Zobaczyć więcej – tomograficzne obrazy 3D

1. Zobaczyć więcej – tomograficzne obrazy 3D dr Laurent Babout dr inż. Marcin Janaszewski mgr inż. Michał Postolski mgr inż. Łukasz Jopek Katedra Informatyki Stosowanej, WEEiA, PŁ XI Festiwal Nauki Techniki i Sztuki, IFE-PŁ, 14 kwietnia 2011r

2. Spis treści • Dlaczego obrazy 3D są potrzebne? • Zalety tomografii rentgenowskiej • Zasada działania tomografii • Zastosowanie tomografii rentgenowskiej do analizy pęknięć korozyjnych w materiałach • Zastosowanie tomografii rentgenowskiej w ilościowej analizie drzew oskrzelowych

3. Dlaczego obrazy 3D są potrzebne? • Świat jest trójwymiarowy. • Obrazy 2D pokazują wiele ale nie pokazują co jest przed. • Czasami obrazy 2D prowadzą do błędnej interpretacji (dwa obiekty w 2D mogą stanowić jeden obiekt w 3D) • Wizualizacja stereoskopowa obrazów 3D otwiera nowe możliwości i dostarcza dużo zabawy

4. Zalety tomografii rentgenowskiej Nieinwazyjna metoda diagnostyki Generuje obrazy 3D Umożliwia badanie różnego rodzaju obiektów: istoty żywe, materiały, procesy przemysłowe, produkty przemysłowe, różne dziedziny nauki CAD

5. Transformata Radona Filtrowana projekcja wsteczna (inwersja transformaty Radona) Piksel kąt (°) Zasada działania tomografii rentgenowskiej Natężenie 0 1 0 Detektor I0 przekrój obiektu I Piksel 600 Obraz tomograficzny mapa 3D lokalnego współczynnika pochłaniania

6. Eksploracja 3D szczeliny korozyjnej • Korozja jest wszędzie i może w różny sposób wpływać na nasze życie codzienne • …również w przemyśle stanowi duży problem • Mikrostruktura materiału powinna być optymalizowana pod kątem odporności na korozję

7. W jaki sposób obrazy tomograficzne mogą pomóc? • Analiza zjawisk we wnętrzu materiału • Uzyskanie lepszej korelacji i zrozumienia interakcji szczeliny korozyjnej z mikrostrukturą • Jak szczelina rozrasta się od powierzchni materiału do jego wnętrza • Jak, gdzie i kiedy powstają wiązadła mostowe • Ułatwia wyznaczanie lepszych modeli mikrostruktury • Umożliwia analizę pełnej historii pęknięć. Wymaga przeprowadzenia eksperymentu in situ.

8. Eksperyment* wymaga przygotowań … i środków ostrożności 302 pręt stali nierdzewnej (Φ0.4mm) Pojemnik z kwasem (K2S4O6 – pH 2) • SR: 0.7 μm, E=30 keV, 1500 projekcji, czas skanowania: 30 min. *przeprowadzony w ID19 “X-ray microtomography” beam-line w ESRF (Grenoble, Francja. url: www.esrf.eu)

9. Rendering 3D próbki materiału

10. Podróż 3D do wnętrza próbki Algorytm wypełniania otworów rozpoznaje i wydobywa wiązadła mostowe

11. Historia degradacji próbki aż do jej rozerwania Pełna historia procesu pękania: nałożenie obrazu szczeliny i mostów na popękaną powierzchnię próbki

12. Nowe kierunki badań: porównanie z innymi technikami wizualizacji Mikroskopia elektronowa Dyfrakcyjna tomografia kontrastowa

13. Ilościowy opis oskrzeli na bazie obrazów tomograficznych • Tchawica • Oskrzela główne • Oskrzela płatowe (6 to15 mm) • Oskrzeliki (1 to 5mm) • Oskrzeliki końcowe (0.7mm)

14. Choroby oskrzeli • Astma • Choruje 300 milionów na Świecie. • 250000 tyś ludzi umiera rocznie. • Przewlekła obturacyjna choroba płuc • WHO przewiduje, że POChP w 2030 roku stanie się 4 przyczyną zgonów na Świecie. • Aktualnie stosowane jedynie leczenie objawowe

15. Nowoczesne badanie oskrzeli

16. Program do ilościowej analizy drzew oskrzelowych • 2 algorytmy segmentacji drzewa oskrzelowego • 10 algorytmów szkieletyzacji drzewa oskrzelowego • Konwersja szkieletu do grafu • Możliwość wyboru dowolnej gałęzi grafu • 5 algorytmów generacji wektorów równoległych do szkieletu • Możliwość dokonania przekroju 2D prostopadłego do szkieletu w dowolnym wokselu wybranej gałęzi • 3 algorytmy pomiaru prześwitu i grubości ścianki oskrzeli na bazie przekroju 2D

17. Wynik segmentacji oskrzeli

18. Wynik szkieletyzacji

19. Konwersja szkieletu do postaci grafu

20. Wyznaczanie objętości każdej gałęzi oskrzela

21. Selekcja przekroju 2D

22. Wykres pola prześwitu oskrzeli dla wybranej gałęzi

23. Detekcja granic ściany oskrzeli

24. Realizowane projekty • Zamykanie i wypełnianie otworów w obiektach występujących na obrazach tomograficznych Współpraca: Uniwersytet Paryż Wschodni • Zastosowanie zamykania i wypełniania otworów do detekcji wiązadeł mostowych na bazie tomograficznych obrazów pęknięć korozyjno naprężeniowych w stali nierdzewnej Współpraca: Uniwersytet w Manchesterze , • Segmentacja obrazów tomograficznych stopów tytanu o strukturze płytkowej. Współpraca: MATEIS, INSA Lyon Francja • Ilościowa analiza oskrzeli na bazie tomograficznych obrazów klatki piersiowej Współpraca: Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Uniwersytet Paryż Wschodni • Budowa profesjonalnego systemu wizualizacji stereoskopowej współpraca: Uniwersytet w Manchesterze i Uniwersytet Paryż Wschodni

25. Dziękujemy za uwagę lbabout@kis.p.lodz.pl, janasz@kis.p.lodz.pl Katedra Informatyki Stosowanej Bud. WEEIA (A10) pok. 318