Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa

Röntgentomografia on kuvantamismenetelmä, jonka avulla kappaleesta pystytään muodostamaan kolmiulotteinen rekonstruktio ilman kappaleen rikkomista. Tutkittavasta näytteestä otetaan useasta eri suunnasta varjokuvia, joista lasketaan kappaleen rakenteen paljastavia poikkileikekuvia. Jyväskylän yliopis...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Laitinen, Jussi
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Fysiikan laitos, University of Jyväskylä, Jyväskylän yliopisto
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2018
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/57984
_version_ 1826225725111271424
author Laitinen, Jussi
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Fysiikan laitos University of Jyväskylä Jyväskylän yliopisto
author_facet Laitinen, Jussi Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Fysiikan laitos University of Jyväskylä Jyväskylän yliopisto Laitinen, Jussi Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Fysiikan laitos University of Jyväskylä Jyväskylän yliopisto
author_sort Laitinen, Jussi
datasource_str_mv jyx
description Röntgentomografia on kuvantamismenetelmä, jonka avulla kappaleesta pystytään muodostamaan kolmiulotteinen rekonstruktio ilman kappaleen rikkomista. Tutkittavasta näytteestä otetaan useasta eri suunnasta varjokuvia, joista lasketaan kappaleen rakenteen paljastavia poikkileikekuvia. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella tutkitaan heterogeenisia materiaaleja röntgenmikrotomografialla, joka mahdollistaa mikrometrien kokoluokkaa olevan erotuskyvyn saavuttamisen. Tavanomaisia rekonstruktioalgoritmeja käytettäessä on tärkeää, että tutkittava kappale mahtuu kokonaisuudessaan jokaiseen otettuun varjokuvaan. Muuten rekonstruktiossa voi esiintyä sen kvantitatiivista analysointia vaikeuttavia artefakteja. Tämän työn tavoitteena on toteuttaa kaksi röntgenmikrotomografiakuvaukseen sopivaa menetelmää varjokuvien korjaamiseen siten, että virheettömän rekonstruktion tekeminen kappaleen sisäisestä tarkastelutilavuudesta (engl. region of interest, ROI) on mahdollista, sekä arvioida toteutettujen menetelmien käyttökelpoisuutta. Toteutetut menetelmät perustuvat varjokuvien korjaamiseen hyödyntäen koko kappaleen rekonstruktion uudelleenprojisointia. Korjauksen tekemistä varten tulee suorittaa kaksi kuvausta tutkittavalle näytteelle, yksi koko kappaleelle ja toinen kiinnostuksen kohteena olevalle pienemmälle tarkastelutilavuudelle kappaleen sisällä. Menetelmistä tehtiin kaksiulotteiset toteutukset Matlab-ohjelmointikielellä, minkä jälkeen niitä testattiin täysin simuloidulla tomografiakuvauksella. Simulaatiot osoittivat menetelmien toimivan ideaalisessa tilanteessa todella hyvin. Tämän jälkeen menetelmien toimivuutta kokeiltiin oikeissa tomografiakuvauksissa puukorkki- ja kivinäytteelle. Menetelmät toimivat kohtalaisen hyvin tilanteissa, joissa näytteen paikka pysyi suunnilleen muuttumattomana pystysuunnassa ensimmäisen ja toisen kuvauksen välillä. Korjausten tekeminen ei kuitenkaan tuottanut merkittävää parannusta rekonstruktioiden laatuun varsinkaan puukorkin tapauksessa. Syynä tähän voi olla puukorkin tasalaatuinen rakenne. Menetelmien hyödyt tulevat luultavasti paremmin esiin silloin, kun tarkasteltava sisäinen tilavuus on pienempi näytteen kokoon verrattuna ja näytteen rakenne on heterogeenisempi. Seuraavat kehitysaskeleet ovat hyvän kuvanrekisteröintialgoritmin toteuttaminen, algoritmien laajentaminen kolmiulotteisiksi ja suorituskyvyn parantaminen. X-ray tomography is a non-destructive imaging method, which makes it possible to reconstruct three-dimensional structure of the sample. Multiple X-ray projections of the sample are acquired from different directions from which two-dimensional cross-sectional slices of the sample can be calculated. A technique called X-ray microtomography, which allows spatial resolution order of micrometre, is utilized in Physics Department of University of Jyväskylä to study various kinds of heterogeneous materials. Ordinarily used reconstruction algorithms require that a whole sample must fit in each taken projection image. Otherwise a reconstruction can suffer from artefacts, which make quantitative image analysis difficult. The purpose of this work is to implement two methods to reconstruct a subvolume (or region of interest, ROI) of the sample without artefacts and evaluate usefulness of the implemented methods. The methods are based on utilizing a forward projection of the whole sample reconstruction. Thus, methods require two scans, one for the whole sample and another for the region of interest inside the sample. Two-dimensional versions of the methods were implemented with Matlab and they were tested in the simulated tomography scans. Simulations showed that the methods work well in ideal situation. After simulations methods were tested in real scans for cork and stone samples. Methods worked quite well when the vertical movement of the sample was not remarkable between the whole body and region of interest scans. However, methods did not enhance the quality of the reconstruction remarkably especially in the case of cork sample, a structure of which is quite homogeneous. Benefits of the corrections would probably be more remarkable when the region of interest is smaller compared to a sample and a material of a sample is more heterogeneous. Next steps are to develop a good image registration algorithm, make three dimensional versions of the algorithms and make them more efficient.
first_indexed 2018-05-16T20:21:33Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Kataja, Markku", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Laitinen, Jussi", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2018-05-16T09:05:56Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2018-05-16T09:05:56Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2018", "language": null, "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/57984", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "R\u00f6ntgentomografia on kuvantamismenetelm\u00e4, jonka avulla kappaleesta pystyt\u00e4\u00e4n\nmuodostamaan kolmiulotteinen rekonstruktio ilman kappaleen rikkomista. Tutkittavasta\nn\u00e4ytteest\u00e4 otetaan useasta eri suunnasta varjokuvia, joista lasketaan kappaleen\nrakenteen paljastavia poikkileikekuvia. Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopiston fysiikan laitoksella\ntutkitaan heterogeenisia materiaaleja r\u00f6ntgenmikrotomografialla, joka mahdollistaa\nmikrometrien kokoluokkaa olevan erotuskyvyn saavuttamisen.\n\nTavanomaisia rekonstruktioalgoritmeja k\u00e4ytett\u00e4ess\u00e4 on t\u00e4rke\u00e4\u00e4, ett\u00e4 tutkittava kappale\nmahtuu kokonaisuudessaan jokaiseen otettuun varjokuvaan. Muuten rekonstruktiossa\nvoi esiinty\u00e4 sen kvantitatiivista analysointia vaikeuttavia artefakteja.\nT\u00e4m\u00e4n ty\u00f6n tavoitteena on toteuttaa kaksi r\u00f6ntgenmikrotomografiakuvaukseen sopivaa\nmenetelm\u00e4\u00e4 varjokuvien korjaamiseen siten, ett\u00e4 virheett\u00f6m\u00e4n rekonstruktion\ntekeminen kappaleen sis\u00e4isest\u00e4 tarkastelutilavuudesta (engl. region of interest, ROI)\non mahdollista, sek\u00e4 arvioida toteutettujen menetelmien k\u00e4ytt\u00f6kelpoisuutta. Toteutetut\nmenetelm\u00e4t perustuvat varjokuvien korjaamiseen hy\u00f6dynt\u00e4en koko kappaleen\nrekonstruktion uudelleenprojisointia. Korjauksen tekemist\u00e4 varten tulee suorittaa\nkaksi kuvausta tutkittavalle n\u00e4ytteelle, yksi koko kappaleelle ja toinen kiinnostuksen\nkohteena olevalle pienemm\u00e4lle tarkastelutilavuudelle kappaleen sis\u00e4ll\u00e4.\n\nMenetelmist\u00e4 tehtiin kaksiulotteiset toteutukset Matlab-ohjelmointikielell\u00e4, mink\u00e4\nj\u00e4lkeen niit\u00e4 testattiin t\u00e4ysin simuloidulla tomografiakuvauksella. Simulaatiot osoittivat\nmenetelmien toimivan ideaalisessa tilanteessa todella hyvin. T\u00e4m\u00e4n j\u00e4lkeen\nmenetelmien toimivuutta kokeiltiin oikeissa tomografiakuvauksissa puukorkki- ja\nkivin\u00e4ytteelle. Menetelm\u00e4t toimivat kohtalaisen hyvin tilanteissa, joissa n\u00e4ytteen\npaikka pysyi suunnilleen muuttumattomana pystysuunnassa ensimm\u00e4isen ja toisen\nkuvauksen v\u00e4lill\u00e4. Korjausten tekeminen ei kuitenkaan tuottanut merkitt\u00e4v\u00e4\u00e4 parannusta\nrekonstruktioiden laatuun varsinkaan puukorkin tapauksessa. Syyn\u00e4 t\u00e4h\u00e4n\nvoi olla puukorkin tasalaatuinen rakenne. Menetelmien hy\u00f6dyt tulevat luultavasti\nparemmin esiin silloin, kun tarkasteltava sis\u00e4inen tilavuus on pienempi n\u00e4ytteen kokoon\nverrattuna ja n\u00e4ytteen rakenne on heterogeenisempi. Seuraavat kehitysaskeleet\novat hyv\u00e4n kuvanrekister\u00f6intialgoritmin toteuttaminen, algoritmien laajentaminen\nkolmiulotteisiksi ja suorituskyvyn parantaminen.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "X-ray tomography is a non-destructive imaging method, which makes it possible to\nreconstruct three-dimensional structure of the sample. Multiple X-ray projections\nof the sample are acquired from different directions from which two-dimensional\ncross-sectional slices of the sample can be calculated. A technique called X-ray\nmicrotomography, which allows spatial resolution order of micrometre, is utilized in\nPhysics Department of University of Jyv\u00e4skyl\u00e4 to study various kinds of heterogeneous\nmaterials.\n\nOrdinarily used reconstruction algorithms require that a whole sample must fit in each\ntaken projection image. Otherwise a reconstruction can suffer from artefacts, which\nmake quantitative image analysis difficult. The purpose of this work is to implement\ntwo methods to reconstruct a subvolume (or region of interest, ROI) of the sample\nwithout artefacts and evaluate usefulness of the implemented methods. The methods\nare based on utilizing a forward projection of the whole sample reconstruction. Thus,\nmethods require two scans, one for the whole sample and another for the region of\ninterest inside the sample.\n\nTwo-dimensional versions of the methods were implemented with Matlab and they\nwere tested in the simulated tomography scans. Simulations showed that the methods\nwork well in ideal situation. After simulations methods were tested in real scans for\ncork and stone samples. Methods worked quite well when the vertical movement of\nthe sample was not remarkable between the whole body and region of interest scans.\nHowever, methods did not enhance the quality of the reconstruction remarkably\nespecially in the case of cork sample, a structure of which is quite homogeneous.\nBenefits of the corrections would probably be more remarkable when the region\nof interest is smaller compared to a sample and a material of a sample is more\nheterogeneous. Next steps are to develop a good image registration algorithm, make\nthree dimensional versions of the algorithms and make them more efficient.", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted using Plone Publishing form by Jussi Laitinen (jumalait) on 2018-05-16 09:05:54.095104. Form: Pro gradu -lomake (https://kirjasto.jyu.fi/julkaisut/julkaisulomakkeet/pro-gradu-lomake). JyX data: [jyx_publishing-allowed (fi) =True]", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by jyx lomake-julkaisija (jyx-julkaisija.group@korppi.jyu.fi) on 2018-05-16T09:05:56Z\nNo. of bitstreams: 2\nURN:NBN:fi:jyu-201805162626.pdf: 16636692 bytes, checksum: 7685f86be485e6843db6832af9112088 (MD5)\nlicense.html: 4835 bytes, checksum: fa9b7527933ba506b9eaaa20bf9a3678 (MD5)", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2018-05-16T09:05:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2\nURN:NBN:fi:jyu-201805162626.pdf: 16636692 bytes, checksum: 7685f86be485e6843db6832af9112088 (MD5)\nlicense.html: 4835 bytes, checksum: fa9b7527933ba506b9eaaa20bf9a3678 (MD5)\n Previous issue date: 2018", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "41", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": "en", "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "r\u00f6ntgentomografia", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "sis\u00e4isen tarkastelutilavuuden rekonstruointi", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "rekonstruktion uudelleenprojisointi", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Kappaleen sis\u00e4isen tarkastelutilavuuden rekonstruointi r\u00f6ntgentomografiassa", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-201805162626", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Fysiikan laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Applied Physics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Soveltava fysiikka", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.updated", "value": "2018-05-16T09:05:56Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "updated", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": null, "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": "fi", "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4023", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.okm", "value": "G2", "language": null, "element": "type", "qualifier": "okm", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_57984
language fin
last_indexed 2025-02-18T10:54:37Z
main_date 2018-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2018
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/7cc0fe6c-f35e-4a20-af40-f0f89f6ed029\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-201805162626.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2018
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Laitinen, Jussi Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa röntgentomografia sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi rekonstruktion uudelleenprojisointi Applied Physics Soveltava fysiikka 4023
title Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_full Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_fullStr Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_full_unstemmed Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_short Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_sort kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
title_txtP Kappaleen sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi röntgentomografiassa
topic röntgentomografia sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi rekonstruktion uudelleenprojisointi Applied Physics Soveltava fysiikka 4023
topic_facet 4023 Applied Physics Soveltava fysiikka rekonstruktion uudelleenprojisointi röntgentomografia sisäisen tarkastelutilavuuden rekonstruointi
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/57984 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-201805162626
work_keys_str_mv AT laitinenjussi kappaleensisäisentarkastelutilavuudenrekonstruointiröntgentomografiassa