Prinzip der Röntgentomografie

Für die Röntgentomografie wird die Fähigkeit der Röntgenstrahlung genutzt, Objekte zu durchdringen. Auf dem Weg durch ein Objekt wird ein Teil der auftreffenden Strahlung absorbiert. Je länger die Durchstrahlungslänge im Objekt ist, desto weniger Strahlung tritt hinter dem Objekt wieder aus. Darüber hinaus hängt die Absorption aber auch vom Material ab. Ein Röntgendetektor (Sensor) erfasst die hindurchgehende Röntgenstrahlung als zweidimensionales Durchstrahlungsbild. Bei Detektorgrößen von ca. 50 mm bis 200 mm kann ein großer Teil der Messobjekte jeweils in einem Bild erfasst werden.
Um ein Objekt zu tomografieren, werden nacheinander einige Hundert solcher zweidimensionalen Durchstrahlungsbilder in verschiedenen Drehlagen des Messobjekts aufgenommen (Abb. 35a). Das Objekt befindet sich dazu auf einem Drehtisch, der sukzessive weitergedreht wird. Die in dieser Bildfolge enthaltene dreidimensionale Information über das Messobjekt wird durch geeignete mathematische Verfahren extrahiert und als so genanntes Voxel-Bild zur Verfügung gestellt. Jedes Voxel (Volumen-Pixel) verkörpert für einen definierten Ort im Messvolumen die Röntgenstrahlabsorption durch das Messobjekt. Ähnlich wie bei der zweidimensionalen Bildverarbeitung werden aus den Voxel-Daten mit geeigneten Schwellwert- oder anderen Verfahren die eigentlichen Messpunkte berechnet.

Die eingesetzten Sensoren weisen gegenwärtig bis zu 4 Millionen Bildpunkte auf. Im Messvolumen ergeben sich hieraus typischerweise einige Hunderttausend bis wenige Millionen Messpunkte, die gleichmäßig über die Oberfläche des zu messenden Teils verteilt sind. Es werden auch Geometrien im Inneren der Messobjekte wie Hohlräume oder Hinterschnitte erfasst. Die Messpunkte können mit den bekannten Methoden der Koordinatenmesstechnik ausgewertet werden.
Ähnlich wie bei der Messung mit einer Bildverarbeitung ist es bei der Tomografie möglich, die Vergrößerung zu verändern (Abb. 35b), um kleine Teile mit hoher Vergrößerung oder größere Teile komplett mit geringerer Vergrößerung zu erfassen. Hierzu werden entweder das Messobjekt innerhalb des Strahlengangs oder die Röntgenkomponenten (Röntgenquelle und Detektor) relativ zum Messobjekt in axialer Richtung verschoben. In manchen Fällen reicht die Größe des Sensors oder die zur Verfügung stehende Pixelanzahl dennoch nicht aus, um den Anforderungen entsprechend zu tomografieren. In solchen Fällen werden durch Verschieben des Drehtisches mit dem Messobjekt relativ zu den Röntgenkomponenten mehrere Bilder aneinander gefügt (Abb. 35c). Die Rekonstruktion des Voxel-Volumenbilds erfolgt dann aus den zusammengesetzten 2D-Bildern. In den ersten vier Schritten in Abbildung 36 ist dieser Ablauf dargestellt.