joints
  11. The Fracture Toughness of Fe2B Formed on Boronized AISI 304
  12. Effects of Ferroboron and Ferrochromium Powder Addition on Abrasive Wear Resistance of Fe-Based Hardfacing Coatings
  13. Fabrication of Al/Mg Bimetal Compound Casting by Lost Foam Technique and Liquid-Solid Process
  14. Effects of Si and Zn on Machinability and Wear Resistance of AZ91 and AS91 Magnesium Alloys
  15. DIRECTT-Rekonstruktionen im Vergleich zur gefilterten Rückprojektion
  16. Reduzierung von Missing-Wedge-Artefakten der CT mit DIRECTT
  17. Röntgentomografische Untersuchung eines kommerziellen Lithium-Ionen-Kondensators*
  18. Machining Parameter Optimization of Bidirectional CFRP Composite Pipe by Genetic Algorithm
  19. Investigation of Lost Foam Casted Aluminum Bimetal Microstructures
  20. Taguchi-Based Grey Relation Optimization of Machining Parameters and Cutting Path Strategies in CNC Pocket Milling Operations
  21. Reliable Evaluation of Acceptability of Weld for Final Disposal Based on the Canister Copper Weld Inspection Using Different NDT Methods
  22. Evaluation of the Reliability of NDTesting in Russian Railway Transport
  23. Vorschau/Preview
  24. Vorschau
Heruntergeladen am 16.10.2025 von https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/120.110612/html
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