Caratterizzazione geometrica e parametrica di un dispositivo per la Tomografia Assiale Computerizzata

The Computerized axial Tomography (CT) is a radiodiagnostic technique that originates from the medical field but has also found fertile ground in the study and restoration of Cultural Heritage. This technique involves the use of an X-ray source to illuminate a sample placed between the source and the detector. X-rays lose energy as they pass through the sample according to a specific physical law, which follows a law of proportionality governed by the attenuation coefficient. The images acquired during a CT scan actually represent a three-dimensional map of how this attenuation coefficient varies in the different points of the sample considered, allowing us to see which elements within the object have higher or lower absorption values. The non-invasiveness of this technique has in fact made it possible to analyze a huge variety of objects, from pearls found on Victorian brooches to Egyptian sarcophagi, through ceramic fragments and paintings, providing essential information for their restoration and for the study of execution techniques. The thesis work carried out deals with various topics. The first part concerns the creation of an optimized protocol for the acquisition of local tomographies, analyzing the distances between source, object and detector and the position of the sample itself on the support. We proceed with a study on the improvement and speeding up of the tomographic reconstruction procedures, carried out by analyzing the angular step to be used during the acquisition of the images, the correction parameters of the ring artifacts and two types of geometric reconstruction, the Fan Beam and the Cone Beam, in general the most used, which use different algorithms to recreate the original image. The work described above was then applied to the case study of some ceramic samples from funeral sites in Japan, in the context of the "BeArchaeo" project which involves, among the various partners, the University of Turin and the Japanese prefectures of Okayama and Shimane. The purpose of this part of the thesis work was the non-invasive analysis of the internal structure of the ceramic fragments to try to highlight the main characteristics, such as inclusions and porosities, otherwise visible only with invasive analyses, such as optical and electronic SEM microscopy. The CT images acquired using the principles of "local tomography" led to the three-dimensional reconstruction of one of the samples and the recognition of some peculiar elements of the ceramics, very promising results that will be the subject of further future studies.

La tomografia assiale computerizzata (TAC) è una tecnica radiodiagnostica che origina dall'ambito medicale, ma ha trovato terreno fertile anche nell'ambito dello studio e del restauro dei Beni Culturali. Questa tecnica prevede l'utilizzo di una sorgente di raggi X per illuminare un campione posto tra la sorgente e il detector. I raggi X perdono energia attraversando il campione secondo una specifica legge fisica, la quale segue una legge di proporzionalità regolata dal coefficiente di attenuazione. Le immagini acquisite durante una TAC rappresentano di fatto una mappa tridimensionale di come questo coefficiente di attenuazione vari nei diversi punti del campione in questione, permettendo di vedere quali elementi all'interno dell'oggetto hanno valori maggiori o minori di assorbimento. La non invasività di questa tecnica ha infatti permesso di analizzare un'enorme varietà di oggetti, dalle perle trovate su spille vittoriane ai sarcofagi egizi, passando per frammenti ceramici e quadri, fornendo informazioni essenziali per il loro restauro e per lo studio delle tecniche esecutive. Il lavoro di tesi svolto tratta diversi argomenti. La prima parte riguarda la creazione di un protocollo ottimizzato per l’acquisizione di tomografie locali, andando ad analizzare le distanze tra sorgente, oggetto e detector e la posizione del campione stesso sul supporto. Si procede con uno studio relativo al miglioramento e alla velocizzazione delle procedure di ricostruzione tomografiche, effettuate mediante l’analisi dello step angolare da utilizzare durante l'acquisizione delle immagini, dei parametri di correzione degli artefatti ad anello e di due tipologie di ricostruzione geometrica, il Fan Beam e il Cone Beam, in generale le più utilizzate, che sfruttano differenti algoritmi per ricreare l'immagine originale. Il lavoro sopra descritto è stato quindi applicato al caso studio di alcuni campioni ceramici provenienti da siti funebri in Giappone, nel contesto del progetto "BeArchaeo" che coinvolge, tra i vari partner, l'Università di Torino e le prefetture Giapponesi di Okayama e Shimane. Lo scopo di questa parte di lavoro di tesi è stato l'analisi non invasiva della struttura interna dei frammenti ceramici per cercare di evidenziare le principali caratteristiche, quali inclusioni e porosità, altrimenti visibili solo con analisi invasive, quali la microscopia ottica ed elettronica SEM. Le immagini TAC acquisite sfruttando i principi della "local tomography" hanno portato alla ricostruzione tridimensionale di uno dei campioni e al riconoscimento di alcuni elementi peculiari delle ceramiche, risultati molto promettenti che saranno oggetto di ulteriori studi futuri.