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自2004年以来的SHAKE HANDELS GmbH公司存在。

我们在2D和3D测量技术专家。特别是在主场的透视和CT的专业领域。

再加上成立了70年的女儿乌戈·罗斯特&Co. GmbH的,我们形成一个创新的石勒苏益格 - 荷尔斯泰因集团公司与博德斯霍尔姆(销售)和基尔(生产和服务),它目前拥有14名员工的办事处。

你有一个新的系统,二维或三维透视,CT疑问或改造的旧系统?您需要定期保养你的X线或CT系统或修理?另外,在规划,升级或购买新的X射线设备,我们很高兴为您服务,我们将高兴地支持你与我们的经验。

基于超过70年雨果格栅企业的历史,我们也很高兴成为你的合作伙伴和专家对有关X射线和数字成像和图像处理的医疗或工业应用的主题的所有任务。

生产雨果生锈是由瑞士CERT ISO 9001和13485认证。

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我们的团队是在这里为你。

HybridScan 2.0

Forschungsziel

Photogrammetrisch erzeugte Oberfläche eines Gebissabdrucks (positiv)Mit HybridScan2.0 sollen die Vorteile zweier 3D-Messtechniken, der Computertomographie (CT) sowie der Photogrammetrie, in einem Gerät synergetisch kombiniert werden. Die photogrammetrische Erfassung einer Objektoberfläche (Bsp. s. Abb. 1) ist zeitlich und energetisch mit weniger Aufwand verbunden. Darüber hinaus werden Farbinformationen der Objektoberfläche gewonnen. Bei der CT hingegen wird nicht nur die Objektoberfläche, sondern das gesamte Objektvolumen (inkl. Hinterschneidungen, Hohlräumen, Rissen, Lunkern, etc.) digitalisiert sowie die Materialzusammensetzung erfasst.

Abbildung 1: Photogrammetrisch erzeugte Oberfläche eines Gebissabdrucks (positiv)

 Computertomographie (CT)

Bei der Computertomographie werden von einem Objekt Röntgenbilder (s. Abb. 2, links) unter allen Winkeln aufgenommen. Um dies zu erreichen wird das Objekt um 360° gedreht. Die aufgenommenen Röntgenbilder werden in einem Rechenschritt, der Rekonstruktion, zu einem dreidimensionalen Abbild des Objekts verrechnet. Das berechnete Abbild besteht aus Voxeln (Volumen-Pixeln) deren Grauwerte proportional zum Schwächungskoeffizienten des im Voxel enthaltenen Materials sind (s. Abb. 2, Mitte). Die Materialzusammensetzung des Objekts lässt sich somit qualitativ unterscheiden. Weiterhin ist das rekonstruierte Objekt dimensionsbehaftet und kann messtechnisch ausgewertet werden (z.B. in Form eines Soll-Ist-Vergleichs mit CAD-Daten [s. Abb. 4], Wandstärkenmessung, Porenanalyse, o.ä.).

CT-Prozessschritte RöntgenbildCT-Prozessschritte rekonstruiertes SchnittbildCT-Prozessschritte vernetzte Objektoberfläche

Abbildung 2: CT-Prozessschritte: Links: Röntgenbild,  Mitte: rekonstruiertes Schnittbild, Rechts: vernetzte Objektoberfläche

Photogrammetrie

Werden von einem Objekt bzw. dessen Oberfläche Fotos aus mehreren Winkeln aufgenommen, so kann die Objektoberfläche photogrammetrisch berechnet werden. Dabei werden zunächst die Positionen der Kamera(s) und des Objekts berechnet und im weiteren Verlauf jedem Pixel auf jedem Foto eine Tiefeninformation zugewiesen.  Aus diesen Informationen wird eine Punktwolke berechnet, welche die Objektoberfläche abbildet. Die Punktewolke wird schließlich vernetzt. Die triangulierte Oberfläche kann im Weiteren messtechnisch ausgewertet werden.

Ausführliche Produkt- und Verfahrensbeschreibung, Darstellung der Entwicklungsziele

Ziel ist die Entwicklung eines neuen optischen Scansystems auf Basis der Photogrammetrie, welches in einem bereits bestehenden industriellen CT (SHR SHAKE CT 130) integriert werden soll, um somit die Scanzeit, Scangeschwindigkeit und Scangenauigkeit von Objekten mit komplexer Geometrie deutlich zu erhöhen. CT und optischer Scanner zusammen werden als HybridScan2.0 bezeichnet.

Der optische Aufbau in HybridScan2.0 besteht aus einem Kamera-Array mit 26 Kameras, welche auf einer Kugelschale angeordnet sind (s. Abb. 3). Das Kamera-Array befindet sich außerhalb des Röntgenkegelstrahls und führt daher zu keiner gegenseitigen Beeinflussung. Die Kameras decken in Umfangsrichtung einen Winkel von 120° ab. Durch Nutzung der im CT integrierten Drehachse kann das Objekt gedreht und somit aus allen Winkeln photographisch erfasst werden. Das Objekt kann zusammen mit einem Messnormal gescannt werden, um eine dimensionsbehaftete Objektoberfläche zu erhalten. Ein integriertes LED-Array sichert die optimale Ausleuchtung des Objekts. Die Ansteuerung erfolgt mit einer eigens entwickelten Software, welche den Scanprozess automatisiert durchführt. Im Anschluss an die Aufnahme werden die Bilder automatisch photogrammetrisch rekonstruiert. Das Ergebnis ist die farbige, triangulierte Objektoberfläche, welche als .stl, .ply oder .obj exportiert und somit messtechnisch weiterverarbeitet werden kann. Ein CT wird nur durchgeführt, wenn Objekte optisch nicht optimal erfasst werden können (z.B. bei vorhandenen Hinterschneidungen) oder die Materialzusammensetzung von Interesse ist.

SHR CT 130 shakeInnenraum des CT-Scanners mit Kamera-Array für photogrammetrische Messungen sowie Röntgenquelle

Abbildung 3: Links: CT Scanner SHR SHAKE CT 130. Rechts: Innenraum des CT-Scanners mit Kamera-Array für photogrammetrische Messungen sowie Röntgenquelle

Der neue HybridScan2.0 soll zukünftig sowohl im industriellen als auch im medizinischen Bereich (z.B. beim Scannen von Menschen zur Herstellung von Prothesen/Orthesen oder im Dentalbereich zur QS) eingesetzt werden.

Das System von Hugo Rost bietet durch die einzigartige Kombination von optischer Erfassung und CT die Möglichkeit an, bspw. hergestellte Prothesen/Orthesen zu vermessen und mit dem ursprünglichen 3D-Modell zu vergleichen. Es kann auch eine Materialstrukturprüfung durchgeführt werden, was angesichts des rasant ansteigenden Anteils additiv gefertigter Produkte (Stichwort 3D-Druck) zukünftig enorm wichtig sein wird.

Durch die sich eröffnende Möglichkeit bspw. hergestellte Orthesen nach der Endanpassung an den Patienten noch einmal zu scannen und mit dem Ursprungsmodell zu vergleichen, kann die Produktion deutlich optimiert werden. Anhand maschineller Lernverfahren kann der Konstruktionsprozess stetig optimiert werden, so dass eine händische Anpassung der Orthesen an den Patienten im Optimalfall zukünftig nicht mehr notwendig ist. Angesichts des immer weiter ansteigenden Mangels an qualifizierten Orthopädietechnikern, kann dadurch eine Verbesserung der Patientenversorgung ermöglicht werden.

optischer ScanCAD ModellCT ModellAbweichung

Abbildung 4: Möglichkeit der Qualitätssicherung: Soll-Ist-Vergleich zwischen optischem Scan (links) und CAD-Modell (Mitte) sowie CT (rechts) und CAD-Modell (Mitte)

Zusammenfassung

HybridScan2.0 zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • Synergie durch Kombination zweier Messverfahren (CT, Photogrammetrie) in einem Gerät
  • Erhöhte Scangeschwindigkeit und Farbinformation durch optischen Scan
  • Erfassung von optisch schwer zugänglichen Stellen (Hinterschneidungen, Lunker, etc.) sowie der Materialzusammensetzung durch CT
  • Flexible Ansteuerungssoftware, welche die Anpassung des Scansystems an unterschiedliche Aufgaben und die Integration in Fremdsystemen (bspw. Produktionsanlagen) ermöglicht
  • Messtechnische Auswertung (u.a. Soll-Ist-Vergleich [s. Abb. 4]) auch bei Produkten mit komplexer Geometrie und aus unterschiedlichen Materialien

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The North German Seminar for Radiation Protection in the Universities of Kiel and Greifswald has announced the dates for 2020. Shake supports with his experts if necessary with all questions around the x-ray technique.
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