Lê Ngọc Quyết 20133204 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN CNĐT KTYS BÀI DỊCH CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I CHỦ ĐỀ GIỚI THIỆU VỀ MÁY QUÉT CT (Tài liệu dịch Introduction CT) Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Họ và tên sinh viên Lê Ngọc Quyết MSSV 20133204 Lớp KT – ĐTTT 05 K58 Hà Nội, Tháng 1 2017 MỤC LỤC LỜI TỰA ĐẦU 1 Chương 1 Giới thiệu 3 1 1 Tình trạng kỹ thuật chung 3 1 2 Cấu trúc bản báo cáo 5 Chương 2 Kiểm tra không cần phá hủy 6 2 1 Kiểm tra.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN CNĐT & KTYS ************* BÀI DỊCH CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I: CHỦ ĐỀ : GIỚI THIỆU VỀ MÁY QUÉT CT (Tài liệu dịch : Introduction CT) Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thái Hà Họ tên sinh viên : Lê Ngọc Quyết MSSV : 20133204 Lớp : KT – ĐTTT 05 K58 Hà Nội, Tháng 1- 2017 MỤC LỤC LỜI TỰA ĐẦU Chương : Giới thiệu 1.1 Tình trạng kỹ thuật chung 1.2 Cấu trúc báo cáo Chương : Kiểm tra không cần phá hủy 2.1 Kiểm tra từ tính 2.2 Kiểm tra dịng xốy 2.3 Kiểm tra sóng siêu âm 2.4 Kiểm tra không cần phá hủy quang học 11 2.4.1 Giao thoa chiều 11 2.4.2 Mơ hình giao thoa đốm điện tử 12 Chương : Giới thiệu công nghệ CT 15 3.1 Nguyên tắc hoạt động 15 3.2 CT y tế 19 3.3 Phân loại CT 24 3.4 Ứng dụng CT 25 3.5 Ưu điểm nhược điểm 28 LỜI CẢM ƠN 30 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CAD : Computer-aided design- Thiết kế với hỗ trợ vi tính CCD : Charged Couple Display- Bộ hiển thị ghép điện tích CMM : Coordinates Measuring Machine – Máy đo tọa độ CT : Computer Tomography – Máy chụp cắt lớp vi tính IAR : Iterative Artifact Reduction- Giảm thiểu đối tượng lặp lại LBSA : Length Based Scattering Approximation- Phép tính sai số vào thời gian tự LINAC : LINear Accelerators – Máy gia tốc tuyến tính NTD: Non-destructive testing – Kiểm tra không cần phá hủy QE : Quantum Efficiency – Hiệu suất lượng từ DQE : Detective Quantum Efficiency- Thám tử lượng tử hiệu SNR : Signal-to-Noise Ratio- Tỷ số tín hiệu nhiễu STL : Standard Tamplate Library- Bộ thư viện chuẩn DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hính 1.1 : Một ảnh Wilhelm Conrad Röntgen (27/3/1845 – 10/2/1923) trái Godfrey Newbold Hounsfield (28/8/1919 – 12/8- 2004 ) phải Hình 1.2 : Thế hệ CT nguyên mẫu phát triển Hounsfield [5] Hình 2.1 : Nguyên tắc kiểm tra từ tính[6] Hình 2.2 : Ngun tắc dịng xoáy Cuộn dây với lõi đơn(trái), cuộn dây đơn nối chung dây với [6] Hình 2.3 : Hình ảnh đen trắng vết nứ đĩa thép không gỉ sử dùng phương pháp dịng xốy [7] Hình 2.4 : Ví dụ phát sai sót thơng qua kiểm tra siêu âm, sử dụng đầu dị bình thường (trái) đầu dị góc để phát khiếm khuyết với góc bề mặt kiểm tra (bên phải) với [6] Hình 2.5 : Nguyên tắc giao thoa quang học [10] Hình 2.6 : Cặp vân giao thoa tiếp xúc chiều kim loại phẳng Hình 2.7 : Vết nứt theo chiều dọc mối hàn thép (trái); Sự phân tách đĩa (bên phải) [8] Hình 2.9 : Phân loại kỹ thuật NDT chọn theo độ phức tạp hình học độ phân giải [16] Hình 2.8 : Phân loại so sánh kỹ thuật NDT chọn kỹ thuật đo lường quang học theo vị trí khiếm khuyết phát giải theo khơng gian [16] Hình 3.1 : Máy qt CT cơng nghiệp chùm tia nón [GE PhoenixjX-ray Nanotom] Hình 3.2 : Chuỗi trình đo CT Hình 3.3 : Máy qt CT [Nguồn: PhoenixjX-ray] Hình 3.4 : Hình ảnh quét bước cưa, chùm tia hình nón Hình 3.5 : Hình khối quét CT xoắn ốc Hình 3.6 : So sánh máy quét thu với CT tia hình nón CT xoắn ốc bút [20] Hình 3.7 : Một ví dụ máy qt CT y tế CT cơng nghiệp Hình 3.8 : Sự phát triển CT y tế quét hình học Hình 3.9 : Độ phân giải đạt so với phạm vi đo Trích từ [25] Hình 3.10 : Phát lỗi tuabin vi mô; (trái), hình ảnh Slice đạt CT [26] (phải) Hình 3.11 : Thực tế / so sánh danh nghĩa CT scan mơ hình CAD vòi phun động diesel [23] Lê Ngọc Quyết - 20133204 LỜI TỰA Từ máy chụp cắt lớp vi tính (CT) bước vào mơi trường cơng nghiệp khoảng 30 năm trước, quan tâm đặc biệt ngày tăng công nghệ thể đặc biệt kiểm tra không phá hủy, nhờ vào lợi so với kỹ thuậtphá hoại truyền thống Sự phát triển hệ thống mạnh mẽ với nguồn tia X ổn định thiết bị dò tốt làm dấy lên quan tâm sản xuất phối hợp đo lường Sự phát triển mạnh mẽ hệ thống với nguồn tia X ổn định thiết bị dò tốt làm dấy lên quan tâm sản xuất phép lo tọa độ Những thách thức CT việc định lượng không đảm bảo đo, mà khơng thành lập chưa đầy đủ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả truy nguyên hệ thống Báo cáo sáng kiến dự án "Trung tâm ứng dụng công nghiệp máy quét CT - CIA CT: Advanced 3D quét đo lường, chất lượng đảm bảo phát triển sản phẩm ngành công nghiệp " Trong bốn năm dự án CIA-CT thúc đẩy tập đoàn thành lập chín cơng ty có chun mơn lĩnh vực CT Đan Mạch với mục đích tạo trung tâm thẩm quyền quốc gia việc áp dụng công nghiệp CT tiến hành nghiên cứu lợi ích cho doanh nghiệp tham gia, ngành công nghiệp Đan Mạch xã hội Đan Mạch, tập trung vào ứng dụng công nghiệp CT đo quét 3D tiên tiến, đảm bảo chất lượng phát triển sản phẩm Báo cáo tập trung vào ứng dụng CT cho mục đích cơng nghiệp đo lường, mà quan tâm thách thức CT, nghĩa thành lập đánh giá khả truy nguyên không chắn Tổng quan yếu tố ảnh hưởng đến độ xác CT mô tả Báo cáo tập trung vào ứng dụng CT cho mục đích cơng nghiệp đo lường, mà quan tâm thách thức CT, nghĩa thành lập đánh giá khả truy nguyên không chắn Một đánh giá toàn diện trạng thái kỹ xảo, phân tích lý thuyết điều tra thử nghiệm để đánh giá ảnh hưởng hình chiếu, dụng cụ, phơi, mơi trường thủ tục độ xác khả truy nguyên ~7~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 kết đo lường từ CT, thực Đặc biệt, phương pháp khảo sát mối quan tâm thực nghiệm kỹ thuật để khắc phục giảm thiểu sai sót đồ tạo tác tham số xác định, hai chúng tìm thấy văn thực tác giả Angela Cantatore, Pavel Müller ~8~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 Chương : Giới thiệu Chương cung cấp số thông tin ngắn gọn chụp cắt lớp vi tính (computed tomography-CT), đánh giấu to lớn cho dấu mốc quan trọng từ khám phá tia X quang đến ứng dụng đại cắt chụp lớp vi tính kĩ thuật đo lường cơng nghiệp 1.1 Tình trạng kỹ thuật chung Tia X quang khám phá năm 1895 nhà vật lí học người Đức Wilhelm Conrad Rưntgen, người mà đạt giải thưởng Nobel Vật lí năm 1901 Mặc dù ứng dụng điện chuẩn đoán đáng kinh ngạc gặp trở ngại bắt đầu, lần sử dụng tia X quang thực vào năm 1972, Godfrey Newbold Hounsfield ( Người chiến thắng giải thưởng Nobel lĩnh vực Sinh Lý học Dược phẩm năm 1979), ông xây dựng nguyên mẫu máy quét X quang xem người cha đẻ lĩnh vực chụp cắt lớp vi tính CT giới thiệu buổi thực hành lâm sáng vào năm 1971 với ứng dung Quét khối u thùy trước trán cho bệnh nhân bệnh viện Atkinson Morley Wimbledon ( Vương quốc Anh) Sau đó, CT chào đón nhanh chóng cộng đồng Y khoa, thường xuyên nhắc đến phát minh quan trọng việc chuẩn đoán, trước đời tia X quang [1] Trong bối cảnh công nghiệp ứng dụng CT truy tìm lại vào năm đầu thập niên 80, lĩnh vực kiểm tra không phá hủy, nơi mà số lượng lát đối tương trực quan kiểm tra Công nghệ ứng dụng CT 3D xuất vào năm cuối thập niên 90, với âm lượng đơn giản phân tích khoảng cách [2] Ngày nay, nhờ vào cải tiến liên quan phần cứng phần mềm, CT trở thành công cụ sử dụng mạnh mẽ rộng rãi mà khơng cần kĩ thuật phức tạp, có khả kiểm tra bên cấu túc nội ( không cần cắt mổ nào) nhiều ứng dụng công nhiệp Công nghệ tia X quang ngày ổn định ~9~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 nguồn gốc cho ngày có nhiều hệ thống CT phức tạp trước, cung cấp thơng tin hình học xác với độ xác tính micromet CT ngày sử dụng rộng rãi cho đặc điểm hình học đối tượng kiểm tra., định thành phần chất, kiểm tra thay đổi mật độ, v…v… Trong vòng thời gian ngắn, CT có khả sản xuất mơ hình chiều dung sai phận gia công quét người chấp nhận Hình 1.2 : Thế hệ CT nguyên mẫu phát triển Hounsfield [5] Do xác nhu cầu việc kiểm soát đảm bảo chất lượng ngày cao, CT dẫn đầu lĩnh vực sản xuất phối hợp đo lường Đối với kĩ thuật truyền thống trước kia, Hệ thống CT có lợi khơng thể phủ nhận : Có thể thu xem xét bên bên ngồi mà khơng cần phá hủy phận khác, với tỉ ~ 10 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 CT công cụ mạnh mẽ có khả kiểm tra cấu trúc bên ngồi bên nhiều ứng dụng công nghiệp cung cấp thơng tin hình học với độ xác cao Chương mô tả nguyên tắc CT, khác biệt máy quét CT y tế công nghiệp, phân loại hệ thống CT, máy CT thu lại công cụ sử dụng công nghiệp, công cụ mạnh mẽ phối hợp đo lường Sau đây, ưu điểm nhược điểm sử dụng CT trình bày 3.1 Nguyên tắc hoạt động CT Hình 3.1 : Máy qt CT cơng nghiệp chùm tia nón [GE PhoenixjX-ray Nanotom] Một hệ thống CT bao gồm nguồn tia X-quang, vòng quay, đầu dò (detector) hệ thống xử lý liệu tính tốn, hiển thị phân tích liệu tính tốn Về nguyên tắc, CT tạo hình ảnh cắt ngang cách chiếu chùm photon phát thông qua mặt phẳng đối tượng từ vị trí góc xác định thực góc quay quanh trục Khi tia X-quang (photon phát ra) qua đối tượng, số số bị hấp thụ, số nằm phân tán, số truyền tiếp Quá trình giảm cường độ tia X, liên quan đến X-quang nằm phân tán bị hấp thụ, gọi suy giảm Tía X mà bị suy giảm tương tác với đối tượng máy dò Xray thu lại Photon truyền qua đối tượng góc thu thập dectector hiển thị máy tính, tái tạo lại hồn chỉnh vật q trình qt Cấu trúc liệu 3D giá trị màu ~ 21 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 xám thu theo cách thể phân bố mật độ electron đối tượng [17] Một chuỗi quy trình, cách đêthu kết quả, có bốn công việc đo khác mô tả dự thảo hướng dẫn Đức VDI / VDE 2630 phần 1.2 [18] Một chuỗi trình chung trình bày hình 3.2 mơ tả sau : Thứ nhất, việc tiếp nhận liệu (quét) đối tượng thực Một số thơng số thiết lập trước qt, ví dụ độ phóng đại, định hướng đối tượng, lượng nguồn X-ray,tích hợp thời gian detector, vv Sau quét thu tập hợp hình chiếu 2D, khối thể tích vật tái tạo lại Khối thể tích mơ ma trận 3D điểm ảnh - voxel (viết tắt điểm ảnh khối thể tích), nơi giá trị voxel đại diện cho hệ số suy giảm vị trí tương ứng đối tượng qt Nói cách khác, để voxel giá trị màu xám độ đậm điểm ảnh phân đại diện cho mật độ hấp thụ tia X vị trí tương ứng Ở đây, số kỹ thuật chỉnh áp dụng vào hính chiếu 2D để giảm thiểu ảnh hưởng xạ tán xạ tia cứng (nhiều yếu tố ảnh hưởng đề cập chương 4) Sau đó, giá trị ngưỡng phải xác định cách cẩn thận thơng số quan trọng cho phân vùng ảnh xác xác định liệu bề mặt, có ảnh hưởng lớn đến hình ảnh cuối [19] (thêm ngưỡng thảo luận Mục 4.2.2) Sau giá trị ngưỡng xác định,hay liệu bề mặt khối lượng liệu tạo Dữ liệu bề mặt tạo định dạng STL, đặc trưng mạng lưới đa giác có hình dạng hình tam giác, bề mặt Sau đó, đo trực tiếp kích thước (ví dụ phù hợp hình ban đầu, phân tích độ dày vật cản, so sánh với thực tế) biểu diễn tập hợp liệu đề cập trước (khối lượng / bề mặt) Cuối cùng, kết đo thu ~ 22 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 Có hai hệ thống CT mà tìm thấy ngành cơng nghiệp Đó là: (1) 2D-CT (xem Hình 3.3 (a)), (2) 3D-CT (xem Hình 3.3 (b)) hệ thống 2D-CT có nguồn tia hình quạt phát dòng cho phép việc thâu lại lát đối tượng 3D cách kết hợp chuyển động dịch luân chuyển đối tượng Trình tự quay tịnh tiến lặp lặp lại tùy thuộc vào số lượng lát mà phải tái tạo lại Hạn chế hệ thống thời gian quét dài (đặc biệt làm việc với phận lớn) Vấn đề khắc phục hệ thống 3D-CT Hệ thống bao gồm máy dò bề mặt bẹt nguồn tia hình nón, tạo điều kiện cho việc thu lát đối tượng với vịng quay bảng quay Khơng cần tinh tiến Hình 3.2 : Chuỗi trình đo CT tuyến tính bảng quay cần thiết Giải pháp cho phép cải thiện đáng kể thời gian thu nhưng, mặt khác, vấn đề khác phát sinh nguồn tia hình nón xạ tán xạ di vật dựng lại hình ảnh ảnh hưởng đến chất lượng việc tái tạo lại hình dạng Đặc biệt, chất lượng quét bị suy giảm từ trung tâm đến đường biên máy dị, lý hình học [20] Một ví dụ thể hình 3.4, nơi nhìn thấy nhiễu khơng có mặt đường biên mẫu quét Sự phát triển gần 3D-CT thể hệ thống khai thác cách quét hình xoắn ốc, nơi luân chuyển đối tượng đồng thời thực với ~ 23 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 phong trào tịnh tiến dọc theo trục quay [20, 21] xem hình 3.5 Có hai lợi giải pháp Trong trường hợp đầu tiên, khơng có giới hạn độ dài mẫu (theo hướng trục quay); quỹ đạo xoắn ốc kéo dài đối tượng lớn kích thước đầu dị lý thuyết đối tượng có độ dài khơng giới hạn tái tạo lại Trong trường hợp thứ hai, với thay đổi hợp lý phần, số lớn lát đối tượng chiếu phần đầu dò, dẫn đến việc thu hoàn thiện hơn, đó, để độ phân giải khơng đổi dọc theo trục quay Bằng cách phần đầu phần cuối quét với độ phân giải tương tự phần trung tâm Một ví dụ thể hình 3.6, bút quét sử dụng máy quét CT điển hình máy quét CT xoắn ốc Trong độ phân giải trường hợp phần không dễ dàng để phân biệt sườn nhất, CT xoắn ốc cho phép để qt tồn hình học (hàng đầu, phần trung tâm phía đối tượng) với chất lượng [20] Hình 3.3 : Máy quét CT [Nguồn: PhoenixjX-ray] ~ 24 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 Hình 3.4 : Hình ảnh quét bước cưa, chùm tia hình nón 3.2 Y tế hệ thống công nghiệp CT Được biết, CT scanners lần sử dụng cho mục đích y tế Sự khác biệt thiết lập hệ thống CT công nghiệp y tế trường hợp CT công nghiệp, đối tượng quay bàn quay nguồn X-ray ổn định, CT y tế, nguồn tia X xoay đối tượng (một thể người hầu hết trường hợp) nằm bàn / giường ổn định Hình 3.5 : Hình khối quét CT xoắn ốc ~ 25 ~ Lê Ngọc Quyết - 20133204 Hình 3.6 : So sánh máy quét thu với CT tia hình nón CT xoắn ốc bút [20] Sơ lược ví dụ máy CT y tế cơng nghiệp thể hình 3.7 so sánh khác quan hai loại thể : Loại vật liệu (mô, máu xương cho y tế polyme, gỗ, bê tông, gốm sứ, kim loại vật liệu tổng hợp cho máy quét CT công nghiệp) Năng lượng sử dụng (