Unraveling the influence of experimental parameters on advanced tomographic techniques

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dc.contributor.advisorJussiani, Eduardo Inocente
dc.contributor.authorLima, Mateus Gruener
dc.contributor.bancaAndrello, Avacir Casanova
dc.contributor.bancaAppoloni, Carlos Roberto
dc.contributor.bancaGonçalves, Marcos Vinicius Colaço
dc.contributor.bancaMarques, Leonardo Carmezini
dc.contributor.coadvisorMartins-Schalinski, Juliana
dc.coverage.extent169 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-08-28T17:46:23Z
dc.date.available2026-08-28T17:46:23Z
dc.date.issued2026-03-24
dc.description.abstractA Tomografia Computadorizada por Raios X (TC) é uma técnica de imagem poderosa e não destrutiva utilizada para investigar estruturas internas com base na distribuição espacial do coeficiente de atenuação linear µ. Técnicas avançadas, como a TC Espectral e a Correlação Digital de Volume baseada em dados de TC (DVC-CT), ampliam as capacidades da técnica ao possibilitar a estimativa da composição de materiais e do seu comportamento mecânico. Entretanto, diversos parâmetros experimentais influenciam a precisão no registro de µ, possivelmente limitando a aplicação desses métodos. Este trabalho teve como objetivo investigar o impacto de parâmetros experimentais importantes, em especial o tamanho de pixel da imagem e a compressão uniaxial, nos contextos da TC Espectral e da DVC-CT. Experimentos demonstraram que variações no tamanho de pixel afetam significativamente a intensidade e a variância dos níveis de cinza nos conjuntos de dados reconstruídos. Observou-se que a influência da compressão mecânica sobre métricas relacionadas à atenuação depende da estrutura do material, da porosidade e da resolução espacial, sendo detectável em algumas configurações e desprezível em outras dentro dos níveis de deformação avaliados. De forma complementar, foi desenvolvida uma ferramenta computacional orientada ao usuário para determinar a energia monocromática equivalente associada a espectros policromáticos de raios X, permitindo melhor interpretação e comparação de medidas de atenuação sob condições realistas de feixe. De modo geral, os resultados evidenciam o papel fundamental das condições experimentais em análises quantitativas por TC e demonstram que fatores não explicitamente contemplados na teoria fundamental de TC Espectral e DVC-CT podem afetar de maneira relevante sua exatidão e robustez. Este trabalho contribui para o refinamento metodológico e para a aplicação mais confiável de técnicas tomográficas avançadas na caracterização de materiais.
dc.description.abstractother1X-ray Computed Tomography (CT) is a powerful non-destructive imaging technique used to investigate internal structures based on the spatial distribution of the linear attenuation coefficient µ. Advanced approaches such as Spectral CT and Digital Volume Correlation based on CT data (DVC-CT) extend the capabilities of CT by enabling the estimation of material composition and mechanical behavior. However, the accurate registration of µ is influenced by several experimental parameters, which may limit the reliability and applicability of these advanced methods. This work aimed to systematically investigate the impact of key experimental parameters, particularly image pixel size (geometric magnification) and uniaxial compression, in the contexts of Spectral CT and DVC-CT. Controlled experiments demonstrated that variations in pixel size significantly affect gray-level intensity and variance in reconstructed datasets. The influence of mechanical compression on attenuation-related metrics was shown to depend on material structure, porosity, and spatial resolution, being detectable in some configurations while negligible in others within the tested strain ranges. Complementarily, a computational framework and user-oriented software tool were developed to determine the equivalent monochromatic energy associated with polychromatic X-ray spectra, enabling improved interpretation and comparison of attenuation measurements under realistic beam conditions. Overall, the results highlight the critical role of experimental conditions in quantitative CT analyses and demonstrate that factors not explicitly included in the foundational theory of Spectral CT and DVC-CT can meaningfully affect their accuracy and robustness. This work contributes to the methodological refinement and more reliable application of advanced CT techniques in material characterization.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/19762
dc.language.isoeng
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Física
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Física
dc.subjectMicro-CT por raios X
dc.subjectCoeficiente de Atenuação Linear
dc.subjectTC Espectral
dc.subjectCorrelação Digital de Volume
dc.subjectPlanejamento de Experimentos
dc.subjectFísica
dc.subjectTomografia computadorizada de dupla energia
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.keywordsX-ray micro-CT
dc.subject.keywordsLinear Attenuation Coefficient
dc.subject.keywordsSpectral CT
dc.subject.keywordsDigital Volume Correlation
dc.subject.keywordsDesign of Experiments
dc.subject.keywordsPhysics
dc.subject.keywordsDual energy CT (Tomography)
dc.titleUnraveling the influence of experimental parameters on advanced tomographic techniques
dc.title.alternativeInfluência de parâmetros experimentais em métodos avançados de tomografia computadorizada
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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