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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen und ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des genannten Verfahrens.
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Die Qualität von Messergebnissen in der industriellen Computertomographie, abgekürzt als CT bezeichnet, ist oftmals von Anwender abhängig. Insbesondere bei der Messung eines Objektes, das aus einem dem Anwender nicht bekannten Werkstoff oder einer dem Anwender nicht bekannten Werkstoffkombination besteht, werden die Messergebnisse von den durch den Anwender am Computertomographen eingestellten Parameter stark beeinflusst. Dadurch ist es bei der Auswertung der Messergebnisse schwer, die Ursache von tatsächlich vorhandenen Abweichungen von einer Sollgeometrie zu finden. Angebliche Abweichungen, die durch falsche Parametereinstellungen des Anwenders beeinflusst werden, sind von realen Abweichungen kaum zu unterscheiden. Ein besonders kritischer Parameter, der für die Qualität eines Messergebnisses von großer Bedeutung ist, ist bei einem Computertomographen die Auswahl einer geeigneten Röntgenbeschleunigungsspannung und eines geeigneten Filters.
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Die „FprEN 16016-2:2010 Non destructive testing – Radiation method-CT – Part 2: Principal, equipment, samples” enthält eine Empfehlung für die Wahl einer geeigneten Spannung durch einen einfach zu bestimmenden Parameter. Die Röntgenbeschleuningungsspannung soll dabei abhängig von einem Transmissionsgrad eingestellt werden. Als Wert für eine Transmission wird dabei ein Wert von 10% durch ein Untersuchungsobjekt, das hier als Probe bezeichnet wird, empfohlen.
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Eine Einstellung der Röntgenbeschleunigungsspannung über den Transmissionsgrad hat den Nachteil, dass der Transmissionsgrad eine bei einer Messung auftretende Strahlaufhärtung bei stark schwächenden Werkstoffen nicht berücksichtigt. Beispielsweise kann ein dünnes, aber stark schwächendes Metallteil eine Transmission größer als 10% erlauben, aber trotzdem nicht gut gemessen werden, weil es zu Artefakten (künstliche durch das Rekonstruktionsverfahren erzeugte Volumendetails) im Metall und seiner Umgebung führt, die ihrerseits zu Messabweichungen führen. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Transmissionsgrad nicht berücksichtigt, dass in der normalen Projektion einem Bildpunkt allein aufgrund seines Pixelsignalwertes kein eindeutiger Wert einer Dicke oder einer Dichte des gemessenen Werkstoffs zugeordnet werden kann. Der Transmissionsgrad kann insbesondere bei einem unbekannten Signal-Rausch-Verhältnis falsch berechnet werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen bereitzustellen, bei dem sich ein gutes Messergebnis für ein zu untersuchendes Objekt unabhängig vom Anwender reproduzierbar erreichen lässt. Es ist ferner eine Aufgabe, ein solches Verfahren anzugeben, dass sich auch unabhängig vom Transmissionsgrad ein gutes Messergebnis erreichen lässt. Es ist ferner eine Aufgabe, ein geeignetes Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen, welcher eine Röntgenstrahlungsquelle, einen Objekttisch, einen Detektor mit einem ersten und einer Vielzahl von weiteren strahlungsempfindlichen Pixeln und eine Steuerungsvorrichtung umfasst, weist die Schritte auf:
- – Bestrahlen eines auf dem Objekttisch angeordneten Untersuchungsobjektes mit einer ersten Primärstrahlung, welche mittels der Röntgenstrahlungsquelle durch Anlegen einer ersten Spannung erzeugt wird, wobei die Spannungsquelle mittels der Steuerungsvorrichtung angesteuert wird,
- – Erfassen einer ersten Durchtrittsstrahlung, welche aus dem Untersuchungsobjekt nach dem Bestrahlen mit der ersten Primärstrahlung austritt, mittels eines ersten Pixels des Detektors, um einen ersten Pixelsignalwert zu bestimmen,
- – den ersten Pixelsignalwert mittels einer ersten Zuordnungsvorschrift mindestens einem Material und einer diesem Material zugehörigen ersten Materialdicke zuordnen,
- – Bestrahlen des Untersuchungsobjektes mit einer zweiten Primärstrahlung, welche mittels der Röntgenstrahlungsquelle durch Anlegen einer zweiten Spannung erzeugt wird, wobei die Spannungsquelle mittels der Steuerungsvorrichtung angesteuert wird,
- – Erfassen einer zweiten Durchtrittsstrahlung, welche aus dem Untersuchungsobjekt nach dem Bestrahlen mit der zweiten Primärstrahlung austritt, mittels des ersten Pixels des Detektors, um einen zweiten Pixelsignalwert zu bestimmen,
- – den zweiten Pixelsignalwert mittels der ersten Zuordnungsvorschrift dem mindestens einen Material und einer diesem Material zugehörigen zweiten Materialdicke zuordnen,
- – Vergleich der ersten Materialdicke mit der zweiten Materialdicke, woraufhin mittels einer zweiten Zuordnungsvorschrift an der Stelle des ersten Pixels des Detektors ein erstes Ergebnismaterial und jeweils eine erste Ergebnismaterialdicke bestimmt wird,
- – Durchführen der obigen Verfahrensschritte jeweils für die weiteren strahlungsempfindlichen Pixel, so dass für diese weiteren Pixel ein jeweiliges Ergebnismaterial und eine jeweilige Ergebnismaterialdicke bestimmt wird,
- – auf der Basis des bestimmten Ergebnismaterials oder der bestimmten Ergebnismaterialien für das Untersuchungsobjekt ein Auswertematerial auswählen,
- – für das Auswertematerial einen Auswertematerialdickengrenzwert festlegen, wobei eine Auswertematerialdicke an einem Pixel die Ergebnismaterialdicke an diesem Pixel ist, wenn das Auswertematerial gleich dem Ergebnismaterial ist,
- – auf der Basis des ausgewählten Auswertematerials und des festgelegten Auswertematerialdickengrenzwertes eine Untersuchungsspannung für die Röntgenstrahlungsquelle zum Erzeugen einer Untersuchungsprimärstrahlung für das Bestrahlen des Untersuchungsobjektes festlegen,
- – die Röntgenstrahlungsquelle mittels der von der Spannungsquelle bereitgestellten Untersuchungsspannung ansteuern, wobei die Spannungsquelle mittels der Steuerungsvorrichtung angesteuert wird.
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Ein wichtiger Parameter bei der Messung eines unbekannten Untersuchungsobjektes ist die Spannung, mit der die Röntgenstrahlungsquelle angesteuert wird, bezeichnet als Untersuchungsspannung. Zur optimalen Einstellung der Untersuchungsspannung wird diese vor der eigentlichen Messung eines zu untersuchenden Werkstückes, z. B. eines Serienteils, welches mit dem Untersuchungsobjekt identisch sein kann aber nicht sein muss, durch das oben beschriebene Verfahren ermittelt.
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Durch Anlegen einer ersten Spannung an die Röntgenstrahlungsquelle wird eine erste Primärstrahlung erzeugt, mit der ein Untersuchungsobjekt bestrahlt wird. Die Strahlung, die aus dem Untersuchungsobjekt austritt und als erste Durchtrittsstrahlung bezeichnet ist, trifft auf einen Detektor, der ein erstes und eine Vielzahl weiterer strahlungsempfindlicher Pixel aufweist. Für das erste Pixel kann somit ein erster Pixelsignalwert bestimmt werden. Dieser erste Pixelsignalwert kann mindestens einem Material und einer diesem Material zugehörigen Materialdicke zugeordnet werden. Es ist auch möglich, diesen ersten Pixelsignalwert einem weiteren Material und einer diesem weiteren Material zugehörigen Materialdicke zuzuordnen. Der Vorgang wird durch Anlegen einer zweiten Spannung an die Röntgenstrahlungsquelle, die sich von der ersten Spannung unterscheidet, für dieses erste Pixel wiederholt. Das Ergebnis ist ein zweiter Pixelsignalwert, dem wiederum mindestens ein Material und eine diesem Material zweiten Materialdicke zugeordnet werden kann. Es ist auch hier möglich, diesen zweiten Pixelsignalwert einem weiteren Material und einer diesem weiteren Material zugehörigen Materialdicke zuzuordnen.
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Ein Vergleich der ersten Materialdicke mit der zweiten Materialdicke führt für diesen ersten Pixel zu einem ersten Ergebnismaterial, für das eine erste Ergebnismaterialdicke bestimmt wird.
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Die obigen Verfahrensschritte werden für die weiteren strahlungsempfindlichen Pixel wiederholt. Dabei ist es unerheblich, ob das Verfahren zuerst mit einer ersten Spannung für die Vielzahl der strahlungsempfindlichen Pixel und danach mit einer zweiten Spannung für die Vielzahl der strahlungsempfindlichen Pixel ausgeführt wird, oder ob das Verfahren für jeden einzelnen Pixel mit einer ersten Spannung und danach mit einer zweiten Spannung alternierend durchgeführt wird.
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Als Ergebnis erhält man für jedes Pixel ein diesem Pixel zugeordnetes Ergebnismaterial und eine diesem Ergebnismaterial zugeordnete Ergebnismaterialdicke. Das Ergebnismaterial und die zugehörige Ergebnismaterialdicke kann für die Vielzahl der Pixel des Detektors unterschiedlich ausfallen, beispielsweise kann das Ergebnismaterial für einen Teil der Pixel Aluminium sein, für einen anderen Teil der Pixel Kunststoff. Deshalb ist durch den Anwender auf Basis dieser Ergebnisse oder zu einem anderen Zeitpunkt, z. B. zu Beginn des Verfahrens, das Auswertematerial festzulegen, beispielsweise das Auswertematerial Aluminium. Das Auswertematerial kann das vorherrschende Material sein, oder das Material, das der Anwender bevorzugt messen will.
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Auf der Grundlage der Pixel, deren Ergebnismaterial mit dem Auswertematerial übereinstimmt, in diesem Beispiel Aluminium, wird schließlich ein Auswertematerialdickengrenzwert festgelegt. Auf Basis des Auswertematerials und des festgelegten Auswertematerialdickengrenzwerts kann schließlich die Untersuchungsspannung für die Röntgenstrahlungsquelle für die eigentliche Messung des Untersuchungsobjektes festgelegt werden. Für die nachfolgende Messung des Untersuchungsobjektes kann die Steuerungsvorrichtung die Röntgenstrahlungsquelle mit der Untersuchungsspannung ansteuern.
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Damit erreicht man ein gutes Messergebnis, da die Untersuchungsspannung passend für das Untersuchungsobjekt gesteuert wird. Durch die Einstellung der Untersuchungsspannung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Messergebnis gut reproduzierbar und nicht mehr von den Parametereinstellungen des Anwenders abhängig. Das Auftreten von Messabweichungen bzw. Artefakten ist minimal, auch bei einem unbekannten Transmissionsgrad. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die gestellte Aufgabe gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen dem Untersuchungsobjekt und der Röntgenstrahlungsquelle ein Filter eingesetzt wird.
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Zwischen der von der Röntgenstrahlungsquelle abgestrahlten Röntgenstrahlung und dem Untersuchungsobjekt kann zusätzlich ein Filter eingebracht sein. Dieser Filter kann beispielsweise eine Strahlaufhärtung bewirken und beeinflusst damit das Frequenzspektrum der auf das Untersuchungsobjekt auftreffenden Röntgenstrahlung. Damit ist die Primärstrahlung die resultierende Strahlung, die sich aus der von der Röntgenstrahlungsquelle abgestrahlten Röntgenstrahlung und eines eingesetzten Filters ergibt und die auf ein Untersuchungsobjekt auftrifft. Ohne Einsatz eines Filters ist die Röntgenstrahlung mit der Primärstrahlung identisch.
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Als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich ein Untersuchungsspektrum. Das Untersuchungsspektrum definiert sich somit als resultierendes Frequenzspektrum, das sich als Folge einer einzustellenden Untersuchungsspannung der Röntgenstrahlungsquelle und einem einzusetzenden Filter ergibt. Damit weist die Primärstrahlung das resultierende Frequenzspektrum auf. Diese Primärstrahlung, die auf das Untersuchungsobjekt auftrifft, ist optimal an die ermittelte Materialdicke und den zu untersuchenden Werkstoff angepasst. Beim Einsatz eines Filters wird durch die Strahlaufhärtung der Anteil der energiearmen Röntgenstrahlung verringert. Damit reduzieren sich zusätzlich vorteilhaft die Strahlaufhärtungseffekte.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Pixelsignalwert und der zweite Pixelsignalwert jeweils von einer Streustrahlung korrigiert werden.
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Ein Pixelsignalwert kann nicht nur durch eine auf den Pixel auftreffende Durchtrittsstrahlung erzeugt werden, sondern auch aufgrund von Streustrahlung sein. Korrigiert man die Pixelsignalwerte um den Betrag der Streustrahlung, ist sichergestellt, dass man einem Pixelsignalwert ein Material und eine diesem Material zugehörigen Materialdicke zuordnen kann. Eine Korrektur des jeweils ersten und zweiten Pixelsignalwerts von einer Streustrahlung wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Genauigkeit des Messergebnisses aus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass für das Auswertematerial ein prozentualer Auswertematerialdickengrenzwert festgelegt wird, für den eine vorbestimmte Anzahl von Auswertematerialdicken unterhalb dieses Auswertematerialdickengrenzwertes liegt.
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Der erste und der zweite Pixelsignalwert unterliegen systembedingt Toleranzen. Streustrahlung, mögliche Artefakte und Rauschen führen zu stochastischen Unsicherheiten. Damit können vereinzelte Pixel Messfehler aufweisen, wobei diesen als Folge falsche Materialdicken zugeordnet werden. Wird als Auswertematerialdickengrenzwert ein prozentualer Grenzwert festgelegt, können einzelne Pixelwerte, die eigentlich als Messfehler auftreten, vorteilhaft ausgeblendet werden. Das Ergebnis des Verfahrens wird dadurch unabhängiger von fehlerhaften Pixelsignalwerten und insgesamt wesentlich genauer.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass jeder der Auswertematerialdickengrenzwerte mittels eines Histogramms festgelegt wird.
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Ein Histogramm kann eine Häufigkeitsverteilung abhängig von einer Materialdicke darstellen. Bei der Festlegung eines Auswertematerialdickengrenzwertes kann deshalb eine graphische Darstellung durch ein Histogramm für den Benutzer sehr hilfreich sein. Der Benutzer hat damit eine gute Kontrolle über die gemessenen Werte. Histogramme lassen sich sehr einfach datentechnisch automatisch verarbeiten und auswerten. Histogramme sind dadurch für das beanspruchte Verfahren sehr vorteilhaft anwendbar.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm mit Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeichert ist, ist geeignet zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der oben genannten Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Die obigen Verfahrensschritte, beispielsweise die Verarbeitung der Pixelsignalwerte, der Vergleich von Daten oder die Zuordnung von Pixelsignalwerten einem Material mittels einer Zuordnungsvorschrift lassen sich vorteilhaft durch ein Computerprogramm realisieren. Wenn das Computerprogramm in der Steuerungsvorrichtung eingesetzt wird, kann über das Computerprogramm sehr schnell die Spannung für die Röntgenstrahlungsquelle eingestellt und optional das Einbringen eines Filters gesteuert werden. Das Computerprogramm ermöglicht außerdem sehr einfach eine Weiterentwicklung des Verfahrens oder eine Änderung der Reihenfolge der Verfahrensschritte.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen erklärt, in welchen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Computertomographen für das erfindungsgemäße Verfahren;
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2 eine schematische Darstellung für die Zuordnung von einzelnen Messwerten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
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3 ein Histogramm mit einer Häufigkeitsverteilung von Auswertematerialdicken, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Computertomographen 1 gezeigt. Eine Röntgenstrahlungsquelle 2 ist über eine Leitung 4 mit einer Spannungsquelle 3 verbunden. Die Röntgenstrahlungsquelle 2 emittiert eine Röntgenstrahlung 5, welche unter anderem auf einen Filter 7 trifft. Eine aus dem Filter 7 austretende Primärstrahlung 8 trifft auf ein Untersuchungsobjekt 11, das auf einem Objekttisch 10 angeordnet ist. Eine aus dem Untersuchungsobjekt 11 austretende Durchtrittsstrahlung 12 gelangt auf eine Pixelmatrix 23, welche ein erstes Pixel 21 und eine Vielzahl weiterer Pixel 22 aufweist. Die Pixelmatrix 23 ist auf einem Detektor 20 angeordnet. Jeder der Pixel 21, 22 erfasst nicht nur die Durchtrittsstrahlung 12, sondern auch eine Streustrahlung 13.
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Der Detektor 20 ist über eine Leitung 31 mit einer Steuerungsvorrichtung 30 verbunden. Eine Leitung 33 verbindet die Steuerungsvorrichtung 30 mit einer Bedienungseinheit 32. Die Steuerungsvorrichtung 30 ist zusätzlich über eine Leitung 34 mit der Spannungsquelle 3 verbunden.
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Das Untersuchungsobjekt 11 kann ein beliebiges Objekt sein. Das Untersuchungsobjekt 11 kann aus einem einzigen Werkstoff bestehen. Das erfinderische Verfahren lässt sich vorteilhaft bei einem Untersuchungsobjekt 11, das aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt ist, anwenden. Das Untersuchungsobjekt 11 kann unterschiedliche Dicken und Formen aufweisen.
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Die üblicherweise bei der industriellen Computertomographie eingesetzte Röntgenstrahlungsquelle 2 arbeitet nach dem Prinzip einer Elektronenstrahlröhre. Die von einer negativ geladenen Glühkathode abgestrahlten Elektronen werden von einer positiv geladenen Anode angezogen und beschleunigt und treffen dabei auf ein Metallobjekt, das auch als Target bezeichnet wird. Beim Auftreffen der Elektronen auf das Target wird die Elektronenstrahlung in Röntgenstrahlung 5 umgewandelt. Die damit erzeugte Röntgenstrahlung 5 weist ein Frequenzspektrum auf, das von der Spannung zwischen Anode und Kathode im Vakuum der Röntgenröhre und dem Targetmaterial abhängt. Damit ist die eingesetzte Spannung ein Maß für das abgestrahlte Frequenzspektrum. Typischerweise werden Spannungen zwischen 90 kV und 450 kV eingesetzt.
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Ist zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 11 der Filter 7 eingebracht, beeinflusst dieser das Frequenzspektrum der Röntgenstrahlung 5. Die aus dem Filter 7 austretende Primärstrahlung 8 kann im Vergleich zu der auf den Filter 7 auftreffenden Röntgenstrahlung 5 durch Strahlaufhärtung verändert sein. Damit ist die Primärstrahlung 8 die resultierende Strahlung, die sich aus der Röhrenstrahlung 5 und einem eingesetzten Filter 7 ergibt. Der Filter 7 ist jedoch in diesem Ausführungsbeispiel optional. Ohne Einsatz des Filters 7 ist die Röntgenstrahlung 5 mit der Primärstrahlung 8 identisch.
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Die Primärstrahlung 8 trifft auf das Untersuchungsobjekt 11 und weist eine bestimmte Bandbreite auf. Das Frequenzspektrum setzt sich aus Anteilen mit höherer Energie oder hochfrequenter Strahlung und Anteilen mit niederer Energie oder niederfrequenter Strahlung zusammen. Beim Durchdringen des Untersuchungsobjektes 11 werden die Anteile der niederfrequenten Strahlung durch Wechselwirkung mit den Atomen des Untersuchungsobjektes 11 stärker absorbiert als die Anteile der hochfrequenten Strahlung. Damit verschiebt sich das nach dem Untersuchungsobjekt 11 gemessene Frequenzspektrum in Richtung höherer Frequenzen. Diesen Effekt bezeichnet man als Strahlaufhärtung.
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Als Durchtrittsstrahlung 12 ist die aus dem Untersuchungsobjekt 11 austretende Strahlung definiert. Ein Teil der Primärstrahlung 8 wird beim Durchdringen des Untersuchungsobjektes 11 absorbiert, bei bestimmten Werkstoffen kann eine relevante Strahlaufhärtung erfolgen. Damit besteht die Durchtrittsstrahlung 12 nur zu einem Teil der auf das Untersuchungsobjekt 11 auftreffenden Primärstrahlung 8. Zusätzlich zur Durchtrittsstrahlung 12 kann auch eine Streustrahlung 13 vorhanden sein. Primärstrahlung 8, die das Untersuchungsobjekt 11 durchdringt, kann durch Elektronen des durchstrahlten Werkstoffs des Untersuchungsobjektes 11 von ihrer ursprünglichen Bewegungsrichtung abgelenkt werden. Derart abgelenkte Strahlung bezeichnet man als Streustrahlung 13. Die Streuung findet in den Vollraum statt. Die Streustrahlung 13 kann ihrerseits erneut gestreut werden. Die Verteilung und Größe der Streustrahlung 13 ist abhängig von der Form und dem Material des Untersuchungsobjektes 11.
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Der Detektor 20 wirkt als Sensor zur Messung der Durchtrittsstrahlung 12. Typischerweise wird als Detektor 20 ein Flächensensor eingesetzt, der eine Vielzahl von einzelnen Sensorelementen, den Pixeln 21, 22, aufweist. Die Pixel 21, 22 sind in Zeilen und Spalten angeordnet und bilden die Pixelmatrix 23. Die Pixel 21, 22 sind derart ausgeführt, dass sie für die eingesetzte Primärstrahlung 8 und/oder der Durchtrittsstrahlung 12 eine besondere Empfindlichkeit aufweisen und somit einen Spannungswert, d. h. einen Pixelsignalwertabgeben, wenn eine Strahlung auf die Pixel 21, 22 auftrifft. Eine auf die Pixel 21, 22 auftreffende Streustrahlung 13 kann den zugehörigen Pixelsignalwert verfälschen. Deshalb kann es notwendig sein, eine Streustrahlkorrektur auszuführen. Die Streustrahlkorrektur kann beispielsweise in der Steuerungsvorrichtung 30 erfolgen.
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Die Steuerungsvorrichtung 30 kann einen handelsüblichen Computer aufweisen bzw. eine speziell für den Computertomographen 1 entwickelte Steuerung und/oder Elektronik umfassen. Die Steuerungsvorrichtung 30 weist eine Datenverarbeitungseinheit, einen Datenspeicher, sowie eine Dateneingangsleitung und Datenausgangsleitung auf.
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Die Bedienungseinheit 32 kann Eingabe- und Ausgabeelemente aufweisen. Typische Eingabeelemente sind Tastatur, Schalter und/oder Potentiometer. Typische Ausgabeelemente sind beispielsweise Bildschirm, LCD-Anzeigen, Leuchtdioden (LEDs) oder organische Leuchtdioden (OLEDs). Touchscreen-Elemente lassen sich vorteilhaft als kombinierte Eingabe- und Ausgabeelemente einsetzen. Üblicherweise werden in der Bedienungseinheit 32 graphische Benutzeroberflächen, auch GUI genannt, eingesetzt. Graphische Benuteroberflächen können Informationen anzeigen und bieten die Möglichkeit, Informationen einzugeben, oftmals werden diese mittels Touchscreen-Elementen ausgeführt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Steuerungsvorrichtung 30 die Spannungsquelle 3 derart angesteuert, dass diese eine erste Spannung U1 generiert. Diese erste Spannung U1 gelangt über die Leitung 4 zur Röntgengstrahlungsquelle 2 und bewirkt, dass die Röntgenstrahlungsquelle 2 eine erste Röntgenstrahlung 51 erzeugt. Die erste Röntgenstrahlung 51 trifft auf den Filter 7. Die aus dem Filter 7 austretende erste Primärstrahlung 81 gelangt zum Untersuchungsobjekt 11, das auf dem Objekttisch 10 angeordnet ist. Der Filter 7 ist optional. Der Filter 7 kann automatisch durch einen nicht dargestellten Aktuator, der beispielsweise durch die Steuerungsvorrichtung 30 gesteuert wird, oder manuell durch den Benutzer eingebracht werden. Ist zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 11 kein Filter 7 eingebracht, ist die erste Röntgenstrahlung 51 mit der ersten Primärstrahlung 81 identisch.
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Die aus dem Objekt austretende erste Durchtrittsstrahlung 121 trifft auf ein erstes Pixel 21 des Detektors 20. Das erste Pixel 21 ist über die Leitung 31 mit der Steuerungsvorrichtung 30 verbunden, wodurch ein erster Pixelsignalwert PW1 bestimmt und in der Steuerungsvorrichtung 30 verarbeitet wird. Der erste Pixelsignalwert PW1 kann durch eine in der Steuerungsvorrichtung 30 gespeicherte Zuordnungsvorschrift 40 somit mindestens einem Material M1 und einer zugehörigen ersten Materialdicke D1M1 zugeordnet werden, siehe 2. Die Zuordnungsvorschrift 40 sowie Werte für Materialien und Materialdicken können vorab durch eine Kalibriermessung ermittelt worden sein und sind im Speicher der Steuerungsvorrichtung 30 abgespeichert. Die Kalibrierung kann beispielsweise durch den Anwender oder den Hersteller des Computertomographen 1 erfolgt sein. Die Zuordnungsvorschrift 40 kann auch durch den Hersteller in der Software der Steuerungsvorrichtung 30 implementiert sein.
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Es ist möglich, den ersten Pixelsignalwert PW1 vor der Zuordnung von einer zusätzlich erfassten ersten Streustrahlung 131 zu korrigieren. Eine Streustrahlkorrektur verbessert die Ergebnisse deutlich. Die Streustrahlkorrektur wird bei der Verarbeitung der Pixelsignalwerte in der Steuerungsvorrichtung 30 berechnet.
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Das Ergebnis der Zuordnungsvorschrift 40 kann sein, dass dieser erste Pixelsignalwert PW1 einem ersten Material M1 mit einer ersten Materialdicke D1M1, beispielsweise dem ersten Material M1 = Aluminium, mit einer ersten Materialdicke D1M1 = 2 mm zugeordnet wird. Zusätzlich kann der erste Pixelsignalwert PW1 auch einem zweiten Material M2 mit einer zugehörigen Materialdicke D1M2, beispielsweise dem zweiten Material M2 = Kunststoff mit der zugehörigen Materialdicke D2M2 = 15 mm, oder weiteren Materialien mit jeweils einer zugehörigen Materialdicke zugeordnet werden. Die Zuordnung zu einem zweiten Material M2 oder weiteren Materialien kann notwendig sein, wenn nicht bekannt ist, welche Materialien in dem Untersuchungsobjekt 11 vorhanden sind. In 2 ist schematisch dargestellt, dass mittels der Zuordnungsvorschrift 40 der erste Pixelsignalwert PW1 einem Material M1 mit einer Materialdicke D1M1 oder einem Material M2 mit einer Materialdicke D2M2 zugeordnet werden kann.
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Die oben erläuterten Verfahrensschritte können für alle Pixel 21, 22 des Detektors 20 ausgeführt werden. Dabei werden durch die Steuerungsvorrichtung 30 solche Pixelsignalwerte, die nicht durch das Untersuchungsobjekt 11 beeinflusst sind, ausgeblendet. Dieser Fall tritt typischerweise in den Randbereichen des Detektors 20 auf, insbesondere dann, wenn die Durchtrittsstrahlung 121 einen Pixelsignalwert erzeugt, der mit dem Pixelsignalwert einer ersten Primärstrahlung 81 identisch ist.
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Danach wird durch die Steuerungsvorrichtung 30 die Spannungsquelle 3 derart angesteuert, dass diese eine zweite Spannung U2 erzeugt, mit der über die Leitung 4 die Röntgenstrahlungsquelle 2 beaufschlagt wird. Damit strahlt die Röntgenstrahlungsquelle 2 eine zweite Röntgenstrahlung 52 ab. Die zweite Röntgenstrahlung 52 trifft auf den Filter 7. Die aus dem Filter 7 austretende zweite Primärstrahlung 82 gelangt zum Untersuchungsobjekt 11, dass auf dem Objekttisch 10 angeordnet ist.
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Eine aus dem Objekt austretende zweite Durchtrittsstrahlung 122 trifft auf den ersten Pixel 21 des Detektors 20. Der erste Pixel 21 ist über die Leitung 31 mit der Steuerungsvorrichtung 30 verbunden, damit kann ein zweiter Pixelsignalwert PW2 bestimmt und in der Steuerungsvorrichtung 30 verarbeitet werden. Der zweite Pixelsignalwert PW2 kann durch die in der Steuerungsvorrichtung 30 gespeicherte Zuordnungsvorschrift 40 somit mindestens einem Material M1 und einer zugehörigen zweiten Materialdicke D2M1 zugeordnet werden. In 2 ist schematisch dargestellt, dass mittels der Zuordnungsvorschrift 40 der zweite Pixelsignalwert PW2 einem Material M1 mit einer Materialdicke D2M1 oder einem Material M2 mit einer Materialdicke D2M2 zugeordnet werden kann.
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Es ist möglich, auch den zweiten Pixelsignalwert PW2 vor der Zuordnung von einer zusätzlich erfassten zweiten Streustrahlung 132 zu korrigiert, um ein besseres Ergebnis zu erhalten. Die Streustrahlkorrektur wird in der Steuerungsvorrichtung 30 berechnet.
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Das Ergebnis der Zuordnungsvorschrift 40 kann sein, dass der zweite Pixelsignalwert PW2 dem ersten Material M1, beispielsweise Aluminium, mit einer Materialdicke D2M1 = 2,2 mm zugeordnet wird. Zusätzlich kann der zweite Pixelsignalwert PW2 auch einem zweiten Material M2 oder weiteren Materialien mit jeweils einer zugehörigen Materialdicke zugeordnet werden. Ein zweites Material kann z. B. M2 = Kunststoff mit einer Materialdicke D2M2 = 15 mm sein.
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Ein Vergleich der ersten Materialdicke D1M1 mit der zweiten Materialdicke D2M1 für das jeweils erste Material M1 und der ersten Materialdicke D1M2 mit der zweiten Materialdicke D2M2 für das jeweils zweite Material führt für dieses erste Pixel 21 zu einem ersten Ergebnismaterial M3, für das eine erste Ergebnismaterialdicke D3M3 bestimmt wird. Da in dem oben erwähnten Beispiel die Abweichung der Materialdicken D1M2, D2M2 für das zugeordnete zweite Material M2 sehr groß ist (in diesem Beispiel Kunststoff mit D1M2 = 10 mm und D2M2 = 15 mm) jedoch die Abweichung für das zugeordnete erste Material gering ist (Aluminium mit D1M1 = 2,0 mm und D2M1 = 2,2 mm), wird für dieses erste Pixel 21 als Ergebnismaterial M3 das erste Material M1, also M1 = Aluminium, mit einer Ergebnismaterialdicke von D3M3 = 2,1 mm bestimmt. Der Vergleich der Materialdicken und die Bestimmung des Ergebnismaterials sowie der Ergebnismaterialdicke werden durch die Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt.
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Die obigen Verfahrensschritte werden für die weiteren strahlungsempfindlichen Pixel 22 wiederholt. Dazu kann das Verfahren zuerst mit einer ersten Spannung U1 für die Vielzahl der strahlungsempfindlichen Pixel 21, 22 und danach mit einer zweiten Spannung U2 für die Vielzahl der strahlungsempfindlichen Pixel 21, 22 ausgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren für jeden einzelnen Pixel 21, 22 mit einer ersten Spannung U1 und danach mit einer zweiten Spannung U2 alternierend durchzuführen.
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Als Ergebnis erhält man für jeden der strahlungsempfindlichen Pixel 21, 22 des Detektors 20 ein diesem jeweiligen Pixel 21, 22 zugeordnetes Ergebnismaterial M3 und eine diesem Ergebnismaterial M3 zugeordnete Ergebnismaterialdicke D3M3. Das Ergebnismaterial M3 kann für die Vielzahl der Pixel 22 des Detektors 20 unterschiedlich ausfallen, beispielsweise kann das Ergebnismaterial M3 für einen Teil der Pixel 22 Aluminium sein, für einen anderen Teil der Pixel 22 jedoch Kunststoff. Deshalb ist für das Untersuchungsobjekt 11 ein Auswertematerial M4 festzulegen.
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Die bisherigen Ergebnisse können auf der Bedienungseinheit 32 angezeigt werden. Das Auswertematerial kann beispielsweise auf Basis der bisherigen Ergebnisse durch den Anwender an der Bedienungseinheit 32 eingegeben werden. Ist dem Benutzer das Auswertematerial bereits vor der Messung bekannt, ist es möglich, dass das Auswertematerial bereits vor dem Start der Messung eingegeben wird. Es ist auch vorstellbar, dass die Steuerungsvorrichtung 30 aufgrund der bisherigen Messergebnisse das Auswertematerial automatisch festlegt, beispielsweise, wenn das Untersuchungsobjekt 11 nur aus einem einzigen Werkstoff besteht, oder ein dominierender Werkstoff als Ergebnismaterial für das Untersuchungsobjekt 11 bestimmt wurde.
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Auf der Grundlage der Pixelsignalwerte, deren zugeordnetes Ergebnismaterial mit dem Auswertematerial M4 übereinstimmt, in diesem Beispiel dem Ergebnismaterial Aluminium, wird schließlich ein Auswertematerialdickengrenzwert DGM4 festgelegt. Die Ermittlung des Auswertematerialdickengrenzwerts DGM4 kann automatisch erfolgen, beispielsweise durch Analyse aller Ergebnismaterialdicken des Ergebnismaterials durch die Steuerungsvorrichtung 30 oder manuell durch den Benutzer. Erfolgt die Festlegung durch den Benutzer, ist es vorstellbar, dass eine Information über die ermittelten Auswertematerialdicken auf der Bedieneinheit, bevorzugt graphisch, dargestellt wird. Eine graphische Informationsdarstellung kann beispielsweise in Form eines in 3 beschriebenen Histogramms erfolgen.
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Auf Basis des definierten Auswertematerials M4 und des Auswertematerialdickengrenzwertes DGM4 ermittelt die Steuerungsvorrichtung 30 eine Untersuchungsspannung U3 für die Röntgenstrahlungsquelle 2. Ein weiteres Ergebnis kann sein, dass die Steuerungsvorrichtung 30 festlegt, dass ein Filter 7 für die Messung zwischen Röntgenstrahlungsquelle 2 und Untersuchungsobjekt 11 eingebracht wird. Über einen in 1 nicht dargestellten Aktuator ist es möglich, dass der Filter 7 zwischen Röntgenstrahlungsquelle 2 und Untersuchungsobjekt 11 in den Strahlengang der Primärstrahlung 5 eingebracht oder wieder entfernt werden kann.
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Zur Ausführung der eigentlichen Messung des Untersuchungsobjektes 11 steuert die Steuerungsvorrichtung 30 über die Leitung 34 die Spannungsquelle 3 derart an, dass diese eine Untersuchungsspannung U3 erzeugt, mit der über die Leitung 4 die Röntgenstrahlungsquelle 2 beaufschlagt wird. Die Röntgenstrahlungsquelle 2 strahlt die Röntgenstrahlung 53 ab. Ist der Filter 7 eingebracht, bewirkt eine Strahlaufhärtung durch den Filter 7 die Untersuchungs-Primärstrahlung 83, mit der das Untersuchungsobjekt 11 bestrahlt und gemessen wird.
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In 3 ist ein Histogramm 200 dargestellt, welches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellt werden kann. In dem Histogramm 200 ist entlang der Abszisse eine Dicke DM4 mit der Einheit „mm” für das Auswertematerial M4 und entlang der Ordinate eine zugehörige Anzahl n von Messpunkten für die jeweilige Dicke DM4 für das Auswertematerial M4 dargestellt. Das Beispiel zeigt als Auswertematerialdicke DM4 die Dicke von Aluminium zwischen 0 mm und 40 mm und als Anzahl n von Messpunkten einen Bereich zwischen 0 und 10000. Um systembedingte Messfehler, bedingt durch Streustrahlung, Artefakte oder Signalrauschen zu reduzieren, kann es sinnvoll sein, nur Werte mit einer Mindesthäufigkeit, beispielsweise größer als 800, zu berücksichtigen, siehe horizontale gestrichelte Linie in 3. Die Festlegung eines Auswertematerialdickengrenzwertes DGM4 kann beispielsweise derart erfolgen, dass dieser Grenzwert 95% des Betrages der maximalen Auswertematerialdicke DM4max, die noch als gültig definiert wird, aufweist, siehe 3. Wird beispielsweise eine maximale Auswertematerialdicke DM4max von 35 mm noch als gültig definiert, so liegt der Auswertematerialdickengrenzwert DGM4 beispielsweise bei etwa 33,2 mm.
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Die Zahl der auszuwertenden Messpunkte kann auch dadurch reduziert werden, indem vor der Auswertung überprüft wird, ob ein Pixel 21 oder 22 von einer Durchtrittsstrahlung 12 oder von einer Röntgenstrahlung 5 oder Primärstrahlung 8 bestrahlt wird. Falls nur eine Röntgenstrahlung 5 oder eine Primärstrahlung 8 auf ein Pixel 21 oder 22 auftrifft, braucht an diesen Pixeln keine weitere Auswertung mehr vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Computertomograph
- 2
- Röntgenstrahlungsquelle
- 3
- Spannungsquelle
- 4
- Leitung
- 5
- Röntgenstrahlung
- 7
- Filter
- 8
- Primärstrahlung
- 10
- Objekttisch
- 11
- Untersuchungsobjekt
- 12
- Durchtrittsstrahlung
- 13
- Streustrahlung
- 20
- Detektor
- 21
- Erster Pixel
- 22
- Pixel
- 23
- Pixelmatrix
- 30
- Steuerungsvorrichtung
- 31
- Leitung
- 32
- Bedienungseinheit
- 33
- Leitung
- 34
- Leitung
- 40
- Erste Zuordnungsvorschrift
- 41
- Zweite Zuordnungsvorschrift
- 51
- Erste Röntgenstrahlung
- 52
- Zweite Röntgenstrahlung
- 53
- Untersuchungsröntgenstrahlung
- 81
- Erste Primärstrahlung
- 82
- Zweite Primärstrahlung
- 83
- Untersuchungsprimärstrahlung
- 121
- Erste Durchtrittsstrahlung
- 122
- Zweite Durchtrittsstrahlung
- 131
- Erste Streustrahlung
- 132
- Zweite Streustrahlung
- 200
- Histogramm
- M1
- Erstes Material
- M2
- Zweites Material
- M3
- Ergebnismaterial
- M4
- Auswertematerial
- D1M1
- Erste Materialdicke für erstes Material M1
- D2M1
- Zweite Materialdicke für erstes Material M1
- D1M2
- Erste Materialdicke für zweites Material M2
- D2M2
- Zweite Materialdicke für zweites Material M2
- D3M3
- Ergebnismaterialdicke
- DGM4
- Auswertematerialdickengrenzwert
- DM4max
- Maximale Auswertematerialdicke
- PW1
- Ersten Pixelsignalwert
- PW2
- Zweiter Pixelsignalwert
- U1
- Erste Spannung
- U2
- Zweite Spannung
- U3
- Untersuchungsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- FprEN 16016-2:2010 Non destructive testing – Radiation method-CT – Part 2: Principal, equipment, samples [0003]
