Малоракурсная томография в науке и технике

Обратные некорректные задачи в физическом эксперименте

Представлены разработки профессора, д.т.н., Филонина О.В. в области малоракурсной томографии для научно-технических приложений

На данной странице представлены темы диссертационных работ, которые можно выполнить в лаборатории малоракурсной компьютерной томографии СГАУ.

Тема

Содержание исследований

Комментарии

Методы и средства трехмерной реконструкции локальных объектов для задач стоматологии

При выполнении данной работы предполагается решение следующих задач:

1. Анализ информационной способности 2D — рентгеновских томограмм с точки зрения точности реконструкции 3D геометрических характеристик анализируемых объектов.

2. Разработка методов выделения контуров интересующих элементов изображения, например, границы костных и мягких тканей.

3. Построение контуров выделяемых объектов, при геометрической точности до 0,01 мм.

4. Разработка методов построения трехмерных поверхностей на основе данных о двумерных контурах исследуемых объектов (алгоритмы реконструкции должны обеспечивать наблюдение объектов в различных ракурсах, и позволять производить необходимые геометрические измерения).

5. Создание алгоритмов и пакетов программ 3D (в том числе и стереоскопического) представления информации об исследуемых объектах.

Актуальность данной темы — существующие системы томографической диагностики не в состоянии обеспечить наглядную и доступную информацию о пространственной конфигурации таких объектов как зубные каналы, конфигурация костной ткани, форма трещин, др. дефектов и т.д.

Новизна предлагаемого подхода заключается в том, что используя данные достаточно распространенных методов 2D - рентгеновской томографии врач — специалист на своем рабочем месте получает возможность синтезировать высоко точные трехмерные данные об интересующих его трехмерных объектах в наглядном и удобопонятном виде.

Практическая значимость заключается в том, врач специалист (хирург-стоматолог, парадонтолог и т.д.) получает возможность создавать новые типы протезов, совершенствовать существующие конструкции, при сокращении временных затрат в несколько раз. Качество и долговечность протезирования при этом, также возрастают в несколько раз.

Методы и средства исследования 3D-параметров горения твердых тел

Данная тема предполагает решение следующих задач:

1. Модификация рентген - томографической установки для малоракурсной диагностики образцов твердых тел – создание системы ввода двумерных изображений-проекций в ПК.

2. Решение обратной задачи для прямой 3D-реконструкции конфигурации поверхностей «выгорания» твердой фазы.

3. Создание методов и алгоритмов прямой 3D-реконструкции искомой конфигурации трехмерной поверхности по двумерным данным при числе двумерных проекций от 6 до 18.

4. Создание прикладного математического обеспечения для решения данного класса задач с помощью UNIX – кластера, реализуемого в рамках локальной сети.

5. Разработка методов отображения и представления информации применительно к данному классу задач.

Актуальность темы заключается в том, что для исследователя впервые появляется возможность анализировать трехмерную динамику процессов выгорания твердых тел практически в «реальном масштабе времени». Это значительно упрощает и ускоряет разработку твердотопливных систем ускорения, позволяет эффективно исследовать теплозащитные материалы и т.д.

Новизна – впервые решается обратная задача трехмерной реконструкции, дающая возможность анализировать динамику изменения конфигурации трехмерной поверхности – соответствующей заданному параметру, в любом – задаваемом, экспериментатором, интервале времени. Важно отметить что реализация данных решений ориентирована на UNIX - кластерные системы сформированные на локальных сетях – Ethernet.

Практическая значимость, определяется тем, что в любой лаборатории, где исследуются процессы горения твердых тел, внедрения данных систем и математического обеспечения не представляет никакой сложности, в виду их относительной простоты и малой стоимости. При этом информационная отдача, производительность и эффективность экспериментов возрастает в десятки раз.

Методы и средства прямой трехмерной реконструкции параметров собственного излучения биологических объектов

При выполнении данной темы необходимо решить следующий круг задач:

1. Проанализировать исходя из отечественных и зарубежных разработок наиболее информационно – емкие с т.з. диагностики  области и диапазоны вторичного (индуцированного) излучения.

2. Обосновать основные параметры возбуждающего переменного электрического поля (амплитуда, частота, скважность и форма импульсов…)

3. Выбрать и обосновать способ регистрации исходных двумерных проекционных данных для сферо - тангенциальной геометрии регистрации, содержащих радоновские образы.

4. Создать экспериментальную установку для малоракурсной регистрации двумерных изображений – проекций.

5. Предложить методику «вычленения» радоновских образов из регистрируемых двумерных массивов.

6. Разработать алгоритмы прямой 3D реконструкции искомых функций распределений задаваемых параметров (др. словами - сформулировать и решить обратную 3D задачу для восстановления формы искомой трехмерной поверхности)

7. Создать прикладное математическое обеспечение для решения данной задачи с помощью UNIX – кластера, реализуемого в рамках локальной сети.

8. Разработать (модифицировать) алгоритмы 3D визуализации искомых функций распределения

Актуальность -  реконструкция  трехмерного распределения задаваемых параметров собственного излучения биологического объекта обладает несоизмеримо большей информационной отдачей по сравнению с традиционными подходами. Решение обратной 3D задачи в этом случае значительно повышает  точность реконструкции при уменьшении времени затрачиваемого на вычисление искомых функций распределения. Информация  может быть представлена в более удобном и наглядном для исследователя виде.

Новизна предлагаемого подхода заключается в том, что впервые предлагается сформулировать и решить обратную трехмерную задачу на основе обращения Радона при весьма ограниченных объемах входных данных с приемлемой для практических целей точностью.

Практическая ценность работы определяется тем, что предлагаемый способ исследования параметров индуцированных полей, обусловленных собственным излучением биологических объектов, является не только мощным дополняющим фактором традиционной диагностики, таких как компьютерная  томография, ЯМР, ЭПР, ПЭТ исследования, но в ряде случаев, как показывает зарубежный опыт, является высокоэффективным самостоятельным методом диагностики.

Исследование пространственной конфигурации высоконапорных двухфазных газовых потоков в процессах горения с помощью методов малоракурсной томографии

Для выполнения данной темы предполагается решение следующих задач:

1. Формулировка и решение обратной задачи для прямой трехмерной реконструкции 3D - полей температур, концентраций твердой микрокомпоненты в смеси применительно к процессам горения двухфазных потоков.

2. Исследование возможностей наложения внешних электромагнитных полей для повышения кинетической энергии струи и управлением ее конфигурации.

3. Создание экспериментальной малоракурсной установки для проведения диагностических экспериментов на малоразмерных потоках

4. Разработка алгоритмов и методов прямой трехмерной реконструкции параметров малоразмерных газовых и плазменных струй.

5. Создание прикладного математического обеспечения, пакетов прикладных программ для решения данного класса задач с помощью UNIX – кластера, реализуемого в локальной сети.

6. Разработка методов, алгоритмов отображения и представления информации.

Актуальность данной работы заключается в том, что применение электромагнитных методов и способов ускорения для малоразмерных горящих потоков позволяет не только увеличить тягу, например, микродвигателей ориентации, но и более эффективно изменять направление вектора тяги. Использование методов обратных некорректных задач в данном случае значительно увеличивает информацию пространственном распределении искомых параметров.

Новизна предлагаемого подхода заключается в том, что предлагается впервые поставить и решить обратную сильно некорректную трехмерную задачу для «спирально закрученных» потоков.

Практическая значимость работы состоит в том, что экспериментаторы получают возможность, на основе достаточно простых систем диагностики и обработки данных, иметь исчерпывающую трехмерную информацию о динамике процессов горения.