CT-Artefaktreduktion

Die folgenden Arbeiten wurden im Rahmen des Teilprojekts im DFG SPP 2187 durchgeführt.

Die Streuung der Photonen in der Materie erzeugt nicht nur die Abschwächung des Röntgenstrahls, die der eigentliche Effekt zur 3D-Bildgebung ist, sondern auch Sekundärstrahlung, die zu Artefakten in den 3D-Daten und so oftmals zu Verfälschungen bei der Segmentierung und Oberflächenfindung führt. In der unten genannten Publikation wird ein schnelles Verfahren zur Berechnung der Röntgen-Streuung an Proben auf Basis der Monte-Carlo-Simulation (MC) vorgestellt, die als Standard-Referenz zur Berechnung der Photon-Streuung in Materie gilt, jedoch aus Rechenzeitgründen bisher nicht für eine CT-Rekonstruktion in Frage kommt. In der Publikation wird jedoch ein schnelles und hinreichend genaues Photonentransportmodell selbst für hohe Detektorauflösungen im MPixel-Bereich vorgestellt, dessen parallele Implementierung für eine einzelne Projektion nur wenige Sekunden benötigt. Verglichen mit dem Multi-Thread-MC-Simulator EGSnrc erreicht dieses Modell eine ca. 200-fache Geschwindigkeit mit vier GPUs. Durch die Kombination der MC-Simulation mit der klassischen gefilterten Rückprojektion bzw. Filtered Backprojection (FBP)

wird eine effektive Korrektur der Streuung erreicht, siehe nachfolgende Darstellung.

Publikation:

A. Alsaffar, S. Kieß, K. Sun, S. Simon, Computational scatter correction in near real-time with a fast Monte Carlo photon transport model for high-resolution flat-panel CT. J Real-Time Image Proc (2022). https://doi.org/10.1007/s11554-022-01247-7

Kontrasterhöhung für Modelle von Poren Porenanalyse

In der unten genannten Publikation wird vor der Porenanalyse der Betonproben der Kontrast der CT-Aufnahmen erhöht und somit die Anzahl fehlerhaft detektierter Poren signifikant reduziert. Dazu werden die Streuartefakte reduziert, die zu einer Kontrasterhöhung führen, und so ein akzeptables Maß für die fehlerhaft erkannten Poren erreicht, siehe nachfolgende Abbildung und Publikation.

Die Abbildung in (a) zeigt ein Porenmodell eines Bohrkerns aus Beton, das aufgrund von Streuartefakten unrealistisch viele Poren enthält. In Abbildung (b) wird das realistischere Porenmodell nach der Kompensation der Streuartefakte gezeigt. In Abbildungen (c), (d) und (e) wird ein Schnittbild des Bohrkerns mit eingefärbten Poren im Fall des Artefakt-behafteten Volumendatensatzes (d) und des Artefakt-kompensierten Volumendatensatzs (e) gezeigt.

Publikation:

Alsaffar, A.; Guhathakurta, J., Simon, S. (2022) Scatter Correction and Contrast Improvement of Concrete Objects Using Monte Carlo Method in: 11^th Conf. on Industrial Computed Tomography, p. 9, Austria (iCT 2022)

Reduktion der Beam-Hardening-Artefakte (BH) in Betonproben

BH-Artefakte basieren auf der Energieabhängigkeit der Röntgen-Absorption. Röntgenröhren emittieren Photonen verschiedener Energien, die bei niedrigen Energien in Materialien stärker absorbiert werden. Dadurch werden unter anderem streifenförmige Artefakte in der Abbildung unten erzeugt aber auch sog. Cupping-Artefakte. Das Objekt besteht aus einem Ring aus einem homogenen Material (Zementstein) mit Bewehrungsstahl. Zur Artefakt-Korrektur wurde ein neues Verfahren zur Reduktion der BH-Artefakte in erarbeitet. Das Verfahren basiert auf der simulativen Korrektur der Projektionen unter Verwendung der obigen MC-Simulation und führt zu einer deutlichen Reduktion der Streifen. Gegenüber anderen BH-Artefakt-Korrektur-Verfahren hat das Verfahren den Vorteil, dass der Röntgen-Absorptionskoeffizient der Materialen nicht benötigt wird. Das ist bei Beton mit einer Vielzahl von Gesteinskörnungen mit oftmals unbekannter Röntgenabsorption vorteilhaft.

Publikation:

A.Alsaffar, S. Kieß, K. Sun, S. Simon Computational Scatter Correction for High Resolution Flat-Panel CT Based on a Fast Monte Carlo Photon Transport Model.. 2022.2022. DOI: https://doi.org/10.48550/ARXIV.2201.13191