DE102016014323A1 - Method for quality assurance of an X-ray computer tomograph - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen, welcher wenigstens eine Röntgenröhre umfasst, wobei anhand eines Probekörpers wenigstens eine Messung durchgeführt und mittels einer Recheneinheit ausgewertet wird, mit folgenden Verfahrensschritten: – Auswahl eines geeigneten Passstiftes als Probekörper; – Befestigung des Passstiftes in einer Halteeinrichtung mit möglichst senkrechter und passgenauer Bohrung; – vertikale, horizontale und drehsymmetrische Zentrierung des Passstiftes in Bezug auf eine Drehachse einer virtuellen Achse von der Röntgenröhre zu einem Röntgendetektor; – Durchführung einer Röntgen-Computertomografie des Passstiftes unter Relativdrehung des Passstiftes zur Röntgenröhre um die Drehachse; – Weiterleiten der mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten an die Recheneinheit; – Rekonstruktion von Volumendaten des Passstiftes abhängig von den mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten durch die Recheneinheit; – Erstellung eines zweidimensionalen Transversalschnittes des Passstiftes durch die Recheneinheit; und – vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung mittels eines Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen.The invention relates to a method for quality assurance of an X-ray computer tomograph comprising at least one X-ray tube, wherein at least one measurement is carried out on the basis of a test specimen and evaluated by means of a computer unit, with the following method steps: selecting a suitable dowel pin as specimen; - Fixing the dowel pin in a holding device with vertical as possible and accurate bore; - Vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin with respect to a rotation axis of a virtual axis from the X-ray tube to an X-ray detector; - Carrying out an X-ray computed tomography of the dowel pin under relative rotation of the dowel pin to the X-ray tube about the axis of rotation; - forwarding the data determined by means of the X-ray computer tomograph to the arithmetic unit; - Reconstruction of volume data of the dowel pin dependent on the data determined by the X-ray computer tomograph data by the arithmetic unit; - Creation of a two-dimensional transverse section of the dowel pin by the arithmetic unit; and fully automatic evaluation of the structure resolution by means of an algorithm based on the transversal section of the dowel pin. Furthermore, the invention relates to a system for quality assurance of an X-ray computer tomograph.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.The invention relates to a method for quality assurance of an X-ray computer tomograph according to the preamble of patent claim 1 and to a system for quality assurance of an X-ray computer tomograph according to the preamble of patent claim 3.

Ein solches Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen ist bereits hinlänglich bekannt. Zur Qualitätssicherung von Computertomografen, welche beispielsweise bei medizinischen Untersuchungen oder zerstörungsfreien Prüfungen von Werkstoffen zum Einsatz kommen, werden Messungen mit standardisierten Probekörpern durchgeführt und diese Messungen mittels Computern ausgewertet. Hierfür werden in regelmäßigen Abständen mit standardisierten Prüfkörpern Messungen mit den jeweiligen Röntgen-Computertomografen durchgeführt und die Ergebnisse aufgezeichnet und verglichen. Des Weiteren können bei Messungen mit standardisierten Prüfkörpern in standardisierten Verfahren mehrere verschiedene Computertomografen miteinander verglichen werden. Die prinzipielle Eignung zylindrischer Probekörper für die Bewertung der Bildgüte von Röntgen-Computertomografen findet Erwähnung im „Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging” (am 15.11.2016 abrufbar unter: https://www.astm.org/Standards/E1441.htm) . Hierbei werden jedoch weder Prüfkörper, noch Prüfverfahren zum Vergleich der relativen Leistung verschiedener Computertomografiesysteme spezifiziert.Such a method for quality assurance of an X-ray computer tomograph is already well known. For quality assurance of computer tomographs, which are used, for example, in medical examinations or non-destructive testing of materials, measurements are carried out with standardized specimens and these measurements are evaluated by means of computers. For this purpose, measurements with the respective X-ray computer tomographs are carried out at regular intervals with standardized test specimens and the results are recorded and compared. Furthermore, measurements with standardized test specimens in standardized methods can compare several different computer tomographs. The general suitability of cylindrical specimens for evaluating the image quality of X-ray computer tomography is mentioned in the "Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging" (available on 15.11.2016 at: https://www.astm.org/Standards/E1441.htm) , However, neither specimens nor test methods for comparing the relative performance of various computed tomography systems are specified.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen sowie ein besonders vorteilhaftes System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen zu schaffen.The object of the present invention is to provide a particularly advantageous method for quality assurance of an X-ray computer tomograph and a particularly advantageous system for quality assurance of an X-ray computer tomograph.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for quality assurance of an X-ray computer tomograph with the features of claim 1 and by a system for quality assurance of an X-ray computed tomography with the features of claim 3. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Um ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren sämtliche im Folgenden aufgezählte Verfahrensschritte umfasst: Zu Anfangs wird ein geeigneter Passstift als Probekörper ausgewählt und in einer Halteeinrichtung mit insbesondere möglichst senkrechter und passgenauer Bohrung, z. B. durch eine geeignete Passung, befestigt. Anschließend wird der Passstift insbesondere vertikal, horizontal und drehsymmetrisch in Bezug auf eine Drehachse einer virtuellen Achse von der Röntgenröhre zum Röntgendetektor zentriert. Unter Relativdrehung des Passstiftes zur Röntgenröhre um die Drehachse wird nun eine Röntgen-Computertomografie des Passstiftes durchgeführt. Die mittels der Röntgencomputertomografie ermittelten Daten werden an die Recheneinheit weitergeleitet. Durch die Recheneinheit werden abhängig von den mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten Volumendaten des Passstiftes rekonstruiert. Danach wird ein zweidimensionaler Transversalschnitt des Passstiftes durch die Recheneinheit erstellt. Abschließend wird die Strukturauflösung anhand des Transversalschnittes des Passstiftes mittels eines Algorithmus vollautomatisch bewertet.In order to provide a particularly advantageous method for quality assurance of an X-ray CT according to the preamble of claim 1, it is provided according to the invention that the method comprises all method steps enumerated below: At the beginning, a suitable dowel pin is selected as the test piece and in particular in a holding device as vertical as possible and accurate bore, z. B. by a suitable fit, attached. In particular, the dowel pin is centered in particular vertically, horizontally and rotationally symmetrically with respect to a rotation axis of a virtual axis from the x-ray tube to the x-ray detector. Under relative rotation of the dowel pin to the X-ray tube about the axis of rotation, an X-ray computed tomography of the dowel pin is now performed. The data determined by means of X-ray computer tomography are forwarded to the arithmetic unit. The arithmetic unit reconstructs volume data of the dowel pin depending on the data determined by means of the X-ray computer tomograph. Thereafter, a two-dimensional transverse section of the dowel pin is created by the arithmetic unit. Finally, the structure resolution is evaluated fully automatically using the transversal section of the dowel pin using an algorithm.

Bei der Auswahl eines geeigneten Passstiftes als Probekörper ist zu beachten, dass verschiedene Beschleunigungsspannen unterschiedliche Röntgenstrahlenergien liefern. Da die unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien verschieden gute Durchstrahlbarkeiten erlauben, muss für kleine Strahlenenergien ein entsprechend kleiner Probekörper verwendet werden, um die Durchstrahlbarkeit zu gewährleisten. Bei der vertikalen, horizontalen und drehsymmetrischen Zentrierung des in der Halteeinrichtung befestigten Passstiftes sollen die Rotationsachse des rotationssymmetrischen Passstiftes und die Drehachse beispielsweise eines CNC-Manipulators, auf welchem der Passstift mittels der Halteeinrichtung befestigt wird, der Röntgenröhre identisch sein. Nach der Durchführung der Röntgen-Computertomografie wird die Rekonstruktion der Volumendaten des Passstiftes bei der Auswertung einer Kegelstrahl-Computertomografie ohne Bereiche mit Kegelsstrahlartefakten durchgeführt, während diese Art von Artefakten bei einer Fächerstrahl-Computertomografie vernachlässigbar sind. Bei dem durch die Recheneinheit erstellten und in den Algorithmus exportierten zweidimensionalen Transversalschnitt handelt es sich insbesondere bei einer Fächerstrahl-Computertomografie beispielsweise um ein mittleres Schnittbild. Bei einer Kegelstrahl-Computertomografie kann beispielsweise zusätzlich zu einem mittleren Schnittbild jeweils ein in einem zu standardisierenden Abstand darunter und ein in einem zu standardisierenden Abstand darüber liegendes Schnittbild überprüft werden, da möglicherweise der zunehmende Raumwinkel der Röntgenstrahlen nach oben und nach unten die Bildqualität des Röntgen-Computertomografen negativ beeinflussen kann.When selecting a suitable dowel pin as a specimen, it should be noted that different acceleration spans provide different x-ray energies. Since the different X-ray energies allow different degrees of translucency, for small radiation energies a correspondingly small sample has to be used in order to ensure the passability. In the case of the vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin fastened in the holding device, the axis of rotation of the rotationally symmetric dowel pin and the axis of rotation of, for example, a CNC manipulator on which the dowel pin is fastened by means of the holding device should be identical to the x-ray tube. After performing X-ray computed tomography, reconstructing the dowel volume data is performed in the evaluation of a cone-beam computed tomography without areas of cone-beam artifacts, while these types of artifacts are negligible in fan-beam computed tomography. The two-dimensional transverse cut created by the arithmetic unit and exported into the algorithm is, for example, a middle slice image, in particular in a fan-beam computed tomography. In a cone-beam computed tomography, for example, in addition to an average slice, a slice image to be standardized at one and a distance to be standardized can be checked, since the increasing solid angle of the x-rays up and down may affect the image quality of the x-ray. Computer tomographs can negatively influence.

Dabei liegt der Erfindung insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass die industrielle Röntgen-Computertomografie seit langen Jahren Teil der Qualitätssicherung und des Fehlerabstellprozesses von der Vorausentwicklung über den Produktentstehungsprozess bis in die Serienproduktion ist. Sie dient der zerstörungsfreien und vollständigen Aufzeichnungen und Analyse von Bauteilen und erlaubt Einblicke in deren innere Struktur, die kein anderes Verfahren liefern kann. Seit einigen Jahren ersetzt die industrielle Röntgen-Computertomografie sogar zunehmend die taktile und optische Koordinatenmesstechnik, weil die innenliegenden Oberflächen von Bauteilen, z. B. nach der Montage, für konventionelle Verfahren nicht zugänglich sind. Dabei hat die Qualität, Wiederhol- und Reproduzierbarkeit sowie Genauigkeit der Röntgen-Computertomografie stetig zugenommen. Diese Qualitätsmerkale geben Auskunft über Funktion und Korrektheit und müssten regelmäßig geprüft werden. Erfüllen sie nicht mehr das geforderte Mindestmaß, muss die Anlage entsprechend kalibriert, korrigiert und gewartet werden. Insbesondere für den derzeit höchst auflösenden Bereich mit Strukturauflösung von wenigen Mikrometern oder weniger gibt es keine Probekörper, weil z. B. Linienpaare in dieser Auflösung mechanisch nicht zu fertigen sind.In this case, the invention is based in particular on the knowledge that industrial X-ray computer tomography has been part of quality assurance and the fault clearance process for many years, from the preliminary development through the product development process to series production. she serves non-destructive and complete recordings and analysis of components and allows insights into their internal structure that no other method can provide. For some years now, industrial X-ray computed tomography has increasingly replaced tactile and optical coordinate metrology because the internal surfaces of components, e.g. B. after assembly, are not accessible to conventional methods. The quality, repeatability, reproducibility and accuracy of X-ray computed tomography has steadily increased. These quality features provide information about function and correctness and should be checked regularly. If they no longer meet the required minimum size, the system must be calibrated, corrected and maintained accordingly. In particular, for the currently highest resolution area with structure resolution of a few micrometers or less, there are no specimens, because z. B. line pairs are not mechanically finished in this resolution.

Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, die Strukturauflösung in höchstauflösenden Röntgen-Computertomografen, wobei es sich um beispielsweise Parallelstrahl-, Fächerstrahl- oder Kegelstrahl-Computertomografie handeln kann, mittels eines Passstiftes im Sinne eines radial symmetrischen Bauteils mit einer ideal scharfen Abbildungskante zu bestimmen. Passstifte weisen die Vorteile auf, dass sie in vielen Größen und zu einem niedrigen Preis erhältlich sind sowie weltweit im Allgemeinen eine hohe Verfügbarkeit aufweisen. Gleichzeitig weisen sie eine hohe Oberflächengüte, Homogenität und Rundheit auf. Im zitierten Stand der Technik wird die prinzipielle Eignung zylindrischer Probekörper für die Bewertung der Bildgüte von Röntgen-Computertomografien erwähnt, es fehlt jedoch an Nachweisen über die konkrete Umsetzung, insbesondere mit Passstiften als Probekörper und insbesondere in Abhängigkeit verschiedener Anlagenparametrierungen.It is therefore provided according to the invention, the structure resolution in high-resolution X-ray computed tomography, which may be, for example, parallel beam, fan beam or cone beam computer tomography to determine by means of a dowel pin in the sense of a radially symmetrical component with an ideal sharp imaging edge. Dowel pins have the advantages of being available in many sizes and at a low price, and generally have high availability worldwide. At the same time they have a high surface quality, homogeneity and roundness. In the cited prior art, the basic suitability of cylindrical specimens for the evaluation of the image quality of X-ray computed tomography is mentioned, but it lacks evidence of the specific implementation, in particular with dowel pins as a specimen and in particular depending on various system parameters.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine regelmäßige Anlagenüberwachung hinsichtlich Funktion und Korrektheit des Röntgen-Computertomografen erfolgen. Des Weiteren ist eine frühzeitige Erkennung von drohendem Komponentenausfall oder notwendiger Wartung möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem einen Qualitätsvergleich verschiedener Anlagen derselben Baureihe oder verschiedener Baureihen sowie einen Qualitätsvergleich verschiedener Anlagenparametrierungen.By means of the method according to the invention, regular monitoring of the system can be carried out with regard to the function and correctness of the X-ray computer tomograph. Furthermore, an early detection of impending component failure or necessary maintenance is possible. The inventive method also allows a quality comparison of different systems of the same series or different series and a quality comparison of various system parameters.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik ist die vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung anhand eines exponierten Schnittbildes, beispielsweise mittels eines Algorithmus. Dies gewährleistet eine besonders schnelle Auswertung der Messung des Probekörpers zur Qualitätssicherung. Darüber hinaus wird durch die vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung anhand eines exponierten Schnittbildes die Vergleichbarkeit von Messergebnissen besonders vorteilhaft gestaltet.A further advantage of the invention over the current state of the art is the fully automatic evaluation of the structure resolution on the basis of an exposed slice image, for example by means of an algorithm. This ensures a particularly rapid evaluation of the measurement of the specimen for quality assurance. In addition, the comparability of measurement results is made particularly advantageous by the fully automatic evaluation of the structure resolution on the basis of an exposed cross-sectional image.

Des Weiteren ist die Bewertung der Bildqualität mittels der vollautomatischen Bewertung der Strukturauflösung anhand eines exponierten Schnittbildes unabhängig von der Art der durchgeführten Röntgen-Computertomografie.Furthermore, the evaluation of the image quality by means of the fully automatic evaluation of the structure resolution on the basis of an exposed slice image is independent of the type of X-ray computed tomography performed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung mittels des Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes die folgenden Schritte: Der Transversalschnitt wird in den Algorithmus eingelesen und der Mittelpunkt des Transversalschnittes des Passstiftes mittels des Algorithmus ermittelt. Anschließend werden vom Mittelpunkt des Transversalschnittes des Passstiftes ausgehende radial symmetrischen Kantenprofile über den vollen Umfang des Transversalschnittes des Passstiftes in wenigstens zwei Schritten gemittelt und eine Kantenverlaufsfunktion erstellt. Eine Modulationstransferfunktion kann dann durch Umwandlung der Kantenverlaufsfunktion mittels Gradientenbildung, Beschneidung, Fouriertransformation und Skalierung, abhängig von der Größe der Röntgenstrahlquelle und/oder der Röntgendetektorelemente und/oder der Vergrößerung und/oder der Parametrierung der Röntgenröhre und/oder weitere Einflussfaktoren ermittelt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the fully automatic evaluation of the structure resolution by means of the algorithm based on the transverse section of the dowel pin comprises the following steps: The transverse section is read into the algorithm and the center of the transverse section of the dowel pin determined by the algorithm. Subsequently, from the center of the transverse section of the dowel pin outgoing radially symmetrical edge profiles are averaged over the full circumference of the transverse section of the dowel pin in at least two steps and created a Kantenverlaufsfunktion. A modulation transfer function can then be determined by conversion of the edge progression function by means of gradient formation, trimming, Fourier transformation and scaling, depending on the size of the X-ray source and / or the X-ray detector elements and / or the magnification and / or the parameterization of the X-ray tube and / or further influencing factors.

Mit anderen Worten wird der Transversalschnitt in den Algorithmus eingelesen und mittels eines Suchalgorithmus, welcher beispielsweise ein Teil des Algorithmus ist, ein Probenmittelpunkt des Transversalschnittes mit Sub-Pixel-Genauigkeit automatisch aufgefunden. Durch Mitteln der vom Probenmittelpunkt ausgehenden, radialsymmetrischen Kantenprofile wird die Kantenverlaufsfunktion, auch edge response function genannt, erstellt. Die Mittelung der Kantenprofile wird insbesondere über den gesamten Probenumfang des Transversalschnittes, d. h. 360° ausgehend vom Mittelpunkt und einer beliebigen Bezugsgeraden des Transversalschnittes, in beispielsweise 1°-Schritten durchgeführt. Gradientenbildung, Beschneidung, Fouriertransformation und Skalierung der Kantenverlaufsfunktion liefern wie oben beschrieben die Modulationstransferfunktion der verwendeten Röntgen-Computertomografie abhängig von der Größe einer Röntgen-Strahlquelle und Röntgendetektorelementen, der Vergrößerung, einer Parametrierung der Röntgenröhre und weiterer Einflussfaktoren. Aus dieser Modulationstransferfunktion kann auf die Strukturauflösung des Röntgen-Computertomografen geschlossen werden. Hierbei ist eine gängige Kenngröße der Wert „MTF@10%”, welcher beschreibt welchen Wert die Strukturauflösung aufweist, sobald eine normierte Modulationstransferfunktion unter 10% fällt. Dieser Wert kann beispielsweise ebenfalls automatisch mit dem Algorithmus gefunden, ausgewertet und dokumentiert werden. Es ist insbesondere bei kontinuierlicher Anlagenüberwachung besonders komfortabel, wenn beispielsweise nur die zeitliche Entwicklung eines Zahlenwertes bewertet werden muss. Stellt die Modulationstransferfunktion beispielsweise eine universelle Qualitätskenngröße dar, so ist der Wert der Strukturauflösung bei MTF@10% eine spezielle Qualitätskenngröße.In other words, the transverse section is read into the algorithm and automatically found by means of a search algorithm, which is for example a part of the algorithm, a sample center of the transverse section with sub-pixel accuracy. By averaging the radially symmetric edge profiles emanating from the sample center point, the edge progression function, also known as the edge response function, is created. The averaging of the edge profiles is carried out in particular over the entire sample circumference of the transverse section, ie 360 ° starting from the center point and any reference straight line of the transverse section, for example in 1 ° increments. Gradient formation, trimming, Fourier transformation and scaling of the edge trajectory function as described above provide the modulation transfer function of the X-ray computed tomography used depending on the size of an X-ray source and X-ray detector elements, magnification, parameterization of the X-ray tube and other influencing factors. From this modulation transfer function can be concluded that the structure resolution of the X-ray CT computer. Here a common parameter is the value "MTF @ 10%", which describes the value of the structure resolution as soon as a normalized modulation transfer function falls below 10%. For example, this value can also be found, evaluated and documented automatically with the algorithm. It is particularly convenient in continuous system monitoring, for example, if only the temporal evolution of a numerical value must be evaluated. If the modulation transfer function represents, for example, a universal quality parameter, the value of the structure resolution at MTF @ 10% is a special quality parameter.

Regelmäßige Aufzeichnungen der Modulationstransferfunktion erlauben einen Nachweis über Alterungsverhalten einer Anlage, Vergleiche verschiedener Anlagenparametrierungen, Vergleiche verschiedener Anlagen derselben Baureihe bei derselben Parametrierung oder verschiedener Anlagen verschiedener Baureihen. Die normierte Modulationstransferfunktion dient dabei als universelle Qualitätskenngröße.Regular recordings of the modulation transfer function permit proof of the aging behavior of a system, comparisons of various system parameters, comparisons of different systems of the same series with the same parameterization or different systems of different series. The normalized modulation transfer function serves as a universal quality parameter.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen, mit dem Röntgen-Computertomografen, welcher wenigstens eine um eine Drehachse insbesondere drehbare, gegebenenfalls jedoch eine ortsfeste Röntgenröhre umfasst, mit wenigstens einem Passstift als Probekörper, mit einer Halteeinrichtung zur Befestigung des Passstiftes und zur vertikalen, horizontalen und drehsymmetrischen Zentrierung des Passstiftes in Bezug auf die Drehachse eines CNC-Manipulators der Röntgenröhre, und mit einer Recheneinheit zum Erfassen der mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten zur Rekonstruktion von Volumendaten des Passstiftes abhängig von diesen Daten, zur Erstellung eines zweidimensionalen Transversalschnittes des Passstiftes und zur vollautomatischen Bewertung der Strukturauflösung mittels eines Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes.A second aspect of the invention relates to a system for quality assurance of an X-ray CT computer, comprising at least one rotatable about an axis of rotation in particular, but optionally a stationary X-ray tube, with at least one dowel pin as a specimen, with a holding device for fastening the Dowel pin and for vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin with respect to the axis of rotation of a CNC manipulator of the X-ray tube, and with a computing unit for detecting the data determined by the X-ray computer tomograph for reconstructing volume data of the dowel pin depending on these data, for creation a two-dimensional transverse section of the dowel pin and the fully automatic evaluation of the structure resolution by means of an algorithm based on the transverse section of the dowel pin.

Um eine Drehachse drehbare Röntgenröhren werden insbesondere im Bereich der Medizintechnik eingesetzt, während ortsfeste Röntgenröhren insbesondere für die Industrielle Röntgen-Computertomografie eingesetzt werden. Bei Verwendung der ortsfesten Röntgenröhre wird der Probekörper auf einem CNC-Manipulator beispielsweise der Röntgenröhre zwischen der feststehenden Röntgenröhre und einem fixen Röntgendetektor gedreht. Dies bedeutet, dass der Probekörper relativ zur Röntgenröhre und relativ zum Röntgendetektor um eine Drehachse gedreht wird, während die Röntgenröhre und der Röntgendetektor relativ zueinander fest stehen. Dabei können insbesondere in der Industriellen Röntgen-Computertomografie die Röntgenröhre und der Röntgendetektor relativ zu einer Basis, beispielsweise einem Gerüst oder einem Gehäuse, feststehend angeordnet sein.Rotatable x-ray tubes are used in particular in the field of medical technology, while fixed x-ray tubes are used in particular for industrial x-ray computed tomography. When using the fixed X-ray tube, the specimen is rotated on a CNC manipulator, for example, the X-ray tube between the fixed X-ray tube and a fixed X-ray detector. This means that the specimen is rotated relative to the X-ray tube and relative to the X-ray detector about an axis of rotation, while the X-ray tube and the X-ray detector are fixed relative to each other. In particular, in industrial X-ray computed tomography, the x-ray tube and the x-ray detector may be arranged fixed relative to a base, for example a framework or a housing.

Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention, and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 eine Perspektivdarstellung eines in einer Halteeinrichtung befestigten Passstiftes; 1 a perspective view of a mounted in a holding device dowel pin;

2 eine schematische Ansicht eines Transversalschnittes des Passstiftes; und 2 a schematic view of a transverse section of the dowel pin; and

3 eine beispielhafte Modulationstransferfunktion in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz. 3 an exemplary modulation transfer function as a function of the spatial frequency.

1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Systems zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen. Dieses System umfasst einen in der 1 nicht dargestellten Röntgen-Computertomografen, welcher eine ortsfeste Röntgenröhre, wie beispielsweise typischerweise in der Industriellen Röntgen-Computertomografie verwendet, aufweist. 1 shows a schematic section of a system for quality assurance of an X-ray computer tomograph. This system includes one in the 1 Not shown X-ray computed tomography, which has a fixed X-ray tube, such as typically used in industrial X-ray computed tomography.

In einer Zusammenschau aus den 1, 2 und 3 können wesentliche Schritte des Verfahrens erkannt werden. 1 zeigt dabei die Befestigung eines Passstiftes 12, welcher als geeigneter Probekörper ausgewählt wurde, in einer Halteeinrichtung 10. Mittels dieser Halteeinrichtung 10 wird der Passstift 12 in Bezug auf eine Drehachse eines in den Fig. nicht dargestellten CNC-Manipulators einer Röntgenröhre in einem Computertomografen fixiert. Nach der Durchführung einer Röntgen-Computertomografie sowie der Übermittlung der ermittelten Daten an eine Recheneinheit kann in dieser Recheneinheit ein Transversalschnitt 14 des Passstiftes 12, welcher in 2 dargestellt ist, über eine Rekonstruktion der Volumendaten des Passstiftes 12 erstellt werden. Nach einer vollautomatischen Bewertung der Strukturauflösung des Passstiftes 12 anhand des Transversalschnittes 14 und mittels eines Algorithmus kann durch die Recheneinheit eine in 3 beispielhaft dargestellte Modulationstransferfunktion über die Ortsfrequenz aufgetragen werden.In a synopsis of the 1 . 2 and 3 essential steps of the procedure can be recognized. 1 shows the attachment of a dowel pin 12 , which has been selected as a suitable specimen, in a holding device 10 , By means of this holding device 10 becomes the dowel pin 12 fixed in a computer tomograph with respect to an axis of rotation of a CNC manipulator, not shown in the figures, of an x-ray tube. After carrying out an X-ray computed tomography and the transmission of the determined data to a computing unit can in this arithmetic unit a transverse section 14 of the dowel pin 12 which is in 2 is shown about a reconstruction of the volume data of the dowel pin 12 to be created. After a fully automatic evaluation of the structure resolution of the dowel pin 12 on the transverse section 14 and by means of an algorithm by the arithmetic unit an in 3 Example shown modulation transfer function are plotted on the spatial frequency.

In 1 ist schematisch ein von einer Halteeinrichtung 10 befestigter Passstift 12 gezeigt. Hierbei dient die Halterung der vertikalen, horizontalen und drehsymmetrischen Zentrierung des Passstiftes in Bezug auf die Drehachse des nicht dargestellten CNC-Manipulators und in Bezug auf die virtuelle Achse von der nicht dargestellten Röntgenröhre zu einem nicht dargestellten Röntgendetektor. Dabei sollte der Mittelpunkt des Passstiftes nach dem horizontalen, vertikalen und drehsymmetrischen zentrieren zumindest im Wesentlichen auf dem Schnittpunkt der vertikal stehenden Drehachse des CNC-Manipulators und einer horizontal verlaufenden Achse zwischen der Röntgenröhre und dem Röntgendetektor liegen. Der Passstift 12 und die Halteeinrichtung 10 sind so gestaltet, dass sie eine jeweils korrespondierende Fassung aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine H6/h6-Passung handeln. In 1 is schematically one of a holding device 10 attached dowel pin 12 shown. Here, the holder of the vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin with respect to the axis of rotation of the CNC manipulator, not shown, and with respect to the virtual axis of the unillustrated X-ray tube to an X-ray detector, not shown. In this case, the center of the dowel pin after horizontal, vertical and rotationally symmetrical centering should be at least substantially at the intersection of the vertical axis of rotation of the CNC manipulator and a horizontal axis between the X-ray tube and the X-ray detector. The dowel pin 12 and the holding device 10 are designed so that they each have a corresponding version. This may, for example, be a H6 / h6 fit.

Von dem in 1 dargestellten in der Halteeinrichtung 10 befestigten Passstift 12 kann durch den nicht in der Abbildung dargestellten Computertomografen eine Röntgen-Computertomografie durchgeführt werden. Hierbei wird der Passstift relativ zur Röntgenröhre um eine Drehachse gedreht. Die mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten werden an eine Recheneinheit weitergeleitet, mittels welcher die Volumendaten des Passstiftes abhängig von der mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten durch die Recheneinheit rekonstruiert werden. Hieraus wird nun ein zweidimensionaler Transversalschnitt 14, welcher in 2 dargestellt ist, des Passstiftes 12 durch die Recheneinheit erstellt. Dieser Transversalschnitt 14 wird in einen Algorithmus eingelesen. Mittels des Algorithmus kann beispielsweise ein Probenmittelpunkt des Transversalschnittes aufgefunden werden. Durch Mitteln von vom Probenmittelpunkt ausgehenden, radialsymmetrischen Kantenprofilen 18 wird eine Kantenverlaufsfunktion erstellt. Dabei erfolgt die Mittelung der Kantenprofile 18 beispielsweise über den gesamten Probenumfang des Transversalschnittes, d. h. 360° ausgehend vom Probenmittelpunkt und einer beliebigen Bezugsgeraden des Transversalschnittes in 1°-Schritten in Rotationsrichtung 16.From the in 1 shown in the holding device 10 attached dowel pin 12 An X-ray computed tomography can be performed by the computer tomograph not shown in the figure. In this case, the dowel pin is rotated relative to the x-ray tube about a rotation axis. The data determined by means of the X-ray computer tomograph are forwarded to a computing unit, by means of which the volume data of the dowel pin are reconstructed by the arithmetic unit as a function of the data determined by means of the X-ray computer tomograph. This now becomes a two-dimensional transverse section 14 which is in 2 is shown, the dowel pin 12 created by the arithmetic unit. This transverse section 14 is read into an algorithm. By means of the algorithm, for example, a sample center point of the transverse section can be found. By averaging out from the sample center point, radially symmetric edge profiles 18 An edge progression function is created. The averaging of the edge profiles takes place 18 for example over the entire sample circumference of the transverse section, ie 360 ° starting from the center of the sample and any reference line of the transverse section in 1 ° steps in the direction of rotation 16 ,

Nach Exportierung des in 2 gezeigten Transversalschnittes 14 in einen Algorithmus kann eine vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung erfolgen. Diese vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung liefert eine Modulationstransferfunktion des Computertomografen in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz wie in 3 dargestellt. Hierbei ist die Modulationstransferfunktion auf der Ordinate aufgetragen, während die Ortsfrequenz auf der Abszisse aufgetragen ist. Die hier dargestellte normierte Modulationstransferfunktion dient als universelle Qualitätskenngröße eines Röntgen-Computertomografen.After exporting the in 2 shown transversal section 14 in an algorithm, a fully automatic evaluation of the structure resolution can take place. This fully automatic evaluation of the structure resolution provides a modulation transfer function of the computer tomograph as a function of the spatial frequency as in 3 shown. Here, the modulation transfer function is plotted on the ordinate, while the spatial frequency is plotted on the abscissa. The normalized modulation transfer function shown here serves as a universal quality parameter of an X-ray CT scanner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging” (am 15.11.2016 abrufbar unter: https://www.astm.org/Standards/E1441.htm) [0002] "Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging" (available on 15.11.2016 at: https://www.astm.org/Standards/E1441.htm) [0002]

Claims (3)

Verfahren zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen, welcher wenigstens eine Röntgenröhre umfasst, wobei anhand eines Probekörpers wenigstens eine Messung durchgeführt und mittels einer Recheneinheit ausgewertet wird, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Auswahl eines geeigneten Passstiftes als Probekörper; – Befestigung des Passstiftes in einer Halteeinrichtung mit möglichst senkrechter und passgenauer Bohrung; – vertikale, horizontale und drehsymmetrische Zentrierung des Passstiftes in Bezug auf eine Drehachse einer virtuellen Achse von der Röntgenröhre zu einem Röntgendetektor; – Durchführung einer Röntgen-Computertomografie des Passstiftes unter Relativdrehung des Passstiftes zur Röntgenröhre um die Drehachse; – Weiterleiten der mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten an die Recheneinheit; – Rekonstruktion von Volumendaten des Passstiftes abhängig von den mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten durch die Recheneinheit; – Erstellung eines zweidimensionalen Transversalschnittes des Passstiftes durch die Recheneinheit; und – vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung mittels eines Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes.Method for quality assurance of an X-ray computer tomograph comprising at least one X-ray tube, wherein at least one measurement is carried out on the basis of a test specimen and evaluated by means of a computation unit, characterized by the following process steps: - Selection of a suitable dowel pin as a test piece; - Fixing the dowel pin in a holding device with vertical as possible and accurate bore; - Vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin with respect to a rotation axis of a virtual axis from the X-ray tube to an X-ray detector; - Carrying out an X-ray computed tomography of the dowel pin under relative rotation of the dowel pin to the X-ray tube about the axis of rotation; - forwarding the data determined by means of the X-ray computer tomograph to the arithmetic unit; - Reconstruction of volume data of the dowel pin dependent on the data determined by the X-ray computer tomograph data by the arithmetic unit; - Creation of a two-dimensional transverse section of the dowel pin by the arithmetic unit; and - Fully automatic evaluation of the structure resolution by means of an algorithm based on the transverse section of the dowel pin. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vollautomatische Bewertung der Strukturauflösung mittels des Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes die folgenden Schritte umfasst: – Einlesen des Transversalschnittes in den Algorithmus; – Ermitteln des Mittelpunktes des Transversalschnittes des Passstiftes mittels des Algorithmus; – Mitteln der vom Mittelpunkt des Transversalschnittes des Passstiftes ausgehenden, radialsymmetrischen Kantenprofile über den vollen Umfang des Transversalschnittes des Passstiftes in wenigstens zwei Schritten und Erstellung einer Kantenverlaufsfunktion; und – Ermitteln der Modulationstransferfunktion durch Umwandlung der Kantenverlaufsfunktion mittels Gradientenbildung, Beschneidung, Fouriertransformation und Skalierung, abhängig von der Größe der Röntgen-Strahlquelle und/oder der Röntgendetektorelemente und/oder der Vergrößerung und/oder der Parametrierung der Röntgenröhre und/oder weiterer Einflussfaktoren.A method according to claim 1, characterized in that the fully automatic evaluation of the structure resolution by means of the algorithm based on the transverse section of the dowel pin comprises the following steps: - reading the transverse section into the algorithm; - Determining the center of the transverse section of the dowel pin by means of the algorithm; - means of starting from the center of the transverse section of the dowel pin, radially symmetrical edge profiles over the full circumference of the transverse section of the dowel pin in at least two steps and creating a Kantenverlaufsfunktion; and determining the modulation transfer function by converting the edge progression function by means of gradient formation, trimming, Fourier transformation and scaling, depending on the size of the x-ray source and / or the x-ray detector elements and / or the magnification and / or the parameterization of the x-ray tube and / or further influencing factors. System zur Qualitätssicherung eines Röntgen-Computertomografen, mit dem Röntgen-Computertomografen, welcher wenigstens eine um eine Drehachse drehbare oder eine ortsfeste Röntgenröhre umfasst, mit wenigstens einem Passstift als Probekörper; mit einer Halteeinrichtung zur Befestigung des Passstiftes und zur vertikalen, horizontalen und drehsymmetrischen Zentrierung des Passstiftes in Bezug auf die Drehachse eines CNC-Manipulators der Röntgenröhre, und mit einer Recheneinheit zum Erfassen der mittels des Röntgen-Computertomografen ermittelten Daten, zur Rekonstruktion von Volumendaten des Passstiftes abhängig von diesen Daten, zur Erstellung eines zweidimensionalen Transversalschnittes des Passstiftes und zur vollautomatischen Bewertung der Strukturauflösung mittels eines Algorithmus anhand des Transversalschnittes des Passstiftes.System for quality assurance of an X-ray computer tomograph, with the X-ray computer tomograph comprising at least one rotatable about a rotation axis or a fixed X-ray tube, with at least one dowel pin as a test piece; with a holding device for fastening the dowel pin and for vertical, horizontal and rotationally symmetrical centering of the dowel pin with respect to the axis of rotation of a CNC manipulator of the X-ray tube, and with a computing unit for detecting the data determined by means of the X-ray computer tomograph for reconstructing volume data of the dowel pin depending on this data, for creating a two-dimensional transverse section of the dowel pin and for the fully automatic evaluation of the structure resolution by means of an algorithm based on the transverse section of the dowel pin.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
„Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging" (am 15.11.2016 abrufbar unter: https://www.astm.org/Standards/E1441.htm)

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