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Simulation eines industriellen 3D Röntgen Computertomographen zur verbesserten Geometriebestimmung

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M. Reiter, S. Kunzmann, H. Lettenbauer, B. Chyba, M. Mantler, J. Kastner - Simulation eines industriellen 3D Röntgen Computertomographen zur verbesserten Geometriebestimmung - DACH Jahrestagung 2008 DGZFP , St. Gallen, Schweiz, 2008, pp. 10-20

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung einer zeitoptimierten Simulation eines 3D Röntgen Computertomographen, welche die zu modellierenden Wechselwirkungen in vernünftiger Zeit mit ausreichender Genauigkeit berechnet. In den folgenden Abschnitten werden Ergebnisse dieser in C/C++ programmierten Simulation, sowie dessen physikalische Modelle zur Generierung von Projektionsbildern gezeigt. Im Detail wird das verwendete Modell für poly¬chromatische Röntgenquellen mit Direktstrahl-Target inklusive Vorfilterplatten vorgestellt. Reale Röntgenröhren entsprechen keinen idealen Punktquellen, deshalb wird deren geometrische Verschmierung durch den Brennfleck, welcher auch driften kann, berücksichtigt. Der Brennfleck-Drift entsteht durch Instabilitäten der Röntgenröhre und wurde für einige Betriebszustände durch experimentelle Untersuchungen bestimmt. Die Abschwächung der Röntgenquanten im Messobjekt wird modelliert durch das Lampert-Beersche Abschwächungsgesetz, wobei Photo¬absorption, kohärente und inkoheränte Streuung durch Wirkungsquerschnitte des entsprechenden Materials berücksichtigt werden. Additiv ist ein approximatives Modell für Einfach-Streuung implementiert. Das Messobjekt bzw. die Messobjekte selbst werden in der Simulation durch ein Oberflächen-Modell, bestehend aus Dreiecken und einem Material, definierbar durch massengewichtete chemische Summenformeln, repräsentiert. Die durch den Prüfling abgeschwächten Röntgenstrahlen werden dann durch eine experimentell bestimmte energieabhängige Detektorempfindlichkeit gewichtet und aufintegriert. Für ein ausgewähltes Objekt werden mit Hilfe der Simulation die Auswirkungen eines nicht idealen Röntgenquellpunktes einer Röntgenröhre auf das rekonstruierte Messergebnis gezeigt.