10255 Avanceret 3D Røntgen imaging

2024/2025

Kursusinformation
Advanced 3D X-ray imaging
Engelsk
5
Kandidat
Retningsspecifikt kursus (MSc), Engineering Physics
F1A (man 8-12)
Campus Lyngby
Forelæsninger, opgaveregning, simuleringer, eksperimenter
13-uger
F1A
Mundtlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Kurset omfatter bl.a. 3 hjemmearbejdsopgaver hver af 6 timers nominel varighed. Hjemmearbejdsopgaverne vægter i alt 25% af eksamenskarakteren, og resten baseres på den mundtlige eksamen.
7-trins skala , ekstern censur
100361020910200103030100502631 , eller ækvivalente kurser
Maksimum: 25
Henning Friis Poulsen , Lyngby Campus, Bygning 310 , hfpo@fysik.dtu.dk
Rajmund Mokso (Primær kontaktperson) , Lyngby Campus, Bygning 310 , rajmo@dtu.dk
Jakob Sauer Jørgensen , Tlf. (+45) 4525 3015 , jakj@dtu.dk
10 Institut for Fysik
01 Institut for Matematik og Computer Science
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Røntgen-billeddannelse og mikroskopi benyttes i et meget bredt spektrum, fra hospitaler over materialeforskning til museer og industri. I de sidste 30 år er der sket en hurtig udvikling ved brug af både lab-kilder og synkrotron-kilder, med mange nye modaliteter og anvendelsesområder. Der er stor variation, men alle metoder deler de samme underlæggende principper, som vil blive præsenteret i detaljer i dette kursus.

Kurset giver den studerende et omfattende blik på avancerede Røntgen-billeddannelsesmetoder, såsom fase- og diffraktions-kontrasttomografi og de nye kohærente mikroskopimetoder. Kurset sigter mod at etablere en forbindelse mellem en teoretisk beskrivelse af billeddannelse/ 3D-rekonstruktion og anvendelser af metoderne på tværs af materials science, biologi og andre domæner. Den studerende vil blive bekendt med simuleringer af Røntgen-billeder og -film og selvstændigt kunne fortolke komplekse 3D-data. Den viden der opnås via kurset er relevant for at blive en ekspert indenfor F&U i området indenfor den akademiske verden eller i den voksende Røntgen-industri.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskrive egenskaberne bag kohærent og inkohærent billeddannelse.
  • Udføre simulationer af interaktionen af partiel kohærente Røntgen bølger med materialer
  • Udlede phase retreival metoder og anvende disse
  • Forklare og anvende Fourier optik
  • Forklare de matematiske principper bag 3D tomografi
  • Udføre simulering af rekonstruktion metoder i Røntgen tomografi
  • Forklare grundlaget bag diffraktion kontrast tomografi
  • Udføre diffraktion og fase kontrast tomografi forsøg og analysere data
  • Beskrive og anvende iterative rekonstruktions metoder der gør brug af koherænte kilder.
  • Evaluere teknikker inden for Røntgen imaging; identificere og anvende den optimale metode eller kombination af metoder til kvantificering af 3D-strukturen af materialer
Kursusindhold
Undervisningen omfatter kortere forelæsninger, diskussioner af litteratur, som de studerende har læst, simuleringer og eksperimentelle demoer. Kurset omfatter også 4 hjemmearbejdsopgaver hver af 6 timers nominel varighed.

Kurset introdurer de studerende til moderne koncepter indenfor imaging med Røntgenstråler genereret enten fra laboratorie baserede kilder eller fra internationale forskningsinfrastrukturer (synkrotroner). Udfra a priori viden om materialer/bio strukturer lærer den studerende diffraktion kontrast metoder og nær-felts billeddannelse. Matematikken bag tomografisk rekonstruktion og praktisk erfaring med eksisterende værktøjer vil blive dækket. Forelæsningerne vil blive fulgt op med hands-on øvelser med det mål at etablere forbindelsen mellem teori og software implementering.

Forelæsninger og øvelser vil især fokusere på følgende emner:
• Fysikken bag udbredelsen af Røntgen stråling i medier.
• Foton-materiale interaktion, attenuering, spredning og diffraktion i sammenhæng med imaging
• Billeddannelse i et Røntgen mikroskop.
• Diffraktions kontrast imaging (korn, defekter og spændinger i 3D).
• Simuleringer af udbredelsen af kohærente bølgefronter
• Rekonstruktion algoritmer og deres implementering
• Hands-on sessioner med simuleringer og 3D data rekonstruktioner
Litteraturhenvisninger
J. Als-Nielsen & D. F. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley & Sons, Ltd (2011)
J. Goodman, Introduction to Fourier Optics, W. H. Freeman (2004)
P.C. Hansen, J.S. Jørgensen, and W. R. B. Lionheart, Computed Tomography: Algorithms, Insight, and Just Enough Theory, SIAM(2021)
Sidst opdateret
02. maj, 2024