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SVILUPPO DI UN SISTEMA DI CONTROLLO ED ACQUISIZIONE DATI PER X-RAY SPOT MICROTOMOGRAPHY Laureando: Giulio Fragiacomo Relatore: Prof. Sergio Carrato Correlatrice:

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1 SVILUPPO DI UN SISTEMA DI CONTROLLO ED ACQUISIZIONE DATI PER X-RAY SPOT MICROTOMOGRAPHY Laureando: Giulio Fragiacomo Relatore: Prof. Sergio Carrato Correlatrice: Dott. Lucia Mancini TESI DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA

2 Cosa significa tomografia? La tomografia è una tecnica di analisi non distruttiva che permette la ricostruzione di sezioni di un oggetto e quindi del suo volume, a partire da proiezioni delloggetto stesso E una tecnica che sfrutta le capacità penetranti dei raggi X per illuminare un corpo denso ed investigarne la struttura interna.

3 La microtomografia computerizzata a Trieste Attualmente alla linea SYRMEP (SYnchrotron Radiation for MEdical Physics) di ELETTRA è possibile effettuare misure di microtomografia utilizzando la luce di sincrotrone caratterizzata da elevatissima brillanza, monocromaticità e coerenza spaziale. CCD camera Turntable Microtomography setup

4 Alla linea SYRMEP verrà affiancata la stazione TOMOLAB. Tale stazione permetterà di alleggerire il lavoro ora svolto alla linea ed inoltre di realizzare delle microtomografie di oggetti che, per motivi energetici, non sono adatti ad esser analizzati tramite la luce di sincrotrone. La microtomografia computerizzata a Trieste

5 Scopo della tesi: Dotare la stazione microtomografica computerizzata TOMOLAB di uninterfaccia utente user-friendly.

6 Gli elementi che compongono il microtomografo Per capire meglio il funzionamento della stazione TOMOLAB è necessario dare una breve descrizione degli elementi che la compongono: un cabinet schermato su ruote; una sorgente di raggi X a microfuoco; tre motori in corrente continua con relativi controllori; una telecamera CCD; un personal computer. Solo gli ultimi tre elementi sono stati considerati fondamentali ai fini del lavoro svolto.

7 La telecamera CCD trasferimento parallelo orologio parallelo orologio seriale registro di trasferimento fotodiodo registro seriale amplificatore A/D al frame grubber Nella progettazione di una stazione microtomografica la scelta del detector viene effettuata in modo da ottenere il miglior accoppiamento con la sorgente in termini di risoluzione spaziale e campo di vista.

8 I motori di posizionamento La stazione TOMOLAB è dotata di tre motori in corrente continua adibiti alla traslazione del campione ed alla rotazione dello stesso durante una misura di microtomografia. E di fondamentale importanza disporre di motori ad elevata risoluzione, accuratezza e ripetibilità di movimento. Ogni motore è dotato del suo controllore ed è gestito in maniera indipendente dal programma che è oggetto di questa tesi.

9 Principi di funzionamento del microtomografo y z turn-table X-ray tube sample scintillator layer detector (CCD) planar radiographs PC X-ray cone-beam I raggi X, prodotti dalla sorgente, attraversano il campione in esame, il quale è posto su di un piatto rotante. Dopo essere stata attenuata durante lattraversamento, la radiazione viene raccolta da un sistema di rilevamento (detector) che è collocato dalla parte opposta del campione. Il detector registra immagini 2D del campione (proiezioni) e le invia allelaboratore il quale avrà il compito di ricostruire la struttura 3D del campione.

10 La gestione dei motori e dellacquisizione dati Comandi Echo Trigger Dati I programmi realizzati posizionano il campione inviando, attraverso la porta seriale, i comandi inseriti dalloperatore. Essi, inoltre, sincronizzano il movimento del motore rotativo con lacquisizione delle proiezioni mediante un segnale di tipo onda quadra inviato attraverso la porta parallela.

11 Linterfaccia utente realizzata per il controllo dei motori Per quanto riguarda il posizionamento del campione per acquisire una singola radiografia e limmagine a campo vuoto (flat) lutente dispone dellinterfaccia grafica sottostante.

12 Prime radiografie realizzate Larghezza provino 4.5 mm Diametro provino 4 mm Dopo aver posizionato correttamente i campioni utilizzando il programma appena descritto, si sono acquisite le prime immagini. Come provini si sono scelti un cilindro di arenaria ed un poliedro di legno dabete rosso in quanto materiali di interesse per analisi microtomografiche.

13 Confronto tra le radiografie Tube parameters: 70 KV, 200 μA Magnification 5 12 bit mode, binning 2×2 t exp = 2.4 sec Beamline parameters: E = 20 KeV D CCD-sample = 10 cm CCD pixel size = 3.85 m 16 bit mode, binning 1x1 t exp = 12 sec Radiografia di unarenaria realizzata utilizzando il microtomografo e con luce di sincrotrone

14 Confronto tra le radiografie Radiografia del legno realizzata utilizzando il microtomografo......e con luce di sincrotrone Tube parameters: 50 kV, 200 μA Magnification 7 12 bit mode, binning 2×2 t exp = 6.5 sec Beamline parameters: E = 13 KeV D CCD-sample = 5 cm CCD pixel size = 3.85 m 16 bit mode, binning 1x1 t exp = 3.5 sec

15 …le informazioni di tutti i punti di ogni riga vengono rappresentate in modo efficace nel sinogramma t t Dalla proiezione al sinogramma Ogni punto delloggetto durante la rotazione traccia una sinusoide…

16 Dal sinogramma alla slice PROIEZIONIRETROPROIEZIONI Algoritmo di retroproiezione filtrata (Filtered Back Projection)

17 Linterfaccia utente realizzata per la microtomografia Linterfaccia utente realizzata per il programma di gestione della misura di tomografia si occupa di sincronizzare il movimento del motore rotativo con lacquisizione delle immagini da parte della telecamera CCD.

18 La prima misura di microtomografia realizzata Rivetto in plastica e acciaio. Tube parameters: 90 KV, 200 μA Magnification 6 12 bit mode binning 4×4 t exp = 0.6 sec

19 Slice ricostruite slice n. 400slice n. 650

20 Conclusioni Da questa breve presentazione si può concludere che: Attualmente, anche grazie al corretto funzionamento del programma di pilotaggio motori, è possibile acquisire delle radiografie utilizzando la stazione TOMOLAB; Con la costruzione del sinogramma del rivetto si è provata lefficacia del programma di sincronizzazione il quale, una volta ottimizzato lalgoritmo di ricostruzione delle immagini, darà il via alla messa in esercizio del microtomografo; Le interfacce utente realizzate sono semplici ed intuitive lasciando alloperatore solo il compito di inserire i parametri necessari per una misura radiografica e/o tomografica.

21 Si ringrazia per la cortese attenzione.


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