Construction and geometric calibration of a new robot-driven scanning geometry
Creators: name: Saeid Nezhad, Nazila
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2020
Subjects: subject: Robotertechnik
subject: 629.892

description: Der zweite Prototyp einer neuentwickelten Roboter-angetriebenen CT-Geometrie ”WAT- CH” (Well Advanced Technique for Comupted Tomography with High Resolution) wurde in einem Röntgen-Strahlungslabor an der Otto-von-Guericke-Universität Magde-burg aufgebaut. Die neue Vorrichtung bietet alle Vorteile der ersten, dritten und vierten Generation des CT-Scanners. In der neuen Geometrie steht die Röntgen-Strahlungsquelle im Zentrum eines 180-Detektorrings. Die Röntgen-Strahlungsquelle dreht sich auf einer Kreisbahn um das Zielobjekt. Der Detektor bewegt sich gleichzeitig und behält seine ursprüngliche Richtung zum Zielobjekt. Die aus dieser Geometrie ermittelten Daten ergeben nicht-abstandsgleiche parallele Strahlen, die für den Rekonstruktionsalgorith-mus OPED“ (Orthogonal Polynomial Expansion on Disk) Ideal sind. Der erste Prototyp dieses Systems wurde im Helmholtz-Zentrum in München aufge-baut. Im ersten Modell sind Quelle und Detektor ortsfest und das Objekt bewegt sich um den Mittelpunkt. Im Gegensatz zu erstem Prototyp, ist das Objekt im zweiten Modell ortsfest und das System (Quelle und Detektor) dreht sich mit Hilfe eines KUKA-Roboterarms.Zudem wurde dieses System für die Bildrekonstruktion mit höher Auﬂösung (durch Anwendung des OPED-Rekonstruktionsalgorithmus verwendet. Darüber hinaus wurde eine neue Methodik für die geometrische Kalibration des Kegelstra- hl-CT in diesem Projekt vorgestellt. Anschließend wurde diese Methode angewandt, um geometrische Parameter für das WATCH-System festzustellen und die Qualität der rekonstruierten Bilder zu verbessern. Außerdem gibt das neue Phantom den Kalibra-tionspunkt präziser wieder, wodurch die Bestimmung der geometrischen Parameter des Kegelstrahl-CT deutlich verbessert wird. Schließlich wurde eine Fourier-basierte Methode eingesetzt, um das Auﬂösungsvermögen des WATCH-Systems zu validieren. Eine Methode zur Bestimmung der vor-gesampleten Modulatiosübertragungsfunktion durch Oversampling der Kantenspreizfunktion wurde angewendet. Die Beurteilung des Rauschverhaltens wurde durch eine Leistungsspektru-manalyse durchgeführt. Aufgrund der variierenden Anzahl von Röntgenphotonen wurde jedoch die Methode der lokalen Leistungsspektrumsanalyse übernommen.
description: The second prototype of a newly developed robot-driven CT geometry, named WATCH (Well Advanced Technique for Computed Tomography with High Resolution), has been constructed in the X-ray laboratory of Magdeburg university. This system oﬀers a potential advantage over the ﬁrst, third and fourth generations of CT scanners. In the new geometry, an x-ray source is located at the center of a 180-degree detector ring, and the x-ray source rotates around the object in a circular path. The detector arrangement is translated at the same time, but it keeps its initial orientation. The data acquired from this geometry provides non-equally spaced parallel rays which are ideal for the OPED reconstruction algorithm. The ﬁrst prototype of this system was constructed at Helmholtz center, Munich. In the ﬁrst model, the source and the detector system are stationary, and the object moves around the rotation center. In contrary to the ﬁrst prototype, in the new prototype system, the object is stationary and the source-detector arrangement moves around the object using a KUKA robotic arm. Moreover, this system was used for the high-resolution image reconstruction using the OPED reconstruction algorithm. Additionally, in this thesis, a novel cone-beam CT geometric calibration method has been developed, and a new calibration phantom has been introduced. This calibration technique was used to determine the geometric parameters of the WATCH system and to improve the quality of reconstructed images. The new phantom more precisely re-sembles a calibration point which consequently improves the estimation of the geometric parameters in cone-beam CTs. Finally, a Fourier based method was used to evaluate the image quality of the WATCH system. In this approach, we applied a method of determining the pre-sampled MTF by oversampling the edge spread function. The noise assessment on the reconstructed images was carried out using power spectral analysis, however, due to the variations in detected x-ray photons, a method for determining the local noise power spectrum was adopted.