Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia x cho kiểm tra các chi tiết máy

  • Số trang: 72 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 34 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8490 tài liệu

Mô tả:

Bé c«ng th−¬ng ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp ----------oOo---------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi m· sè: 178.09 RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X cho kiÓm tra c¸c chi tiÕt m¸y C¬ quan chñ tr× Chñ nhiÖm ®Ò tµi TS. §ç V¨n Vò TS. NguyÔn §øc Minh Hµ néi 11/2010 Danh s¸ch c¸c thµnh viªn tham gia thùc hiÖn ®Ò tµi TT Hä vµ tªn Häc hµm, häc vÞ C¬ quan c«ng t¸c 1 NguyÔn §øc Minh TS. C¬ khÝ CTM ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 2 Lª Hång S¬n ThS. C¬ khÝ CTM ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 3 NguyÔn Danh TiÕn Kü s− C¬ khÝ ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 4 NguyÔn ChÝ C−êng ThS. CNTT ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 5 Phan Anh Dòng ThS. §iÖn tö ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 6 NguyÔn Trung Kiªn Kü s− Tù ®éng ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp hãa 7 Ph¹m V¨n TiÕn Kü s− C¬ khÝ ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp CTM ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 8 Ph¹m Thanh Tó Cö nh©n CNTT 9 TrÇn V¨n Chung Cö nh©n M¹ng TT ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp & truyÒn th«ng 10 Phïng V¨n §«ng Cö nh©n VËt lý h¹t ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp nh©n 2 Bé c«ng th−¬ng Céng hoµ x∙ héi chñ nghÜa ViÖt nam ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp §éc lËp – Tù do – H¹nh phóc B¸o c¸o tãm t¾t thùc hiÖn ®Ò tµi 178.09 RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: “Nghiªn cøu øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X cho kiÓm tra c¸c chi tiÕt m¸y” CÊp qu¶n lý: Bé C«ng Th−¬ng C¬ quan thùc hiÖn: ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp. Theo tinh thÇn vµ néi dung cña Hîp ®ång nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ sè 178.09 RD/H§-KHCN, ký ngµy 23/03/2009 víi Bé C«ng th−¬ng, ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp ®· hoµn thµnh ®Ò tµi “Nghiªn cøu øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X cho kiÓm tra c¸c chi tiÕt m¸y”. I.> C¸c néi dung nghiªn cøu vµ tiÕn tr×nh thùc hiÖn: 1. Thêi gian b¾t ®Çu: 01/2009. 2. Nghiªn cøu tæng quan vÒ thiÕt bÞ vµ øng dông c¸c hÖ thèng chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X dïng trong c«ng nghiÖp. tõ th¸ng 01/2009 ®Õn th¸ng 03/2009 3. TiÕn hµnh thiÕt kÕ tæng thÓ kü thuËt hÖ thèng thiÕt bÞ kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng chôp ¶nh c¾t líp tia X. tõ th¸ng 04/2009 ®Õn th¸ng 05/2009 4. TiÕn hµnh nghiªn cøu, x©y dùng phÇn mÒm t¸i t¹o ¶nh, phôc vô cho viÖc kiÓm tra khuyÕt tËt cña c¸c chi tiÕt m¸y. tõ th¸ng 06/2009 ®Õn th¸ng 10/2009 5. TiÕn hµnh thiÕt kÕ, chÕ t¹o bé truyÒn ®éng ®Ó g¸ ®èi t−îng kiÓm tra phôc vô cho qu¸ tr×nh chôp c¾t líp CT. tõ th¸ng 06/2009 ®Õn th¸ng 12/2009 6. TiÕn hµnh x©y dùng vµ hoµn thiÖn c¸c module phÇn mÒm: 3 + X©y dùng module phÇn mÒm thùc hiÖn viÖc thu thËp d÷ liÖu X-Ray. tõ th¸ng 11/2009 ®Õn th¸ng 02/2010 + Hoµn thiÖn module phÇn mÒm t¸i t¹o ¶nh CT. tõ th¸ng 11/2009 ®Õn th¸ng 06/2010 + X©y dùng module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn bé truyÒn ®éng b»ng m¸y tÝnh. tõ th¸ng 01/2010 ®Õn th¸ng 06/2010 + X©y dùng module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn chu tr×nh chung cña hÖ thèng. tõ th¸ng 07/2009 ®Õn th¸ng 06/2010 7. TÝch hîp toµn bé hÖ thèng chôp c¾t líp chi tiÕt m¸y. tõ th¸ng 07/2010 ®Õn th¸ng 08/2010 8. TiÕn hµnh c¸c thö nghiÖm ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh n¨ng, sù ho¹t ®éng cña toµn thÓ hÖ thèng. tõ th¸ng 09/2010 ®Õn th¸ng 10/2010 9. B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi. tõ th¸ng 10/2010 ®Õn th¸ng 12/2010 KÕt qu¶: §Ò tµi ®· t¹o ra ®−îc bé “s¶n phÈm cña ®Ò tµi” ®óng theo nh− thuyÕt minh ®Ò tµi, bao gåm: + B¸o c¸o vÒ øng dông c«ng nghÖ chup ¶nh c¾t líp CT ®Ó kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X. + ThuyÕt minh vµ thiÕt kÕ tæng thÓ hÖ thèng thiÕt bÞ kiÓm tra ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X. + Bé g¸ ®èi t−îng kiÓm tra, ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ truyÒn ®éng vµ ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng qua m¸y tÝnh PC. + HÖ thèng phÇn mÒm: bao gåm c¸c module phÇn mÒm: module phÇn mÒm thu thÊp d÷ liÖu X-Ray; module phÇn mÒm t¸i t¹o ¶nh CT; module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn bé truyÒn ®éng b»ng m¸y tÝnh; module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn chu tr×nh chung cña hÖ thèng. + HÖ thèng thiÕt bÞ ®Ó kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp hoµn chØnh (sau khi qu¸ tr×nh tÝch hîp toµn bé hÖ thèng ®−îc thùc hiÖn) b»ng ph−¬ng ph¸p øng dông c«ng nghÖ chôp c¾t líp CT b»ng tia X 4 Qua c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thö nghiÖm, hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®· ®¸p øng ®−îc tÊt c¶ c¸c yªu cÇu ®Ò ra cña ®Ò tµi. II.> Sö dông kinh phÝ ®Ò tµi: Kinh phÝ ®−îc cÊp cho ®Ò tµi ®· ®−îc sö dông ®óng môc ®Ých, theo ®óng nh− c¸c h¹ng môc ®· nªu trong dù to¸n ban ®Çu. Toµn bé kinh phÝ tõ nguån NSNN cña ®Ò tµi (250.000.000 VN§ - Hai tr¨m n¨m m−¬i triÖu ®ång) ®· ®−îc sö dông hÕt. - Mua vËt t−, nguyªn, nhiªn, vËt liÖu, tµi liÖu, dông cô phôc vô cho c«ng viÖc thùc hiÖn ®Ò tµi. - Thuª kho¸n chuyªn m«n. - VËt t−, v¨n phßng phÈm, c«ng t¸c phÝ. III.> KÕt luËn vµ h−íng ph¸t triÓn: §Ò tµi 178.09 RD/H§-KHCN ®· ®−îc hoµn thµnh vµ ®¸p øng ®−îc c¸c môc tiªu ®Æt ra ban ®Çu. S¶n phÈm cña ®Ò tµi ®· ®−îc thö nghiÖm t¹i c¬ së, ®¹t ®−îc c¸c chØ tiªu chÊt l−îng, kü thuËt mong muèn. KÕt qu¶ cña ®Ò tµi lµ nÒn t¶ng cho viÖc ph¸t triÓn, hoµn thiÖn s¶n phÈm: thiÕt bÞ øng dông c«ng nghÖ chôp c¾t líp CT ®Ó kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X nãi riªng vµ tiÕn tíi cã thÓ thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm, thiÕt bÞ øng dông tia X nãi chung. §Ó kÕt qu¶ cña ®Ò tµi cã thÓ ®−îc øng dông réng r·i h¬n, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi kiÕn nghÞ: - TiÕp tôc nghiªn cøu, hoµn thiÖn ®Ó cã thÓ ®−a s¶n phÈm cña ®Ò tµi vµo ho¹t ®éng thùc tÕ trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt. - Më réng c¸c nghiªn cøu ®Ó cã thÓ thiÕt kÕ, chÕ t¹o ra c¸c s¶n phÈm cho c¸c øng dông kh¸c trong ®êi sèng x· héi trªn c¬ së øng dông c«ng nghÖ chôp c¾t líp CT, sö dông tia X. §Ò nghÞ héi ®ång nghiÖm thu cÊp c¬ së vµ cÊp Bé tiÕn hµnh nghiÖm thu ®Ò tµi. Chñ nhiÖm ®Ò tµi TS. NguyÔn §øc Minh 5 B¸o c¸o khoa häc kü thuËt ®Ò tµi 178.09 RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: “Nghiªn cøu øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X cho kiÓm tra c¸c chi tiÕt m¸y” Néi dung b¸o c¸o Më ®Çu + T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc. + Môc tiªu ®Ò tµi Néi dung chÝnh PhÇn I: Tæng quan vÒ thiÕt bÞ vµ viÖc øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp cho kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X. PhÇn II: ThiÕt kÕ tæng thÓ cña hÖ thèng kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng tia X øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp CT. PhÇn III: C¸c module phÇn mÒm cho viÖc thu thËp, xö lý d÷ liÖu tia X vµ t¸i t¹o ¶nh CT. PhÇn IV: ThiÕt kÕ chi tiÕt bé truyÒn ®éng g¸ chi tiÕt phôc vô cho qu¸ tr×nh chôp c¾t líp CT. PhÇn V: TÝch hîp vµ thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ ho¹t ®éng cña toµn bé hÖ thèng. KÕt luËn vµ h−íng ph¸t triÓn + C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc + H−íng ph¸t triÓn 6 Môc lôc Néi dung Trang 09 Më ®Çu T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc 09 Môc tiªu nghiªn cøu vµ c¸c néi dung thùc hiÖn chÝnh cña ®Ò tµi 10 néi dung chÝnh PhÇn I Tæng quan vÒ thiÕt bÞ vµ viÖc øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp 12 cho kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X 1.> Tæng quan vÒ nhu cÇu vµ t×nh h×nh øng dông c¸c thiÕt bÞ kiÓm tra c¸c chi 12 tiÕt, s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp 1.1. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra c¸c chi tiÕt, s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp 12 1.2. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy - NDT 12 1.3. Ph−¬ng ph¸p kiÓm tra b»ng chôp ¶nh phãng x¹ RT (Radio Graphic Test): 13 1.4. HÖ thèng kiÓm tra b»ng tia X, øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT: 14 2.> Tæng quan vÒ hÖ thèng chôp ¶nh c¾t líp CT 14 2.1. Kh¸i niÖm vÒ chôp ¶nh c¾t líp CT 14 2.2. Nguyªn lý cña kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT 15 2.3. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p quÐt ¶nh theo thÕ hÖ m¸y CT Scanner 15 3.> Tæng quan vÒ qu¸ tr×nh t¸i t¹o vµ xö lý ¶nh CT 19 3.1. Giíi thiÖu vµ tæng quan 19 3.2. Qu¸ tr×nh chôp ¶nh c¾t líp 20 PhÇn II ThiÕt kÕ tæng thÓ cña hÖ thèng kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng tia X øng 22 dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp CT 1.> C¸c yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng tia X 22 2.> S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc cña hÖ thèng 22 3.> ThiÕt kÕ kü thuËt cña hÖ thèng 24 3.1. PhÇn kÕt cÊu c¬ khÝ, bé nguån ph¸t, ®iÒu khiÓn tia X 24 3.2. HÖ thèng thu nhËn d÷ liÖu X-ray 25 3.3. Bé g¸ ®èi t−îng kiÓm tra 27 3.4. C¸c Module phÇn mÒm trong hÖ thèng 28 PhÇn III C¸c module phÇn mÒm cho viÖc thu thËp, xö lý d÷ liÖu tia X vµ t¸i 29 t¹o ¶nh CT 7 1.> PhÇn mÒm thu nhËn d÷ liÖu X-Ray 29 2.> PhÇn mÒm xö lý, t¸i t¹o ¶nh CT 30 2.1. Kh¸i qu¸t vÒ qu¸ tr×nh t¸i cÊu tróc h×nh ¶nh 31 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p t¸i cÊu tróc h×nh ¶nh 31 2.3. ThuËt to¸n chiÕu ng−îc läc 35 PhÇn IV ThiÕt kÕ chi tiÕt bé truyÒn ®éng g¸ chi tiÕt phôc vô cho qu¸ tr×nh 43 chôp c¾t líp CT 1.> C¸c yªu cÇu ®èi víi bé truyÒn ®éng cña ®Ò tµi 43 2.> C¸c thµnh phÇn cña bé truyÒn ®éng 43 3.> ThiÕt kÕ chi tiÕt bé truyÒn ®éng 44 3.1. ThiÕt kÕ c¬ khÝ 44 3.2. ThiÕt kÕ ®iÒu khiÓn ®éng lùc 44 3.3. HÖ thèng phÇn mÒm, ®iÒu khiÓn 44 PhÇn V TÝch hîp vµ thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ ho¹t ®éng cña toµn bé hÖ 49 thèng 1.> Qu¸ tr×nh tÝch hîp toµn bé hÖ thèng 1.1. PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn chu tr×nh ho¹t ®éng chung cña toµn hÖ thèng vµ qu¸ 49 49 tr×nh tÝch hîp c¸c module phÇn mÒm 1.2. Qu¸ tr×nh tÝch hîp phÇn cøng 2.> Qu¸ tr×nh thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ tÝnh n¨ng ho¹t ®éng cña toµn bé hÖ thèng 51 54 2.1. Thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ ®èi víi bé truyÒn ®éng 55 2.2. Thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ chøc n¨ng thu nhËn d÷ liÖu X-Ray vµ kh¶ n¨ng thÓ hiÖn 59 sù hÊp thô n¨ng l−îng tia X 2.3. Thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ chøc n¨ng chôp vµ t¸i cÊu tróc ¶nh c¾t líp 61 2.4. §¸nh gi¸ chung vÒ qu¸ tr×nh vµ kÕt qu¶ thö nghiÖm 65 KÕt luËn vµ h−íng ph¸t triÓn 66 Tµi liÖu tham kh¶o 68 Phô lôc 69 Phô lôc 1: Bé b¶n vÏ thiÕt kÕ c¬ khÝ bé dÉn ®éng chi tiÕt Phô lôc 2: Bé b¶n vÏ thiÕt kÕ ®iÒu khiÓn ®éng lùc bé dÉn ®éng chi tiÕt Phô lôc 3: Hîp ®ång vµ c¸c phô lôc hîp ®ång cña ®Ò tµi 8 Më ®Çu Ngµy nay tia X ®· trë nªn rÊt quen thuéc ®èi víi mäi ®èi t−îng trong cuéc sèng x· héi bëi nã ngµy cµng ®−îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc nh− : nghiªn cøu khoa häc, y tÕ, an ninh, quèc phßng, trong c«ng nghiÖp, v.v... HÇu hÕt c¸c øng dông tia X ®Òu dùa trªn tÝnh chÊt ®Æc tr−ng cña tia X lµ bøc x¹ ®iÖn tõ xuyªn thÊu, cã b−íc sãng ng¾n h¬n sãng ¸nh s¸ng. Tia X t¸c ®éng vµo c¸c phÇn tö vËt chÊt vµ xuyªn qua chóng, h×nh ¶nh nhËn ®−îc ë phÝa sau lµ c¸c vïng s¸ng tèi kh¸c nhau. Sù hÊp thô bøc x¹ tia X cña c¸c chÊt phô thuéc vµo tû träng vµ nguyªn tö l−îng cña chÊt Êy. Dùa trªn h×nh ¶nh nhËn ®−îc khi tia X xuyªn qua ®èi t−îng ng−êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nhiÒu tÝnh chÊt hãa-lý cña ®èi t−îng mµ kh«ng cÇn c¸c ph©n tÝch hãa häc hay ph¸ hñy chóng. Mét trong nh÷ng øng dông quan träng cña tia X trong c«ng nghiÖp lµ trong ph−¬ng ph¸p kiÓm tra b»ng chôp ¶nh bøc x¹ - RT (RadioGraphic Test), thuéc nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy (Non Destructive Testing– NDT), ®©y lµ ph−¬ng ph¸p th«ng dông ®Ó x¸c ®Þnh khuyÕt tËt cña mèi hµn, s¶n phÈm ®óc, chi tiÕt m¸y, v.v.. Ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy b»ng chôp ¶nh bøc x¹ cã kh¸ nhiÒu −u ®iÓm nh− : nhanh, kh«ng tiªu hao vËt t−, kh«ng « nhiÔm m«i tr−êng, cã thÓ sè hãa kÕt qu¶, v.v.. Tõ ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh bøc x¹, kÕt hîp víi kh¶ n¨ng tÝnh to¸n, xö lý d÷ liÖu, xö lý ¶nh trªn m¸y tÝnh ng−êi ta ®· ph¸t triÓn ra ph−¬ng ph¸p dïng tia X - øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT ®Ó kiÓm tra c¸c khuyÕt tËt cña c¸c s¶n phÈm, chi tiÕt m¸y. §©y lµ ph−¬ng ph¸p kiÓm tra cho kÕt qu¶ rÊt chÝnh x¸c vµ th−êng ®−îc sö dông ®Ó kiÓm tra c¸c s¶n phÈm, chi tiÕt m¸y quan träng. C¸c thiÕt bÞ kiÓm tra b»ng tia X, øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp CT cã c«ng nghÖ t−¬ng ®èi phøc t¹p vµ ®ßi hái sù kÕt hîp cña nhiÒu lÜnh vùc nh− : vËt lý h¹t nh©n, ®iÖn tö, ®iÒu khiÓn, c¬ khÝ chÝnh x¸c vµ CNTT nªn hÇu hÕt c¸c h·ng trªn thÕ giíi tham gia nghiªn cøu, chÕ t¹o nhãm s¶n phÈm nµy ®Òu ph¶i cã ®−îc c¸c bÝ quyÕt cña riªng hä. V× c¸c øng dông tia X cã nh÷ng ®Æc thï riªng nªn viÖc trao ®æi, phæ biÕn kiÕn thøc, bÝ quyÕt vÒ nhãm s¶n phÈm nµy lµ rÊt h¹n chÕ. V× lý do nµy nªn viÖc nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ ph¸t triÓn nhãm s¶n phÈm nµy còng kh«ng ph¶i lµ qu¸ réng r·i vµ ®iÒu nµy còng lµm cho c¸c thiÕt bÞ trong nhãm s¶n phÈm nµy cã gi¸ thµnh kh¸ cao. 9 Cho tíi nay, t¹i ViÖt Nam, chØ cã mét sè d©y chuyÒn tù ®éng trong s¶n xuÊt l¾p r¸p thiÕt bÞ c¬, thuû khÝ, ®iÖn, ®iÖn tö, c¬ ®iÖn tö cña mét sè c«ng ty n−íc ngoµi lµ cã trang bÞ thiÕt bÞ kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng tia X theo d©y chuyÒn nhËp ®ång bé. §©y lµ c¸c thiÕt bÞ cung cÊp ®éc quyÒn cña mét sè h·ng ch©u ¢u, B¾c Mü, G7 nh−: North Star Imaging (Mü), Tomo Adour (Ph¸p), YXLON International X-ray (CHLB §øc), Hamamatsu (NhËt b¶n). HiÖn t¹i, ch−a cã ®¬n vÞ, c«ng ty nµo t¹i ViÖt nam cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn toµn bé c¸c c«ng ®o¹n tõ nghiªn cøu, thiÕt kÕ tíi chÕ t¹o ra c¸c s¶n phÈm nµy, mét sè ®¬n vÞ míi chØ dõng l¹i ë møc nghiªn cøu, thiÕt kÕ mét phÇn hoÆc cung cÊp c¸c dÞch vô kü thuËt cho nhãm thiÕt bÞ øng dông tia X. ViÖc ViÖt Nam sím nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ®−îc thiÕt bÞ øng dông chôp c¾t líp CT ®Ó kiÓm tra chi tiÕt m¸y lµ hÕt søc cÇn thiÕt, nh»m võa tù trang bÞ, gi¶m chi phÝ nhËp ngo¹i, ®ång thêi n©ng cao tr×nh ®é s¶n xuÊt kh«ng nh÷ng cña c¸c ngµnh s¶n xuÊt liªn quan, cßn thóc ®Èy ngµnh c¬ ®iÖn tö nãi chung, vµ ®Æc biÖt lµ ngµnh ®o l−êng vµ tin häc c«ng nghiÖp, ph¸t triÓn theo h−íng chuyªn s©u, cã ®−îc nh÷ng s¶n phÈm c«ng nghÖ cao, t−¬ng ®−¬ng tr×nh ®é khu vùc vµ thÕ giíi. ViÖn M¸y vµ Dông cô c«ng nghiÖp – IMI Holding (ViÖn IMI) lµ ®¬n vÞ ®· vµ ®ang triÓn khai nhiÒu ®Ò tµi nghiªn cøu cÊp Bé, cÊp Nhµ n−íc cã liªn quan ®Õn lÜnh vùc nghiªn cøu, øng dông tia X. Võa qua ViÖn IMI ®· ®−îc Nhµ n−íc trang bÞ Phßng kü thuËt tia X thuéc Phßng ThÝ nghiÖm C¬ ®iÖn tö-IMI Holding, ®©y lµ phßng thÝ nghiÖm bao gåm t−¬ng ®èi ®Çy ®ñ c¸c thiÕt bÞ ®Ó nghiªn cøu, chÕ t¹o ra c¸c s¶n phÈm øng dông tia X. Trong qu¸ nghiªn cøu, triÓn khai c¸c ®Ò tµi, ViÖn IMI còng ®· x©y dùng ®−îc mét ®éi ngò c¸n bé cã nhiÒu kinh nghiÖm trong nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ øng dông tia X. §©y lµ c¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó ViÖn IMI thùc hiÖn ®Ò tµi “Nghiªn cøu øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X cho kiÓm tra c¸c chi tiÕt m¸y”. * Môc tiªu cña ®Ò tµi: Víi c¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi cña m×nh, ViÖn IMI ®· tËp trung nhiÒu nguån lùc ®Ó hoµn thµnh c¸c môc tiªu mµ ®Ò tµi ®· ®Ò ra. Cô thÓ c¸c môc tiªu ®ã lµ : + N¾m b¾t vµ lµm chñ c«ng nghÖ øng dông X-Ray trong kiÓm tra khuyÕt tËt c¸c chi tiÕt m¸y, øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp CT. 10 + ThiÕt kÕ tæng thÓ hÖ thèng vµ x©y dùng, chÕ t¹o mét sè module quan träng cña thiÕt bÞ kiÓm tra khuyÕt tËt chi tiÕt m¸y b»ng tia X. + TÝch hîp, thö nghiÖm thiÕt bÞ ®Ó tiÕn tíi ®−a ®−îc s¶n phÈm vµo ho¹t ®éng trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt thùc tÕ. * C¸c néi dông thùc hiÖn chÝnh cña ®Ò tµi: C¨n cø theo c¸c môc tiªu mµ ®Ò tµi ®· ®Æt ra vµ c¨n cø theo c¸c néi dung ®¨ng ký thùc hiÖn trong thuyÕt minh ®Ò tµi. Nhãm ®Ò tµi ®· x¸c ®Þnh cô thÓ c¸c néi dung c«ng viÖc cÇn thùc hiÖn lµ : + TiÕn hµnh nghiªn cøu tæng quan vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp, øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp b»ng tia X. + TiÕn hµnh thiÕt kÕ tæng thÓ kü thuËt hÖ thèng thiÕt bÞ kiÓm tra chi tiÕt m¸y b»ng chôp ¶nh c¾t líp tia X (chØ tiÕn hµnh thiÕt kÕ nguyªn lý hÖ thèng) + Lùa chän c¸c thiÕt bÞ, module phÇn cøng phï hîp víi yªu cÇu cña ®Ò tµi. Xem xÐt, lùa chän tõ phßng ‘Kü thuËt tia X’-ViÖn IMI c¸c thiÕt bÞ h¹t nh©n cña hÖ thèng mµ n»m ngoµi khu«n khæ nhiÖm vô (thiÕt kÕ, chÕ t¹o hoÆc mua) cña ®Ò tµi, bao gåm: khung s−ên vá m¸y, nguån ph¸t tia X, hÖ thèng thu thËp d÷ liÖu X-Ray (detectors, board xö lý d÷ liÖu, module kÕt nèi víi m¸y tÝnh, module phÇn mÒm SDK). + TiÕn hµnh thiÕt kÕ, chÕ t¹o bé truyÒn ®éng ®Ó g¸ ®èi t−îng kiÓm tra phôc vô cho qu¸ tr×nh chôp c¾t líp CT. + TiÕn hµnh x©y dùng vµ hoµn thiÖn c¸c module phÇn mÒm: module phÇn mÒm thùc hiÖn viÖc thu thËp d÷ liÖu X-Ray; module phÇn mÒm t¸i t¹o ¶nh CT; module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn bé truyÒn ®éng b»ng m¸y tÝnh; module phÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn chu tr×nh chung cña hÖ thèng. + TÝch hîp, thö nghiÖm vµ ®¸nh gi¸ c¸c chøc n¨ng chÝnh cña toµn bé hÖ thèng chôp c¾t líp chi tiÕt m¸y b»ng tia X. 11 néi dung chÝnh phÇn I Tæng quan vÒ thiÕt bÞ vµ viÖc øng dông c«ng nghÖ chôp ¶nh c¾t líp cho kiÓm tra c¸c ®èi t−îng trong c«ng nghiÖp b»ng tia X 1. Tæng quan vÒ nhu cÇu vµ t×nh h×nh øng dông c¸c thiÕt bÞ kiÓm tra c¸c chi tiÕt, s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp. 1.1. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra c¸c chi tiÕt, s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp: HiÖn nay yªu cÇu ®Ó kiÓm tra khuyÕt tËt cña c¸c chi tiÕt, s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp nh−: c¸c chi tiÕt m¸y, c¸c s¶n phÈm ®óc, c¸c mèi hµn hoÆc viÖc x¸c ®Þnh ®é chÞu nÐn, chÞu uèn cña c¸c lo¹i vËt liÖu nh− bª t«ng, cèt thÐp hÇu nh− lµ c¸c yªu cÇu b¾t buéc trong c¸c quy tr×nh, d©y chuyÒn s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra ®−îc chia thµnh hai nhãm lµ: nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy - NDT (Non Destructive Testing) vµ nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra ph¸ hñy - DT (Destructive Testing). Trong hai nhãm nµy th× nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy cã c¸c −u ®iÓm sau: - NDT kh«ng lµm ¶nh h−ëng tíi kh¶ n¨ng sö dông cña vËt kiÓm tra sau nµy. - NDT cã thÓ kiÓm tra 100 % s¶n phÈm, trong khi DT th× chØ cã thÓ kiÓm tra x¸c suÊt. - NDT cã thÓ kiÓm tra ngay khi vËt kiÓm n»m trªn d©y chuyÒn s¶n xuÊt mµ kh«ng ph¶i dõng d©y chuyÓn s¶n xuÊt. Do nhãm ph−¬ng ph¸p NDT cã mét sè −u ®iÓm nh− trªn so víi nhãm ph−¬ng ph¸p DT nªn hiÖn nay phÇn lín c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®Òu ¸p dông ph−¬ng ph¸p kiÓm tra NDT. 1.2. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy - NDT: KiÓm tra kh«ng ph¸ hñy lµ viÖc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó kiÓm tra ph¸t hiÖn c¸c khuyÕt tËt bªn trong hoÆc ë bÒ mÆt vËt kiÓm mµ kh«ng lµm tæn h¹i ®Õn kh¶ n¨ng sö dông cña chóng. KiÓm tra kh«ng ph¸ hñy dïng ®Ó ph¸t hiÖn c¸c khuyÕt tËt nh− lµ nøt, rç, xØ, t¸ch líp, hµn kh«ng ngÊu, kh«ng thÊu trong c¸c mèi hµn..., kiÓm tra ®é cøng cña vËt 12 liÖu, kiÓm tra ®é Èm cña bª t«ng (trong cäc khoan nhåi), ®o bÒ dµy vËt liÖu trong tr−êng hîp kh«ng tiÕp xóc ®−îc hai mÆt (th−êng øng dông trong tµu thñy), ®o cèt thÐp (trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng... ),v.v... KiÓm tra kh«ng ph¸ hñy gåm nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau, tõ ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt lµ ph−¬ng ph¸p kiÓm tra b»ng m¾t ®Õn c¸c ph−¬ng ph¸p phøc t¹p nh− chôp c¾t líp b»ng ph−¬ng ph¸p céng h−ëng tõ h¹t nh©n, tuy nhiªn cã thÓ t¹m chia thµnh hai nhãm ph−¬ng ph¸p ®ã lµ: + Nhãm ph−¬ng ph¸p kiÓm tra NDT th«ng th−êng: bao gåm c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm tra kh«ng ph¸ hñy th«ng dông: - Ph−¬ng ph¸p kiÓm tra b»ng m¾t (VT). - Ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh phãng x¹ (RT). - Ph−¬ng ph¸p siªu ©m (UT). - Ph−¬ng ph¸p h¹t tõ (MT). - Ph−¬ng ph¸p thÈm thÊu (PT). - Ph−¬ng ph¸p dßng xo¸y (ET). + Nhãm ph−¬ng ph¸p kiÓm tra NDT ®Æc biÖt: - Ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh n¬tron. - Chôp c¾t líp b»ng ph−¬ng ph¸p céng h−ëng tõ h¹t nh©n. - Kü thuËt vi sãng, bøc x¹ ©m v.v... Trong c¸c ph−¬ng ph¸p NDT ®· nªu trªn, mçi ph−¬ng ph¸p ®Òu cã −u ®iÓm riªng, kh«ng ph−¬ng ph¸p nµo cã thÓ thay thÕ ®−îc ph−¬ng ph¸p nµo. øng víi mçi tr−êng hîp cô thÓ mµ ta lùa chän nh÷ng ph−¬ng ph¸p kiÓm tra phï hîp. 1.3. Ph−¬ng ph¸p kiÓm tra b»ng chôp ¶nh phãng x¹ RT (Radio Graphic Test): §èi víi c¸c hÖ thèng kiÓm tra trong c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp tøc lµ c¸c vËt kiÓm tra lµ c¸c chi tiÕt m¸y, s¶n phÈm ®óc hoÆc c¸c mèi hµn th× ph−¬ng ph¸p th−êng ®−îc ¸p dông lµ ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh phãng x¹ RT. Ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh phãng x¹ RT dùa trªn nguyªn lý c¬ b¶n lµ chôp ¶nh bøc x¹ cña vËt kiÓm ®èi víi tia X, hoÆc tia Gama, v× lµ ¶nh bøc x¹ do ®ã nã kh«ng chØ ph¶n ¸nh tÝnh chÊt bÒ mÆt mµ sÏ cho thÊy râ tÝnh chÊt cña vËt liÖu vµ ®Æc tÝnh bªn trong cña vËt kiÓm. Ph−¬ng ph¸p RT cã kh¸ nhiÒu −u ®iÓm nh− : nhanh, kh«ng tiªu hao vËt t−, kh«ng « nhiÔm m«i tr−êng, cã thÓ sè hãa kÕt qu¶, v.v... C¸c thiÕt bÞ kiÓm tra khuyÕt 13 tËt c¸c s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp b»ng tia X ®· ®−îc mét sè c¸c h·ng næi tiÕng trªn thÕ giíi tËp trung vµo nghiªn cøu, chÕ t¹o nh− : North Star Imaging (Mü), Tomo Adour (Ph¸p), YXLON International X-ray (CHLB §øc), Hamamatsu (NhËt b¶n), GE Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X-ItSystem, v.v.. . S¶n phÈm cña c¸c h·ng còng rÊt ®a d¹ng, tõ nh÷ng m¸y tr¹m lín cè ®Þnh tíi nh÷ng hÖ m¸y nhá x¸ch tay, tõ c¸c m¸y chuyªn dïng ®−îc thiÕt kÕ riªng cho viÖc kiÓm tra c¸c ®èi t−îng ®Æc biÖt ®Õn nh÷ng lo¹i phæ th«ng ¸p dông ®−îc cho nhiÒu ®èi t−îng kiÓm tra. GÇn ®©y víi sù ph¸t triÓn cña kü thuËt sè, th× c¸c thiÕt bÞ RT còng ®−îc tËp trung nghiªn cøu, ph¸t triÓn theo h−íng sè ho¸, ®iÒu nµy gióp cho tiÖn lîi h¬n vÒ mÆt kü thuËt, trao ®æi th«ng tin, kÕt qu¶, c«ng t¸c l−u tr÷ còng nh− qu¶n lý. C«ng nghÖ chôp ¶nh X-quang kü thuËt sè ra ®êi ®· lo¹i bá ®−îc nhiÒu nh−îc ®iÓm cña chôp X-quang dïng phim nh−: tèn thêi gian chôp, chiÕu, röa phim, còng nh− vËt t− tiªu hao trong qu¸ tr×nh sö dông ®ång thêi l¹i ph¸t huy ®−îc thÕ m¹nh cña kü thuËt ®iÖn tö sè vµ c«ng nghÖ phÇn mÒm xö lý ¶nh do ®ã trong ph−¬ng ph¸p RT thi viÖc dïng X-Quang kü thuËt sè ®ang dÇn thay thÕ viÖc dïng phim cæ ®iÓn. 1.4. HÖ thèng kiÓm tra b»ng tia X, øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT: Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn v−ît bËc cña m¸y tÝnh ®Æc biÖt ë kh¶ n¨ng, tèc ®é tÝnh to¸n cho phÐp cã thÓ xö lý hµng triÖu triÖu phÐp tÝnh / 1 gi©y, ®iÒu nµy ®· t¹o c¬ së cho viÖc x©y dùng c¸c hÖ thèng kiÓm tra theo ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh phãng x¹ RT, øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT. C¸c hÖ thèng víi cÊu h×nh nµy cho phÐp ®−a ra nhiÒu bøc ¶nh phãng x¹ cña vËt kiÓm theo nhiÒu líp víi c¸c gãc chiÕu kh¸c nhau thay v× chØ lµ mét bøc ¶nh phãng x¹ cña vËt kiÓm, do vËy n©ng cao rÊt nhiÒu kh¶ n¨ng còng nh− ®é chÝnh x¸c cña hÖ thèng kiÓm tra. Trong c¸c hÖ thèng kiÓm tra theo ph−¬ng ph¸p RT mµ cã øng dông kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT th× hÖ thèng xö lý CT Scanner ®ãng vai trß chÝnh trong viÖc quyÕt ®Þnh tÝnh chÝnh x¸c cña hÖ thèng. §©y lµ hÖ thèng phøc t¹p bao gåm tõ c¸c thiÕt bÞ phÇn cøng: bé ph¸t tia, c¸c detectors, bé truyÒn ®éng, hÖ thèng thu nhËn ¶nh, phÇn mÒm ph©n tÝch vµ xö lý ¶nh, phÇn mÒm nhËn ®¸nh dÊu-nhËn d¹ng h×nh ¶nh, v.v.. 2. Tæng quan vÒ hÖ thèng chôp ¶nh c¾t líp CT: 2.1.Kh¸i niÖm vÒ chôp ¶nh c¾t líp CT: Chôp ¶nh c¾t líp CT lµ mét kü thuËt t¹o ¶nh líp c¾t cïng víi sù hç trî cña m¸y tÝnh t¹o ra c¸c h×nh ¶nh chôp c¾t líp s¾c nÐt, râ rµng. C«ng viÖc nµy ®−îc thùc hiÖn 14 th«ng qua viÖc thùc hiÖn mét thñ tôc hay mét chuçi ho¹t ®éng ®−îc gäi lµ sù t¸i t¹o ¶nh tõ c¸c h×nh chiÕu, mét kü thuËt hoµn toµn dùa trªn c¸c c¬ së to¸n häc. 2.2. Nguyªn lý cña kü thuËt chôp ¶nh c¾t líp CT: VÒ nguyªn t¾c, ng−êi ta chiÕu vµo vËt cÇn kiÓm tra, vÝ dô ®Çu ng−êi, mét tia X thËt m¶nh theo mét h−íng nhÊt ®Þnh, råi bè trÝ detector ®Ó ®o, biÕt ®−îc tia X chiÕu theo h−íng ®ã bÞ hÊp thô m¹nh/yÕu nh− thÕ nµo, tøc lµ biÕt ®−îc mËt ®é vËt chÊt tæng céng cña c¸c thÓ tÝch phÇn tö n»m däc theo mét h−íng. Ng−êi ta lÇn l−ît thay ®æi h−íng chiÕu, nãi c¸ch kh¸c lµ quÐt tia X theo nh÷ng h−íng kh¸c nhau, ®Ó lÇn l−ît thu ®−îc mËt ®é vËt chÊt tæng céng cña c¸c thÓ tÝch phÇn tö n»m däc theo nh÷ng h−íng kh¸c nhau ®ã. Tõ nh÷ng sè liÖu thu ®−îc, ng−êi ta tÝnh to¸n ra mËt ®é vËt chÊt cña tõng thÓ tÝch phÇn tö. Muèn vËy, ph¶i x©y dùng nh÷ng thuËt to¸n phøc t¹p, ph¶i thùc hiÖn mét khèi l−îng tÝnh to¸n rÊt lín, ph¶i dïng m¸y tÝnh tèc ®é cao míi thùc hiÖn nhanh ®−îc. V× thÕ, ng−êi ta ®Æt tªn lµ phÐp chôp ¶nh c¾t líp cã sù trî gióp cña m¸y tÝnh, gäi t¾t lµ CT (computer aided tomography hay computed tomography). S¬ ®å khèi cña hÖ thèng m¸y quÐt CT 2.3. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p quÐt ¶nh theo thÕ hÖ m¸y CT Scanner: KÓ tõ khi ®−îc ®−a vµo sö dông, ng−êi ta ®· cè g¾ng c¶i thiÖn, n©ng cao hiÖu qu¶ cña hÖ thèng thiÕt bÞ CT ®Æc biÖt trong viÖc gi¶m thêi gian t¹o ¶nh, b»ng c¸ch c¶i tiÕn hÖ thèng quÐt. Nh÷ng hÖ thèng quÐt nµy kh¸c nhau chñ yÕu vÒ sè l−îng vµ c¸ch bè trÝ c¸c c¶m biÕn, mçi hÖ thèng quÐt ®Òu cã nh÷ng −u vµ nh−îc ®iÓm riªng. 2.3.1. M¸y CT thÕ hÖ thø nhÊt: 15 Bé thu chØ gåm mét ®Çu dß, chïm tia ph¸t ra hÑp vµ song song d¹ng mét c¸i bót ch×. Ph−¬ng thøc quÐt: Bãng X quang vµ ®Çu dß dÞch chuyÓn song song theo h−íng vu«ng gãc víi chïm tia vµ bao trïm toµn bé mÆt ph¼ng líp c¾t, sau ®ã c¶ hÖ thèng quay mét gãc råi tiÕp tôc dÞch chuyÓn song song, t¹i nh÷ng kho¶ng c¸ch ®Òu ®Æn tia X ®−îc ph¸t vµ thu. Qu¸ tr×nh tiÕp diÔn cho tíi khi sè l−îng tÝn hiÖu thu ®−îc ®ñ lín ®Ó t¸i t¹o ¶nh. HÖ thèng nµy hiÖn t¹i hÇu nh− kh«ng ®−îc øng dông v× chØ sö dông mét phÇn n¨ng l−îng rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ cña nguån bøc x¹ tõ bãng X quang trong khi n¨ng l−îng bøc x¹ tõ Anode cña bãng cã thÓ bao trïm mét gãc th× chïm tia bøc x¹ thùc dông ®Ó ®o l¹i chØ n»m trong gãc 10-4 Radian. Bëi vËy, mét mÆt c«ng suÊt cña bãng X quang bÞ h¹n chÕ, mÆt kh¸c do nhu cÇu cÇn thiÕt ph¶i t¹o ®−îc liÒu bøc x¹ t¹i c¶m biÕn ®ñ ®Ó ®o nªn m¸y kh«ng thÓ chuyÓn ®éng víi vËn tèc cao. Víi hÖ thèng nµy ®Ó t¹o ¶nh mét líp c¾t cÇn mét thêi gian dµi cì vµi phót. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, viÖc gi¶m thêi gian t¹o ¶nh chØ cã thÓ ®¹t ®−îc nhê t¨ng sè l−îng kªnh ®o cho mét líp c¾t, c¸c m¸y CT ®· ®−îc ph¸t triÓn theo h−íng nµy. 2.3.2. C¸c m¸y CT thÕ hÖ thø hai: 16 CÊu tróc : Thay v× dïng mét ®Çu dß, ®Õn thÕ hÖ nµy ®· dïng mét chïm ®Çu dß kho¶ng 20-30 chiÕc bè trÝ cËn kÒ nhau trong h−íng quÐt, Chïm tia quÐt cã d¹ng h×nh qu¹t. Ph−¬ng ph¸p quÐt : t−¬ng tù nh− thÕ hÖ thø nhÊt, hÖ thèng ®o thùc hiÖn hai lo¹i dÞch chuyÓn ®ã lµ : dÞch chuyÓn song song vµ dÞch chuyÓn tÞnh tiÕn. Víi c¸ch bè trÝ hÖ thèng ®o nµy, nguån bøc x¹ tia X tõ bãng X quang ®−îc sö dông hiÖu qu¶ h¬n nhiÒu, cã thÓ thùc hiÖn ®−îc nhiÒu phÐp chiÕu t−¬ng øng víi sè l−îng c¶m biÕn vµ thu ®−îc nhiÒu d÷ liÖu ®o ®ång thêi, v× vËy gãc quay vµ kho¶ng giöa hai lÇn chiÕu theo mÆt sÏ t¨ng, kÕt qu¶ gi¶m tæng sè b−íc quÐt ph¼ng vµ sè lÇn quay cña hÖ thèng ®o. Víi hÖ thèng nµy, tuú thuéc vµo sè c¶m biÕn thêi gian t¹o ¶nh mét líp c¾t trong kho¶ng tõ 10-60 gi©y. Tuy nhiªn do qu¸ tr×nh c¬ häc khi chuyÓn ®éng ngang hay quay, viÖc gi¶m thêi gian t¹o ¶nh xuèng thÊp h¬n n÷a ®èi víi hÖ thèng ®o nµy kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc . 2.3.3. M¸y CT thÕ hÖ thø ba: CÊu tróc : Sè l−îng ®Çu dß t¨ng ®Õn vµi tr¨m c¸i vµ ®−îc bè trÝ trªn mét vßng cung ®èi diÖn vµ g¾n cè ®Þnh víi bãng X quang. Chïm tia X ph¸t ra theo h×nh rÎ qu¹t víi gãc tõ 30-60o tuú theo sè l−îng ®Çu dß vµ bao trïm toµn bé tiÕt diÖn líp c¾t. Ph−¬ng ph¸p quÐt : HÖ thèng ®o quay quanh ®èi t−îng mét gãc 3600 ®Ó thùc hiÖn mét líp c¾t. Khi quay tia X cã thÓ hoÆc ®−îc ph¸t thµnh xung t¹i nh÷ng gãc cè ®Þnh hoÆc ®−îc ph¸t liªn tôc. Víi cÊu tróc nµy, nguån bøc x¹ tia X ®−îc sö dông tèi −u, h¬n n÷a hÖ thèng ®o chØ thùc hiÖn mét kiÓu chuyÓn ®éng quay vµ quay liªn tôc chø kh«ng ph¶i tõng b−íc. Thêi gian chôp ng¾n nhÊt gi¶m xuèng chØ cßn cì mét vµi gi©y. 2.3.4. M¸y CT thÕ hÖ thø 4: 17 CÊu tróc : kh¸c víi nh÷ng m¸y thuéc thÕ hÖ tr−íc, bãng X quang vµ ®Çu dß g¾n chÆt víi nhau, cïng dÞch chuyÓn hoÆc quay. M¸y thÕ hÖ thø 4 cã hÖ thèng ®Çu dß t¸ch biÖt víi bãng X quang, ®ã lµ mét tËp hîp nhiÒu ®Çu dß ®−îc bè trÝ trªn mét vßng trßn bao quanh khoang chiÕu. Ph−¬ng ph¸p quÐt : Bãng X quang quay trßn quanh vËt thÓ chiÕu, chïm tia ph¸t thµnh h×nh rÎ qu¹t bao phñ vïng cÇn kiÓm tra, c¸c phÇn tö c¶m biÕn sÏ ®−îc ®ãng/ng¾t theo quy luËt nhÊt ®Þnh phï hîp víi chuyÓn ®éng quay cña bãng. Bãng quay trßn, c¸c bé c¶m biÕn t¹o thµnh vßng trßn ®øng yªn ¦u ®iÓm cña lo¹i m¸y thuéc thÕ hÖ thø 4: Thêi gian chôp ng¾n nhÊt t−¬ng tù nh− thÕ hÖ thø 3, cì mét ®Õn vµi gi©y. Kh«ng bÞ nhiÔu h×nh ¶nh trßn (ring artifact) nh− th−êng x¶y ra ®èi víi m¸y thuéc thÕ hÖ thø 3. Tuy nhiªn m¸y cã cÊu tróc phøc t¹p v× sè l−îng ®Çu dß lín h¬n rÊt nhiÒu. 2.3.5. M¸y CT thÕ hÖ thø 5: H×nh 1.5: S¬ ®å quÐt cña Spiral CT (thÕ hÖ m¸y CT thø 5) ThÕ hÖ CT thø n¨m ®ang ®−îc sö dông phÇn lín ngµy nay lµ Helical CT (Spiral CT) víi d¹ng quÐt h×nh xo¾n èc. Kü thuËt Slip-ring (chæi quÐt - cæ gãp) ®−îc ¸p dông vµo m¸y CT gióp qu¸ tr×nh quÐt ®−îc thùc hiÖn nhiÒu vßng liªn tôc mµ c¸c thÕ hÖ tr−íc kh«ng lµm ®−îc. Do ®ã, tèc ®é quÐt, kh«ng gian quÐt ®−îc c¶i thiÖn rÊt nhiÒu. 18 Kü thuËt Slip-ring, lµ mét c¶i tiÕn vÒ mÆt c¬ ®iÖn, dïng cæ gãp vµ chæi quÐt. TÊt c¶ n¨ng l−îng vµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cña phÇn tÜnh ®−îc truyÒn ®Õn phÇn ®éng th«ng qua hÖ thèng Slip-ring cã c¸c slip-ring riªng lÎ song song dµnh cho detector, tube, truyÒn d÷ liÖu. Kh«ng chØ ph¸t triÓn vÒ cÊu h×nh quÐt, c«ng nghÖ CT cßn cã nhiÒu c¶i tiÕn quan träng kh¸c. Chïm tia X ban ®Çu chØ lµ chïm hÑp d¹ng máng (Fan Beam), cµng vÒ sau cµng lín h¬n thµnh chïm d¹ng nãn (Cone Beam), t¨ng thÓ tÝch chiÕu vµ gi¶m thêi gian thùc hiÖn phÐp chôp. ThÓ tÝch chiÕu t¨ng lªn ®ång nghÜa víi l−îng d÷ liÖu lín h¬n nhiÒu, cÇn ®−êng truyÒn vµ bé nhí lín h¬n, ®em l¹i ®é chÝnh x¸c cao h¬n. H×nh 1.6: Sù thay ®æi cña d¹ng chïm tia X 3. Tæng quan vÒ qu¸ tr×nh t¸i t¹o vµ xö lý ¶nh CT: Trong hÖ thèng chôp ¶nh c¾t líp CT th× ®ãng vai trß quan träng lµ phÇn mÒm thu nhËn vµ t¸i t¹o ¶nh CT, trong ®ã do ®Æc thï cña ¶nh CT nªn qu¸ tr×nh t¸i t¹o ¶nh CT ®ãng vai trß nh− lµ qu¸ tr×nh x©y dùng d÷ liÖu ®Çu vµo cho tÝnh to¸n, xö lý cña phÇn mÒm - tøc lµ ®Çu vµo d÷ liÖu cho c¶ hÖ thèng chôp ¶nh c¾t líp CT. Do vËy viÖc chän lùa, x©y dùng thuËt to¸n t¸i t¹o ¶nh CT lµ kh©u quan träng, quyÕt ®Þnh tíi sù ho¹t ®éng cña c¶ hÖ thèng. 3.1. Giíi thiÖu vµ tæng quan ¶nh CT kh¸c víi ¶nh X quang ë vµi chi tiÕt cô thÓ. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy kh¸c nhau ë c¸ch t¹o ¶nh. Sù ®Þnh d¹ng cña ¶nh CT ph¶i tr¶i qua nhiÒu b−íc. + ¶nh CT ®−îc b¾t ®Çu víi viÖc quÐt pha. Trong pha ®ã, mét chïm tia X máng cã h−íng chiÕu khi xuyªn qua nh÷ng c¹nh (edges) cña phÇn vËt thÓ chiÕu ®Ó t¹o ¶nh. bøc x¹ khi ®i qua phÇn vËt thÓ chiÕu ®−îc ®o b»ng d·y detector. C¸c detector nµy kh«ng thÓ t¹o ra ®−îc ¶nh CT hoµn chØnh mµ nã chØ cho h×nh viÒn cña mét ®−êng 19 chiÕu. D÷ liÖu ®−êng viÒn lµ ®o sù suy gi¶m cña tia X tõ bãng ph¸t tia tíi nh÷ng detector riªng lÎ. §Ó cã ®ñ th«ng tin cho viÖc t¹o nªn mét ¶nh ®Çy ®ñ, chïm tia X quay vßng, hoÆc quÐt, xung quanh thiÕt diÖn c¾t ®Ó t¹o nªn ®−êng viÒn tõ nh÷ng gãc ®é kh¸c nhau. §iÓn h×nh, hµng tr¨m vïng t¹o ®−îc vµ d÷ liÖu ®−êng viÒn cña mçi vïng ®−îc l−u tr÷ trong bé nhí m¸y tÝnh. Tæng sè ®o sù ®©m xuyªn t¹o nªn sè vïng vµ sè tia X n»m trong kho¶ng giíi h¹n cho mçi vïng. Tæng thêi gian quÐt cho mét líp c¾t kho¶ng tõ 0.35s tíi 15s, phô thuéc vµo viÖc thiÕt kÕ m¸y quÐt (scanner mechanism) vµ ng−êi ®iÒu khiÓn chän kiÓu quÐt thay ®æi. ChÊt l−îng cña ¶nh cã thÓ c¶i tiÕn b»ng c¸ch t¨ng thêi gian quÐt . + Pha thø 2 cña viÖc t¹o ¶nh lµ dùng ¶nh, ®−îc thùc hiÖn b»ng m¸y tÝnh sè, nã lµ mét phÇn cña hÖ thèng CT. Dùng ¶nh lµ thùc hiÖn b»ng mét qu¸ tr×nh to¸n häc ®ã lµ viÖc chuyÓn ®æi d÷ liÖu quÐt cña c¸c vïng (views) riªng lÎ vÒ d¹ng sè ho¸, hoÆc sè hãa bøc x¹ bøc ¶nh. ¶nh ®−îc cÊu t¹o bëi d·y phÇn tö ¶nh riªng lÎ gäi lµ pixel. Nh÷ng pixel nµy ®−îc ®Æc tr−ng b»ng mét gi¸ trÞ sè, hoÆc lµ chØ sè CT. C¸c gi¸ trÞ ®Æc biÖt cho mçi pixel quan hÖ víi mËt ®é cña 'mËt ®é vËt chÊt' ë trong nh÷ng nguyªn tè thÓ tÝch t−¬ng øng gäi lµ voxel. Dùng ¶nh th−êng mÊt vµi gi©y, phô thuéc vµo sù phøc t¹p cña bøc ¶nh vµ kh¶ n¨ng cña m¸y tÝnh. ¶nh sè sÏ ®−îc l−u tr÷ ë trong bé nhí m¸y tÝnh. + Pha cuèi cïng lµ chuyÓn ®æi ¶nh sè thµnh hiÓn thÞ video v× vËy cã thÓ nh×n trùc tiÕp ®−îc hoÆc cã thÓ ®−îc ghi ë trªn phim. B−íc nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng nh÷ng thµnh phÇn ®iÖn tö, nã thùc hiÖn chøc n¨ng chuyÓn ®æi sè sang t−¬ng tù. 3.2. Qu¸ tr×nh chôp ¶nh c¾t líp: 3.2.1. QuÐt th¨m dß hoÆc quÐt toµn c¶nh Bãng ph¸t tia vµ detector ®−îc l¾p r¸p trªn mét khung cã vÞ trÝ cè ®Þnh ®èi nhau, bé g¸ vËt thÓ chiÕu di chuyÓn trªn mét kho¶ng c¸ch bao trïm vïng kiÓm tra. Mét ¶nh chiÕu ®−îc t¹o nªn tõ ®o c¸c møc suy gi¶m “line-byline”. KÕt qu¶ nh÷ng h−íng chiÕu kh¸c còng t−¬ng tù ®èi víi viÖc xuÊt hiÖn nh÷ng tia ®−îc quy −íc. H×nh ¶nh t¹o ra lµ tËp hîp cña rÊt nhiÒu ¶nh xÕp chång (nh− trong ph−¬ng ph¸p chôp Xquang th«ng th−êng), réng b»ng bÒ dµy cña líp c¾t (®· ®−îc x¸c ®Þnh). Dùa trªn h×nh ¶nh toµn c¶nh nµy ®Ó lËp ch−¬ng tr×nh t¹o ¶nh c¾t líp. 3.2.2. QuÐt c¾t líp 20
- Xem thêm -