Томографический анализ без вращения объекта на основе геометрии рентгеновского пучка

Введение …………………………………………………………………………………………………………… 3
Глава 1. Теоретические аспекты рентгеновской томографии ……………………………. 22
1.1 Развитие рентгеновских установок, как систем томографического сканирования
……………………………………………………………………………………………………………………….. 23
1.2 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом, как физическая основа
томографического анализа ………………………………………………………………………………. 28
1.3 Рентгеновская томография как метод восстановления внутренней структуры
объектов………………………………………………………………………………………………………….. 31
1.4 Проблемы применения рентгеновской томографии…………………………………….. 34
Глава 2. Томографическая реконструкция методом обратного проецирования …. 36
2.1 Алгоритм обратного проецирования с фильтрацией …………………………………… 44
2.2 Преобразование Радона, как инструмент работы с рентгеновской томографией
……………………………………………………………………………………………………………………….. 46
2.3 Процедура фильтрации профиля ослабления для использования в алгоритме
обратного проецирования………………………………………………………………………………… 50
2.4 Программная реализация алгоритма фильтрованных обратных проекций …… 52
Глава 3. Томографическое сканирование без вращения объекта с изменением
расстояния источник-детектор…………………………………………………………………………. 63
3.1 Оптимизация алгоритма фильтрованных обратных проекций с целью перехода
к сканированию без вращения объекта исследования ………………………………………. 64
3.2 Сканирование без вращения: моделирование, результаты реконструкции и
оценка работоспособности ………………………………………………………………………………. 75
3.3 Концепт экспериментальной томографической установки, реализующий
технологию сканирования без вращения образца …………………………………………….. 86
Заключение …………………………………………………………………………………………………….. 88
Список использованных источников ……………………………………………………………….. 90
Приложение А ………………………………………………………………………………………………… 94
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………….. 106

В ходе выполнения исследовательской работы были получены следующие
основные результаты:

 разработаны инструменты компьютерного моделирования процесса
томографического сканирования для параллельной и веерообразной формы
пучка рентгеновского излучения, а также реализованы алгоритмы
реконструкции на основе метода фильтрованных обратных проекций;

 разработан метод томографического сканирования с пошаговым сдвигом,
которая частично решает проблему сканирования крупногабаритных
протяжённых объектов, а также является альтернативным методом решения
проблемы сканирования объектов детекторами малого размера и
перспективным способом снижения дозы облучения при томографическом
исследовании; алгоритм фильтрованных обратных проекций адаптирован
для данной схемы сбора проекционных данных;

 разработана технология томографического сканирования без вращения
объекта исследования с изменением расстояния источник-детектор, которая
является оптимальным способом сбора проекционных данных, решающим
основные проблемы сканирования крупногабаритных протяжённых
объектов; разработанное и реализованное программное обеспечение
адаптировано для данной технологии томографического сканирования, что
позволяет осуществлять реконструкцию исследуемого сечения;

 предложен концепт рентгеновского томографической установки,
реализующей разработанную схему сбора проекционных данных.
В настоящее время методы трёхмерной рентгеновской томографии являются
одной из наиболее прогрессивных областей знаний. Интенсивное развитие науки и
техники позволяет разрабатывать и применять новые подходы осуществления
трёхмерного рентгеновского анализа. Проделанная исследовательская работа
станет фундаментальной основой для будущих научных изысканий её автора.
По теме диссертации опубликовано 14 работ, из которых 2 статьи в изданиях,
включённых в список ВАК, 5 статей в журналах, индексируемых базами Web of
Science и Scopus, а также 7 тезисов докладов на международных конференциях.
В свою очередь автор диссертационной работы выражает благодарность
научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору
Крючкову Ю.Ю. за оказанные помощь и поддержку в ходе выполнения
исследования. Также автор благодарит Международную научно-образовательную
лабораторию неразрушающего контроля (ИШНКБ ТПУ) в лице её руководителя
кандидата технических наук Седнева Д.А. и Отделение экспериментальной физики
(ИЯТШ ТПУ) в лице его руководителя доктора технических наук Лидера А.М., на
базе которых выполнялась работа.