Ngày 29/9/2021, nhiệm vụ KH&CN cấp Quốc gia “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thiết bị chụp ảnh cắt lớp CT sử dụng chùm tia hình nón ứng dụng trong công nghiệp”, mã số KC.05.18/16-20 thuộc Chương trình Khoa học và Công nghệ trọng điểm cấp Quốc gia giai đoạn 2016 – 2020 về “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng” do TS. Trần Kim Tuấn, giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường, Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, làm chủ nhiệm, đã được nghiệm thu cấp Nhà nước dưới sự chủ trì của GS. TS. Trần Đức Thiệp (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) – Chủ tịch Hội đồng. Nhiệm vụ thực hiện trong 34 tháng (tháng 7/2018 – 4/2021) với sự tham gia chính của các cán bộ giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường, Viện Vật lý Kỹ thuật, ĐHBKHN cùng với sự phối hợp nghiên cứu của các đơn vị trong và ngoài ngành như Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Trung tâm Đánh giá không phá hủy NDE, Viện Cơ khí (trường Đại học Bách khoa Hà Nội), Công ty TNHH Một thành viên Đồng vị Phóng xạ. Trong gần 3 năm thực hiện, nhiệm vụ đã hoàn thành tất cả các mục tiêu đặt ra với số lượng và chất lượng tốt được Hội đồng nghiệm thu đánh giá cao.
Những kết quả nổi bật của nhiệm vụ có thể tóm lược như sau:
1) Chế tạo thành công hệ thiết bị chụp cắt lớp CT sử dụng chùm tia X hình nón (Cone Beam CT: CBCT) được thiết kế ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị mang ký hiệu BKCT-01.
Đây là thiết bị CBCT thuộc công nghệ thế hệ thứ 7 hiện đại nhất, lần đầu tiên được chế tạo tại Việt Nam. Thiết bị có thể chụp cắt lớp cho nhiều loại mẫu có kích thước khác nhau, làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau với độ chính xác và độ phân giải không gian cao. Giá thành của hệ thiết bị chỉ bằng khoảng 1/3 so với các hệ thiết bị tương đương của nước ngoài, tạo điều kiện đưa loại thiết bị hiện đại này phục vụ mạnh mẽ hơn nữa cho ngành công nghiệp phụ trợ của nước nhà. Thiết bị được thiết kế tuân thủ các TCVN liên quan, đảm bảo kiểu dáng công nghiệp, tiện lợi và an toàn cho người sử dụng và đảm bảo an toàn bức xạ.
Các đặc trưng kỹ thuật chính của thiết bị BKCT-01:
- Máy phát tia X tiêu cự micromet, cao áp đến 240 kV, dòng phát đến 3 mA, công suất 320 W;
- Tấm detector CsI có DQE > 70%, kích thước hoạt động 116×146 mm với ma trận điểm ảnh 2352×2944;
- Kích thước vật chụp lớn nhất có thể đo (Φ×H): 350×300 mm;
- Thời gian chụp cho vật có kích thước 200×300 mm: < 10 phút;
- Độ phân giải không gian: max ~ 50 μm, bình thường ~ 100 μm;
2) Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng thành công chương trình tái tạo ảnh cho hệ thiết bị CBCT.
Việc nghiên cứu và nắm vững các thuật toán tái tạo hình ảnh bao giờ cũng là vấn đề khó khăn và phức tạp. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng và áp dụng nhiều thuật toán tính toán tái tạo hình ảnh (reconstruction algorithm) cho hệ CBCT được thiết kế, từ đó chọn lựa thuật toán phù hợp nhất với đối tượng vật chụp của hệ BKCT-01. Chương trình tái tạo hình ảnh của BKCT-01 đã được thiết kế xây dựng hoạt động một cách ổn định, tin cậy với độ chính xác cao. Ngoài ra, tùy theo đối tượng chụp mà người sử dụng có thể chọn lựa phương pháp tái tạo trên phần mềm do nhóm nghiên cứu đã xây dựng để đạt được hiệu quả tái tạo hình ảnh phù hợp nhất với yêu cầu cụ thể của ngành công nghiệp.
3) Nghiên cứu và xây dựng thành công chương trình phần mềm điều khiển đồng bộ các thiết bị trong quá trình thu thập dữ liệu về vật chụp, phần mềm xử lý tín hiệu và phần mềm hiển thị hình ảnh 2D và 3D.
Các phần mềm hoạt động tin cậy, có độ chính xác cao và ổn định. Trạng thái làm việc và vị trí của các thiết bị trong quá trình chụp vật mẫu vừa được điều khiển qua phần mềm vừa được kiểm soát bằng các sensor định vị, đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao. Dữ liệu thu thập trong quá trình chụp vật mẫu được xử lý theo nhiều bước: tiền xử lý, lọc dữ liệu trước và sau khi tái tạo ảnh, nhằm thu được hình ảnh tái tạo chân thực nhất có thể. Phần mềm điều khiển và hiển thị ảnh tái tạo được thiết kế thân thiện, dễ dàng và thuận tiện cho người sử dụng.
4) Hệ thiết bị BKCT-01 được thiết kế với nhiều tính năng thuận lợi cho người sử dụng trong các trường hợp yêu cầu khác nhau để có thể đánh giá được tốt nhất vật chụp.
Hệ thiết bị BKCT-01 có thể hiển thị hình ảnh theo nhiều phương thức khác nhau để người sử dụng có thể quan sát được tốt nhất cấu trúc bên trong vật được chụp. Các tính năng đó là: hiển thị ảnh 2D và 3D, ảnh màu và đen – trắng, hiển thị theo các góc xoay, phóng to – thu nhỏ từng khu vực cần quan tâm. Người sử dụng có thể trực tiếp đo đạc kích thước của từng chi tiết mong muốn trên ảnh tái tạo, do đó có thể xác định vị trí và kích thước chi tiết mong muốn với độ chính xác cao.
Hệ thiết bị BKCT-01 có khả năng tham gia vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm trong các ngành công nghiệp phụ trợ, góp phần tích cực cho nền kinh tế quốc dân. Có thể triển khai sử dụng hệ thiết bị CBCT này cho các công việc kiểm tra không phá hủy, hoặc ứng dụng kiểm tra các sản phẩm trong các nhà máy công nghiệp điện – điện tử, chế tạo máy, linh kiện ôtô, các sản phẩm của ngành công nghiệp phụ trợ … Tính năng của hệ thiết bị CBCT được nâng cao tùy thuộc những yêu cầu kỹ thuật cụ thể của người sử dụng: tự động xác định năng lượng tia X tùy thuộc vật liệu và kích thước vật chụp, xác định vị trí tối ưu cho vật chụp để có hình ảnh tốt nhất, tự động chọn lựa chế độ chụp phù hợp với vật chụp…
Các kết quả nghiên cứu đã được công bố qua bài báo khoa học trên tạp chí quốc tế ISI (Q2), 03 bài báo trên các tạp chí chuyên ngành có uy tín trong nước và nhiều hội nghị khoa học trong và ngoài nước. Thông qua việc thực hiện nhiệm vụ, đội ngũ cán bộ nghiên cứu đã có những tiến bộ rất lớn về kiến thức, trưởng thành mạnh mẽ và tích lũy được rất nhiều về kinh nghiệm. Các cán bộ đã dần từng bước nắm vững về các công nghệ và kỹ thuật trong việc xây dựng hệ thiết bị chụp cắt lớp hiện đại, giúp trong tương lai không xa có thể nắm vững công nghệ chụp cắt lớp, sẵn sàng hỗ trợ và triển khai ứng dụng kỹ thuật hiện đại này cho không chỉ trong công nghiệp mà còn trong các lĩnh vực khác.
Viện Vật lý Kỹ thuật
English