Repositorio Institucional de Documentos

Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada COMPESACIÓ DE TOMOGRAFÍAS COMPUTERIZADAS PARA LA MEDI DISPOSITIVOS MICROFLUÍDICOS OBTEIDOS MEDIATE IMPRESIÓ 3D. Marzo 2013 Autor: Daniel Quílez Palacios Director: Roberto Ingeniería Técnic a Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . COMPESACIÓ DE TOMOGRAFÍAS COMPUTERIZADAS PARA LA MEDI CIÓ DE DISPOSITIVOS MICROFLUÍDICOS OBTEIDOS MEDIATE IMPRESIÓ 3D. Daniel Quílez Palacios . Jiménez Pacheco y Jorge Santolaria Ma z a Industrial, Especialidad Mecánica Página 1 de 59 COMPESACIÓ DE TOMOGRAFÍAS CIÓ DE DISPOSITIVOS MICROFLUÍDICOS OBTEIDOS MEDIATE IMPRESIÓ 3D. z o. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 2 de 59 Contenido Capitulo 1: Introducción. 3 Marco. .............................................................................................................. 4 Objetivo. ........................................................................................................... 4 Alcance. ............................................................................................................ 5 Estructura memoria. ............................................................................................ 5 Capitulo 2: Estado del arte. 6 Sistemas de medición: ......................................................................................... 6 Tomografía computarizada: ............................................................................... 14 Prototipado rápido. ........................................................................................... 31 Capitulo 3: Descripción de errores. 37 Error de escala: ................................................................................................ 37 Nivel óptimo deTreshold: .................................................................................. 38 Capitulo 4: Descripción del método de corrección de errores: ................................... 40 Introducción: .................................................................................................... 40 Método de corrección de errores. ........................................................................ 42 Capitulo 5: Resultados. 49 Resultados: Factor de escala. .............................................................................. 49 Resultados: Nivel óptimo de treshold. ................................................................. 52 Capitulo 6: Conclusiones. 56 Objetivos: ........................................................................................................ 56 Grado de consecución de los objetivos: ............................................................... 56 Ideas de mejora: ............................................................................................... 57 Capitulo 7: Conclusiones finales. 58 Capitulo 8: Bibliografía. 59 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 3 de 59 Capitulo 1: Introducción. El proyecto de investigación que se expone a continuación está relacionado con el área de metrología, cuyo objetivo es realizar la medición del dispositivo de estudio mediante la técnica de tomografía computarizada (TC). Ilustración 1: Dispositivo de estudio. Dicho elemento está diseñado para simular la actividad que desempeña el hígado del ser humano, cuyo objetivo es facilitar y agilizar la elaboración de nuevos medicamentos. El dispositivo consta de dos partes fundamentales: • Encapsulado: Parte externa del dispositivo fabricada de un material biocompatible, cuyo objetivo es dar soporte al resto de piezas en el interior del cuerpo humano. • Chip: Se encuentra en el interior del encapsulado y es la pieza principal del dispositivo, ya que se encarga de controlar el funcionamiento del mismo. Para la elaboración del encapsulado se han utilizado novedosas técnicas: • Prototipado rápido para su fabricación. • Tomografía computarizada para el proceso de medición. Este proyecto fin de carrera se centra en el método de tomografía computarizada y en el proceso de corrección de errores, ya que el resto de competencias del proyecto pertenecen al proyecto fin de máster elaborado por otro miembro del equipo. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 4 de 59 1.1 Marco. El objeto de estudio es un encapsulado que da soporte a un chip. Dicho dispositivo tiene como objetivo comprobar la efectividad de nuevos medicamentos sin necesidad de experimentar con seres vivos, esto se consigue utilizando el chip como elemento regulador de la dosis de medicación y alimento que se suministra al cultivo celular. Otra posible aplicación es utilizar dicho dispositivo como elemento auxiliar para hígados de personas que padezcan algún tipo de problema, caso similar al del marcapasos con personas que presentan problemas de corazón. La investigación y desarrollo de este dispositivo permitirá desarrollar innumerables aplicaciones médicas y tecnológicas. Proceso de fabricación del dispositivo: La técnica normalmente utilizada para la fabricación de encapsulados es el moldeo, técnica que requiere un tiempo de diseño y fabricación alto, lo que implica un aumento de costes. Sin embargo, la técnica por prototipado rápido es una técnica que se adapta perfectamente a las exigencias de fabricación que requiere el dispositivo, es una técnica rápida, novedosa y barata. Proceso de medición: El encapsulado está fabricado de un material biocompatible que es muy sensible a los cambios de temperatura. Como se trata de un dispositivo diseñado para operar desde el interior del cuerpo humano, es totalmente necesario caracterizar su deformación con la temperatura. El método de medición por tomografía computarizada es el que mejor se adapta a las exigencias de control de calidad del aparato, ya que permite medir la superficie del material y sus zonas internas. La tomografía computarizada es un método de medición que plantea pequeñas imprecisiones, las cuales son adquiridas por dos tipos de errores: • Error de escala. • Nivel de treshold. Por tanto este proyecto de investigación se centra en diseñar un método de corrección de errores para esta técnica. 1.2 Objetivo. Desarrollar un método de medición para la técnica TC que elimine sus imprecisiones. Capitulo 1: Índice. 1.1. Marco (pag.4). 1.2. Objetivo (pag.4). 1.3. Alcance (pag.5). 1.4. Estructura memoria (pag.5). Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 5 de 59 1.3 Alcance. Descripción temporal: 1. Desarrollo del método de corrección de errores utilizando patrones de medida: • Proceso de medición de patrones a través de la técnica MMC. • Proceso de medición de patrones a través del método diseñado para la técnica TC.  Tareas de software  Extracción de datos de la tomografía.  Medición de patrones mediante Geomagic Qualify.  Determinación de los parámetros de corrección de errores (factor de escala y nivel óptimo de treshold). 2. Control y verificación del método: • Análisis de los resultados obtenidos. • Comprobación de la efectividad del método. 3. Medición del dispositivo mediante el método diseñado. 4. Caracterización de deformación del dispositivo. OTA: Los puntos 3 y 4 no competen al desarrollo de este proyecto fin de carrera, son competencias del proyecto fin de máster llevado a cabo por otro miembro del equipo. 1.4 Estructura memoria. En este apartado se realiza una breve descripción de los contenidos que incluye cada capítulo de la memoria: • Capítulo 2, estado del arte: se realiza un análisis de las posibles técnicas de medición a utilizar y se justifica la decisión tomada, se describe en profundidad dicha técnica y por último se desarrolla una amplia descripción del proceso de fabricación empleado. • Capítulo 3, descripción de errores: incluye un completo análisis de los errores típicos de la TC, centrándose en los más representativos del proceso (error de escala y nivel de treshold). • Capítulo 4, descripción del método de corrección de errores: se describe el método utilizado para la corrección de errores. • Capítulo 5, Resultados: se proporcionan los valores obtenidos de nivel óptimo de treshold y factor de escala. • Capítulo 6, conclusiones: apartado que incluye los objetivos conseguidos, el grado de consecución de los mismos y una idea de mejora para el método de corrección de errores. • Capítulo 7, conclusiones finales: capitulo que contiene las conclusiones personales del autor. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 6 de 59 Capitulo 2: Estado del arte. En este apartado se describen las distintas alternativas estudiadas para la medición del encapsulado, el sistema de medición elegido y las razones por las cuales ha sido elegido. Por otra parte se expone de forma desarrollada la técnica de tomografía computarizada y la técnica de fabricación por prototipado rápido. 2.1 Sistemas de medición: A continuación se describen los distintos sistemas de medición que se podrían haber utilizado, sus ventajas e inconvenientes. 2.1 Sistemas de medición: Índice. • Pie de Rey (pag.7). • Micrómetro (pag.8). • Maquina de Medición por Coordenadas (MMC), (pag.9-10). • Resonancia Magnética Nuclear (RMN), ( pag.11-12). • Tomografía Computarizada (TC), ( pag.12-13). • Conclusiones (pag. 13). Capitulo 2: Índice. 2.1. Sistemas de medición (pag.6-13). 2.2. Tomografía computarizada (pag.14-30). 2.3. Prototipado rápido (pag.31-36). Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 7 de 59 • Pie de Rey: El Pie de Rey es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetros). Es un instrumento sumamente delicado y debe manipularse con habilidad, cuidado y delicadeza, con precaución de no rayarlo ni doblarlo. Ilustración 2: Pie de Rey. Medidas que puede tomar el pie de rey: exteriores, interiores y de profundidad. Ilustración 3: Mediciones  Ventajas: 1) Permite una medición directa, rápida y sencilla. 2) Elemento de medición fácilmente transportable. 3) Ensayo de medición no destructivo.  Inconvenientes: 1) Solo permite medir la superficie de la pieza. 2) Al realizar mediciones de elementos geométricos más complejos, como esferas y cilindros, se complica mucho la medición adoptando errores importantes en ella. 3) No diferencia distintos tipos de materiales. 4) El tamaño del instrumento limita el tamaño de la pieza a medir. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada • Micrómetro: Es un instrumento de medición que sirve para medir centésimas o de milésimas de El dispositivo posee dos extremos que son aproximados mutuamente m de rosca fina que dispone en su contorno de una La longitud máxima medible si bien también los hay de 0 a 30, siendo por tanto preciso disponer de un aparato para cada rango de tamaños a medir: 0  Ventajas: 1) P ermite una medición directa, rápida y sencilla. 2) Element 3) Ensayo de medición no destructivo.  Inconvenientes: 1) Solo permite medir la superficie de la pieza. 2) No permite la medición de elementos geométricos complejos (esferas, cilindros etc). 3) El tamaño del instrumento limita e 4) No diferencia distintos tipos de materiales. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . instrumento de medición cuyo funcionamiento se basa en un tornillo que sirve para medir el tamaño de un objeto con gran precisión , en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0,01 mm ó 0,001 mm (micra ) respectivamente. Ilustración 4: Micrómetro. posee dos extremos que son aproximados mutuamente m fina que dispone en su contorno de una escala grabada. La longitud máxima medible con el micrómetro de exteriores es de 25 si bien también los hay de 0 a 30, siendo por tanto preciso disponer de un aparato para cada rango de tamaños a medir: 0 -25 mm, 25-50 mm, 50-75 mm... ermite una medición directa, rápida y sencilla. Element o de medición fácilmente transportable. Ensayo de medición no destructivo. Inconvenientes: Solo permite medir la superficie de la pieza. No permite la medición de elementos geométricos complejos (esferas, cilindros El tamaño del instrumento limita e l tamaño de la pieza a medir. No diferencia distintos tipos de materiales. Página 8 de 59 tornillo micrométrico , en un rango del orden de ) respectivamente. posee dos extremos que son aproximados mutuamente m erced a un tornillo mm normalmente, si bien también los hay de 0 a 30, siendo por tanto preciso disponer de un aparato para No permite la medición de elementos geométricos complejos (esferas, cilindros l tamaño de la pieza a medir. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 9 de 59 • Maquina medidora por coordenadas MMC: Máquina que emplea un palpador móvil que se traslada a lo largo de guías con recorridos ortogonales. El palpador recoge los puntos de la superficie de la pieza a medir determinando sus coordenadas X, Y y Z, con lo que se determina el elemento geométrico que pasa por ellos (planos, esferas, cilindros…). Ilustración 5: Máquina de Medición por Coordenadas (MMC) Para poder determinar la posición de los distintos elementos geométricos es necesario crear un origen de coordenadas. Por tanto una MMC es capaz de determinar la dimensión, forma, posición y actitud (perpendicularidad, planitud…) de un objeto midiendo la posición de los distintos puntos de su superficie. Las MMC se utilizan para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de objetos con forma simple o compleja, y permiten calcular distancias, posiciones relativas, ángulos y formas a través de un software de forma muy precisa.  Ventajas: 1) Permite medir cualquier elemento geométrico con gran precisión. 2) Puede medir piezas de cualquier tamaño y forma. 3) Elemento de medición que proporciona gran precisión. 4) Ensayo de medición no destructivo.  Inconvenientes: 1) Solo permite medir la superficie de la pieza. 2) Elemento de medición no transportable. 3) No diferencia distintos tipos de materiales. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 16 de 59 Las más modernas variaciones de la tomografía involucran la proyección de datos provenientes de múltiples direcciones y el envío de estos datos para la creación de una reconstrucción topográfica a partir de un algoritmo de software procesado en un computador, obteniendo una imagen 3D. Ilustración 13: Reconstrucción 3D del cerebro humano. Actualmente, las tomografías se obtienen utilizando diferentes fenómenos físicos, tales como rayos X, rayos gamma, aniquilación de electrones y positrones, resonancia magnética nuclear, ultrasonido, electrones, e iones. Las imágenes CT en corte seccional son mucho más fáciles de interpretar que en los sistemas radiográficos convencionales debido a que las características en la imagen no se traslapan. El posicionamiento preciso de las características internas puede también ser identificados. Adicionalmente, las diferentes densidades dentro del objeto son claramente identificadas y cuantificadas y pueden ser relacionadas con características deseadas o no deseadas del objeto o material. Finalmente, parámetros de barrido como espesor de las rebanadas seccionales o tiempo de recolección de datos pueden variar para alcanzar la mejor combinación entre calidad de imagen y tiempo de inspección. Conforme las técnicas de tomografía se van desarrollando, los investigadores mejoran métodos de recolección de las proyecciones de rayos X a través del objeto. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada  Partes o sistemas Básicamente el equipo de TC está compuesto por tres sistemas: 1) Sistema de Recolección de Datos.  Generador de alta tensión.  Estativo.  Tubo de rayos X.  Detectores de radiación. 2) Sistema de Procesado de Datos.  El ordenador. 3) Sistema de Presentación y Almacenamiento de datos.  Mesa de trabajo.  Disc os Laser, magnéticos o cinta. 1) Sistema de Recolección de Datos: Lo constituyen los elementos que exploran Ilustración  Generador de al (superiores a 100 kV). Todos los equipos son Trifásicos, ya que permiten utilizar rotores de tubos de rayos X de alta velocidad y proporcionar picos de potencia característicos de los sistemas de radiación pulsantes. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . Partes o sistemas principales del equipo: Básicamente el equipo de TC está compuesto por tres partes o Sistema de Recolección de Datos. Generador de alta tensión. Estativo. Tubo de rayos X. Detectores de radiación. Sistema de Procesado de Datos. El ordenador. Sistema de Presentación y Almacenamiento de datos. Mesa de trabajo. os Laser, magnéticos o cinta. Sistema de Recolección de Datos: Lo constituyen los elementos que exploran la pieza para la recogida de datos Ilustración 14: Partes del sistema de recolección de datos. Generador de al ta tensión: similar a los utilizados en radiología convencional (superiores a 100 kV). Todos los equipos son Trifásicos, ya que permiten utilizar rotores de tubos de rayos X de alta velocidad y proporcionar picos de potencia característicos de los de radiación pulsantes. Página 17 de 59 para la recogida de datos . similar a los utilizados en radiología convencional Todos los equipos son Trifásicos, ya que permiten utilizar rotores de tubos de rayos X de alta velocidad y proporcionar picos de potencia característicos de los Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 18 de 59  Estativo: es la mesa o camilla donde se posiciona al paciente o pieza (según la aplicación del dispositivo) y los dispositivos que permiten el movimiento del tubo, detectores y mesa. La mesa es una de las partes más importantes del equipo de TC. Además de posicionar la pieza, debe ser fabricada de un material de Z bajo para que no interfiera con el haz de rayos X. Su mayor dificultad está en que debe poder ubicar la pieza automáticamente para cada nuevo barrido o corte, con las distancias precisas.  Tubo de rayos X: genera la radiación ionizante necesaria. La capacidad calorífica del ánodo debe ser superior a 500. 000 UH, y en los tubos especialmente diseñados para TC puede llegar a los 2.000.000 UH. Para disipar mejor el calor se utilizan rotores de alta velocidad. La experiencia demuestra que la causa principal de averías en un equipo de TC y la limitación más importante para la frecuencia de exámenes secuenciales radica en el tubo de rayos X. El tamaño del punto focal no suele ser demasiado importante, ya que los TC no se basan en los principios de la imagen geométrica directa como en radiología convencional, aunque los tubos de TC diseñados para conseguir una elevada resolución espacial tienen un punto focal muy pequeño.  Detectores de radiación: transforman la radiación X en señales digitales legibles por el ordenador. Actualmente hay dos tipos de detectores de radiación para TC: • Detectores de centelleo: se basan en la capacidad de algunas sustancias de emitir luz cuando sobre ellas incide la radiación ionizante, en forma proporcional a la cantidad de radiación recibida. Esta luz se transforma posteriormente en electrones (energía eléctrica) al recogerse en un tubo multiplicador. La corriente generada es proporcional a la radiación atenuada que recibe el detector, y por lo tanto varía según las distintas estructuras atravesadas por el haz de radiación. El número de detectores de un equipo varía de 1-8 por cm, o 1-5 por grado. El 90 % de los rayos X que alcanzan al detector son absorbidos y constituyen la señal de salida. • Detectores de gas: consisten en una cámara metálica con separadores a distancias de 1 mm, que son como las tiras de una rejilla que dividen la cámara grande en muchas cámaras más pequeñas. Cada cámara funciona como un detector por separado. La señal, obtenida a través de los detectores de radiación (centelleo o gas), se puede representar en forma gráfica y se denomina señal analógica. Sin embargo se precisa de un convertidor de señales que transforme los valores obtenidos de una curva (analógicos) a números lo que se denomina señal digital., que serán con los que el ordenador puede trabajar. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 19 de 59 Ilustración 15: Diferencia entre señal digital y analógica. Para que el ordenador efectúe la reconstrucción de las imágenes necesita recibir un número determinado de señales y que son el resultado de la exploración del paciente o pieza en diferentes ángulos, que se consiguen gracias a las rotaciones y traslaciones del sistema. 2) Sistema de Procesado de Datos.  El ordenador: las señales analógicas recogidas por los detectores son transformados a señales digitales. A partir de estas señales digitales el ordenador realiza los cálculos matemáticos para reconstruir la imagen, guardándolos en su memoria para permitir la visualización, modificación y almacenamiento posteriores. En los primeros ensayos clínicos de HOUNSFIELD en 1971, se tardaban unos 80 minutos en la reconstrucción de cada imagen. Actualmente en los ordenadores modernos se obtienen en pocos segundos. En la actualidad y dependiendo del formato de la imagen, puede ser necesario resolver simultáneamente 30.000 ecuaciones para reconstruir una imagen radiológica, por lo que se requiere un ordenador extraordinariamente potente en estos equipos. El precio del ordenador puede suponer la tercera parte del coste total del equipo, aunque su precio se reduce cada vez más como consecuencia del progreso de la informática. El tiempo de procesado del cálculo matemático necesario para la presentación de una imagen radiológica en la pantalla corresponde al tiempo de reconstrucción, y en estos momentos se encuentra aproximadamente en 1 segundo. 3) Sistema de Presentación y Almacenamiento de datos.  Mesa de trabajo: contiene el teclado y medios de diálogo con el ordenador; la pantalla de visualización de las imágenes reconstruidas, y los medios de fotografía o grabado de la imagen presentada en los monitores de televisión. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 20 de 59 Los datos digitales del ordenador se tienen que volver a convertir en señales analógicas (señales eléctricas) aptas para ser visualizadas en un monitor de televisión. Así pues, en el sistema se necesita un Convertidor de señales Analógico al Digital, para convertir las señales eléctricas que cuantifican los detectores de radiación en el gantry en números que pueda manejar el ordenador para resolver las transformaciones y ecuaciones matemáticas correspondientes. La representación de los distintos valores de atenuación (absorción) dependerá del tipo de presentación de la imagen radiológica: • En la pantalla de televisión será en blanco y negro, al igual que en la imagen radiológica; cuanto mayor sea el valor de atenuación, es decir, tanto más blanca sea el color de la imagen implicará que esa visualización corresponde a un tramo de pieza, y cuanto menor es el valor de atenuación, es decir, tanto más oscura será la imagen corresponderá a un tramo de aire. • En la pantalla de televisión en color, se elige un color arbitrario para cada valor de atenuación obtenido. Sin embargo, por el momento, aunque la imagen radiológica en color es perfectamente posible tras la manipulación digital de la imagen, ésta no aporta ninguna ventaja adicional a la imagen clásica en escala de grises, razón por la que se sigue utilizando esta escala de colores.  Discos ópticos, laser, magnéticos o cinta: en ellos se graban las imágenes que se desean para su archivo y posterior visualización en cualquier formato de almacenamiento digital.  Descripción del proceso de medición: El proceso de medición comienza con la iluminación con rayos X de la pieza. Estos rayos, después de pasar a través de la pieza, son recogidos por un detector de rayos X, que detecta las variaciones de intensidad producidas por la absorción que produce la pieza. Esto permite generar una imagen bidimensional de la pieza proyectada en la dirección de incidencia del haz de rayos. Repitiendo este proceso desde distintos Ángulos (conseguidos gracias a la mesa giratoria) es posible, mediante la utilización de complejos algoritmos, generar una imagen tridimensional de la pieza. El volcado de estos datos en paquetes informáticos de metrología, (Geomagic Qualify 12 en este caso) permite superar las imágenes bidimensionales por capas típicas en aplicaciones médicas, pudiéndose realizar una visualización tridimensional de la pieza. Además, mediante herramientas de ingeniería inversa y de metrología, es posible realizar las operaciones habituales en MMC: inspección de defectos (porosidades, grietas), medición tridimensional (incluso en zonas no accesibles sin realizar un ensayo destructivo), comparación con CAD, detección de desviaciones dimensionales o geométricas. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 21 de 59  Aplicaciones médicas e ingenieriles: 1. Aplicaciones ingenieriles: En lo que a aplicaciones industriales se refiere, la tecnología de tomografía empleada se basa en la utilización de rayos X. Los rayos X se llevan empleando con Éxito desde hace años fundamentalmente en tareas de detección de defectos en el control de productos producidos mediante soldadura, fusión y otros que requieran la detección de posibles defectos constructivos en zonas no accesibles, o incluso en el interior de la pieza (grietas, poros u otros). Sin embargo, estas técnicas carecían de capacidad metrológica, siendo únicamente sistemas de detección de defectos. Recientemente han surgido equipos de medición basados en tomografía computarizada, que vienen siendo cada vez más utilizados para la medición simultánea de geometrías internas y externas de gran variedad de piezas. Estos equipos han permitido superar el uso de la tomografía como mero sistema de inspección, convirtiéndose en un nuevo principio de medición capaz de proporcionar información geométrica precisa y que ofrece, en algunos campos, ventajas significativas frente a métodos tradicionales. 2. Aplicaciones medicas: En lo que a aplicaciones medicas se refiere, la tecnología de tomografía empleada se basa también en la utilización de rayos X. Combinando los rayos X y sistemas informáticos se consigue crear una serie de imágenes transversales del paciente que valoradas después, en su conjunto, por el médico le ofrecen una formidable información de la anatomía del paciente en tres dimensiones. Gracias a estas imágenes es posible estudiar con precisión y detalle las vísceras, huesos, músculos, grasa etc. En estas exploraciones el haz de rayos X atraviesa al individuo y, según la capacidad de absorción de las diferentes estructuras del organismo, plasma una imagen radiográfica. En este caso el tubo de rayos X gira en circulo y el haz de radiación es recogido por infinidad de detectores dispuestos en un anillo, en el centro se sitúa una mesa en la que esta acostado el paciente. La mesa se va desplazando a pequeños intervalos, previamente programados, y cada vez que se detiene lanza un haz de rayos X. Como resultado se obtiene una sucesión de imágenes transversales. En una tomografía de rayos X médica convencional, el equipo clínico obtiene la imagen de una sección del cuerpo desplazando la fuente de rayos X y la película en direcciones opuestas durante la exposición. En consecuencia, las estructuras en el plano focal aparecen nítidas, mientras que las estructuras de los otros planos aparecen borrosas. Estos equipos ofrecen una información excelente en los diferentes procesos infecciosos, tumorales o traumáticos de todo el organismo del paciente y permite la toma de decisiones acerca de los procesos descritos puesto que descarta o concreta la patología, además de permitir la perfecta planificación de los abordajes quirúrgicos precisos. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 22 de 59  Equipos : En el mercado hay distintos distribuidores que se encargan de la fabricación y desarrollo de equipos de tomografía computarizada por rayos X, entre los cuales destacan ZEISS con su gama METROTOM, RX SOLUTIONS, WERTH MESSTECHNIK y NIKON.  ZEISS METROTOM La empresa líder en este tipo de equipos es Carl Zeiss, con su gama de productos METROTOM. Estos equipos consisten básicamente en una fuente de rayos X, una mesa giratoria donde la pieza que se desea escanear ha de ser colocada, un detector de rayos X y una unidad de procesamiento (compuesto por 6 procesadores) para analizar y mostrar los resultados de la medición.  Metrotom 1500: METROTOM 1500 fue desarrollado especialmente para que una gama de funcionamiento ancha que cumpla los diversos requisitos encontrados en laboratorios internos o externos de la medición y de la calificación sobre una base diaria. Ilustración 16: Metrotom 1500 Las piezas hechas de plástico, cerámica, materiales compuestos, magnesio, aluminio y acero pueden ser medidas dimensional y geométricamente, además garantiza una evaluación muy eficiente. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 23 de 59  Metrotom 800: Este modelo se adapta a los requisitos de la industria del moldeo a presión. Cumple con todos los requisitos de las compañías que se dedican a la metrología de piezas de tamaño medio. Ilustración 17: Metrotom 800 Las piezas fabricadas de material plástico, compuesto y cerámico pueden ser medidas dimensional y geométricamente. También ofrece un cociente precio/funcionamiento muy atractivo.  RX solutions  RX SOLUTIONS máquina de tomografía computarizada CT/ easy Tom: Este modelo es perfecto para micro y nano tomografías 3D de alta resolución, es decir, este modelo es ideal para caracterizar dimensional y geométricamente piezas que posean defectos de tamaños muy reducidos, defectos micro/ manométricos. Ilustración 18: RX SOLUTIOS easy Tom. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 24 de 59 Equipo que proporciona radioscopias digitales de alta resolución en tiempo real, lleva incorporado un eje motorizado de rotación que posee una alta exactitud. Este equipo puede realizar de 0.25 a 250 resoluciones µm/voxel:  RX SOLUTIONS máquina de tomografía computarizada por rayos X.CT. Este modelo es un sistema muy compacto que permite realizar micro tomografías. Ilustración 19: RX SOLUTIOS. Permite realizar radioscopias digitales de alta resolución en tiempo real, lleva incorporado un eje motorizado de rotación que posee una alta exactitud. Este equipo puede realizar de 3 a 250 resoluciones de µm/voxel.  WERTH MESSTECHIK :  TomoScope 200: Aparato que ofrece una medida dimensional totalmente exacta. El diseño de esta máquina está basado en las máquinas que miden por coordenadas con multisensor y en los equipos de tomografía computarizada de radiografía. Los equipos de tomografía computarizada se integraron en las máquinas que miden por coordenadas y dieron lugar a este magnífico aparato de medición. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 25 de 59 Ilustración 20: TomoScope 200 Datos técnicos: Ømax.= aproximadamente 197 milímetros; Lmax.= medida de aproximadamente 317 usos del milímetro Permite medir piezas fabricadas de plástico, de metal ligero y de grafito.  IKOM:  Nikon XT H 225: El modelo XT H 225 es un sistema versátil que ofrece una fuente de gran alcance en la radiografía del micro foco, un gran volumen de inspección, alta resolución de imagen y además es un equipo diseñado para la reconstrucción ultrarrápida de CT. Ilustración 21: ikon XT H 225. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 32 de 59 1) Estereolitografía: Es un procedimiento en el cual se solidifica una resina fotocurable (resina Epoxy y resinas acrílicas) en estado líquido mediante la acción de un láser ultravioleta. Esta solidificación se va realizando por capas hasta completar la pieza. La maquina utilizada para su realización está compuesta por:  Un laser ultravioleta  Un recipiente con resina fotocurable en estado líquido.  Un elevador dentro del recipiente. Ilustración 26: Estereolitografía El procedimiento que se sigue es el siguiente: Al introducir el archivo del moldeo en el ordenador, la máquina lo divide en secciones transversales de 0,003mm. Una vez procesados los datos, el elevador se posiciona a 0,003mm por debajo de la superficie de la resina líquida. El laser ultravioleta dibuja una sección transversal sobre la superficie del tanque de resina fotocurable, solidificando así la primera capa. Una vez que el láser termina de solidificar la primera capa, el elevador baja el espesor indicado por la sección transversal y se solidifica otra nueva capa. Este proceso se repite capa por capa hasta que el prototipo esté terminado. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 33 de 59 2) Sinterización selectiva por láser: Es un procedimiento prácticamente similar al anterior, pero con diferencias en cuanto al tipo de material utilizado. En este caso se utiliza un material en polvo, en lugar de utilizar líquido. La maquina utilizada para su realización está compuesta por:  Un láser de CO2.  Un rodillo.  Un elevador.  Dos tanques de polvo. Ilustración 27: Sinterización selectiva por láser. El procedimiento que sigue es el siguiente: Se parte del archivo STL de los datos 3D obtenidos en el modelado CAD. Se introduce en el ordenador y este lo procesa. Se esparce una capa de material SLS en polvo por la superficie de construcción. Se sinteriza una sección del archivo CAD. Usando la información del archivo, un laser de O2 dibuja selectivamente una sección transversal del objeto sobre la capa de polvo. A medida que el láser dibuja la sección, el material se sinteriza (calienta y funde) creando una masa sólida que representa una sección transversal del objeto. Se repite el proceso, es decir, se vuelve a esparcir otra capa de polvo y el láser la vuelve a sinterizar, hasta terminar la pieza. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 34 de 59 3) Fabricación por corte y laminado: Esta técnica está basada en la creación de prototipos rápidos a través de la superposición y pegado sucesivo de láminas de papel cortadas por láser. La maquina utilizada para su realización está compuesta por:  Un láser.  Dos rodillos mediante los cuales el papel se va renovando.  Un rodillo que presiona cada papel antes de ser cortado por el láser.  Una plataforma móvil. Ilustración 28: Fabricación por corte y laminado. El procedimiento que sigue es el siguiente: El láser corta los contornos de la pieza sobre un papel de 0,1 mm de espesor que se corresponde a la altura de la capa en el eje XY. Los sectores de papel sobrante, son cortados en cuadriculas para facilitar su remoción. Siempre se recorta el mismo contorno cuadrado. Posteriormente, los rodillos depositan una nueva capa de papel y se repite el proceso hasta terminar todas las capas. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 35 de 59 4) Deposición por hilo fundido: En esta técnica se opera extruyendo una pequeña cantidad de un termoplástico (poliéster), a través de una diminuta boquilla, formando cada sección y a su vez el objeto tridimensional. La maquina utilizada para su realización está compuesta por:  Un cabezal móvil, el cual vierte el filamento de poliéster.  Una plataforma fija.  Rollo de poliéster. Ilustración 29: Deposición por hilo fundido. El procedimiento que sigue es el siguiente: El material sale del cabezal extructor en un estado semilíquido. El movimiento del cabezal en X e Y defina cada sección o capa. Posteriormente, la plataforma desciende en eje Z dando lugar a una nueva capa sobre la anterior. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 36 de 59 Como conclusión se enumeran las principales ventajas que presenta cada una de estas técnicas: 1) Estereolitografía:  Método económico y rápido.  Su finalidad es proporcionar una visión física y funcional del diseño.  Aplicaciones: modelos conceptuales y estética, detalles de partes y exactitud, padrones maestros para procesos secundarios. 2) Sinterización selectiva por láser:  Permite hacer ensayos de resistencia y durabilidad.  Posibilidad de manejar diferentes materiales.  Piezas muy resistentes.  Aplicaciones: prototipos y patrones de plástico y metal, mecanizados complejos, partes de alta durabilidad, partes con pequeños rasgos, pequeños lotes de piezas metálicas o plásticas. 3) Fabricación por corte y laminado:  Materia prima muy económica. A mayor tamaño de pieza, mayor ahorro.  Precisión de 0,1mm (altura de la capa).  La materia prima no se transforma en el proceso, por lo que obtenemos una pieza estable.  No existe postproceso de curado en la pieza. 4) Deposición por hilo fundido:  Gran rapidez (101 mm/seg.).  Tamaño de la pieza a crear sin límite, únicamente los de la máquina.  Pieza obtenida resistente y que no necesita ser mecanizada.  Material dúctil como cualquier polímero. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 37 de 59 Capitulo 3: Descripción de errores. 3.1 Error de escala: El equipo TC utiliza un haz de rayos X en forma de cono para representar imágenes. La forma de cono permite abarcar totalmente el volumen de la pieza, pero origina un error de escala (sobredimensionamiento). Ilustración 30: Error de escala. Para corregir este error se ajusta el tamaño de Voxel asociado a la matriz volumétrica del modelo 3D. Definición de Voxel: Voxel: pixel volumétrico. Capitulo 3: Índice. 3.1. Error de escala (pag 37-38). 3.2. ivel óptimo de treshold (pag 38-39). Ilustración 31: Definición de Voxel. Ilustración 32: Definición de Voxel. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 38 de 59 El tamaño de Voxel se ajusta según la distancia que se da entre el origen del haz y el detector. Pequeños errores en su cálculo causan una magnificación o reducción de las dimensiones de la pieza. Dado que el foco de emisión del haz no es estable, se producen cálculos erróneos del tamaño de Voxel. Esto hace que las distancias reales varíen ligeramente de los valores esperados. Múltiples son las causas que pueden hacer variar la posición real del foco, y las consecuencias en la medición son importantes. Para completar el ajuste del error de escala se recurre a un factor de escala aplicado a todas las dimensiones tomadas, lo que permite solventar este error. 3.2 ivel óptimo deTreshold: El nivel de treshold está relacionado con el nivel de gris obtenido para cada Voxel del modelo 3D, asociándose un valor para cada nivel de gris. La máquina TC revela imágenes en blanco y negro (radiografías), este tipo de imagen no proporciona una definición precisa del objeto de estudio, el contorno del objeto se difumina (los Voxels que delimitan el contorno de la pieza no quedan suficientemente destacados). Para solventar este error es necesario definir un nivel treshold que delimite el contorno de la pieza, asociándose un nivel treshold para diferenciar los Voxels que representan pieza de los que representan aire, “nivel óptimo de treshold”. La asignación del nivel óptimo de treshold se realiza mediante “Mimics”, software que identifica los niveles treshold obtenidos en la tomografía y representa una gráfica de la periodicidad con la que se repiten dichos valores. Ejemplo: Gráfica Nivel Treshold - Nº Voxels. Gráfica 1: ivel de treshold - º voxels. En la grafica 1 se pueden apreciar dos picos que representan los niveles treshold más repetidos en la tomografía. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 39 de 59 El valor obtenido en un Voxel está directamente relacionado con la densidad del cuerpo al que equivale, por tanto los valores más repetidos corresponden a las zonas que representan pieza y aire. El nivel óptimo se encuentra entre esos dos picos, dado que ese tramo representa el contorno de la pieza. El tramo referenciado explica porque no queda totalmente definido el objeto de estudio, los valores intermedios entre ambos picos corresponden con la zona difuminada de la imagen. Una vez obtenida la gráfica se procede a seleccionar el nivel óptimo de treshold experimentando con distintos valores, procedimiento que se explicará posteriormente. Un valor pequeño de este valor define las piezas más gruesas de lo que son en realidad haciendo que las dimensiones interiores y exteriores tengan tendencias de error opuestas, lo contrario ocurre con un valor alto, obteniéndose resultados erróneos en el dimensionamiento de la pieza. Ilustración 33: Patrón de medida (Valores Treshold óptimo). Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 40 de 59 Capitulo 4: Descripción del método de corrección de errores: Apartado que tiene como objetivo explicar y describir el método de corrección de errores empleado para corregir los errores de escala y nivel óptimo de treshold. Para facilitar la comprensión de este apartado se ha optado por dividirlo en 2 bloques: 4.1 Introducción: Bloque de introducción al método de corrección de errores. 4.2 Método de corrección de errores: 1) Medición de patrones por MMC. 2) Medición de patrones por TC. 3) Método de corrección del Nivel óptimo de treshold. 4) Método de corrección del Error de escala: Factor de escala. 4.1 Introducción: El estudio previo realizado sobre la Tomografía Computarizada permitió conocer los inconvenientes y dificultades que se iban a plantear en el proceso de medición (error de factor de escala y nivel óptimo de threshold). Para eliminar ambos errores se diseño un método de corrección aplicado sobre patrones de medida, piezas cuya geometría es más sencilla de dimensionar, lo que aporta mayor efectividad al método. La geometría diseñada para los patrones permite utilizar un equipo de medición convencional para cotejar los resultados obtenidos por el método TC. Para realizar esta tarea se seleccionó el sistema de medición por MMC, equipo con alta precisión y que permite medir todas las geometrías del dispositivo. El diseño de los patrones consta de geometrías similares a las del encapsulado (cilindros, esferas, planos en los diferentes cuadrantes…) y están fabricados del mismo material, permitiendo calibrar el equipo TC antes de proceder con la medición del dispositivo. La razón por la cual son necesarios 2 patrones de medida es que se necesita caracterizar los errores en todas las direcciones del espacio, lo que se consigue posicionándolos de diferente forma (vertical y horizontal) en el instante del tomografiado. Capitulo 4: Índice. 4.1. Introducción (pag.40-42). 4.2. Método de corrección de errores (pag.42-48). Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 41 de 59 Ilustración 34: Posicionamiento de patrones. Tomografía computarizada: El proceso comienza realizando la tomografía de los patrones. Ilustración 35: Tomografiado de patrones y encapsulado. Una vez obtenidas todas las imágenes 2D necesarias para construir el modelo 3D, se cargan en un software que las filtra mejorando su calidad. A continuación las imágenes filtradas se computan en otro software que se encarga de reconstruir el modelo 3D. Software suministrado por General Electric que utiliza un algoritmo de reconstrucción basado en el grado de absortividad de las imágenes para generar los Voxels del modelo 3D. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 48 de 59 4) Método de corrección del Error de escala: Factor de escala. La corrección de este error se hace mediante el software de General Electric, programa que ajusta el tamaño de Voxel del modelo 3D según la distancia que se da entre el detector y el foco de emisión de rayos X. Ajuste que no es suficiente, ya que el foco de emisión no es estable, lo que produce un pequeño error en el cálculo del tamaño de Voxel originando imperfecciones del volumen de pieza en el modelo 3D. Para corregir esta imperfección se recurre al cálculo de un factor de escala que se aplicará a todas las dimensiones obtenidas con Geomagic. De esta forma el modelo 3D queda perfectamente escalado. Calculo del factor de escala: Para proceder a su cálculo es necesario encontrar una dimensión que no dependa del nivel óptimo de treshold, utilizar una medida que se vea afectada por este error originaría un cálculo erróneo aumentando más el error cometido. La distancia entre centros de esferas es una dimensión que cumple este requisito, por lo que será la dimensión utilizada para efectuar el cálculo del factor de corrección. El principal inconveniente de utilizar distancias entre centros de esferas es que su cálculo no es inmediato, se necesita conocer la posición de los centros. La posición de los centros se obtiene en coordenadas cartesianas (x,y,z) y mediante el cálculo del modulo del segmento proporcionado por 2 puntos se obtiene la distancia entre centros: Raiz((x 1 –x 2 )^ 2 +(y 1 -y 2 )^ 2 +(z 1 -z 2 )^ 2 ) = distancia. Una vez obtenidas todas las distancias, se procede al cálculo del factor de escala: 1. Cálculo del factor de escala para cada distancia: se divide la medida convencionalmente verdadera obtenida por MMC entre la obtenida por Geomagic. 2. Cálculo del promedio del factor para todas las distancias del modelo, uno para cada ISO. 3. El valor obtenido por el promedio es el factor de escala que se aplicara únicamente a ese modelo, obteniendo un factor de escala para cada archivo computado en Geomagic. Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 49 de 59 Capitulo 5: Resultados. Capitulo 5: Índice. 5.1 Resultados: Factor de escala (pag.49-52). 5.2 Resultados: Nivel óptimo de treshold (pag.52-55). 5.1 Resultados: Factor de escala. Análisis de resultados intermedios: Apartado en que se analizan los resultados obtenidos para cada dato. • Tomografia 1: Factor de escala obtenido para cada ISO y patrón. Tabla 1: Factor de escala obtenido para cada distancia entre esferas de la tomografía 1. • Tomografía 2: Factor de escala obtenido para cada ISO y patrón. Tabla 2: Factor de escala obtenido para cada distancia entre esferas de la tomografía 2. ISO 40 ISO 50 ISO 60 ISO 40 ISO 50 ISO 60 Distance S_1-S_2 0,992612755 0,992886884 0,993710726 0,9960301 0,996141506 0,996449522 Distance S_1-S_3 0,99519414 0,995073358 0,995077644 0,995575673 0,995635175 0,995548286 Distance S_1-S_4 0,995734732 0,995361876 0,995415738 0,996294275 0,996298396 0,995912866 Distance S_1-S_5 0,982231538 0,987589464 0,988798911 0,989202975 0,987661427 0,987886712 Distance S_1-S_6 0,996097932 0,995945712 0,995745913 0,9953476 0,995501276 0,995500815 Distance S_2-S_3 0,996124131 0,995868252 0,995701479 0,995784886 0,995458915 0,995615842 Distance S_2-S_4 0,995811243 0,995550071 0,995571342 0,996442362 0,996154466 0,996026296 Distance S_2-S_5 0,983531108 0,987138175 0,988896997 0,990849308 0,990780144 0,989744388 Distance S_2-S_6 0,996825997 0,996641542 0,996304246 0,995621006 0,995546335 0,995649117 Distance S_3-S_4 0,992749022 0,993719527 0,993834445 0,995575526 0,995860068 0,995426628 Distance S_3-S_5 0,993007994 0,994697012 0,995162886 0,995382068 0,995235866 0,995239052 Distance S_3-S_6 0,99351994 0,993766414 0,993111663 0,991361805 0,992243673 0,990045473 Distance S_4-S_5 0,992907064 0,994658939 0,995208314 0,99570937 0,995512027 0,995392435 Distance S_4-S_6 0,989497259 0,990219039 0,990336583 0,98836017 0,989323195 0,988884776 Distance S_5-S_6 0,9949478 0,996481477 0,996681155 0,996067468 0,996071709 0,99634624 Patron1 Factor de escala Tomografia 1 Patron2 ISO 40 ISO 50 ISO 60 ISO 40 ISO 50 ISO 60 Distance S_1-S_2 0,993001336 0,993133413 0,992262993 0,996407509 0,996410142 0,996263831 Distance S_1-S_3 0,995028666 0,994928469 0,994950585 0,995611524 0,995888581 0,995728163 Distance S_1-S_4 0,995375465 0,995281423 0,995234807 0,996081367 0,996195642 0,996136743 Distance S_1-S_5 0,984257683 0,986154694 0,988927096 0,986892207 0,987292331 0,988854444 Distance S_1-S_6 0,996053536 0,996000442 0,995656361 0,995641451 0,995735117 0,99583643 Distance S_2-S_3 0,995783777 0,995628862 0,995565105 0,995622629 0,995839185 0,995738203 Distance S_2-S_4 0,995446963 0,995385224 0,995095966 0,996084236 0,996187325 0,996153103 Distance S_2-S_5 0,985476909 0,986671422 0,987249238 0,990327742 0,989453413 0,991245728 Distance S_2-S_6 0,996736357 0,996631652 0,996025855 0,995743525 0,995752632 0,996002754 Distance S_3-S_4 0,992951729 0,993230697 0,992803185 0,995232201 0,995935267 0,995657671 Distance S_3-S_5 0,994496808 0,994577798 0,995565973 0,995155042 0,995305781 0,99596964 Distance S_3-S_6 0,993555186 0,993330263 0,992066272 0,990720122 0,990404715 0,990241089 Distance S_4-S_5 0,994452052 0,99460381 0,995575398 0,995265721 0,995322059 0,996173098 Distance S_4-S_6 0,990746402 0,990569983 0,989686131 0,989533619 0,98887189 0,988925025 Distance S_5-S_6 0,996632212 0,996666899 0,997216853 0,996226948 0,996302861 0,997249617 Factor de escala Tomografia 2 Patron1 Patron2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 50 de 59 • Tomografía 3: Factor de escala obtenido para cada ISO y patrón. Tabla 3: Factor de escala obtenido para cada distancia entre esferas de la tomografía 3. • Tomografía 4: Factor de escala obtenido para cada ISO y patrón. Tabla 4: Factor de escala obtenido para cada distancia entre esferas de la tomografía 4. Para analizar los resultados obtenidos en las tablas se han creado gráficas que representan los valores obtenidos de los datos para cada nivel ISO, realizándose la comparación entre ISOs de un mismo patrón y tomografía. ISO 40 ISO 50 ISO 60 ISO 40 ISO 50 ISO 60 Distance S_1-S_2 0,993470911 0,994043573 0,993902374 0,996034222 0,996179423 0,996323942 Distance S_1-S_3 0,99609611 0,996082986 0,996150791 0,996140896 0,996091311 0,996175711 Distance S_1-S_4 0,995146492 0,994992506 0,995047916 0,995864693 0,995808467 0,995862342 Distance S_1-S_5 0,992615765 0,992176753 0,992507241 0,994333681 0,994784513 0,995136478 Distance S_1-S_6 0,996366971 0,997015511 0,997303488 0,993056341 0,993224244 0,993927065 Distance S_2-S_3 0,99544434 0,995448565 0,995504029 0,995349036 0,995349008 0,995349433 Distance S_2-S_4 0,993957864 0,993971058 0,993962616 0,995196845 0,995180388 0,995162059 Distance S_2-S_5 0,996270863 0,995948574 0,99621186 0,998668505 0,998640707 0,998910497 Distance S_2-S_6 0,995641743 0,99642429 0,9966891 0,992757616 0,992905649 0,993533698 Distance S_3-S_4 0,993018785 0,993436226 0,993295133 0,996122177 0,995845706 0,995844909 Distance S_3-S_5 0,995593849 0,99537906 0,995576684 0,996991025 0,997178732 0,997487857 Distance S_3-S_6 0,984983509 0,986741887 0,987031428 0,982140095 0,981511675 0,982475958 Distance S_4-S_5 0,994357125 0,994113554 0,994288187 0,996604039 0,996846961 0,997131541 Distance S_4-S_6 0,985856313 0,987521473 0,987744606 0,980166573 0,980472157 0,981370451 Distance S_5-S_6 0,996761038 0,997237893 0,997636027 0,995264731 0,995697762 0,99660631 Factor de escala Tomografia 3 Patron1 Patron2 ISO 40 ISO 50 ISO 60 ISO 40 ISO 50 ISO 60 Distance S_1-S_2 0,993470911 0,994043573 0,992973382 0,996204962 0,996061604 0,995938306 Distance S_1-S_3 0,99609611 0,996082986 0,994615073 0,995086239 0,995070023 0,995217053 Distance S_1-S_4 0,995146492 0,994992506 0,994874389 0,995659444 0,995556811 0,995673891 Distance S_1-S_5 0,992615765 0,992176753 0,990704336 0,987199447 0,98680181 0,987464194 Distance S_1-S_6 0,996366971 0,997015511 0,995696237 0,994855908 0,995419657 0,995493249 Distance S_2-S_3 0,99544434 0,995448565 0,995327484 0,995009296 0,995009958 0,995061552 Distance S_2-S_4 0,993957864 0,993971058 0,993001243 0,995609513 0,995557573 0,995578458 Distance S_2-S_5 0,996270863 0,995948574 0,995007761 0,990924534 0,991066419 0,990801489 Distance S_2-S_6 0,995641743 0,99642429 0,996354764 0,994996638 0,99565777 0,995577096 Distance S_3-S_4 0,993018785 0,993436226 0,992766945 0,994667569 0,994965657 0,995253941 Distance S_3-S_5 0,995593849 0,99537906 0,995211041 0,99502567 0,994152686 0,995320311 Distance S_3-S_6 0,984983509 0,986741887 0,983964406 0,990222335 0,991681342 0,991029188 Distance S_4-S_5 0,994357125 0,994113554 0,995095137 0,995304616 0,994356493 0,995529601 Distance S_4-S_6 0,985856313 0,987521473 0,984825301 0,988802178 0,989932695 0,98946308 Distance S_5-S_6 0,996761038 0,997237893 0,997166518 0,995870164 0,995478541 0,996712363 Factor de escala Tomografia 4 Patron1 Patron2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada Tomografía 1 Tomografía Las gráficas obtenidas reflejan una tendencia homogénea de método elaborado e s el adecuado La tendencia de valores obtenida p esto significa que la distancia entre centros de esferas es un dato independiente del nivel óptimo de treshold, requisito indispensable para que el mét no fuera así los valores obtenidos Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . Tomografía 1 Tomografía Tomografía 3 Tomografía obtenidas reflejan una tendencia homogénea de valores , lo que significa que el s el adecuado . La tendencia de valores obtenida p ara un mismo patrón en cada tomografía es muy similar, esto significa que la distancia entre centros de esferas es un dato independiente del nivel óptimo de treshold, requisito indispensable para que el mét odo de corrección sea correcto, los valores obtenidos de un nivel ISO a otro cambiarían de tendencia Página 51 de 59 Tomografía 2 Tomografía 4 , lo que significa que el cada tomografía es muy similar, esto significa que la distancia entre centros de esferas es un dato independiente del nivel odo de corrección sea correcto, si tendencia . Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 52 de 59 Resultados finales del factor de escala: Resultados muy homogéneos y cercanos a 1, implica que el error cometido en el cálculo del tamaño de Voxel es mínimo. 5.2 Resultados: ivel óptimo de treshold. Resultados finales: Nivel ISO óptimo obtenido para cada tomografía mediante ajuste de tendencia lineal y polinómica. Factor de corrección ISO 40 0,99271951 ISO 50 0,993706516 ISO 60 0,993970536 ISO 40 0,994240306 ISO 50 0,994228279 ISO 60 0,993977897 ISO 40 0,993333005 ISO 50 0,99351967 ISO 60 0,993592121 ISO 40 0,99403639 ISO 50 0,994059796 ISO 60 0,994411703 ISO 40 0,993705445 ISO 50 0,994035594 ISO 60 0,994190099 ISO 40 0,993646032 ISO 50 0,993714447 ISO 60 0,99408655 ISO 40 0,993705445 ISO 50 0,994035594 ISO 60 0,993661536 ISO 40 0,993695901 ISO 50 0,993784603 ISO 60 0,994007585 Tomografia 3 Patron1 Patron2 Tomografia 4 Patron1 Patron2 Tomografia 1 Patron1 Patron2 Tomografia 2 Patron1 Patron2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada Análisis de resultados: polinómica para cada tomografía. • Tomografía 1: La desviación entre el v Situándose el valor ISO ó Gráfica La gráfica muestra un comportamiento similar de ambas aproximaciones, valores por encima de ISO 60 para distancias entre planos La aproximación por reg. polinómica refleja un desfase más pronunciado de los valores obtenidos entre esferas y distancias, lo que implica que para esta tomografía el valor ISO óptimo este más próximo a • Tomografía 2: La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0,5666. Situándose el valor ISO óptimo entorno a ISO 60 Reg. lineal Reg. polinómica grado 2 S1 Reg. lineal Reg. polinómica grado 2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . Análisis de resultados: Comparación de resultados obtenidos entre regres polinómica para cada tomografía. Tabla 5 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T1. La desviación entre el v alor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de Situándose el valor ISO ó ptimo entorno a ISO 60. Gráfica 2 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T1. La gráfica muestra un comportamiento similar de ambas aproximaciones, valores por encima de ISO 60 para diámetros de esferas (excepto esfera 6) y por debajo de ISO 60 para distancias entre planos . La aproximación por reg. polinómica refleja un desfase más pronunciado de los valores obtenidos entre esferas y distancias, lo que implica que para esta tomografía el valor ISO óptimo este más próximo a l de la tendencia lineal. Tabla 6: Comparación ent re ajuste lineal y polinómico T2 La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0,5666. Situándose el valor ISO óptimo entorno a ISO 60 ,6. S1 S2 S3 S4 S5 S6 DP4-P5 DP2-P3 63,65 63,867 63,097 64,144 61,547 51,601 50,776 58,237 68,524 64,736 65,849 66,356 65,273 51,349 51,976 58,444 Tomografía 1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 DP4-P5 DP2-P3 DP5-P6 65,364 65,449 64,444 64,12 65,855 54,102 56,397 53,342 65,345 66,956 64,747 64,423 70,54 53,957 56,496 53,016 Tomografía 2 Página 53 de 59 entre regres ión lineal y : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T1. polinómico es de 1,489. : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T1. La gráfica muestra un comportamiento similar de ambas aproximaciones, valores por y por debajo de ISO 60 La aproximación por reg. polinómica refleja un desfase más pronunciado de los valores obtenidos entre esferas y distancias, lo que implica que para esta tomografía el valor ISO re ajuste lineal y polinómico T2 . La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0,5666. DP5-P6 DP3-P4 Media 62,649 52,049 59,1617 62,398 51,602 60,6507 DP5-P6 DP3-P4 Media 61,297 52,818 60,3188 61,015 52,355 60,885 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada Gráfica El comportamiento que el observado en la anterior, por eso la desviación entre sus valores es me Los valores obtenidos comportamiento igual al de la tomografía anterior, siguen tendencias opuestas. • Tomografía 3: Tabla La desviación entre el valor obtenido por reg. Lin Situándose el val Gráfica C omportamiento de valores ISO muy La tendencia de valores entre diámetros de esferas y distancias entre plano el mismo que el observado en las tomografías anteriores. S1 Reg. lineal Reg. polinómica grado 2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . Gráfica 3 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T2. comportamiento que muestra la grafica en esta tomografía es mucho más homogéneo que el observado en la anterior, por eso la desviación entre sus valores es me obtenidos para diámetros de esferas y distancias entre planos tienen un comportamiento igual al de la tomografía anterior, siguen tendencias opuestas. Tabla 7: Comparación entre ajuste lineal y poli nómico T3. La desviación entre el valor obtenido por reg. Lin eal y el polinómico es de 0,2577 Situándose el val or ISO óptimo entorno a ISO 60,1. Gráfica 4 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T3. omportamiento muy homogéneo de ambas aproximaciones, resultando una desviación muy reducida, el ajuste del nivel ISO es muy preciso en esta tomografía La tendencia de valores entre diámetros de esferas y distancias entre plano observado en las tomografías anteriores. S1 S2 S3 S4 S5 S6 DP4-P5 DP2-P3 DP5-P6 63,735 65,893 65,145 63,151 68,18 51,114 55,977 51,932 63,998 67,548 66,154 64,037 68,381 50,383 55,916 51,733 Tomografía 3 Página 54 de 59 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T2. que muestra la grafica en esta tomografía es mucho más homogéneo que el observado en la anterior, por eso la desviación entre sus valores es me nor. distancias entre planos tienen un comportamiento igual al de la tomografía anterior, siguen tendencias opuestas. nómico T3. eal y el polinómico es de 0,2577 . : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T3. resultando una desviación en esta tomografía . La tendencia de valores entre diámetros de esferas y distancias entre plano s sigue siendo DP5-P6 DP3-P4 Media 62,422 52,308 59,9857 62,65 51,634 60,2434 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada • Tomografía 4: La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0, Situándose el val Gráfica Al igual que en las tomografías anteriores valores. Conclusión: El análisis de resultados elaborado en el ap conclusiones:  Los valores obtenidos por reg. polinómica son valores por encima de ISO 60 (ajuste a la alta), y los obtenidos por reg. lineal son por debajo (ajuste a la baja), lo que implica que el nivel ISO óptimo  El comportamiento que muestran los resultados obtenidos en los esferas y distancias entre no afecta de igual forma a todos los elementos geométricos del material. S1 Reg. lineal Reg. polinómica grado 2 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada . Tabla 8 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T4. La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0, Situándose el val or ISO óptimo entorno a ISO 60. Gráfica 5 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T4. Al igual que en las tomografías anteriores se da un comportamiento homogéneo de El análisis de resultados elaborado en el ap aratado anterior refleja las siguientes Los valores obtenidos por reg. polinómica son valores por encima de ISO 60 (ajuste a la alta), y los obtenidos por reg. lineal son por debajo (ajuste a la baja), lo que implica que el nivel ISO óptimo sea 60. El comportamiento que muestran los resultados obtenidos en los esferas y distancias entre planos son opuestos , por tanto el nivel óptimo de treshold no afecta de igual forma a todos los elementos geométricos del material. S1 S2 S3 S4 S5 S6 DP4-P5 DP2-P3 DP5-P6 63,786 65,248 64,166 65,464 61,174 54,263 55,966 52,471 64,109 65,229 66,894 66,199 63,853 53,771 56,016 52,529 Tomografía 4 Página 55 de 59 : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T4. La desviación entre el valor obtenido por reg. Lineal y el polinómico es de 0, 6554. : Comparación entre ajuste lineal y polinómico T4. se da un comportamiento homogéneo de aratado anterior refleja las siguientes Los valores obtenidos por reg. polinómica son valores por encima de ISO 60 (ajuste a la alta), y los obtenidos por reg. lineal son por debajo (ajuste a la baja), lo que El comportamiento que muestran los resultados obtenidos en los diámetros de , por tanto el nivel óptimo de treshold no afecta de igual forma a todos los elementos geométricos del material. DP5-P6 DP3-P4 Media 62,513 52,358 59,7409 63,493 51,87 60,3963 Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 56 de 59 Capitulo 6: Conclusiones. Capitulo 6: Índice. 6.1 Objetivos (pag.56). 6.2 Grado de consecución de objetivos (pag.56-57). 6.3 Ideas de mejora (pag.57). 6.1 Objetivos: A. Diseñar un método de corrección de errores para el sistema de medición por tomografía computarizada. B. Desarrollar el método de corrección de errores. C. Corrección de los errores de escala y nivel de treshold por mediación del método desarrollado. D. Comprobar la efectividad del método. 6.2 Grado de consecución de los objetivos: A continuación se detalla el grado de consecución de los objetivos en forma de tabla, asignando un nivel de puntuación de 1 a 5. Sistema de puntuación: 1) Incorrecto. 2) Insuficiente. 3) Suficiente. 4) Correcto. 5) Exitoso. Tabla 9: Grado de consecución de objetivos. A. La decisión de fabricar 2 patrones de medida para ser utilizados como objeto de estudio del método fue correcta, al igual que la elección de los parámetros de corrección de errores (diámetros de esferas, distancias entre planos y distancias entre centros de esferas). B. El desarrollo del método se llevo a cabo de forma exitosa, obteniendo multitud de datos para su posterior análisis. C. Con la corrección de errores se consiguió solventar los errores típicos de TC. Grado de consecución de objetivos 1 2 3 4 5 A. Diseñar un método de corrección de errores para el sistema de medición por tomografía computarizada. X B. Desarrollar el método de corrección de errores. X C. Corrección de los errores de escala y nivel de treshold por mediación del método desarrollado. X D. Comprobar la efectividad del método. X Proyecto fin de carrera: Tomografía computarizada. Página 57 de 59 D. El método desarrollado consiguió que se obtuvieran mediciones muy precisas de los diferentes elementos geométricos. 6.3 Ideas de mejora: La idea de mejora propuesta es para reducir el tiempo de desarrollo del método y mejorar la precisión del ajuste de nivel treshold. El desarrollo del proceso de corrección seria el mismo, pero se obtendrían 2 tomografías de los patrones en vez de 4. De esta forma se reduce el tiempo empleado en obtener datos de distintas tomografías para aplicarlo en realizar un ajuste más preciso del nivel ISO óptimo. Para calcular el nivel óptimo se ha empleado un ajuste por reg. lineal y otro por polinómica ,obteniendo para ello 3 valores ISO, aumentando el rango de valores ISO se aumentaría la precisión del ajuste, por ejemplo ISO 35, 45, 55, 65 y 75.