Томография на рассеянном рентгеновском неколлимированном излучении Теория, моделирование, эксперимент)
advertisement
Томография на рассеянном рентгеновском неколлимированном излучении Теория, моделирование, эксперимент) Горшков В.А. МАДИ(ГТУ) Тел. 155-04-31, e-mail: gorshkov_vа@mtu-net.ru Аннотация Рассмотрены вопросы развития реконструктивной томографии на рассеянном рентгеновском излучении. Приводятся математические модели процессов измерения и алгоритмы реконструкции на основе неколлимированного рассеянного рентгеновского излучения. Рассмотрены вопросы идентификации распределения эффективного атомного номера и плотности в объектах. Приводятся примеры реконструкций. Рентгеновские томографы трансмиссионные На рассеянном излучении Преимущества томографии на рассеянном излучении • Реконструкция объектов при одностороннем доступе, • Идентификация деталей машин без разборки агрегатов, • Локальное облучение объекта, • В комплексе с трансмиссионной томографии идентификация распределения эффективного атомного номера, • Инвариантность реконструкции плотности к атомному номеру (за исключением водорода). Недостатки томографии на рассеянном излучении • Неадекватная идентификация из-за влияния неоднородностей на исходном и рассеянном траекториям, • Низкая разрешающая способность, • Высокая радиационная нагрузка на объект. Физическая основа томорафии на рассеянном излучении N d N d , x E 0 , l 2 , E 0 , ' l 2 , E 0 L L , N 0 1 exp x E0 exp l , E dl ' l , E dl 1 0 1 2 1 2 0 0 1 2 Объект Коллиматор Исходное излучение Детектор Компенсация распределения плотности на исходной и рассеянной траекториях L L Nd 1 x ln1 exp l1 , E 0 dl1 l 2 , E 0 dl2 . 0 N 0 0 1 2 Повышение разрешающей способности Интенсивности регистрации s(x) рассеянных фотонов без учета ослабления sx x x x dx' . x 0 (x) – апертурная функция (x) – распределение плотности S z W z z . Реконструкция плотности S z z W z Реконструкция лин.коэф.рассеяния k 1 r k N dk N 0 i 4i 1 1 i i 1 1 (1 4 ) . Зависимость необходимого исходного числа фотонов от степени повышения разрешающей способности Реконструкция элемента подшипника скольжения гироскопа Поры (рентгеноскопия) Трещина (рентгеноскопия) Поры (трансмиссионная томография) Томография на рассеянном излучении Трещина Поры Открытые поры Дефицит плотности,% 35 57 60 64 68 71 75 Томография на основе неколлимированного рассеянного излучения (а) (б) (в) Преимущества томографии на рассеянном неколлимированном излучении • Повышает статистику счета. • Повышает разрешающую способность. • Понижает радиационную нагрузку на объект. • В комплексе с трансмиссионным томографом дает возможность получить распределение эффективного атомного номера. Физическая основа томографии на неколлимированном рассеянном излучении Число рассеянных фотонов y N S y, y N 0e t y ' dy ' 0 y 1 e Альбедная лучевая сумма y y N e 0 t y ' dy ' 0 y y, Сканирование объекта N0 1 S x, q ln( ). k k N 0 N d x, q Система уравнений i, j Li, j S x, q , i f x x Реконструкция искусственного объекта Зависимость разрешения от статистики счета Зависимость разрешения от плотности материала (линейного коэффициента рассеяния) Разрешение, см 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 k=LogNo ,1/см 4 5 6 7 8 Сравнительные результаты реконструкции на одноактной и полной моделях Объект а – одноактная модель (1 млн.фотонов на одно измерение), б – полная модель (150 фотонов) Влияние энергии и числа исходных фотонов на адекватность реконструкции Реконструкция сотового композита Структурный листовой сендвичевый материал с сотовым наполнителем. Область дефектов сотового наполнителя Сотовый Наполнитель Облицовочный Слой. Адгезионный (связующий клеевой) Слой. Реконструкция сотового наполнителя на коллимированном рассеянном излучении томографом Комскан (а) и на основе неколлимированного рассеянного излучения при одностороннем (б) и двухстороннем доступе (в). а) б) в) Реконструкция композитного материала с алюминиево-стальными волокнами. Объект Алюминий Воздушная пора в эпоксидном наполнителе Алюминиево-стальные волокна Эпоксидный наполнитель Разрушение (обрыв) волокон Реконструкция Реконструкция области воздушной поры Реконструкция области разрушения (обрыва) волокон Реконструкция композитного материала c углеродными волокнами. Объект Алюминий Углеродные волокна Эпоксидный наполнитель Численная реконструкция Воздушная пора в эпоксидном наполнителе Разрушение (обрыв) волокон Фильтрованные изображения Тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) С 4-сторон Сверху и снизу Объект Оболочка Дефицит плотности Реконструкции Сканирование Снизу Сверху Реконструкция молочной железы Реконструкция Реконструкция распределения атомного номера Z z Объект Реконструкции при различных энергиях фотонов E, КэВ 20 50 100 200 400 C t C/t Z Реконструкции при различных количествах фотонов на одно измерение N0 103 104 105 2105 5105 C t C/t Z Экспериментальная реконструкция Экспериментальная установка Реконструкция Эксперимент Модель Рентгеновская трубка Рентгеновская трубка Nф=200 (60 кэВ) Диапазон сканирования - (1-1800) Детектор Детектор Объект Объект Отклик Эксперимент Эксперимент (фильтр) Модель Диапазон сканирования - (1-3600)
