Zobaczy wicej tomograficzne obrazy 3 D dr Laurent

Zobaczyć więcej – tomograficzne obrazy 3 D dr Laurent Babout dr inż. Marcin Janaszewski mgr inż. Michał Postolski mgr inż. Łukasz Jopek Katedra Informatyki Stosowanej, WEEi. A, PŁ XI Festiwal Nauki Techniki i Sztuki, IFE-PŁ, 14 kwietnia 2011 r

Spis treści • • Dlaczego obrazy 3 D są potrzebne? Zalety tomografii rentgenowskiej Zasada działania tomografii Zastosowanie tomografii rentgenowskiej do analizy pęknięć korozyjnych w materiałach • Zastosowanie tomografii rentgenowskiej w ilościowej analizie drzew oskrzelowych 2

Dlaczego obrazy 3 D są potrzebne? • Świat jest trójwymiarowy. • Obrazy 2 D pokazują wiele ale nie pokazują co jest przed. • Czasami obrazy 2 D prowadzą do błędnej interpretacji (dwa obiekty w 2 D mogą stanowić jeden obiekt w 3 D) • Wizualizacja stereoskopowa obrazów 3 D otwiera nowe możliwości i dostarcza dużo zabawy 3

Zalety tomografii rentgenowskiej • Nieinwazyjna metoda diagnostyki • Generuje obrazy 3 D • Umożliwia badanie różnego rodzaju obiektów: istoty żywe, materiały, procesy przemysłowe, produkty przemysłowe, różne dziedziny nauki • CAD

Zasada działania tomografii rentgenowskiej Natężenie 0 1 Transformata Radona Piksel I Detektor I 0 0 przekrój obiektu Piksel 600 Filtrowana projekcja wsteczna (inwersja transformaty Radona) kąt (°) Obraz tomograficzny mapa 3 D lokalnego współczynnika pochłaniania 5

Eksploracja 3 D szczeliny korozyjnej • Korozja jest wszędzie i może w różny sposób wpływać na nasze życie codzienne • …również w przemyśle stanowi duży problem • Mikrostruktura materiału powinna być optymalizowana pod kątem odporności na korozję 6

W jaki sposób obrazy tomograficzne mogą pomóc? • Analiza zjawisk we wnętrzu materiału • Uzyskanie lepszej korelacji i zrozumienia interakcji szczeliny korozyjnej z mikrostrukturą – Jak szczelina rozrasta się od powierzchni materiału do jego wnętrza – Jak, gdzie i kiedy powstają wiązadła mostowe • Ułatwia wyznaczanie lepszych modeli mikrostruktury • Umożliwia analizę pełnej historii pęknięć. Wymaga przeprowadzenia eksperymentu in situ. 7

Eksperyment* wymaga przygotowań … i środków ostrożności Pojemnik z kwasem (K 2 S 4 O 6 – p. H 2) 302 pręt stali nierdzewnej (Φ 0. 4 mm) • SR: 0. 7 μm, E=30 ke. V, 1500 projekcji, czas skanowania: 30 min. *przeprowadzony w ID 19 “X-ray microtomography” beam-line w ESRF (Grenoble, Francja. url: www. esrf. eu) 8

Rendering 3 D próbki materiału 9

Podróż 3 D do wnętrza próbki Algorytm wypełniania otworów rozpoznaje i wydobywa wiązadła mostowe 10

Historia degradacji próbki aż do jej rozerwania Pełna historia procesu pękania: nałożenie obrazu szczeliny i mostów na popękaną powierzchnię próbki 11

Nowe kierunki badań: porównanie z innymi technikami wizualizacji ia p o k ros k i M ktr e l e a w o on Dyfra kcyjn a kontr tomograf ia astow a 12

Ilościowy opis oskrzeli na bazie obrazów tomograficznych 1. Tchawica 2. Oskrzela główne 3. Oskrzela płatowe (6 to 15 mm) 4. Oskrzeliki (1 to 5 mm) 5. Oskrzeliki końcowe (0. 7 mm) 13

Choroby oskrzeli • Astma – Choruje 300 milionów na Świecie. – 250000 tyś ludzi umiera rocznie. • Przewlekła obturacyjna choroba płuc – WHO przewiduje, że POCh. P w 2030 roku stanie się 4 przyczyną zgonów na Świecie. – Aktualnie stosowane jedynie leczenie objawowe 14

Nowoczesne badanie oskrzeli 15

Program do ilościowej analizy drzew oskrzelowych • • • 2 algorytmy segmentacji drzewa oskrzelowego 10 algorytmów szkieletyzacji drzewa oskrzelowego Konwersja szkieletu do grafu Możliwość wyboru dowolnej gałęzi grafu 5 algorytmów generacji wektorów równoległych do szkieletu • Możliwość dokonania przekroju 2 D prostopadłego do szkieletu w dowolnym wokselu wybranej gałęzi • 3 algorytmy pomiaru prześwitu i grubości ścianki oskrzeli na bazie przekroju 2 D 16

Wynik segmentacji oskrzeli 17

Wynik szkieletyzacji 18

Konwersja szkieletu do postaci grafu 19

Wyznaczanie objętości każdej gałęzi oskrzela 20

Selekcja przekroju 2 D 21

Wykres pola prześwitu oskrzeli dla wybranej gałęzi 22

Detekcja granic ściany oskrzeli 23

Realizowane projekty • • • Zamykanie i wypełnianie otworów w obiektach występujących na obrazach tomograficznych Współpraca: Uniwersytet Paryż Wschodni Zastosowanie zamykania i wypełniania otworów do detekcji wiązadeł mostowych na bazie tomograficznych obrazów pęknięć korozyjno naprężeniowych w stali nierdzewnej Współpraca: Uniwersytet w Manchesterze , Segmentacja obrazów tomograficznych stopów tytanu o strukturze płytkowej. Współpraca: MATEIS, INSA Lyon Francja Ilościowa analiza oskrzeli na bazie tomograficznych obrazów klatki piersiowej Współpraca: Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Uniwersytet Paryż Wschodni Budowa profesjonalnego systemu wizualizacji stereoskopowej współpraca: Uniwersytet w Manchesterze i Uniwersytet Paryż Wschodni 24

Dziękujemy za uwagę lbabout@kis. p. lodz. pl, janasz@kis. p. lodz. pl Katedra Informatyki Stosowanej Bud. WEEIA (A 10) pok. 318 25