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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Objekts.
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Bei Röntgenaufnahmen von Objekten, die stark oder total absorbierende Komponenten enthalten (so genannte ”Mixed-Material-Objects”), kann es bei Bildaufnahmebahnen, bei denen sich eine Röntgenquelle und ein Detektor zu jeder Zeit in einer Ebene befinden, zu hohen Informationsverlusten in aufgenommenen Röntgenprojektionsbildern kommen. Ein Informationsverlust entsteht dadurch, dass Röntgenstrahlung von stark absorbierenden Komponenten derart abgeschwächt wird, dass umliegende Strukturen, die Röntgenstrahlung weniger stark abschwächen, nicht oder nur bedingt erfasst werden können. Bei einer einfachen Kreisrotation tritt der Informationsverlust in den Röntgenprojektionsbildern stets in derselben Ebene auf, sodass von anderen Projektionsbildern nicht auf die fehlenden Informationen geschlossen werden kann und die Informationen von schwächer absorbierenden Materialien in einigen Ebenen teils komplett ausgelöscht sind. Des Weiteren treten mit zunehmendem Öffnungswinkel der Röntgenquelle vermehrt Kegelstrahlartefakte auf, die zu Verschmierungen und Unschärfe an Kanten führen.
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Die genannten Probleme werden durch passende Algorithmen zu lösen versucht. Hierbei werden die Röntgenprojektionsbilder in schwach und stark absorbierende Materialien segmentiert und getrennt rekonstruiert. Die schwach absorbierenden Materialien können oftmals in Abwesenheit der stark absorbierenden Komponenten mit ausreichendem Kontrast rekonstruiert werden. Abschließend werden beide rekonstruierten Volumen fusioniert. Weiterhin ist es möglich, unterschiedliche Bauteilscans mit jeweils unterschiedlich starker Röntgenstrahlung durchzuführen. Bei diesem so genannten ”Dual-Energy-Verfahren” führen die unterschiedlichen Energieniveaus der Röntgenstrahlung zu einer unterschiedlich starken Durchleuchtung des untersuchten Objekts, wobei einmal schwach und einmal stark absorbierende Strukturen kontrastreich in den Projektionsbildern abgebildet werden.
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Problematisch an den bislang verwendeten Verfahren ist jedoch, dass bei diesen mehrere Scans mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt müssen und die Rekonstruktionen dennoch signifikante Artefakte aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen die genannten Probleme gelöst werden können, die also eine verbesserte Rekonstruktionsqualität durch eine Reduktion von Artefakten aufweisen und gleichzeitig mit möglichst geringem Aufwand durchgeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Verfahren zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Objekts, umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt ein erstes Aufnehmen eines Volumens. In dem Volumen befindet sich das zu untersuchende Objekt. Das erste Aufnehmen wird in einem ersten Scan durchgeführt, wobei dieser erste Scan mehrere einzelne Aufnahmen aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen umfasst.
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Nachfolgend werden das gescannte Volumen und das zu untersuchende Objekt als erster Bilddatensatz durch ein erstes dreidimensionales Rekonstruieren erhalten. In einem nachfolgenden Schritt wird zunächst eine Orientierung des zu untersuchenden Objekts innerhalb des aufgenommenen Volumens geändert und das somit umgelagerte Objekt in zumindest einem zweiten Scan zum zweiten Mal aufgenommen. Dieses zweite Aufnehmen des Volumens mit dem umgelagerten zu untersuchenden Objekt in einem mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen umfassenden zweiten Scan wird begleitet durch mindestens ein nachfolgendes zweites dreidimensionales Rekonstruieren des gescannten Volumens und des zu untersuchenden Objekts als zweiter Bilddatensatz. Der erste Bilddatensatz und mindestens der zweite Bilddatensatz werden schließlich zu einem dreidimensionalen Gesamtbilddatensatz fusioniert, um eine Abbildungsqualität zu erhöhen und Artefakte in dem Gesamtbilddatensatz zu reduzieren. Der Gesamtbilddatensatz gibt das abzubildende Gesamtvolumen mit dem darin befindlichen zu untersuchenden Objekt wieder.
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Durch die Umlagerung des Bauteils wird erreicht, dass sich die Durchstrahlungsrichtung der verschiedenen Scans unterscheidet. Auf diese Weise werden andere bzw. zusätzliche Orts- und Dichteinformationen des zu untersuchenden Objekts gewonnen. Das Umlagern, d. h. das Ändern der Orientierung des zu untersuchenden Objekts innerhalb des aufgenommenen Volumens, und der nachfolgende Scan können mehrfach durchgeführt werden, bevor die hieraus erhaltenen Bilddatensätze zu dem Gesamtbilddatensatz fusioniert werden. Durch die weiteren Scans kann das Ergebnis einer durch die Fusion der Bilddatensätze erreichten Rekonstruktion sukzessive verbessert werden, falls eine Rekonstruktionsqualität des untersuchenden Objekts nicht ausreichend ist. Dadurch, dass neue Bildinformationen durch weitere Scans erhaltenen werden, können diese anschließend miteinander geeignet fusioniert werden, um fehlende Ortsinformationen zu ergänzen und Artefakte zu reduzieren oder zu beseitigen. Durch die Kombination von Informationen mehrerer dreidimensionaler Scans bei unterschiedlicher Objektlagerung wird somit eine gesteigerte Rekonstruktionsqualität erreicht.
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Der Schritt des Änderns der Orientierung des zu untersuchenden Objekts sowie das wiederholten Aufnehmens des Volumens mit dem umgelagerten zu untersuchenden Objekt in einem weiteren Scan sowie ein weiteres Rekonstruieren des gescannten Volumens und des zu untersuchenden Objekts als weiterer Bilddatensatz kann auch mehrere Mal durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt ein drittes Aufnehmen, besonders vorzugsweise eine fünftes Aufnehmen jeweils mit entsprechendem Rekonstruieren, wobei vor dem Aufnehmen das zu untersuchende Objekt jeweils umgelagert wurde.
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Die in den unterschiedlichen Aufnahmepositionen gemachten Aufnahmen der einzelnen Scans sind typischerweise zweidimensionale Abbildungen des zu untersuchenden Objekts, die erst durch das Rekonstruieren dreidimensionale Volumendatensätze ergeben.
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Um die Rekonstruktionsqualität weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass zum Erhalten einer übereinstimmenden Orientierung des zu untersuchenden Objekts in dem ersten rekonstruierten Volumen und dem zweiten rekonstruierten Volumen vor dem Fusionieren ein Registrieren des in dem zweiten Scan erhaltenen zweiten Bilddatensatzes mit dem in dem ersten Scan erhaltenen ersten Bilddatensatz zu einem registrierten zweiten Bilddatensatz stattfindet. Unter dem Begriff ”Registrieren” soll hierbei eine Transformation der erhaltenen Bilddatensätze durch eine Drehmatrix und bzw. oder eine Verschiebematrix verstanden werden, während der Begriff ”Fusionieren” ein Kombinieren einzelner Bildinformationen verschiedener Bilder in ein einziges Bild verstanden werden soll. Durch die nach dem Registrieren erhaltene Übereinstimmung der Orientierung des zu untersuchenden Objekts in den einzelnen Datensätzen wird eine Weiterverarbeitung der Informationen vereinfacht.
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Vorzugsweise erfolgt unmittelbar nach dem Registrieren ein weiteres dreidimensionales Rekonstruieren des registrierten zweiten Bilddatensatzes. Hiermit werden eine übereinstimmende Lage aller Volumen und eine übereinstimmende Orientierung des in den Volumen enthaltenen Objekts bzw. der in den Volumen enthaltenen Objekte erhalten, was wiederum einen Aufwand für eine Weiterverarbeitung während des Fusionierens verringert.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass vor dem Fusionieren der einzelnen Bilddatensätze eine Intensitätswertanpassung des ersten Bilddatensatzes und des zweiten Bilddatensatzes erfolgt. Nach dieser Intensitätswertanpassung weisen alle Datensätze eine identische Intensitätswertverteilung auf und können somit deutlich leichter fusioniert werden. Vorzugsweise ist die Intensitätswertanpassung eine Grauwertanpassung, da eine vollständige Farbwertanpassung den Aufwand, insbesondere einen Rechenaufwand, weiter erhöhen würde. Typischerweise wird die Intensitätswertanpassung des ersten Bilddatensatzes und des zweiten registrierten Bilddatensatzes nach dem Registrieren durchgeführt, falls das Registrieren als Verfahrensschritt durchgeführt wird.
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Die Anzahl der Aufnahmen bei unterschiedlichen Scans ist typischerweise gleich. Vorzugsweise sind auch die Aufnahmepositionen, in denen die einzelnen Aufnahmen gemacht sind, bei den einzelnen Scans identisch, um eine einfache und schnelle Weiterverarbeitung der erhaltenen Bilddatensätze zu gewährleisten. Die Bilddatensätze enthalten schließlich einzelne Volumeneinheiten, die als Voxel bezeichnet werden, wobei diesen einzelnen Volumeneinheiten jeweils ein Intensitätswert zugeordnet ist. Hierbei ist typischerweise vorgesehen, dass das Fusionieren subvoxelgenau erfolgt. Dies bedeutet, dass die Auflösung des Volumens durch eine Überabtastung mittels geeigneter Interpolationsmethoden erhöht wird. Dadurch können auch Volumen fusioniert werden, in denen die Voxel nicht deckungsgleich übereinander liegen.
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Zum Fusionieren kann ein deckungsgleicher Punkt in mindestens zwei der Bilddatensätze detektiert werden und als Verknüpfungspunkt der beiden Bilddatensätze dienen, vorzugsweise werden jedoch noch ein oder mehrere zu dem deckungsgleichen Punkt benachbarte Punkte als Verknüpfungspunkte herangezogen, um die Genauigkeit des Fusionierens zu erhöhen. Besonders vorzugsweise erfolgt eine Verknüpfung über ein Lernverfahren, eine Mittelwertbildung, ein Voting-Verfahren, ein modellbasiertes Verfahren, ein Artefaktidentifikationsverfahren und/oder einen vorgegebenen Winkel einer Aufnahmegeometrie im Rahmen eines aufnahmegeometriebasierten Verfahrens.
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Bei der Mittelwertbildung oder einem anderen statistischen Verfahren werden Intensitätswerte unterschiedlicher Volumen analysiert und zu einem Wert verrechnet. Das Lernverfahren wird typischerweise maschinell durchgeführt, wobei ein Algorithmus in einer Lernphase mit Testdaten (die z. B. von einem vorgegebenen Bauteil erhalten werden) angelernt wird und anschließend auf noch unbekannte Rekonstruktionen angewandt wird. Außerdem kann bei mehr als zwei gescannten Volumen ein Voting-Verfahren verwendet werden, bei dem unter den Annahmen, dass mehr als zwei Volumen vorliegen und dass sich Artefakte an unterschiedlichen Stellen befinden, fehlerhafte Volumenbereiche korrigiert werden. Sofern, beispielsweise im Rahmen einer Serienprüfung, von vornherein bereits Wissen über das zu untersuchende Objekt vorliegt, können auch CAD-Modelle (Computer-Aided Design) genutzt werden, um die korrekten Voxelwerte aus dem jeweiligen Volumen zu extrahieren. Bei einem aufnahmegeometriebasierten Verfahren können bei der Fusionierung bei Kenntnis der Aufnahmegeometrie sogenannte Kegelstrahlartefakte berücksichtigt werden, die mit zunehmendem Öffnungswinkel einer Strahlenquelle korrigiert oder berücksichtigt werden. Schließlich kann auch ein Artefaktidentifikationsverfahren Verwendung finden. Je nach verwendetem Rekonstruktionsalgorithmus können Artefakte anhand bestimmter Charakteristiken, beispielsweise anhand negativer Intensitätswerte, identifiziert werden und anhand valider Werte aus anderen Rekonstruktionen ersetzt werden.
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Während der Durchführung oder nach Abschluss des Verfahrens können das abzubildende Gesamtvolumen, die einzelnen rekonstruierten Volumen und bzw. oder die registrierten Volumen mit dem zu untersuchenden Objekt dargestellt werden, um sofort eine optisch wahrnehmbare Rückmeldung hinsichtlich von Untersuchungsergebnissen zu erhalten.
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Typischerweise sind die Aufnahmen der Scans Röntgenaufnahmen, um ein Innenleben des abzubildenden Objekts darzustellen. Das abzubildende Objekt kann ein Bauteil, beispielsweise ein elektronisches Bauteil sein, und weist typischerweise Stoffe mit sehr stark unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung auf. Unter einem sehr starken Unterschied der Absorptionskoeffizienten soll hierbei ein Unterschied von mindestens 25% eines größeren Wertes der miteinander verglichenen Absorptionskoeffizienten verstanden werden.
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Die unterschiedlichen Aufnahmepositionen der Scans können auf mindestens einer Kreisbahn, einer Helixbahn, also einer mit konstanter Steigung auf einer imaginären Zylindermanteloberfläche verlaufenden Bahn, oder mehreren gegeneinander verkippten Kreisbahnen liegen, um möglichst unterschiedliche Orts- und Dichteinformationen zu erhalten. Das Umlagern bzw. das Ändern der Orientierung ist typischerweise ein Drehen um eine oder mehrere der Achsen bzw. ein Kippen um eine oder mehrere der Achsen.
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Eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Objekts, umfasst eine Strahlenquelle, einen Strahlendetektor, eine Ausgabeeinheit und eine Recheneinheit. Das zu untersuchende Objekt ist in einem Strahlengang gelagert, der zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlendetektor verläuft. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Ausgabeeinheit dient zum Ausgeben der erhaltenen Bilddatensätze. Strahlenquelle und Strahlendetektor können raumfest angeordnet sein oder zumindest eines oder beide der Geräte können beweglich sein.
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Typischerweise ist in dem Strahlengang eine Halterung für das zu untersuchende Objekt angeordnet, in der das zu untersuchende Objekt gehalten wird und einfach bewegt werden kann. Vorzugsweise ist die Halterung um eine Drehachse drehbar, um das Umlagern des Objekts bei verschiedenen Scans möglichst einfach zu gestalten, wobei besonders vorzugsweise die Drehachse senkrecht auf dem Strahlengang steht. Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlenquelle eine Röntgenquelle ist und der Strahlendetektor ein Röntgendetektor ist. Dementsprechend ist die Vorrichtung eine Röntgenvorrichtung. Die Halterung selbst kann manuell oder automatisch durch die Recheneinheit bewegt, insbesondere gedreht werden.
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Ein Computerprogrammprodukt enthält eine Befehlsfolge zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens und bzw. oder zum Ansteuern der beschriebenen Vorrichtung, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft. Das Computerprogrammprodukt ist typischerweise als Programmcode direkt auf einem Speicher der Recheneinheit, beispielsweise eines Computers, gespeichert, oder auf einem maschinenlesbaren Träger wie einer Compact Disc (CD), Digital Versatile Disc (DVD) oder einem USB-Stick (Universal Serial Bus) gespeichert und kann von dort in den Speicher der Recheneinheit geladen werden.
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Die beschriebene Vorrichtung und bzw. oder das Computerprogrammprodukt werden zur zerstörungsfreien Materialprüfung oder medizinischen Bildgebung eingesetzt. Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung in der Werkstoffkunde oder in den Materialwissenschaften.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand der 1 bis 6 erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Röntgenvorrichtung;
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2 das zu untersuchende Objekt, das durch einen kreisförmigen Scan abgebildet wird;
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3 das abzubildende Objekt, bei dem ein Scan mit drei übereinander liegenden kreisförmigen Bahnen durchgeführt wird;
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4 das abzubildende Objekt, das durch drei gegeneinander verkippte kreisförmige Bahnen abgebildet wird;
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5 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens und
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6 ein weiteres Ablaufdiagramm des Verfahrens mit einem gegenüber dem in 5 dargestellten Ablaufdiagramm zusätzlich eingefügten Verfahrensschritt.
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In 1 ist in einer schematischen Ansicht eine Röntgenvorrichtung dargestellt. Die Röntgenvorrichtung umfasst eine Röntgenquelle 1 und einen Röntgendetektor 2 sowie eine Recheneinheit 3 und eine Ausgabeeinheit 4. Der Röntgendetektor 2 ist ein Flachdetektor und der Röntgenquelle 1 fluchtend gegenüber angeordnet. Die Röntgenquelle 1 und der Räntgendetektor 2 sind in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel frei bewegbar im Raum angeordnet. In weiteren Ausführungsbeispielen können der Röntgendetektor 2 und die Röntgenquelle 1 natürlich auch an einem C-Bogen montiert und somit raumfest zueinander orientiert sein. Zwischen der Röntgenquelle 1 und dem Röntgendetektor 2 verläuft ein Strahlengang, in dem ein abzubildendes Objekt 5, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein elektronisches Bauteil mit einer Kunststoffplatine und metallischen Leiterbahnen, angeordnet ist. Das zu untersuchende Objekt 5 befindet sich auf einem Drehteller 6, der durch die Recheneinheit 3 gedreht werden kann. Eine Drehachse des Drehtellers 6 steht hierbei senkrecht auf einen Mittelstrahl eines entlang des Strahlengangs von der Röntgenquelle 1 zu dem Röntgendetektor 2 verlaufenden Strahlenbündels. Die Recheneinheit 3 steht über Kabel 7 mit der Röntgenquelle 1, dem Röntgendetektor 2 und dem Drehteller 6 in Verbindung und kann diese ansteuern bzw. Daten von diesen empfangen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann statt der Kabel 7 auch eine drahtlose Kommunikation über eine Antenne vorgesehen sein.
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Die Recheneinheit 3 ist ein Computer, der das nachfolgend noch näher beschriebene Verfahren zum Aufnehmen des zu untersuchenden Objekts 5 durchführt. Die Recheneinheit 3 ist mit der Ausgabeeinheit 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel einem Bildschirm, verbunden. Auf der Ausgabeeinheit 4 werden von dem Röntgendetektor 2 erhaltene Aufnahmen des zu untersuchenden Objekts 5 dargestellt. Ebenso können auf der Ausgabeeinheit 4 durch die Recheneinheit 3 rekonstruierte Aufnahmen des zu untersuchenden Objekts 5 gezeigt werden.
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Eine Drehachse des Drehtellers 6 steht senkrecht auf einem Zentralstrahl des Strahlengangs, wobei unter dem Zentralstrahl ein mittig von der Röntgenquelle 1 ausgesandter und ebenfalls mittig auf den Röntgendetektor 2 auftreffender Röntgenstrahl verstanden werden soll. Der Drehteller 6 wird automatisch durch die Recheneinheit 3 bewegt, kann in weiteren Ausführungsbeispielen jedoch auch manuell durch einen Benutzer der dargestellten Röntgenvorrichtung verstellt werden. Die in 1 dargestellte Röntgenvorrichtung wird zur zerstörungsfreien Materialprüfung in der Werkstoffkunde benutzt, kann allerdings auch zur medizinischen Bildgebung, beispielsweise für künstliche Gelenke, eingesetzt werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des zu untersuchenden Objekts 5 sowie eine für einen Scan, also ein Abfahren definierter Postionen mit Bildaufnahme in den Aufnahmepositionen, verwendete Bahn 8. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser sowie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Das zu untersuchende Objekt 5 befindet sich im Mittelpunkt der kreisförmigen Bahn 8, auf der einander gegenüberliegend die Röntgenquelle 1 und der Röntgendetektor 2 geführt sind. Die kreisförmige Bahn 8 verläuft auf halber Höhe des zu untersuchenden Objekts 5 und umschließt dieses vollständig, in weiteren Ausführungsbeispielen kann allerdings auch nur ein bestimmter Winkelbereich, beispielsweise 180° oder 270°, durchlaufen werden. Auch kann nur der Räntgendetektor 2 bzw. nur die Röntgenquelle 1 auf der kreisförmigen Bahn 8 um das zu untersuchende Objekt 5 geführt werden. In den einzelnen Aufnahmepositionen der Bahn 8 wird jeweils ein zweidimensionales Bild aufgenommen und ein daraus erhaltener Bilddatensatz einer Weiterverarbeitung zugeführt.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für Aufnahmepositionen eines der durchzuführenden Scans. Das zu untersuchende Objekt 5 befindet sich wiederum im Mittelpunkt kreisförmiger Bahnen 8, 9 und 10. Die kreisförmige Bahn 8 ist als erster Teil des Scans identisch zu der in 2 gezeigten Bahn 8. Parallel zur kreisförmigen Bahn 8 sind jedoch die ebenfalls kreisförmigen Bahnen 9 und 10 geführt, deren Radien gleich groß zu einem Radius der Kreisbahn 8 sind. Durch das mehrfache Umlaufen des zu untersuchenden Objekts 5 in unterschiedlichen Höhen können zusätzliche Ortsinformationen gewonnen werden. Die Bahnen 8, 9 und 10 bilden hierbei einen Scan, der während des nachfolgend noch beschriebenen Verfahrens mehrfach mit unterschiedlichen Orientierungen des zu untersuchenden Objekts 5 durchgeführt wird. Die Bahnen 8, 9 und 10 können auch miteinander verbunden sein und somit spiralförmig bzw. helixförmig um das zu untersuchende Objekt 5 verlaufen.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für Bahnen 11, 12 und 13 gezeigt. Das abzubildende Objekt 5 befindet sich nun im Mittelpunkt wiederum dreier kreisförmiger Bahnen 11, 12 und 13, deren Bahnebenen jedoch um 45° gegeneinander gekippt sind, aber gleiche Radien aufweisen. Durch das Kippen können wiederum zusätzliche Orts- und Bildinformationen erhalten werden. Statt identischer Radien können in weiteren Ausführungsbeispielen auch unterschiedliche Radien verwendet werden.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, das mit der in 1 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wird. Das Verfahren ist hier in einem Speicher der Recheneinheit 3 als Computerprogramm hinterlegt, kann jedoch auch auf einem Wechseldatenträger, wie einem USB-Stick (Universal Serial Bus) oder einer DVD (Digital Versatile Disc) bzw. CD (Compact Disc), gespeichert sein und in die Recheneinheit 3 geladen werden. Zunächst wird in Schritt 14 eine Orientierung des zu untersuchenden Objekts 5 eingestellt und ein Scan anhand einer der in den 2 bis 4 dargestellten Bahnen durchgeführt. In Schritt 15 wird das gescannte Volumen rekonstruiert, d. h., dass aus den einzelnen Aufnahmen der Scans, die zweidimensional sind, ein dreidimensionaler Bilddatensatz mit Volumenbilddaten erstellt wird. Das Ergebnis wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Darstellung 16 auf der Ausgabeeinheit 4 für einen Benutzer sichtbar gemacht, diese Darstellung kann in weiteren Ausführungsbeispielen allerdings auch unterbleiben. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zu untersuchende Objekt 5 wiederum das bereits beschriebene Bauteil, das rekonstruierte Volumen ist ein Würfel, in dem sich besagtes Bauteil befindet.
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Im Schritt 17 wird die Orientierung des zu untersuchenden Objekts 5 geändert, beispielsweise durch Verkippen. Ein zweiter Scan wird auf einer Bahn durchgeführt, die identisch zu der Bahn des ersten Scans ist. Im Schritt 18 wird wiederum das gescannte Volumen rekonstruiert und das Ergebnis optional im Schritt 19 auf der Ausgabeeinheit 4 dargestellt.
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Die beschriebenen Schritte können beliebig oft durchgeführt werden, so wird beispielsweise im Schritt 20 zum n-ten Male die Objektorientierung geändert und nachfolgend ein n-ter Scan durchgeführt sowie zum n-ten Male das gescannte Volumen rekonstruiert im Schritt 21. Das rekonstruierte Volumen wird schließlich im Schritt 22 auf der Ausgabeeinheit 4 dargestellt. Durch einen Volumenregistrierungsschritt 23 werden die rekonstruierten Volumen 16, 19 und 22 durch verschiedene Matrizen miteinander verknüpft, so dass das zu untersuchende Objekt 5 in allen Datensätzen eine identische Orientierung aufweist. Der Datensatz des ersten Scans bleibt hierbei unbearbeitet, während die als Bilddatensätze vorliegenden rekonstruierten Volumen 24 und 25 entsprechend gedreht und auf der Ausgabeeinheit 4 ebenfalls dargestellt werden können.
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Von dem zu untersuchenden Objekt 5 werden somit mehrere Röntgenscans aufgenommen und bei jedem Scan das Objekt 5 in unterschiedlicher Orientierung positioniert und einzeln rekonstruiert, so dass nach N Scans N Volumen rekonstruiert werden. Aufgrund der unterschiedlichen Orientierung des Objekts 5 enthält jedes Volumen unterschiedliche Informationen. Durch metallische Komponenten entstandene Totalabsorptionen bzw. Artefakte sollten bei entsprechender Positionierung an unterschiedlichen Stellen im Volumen auftreten. Wie viele zusätzliche Volumenrekonstruktionen durchgeführt werden, kann der Anwender selbst anhand der aktuellen Rekonstruktionsqualität entscheiden. Durch die Umlagerung des Objekts 5 zwischen verschiedenen Scans werden alle nachfolgenden Volumen bzw. Bilddatensätze zu dem ersten Volumen bzw. Bilddatensatz registriert. Nach der Registrierung stimmt die Orientierung des Objekts 5 innerhalb der rekonstruierten Volumen überein. Die Registrierung 23 selbst erfolgt subvoxelgenau und unmittelbar im Anschluss an die Volumenrekonstruktionen.
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Nach der Volumenregistrierung 23 und der optional möglichen Darstellung der registrierten Bilddatensätze wird eine Intensitätswertanpassung 38 durchgeführt. Bedingt durch die verschiedenen Aufnahmewinkel variiert ein Informationsgehalt der rekonstruierten Volumen. Daher kommt es bei den Datensätzen zu unterschiedlichen Intensitätswerten. Die Intensitätswerte selbst sind als Grauwerte in den Datensätzen der rekonstruierten Volumen enthalten. Für eine Fusionierung der Datensätze müssen daher zunächst die Grauwertbereiche aneinander angepasst werden. Nach der Grauwertskalierung weisen alle Volumen identische Grauwertbereiche auf und die entsprechenden Datensätze 26, 27 und 28 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum auf der Ausgabeeinheit 4 dargestellt. Abschließend erfolgt ein Fusionieren 29 über eine Erkennung eines deckungsgleichen Punkts in allen zu fusionierenden Bilddatensätzen. Hierbei werden alle Volumen miteinander zu einem Gesamtbilddatensatz des abschließenden Gesamtvolumens 30 fusioniert. Bei der Fusionierung können einfache Verfahren wie Mittelwertbildung oder auch intelligente Merging-Verfahren genutzt werden, die Artefakte oder Ausreißer automatisch erkennen und mittels der zusätzlich aufgenommenen Volumendaten korrigieren. Derartige Verfahren können neben der Mittelwertbildung oder anderen statistischen Verfahren auch ein maschinelles Lernverfahren, ein Voting-Verfahren, ein modellbasiertes Verfahren, ein aufnahmegeometriebasiertes Verfahren und ein Artefaktidentifikationsverfahren umfassen, wobei die genannten Verfahren auch beliebig miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise werden zum Fusionieren mehrere deckungsgleiche Punkte in mindestens zwei miteinander zu fusionierenden Bilddatensätzen über die Grauwertverteilung gesucht und diese Punkte dienen als Verknüpfungspunkte der beiden Bilddatensätze. Typischerweise erfolgt keine Darstellung von Zwischenergebnissen auf der Ausgabeeinheit 4, sondern es wird nur der Gesamtbilddatensatz am Ende des Verfahrens auf der Ausgabeeinheit 4 visualisiert.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens als Ablaufdiagramm. Bei dem in 5 dargestellten Verfahren wird das resultierende Gesamtvolumen erzeugt, in dem die unterschiedlichen rekonstruierten Volumen zueinander registriert und fusioniert werden. Bei dem in 6 dargestellten Verfahren wird hingegen die Volumenregistrierung dazu verwendet, die Lage der Projektionsbilddaten dahingehend zu verändert, dass die Lage aller Volumen bei einer erneuten Rekonstruktion deckungsgleich ist. Auf diese Weise werden die fusionierenden verschiedenen Volumendatensätze zu einem Gesamtvolumen beschleunigt und die Genauigkeit der Berechnungen erhöht.
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Das in 6 dargestellte Verfahren entspricht daher dem in 5 dargestellten Verfahren, allerdings wird nach der Darstellung der registrierten Volumen 16, 24 und 25 auf der Ausgabeeinheit 4 vor dem Intensitätswertanpassen 38 ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt. Bis auf das aus dem ersten Scan erhaltene Volumen 16 werden alle weiteren Volumen einem erneuten Rekonstruktionsschritt 31, 32 unterzogen, so dass in den hieraus erhaltenen Volumen 33 und 34 sowohl die Orientierung des abzubildenden Objekts 5 identisch ist als auch die Volumen selbst in ihren Abmessungen und ihrer Orientierung übereinstimmen. Unmittelbar danach erfolgt eine Intensitätswertanpassung 38, da die Bilddatensätze der einzelnen Volumen 16, 33 und 34 noch stark unterschiedliche Intensitätswerte aufweisen. Das Ergebnis sind intensitätswertangepasste Volumen 35, 36 und 37, deren Bilddatensätze dann durch den wiederum erfolgenden Fusionierungsschritt 29 zu dem Gesamtvolumen 30 kombiniert werden.
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Die Volumen werden somit wie bei dem in 5 dargestellten Verfahren zueinander subvoxelgenau registriert, so dass die Orientierung des rekonstruierten Objekts 5 übereinstimmt. Referenzvolumen ist der erste dreidimensionale Datensatz 16. Die Registrierung wird verwendet, um die Position der Röntgenprojektionsbilder so anzupassen, dass die Lage der rekonstruierten Volumen und die Orientierung der im Volumen abgebildeten Objekte 5 deckungsgleich sind. Aus den angepassten Projektionsbilddaten der verschiedenen Scans werden Volumen rekonstruiert. Da alle N > 1 aufgenommenen Volumen an dem ersten dreidimensionalen Datensatz ausgerichtet werden, müssen lediglich N – 1 Volumen neu rekonstruiert werden. Aufgrund der vorrangegangenen Repositionierung der Projektionsbilddaten stimmen die Lage aller Volumen sowie die Orientierung der enthaltenen Objekte 5 überein. Dadurch wird das Mergen in dem fusionierenden Schritt 29 der Volumen vereinfacht.
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Das Verfahren kann insbesondere in der zerstörungsfreien Materialprüfung eingesetzt werden. In der Regel werden dabei für die Objektprüfung und Vermessung Industriecomputertomographen eingesetzt, bei denen die Röntgenquelle 1 und der Röntgendetektor 2 zumeist starr verbaut sind und das zu untersuchende Objekt 5 im Strahlengang rotiert wird. Durch mehrere Scans mit jeweils umlagertem Objekt 5 können zusätzliche Ortsinformationen gewonnen werden, ohne eine Mechanik oder Bauart zu verändern. Zusätzliche Mechaniken sind allerdings möglich, um die Genauigkeit bei der Registrierung zu erhöhen.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
