4. Implementierung
5.2 Test des PSF-Berechnungskerns
6 Ergebnisse und Diskussion
Die Röntgenbilder für die Bestimmung des Brennfleckbildes wurden von Prof. Dr. Heß bereit-gestellt. Sie wurden mit jeweils mit verschiedener Strahlungsintensität aufgenommen. Es handelt sich um Bilder, die nicht alle von gute Bildqualität sind.
Bei der Position des Sternrasterobjektes an dem Kollimator des Röntgensystems, der zur Er-zeugung des parallelen Verlaufs der Strahlung dient, wird im Bild eine geometrische Un-schärfe sichtbar, die von der Größe des Brennflecks abhängig ist. Der implementierter PSF-Algorithmus berücksichtig nicht die geometrische Unschärfe im Bild, und kann somit nicht auf diese unscharfen Bilder angewendet werden. Die doppelten Kanten im Röntgenbild er-schweren die Extrahierung der Bildparameter für die Erstellung des idealen Bildes.
Die Bilder, bei denen das Sternrasterobjekt für den Bildaufnahmeprozess auf dem Röntgen-tisch positioniert wurde, weisen eine bessere Bildqualität auf, bezogen auf die geometrische Unschärfe und erlauben, das gesuchte PSF-Bild zu errechnen. Diese Positionierung entspricht den allgemeinen Empfehlungen zur Erzeugung einer besseren Bildqualität, wie in Kapitel 2.1.3 beschrieben.
Bei der visuellen Prüfung wird der Kontrast des Bildes beurteilt, dieser sollte ausreichend sein. Weist das Bild eine starke Verrauschung auf, wird es bis zum gewissen Verrauschungs-grad, durch eine Justierung des Gaußfilterparameters bei der Kantenbildberechnung korri-giert.
Abbildung 6.1: Ein Bildausschnitt aus der 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip
In den Abb.. und Abb … werden die Bilder der errechneten PSF-Funktionen gezeigt. Das Er-gebnisbild wird stark von der Wahl des Filters für das Ausblenden der Störinformation im Bild beeinflusst. Unter Anwendung der Supergaußfilter werden die Strukturen in Bild defi-nierter dargestellt. Bei dem Vergleich der Größe des Maximums in der Bildmitte nach der Verschiebung der Bildecken ins Bildcentrum, wurde ein Zusammenhang mit der Wahl des Fil-ters sichtbar. Dies wird durch die spektralen Eigenschaften der Gauß- und Supergauß-Filter, wie in der Abbildung 2.23 gezeigt, verursacht.
Das PSF-Bild beinhaltet auch ein geometrisches Muster, welches sich periodisch fortsetzt. Ob es durch die Abbildung der geometrischen Struktur des Kollimators entstanden ist, oder ob dieses Muster nummerischer Natur ist, soll noch geprüft werden.
Abbildung 6.2: Die PSF-Funktion für 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip mit Gauß-Fens-terfunktion. Das Ergebnis PNG-Bild (oben) und die 2D-MATLAB-Darstellung
Um die Pixelwertunterschiede zu visualisieren, wurde das erzeugte Bild in der zweidimensio-nalen MATLAB Ansicht dargestellt.
Abbildung 6.3: Die PSF-Funktion für 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip mit Supergauß-Fensterfunktion. Das Ergebnis PNG-Bild (oben) und die 2D-MATLAB-Darstellung
Nach der Auswertung der Bilder wurde überlegt, wie das Verfahren weitergetestet werden könnte. Für einen höheren Kontrast und für ein verringertes Rauschen wäre die Erstellung eines neuen Datensatzes sinnvoll. Die Bilder sollen eine minimale geometrische Unschärfe aufweisen. Weiterhin könnte überlegt werden, ob folgende Merkmale zur einer Verbesse-rung des Verstehens der Zusammenhänge zwischen den Parametern des gemessenen Bildes und der PSF-Funktion des Brennflecks führen könnten:
• Testen des Einflusses der Lammelenphasenlage, durch Drehung des Sternrasterobjekts in der horizontalen Positionsachse, auf die Qualität der PSF-Berechnung.
• Röntgenbildaufnahmen mit mehreren Fokusgrößen.
• Veränderung der Größe des Testobjektes
• Veränderte Größe des Testobjektes, um die tatsächliche Fläche des Objektes im Rönt-genbild zu erhöhen. Somit gehen weniger Bildinformationen bei der Verdeckung der Bildteile mit der Fensterfunktion verloren.
7 Zusammenfassung und Ausblick
Ziel der Arbeit war es, ein Programm mit einer graphischen Benutzeroberfläche zu entwi-ckeln, welches eine Berechnung zur geometrischen Abbildung des Brennflecks, auch PSF-Funktion genannt, durchführen kann. Dafür wurde in C++ mit Hilfe der Microsoft Fondation Classes ein Programm geschrieben und eine Benutzeroberfläche gestaltet.
Der Rechenvorgang der PSF-Funktion des Brennflecks wurde basierend auf dem systemtheo-retischen Wissen über die Signale und Systeme entwickelt und implementiert. Die Imple-mentierung wurde durch einen Algorithmus zur automatischen Bestimmung des Sternraster-parameters aus dem Röntgenbild erweitert.
Die PSF-Funktion eines Brennflecks wurde detektiert und visuell dargestellt.
Bei den bereitgestellten Bildern wurde die PSF-Funktion für die Röntgenaufnahmen des un-ten auf dem Bildaufnahmesensor des Röntgensystems liegenden Sternrasterobjekts durch-geführt.
Weiterhin könnte es sinnvoll sein, einen neuen Datensatz der Röntgenbilder mit verschieden Merkmalen zu erzeugen. Manche Berechnungsabschnitte des PSF-Algorithmus könnten opti-miert werden, um die Berechnungsdauer zu senken.
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1.1: Systemtheoretische Beschreibung der idealen Röntgenbilderzeugung. ... 2
Abbildung 2.1: Heizstromkreis und Röhrenstromkreis nach [8] ... 3
Abbildung 2.2: Spannungskurve eines Einphasengenerators. ... 4
Abbildung 2.3: Funktionsablauf eines Konvertergenerators nach [8] ... 5
Abbildung 2.4: Schematische Darstellung der Röntgenröhre mit der nachfolgenden Filteranlage. ... 6
Abbildung 2.5:Beispiel eines Siemens Röntgenstrahlers mit Gehäuse... 6
Abbildung 2.6: Geometrie des Brennflecks nach [8] ... 7
Abbildung 2.7: Einfluss des Brennflecks auf die Bildschärfe ... 8
Abbildung 2.8: Elektromagnetisches Spektrum. ... 9
Abbildung 2.9: Schematische Darstellung der Entstehung von Bremsstrahlung(links) und von charakteristischen Strahlung (rechts) nach [3] ... 10
Abbildung 2.10: Schematische Darstellung des Röntgenspektrums nach [11] ... 11
Abbildung 2.11: Bohrsches Atommodell. Elektronenschalen mit Übergängen. ... 11
Abbildung 2.12: Photoeffekt nach [2] ... 13
Abbildung 2.13: klassische Streuung nach [2] ... 14
Abbildung 2.14: Compton-Streuung nach [2] ... 14
Abbildung 2.15: Einfluss der Röhrenspannung auf die Schwächung der Röntgenstrahlen nach [7] ... 15
Abbildung 2.16: Siemensstern mit 16 Lamellen (links) und Basisstruktur des Sternbildes nach IEC 60336: 2005 (rechts) ... 16
Abbildung 2.17: Lokale Koordinaten für die mathematische Formulierung der Radontransformation ... 18
Abbildung 2.18: Die Radontransformierte einer Geraden. ... 18
Abbildung 2.19: Ein Bild (100x100) mir einer Gerade (links) und die dazugehörige Radontransformierte (rechts). ... 19
Abbildung 2.20: Ein Bild (100x100) mit dem Kreismittelpunkt (50,50) und dem Radius R = 20 (links) und die dazugehörige Radontransformierte (rechts). ... 19
Abbildung 2.21: Ein Bild (100x100) mit dem Kreismittelpunkt (22,22) und dem Radius R = 20 (links) und die dazugehörige Radontransformierte (rechts). ... 20
Abbildung 2.22: Schema der Bildvergrößerung. Gaußfilter 5x5 ... 21
Abbildung 2.23: Gauß-Fensterfunktion und sein logarithmisches Leistungsspektrum, 𝜎 = 0.3(oben) und Supergaußfenster der Ordnung n=6 und k=0.3 [1] ... 23
Abbildung 2.24: Die MFC-Architektur basierend auf dem MVC-Architekturmodel ... 24
Abbildung 3.1: Use Case Diagramm ... 27
Abbildung 3.2: Benutzeroberfläche mit Toolbox und Statusleiste. ... 28
Abbildung 3.3: Aktivitätsdiagramm für die PSF Berechnung ... 29
Abbildung 4.1: Klassendiagramm zur Implementierung der graphischen Oberfläche. ... 30
Abbildung 4.2: Klassendiagram zur Erstellung des idealen Bildes ... 31
Abbildung 4.3: Parameter des Sternrastermusters ... 32
Abbildung 4.4: Radien des Sternrasterobjekts ... 35
Abbildung 4.5: Einzelne Spalte der Radontransformierten ... 35
Abbildung 4.6: Bestimmung des Mittelpunkts des Kreises ... 37
Abbildung 4.7: Berechnung der Phasenlage ... 38
Abbildung 4.8: Klassendiagram zur PSF-Berechnung ... 39
Abbildung 5.1: Der Ausschnitt aus dem gemessenen Bild 2_SiemensStern_.raw(links), dazugehöriges invertiertes Kantenbild mit den Eingangsparametern für die Berechnung: 𝜎 = 1, lowThreshold = 5, highThreshold = 50 (Mitte) und der vergrößerter Ausschnitt aus dem Kantenbild (rechts). ... 41
Abbildung 5.2: Ein Ausschnitt aus der Radontransformierten des Kantenbildes für 0 ≤ 𝜃 ≤ 180° ... 42
Abbildung 5.3: Radontransformierte des Kantenbildes für 0 ≤ 𝜃 ≤ 180° in der 3D-Ansicht.42 Abbildung 5.4: Überprüfung der Koordinaten des Kreismittelpunkts mittels MATLAB 2D-Darstellung ... 43
Abbildung 5.5: Röntgenbild (links) und erstelltes ideales Bild (rechts) ... 43
Abbildung 5.6: Das Röntgenbild (links) und das ideale Bild (rechts) nach der Verwendung der Gauß-Fensterfunktion. Vergrößerte Ansicht. ... 44
Abbildung 5.7: Das Röntgenbild (links) und das ideale Bild (rechts) nach der Verwendung der Supergauß-Fensterfunktion. Vergrößerte Ansicht. ... 44
Abbildung 5.8: Reihenfolge der Knopfbetätigung bei der Durchführung des Tests ... 45
Abbildung 5.9: Faltungsvorgang beim gedruckten Test-Knopf ... 45
Abbildung 5.10: Zahlenbeispiel des Tests der PFS-Berechnung. ... 45
Abbildung 6.1: Ein Bildausschnitt aus der 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip ... 46
Abbildung 6.2: Die PSF-Funktion für 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip mit Gauß-Fensterfunktion. Das Ergebnis PNG-Bild (oben) und die 2D-MATLAB-Darstellung ... 47
Abbildung 6.3: Die PSF-Funktion für 1_SiemensStern_75kV_14mA_60ms_expo_INT16_none(0)_0_GcLcPc.gip mit Supergauß-Fensterfunktion. Das Ergebnis PNG-Bild (oben) und die 2D-MATLAB-Darstellung ... 48
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