Spherical acquisition trajectories for X-ray computed tomography with a robotic sample holder

要約

この研究では、サンプル ホルダーとして 7 自由度のロボット アームを使用して、任意の球状軌道をシームレスに実行する方法を示します。
サンプルホルダーは既存の X 線コンピュータ断層撮影装置に統合されています。
球状軌道をシームレスに実行できるように、経路計画とロボット制御アルゴリズムを最適化しました。
精密に製造されたサンプルホルダー部分は、校正手順のためにロボットアームに取り付けられます。
この部品のさまざまな設計がテストされ、軌道の最適な範囲と再構成画像の品質について相互に比較されます。
ロボットサンプルホルダーを使用した実験結果を紹介します。球状軌道でのサンプル測定により、従来の円形軌道と比較して再構成品質が向上しました。
私たちの結果は、可能なすべての回転のほぼ 82\% に達することで単軸システムを上回るパフォーマンスを示し、議論したシステムの優位性を示しています。
提案されたシステムは、フレキシブル X 線 CT システムにおける画像再構成品質の向上に向けた一歩となります。
さまざまなサンプル角度から情報を取得できるため、将来的にはタスク固有の軌道でスキャン時間と放射線量被ばくの削減が可能になります。

要約(オリジナル)

This work presents methods for the seamless execution of arbitrary spherical trajectories with a seven-degree-of-freedom robotic arm as a sample holder. The sample holder is integrated into an existing X-ray computed tomography setup. We optimized the path planning and robot control algorithms for the seamless execution of spherical trajectories. A precision-manufactured sample holder part is attached to the robotic arm for the calibration procedure. Different designs of this part are tested and compared to each other for optimal coverage of trajectories and reconstruction image quality. We present experimental results with the robotic sample holder where a sample measurement on a spherical trajectory achieves improved reconstruction quality compared to a conventional circular trajectory. Our results demonstrate the superiority of the discussed system as it outperforms single-axis systems by reaching nearly 82\% of all possible rotations. The proposed system is a step towards higher image reconstruction quality in flexible X-ray CT systems. It will enable reduced scan times and radiation dose exposure with task-specific trajectories in the future, as it can capture information from various sample angles.

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