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X 線 CT と中性子線 CT ボリュームデータの 3 次元位置合わせ. 1.研究背景 2.中性子線CT,X線CTおよ び試料計測について 3.相互情報量( MI )最大化を用 いた3次元位置合わせ 4.終りに,および今後の課題. 中性子イメージング専門研究会 2011 年 1 月 7 日. 和歌山県工業技術センター ○徳本真一. 和歌山県工業技術センター. http://www.wakayama-kg.go.jp/. 組織. 食品産業部 生活・環境産業部 機械金属産業部 化学産業部 電子産業部 薬事産業部. 副所長(事務). 企画総務部. - PowerPoint PPT Presentation
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和歌山県工業技術センター○ 徳本真一
X 線 CT と中性子線 CT ボリュームデータの3 次元位置合わせ
1.研究背景2.中性子線CT,X線CTおよ び試料計測について3.相互情報量( MI)最大化を用 いた3次元位置合わせ4.終りに,および今後の課題
中性子イメージング専門研究会
2011 年 1 月 7 日
和歌山県工業技術センター和歌山県工業技術センター
相談・指導
研究開発
試験・分析
研 修
情報提供
所長副所長(事務)
副所長(技術)
食品産業部生活・環境産業部機械金属産業部化学産業部電子産業部薬事産業部
和歌山の産業ニット、パイル織物染色・繊維織物・衣料縫製品家庭用品、プラスチック機械・金属、鋳物化学漆器、家具・建具皮革果物、その他農産物etc
組織
http://www.wakayama-kg.go.jp/
政策調整課
技術企画課
企画総務部機械金属産業部
機械金属産業部業務
1.研究背景
非破壊での物体内部計測
測定対象物の表面の傷や内部の状態(傷,ヒビ,巣など)を観測
超音波探傷 X 線検査磁粉探傷
産業用X線CTスキャン
TOSCANER 24200AV
産業用X線仕様スキャン:トラバースローテーション方式(第 2 世代)X線出力: 400kV ,透過限界 鉄 100mm ,アルミ300mm
: スライスエリア φ150mm , φ300mm , φ600mm 可変厚: スライス 1.0mm , 2.0mm , 4.0mm 可変
再構成画素: 512×512 or 1024×1024 or 2048×2048
: スキャンモード nomal(fast) or fine(slow) ful(360) or half(180)
・鋳物等の金属物体の内部欠陥・柔軟物の内部変形・樹脂プラスチックなどの内部変形
比重が大きな物質(金属等)が多ければ多いほど撮影が困難となる
中性子線とは・・・・・粒子線.原子核を構成する粒子電荷が 0 で電磁気力の影響は小さく,透過性が高い.しかし,水素に対して感度が高い.
中性子線による計測
京都大学原子炉実験所
X 線と中性子線は相補的関係
原子番号と質量減衰係数の関係
本研究では...
金属部品の中に水等の液体を利用する物体の計測に,中性子線は有効である
金属物にコントラストを持つ
水などにコントラストを持つ
X 線 中性子線
高度で高精度な解析に利用
相互情報量( MI)最大化を用い,X線CTと中性子線CTの3次元データの位置決め技術の開発を行う
2.中性子線CT,X線CTおよび試料計測について
風鈴(黄銅)
高さ :10cm直径 :7.6cm厚さ : 約 5mm木片 : 厚さ 約 6mm
中性子線 CT
D(mm) 25
position L(mm) L/D flux ( #/cm̂ 2/sec)comment① beam tube nose - 1227 n/a 3.90E+13 from reference② aperture(after bismuth crystal filter) 0 0 7.071E+12 calculated③ end of the collimator 2285 91.39 5.291E+07 calculated④ 1st exposure cell 4785 191.4 1.206E+07 calculated⑤ 2nd exposure cell 6785 271.4 6.000E+06 measured
c.f. attenuation in the air has not been considered. So, the flux at the 1st exposure cell can be larger than above.
HANAROHANARO ・・ NR portNR port
試料位置中性子束: 6 x 106 n/cm2/sec 画像取得時間: 12 sec/image 1CTあたり200画像
Turn Table
X-ray Source Detector
産業用 X 線 CT
産業用X線仕様スキャン:トラバースローテーション方式(第 2 世代)X線出力: 400kV ,透過限界 鉄 100mm ,アルミ 300mm
: スライスエリア φ150mm , φ300mm , φ600mm 可変
厚: スライス 1.0mm , 2.0mm , 4.0mm 可変再構成画素: 512×512 or 1024×1024 or 2048×2048
: スキャンモード nomal(fast) or fine(slow) ful(360) or half(180)
投影データ収集 前処理 画 像
再構成
CT断面像
CRT
スライス厚
トラバース
ローテーション
α角度割り出し
多チャンネル検出器( 176 )
X線ファン角
α ( 30° )
X 線管X 線CTスキャナTR方式のデータ収
集法
X 線 CT ボリュームデータ 中性子線 CT ボリュームデータ
X 線 CT断層データ 中性子線 CT断層データ
3.相互情報量( MI )最大化を用いた3次元位置合わせ
相互情報量( MI )とは...ある情報を知った時,別の情報に関して得られる情報量ある情報 A と別の情報 B が共有する情報量の尺度
ABHBHAH
ABHBH
BAHAHBAMI
,
H(A|B)
H(B)H(A)
H(B|A)MI(A,B)
H(A,B)
相互情報量が小さいほど事象 A ,事象 B は独立
相互情報量が大きいほど事象 A ,事象 B は依存性が高い
A を知った時B に関して得られる情報量B を知った時A に関して得られる情報量
エントロピー: n個の事象が確率 p1 , p2 , ,・・・ pn で発生するものとするとき,どれが発生したかの不確定さを表す尺度
n
iii pppH
12log
ba BA
AB
bPaP
baPbapBAMI
,AB )()(
),(log),(),(
:結合確率分布:周辺確率分布,
:確率変数,
),(
)()(
baP
bPaP
BA
AB
AA
画像への適応
ji ji
ij
hh
Nhh
NMI
,ij log
1
周辺確率分布 N
haP i
A N
hbP j
B
結合確率分布 N
hbaP ij
AB ,
画像 A の濃淡
画像
Bの濃淡
Joint histgram
A,B を確率変数とする時...
事象 A,B が同時に起こる確率分布と
事象 A.B が完全に独立である場合に事象 A,B が同時に起こる確率分布の差を測る量。 独立であれば0となり,依存するほど、大き
な値
確率分布にヒストグラムを利用
2枚の画像が正しくレジストレーションされた時に、対応する画素の統計的な依存性が最大になる。
2枚の画像が正しくレジストレーションされた時に、MI は最大となる
ヒストグラム ji hh ,
ジョイントヒストグラムijh
位置合わせ前
位置合わせ後
X 線 CT データ
中性子線 CT データ
X 線 CT データ
中性子線 CT データ
4.おわりに,および今後の課題
・X線CT,中性子線CTで試料の計測を行った・両CTにより計測したデータを,相互情報量(MI)最大化を用いて位置合わせを行い,位置決めが可能であることが分かった
今後の課題
・さらに様々な試料にて検証・位置決めの計算時間の短縮・内部が不鮮明または,アーチファクト等のノイズが大 きい場合の位置決め精度について検証・仮想モデル(ファントム)でのシミュレーション検証の実施
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