Computertomografie Handbuch - LD DIDACTIC

Computertomografie 


Handbuch 

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Copyright 

Die Software ist einzeln als Computertomografie Pro (554 820) oder als Bestandteil des Computertomografiemoduls 

(554 821) der Firma LD DIDACTIC GmbH erhältlich. Sie ist für die Ausbildung an Schulen und Universitäten 

konzipiert. 

Die Software wird durch einen Freischaltcode (554 820) oder das Computertomografiemodul (554 821) lizensiert. Es 

ist unzulässig, den Freischaltcode an Kollegen anderer Schulen oder Institutionen weiterzugeben. 

Die Rekonstruktion oder Darstellung der aufgenommenen Datensätze darf dagegen auch ohne Freischaltcode und 

ohne Computertomografiemodul erfolgen. Dazu darf die Software auf beliebig vielen Computern installiert und in 

unveränderter Form auch weiter gegeben werden. 

Es ist untersagt, die Software zur Rekonstruktion oder Darstellung von anderweitig aufgenommenen Datensätzen zu 

verwenden oder die Software oder Teile davon zu dekompilieren oder zu disassemblieren. 

Die Firma LD DIDACTIC GmbH übernimmt keinerlei Gewähr für die korrekte Funktion der Software. Insbesondere 

haben die ermittelten Werte und Darstellungen keine medizinische Aussagekraft. 

Handbuchautor 

Dr. Michael Hund 

Stand 

10.06.2013 



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Inhaltsverzeichnis 

Einleitung ...............................................................................................................................4 

Röntgenbildsensor ................................................................................................................5 

Mindestanforderungen an den Computer für den Röntgenbildsensor ................................................................ 6 

Mindestanforderungen an das Röntgengerät für den Röntgenbildsensor .......................................................... 6 

Computertomografiemodul ..................................................................................................7 

Mindestanforderungen an den Computer für das Computertomografiemodul ................................................... 7 

Mindestanforderungen an das Röntgengerät für das Computertomografiemodul ............................................. 8 

Software Computertomografie .............................................................................................9 

Einrichtung von Kamera und Röntgengerät ...................................................................................................... 10 

Aufnahme der Projektionen und Berechnung der Rückprojektionen (CT-Scan) .............................................. 13 

2D-Ansicht und Korrektur eines Computertomogramms .................................................................................. 14 

3D-Ansicht und Auswertung des Computertomogramms ................................................................................. 15 

Laden und Speichern von Einstellungen und von 3D-Daten ............................................................................ 18 

Export als Bitmap und AVI ................................................................................................................................ 18 

Versuchsbeispiele und Versuchsanleitung ...................................................................... 19 

Schritt-für-Schritt-Anleitung ............................................................................................................................... 20 

Laue-Aufnahmen mit dem Röntgenbildsensor.................................................................................................. 22 

Stichwortverzeichnis ........................................................................................................... 23 



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Einleitung 

Dieses Handbuch soll einen Überblick über die Möglichkeiten der Software Computertomografie geben. Es ist 

textidentisch mit den Hilfen, die auch im Programm praktisch jederzeit per Mausklick erreichbar sind. 

Sicherheitshinweise 

Der Röntgenbildsensor, das Computertomografiemodul und die Software wurden für die Ausbildung an Schulen und 

Universitäten konzipiert. Die ermittelten Werte und Darstellungen haben keine medizinische Aussagekraft. 

Das Röntgengerät darf nur in Übereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung des Röntgengeräts betrieben werden. 

Installation 

Die Installation besteht aus zwei Teilen. 

a) Installation der Software Computertomografie 

Die Installation der Software erfolgt entweder 

 

 

automatisch nach Einlegen der CD-ROM oder 

manuell durch Start der Datei setup.exe 

und durch Befolgen der Bildschirmmitteilungen. 

Falls erforderlich werden bei der Softwareinstallation das Microsoft .NET Framework 3.5 sowie DirectX 

Laufzeitkomponenten installiert. 

b) Installation des USB Video-Treibers (nur beim Computertomografiemodul notwendig) 

Im Computertomografiemodul ist ein USB-Videograbber zur Umwandlung des analogen Videosignales der Kamera 

enthalten. Der Videograbber benötigt die Installation eines Treibers, der auf der CD im Unterverzeichnis Driver 

enthalten ist. 

Je nach eingebautem Videograbber liegt dort eine startbares Installationsprogramm (z. B. Driver\Setup.exe) oder der 

eigentliche Videotreiber (z. B. Video.inf). 

Im ersten Fall sollte das Installationsprogramm (z. B. Driver\Setup.exe) vor dem Anschluss des 

Computertomografiemoduls an den PC ausgeführt werden. Im zweiten Fall sucht Windows nach dem Anschluss und 

nach Einschalten des Computertomografiemoduls an den PC selbst den Treiber auf der CD. 

Falls Sie einen anderen Videograbber einsetzen wollen, dann kann dieser an den analogen Videoausgang des 

Computertomografiemodules angeschlossen werden. Auch solche Videograbber benötigen einen installierten 

Treiber, der einen DirectShow-Filter zur Verfügung stellt, über den die Software Computertomografie an die 

Videodaten gelangt. 

Wichtig: Auch wenn der interne Videograbber nicht verwendet wird, muss das Computertomografiemodul trotzdem 

mit dem Computer über ein USB-Kabel verbunden sein. 



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Röntgenbildsensor 

Der Röntgenbildsensor (554 828) bestehend aus Sensorkopf und USB-Modul dient zur Aufnahme von 

Röntgenbildern im Experimentierraum eines Röntgengeräts (z.B. 554 800). Im Sensorkopf wird dazu die 

Röntgenstrahlung an einer Szintillatorfolie in sichtbares Licht umgewandelt. Zwischen dieser Szintillatorfolie und dem 

dahinter liegenden CMOS-Bildsensor wird die verbleibende Röntgenstrahlung durch eine Glasfaseroptik 

abgeschirmt, um eine hohe Lebensdauer des Bildsensors zu gewährleisten. Das analoge Ausgangssignal des 

Sensorkopfes wird über das mitgelieferte DVI-Kabel zum USB-Modul übertragen, welches sich außerhalb des 

Röntgengeräts befindet. Dort entsteht das digitale Röntgenbild für die direkte Übertragung zum PC. 

Der separat erhältliche Präzisionsschlitten (554 829) dient zur präzisen Positionierung des Röntgenbildsensors im 

Röntgengerät. Computertomogramme werden am rechten Ende der Schiene aufgenommen. Dort lässt sich die Mitte 

des Bildsensors genau auf die Drehachse des Goniometers einstellen. Das linke Ende der Schiene eignet sich gut 

für die Erstellung digitaler Laue-Aufnahmen. 

Die separat erhältliche Software Computertomografie Pro (554 820) dient zur automatischen winkelabhängigen 

Aufnahme der Projektionen eines durchstrahlten Objekts innerhalb weniger Minuten. Bereits während der Aufnahme 

wird der Rückprojektionsprozess wahlweise in zwei oder drei Dimensionen visualisiert. Es stehen also bereits sowohl 

Schnittbilder als auch 3D-Bilder des noch unfertigen 3D-Objekts mit allen Ansichtswerkzeugen (Drehen, Zoomen, 

Transparenzeffekte, Schnitte, stereoskopische Darstellung, Beleuchtung ähnlich zum Heidelberger Raytracing 

Modell) zur Verfügung. Der Rückprojektionsprozess komplettiert mit jedem zusätzlichen Winkelschritt das schließlich 

fertige 3D-Objekt. 

Trotz der niedrigen Röntgenenergie eines Schulröntgengeräts von 35 keV lassen sich gut aufgelöste 

Computertomogramme unterschiedlicher Objekte aufnehmen sowie qualitativ und quantitativ auswerten. Der 

Schwerpunkt liegt auf der didaktischen Aufbereitung des Aufnahmeprozesses und der Auswertung. 

Das Paket Computertomografie Pro (554 820P) enthält neben der Software auch den Röntgenbildsensor (554 828) 

und den Präzisionsschlitten (554 829). Zusätzlich sind ein geeignetes Röntgengerät und ein leistungsfähiger 

Computer erforderlich. 

Technische Daten 

Analoger Sensorkopf 

Sensor: 

CMOS ohne defekte Pixelzeilen (Premium Grade) 

Sensorfläche: 

49,2 mm x 48,0 mm (abgeschirmt für erhöhte Lebensdauer) 

Auflösung: 

1024 Pixel x 1000 Pixel 

Pixelgröße: 48 µm x 48 µm 

Videoausgang: 

analog (0,5 µV/Elektron) 

Anschluss: 

Dual-Link DVI-Buchse 

Gehäuse: 

Edelstahl 

Abmessungen: 

75 mm x 88 mm x 34 mm 

Masse: 

500 g 

Digitalisierendes USB-Modul 

Auflösung AD-Wandler: 

Auslesezeit: 

Anschluss: 

Abmessungen: 

Masse: 

Software 

12 Bit Graustufen 

ca. 3,3 s 

USB 2.0 (Full Speed) 

186 mm x 165 mm x 30 mm 

700 g 

Steuerung: 

Röntgengerät, Goniometer und Bildsensor über USB 

Anzahl Projektionen: 1/4/15/45/90/180/360/720 Bilder pro Tomogramm 

Winkelauflösung: bis zu 0,5° 

Größe Computertomogramm: 200 ... 940 Pixel pro Dimension (8 ... 830 Megavoxel) 

Versionen: 

32 Bit und 64 Bit (für größere Computertomogramme) 

Zubehör 

Software Computertomografie Pro (554 820) 

Zubehör Computertomografie (554 826) 

Rot-Cyan-Brille (554 827) 

Präzisionsschlitten Röntgenbildsensor (554 829) 

Lochkollimator mit Laue-Kristallen (554 8381) 



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Mindestanforderungen an den Computer für den Röntgenbildsensor 

Die Echtzeitaufnahme und Auswertung eines Computertomogramms ist mit hohem Rechenaufwand für den 

Prozessor und die Grafikkarte verbunden. Trotz des hohen Optimierungsgrads der verwendeten Algorithmen gelten 

die folgenden Mindestvoraussetzungen: 

Windows XP SP3 oder Windows Vista/7/8 (32 Bit oder 64 Bit) 

Dual-Core Prozessor 2,4 GHz 

3 GB RAM 

3D-Grafikkarte (ab etwa Nvidia GT 630 / AMD HD 6670) 

2 x USB 2.0-Port 

DVD-Laufwerk 

Für größere Computertomogramme empfehlen wir eine erhöhte Rechenleistung: 

Windows Vista/7/8 (64 Bit) 

Quad-Core Prozessor 3 GHz 

8 GB RAM 

3D-Grafikkarte mit 2 GB RAM (ab etwa Nvidia GTX 660 Ti / AMD HD 7870) 

2 x USB 2.0-Port 

DVD-Laufwerk 

Mindestanforderungen an das Röntgengerät für den Röntgenbildsensor 

Das Röntgengerät muss einen Kanal zur Durchführung des DVI-Kabels aufweisen, z.B. Röntgengrundgerät (554 800 

oder 554 81). 

Für die Aufnahme von Computertomogrammen ist zusätzlich das Goniometer und der USB-Port des Röntgengeräts 

erforderlich, z.B. Röntgengerät Mo (554 801 oder 554 811USB). Das Röntgengerät (554 81) mit serieller Schnittstelle 

ist für die Computertomografie nicht einsetzbar. 

Die verwendete Röntgenröhre ist für die Intensität der Bilder verantwortlich. Wir empfehlen daher den Einsatz einer 

W- oder Au-Röhre. 

Firmware Röntgengerät 

Auch die Firmware des Röntgengeräts muss mit der Software Computertomografie kompatibel sein: 

 

 

für 554 801: Version 1.03.A-2.2 oder neuer 

für 554 811USB: Version 3.03 oder neuer 

Die Version wird in den Einstellungen angezeigt. 

Die aktuelle Firmware ist im Programm Röntgengerät enthalten, das unter http://www.ld-didactic.com/software/ 

xrsetup.exe erhältlich ist. 



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Computertomografiemodul 

Das Computertomografiemodul (554 821) dient zur winkelabhängigen Aufnahme der Projektionen eines 

durchstrahlten Objekts innerhalb weniger Minuten. Bereits während der Aufnahme visualisiert die mitgelieferte 

Software Computertomografie den Rückprojektionsprozess wahlweise in zwei oder drei Dimensionen. Es stehen also 

bereits sowohl Schnittbilder als auch 3D-Bilder des noch unfertigen 3D-Objekts mit allen Ansichtswerkzeugen 

(Drehen, Zoomen, Transparenzeffekte, Schnitte, stereoskopische Darstellung, Beleuchtung ähnlich zum 

Heidelberger Raytracing Modell) zur Verfügung. Der Rückprojektionsprozess komplettiert mit jedem zusätzlichen 

Winkelschritt das schließlich fertige 3D-Objekt. 

Trotz der einfachen Messmethode und der niedrigen Röntgenenergie eines Schulröntgengeräts von 35 keV lassen 

sich gut aufgelöste Computertomogramme unterschiedlicher Objekte aufnehmen sowie qualitativ und quantitativ 

auswerten. Der Schwerpunkt liegt auf der didaktischen Aufbereitung der Aufnahme und der Auswertung. 

Zusätzlich sind ein geeignetes Röntgengerät und ein leistungsfähiger Computer erforderlich. 

Technische Daten 

Befestigung des Objekts: 

Max. Objektgröße: 

Objektauflösung: 

Winkelauflösung: 

Größe Computertomogramm: 

Anschluss an den Computer: 

Anschluss des Röntgengeräts: 

separater Videoausgang: 

Netzanschluss: 

Abmessungen (B x H x T): 

Masse: 

am Goniometer des Röntgengeräts 

ca. 8 x 8 x 8 cm³ 

ca. 0,25 mm 

1 - 360 Projektionen pro Tomogramm 

200 - 340 Pixel pro Dimension 

USB 2.0-Port 

USB 2.0-Port 

Cinch (CCIR) 

230 V, 50/60 Hz 

53 cm x 34 cm x 24,5 cm 

13,5 kg 

Lieferumfang 

1 Computertomografiemodul inklusive lichtempfindlicher s/w-Kamera 

1 Software Computertomografie zur Steuerung, Aufnahme, 3D-Ansicht und Auswertung 

1 Objekt (kleines getrocknetes Tier, z. B. Frosch) 

1 Küvette (z. B. für Wasser) 

1 Objekthalter inkl. Styroporhalterung und Gummiringen 

1 USB-Kabel 

Zubehör 

Legoadapter (554 825) 

Zubehör Computertomografie (554 826) 

Rot-Cyan-Brille (554 827) 

Mindestanforderungen an den Computer für das Computertomografiemodul 

Die Echtzeitaufnahme und Auswertung eines Computertomogramms ist mit hohem Rechenaufwand für den 

Prozessor und die Grafikkarte verbunden. Trotz des hohen Optimierungsgrads der verwendeten Algorithmen gelten 

die folgenden Mindestvoraussetzungen: 

Windows XP SP3 oder Windows Vista/7/8 (32 Bit oder 64 Bit) 

Dual-Core Prozessor 2 GHz 

2 GB RAM 


USB 2.0-Port 

DVD-Laufwerk 

Für größere Computertomogramme empfehlen wir eine erhöhte Rechenleistung: 

Windows Vista/7/8 (64 Bit) 

Quad-Core Prozessor 2,4 GHz 

4 GB RAM 


USB 2.0-Port 

DVD-Laufwerk 



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Mindestanforderungen an das Röntgengerät für das Computertomografiemodul 

Das Röntgengerät muss zum verwendeten Computertomografiemodul kompatibel sein, z.B.: 

 

Röntgengerät Mo (554 801 oder 554 811USB) inklusive Molybdän-Röhre und Goniometer 

Das Röntgengerät (554 81) mit serieller Schnittstelle ist nicht einsetzbar. 

Die verwendete Röntgenröhre ist für die Intensität der Bilder des Fluoreszenzschirms verantwortlich. Wir empfehlen 

daher den Einsatz einer Wolfram-Röhre: 

Röntgengrundgerät (554 800) 

Goniometer (554 831) 

W-Röhre (554 864) 

oder 

Röntgengerät Mo (554 801) inklusive Goniometer 

W-Röhre (554 864) 

Firmware Röntgengerät 

Auch die Firmware des Röntgengeräts muss mit dem Computertomografiemodul kompatibel sein: 

 

 

für 554 801: Version 1.03.A-2.2 oder neuer 

für 554 811USB: Version 3.03 oder neuer 

Die Version wird in den Einstellungen angezeigt. 

Die aktuelle Firmware ist im Programm Röntgengerät enthalten, das unter http://www.ld-didactic.com/software/ 

xrsetup.exe erhältlich ist. 



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Software Computertomografie 

Einführung 

1963 und 1964 veröffentlichte Allan Cormack im Journal of Applied Physics die theoretischen Grundlagen zur 

Computertomografie. 1972 baute Godfrey Hounsfield den ersten Computertomografen und erhielt für seine Arbeiten 

an der Computertomografie zusammen mit Allan Cormack im Jahr 1979 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin. 

Grundlage dieser Computertomografie ist die Durchleuchtung eines Objektes unter vielen verschiedenen Winkeln mit 

Röntgenstrahlen. 

Auch ein Schulröntgengerät kann Objekte durchleuchten und die dadurch entstehenden Projektionen am 

Fluoreszenzschirm sichtbar machen. Diese Projektionen sind relativ lichtschwach. Es wird daher eine sehr 

empfindliche Kamera benötigt, um sie mit einem Computer zu erfassen. Als Kameras werden der Röntgenbildsensor 

(554 828) und die Kamera im Computertomografiemodul (554 821) unterstützt. 

Wird nun ein Objekt mit dem eingebauten Goniometer gedreht und für jeden Winkelschritt eine Projektion 

aufgenommen, dann kann der Computer daraus das durchstrahlte Objekt rekonstruieren. Die didaktische Software 

Computertomografie veranschaulicht den zur Rekonstruktion notwendigen Rückprojekionsprozess schrittweise und 

parallel zum Aufnahmeprozess und zeigt anschließend das fertige 3D-Modell. Im Gegensatz zu medizinischen 

Geräten wird also nicht die Röntgenquelle, sondern das Untersuchungsobjekt gedreht. 

Trotz der niedrigen Röntgenenergien von bis zu 35 keV lassen sich gut aufgelöste Computertomogramme 

unterschiedlicher Objekte aufnehmen sowie qualitativ und quantitativ auswerten. Der Schwerpunkt liegt auf der 

didaktischen Aufbereitung der Aufnahme und der Auswertung. 

Freischaltcode 

Für den Betrieb der Software mit dem Röntgenbildsensor (554 828) als Computertomograf ist ein Freischaltcode 

erforderlich. Dieser Freischaltcode ist auf dem Lieferschein der Software 554 820 zu finden und besteht aus einem 

Namen und einem Code. Beide Angaben gemeinsam schalten die Software unter Hilfe → Info über … frei. 

Für die Erstellung von Laue-Aufnahmen oder für die Erstellung von Computertomogrammen mit dem 

Computertomografiemodul (554 821) ist kein Freischaltcode erforderlich. 

Erste Schritte 

Vor der Aufnahme der Projektionen muss die Röntgenstrahlung eingeschaltet sowie die Kamera exakt parallel und 

mittig zur Drehachse ausgerichtet werden: 

Einrichtung von Kamera und Röntgengerät 

Während der Aufnahme der Projektionen unter n verschiedenen Winkeln lässt sich durch einen Computeralgorithmus 

(gefilterte Rückprojektion) die ursprüngliche Verteilung des linearen Schwächungskoeffizienten µ im durchleuchteten 

Volumen, also µ(x,y,z), und daraus die entsprechenden CT-Zahlen ermitteln: 

Aufnahme der Projektionen und Berechnung der Rückprojektionen (CT-Scan) 

Nach der Aufnahme stehen verschiedene Visualisierungsmöglichkeiten zur Verfügung: 

Projektionsfilm während einer Umdrehung 

Rekonstruktionsfilm der Schnittebenen xy, xz, zy 

3D-Darstellung und Auswertung des Computertomogramms 

3D-Film 

Der wichtigste Punkt ist die 3D-Anicht und Auswertung. In der 3D-Ansicht können alle Schwächungskoeffizienten, 

CT-Zahlen und Abstände im Computertomogramm bestimmt und dargestellt werden. Eine Beleuchtung ähnlich zum 

Heidelberger Raytracing Modell macht die Ansichten plastischer und durch beliebige Schnitte lassen sich auch feine 

Strukturen sichtbar machen. 

Selbstverständlich können die so gewonnenen 3D-Daten auch abgespeichert und später wieder verwendet werden: 

Laden und Speichern von Einstellungen und von 3D-Daten 

Ideen und eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für eigene Experimente mit dem Computertomografen finden sich in der 

Versuchsanleitung: 

Versuchsbeispiele 

Schritt-für-Schritt-Anleitung 

Als weiterführende Literatur zu den Grundlagen und zum Algorithmus der Computertomografie wird empfohlen: 

A. Kak and M. Slaney, Principles of Computerized Tomographic Imaging, IEEE Press 1988, 

http://www.slaney.org/pct/pct-toc.html. 



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Einrichtung von Kamera und Röntgengerät 

Zur Schritt-für-Schritt-Anleitung 

Aktionen → Einstellungen ändern 

Vor der Aufnahme der Projektionen muss der Röntgenbildsensor oder die Kamera im Computertomografiemodul und 

die Röntgenstrahlung eingeschaltet sowie die Kamera exakt parallel und mittig zur Drehachse ausgerichtet werden. 

Kamera (mit 

aufklappbar) 

Wird beim Start der Software eine Kamera gefunden, dann wird diese automatisch eingeschaltet ( blinkt) und kurz 

darauf ihr Bild angezeigt. 

In den Kameraeinstellungen findet sich eine Einstellmöglichkeit des Videogeräts. Wenn das 

Computertomografiemodul am Computer angeschlossen ist, dann findet sich in der Auswahlliste der verwendete 

Videograbber aus dem Computertomografiemodul. Dieser Videograbber verfügt über einen S-Video-Eingang, an 

dem die Kamera angeschlossen ist. Der Videoeingang kann für die Verwendung externer Videograbber auf 

Composite umgeschaltet werden. 

Die Kamera lässt sich manuell mit starten und mit stoppen. 

Pixelfehler 

Falls das schwarze Kamerabild einzelne störende helle Punkte zeigt, können diese durch eine Pixelfehler-Liste 

unterdrückt werden. Gleiches gilt auch für einzelne störende dunkle Punkte, wenn die Röntgenstrahlung 

eingeschaltet ist. Die Pixelfehlerliste wird automatisch durch Pixelfehler aus Schwarz- und/oder Weißbild 

ermitteln gefüllt. Die Pixel in der Liste werden dann nicht mehr gemessen, sondern aus ihren Nachbarpixeln 

interpoliert. 

Offset 

Bei ausgeschalteter Röntgenstrahlung liefert der Röntgenbildsensor ein schwaches Offsetbild, das durch Offsetbild 

aus Schwarzbildern erstellen berechnet werden kann. Dabei werden solange Offsetbilder gemittelt, wie die 

Schaltfläche gedrückt ist. 

Für die Erstellung von Laue-Aufnahmen mit dem Röntgenbildsensor muss der Offset vorher ermittelt werden, weil 

dieser höher sein kann, als die eigentliche Laue-Aufnahme. 

Referenz 

Der Fluoreszenzschirm wird bei eingeschalteter Röntgenstrahlung nicht völlig gleichmäßig ausgeleuchtet. Als 

Referenzintensität (0% Abschwächung) wird normalerweise der hellste Punkt des Fluoreszenzschirms verwendet 

und die aufgenommenen Projektionen darauf normiert. Durch Referenzbild aus Weißbildern erstellen bekommt 

jeder Punkt des Fluoreszenzschirms seine individuelle Referenzintensität und die Projektionen sind danach 

gleichmäßig ausgeleuchtet. Dabei werden solange Referenzbilder gemittelt, wie die Schaltfläche gedrückt ist. Vor der 

Aufnahme des Referenzbildes muss das Objekt mit Halter aus dem Röntgengerät entnommen werden. Das rote 

Quadrat der Vorschau muss leer sein. 

Bei der Erstellung von Laue-Aufnahmen mit dem Röntgenbildsensor entsteht die Laue-Aufnahme als eine solche 

Referenzmessung, deren Intensität mit dem benachbarten Schieberegler eingestellt werden kann. 

Hinweise zum Röntgenbildsensor 

Die Integrationszeit muss abhängig von der verwendeten Röhre auf 825 ms (für W- und Au-Röhren) oder auf 

1750 ms (für Mo- und Ag-Röhren) eingestellt werden. Die Bildaufnahme inkl. der Bildübertragung dauert immer ein 

ganzzahliges Vielfaches dieser Integrationszeit. Je nach Integrationszeit typischerweise 3,3 s oder 3,5 s. 

Hinweise zum Computertomografiemodul 

Bedingt durch das relativ schwache Bild des Fluoreszenzschirms sind die einzelnen Kamerabilder stark verrauscht. 

Es müssen deshalb mehrere Videoframes gemittelt werden, bevor diese zur Berechnung eines 

Computertomogramms herangezogen werden. Standardmäßig werden 20 Videoframes gemittelt. Dadurch dauert 

jede Bildaufnahme knapp eine Sekunde. Bei Verwendung der Röntgenröhre Mo oder Ag wird empfohlen, die 

Mittelung zu erhöhen, weil die Röhre deutlich weniger Röntgenstrahlung erzeugt als die Röntgenröhre W oder Au. 

Die Bilder am externen Videoausgang werden nicht gemittelt. 



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Röntgenstrahlung (mit 

aufklappbar) 


Bei eingeschaltetem, geschlossenen und mit dem Computer verbundenem Röntgengerät lässt sich die 

Röntgenstrahlung mit einschalten ( blinkt) und mit wieder ausschalten. 

Wenn das Röntgengerät eingeschaltet und mit dem Computer verbunden ist, dann wird dessen Version angezeigt 

und es lassen sich die empfohlenen Vorgaben von 35 kV für die Hochspannung und 1 mA für den Anodenstrom 

anpassen. 

Für die Umrechnung der gemessenen Schwächungskoeffizienten in CT-Zahlen wird der Schwächungskoeffizient µ 

von Wasser benötigt. Dieser ist voreingestellt, aber leider nicht konstant (siehe Hinweis). Die CT-Zahlen H berechnen 

sich aus den gemessenen Schwächungskoeffizienten µ durch 

H = 1000 * (µ - µ Wasser ) / µ Wasser . 

Damit hat Luft die CT-Zahl H = -1000 HU (Hounsfield Units) und Wasser die CT-Zahl H = 0 HU. 

Hinweis 

Die Vorgabe von 35 kV bewirkt ein vom verwendeten Anodenmaterial abhängiges polychromatisches 

Energiespektrum der Röntgenstrahlung, das bis 35 keV reicht. Grundlage des verwendeten 

Rekonstruktionsalgorithmus' ist die Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchgang durch Materie der Dicke d 

mit dem Schwächungskoeffizienten µ: 

I = I 0 * e -µd . 

Der Schwächungskoeffizient µ ist aber energieabhängig. Deswegen gilt die Gleichung nur für monochromatische 

Röntgenstrahlung. Höher energetische Röntgenstrahlung wird in der Regel weniger geschwächt. 

Dieser Effekt ist schon beobachtbar, wenn man ein mit Wasser gefülltes Gefäß unterschiedlicher Dicke 

durchleuchtet. Je mehr Wasser die Röntgenstrahlung schwächt, umso höher wird die mittlere Energie der wieder 

austretenden Röntgenstrahlung, weil die niedrigen Energieanteile stärker abgeschwächt werden als die hohen 

Energieanteile. Das Wasser härtet also die Röntgenstrahlung. 

Damit ist der gemessene Schwächungskoeffizient µ kleiner, je mehr Wasser durchleuchtet wird. Außerdem hängt der 

gemessene Schwächungskoeffizient vom Anodenmaterial der Röhre, von der Dicke des Austrittsfensters und von der 

eingestellten Hochspannung ab. 

Es wird in der Software darauf verzichtet, alle diese Effekte zu korrigieren. Deshalb hängen die angezeigten CT- 

Zahlen z. B. auch etwas von der Dicke des durchstrahlten Materials ab. 

Bildjustage und Kalibrierung 

Die Verzeichnungskorrektur (nur beim Computertomografiemodul) behebt die bei kurzbrennweitigen 

Kameraobjektiven übliche tonnenförmige Verzeichnung. Sie ist mit 5% voreingestellt. Durch kariertes Papier vor der 

Öffnung des Computertomografiemoduls lässt sich der Wert überprüfen und gegebenenfalls korrigieren. 

Die horizontale Verschiebung des roten Fadenkreuzes wird so eingestellt, dass das Fadenkreuz horizontal mittig 

im Fluoreszenzschirm liegt. Wenn die Verschiebung größer ausfällt, so sollte die Montage der Kamera im 

Computertomografiemodul überprüft werden. 

Die vertikale Verschiebung des roten Fadenkreuzes von der Mitte der Drehachse sollte 0 bleiben. Es wird 

empfohlen, die Verschiebung zur Drehachse durch eine Drehachsenkorrektur zu beheben. 

Für eine Längenkalibierung des Tomografen sollte die Größe des Fluoreszenzschirms (nur beim 

Computertomografiemodul) so eingestellt werden, dass der rote Kreis genau den abgebildeten Fluoreszenzschirm 

begrenzt. Falls das nicht genau möglich ist, kann die vertikale Verschiebung des Schirms angepasst werden. Die 

horizontale Verschiebung wurde bereits eingestellt. 

Die Angabe des Abstands zwischen Schirm und Drehachse ist ebenfalls für die Längenkalibrierung des 

Tomografen notwendig. Der empfohlene Abstand von 40 mm (beim Röntgenbildsensor) oder 80 mm (beim 

Computertomografiemodul) entspricht einem ganz nach rechts geschobenen Goniometer. 

Größe des Computertomogramms 

Je weniger Projektionen aufgenommen werden und umso kleiner die Rekonstruktionen sind, umso schneller geht die 

Aufnahme eines Computertomogramm. Die Rekonstruktionsfehler werden mit abnehmender Projektionsanzahl 

größer und das rekonstruierte Volumen mit abnehmender Größe kleiner. 

Je mehr Projektionen aufgenommen werden und umso größer die Rekonstruktionen sind, umso langsamer geht die 

Aufnahme eines Computertomogramms. Die Rekonstruktionsfehler werden mit zunehmender Projektionsanzahl 

kleiner und das rekonstruierte Volumen mit zunehmender Größe der Rekonstruktionen größer. 



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Sieht man von didaktisch durchaus sinnvollen Experimenten mit kleiner Projektionszahl ab, so wird ist eine 

Projektionsanzahl von 180 oder 360 Winkeln empfohlen. 

Die Projektionsgröße sollte immer größer sein als die Rekonstruktionsgröße. Die Projektionsgröße wird mit dem 

roten Quadrat in der Vorschau angezeigt. 

Die Rekonstruktionsgröße sollte nicht größer gewählt werden, als es für das Untersuchungsobjekt unbedingt 

notwendig ist. 

Hinweise zum Röntgenbildsensor 

Normalerweise werden CTs mit der halbierten Sensorauflösung von 96 µm berechnet. Das bedeutet, dass die 

Projektionen eine Größe von maximal 500 x 500 Pixel² haben und dass die maximal sinnvolle Kantenlänge eines 

Computertomogramms von 460 Pixeln etwa 4 cm in der Realität entspricht. Der PC und die Grafikkarte verarbeiten 

dann immerhin schon bis zu 100 Megavoxel (100 Millionen Volumenpunkte). 

Für besonders leistungsfähige Computer kann durch Volle Auflösung (halbe Kantenlänge) die volle 

Sensorauflösung von 48 µm genutzt werden. Die maximale Größe der Projektionen vergrößert sich dadurch auf 1000 

x 1000 Pixel². Die Kantenlänge von 460 Pixeln entspricht dann aber nur noch etwa 2 cm, kann aber auf bis zu 940 

Pixel (entspricht etwa 4 cm) erhöht werden. Dadurch erhöhen sich die Ansprüche an PC und Grafikkarte auf die 

Verarbeitung von über 830 Megavoxel, was nur noch mit einem 64-Bit-Betriebssystem, 8 GB RAM und einer 

leistungsfähigen Grafikkarte realisierbar ist. 

Wenn die Leistung der Grafikkarte nicht ausreicht, um innerhalb von 2 s ein neues 3D-Bild zu rendern, beendet 

Windows den Grafikkartentreiber und startet ihn neu. Bitte wählen Sie in diesem Fall eine kleinere 

Rekonstruktionsgröße oder eine leistungsfähigere Grafikkarte. 

Rekonstruktionsgröße Volle Auflösung Voxelauflösung Würfelkante Dateigröße 

256 x 256 x 256 Pixel³ nein 86 µm 2,2 cm 31 MB 

340 x 340 x 340 Pixel³ nein 86 µm 3 cm 150 MB 

460 x 460 x 460 Pixel³ nein 86 µm 4 cm 370 MB 

512 x 512 x 512 Pixel³ ja 43 µm 2,2 cm 512 MB 

700 x 700 x 700 Pixel³ ja 43 µm 3 cm 1,3 GB 

940 x 940 x 940 Pixel³ ja 43 µm 4 cm 3,2 GB 

Die Voxelauflösung des Computertomogramms ist wegen der Kegelrückprojektion etwas besser als die 

Pixelauflösung des Sensors. 

AVI-Export (mit 

aufklappbar) 

Der AVI-Export verwendet den einstellbaren Videokompressor. Hier sind alle installierten DirectShow-Filter 

einstellbar. 

Die angegebene Geschwindigkeit definiert die Anzahl der Einzelbilder, die pro Sekunde abgespielt werden sollen und 

damit auch die Geschwindigkeit des Projektionsfilms und der Rekonstruktionsfilme. 

Der 3D-Film wird durch die einstellbare maximale Aufnahmezeit begrenzt. Die voreingestellten 20 s reichen genau 

für eine Umdrehung bei Effekte → Animation um Drehachse. 

Während eines AVI-Exports werden die benötigten Einzelbilder temporär im Verzeichnis Frames\Projektname 

gespeichert. Werden die Bilder noch anderweitig benötigt, dann kann das anschließende Löschen hier abgeschaltet 

werden. 

Das Format beim Exportieren von Videos oder Speichern von Bildern während einer stereoskopischen Darstellung 

lässt sich hier zwischen Anaglyphen und Side-by-Side (gekreuzt) umstellen. 



12


Aufnahme der Projektionen und Berechnung der Rückprojektionen (CT-Scan) 


Während und nach der Aufnahme eines Computertomogramms lässt sich dieses wahlweise als -Ansicht oder - 

Ansicht darstellen. 

CT → Aufnehmen … 

Wenn die Kamera und die Röntgenstrahlung eingeschaltet ist sowie die Kamera justiert ist, muss nur noch der Name 

des Projekts festgelegt werden unter dem nach Fertigstellung des Computertomogramms die Einstellungen und die 

3D-Daten abgespeichert werden. 

Während der Aufnahme eines Computertomogramms werden automatisch alle aufgenommenen Projektionen im 

Unterverzeichnis Projections\Projektname abgespeichert. Diese Bildersammlung ist die Datenbasis für die 

Berechnung eines Computertomogramms und ermöglicht es, auch im Nachhinein eine Neuberechnung des 

Computertomogramms durchzuführen. 

Falls vor dem Start eine Drehachsenanimation oder die Aufnahme eines 3D-Films eingeschaltet wurde, dann werden 

diese zurückgesetzt. Die Animation beginnt wieder bei 0° und die Aufnahme des 3D-Film startet wieder neu. Auf 

diese Weise lassen sich Videos exportieren, die den 3D-Rückprojektionsprozess zeigen. 

CT → Erneut berechnen 

Wurde bereits ein Computertomogramm geladen, dann kann es erneut berechnet werden. Dabei sind alle 

Möglichkeiten der Darstellung und Visualisierung wie bei der echten Aufnahme vorhanden. Dies bietet sich an, wenn 

die Aufnahme ohne Kamera und ohne Röntgengerät durchgeführt werden soll, z. B. um das Programm 

kennenzulernen. 

Für die Neuberechnung ist das Unterverzeichnis Projections\Projektname erforderlich, das bei der ursprünglichen 

Aufnahme erzeugt worden ist. 

Falls vor dem Start eine Drehachsenanimation oder die Aufnahme eines 3D-Films eingeschaltet wurde, dann werden 

diese zurückgesetzt. Die Animation beginnt wieder bei 0° und die Aufnahme des 3D-Film startet wieder neu. Auf 

diese Weise lassen sich Videos exportieren, die den 3D-Rückprojektionsprozess zeigen. 

CT → Anhalten und fortsetzen 

Während der Aufnahme eines Computertomogramms lässt sich die Aufnahme jederzeit unterbrechen und wieder 

fortsetzen. 

CT → Beenden 

Die Aufnahme eines Computertomogramms lässt sich jederzeit abbrechen. 



13


2D-Ansicht und Korrektur eines Computertomogramms 


Während oder nach der Aufnahme oder nach dem Laden eines Computertomogramms kann dieses zweidimensional 

dargestellt und ausgewertet werden. 

Effekte → Farbverlauf 

Es stehen 5 unterschiedliche Farbverläufe zur Verfügung. Je differenzierter ein Farbverlauf ausfällt, umso eher 

erhalten kleine Veränderungen im Schwächungskoeffizienten µ eine geänderte Farbe. Allerdings sind Voxel, die am 

Rand eines Objektes liegen, in der Regel nicht vollständig ausgefüllt. Sie haben dann ein gemitteltes µ und können 

zu Farbsäumen führen. 

Intensität (mit 

aufklappbar) 

Während oder nach der Aufnahme lässt sich die Intensität des Computertomogramms so einstellen, dass möglichst 

viele Details aber wenige Artefakte zu sehen sind. 

Darstellung (mit 

aufklappbar) 

Die rechte Grafik zeigt während der Berechnung eines Computertomogramms entweder 

 

 

 

die Projektionen, wie sie von der Kamera aufgenommen wurden, 

die logarithmierten Projektionen oder 

die gefilterten logarithmierten Projektionen, wie sie in das links angezeigte Volumen rückprojiziert werden. 

Für die Rückprojektion werden die gefilterten und logarithmierten Projektionen zunächst auf die Drehachse skaliert 

und dann im Volumen entlang des Strahlkegels "verschmiert". Das kann durch die angezeigten Markierungen 

veranschaulicht werden. 

Während oder nach der Aufnahme lässt sich mit dem großen Schiebebalken am unteren Fensterrand die z-Ebene 

einstellen, die im rückprojizierten Volumen angezeigt werden soll. Durch die Geometrie des Strahlkegels bedingt, 

wird für die mittlere Ebene nur eine Projektionsspalte für die Rückprojektion benötigt. In den Außenbereichen werden 

es mehr. Dies wird durch die senkrechten roten Markierungen angedeutet. 

Korrektur (mit 

aufklappbar) 

Nach der Aufnahme kann die Drehachse an der eingestellten z-Position (großer Schiebebalken) korrigiert werden. 

Eine falsche Drehachse führt zu Doppelkonturen im Computertomogramm. Diese Doppelkonturen können durch eine 

Drehachsenkorrektur verhindert werden: 

 

 

 

Drehachsenkorrektur für z = 25% (linker Rand) durchführen und 1. Position auswählen. Danach versucht die 

Software im Bereich ±3 Pixel die Bildschärfe automatisch zu optimieren. Falls das nicht gelingt, manuell 

nachregeln und 1. Position erneut auswählen. 

Drehachsenkorrektur für z = 75% (rechter Rand) durchführen und 2. Position auswählen. Danach versucht die 

Software im Bereich ±3 Pixel die Bildschärfe automatisch zu optimieren. Falls das nicht gelingt, manuell 

nachregeln und 2. Position erneut auswählen. 

Die Justierschrauben des Präzisionsschlittens bzw. des Computertomografiemoduls gemäß angezeigter Skizze 

einstellen. 

Computertomogramm durch CT → Aufnehmen wiederholen. 

Spätestens nach der zweiten Korrektur sollte keine weitere Drehachsenkorrektur mehr notwendig sein. 



14


3D-Ansicht und Auswertung des Computertomogramms 

Während oder nach der Aufnahme oder nach dem Laden eines Computertomogramms kann dieses dreidimensional 

dargestellt und ausgewertet werden. 

Aktionen → 3D-Ansicht zeigen 

Die x- und die y-Achse der Darstellung sind nach rechts und nach oben ausgerichtet. Die z-Achse kommt aus dem in 

den Monitor hinaus und bildet mit der x- und y-Achse ein sogenanntes rechtshändiges Koordinatensystem. 

Drehen 

Während die linke Maustaste gedrückt ist, wird das Objekt entsprechend der Mausbewegung um die x- und y-Achse 

gedreht. Eine Drehung um die z-Achse ist nur möglich, wenn der Außenbereich der Bildschirmfläche angeklickt wird 

und quasi um das Objekt herum gedreht wird. 

Zoomen 

Während die rechte Maustaste gedrückt ist, wird das Objekt entsprechend der Mausbewegung gezoomt. 

Effekte → Winkel und Zoom zurücksetzen 

Setzt die Winkel- und Zoomeinstellung auf ihre Anfangswerte zurück. 

Effekte → um 90° drehen 

Dreht das dargestellte Volumen um 90°. Dadurch lässt sich die Anfangsdarstellung 

umschalten, die in die Richtung der Röntgenquelle zeigt. 

bequem in eine Darstellung 

Effekte → nur Schnittebene darstellen (2D) 

Das angezeigte Mauskreuz bewegt sich immer nur in einer zweidimensionalen Ebene (der z-Schnittebene). Deshalb 

beziehen sich auch die oben rechts angezeigten Koordinaten immer auf diese Schnittebene. 

Diese Schnittebene lässt sich mit dem großen Schiebebalken am unteren Fensterrand nach hinten und vorne 

verschieben. Es werden in der 3D-Darstellung immer nur die Teile des Objekts angezeigt, die sich hinter der 

Schnittebene befinden. Je weiter der Balken nach rechts geschoben wird, umso weniger wird also vom Objekt noch 

dargestellt. Durch Auswahl von lässt sich diese Darstellung in eine 2D-Darstellung umschalten. Dann wird nur 

noch die Schnittebene selbst dargestellt. 

In dieser 2D-Darstellung entspricht das Mauskreuz und damit die Koordinatenanzeige genau dem darunter 

angezeigten Teil des Objekts. Neben den Koordinaten wird jeweils auch der gemessene Schwächungskoeffizient µ 

und die CT-Zahl H an dieser Stelle angegeben. Die CT-Zahl H wird aus dem Schwächungskoeffizienten µ berechnet: 

H = 1000 * (µ - µ Wasser ) / µ Wasser . 

Damit hat Luft die CT-Zahl H = -1000 HU (Hounsfield Units) und Wasser die CT-Zahl H = 0 HU. 

µ Wasser kann eingestellt werden, ist aber auch von der Härte der Röntgenstrahlung abhängig. Da die Software dies 

nicht korrigiert, ist auch die CT-Zahl von der Härte der Röntgenstrahlung abhängig – also z. B. auch etwas von der 

Dicke des durchstrahlten Materials. 

Abstände ermitteln 

Nach einem einfachen Klick mit der linken Maustaste (also ohne Bewegung bei gedrückter Maustaste) erscheint eine 

rote Streckenmarkierung mit ihrer Längenangabe gemessen auf der Schnittebene. Durch einen zweiten Klick wird 

diese Markierung fixiert. 

Unter Zuhilfenahme des Mausrads (Grobeinstellung) oder der Cursortasten (Feineinstellung) lässt sich während 

einer Abstandsmessung die Schnittebene ändern. So lassen sich auch dreidimensionale Abstände ermitteln. 

Intensität und Transparenz 

Die 3D-Messdaten liegen als Würfel vor, der aus vielen Voxeln (kleinen Würfelchen) besteht. Je nach gewählter 

Auflösung der Rekonstruktionen können das bis zu 830 Millionen Voxel sein. Jedes Voxel entspricht dabei dem 

Schwächungskoeffizienten µ des durchstrahlten Volumens an dieser Stelle. 

Die im Volumen vorkommenden Voxel werden in einem schwarzen Histogramm angezeigt. Ganz links werden alle 

Voxel mit µ = 0 /cm angezeigt. Der Balken geht normalerweise weit nach oben aus dem Histogramm hinaus (Luft 

kommt am meisten vor). Der rechte Wert des Histogramms hängt vom Intensitätsregler ab. Je weiter der 



15


Intensitätsregler und damit die Verteilung im Histogramm nach rechts geschoben wird, umso kleiner ist das rechts 

dargestellte µ. Der aktuelle Wert von µ unter dem Mauszeiger wird rechts oben in der Statusanzeige angegeben. 

Jeder Position im Histogramm und damit jedem Voxel wird nun ein Farbwert aus dem darunter angezeigten 

wählbaren Farbverlauf zugeordnet. Der Farbverlauf kann noch durch die beiden weißen Linien mit der Maus 

eingegrenzt werden. Wird beispielsweise Watte als Füllmaterial um ein Objekt verwendet, kann diese durch ein 

leichtes Anheben der linken Grenze ausgeblendet und damit das eigentliche Objekt besser sichtbar gemacht werden. 

Bei der Schnittebenendarstellung (2D) und der 2D-Ansicht wird der so ermittelte Farbwert für jedes dargestellte Voxel 

auch wirklich ausgegeben. 

Bei der 3D-Anicht müssen die meisten Voxel aber durchsichtig sein, weil man sonst nur die meist schwarzen 

Außenflächen des Würfels sehen würde. Der Grad der farbabhängigen Transparenz wird mit dem Transparenzregler 

eingestellt und durch die rote Transparenzkurve veranschaulicht. Je weiter der Transparenzregler nach rechts 

geschoben wird, umso durchsichtiger werden die Voxel. 

Effekte → Farbverlauf 

Es stehen 5 unterschiedliche Farbverläufe zur Verfügung. Je differenzierter ein Farbverlauf ausfällt, umso eher 

erhalten kleine Veränderungen im Schwächungskoeffizienten µ eine geänderte Farbe. Allerdings sind Voxel, die am 

Rand eines Objektes liegen, in der Regel nicht vollständig ausgefüllt. Sie haben dann ein gemitteltes µ und können 

zu Farbsäumen führen. 

Wird die "Normale Farbsichtigkeit" ausgeschaltet, dann sind 3 Farbverläufe auswählbar, die für Rot-Grün- 

Fehlsichtige optimiert sind. 

Effekte → Animation 

Beide Animationen (um Drehachse und mit Maus) lassen das 3D-Objekt selbstständig um eine Achse drehen. Diese 

Achse ist entweder die Drehachse während der Aufnahme (z-Achse des Objekts) oder wird durch Drehen des 

Objekts mit der Maus festgelegt. 

Auch während einer Animation lässt sich der Bildschirm abfilmen und der 3D-Film als AVI-Datei exportieren. 

Effekte → Würfel anzeigen 

Zur besseren Orientierung lässt sich die Begrenzung des Computertomogramms durch Würfelkanten andeuten. 

Effekte → Licht einschalten 

Ohne Licht (nur ambient) werden die Farben durch Intensität- und Transparenzregler ermittelt und dargestellt. 

Mit Licht werden wie beim Heidelberger Raytracing Modell zwei Lichtquellen eingeschaltet, die das Objekt von vorne 

und schräg von oben beleuchten. Dadurch werden zusätzlich die Oberflächen des Objekts berücksichtigt. Zeigt eine 

Oberfläche zu einer Lichtquelle, dann wird sie heller als andere Oberflächen (diffuse Reflexion). Zusätzlich fällt Licht 

von einer Lichtquelle in das virtuelle Auge des Betrachters, wenn es an einer Oberfläche gespiegelt wird (spekulare 

oder gerichtete Reflektion). 

Durch Licht entsteht ein besserer räumlicher Eindruck und es sind feine Konturen, aber auch Messfehler, besser 

sichtbar. Die Berechnung des Lichteffekts erfordert von der Grafikkarte zusätzliche Rechenleistung. 

Wenn die Leistung der Grafikkarte nicht ausreicht, um innerhalb von 2 s ein neues 3D-Bild zu rendern, beendet 

Windows den Grafikkartentreiber und startet ihn neu. Bitte wählen Sie in diesem Fall eine kleinere 

Rekonstruktionsgröße oder eine leistungsfähigere Grafikkarte. 

Lichtparameter (mit 

aufklappbar) 

Die drei Lichtanteile (ambient, diffus, spekular) können einzeln verändert werden. 

Effekte → Stereoskopische Darstellung (rot-cyan) 

Durch die stereoskopische Darstellung lässt sich unter Zuhilfenahme einer Anaglyphenbrille mit einem Rotfilter (links) 

und einem Cyanfilter (rechts) ein sehr realistischer räumlicher Eindruck erreichen. Damit ist zwar eine eingeschränkte 

Farbwiedergabe möglich, aber die beeindruckenste Darstellung wird in schwarz-weiß erreicht - eventuell mit weißem 

Hintergrund. Beides kann im Farbverlauf eingestellt werden. 

Auch während der stereoskopischen Darstellung lassen sich die Bilder einzeln und als Video exportieren. In den AVI- 

Export-Einstellungen lässt sich das Format zwischen Anaglyphen und Side-by-Side (gekreuzt) umstellen. 

Bei etwa 5 % der Menschen ist das räumliche Sehen derart eingeschränkt, dass bei der stereoskopischen 

Darstellung kein räumlicher Eindruck entsteht. 



16


Effekte → Vollbildschirm 

Zur größeren 3D-Darstellung lässt sich die Darstellung auf den gesamten Bildschirm ausweiten. Es stehen dann 

nicht mehr alle Bedienelemente zur Verfügung. Es lässt sich aber noch immer Drehen und Zoomen und auch die 

Effekte im Kontextmenü (rechte Maustaste) stehen noch zur Verfügung. 

Der Vollbildschirm kann entweder über das Kontextmenü oder über einen beliebigen Tastendruck wieder verlassen 

werden. 

3D-Grafikeinstellungen (mit 

aufklappbar) 

Abhängig von der verwendeten Grafikkarte, Alter des Treibers und dem verwendetem Betriebssystem kann es 

notwendig sein, die vorgeschlagenen Grafikeinstellungen zu ändern, um eine optimale Darstellung zu erreichen. 

Falls mehrere Grafikkarten im Computersystem vorhanden sind, dann muss als Adapter die vorausgesetzte 3D- 

Grafikkarte gewählt werden. 

Bei einem zu langsamen Bildaufbau kann die Tiefenauflösung verringert werden. Es werden dann nicht mehr alle 

vorhandenen Voxel gezeichnet und es geht Information verloren. Eine andere Möglichkeit ist, die Größe der 

Rekonstruktionen zu verringern. Allerdings muss danach die Rekonstruktion erneut berechnet werden (CT → Erneut 

berechnen). 

Für die Beleuchtungsberechnung sind die Normalenvektoren jedes Volumenelements erforderlich. Diese können 

vorab von der CPU (Hauptprozessor) oder bei Bedarf von der GPU (Grafikprozessor) berechnet werden. Die 

Berechnung von der GPU erfordert viel weniger Speicherplatz in der Grafikkarte, dauert in der Regel aber länger als 

das Auslesen der vorab von der CPU berechneten Normalenvektoren. 

Manche ältere Grafikkarten zeigen das Volumen schneller an, wenn die Volumentextur auf eine Kantenlänge von 2ⁿ 

Pixeln vergrößert wird. Wird mit einer Auflösung der Rekonstruktionen von 256x256x256 oder 512x512x512 

gearbeitet, dann macht diese Option keinen Unterschied. 



17


Laden und Speichern von Einstellungen und von 3D-Daten 

Projekt →Öffnen 

Lädt ein vorhandenes Projekt mit Einstellungen und 3D-Daten. Die Einstellungen haben die Dateierweiterung *.ct. 

Die automatisch geladenen 3D-Daten haben bei gleichem Namen die Dateierweiterung *.ct3d. 

Nach dem Öffnen eines Projekts kann der Rekonstruktionsprozess durch CT → Erneut berechnen visualisiert werden 

oder durch Ansicht → 3D-Ansicht zeigen ausgewertet werden. 

Die Erstellung von verschiedenen AVI-Exporten ist ebenfalls möglich. 

Ein neues Projekt kann nur über CT → Aufnehmen erstellt werden. 

Projekt →Speichern 

Speichert die aktuellen Projekteigenschaften (z. B. Intensität, Transparenz, Lichtparameter). Die 3D-Daten werden 

nicht erneut gespeichert. 

Neue 3D-Daten und werden automatisch nach einer fertigen Computertomografieberechnung zusammen mit den 

dann gültigen Projekteigenschaften gespeichert. 

Export als Bitmap und AVI 

Es stehen verschiedenen Möglichkeiten zum Export zur Verfügung. Zum Ansehen oder Abspielen wird ein passender 

Player benötigt, der üblicherweise durch Doppelklick auf die exportierte Datei gestartet wird. 

Der AVI-Export verwendet die AVI-Export-Einstellungen. 

Projekt → Als Bild abspeichern 

Einzelbilder während der Einrichtung der Kamera oder der 3D-Ansicht lassen sich direkt als Bitmap abspeichern. 

Projekt → Exportieren als → Projektionsfilm 

Während der Aufnahme eines Computertomogramms werden automatisch alle aufgenommenen Projektionen im 

Unterverzeichnis Projections\Projektname abgespeichert. Diese Bildersammlung ist die Datenbasis für die 

Berechnung eines Computertomogramms und sie ermöglicht auch die Erstellung eines Projektionsfilms, der genau 

alle aufgenommenen Projektionen während einer Umdrehung des Goniometers zeigt. Damit ist die Datenbasis auch 

für das menschliche Auge in einem sinnvollen Format verfügbar. 

Es ist beeindruckend, wie viele Details beim wiederholten Betrachten eines Projektionsfilms im Gegensatz zu einer 

einzigen Röntgenaufnahme zu beobachten sind. Für genauere Auswertungen ist das daraus berechnete 

Computertomogramm besser geeignet. 

Projekt → Exportieren als → Rekonstruktionsfilm xy, xz oder zy 

Ein fertig berechnetes oder geladenes Computertomogramm kann als 2D-Film (in den Ebenen xy, xz oder zy) 

exportiert werden. In jedem dieser Filme steckt die gesamte Information des Computertomogramms. 

Projekt → Exportieren als → 3D-Film 

Während der 3D-Ansicht eines Computertomogramms kann ein individueller Filmmitschnitt erzeugt werden, der 

genau die Bilder zeigt, die gerade in der 3D-Ansicht generiert werden. Eine Größenänderung des Fensters ist 

während des Filmmitschnitts nicht zulässig. 

Der Filmmitschnitt ist in den AVI-Export-Einstellungen zeitlich begrenzt. Er kann aber auch vorzeitig manuell beendet 

werden. 

Falls vor dem Start eines Scans oder einer Neuberechnung die Aufnahme eines 3D-Films eingeschaltet wurde, dann 

startet die Aufnahme des 3D-Film beim Start des Scans oder der Neuberechnung ebenfalls neu. Auf diese Weise 

lassen sich Videos exportieren, die den 3D-Rückprojektionsprozess zeigen. 



18


Versuchsbeispiele und Versuchsanleitung 


Simulation 

Auf der Installations-CD befinden sich im Unterverzeichnis Examples einige aufgenommene Computertomogramme. 

Aus Platzgründen wurden sie nicht automatisch mit dem Programm installiert. Wenn Sie eines dieser 

Computertomogramm auf die Festplatte kopieren möchten, dann denken Sie bitte daran, dass ein vollständiges 

Computertomogramm aus mehreren Dateien besteht: 

 

 

 

Projektname.ct enthält die Konfiguration 

Projektname.ct3d enthält die eigentlichen 3D-Daten 

Projections\Projektname ist ein Verzeichnis, in dem sich die aufgenommenen Projektionen befinden. Die 

Projektionen werden nur benötigt, wenn das Computertomogramm erneut berechnet werden soll. 

Diese Beispiele lassen sich durch CT → Erneut berechnen auch ohne Computertomografiemodul simulieren und in 

oder anzeigen und auswerten. Alternativ können die Beispiele nach dem Öffnen eines Projekts auch ohne 

Neuberechnung angezeigt und ausgewertet werden. 

Auf unserem Youtube-Channel http://www.youtube.com/user/lddidactic stehen CT-Videos (teilweise auch 

stereoskopisch) bereit. Zur eigenen Erstellung von Videos wird der AVI-Export der Software empfohlen. Die Videos 

lassen sind dann z. B. mit dem Windows Movie Maker mit Titeln versehen oder schneiden. 

Eigene Objekte 

Für eigene Experimente gibt es viel Freiraum, weil es naturgemäß unterschiedlichste potentielle 

Untersuchungsobjekte gibt. Bei der Auswahl der Objekte gibt es verschiedene Kriterien: 

 

 

 

 

Keine Lebewesen 

Die Strahlenbelastung im Röntgengerät während eines CT-Scans ist sehr hoch. Abhängig von der Dauer des 

Scans kann pro Scan eine Strahlendosis von über 1 Sv anfallen. 

Nur starre Körper 

Das Untersuchungsobjekt muss am Goniometer befestigt werden und wird während des Scans einmal um die 

Goniometerachse gedreht. Dabei darf sich seine Geometrie nicht ändern. Es entstehen in der Rekonstruktion 

sonst Schattenbilder. 

Keine Metalle oder sehr dichte Stoffe 

Der Rekonstruktionsalgorithmus setzt voraus, dass an jeder Stelle des Fluoreszenzschirms die Abschwächung 

der Röntgenstrahlung berechnet werden kann. Wenn diese Abschwächung nun aber zu hoch ist, dann gibt es bei 

der Rekonstruktion deutlich sichtbare Artefakte, weil die Projektionen auf dem Fluoreszenzschirm inkonsistent 

werden. 

Nur kleine Objekte 

Die Objekte müssen für eine vollständige Rekonstruktion komplett in das erfasste Volumen passen. Das erfasste 

Volumen beträgt mit dem Röntgenbildsensor (554 828) max. 4 x 4 x 4 cm³. Das Computertomografiemodul 

(554 821) bietet bei deutlich geringerer Auflösung ein größeres maximal erfassbares Volumen von 8 x 8 x 8 cm³ 

an. 

Ein paar lohnenswerte Versuchsbeispiele sind: 

 

 

 

 

Wasserküvette aus Kunststoff für die Bestimmung des Schwächungskoeffizienten µ Wasser . Dadurch lässt sich der 

Computertomograf auf CT-Zahlen kalibrieren. Bitte beachten Sie die Einstellungsmöglichkeit und die 

systematischen Ungenauigkeiten. 

Kleine gefriergetrocknete tote Lebewesen wie Frösche lassen ich einfach auf Objektträger aus Lego (aus 

554 826) oder mit Watte in einer hohlen Styroporkugel verpacken. Eventuell störende Watteschatten im 

Computertomogramm lassen sich durch Eingrenzen des Farbverlaufs ausblenden. Es lassen sich schön die 

verschiedenen Stoffdichten (Knochen, Augen, Fleisch) unterscheiden. 

Kleine Spielfiguren für Kinder aus Kunststoff lassen sich unproblematisch mit oder ohne Verpackung einscannen 

und z. B. in jeder Lage vermessen oder auf eventuelle Lufteinschlüsse untersuchen. 

Mit dem optional erhältlichen Zubehör Computertomografie (554 826) oder dem Legoadapter (554 825) lassen 

sich kleine Legoaufbauten und Legofiguren tomografieren. 



19


Schritt-für-Schritt-Anleitung 

Vor der Aufnahme eines Computertomogramms vergewissern Sie sich bitte, dass das Untersuchungsobjekt geeignet 

ist. 

Unabhängig vom eigentlichen Untersuchungsobjekt ist die Vorgehensweise zur Aufnahme eines 

Computertomogramms immer gleich: 

Vorbereitung 

 

 

 

 

 

 

Röntgenröhre W, Au, Mo oder Ag (Wolfram, Gold, Molybdän oder Silber) in das Röntgengerät einsetzen. 

Kollimator, Sensor- und Targethalter aus dem Röntgengerät entfernen. 

Goniometer ganz nach rechts schieben und sichern. 

Untersuchungsobjekt auf der Goniometerachse befestigen und Türen schließen. Vorzugsweise werden die 

kleinen Objekte auf Legoplatten (z.B. aus 554 826) geklebt und mit dem Legoadapter (auch aus 554 826) am 

Goniometer befestigt. Alternativ kann die beim Computertomografiemodul enthaltene Styroporkugel mit Halter 

verwendet werden. 

Geräte mit dem PC verbinden und einschalten. 

Software Computertomografie starten. 

Inbetriebnahme des Röntgenbildsensors 

Der Röntgenbildsensor muss dunkle Bilder aufnehmen. Das ist daran zu erkennen, dass in den 

Kameraeinstellungen der rote Punkt ( ) blinkt. Andernfalls Verbindungen und Videogerät und in den 

Kameraeinstellungen überprüfen. 

Integrationszeit in den Kameraeinstellungen auf 825 ms (für W- und Au-Röhren) oder auf 1750 ms (für Mo- und 

Ag-Röhren) einstellen. 

Falls das schwarze Kamerabild einzelne störende helle Punkte zeigt, können diese durch eine Pixelfehler-Liste in 

den Kameraeinstellungen unterdrückt werden. Gleiches gilt auch für einzelne störende dunkle Punkte, wenn die 

Röntgenstrahlung eingeschaltet ist. 

Dort sind auch die Offset- und Weißbildkorrektur möglich, die die Qualität des Computertomogramms erhöhen. 

Während der Weißbildkorrektur muss das Untersuchungsobjekt kurzzeitig entnommen und die Röntgenstrahlung 

eingeschaltet werden. 

Röntgenstrahlung durch einschalten. 

Falls die Belichtungsanzeige neben dem oberen blinkenden roten Punkt ( ) übersteuert, entweder die 

Integrationszeit um eine Stufe verkleinern oder den Anodenstrom der Röntgenröhre reduzieren. 

Bildjustage und Kalibrierung vornehmen. Die dort eingestellten Parameter werden gespeichert und stehen beim 

nächsten Programmstart wieder zur Verfügung. Falls die Bildjustage und Kalibrierung also bereits erfolgreich 

durchgeführt und der Versuchsaufbau nicht verändert wurde, dann braucht sie nicht erneut durchgeführt zu 

werden. 

Inbetriebnahme des Computertomografiemoduls 

Die Kamera im Computertomografiemodul muss dunkle Bilder aufnehmen. Das ist daran zu erkennen, dass in 

den Kameraeinstellungen der rote Punkt ( ) blinkt. Falls nicht, Verbindungen, Videogerät und Videoeingang in 

den Kameraeinstellungen überprüfen. 

Falls Licht in das Computertomografiemodul eindringt, die parallele Ausrichtung des Moduls überprüfen und es 

gegebenenfalls näher an das Röntgengerät schieben. 

Falls das schwarze Kamerabild einzelne störende helle Punkte zeigt, können diese durch eine Pixelfehler-Liste in 

den Kameraeinstellungen unterdrückt werden. Dort wäre auch eine Weißbildkorrektur möglich, die normalerweise 

aber nicht notwendig ist. Dazu müsste das Untersuchungsobjekt kurzzeitig entnommen und die Röntgenstrahlung 

eingeschaltet werden. 

Die Kamerabilder werden gemittelt damit sie weniger rauschen. In den Kameraeinstellungen ist eine Mittelung 

von 20 Videoframes für jedes angezeigte Bild voreingestellt. Dadurch dauert jede Bildaufnahme knapp eine 

Sekunde. Bei Verwendung der Röntgenröhre Mo oder Ag wird empfohlen, die Mittelung zu erhöhen, weil die 

Röhre deutlich weniger Röntgenstrahlung erzeugt als die Röntgenröhre W oder Au. 


Bildhelligkeit und Bildschärfe kontrollieren. Die Blende des Kameraobjektivs muss vollständig geöffnet und das 

Objektiv auf die Leuchtschicht scharf gestellt sein. Die Leuchtschicht befindet sich hinter der Glasoberfläche. 

Bildjustage und Kalibrierung vornehmen. Die dort eingestellten Parameter werden gespeichert und stehen beim 

nächsten Programmstart wieder zur Verfügung. Falls die Bildjustage und Kalibrierung also bereits erfolgreich 

durchgeführt und der Versuchsaufbau nicht verändert wurde, dann braucht sie nicht erneut durchgeführt zu 

werden. 



20


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CT-Scan 

Je nach gewünschter Qualität und Zeitaufwand die Anzahl und Größe der Projektionen sowie die Größe der 

Rekonstruktionen wählen. Dabei sollten die Projektionen immer etwas größer als die Rekonstruktionen sein. Es 

ist empfehlenswert, anfangs mit weniger Winkeln und kleineren Rekonstruktionen zu starten. Erst wenn 

sichergestellt ist, dass die Einrichtung der Kamera gut ist, dann können die Einstellungen erhöht werden. Das 

spart viel Messzeit. 

CT-Scan starten. Die jeweils noch verbleibende Aufnahmezeit wird rechts oben angezeigt. 

2D-Ansicht 

Wenn in der 2D-Ansicht Doppelkonturen sichtbar sind, die bei der zweiten Hälfte der Umdrehung entstanden 

sind, dann ist die Drehachse nicht exakt ausgerichtet. Die Doppelkonturen können mit einer Drehachsenkorrektur 

in allen Ebenen des rekonstruierten Volumens verhindert werden. Falls eine Drehachsenkorrektur notwendig war, 

sollte der CT-Scan mit veränderter Kamerajustage wiederholt werden. 

Falls gewünscht kann nach der Aufnahme eines CT-Scans der Projektionsfilm als auch Rekonstruktionsfilme 

exportiert werden. 

3D-Ansicht 

In der 3D-Ansicht kann das rekonstruierte Volumen mit der Maus gedreht und gezoomt werden. 

Für die Koordinatenanzeige und die Abstandsmessung auf einer 2D-Schnittebene wird empfohlen, die nur die 

Schnittebene darzustellen, die mit dem großen unteren Schiebebalken verändert werden kann. 

Die dargestellten Farbwerte setzen sich aus der Einstellung für Intensität, Transparenz und des Farbverlaufs 

zusammen. 

Automatische Animationen um die Drehachse oder mit der Maus eignen sich nicht zuletzt auch zum Erstellen von 

3D-Filmen. 

Zur besseren Orientierung lässt sich die Begrenzung des Computertomogramms durch Würfelkanten andeuten. 

Durch Licht entsteht ein besserer räumlicher Eindruck. Die Lichtparameter sind einstellbar. 

Die stereoskopische Darstellung erlaubt eine echte 3D-Darstellung unter Verwendung einer Rot-Cyan-Brille (z.B. 

554 827). 

Zur größeren 3D-Ansicht lässt sich die Darstellung auf den gesamten Bildschirm ausweiten. 



21


Laue-Aufnahmen mit dem Röntgenbildsensor 

Für die Erstellung von Laue-Aufnahmen ist kein Freischaltcode und kein leistungsstarker PC erforderlich. 

Vorbereitung 

Röntgenröhre W, Au, Mo oder Ag (Wolfram, Gold, Molybdän oder Silber) in das Röntgengerät einsetzen. Eine W- 

oder Au-Röhre liefert einen besseren Kontrast als die deutlich schwächere Mo- oder Ag-Röhre. 

Lochkollimator (aus 554 8381) einsetzen und Kristall aufstecken. 

Für störungsärmere Laue-Aufnahmen, Mitte des Röntgenbildsensors durch ein Abschirmplättchen (aus 554 8381) 

abdecken. 

Röntgenbildsensor etwa 1,5 cm vor den Kristall positionieren. Das Röntgenbild entsteht 2 mm hinter der 

Kohlefaseroberfläche. 

Geräte mit dem PC verbinden und einschalten. Röntgenbildsensor etwa 5 Minuten lang warm laufen lassen. 

Software Computertomografie starten. 

Erstellung von Laue-Aufnahmen 

Der Röntgenbildsensor muss dunkle Bilder aufnehmen. Das ist daran zu erkennen, dass in den 

Kameraeinstellungen der rote Punkt ( ) blinkt. Andernfalls Verbindungen und Videogerät und in den 

Kameraeinstellungen überprüfen. 

Integrationszeit in den Kameraeinstellungen auf 3500 ms einstellen. 

Offsetbild aufnehmen. Dabei etwa 10 Bilder mitteln, bevor die Aufnahme des Offsets wieder beendet werden 

kann. 


Referenzbild aufnehmen. Dabei wieder etwa 10 Bilder mitteln. Bereits während dieser Aufnahme des 

Referenzbildes kann der Kontrast am Referenzbild-Schieberegler nachgeregelt werden und die Laue-Aufnahme 

sichtbar gemacht werden. 

Falls gewünscht, das Originalbild oder das bereits kontrastverstärkte Bild durch zur weiteren Verarbeitung 

abspeichern. Durch das Abspeichern mit hoher Graustufenauflösung (16 Bit) lassen sich auch später noch durch 

eine geeignete Bildverarbeitungssoftware schöne Laue-Aufnahmen aus dem Originalbild erzeugen. 



22


Stichwortverzeichnis 

2 

2D 15 

3 

3D 15, 18 

A 

Abstände 15 

Anaglyphen 16 

Animation 16 

Auflösung 11 

AVI 12 

B 

Bildjustage 11 

C 

Computer 6, 7 

Computertomografie 9 

Computertomografiemodul 7 

Computertomogramm 13 

Cormack 9 

D 

Darstellung 14 

Doppelkonturen 14 

Drehachsenkorrektur 14 

Drehen 15 

E 

Einführung 9 

Einstellungen 10 

F 

Farbverlauf 14, 16 

G 

Grafikeinstellungen 17 

Größe 11 

H 

Heidelberger Raytracing Modell 9 

Hounsfield 9 

I 

Intensität 14, 15 

K 

Kalibrierung 11 

Kamera 10 

Korrektur 14 

L 

Laue 22 

Licht 16 

Lichtparameter 16 

Lieferumfang 7 

M 

Mindestanforderungen 6, 7, 8 

O 

Öffnen 18 

P 

Projektionsfilm 18 

R 

Rekonstruktionsfilm 18 

Röntgenbildsensor 5 

Röntgengerät 6, 8 

Röntgenröhre 6, 8 

Röntgenstrahlung 11 

S 

Speichern 18 

Stereo 16 

T 

Technische Daten 5, 7 

Transparenz 15 

V 

Vollbildschirm 17 

W 

Würfel 16 

Z 

Zoomen 15 



23




24

Computertomografie Handbuch - LD DIDACTIC

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