Procedimiento y dispositivo de evaluación para determinar la ubicación de una estructura que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X.

Procedimiento para determinar la ubicación de una estructura anular que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X, que comprende las etapas:

- proporcionar un conjunto de datos de volumen determinado mediante tomografía computarizada de rayos X del objeto

(5) a examinar,

- definir varios planos de sección (S1 a Sn) a través de la estructura (20) que se encuentra en el objeto (5) y que se va a determinar con respecto a su ubicación espacial,

- determinar en cada caso conjuntos de datos de intersección a partir del conjunto de datos de volumen que reproducen el objeto (5) en el respectivo plano de corte (S1),

- evaluar los respectivos conjuntos de datos de intersección de la siguiente manera:

- binarizar el conjunto de datos de intersección para formar un conjunto de datos binarios,

- determinar los vóxeles de estructura (s) que reproducen la estructura (20) en el conjunto de datos binarios,

- determinar los vóxeles de superficie (f) que reproducen una superficie de objeto del objeto (5) en el conjunto de datos binarios,

- determinar un conjunto de datos de distancia (A) de modo que a cada vóxel de distancia (a) del conjunto de datos de distancia (A) se asigna un valor de distancia (w) que caracteriza la menor distancia del respectivo vóxel de distancia (a) con respecto a los vóxeles de superficie (f),

- determinar los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) en el conjunto de datos de distancia (A), y

- evaluar los valores de distancia (w) de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/069083.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHNELL, HOLGER, SCHON, WERNER, OECKL,STEVEN, MÜLLER,GUSTAV, PAPADOPOULOS,IOANNIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > COMPUTO; CALCULO; CONTEO > TRATAMIENTO O GENERACION DE DATOS DE IMAGEN, EN GENERAL... > G06T7/00 (Análisis de imagen, p. ej. desde un mapeado binario para obtener un mapeado no binario)

PDF original: ES-2497868_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo de evaluación para determinar la ubicación de una estructura que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de evaluación para determinar la ubicación de una estructura que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X.

El examen automático y sin destrucción de objetos o componentes constructivos mediante tomografía computarizada de rayos X adquiere cada vez más importancia en el aseguramiento de calidad. El desafío consiste, por un lado, en detectar de manera fiable defectos de material, como, por ejemplo, poros o grietas. Por otro lado, la medición dimensional de componentes constructivos es muy importante. Sin embargo, esta medición de componentes constructivos para comprobar si se cumplen las tolerancias de fabricación exigidas resulta difícil. En principio, a partir del conjunto de datos de volumen determinado mediante tomografía computarizada de rayos X del componente constructivo a examinar se puede determinar la distancia entre dos puntos seleccionados, por ejemplo, para determinar la ubicación de una estructura situada en el interior en el componente constructivo, sin embargo, esta determinación de distancia se dificulta por efectos perturbadores, como, por ejemplo, ruido, radiación difusa o endurecimiento de haz, ya que estos efectos perturbadores modifican o falsifican los valores de gris de los vóxeles en el conjunto de datos de volumen. Además, en la transición entre dos medios diferentes, como, por ejemplo, el material de objeto y el aire que se encuentra en un espacio hueco situado en el interior, se producen emborronamientos de valores de gris que dificultan una medición dimensional del componente constructivo.

El artículo especializado Lin X. et al:"Visualisation of Left Ventricular Dysfunction in the Virtual Pathological Heart", 14th International Conference Information Visualisation, IEEE, 26/07/2010, páginas 635 a 640, se refiere a un procedimiento para visualizar la cámara izquierda del corazón humano mediante datos que se detectaron mediante tomografía de resonancia magnética. Para la visualización de la cámara izquierda del corazón se reconstruye la superficie de la misma o la superficie interior del corazón. Para la determinación de la superficie se forman cortes bidimensionales a partir de una nube de puntos tridimensional cuyos píxeles se binarizan en función de la asociación a la cámara izquierda del corazón. A continuación, los cortes binarizados se unen para formar una superficie tridimensional.

El artículo especializado Russ J.C.: "Measurement of Depletion Layer Thickness in Metal Grains" Journal of Computer-Assisted Microscopy, tomo 3, nº 1, 1991, páginas 7 a 13, da a conocer un procedimiento para la medición de grosor de una capa útil en la que existe un número reducido de partículas de carbono a lo largo de los límites de grano de granos de metal. El grosor de capa se determina mediante la distancia euclidiana de las partículas de carbono individuales con respecto al límite de grano.

La invención se basa en el objetivo de crear un procedimiento sencillo, exacto y automático para determinar la ubicación de una estructura anular que se encuentra en un objeto o un componente constructivo a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. A partir de los conjuntos de datos de proyección determinados mediante tomografía computarizada de rayos X del objeto o componente constructivo a examinar se reconstruye en primer lugar de manera habitual un conjunto de datos de volumen. A continuación se define un plano de sección a través de la estructura que se encuentra en el objeto y que se va a determinar con respecto a su ubicación espacial. Esta estructura es, por ejemplo, un espacio hueco. En principio, el plano de sección se puede elegir libremente y resulta de la tarea de medición. A partir del conjunto de datos de volumen se determina, mediante el plano de sección definido, un conjunto de datos de intersección que reproduce el objeto en el plano de sección. Para poder determinar de manera sencilla y exacta la ubicación de la estructura con respecto a una superficie del objeto, el conjunto de datos de intersección en primer lugar se binariza, de modo que se genera un conjunto de datos binarios. Para conseguir una alta precisión, la binarización se debe realizar de manera lo más exacta posible, de modo que, a ser posible, vóxeles del conjunto de datos binarios no se asocian de manera errónea al objeto o no se asocian al objeto. Por tanto, el conjunto de datos binarios contiene vóxeles con un primer valor binario que caracterizan el objeto y vóxeles con un segundo valor binario que no caracterizan el objeto, esto es, el fondo, artefactos, estructuras que no son de interés alrededor de la estructura a determinar con respecto a su ubicación.

A partir de los vóxeles del conjunto de datos binarios que presentan el segundo valor binario se determinan a continuación los vóxeles que reproducen exclusivamente la estructura que es de interés. Estos vóxeles se denominan vóxeles de estructura. Éstos vóxeles se determinan, por ejemplo, de modo que vóxeles adyacentes, que presentan todos el segundo valor binario, se analizan con respecto a su forma, tamaño, ubicación y/o entorno, de modo que se pueden determinar de manera unívoca la estructura que es de interés o los vóxeles de estructura correspondientes. Para poder determinar la ubicación de la estructura que es de interés con respecto a la superficie de objeto, se determinan además los vóxeles que reproducen la superficie de objeto en el conjunto de datos binarios. Estos vóxeles se denominan vóxeles de superficie. Los vóxeles de superficie resultan en el conjunto de datos binarios de la transición entre los vóxeles que presentan el primer valor binario, que caracterizan el objeto, y

los vóxeles que presentan el segundo valor binario, que no caracterizan el objeto. Los vóxeles que se encuentran en esta transición, que presentan el primer valor binario, constituyen los vóxeles de superficie.

Mediante los vóxeles de superficie determinados se determina a continuación un conjunto de datos de distancia. Los vóxeles del conjunto de datos de distancia se denominan vóxeles de distancia. A cada vóxel de distancia se asigna un valor de distancia que caracteriza la menor distancia del respectivo vóxel de distancia con respecto a los vóxeles de superficie. La menor distancia se puede calcular según diferentes métricas, por ejemplo, según la métrica euclidiana o según la métrica Manhattan o la métrica Cityblock. Preferiblemente, a los vóxeles de distancia se asignan valores de distancia que caracterizan la menor distancia con respecto a los vóxeles de superficie en vóxeles enteros.

Partiendo del conjunto de datos de distancia se puede determinar de manera sencilla la ubicación espacial de la estructura con respecto a la superficie de objeto al evaluarse a partir del conjunto de datos de distancia los vóxeles de distancia correspondientes a los vóxeles de estructura y sus valores de distancia.

La definición de varios planos de sección y la determinación y la evaluación de conjuntos de datos de intersección asociados posibilita la comprobación de estructuras anulares, en particular de canales o espacios huecos anulares. La determinación de ubicación se realiza en particular mediante cortes centrales, esto es, planos de sección que discurren a través de un eje común. Por tanto, se puede determinar en distancias angulares previamente definidas la ubicación de la estructura en el objeto. Esto se puede... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para determinar la ubicación de una estructura anular que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X, que comprende las etapas:

- proporcionar un conjunto de datos de volumen determinado mediante tomografía computarizada de rayos X del objeto (5) a examinar, -definir varios planos de sección (S1 a Sn) a través de la estructura (20) que se encuentra en el objeto (5) y que se va a determinar con respecto a su ubicación espacial, -determinar en cada caso conjuntos de datos de intersección a partir del conjunto de datos de volumen que reproducen el objeto (5) en el respectivo plano de corte (S1) , -evaluar los respectivos conjuntos de datos de intersección de la siguiente manera: -binarizar el conjunto de datos de intersección para formar un conjunto de datos binarios, -determinar los vóxeles de estructura (s) que reproducen la estructura (20) en el conjunto de datos binarios, -determinar los vóxeles de superficie (f) que reproducen una superficie de objeto del objeto (5) en el conjunto de datos binarios, -determinar un conjunto de datos de distancia (A) de modo que a cada vóxel de distancia (a) del conjunto de datos de distancia (A) se asigna un valor de distancia (w) que caracteriza la menor distancia del respectivo vóxel de distancia (a) con respecto a los vóxeles de superficie (f) , -determinar los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) en el conjunto de datos de distancia (A) , y -evaluar los valores de distancia (w) de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que antes de determinar el conjunto de datos de distancia (A) se transforma al menos uno de los conjuntos de datos de modo que al menos una parte de los vóxeles de superficie (f) quedan orientados de manera paralela con respecto a un eje de coordenadas (u, v, w) de un sistema de coordenadas cartesianas (K) .

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el conjunto de datos de volumen se transforma mediante las siguientes etapas:

- binarizar el conjunto de datos de volumen para formar un conjunto de datos de volumen binario, -definir dos planos de sección de corrección (S1, S2) que se intersecan a través del objeto (5) , -determinar conjuntos de datos de intersección de corrección a partir del conjunto de datos de volumen binario que reproducen el objeto (5) en el respectivo plano de sección (S1, S2) , -determinar dos ángulos de ladeo (α) a partir de los conjuntos de datos de intersección de corrección, caracterizando cada ángulo de ladeo (α) la ubicación de los vóxeles de superficie (f) que reproducen una superficie de objeto con respecto a un eje de coordenadas (u, v, w) de un sistema de coordenadas cartesianas (K) , y -transformar el conjunto de datos de volumen mediante los ángulos de ladeo (α) determinados de modo que los vóxeles de superficie (f) utilizados para determinar los ángulos de ladeo (α) discurren de manera paralela en cada caso con respecto a uno de los ejes de coordenadas (u, v, w) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la binarización del conjunto de datos de intersección se realiza de modo que -los vóxeles de canto que reproducen los cantos del objeto (5) se determinan en el conjunto de datos de intersección, 50 -mediante los vóxeles de canto determinados para cada vóxel en el conjunto de datos de intersección se determina el número de los puntos de intersección de varias líneas rectas (G1 a G8) orientadas de diferente manera á través del vóxel con los cantos, y -el respectivo vóxel en el conjunto de datos binarios 55 --se asigna al objeto (5) cuando la mayoría de las líneas rectas (G1 a G8) tiene un número impar de puntos de intersección y --no se asigna al objeto (5) cuando la mayoría de las líneas rectas (G1 a G8) tiene un número par de puntos de intersección.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la determinación de los vóxeles de estructura (s) se realiza en el conjunto de datos binarios de modo que -vóxeles interconectados con un valor binario unitario se asignan en cada caso a una región, -las regiones se evalúan con respecto a al menos una propiedad, .

65. una de las regiones se clasifica como la estructura (20) con los vóxeles de estructura (s) asociados.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se genera un conjunto de datos binarios de estructura en el que los vóxeles de estructura (s) tienen un primer valor binario y todos los demás vóxeles tienen un segundo valor binario.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la determinación de los vóxeles de superficie (f) se realiza en el conjunto de datos binarios de modo que

- los vóxeles se recorren en una dirección de marcha, y -el vóxel se determina en cada caso como vóxel de superficie (f) que se detecta como asignado al objeto (5) por primera vez al pasar en la dirección de marcha.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se genera un conjunto de datos binarios de superficie en el que los vóxeles de superficie (f) tienen un primer valor binario y todos los demás vóxeles tienen un segundo valor binario.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que se determina el conjunto de datos de distancia

(A) partiendo del conjunto de datos binarios de superficie al asignarse en éste a los vóxeles provistos del segundo valor binario en cada caso un valor de distancia (w) y al formar los vóxeles provistos del valor de distancia (w) los vóxeles de distancia (a) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que la determinación de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) se realiza mediante el conjunto de datos binarios de estructura.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la evaluación de los valores de distancia (w) de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) se realiza de modo que se determina un valor extremo.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que los planos de sección (S1 a Sn) discurren a través de un eje común (17) .

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la evaluación de los valores de distancia (w) de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) en los conjuntos de datos de distancia (A) que pertenecen a los conjuntos de datos de intersección se realiza de modo que

- se determina en cada caso un valor extremo, -los valores extremos se representan en función de los planos de intersección (S1 a Sn) , y -los valores extremos se procesan posteriormente.

14. Dispositivo de evaluación para determinar la ubicación de una estructura anular que se encuentra en un objeto a examinar mediante tomografía computarizada de rayos X que está configurado de modo que

- se puede proporcionar un conjunto de datos de volumen determinado mediante tomografía computarizada de rayos X del objeto (5) a examinar, -se pueden definir varios planos de sección (S1 a Sn) a través de la estructura (20) que se encuentra en el objeto (5) y que se va a determinar con respecto a su ubicación espacial, -se pueden determinar respectivos conjuntos de datos de intersección a partir del conjunto de datos de volumen que reproducen el objeto (5) en el respectivo plano de sección (S1) , -se pueden evaluar los respectivos conjuntos de datos de intersección de la siguiente manera: -el conjunto de datos de intersección se puede binarizar para formar un conjunto de datos binarios, -se pueden determinar los vóxeles de estructura (s) que reproducen la estructura (20) en el conjunto de datos binarios, -se pueden determinar los vóxeles de superficie (f) que reproducen una superficie de objeto del objeto (5) en el conjunto de datos binarios, -se puede determinar un conjunto de datos de distancia (A) de modo que a cada vóxel de distancia (a) del conjunto de datos de distancia (A) se asigna un valor de distancia (w) que caracteriza la menor distancia del respectivo vóxel de distancia (a) con respecto a los vóxeles de superficie (f) , -se pueden determinar los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) en el conjunto de datos de distancia (A) , y -se pueden evaluar los valores de distancia (w) de los vóxeles de distancia (a) correspondientes a los vóxeles de estructura (s) .

15. Tomógrafo computarizado de rayos X, con -una fuente de rayos X (6) para irradiar un objeto (5) a examinar desde varias direcciones de proyección (Ï) con radiación de rayos X (9) ,

- un detector de rayos X (7) para detectar la radiación de rayos X (9) , -un soporte de objeto (8) para colocar el objeto (5) entre la fuente de rayos X (6) y el detector de rayos X (7) , y -un dispositivo de evaluación (14) según la reivindicación 14.