Томографический анализ без вращения объекта на основе геометрии рентгеновского пучка

Оздиев, Али Хосенович
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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

С момента открытия рентгеновского излучения его применение позволило
совершить ряд важных открытий. На основе механизмов взаимодействия
рентгеновского пучка с материалами строятся различные методы структурного
анализа. Рентгеноструктурный анализ позволяет исследовать и визуализировать
внутреннюю структуру объектов, при этом развитие науки и техники позволило
довести разрешающую способность подобного анализа до нанометровых и
субнанометровых пределов. Благодаря этому рентгеновский анализ находит
применение во многих областях науки, промышленности и медицины.
Простейшим методом рентгеноструктурного анализа является двумерное
рентгенографическое исследование (РИ). Рентгенографией называют
исследование внутренней структуры объектов при помощи проекций, получаемых
посредством экспонирования исследуемого объекта рентгеновским пучком и
регистрации данных системой детектирования, в основе которой могут быть
рентгеновские плёнки или цифровые рентгеновские детекторы.
Рентгенографическое исследование находит широкое применение в различных
областях – в медицине: РИ органов пищеварительной системы, различных отделов
периферического скелета, зубов; в технике и технологии, являясь одним из
важнейших методов неразрушающего контроля, применяется в процессе
производства и эксплуатации для контроля: отливок, сварных соединений,
железобетона, различных неразборных и трудноразборных машин и других
металлических деталей для поиска дефектов; в криминалистике для судебно-
медицинских исследований или анализа деталей автомобиля или оружия на
предмет изменения маркировки.
Рентгенографическая установка включает в себя три главных компонента:
источник рентгеновского излучения, систему детектирования и систему крепления
и ориентации образца. Качество получаемых рентгеновских проекций
определяется следующими главными параметрами: напряжением, подаваемым на
рентгеновский источник, силой тока, временем экспозиции, расстояниями между
источником и объектом, а также между источником и детектором, а также
разрешающей способностью детектирующего устройства. Стоит заметить, что
применение РИ позволяет не только обнаружить дефекты, но также и локализовать
их. Этого можно достичь путём обработки двух ортогональных проекций. Система
рентгенографического исследования схематично представлена на рисунке 1.

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету