Beeldreconstructie voor in situ Computer Tomografie

Computer Tomografie (CT) is een krachtige, niet-destructieve techniek voor het genereren van 2-D en 3-D beelden van een object, op basis van X-stralenbeelden. Conventionele CT vereist dat het object ingebracht wordt in een CT scanner en dat veel X-stralenbeelden worden opgenomen voorafgaand aan de reconstructie van het 3D beeld. Er zijn echter veel situaties waarbij deze vereisten niet voldaan zijn: als het object een vast onderdeel is van een ander, groter object dat niet in de scanner past; als het bewegen van het object gevaarlijk is (explosieven); als beweging van het object de omgeving zou verstoren/bevuilen (plaats van misdaad); als het object niet makkelijk kan verplaatst worden (paard met een gebroken bot); of als het object te waardevol is om te verplaatsen (cultureel erfgoed).In dergelijke situaties is in situ X-stralenbeeldvorming vereist. Draagbare X-stralentoestellen, zoals een hand-X-stralencamera of een robotsysteem, zijn beschikbaar op de markt, maar deze kunnen slechts enkele of een serie van afzonderlijke X-stralenbeelden genereren. Het is momenteel niet mogelijk om een 3D beeld te reconstrueren uitgaande van dergelijke sets van X-stralenbeelden. Immers:1. In tegenstelling tot conventionele CT-scanners is de exacte positie en oriëntatie van het X-stralenbron/detector systeem ten opzichte van het object niet gekend. 2. Indien een hand-X-stralencamera of een robotsysteem wordt gebruikt is het scanproces tijdrovend, wat het aantal voor tomografie op te nemen X-stralenbeelden beperkt. De huidige CT reconstructiealgoritmen vereisen een groot aantal X-stralenbeelden om tot accurate resultaten te komen. 3. Het opnemen van X-stralenbeelden vanuit alle mogelijke hoeken is vaak niet mogelijk. Zowel 2 als 3 zal resulteren in een sterk onderbepaald invers probleem. Dit project is gericht op de ontwikkeling van robuuste en efficiënte reconstructiemethoden voor in situ X-tomografie. Deze methoden zullen geen a priori kennis over de opnamegeometrie nodig hebben en zullen gericht zijn op maximale reconstructiekwaliteit bij opname van een beperkt aantal X-stralenbeelden. Om dit doel te bereiken zullen de volgende strategieën gecombineerd worden:1. Automatische parameterschatting gebaseerd op het maximaliseren van de consistentie van gesimuleerde t.o.v. gemeten X-stralenbeelden zal toelaten een reconstructiemethode te ontwikkelen die geen of slechts weinig voorkennis nodig heeft van de geometrische parameters van de X-stralenbeelden. 2. Nieuwe algoritmen zullen ontwikkeld worden voor efficiënte optimalisatie van de hoog-dimensionale zoekruimte (onbekend object + onbekende geometrische parameters) door de lineariteit uit te buiten van bepaalde reconstructie-algoritmen en multi-resolutionele aanpak te gebruiken voor graduele verfijning van de parameterschattingen.3. Compressive sensing en discrete tomografie zullen geïncorporeerd worden in het parameterschattingsraamwerk om accurate beeldreconstructie toe te laten vanuit een klein aantal projecties en om effectief om te gaan met een beperkt hoekbereik.4. State-of-the-art GPU computing technieken zullen aangewend worden om de massieve computationele berekeningen efficiënt uit te voeren. Een succesvol project zal de deur openen naar tal van toepassingen in diverse domeinen zoals veiligheid, niet-destructieve controle, dentale beeldvorming, diergeneeskunde, of de culturele erfgoed sector.

Trefwoorden:TOMOGRAFIE, RECONSTRUCTIE (VIA COMPUTER), RONTGENFOTO'S

Disciplines:Toegepaste wiskunde, Computerarchitectuur en -netwerken, Distributed computing, Informatiewetenschappen, Informatiesystemen, Programmeertalen, Scientific computing, Theoretische informatica, Visual computing, Andere informatie- en computerwetenschappen, Medische beeldvorming en therapie, Andere paramedische wetenschappen