Laboratoř rentgenové tomografie

Vedoucí: Vopálenský Michal, doc. Ing. Ph.D.

Tel.: +420 567 225 343

O nás

V laboratoři rentgenové tomografie se věnujeme vývoji a optimalizaci metod rentgenové radiografie a mikrotomografie (uXCT) pro detailní 2D a 3D charakterizaci širokého spektra materiálů, od stavebních hmot a průmyslových obrobků přes biologické vzorky až po objekty kulturního dědictví. Zkoumáme možnosti zvyšování kontrastu a rozlišení pro analýzu komplexních a heterogenních struktur, studujeme vliv různých faktorů (např. stárnutí, degradace) na mikrostrukturu materiálů a pracujeme na vývoji pokročilých algoritmů pro zpracování a analýzu tomografických dat.

Pracujeme s unikátním patentovaným tomografem TORATOM. Jsme aktivní v mezinárodní výzkumné skupině MEDIPIX, koordinované v CERN. Disponujeme prototypem velkoplošného photon-countového detektoru WidePix, vhodného zejména pro měření na nízkých energiích. Vývoj kalibračních a akvizičních algoritmů pro tento detektor probíhá v rámci našich aktivit v mezinárodní výzkumné skupině MEDIPIX, koordinované v CERN.

Kromě rentgenových zobrazovacích metod se v menším rozsahu věnujeme také rentgenové fluorescenci (XRF) pro neinvazivní zjištění složení materiálů.

V omezené míře nabízíme své kapacity partnerům z akademické, průmyslové i kulturní sféry. Umíme provést nedestruktivní 3D analýzu vnitřní struktury, detekci defektů, kvantifikaci pórovitosti, analýzu distribuce fází a zjištění dalších charakteristik využitelných pro materiálový výzkum, kontrolu kvality, diagnostiku poruch a restaurování objektů kulturního dědictví.

Výzkumná infrastruktura

Experimentální tomograf TORATOM

TORATOM (Twinned Orthogonal Adjustable Tomograph) je zařízení vyvinuté a patentované na ÚTAM AV ČR. Jedná se v podstatě o dva nezávislé jednoosé tomografy na jednom stole, přičemž zobrazovací osy jsou navzájem kolmé a rotační platforma je sdílená. Horizontální a vertikální pohyby detektorů, rentgenek a rotační platformy jsou ovládané z řídicího PC a geometrické uspořádání lze nastavit v širokém rozmezí a s vysokou přesností.

Experimentální tomograf TORATOM se dvěma kolmými zobrazovacími osami.

Plošné 2D scanování

Popsané uspořádání umožňuje využít TORATOM pro velkoplošné radiografické scanování, kdy se jeden zobrazovací pár (rentgenka a protilehlý detektor) postupně synchronně přesouvají a v každé poloze se pořizuje snímek scanovaného objektu. Všechny takto vzniklé dlaždice se posléze spojí do jednoho radiogramu. Tento postup je vhodný zejména pro scanování obrazů a deskových maleb. Rozlišení je v tomto případě omezeno v podstatě jenom vlastnostmi rentgenky a detektoru a v případě zařízení TORATOM se jedná o přibližně 10 μm / pixel.

Výpočetní tomografie (CT)

Hlavní oblastí využití zařízení TORATOM je výpočetní tomografie. Vzhledem k použití rentgenek s kuželovým svazkem (cone-beam) je možné nastavit projekční zvětšení polohou scanovaného objektu mezi zdrojem rentgenového záření a detektorem. Se zvětšením pak přímo souvisí velikost voxelu v rekonstruovaném modelu. V praxi je největší možné zvětšení zpravidla omezeno velikostí předmětu, neboť je žádoucí, aby jeho projekce během otáčení byly vždy v celé šířce promítány na aktivní plochu detektoru. Pro velmi malé objekty je pak limitem kvalita rentgenky (spotu). Se současným vybavením je teoretické nejlepší rozlišení zhruba 10 μm / voxel v případě rentgenky 240 kV a až 1 μm / voxel v případě rentgenky 160 kV. Největší objekt, který je možné scanovat, je o průměru zhruba 600 mm. Velikost voxelu je v takovém případě kolem 100 μm.

Speciální úlohy

Kolmé uspořádání dvou zobrazovacích os umožňuje realizaci některých specifických experimentů. První možností je DSCT (Dual Source Computed Tomography), kde jsou použity stejné parametry rentgenového záření a pokud možno i stejné detektory. Potom je možné současně nabírat obrazová data ze dvou kolmých směrů a zkrátit tím dobu měření.

Pokročilejším módem je pak DSDE CT (Dual Source Dual Energy CT), kde je v každé zobrazovací ose použito jiných parametrů rentgenového svazku. Takto je možné během jedné otáčky nabrat současně data na dvou různých energiích. Oproti běžnému způsobu, tj. postupnému nabrání dvou datových sad s jednou zobrazovací osou, je zde významná úspora času. Především však tento mód umožňuje současné pořízení obrazových dat na různých energiích u neopakovatelných, dynamických dějů.

Posledním využívaným módem je diskrétní tomografie, kde se z pouhých dvou kolmých zobrazení pořízených ve stejný okamžik rekonstruuje 3D model snímané scény. Takto sice není možné získat vysoce detailní kvalitní model, ale je například možné sledovat prostorový pohyb kontrastních částic u relativně rychlých dynamických dějů (PTV, particle tracking velocimetry).

Zdroje rentgenového záření

XWT-240-SE s reflexním terčem, X-RAY WorX GmbH, Německo