Báo cáo: Nghiên cứu phát triển kỹ thuật CT thế hệ thứ IV ứng dụng trong công nghiệp dầu khí Việt Nam

Trong bài báo này trình bày các vấn đề về cấu hình thiết bị, thuật toán Tối đa hóa kỳ vọng (EM) và thuật toán Chiếu ngược có lọc (FBP) cho tái tạo ảnh CT thế hệ thứ 4 và một số kết quả khảo sát nhằm đánh giá khả năng vận hành của thiết bị đã được chế tạo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo: Nghiên cứu phát triển kỹ thuật CT thế hệ thứ IV ứng dụng trong công nghiệp dầu khí Việt NamHội nghị khoa học Sau đại học trường Đại học Đà lạt, năm 2014. NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT CT THẾ HỆ THỨ IV ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT NAM Phạm Văn Đạo, Đặng Nguyễn Thế Duy, Mai Công Thành, Nguyễn Văn Chuẩn, Bùi Trọng Duy Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật Hạt nhân trong Công nghiệp, Địa chỉ: số 01 đường DT723, P.12, Đà Lạt, Lâm Đồng. E-mail: office@canti.vn; daopv@canti.vn Tóm tắt Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, việc sử dụng các thiết bị để khảo sát các đối tượng trong nhà máy dầu khí đang được yêu cầu về độ chính xác cao cũng như hiệu quả kinh tế mà nó mang lại. Để đáp ứng nhu cầu kiểm tra, chẩn đoán tình trạng các đối tượng đường ống trong công nghiệp dầu khí ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp đã tiến hành nghiên cứu, phát triển thiết bị soi cắt lớp thế hệ thứ IV. Đề tài này cũng là kết quả kế thừa và phát triển một cách liên tục qua những đề tài nghiên cứu trước đó tại Trung tâm từ năm 2007 đến nay. Trong bài báo này trình bày các vấn đề về cấu hình thiết bị, thuật toán Tối đa hóa kỳ vọng (EM) và thuật toán Chiếu ngược có lọc (FBP) cho tái tạo ảnh CT thế hệ thứ 4 và một số kết quả khảo sát nhằm đánh giá khả năng vận hành của thiết bị đã được chế tạo. Từ khóa CAT, EM, FBP, chụp cắt lớp điện toán nhanh, tái tạo hình ảnh, soi gammatruyền qua,...I. GIỚI THIỆU Năm 2011, Trung tâm Ứng dụngkỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp(CANTI) đã chế tạo thành công thiết bịchụp cắt lớp điện toán đầu tiên theo cấuhình 1 nguồn 1 đầu dò – CT thế hệ thứ I,mang tên GORBIT, đã được ứng dụng Hình 1: Thiết bị chụp cắt lớp GORBITrất nhiều trong việc khảo sát khuyết tậtcác đường ống trong công nghiệp vàđược xuất khẩu sang các nước trong khuvực theo đơn đặt hàng của IAEA. GORBIT là thiết bị chụp cắt lớpcông nghiệp, cho phép chụp ảnh cắt lớpcác thiết bị có đường kính tối đa 60cm, Hình 2: Các thế hệ của thiết bị CT 1Hội nghị khoa học Sau đại học trường Đại học Đà lạt, năm 2014.thiết bị này đã được ứng dụng để khảo sát khuyết tật trên các đường ống dẫn khívà một số thiết bị khác trong công nghiệp. Hiện nay trên thế giới, thiết bị chụpcắt lớp điện toán đã phát triển qua nhiều thế hệ, ngày càng nhỏ gọn trong kết cấucơ khí và rút ngắn thời gian đo. Trong đó thế hệ chụp cắt lớp điện toán thứ IV cócấu hình gồm nguồn và các detector có quỹ đạo nằm trên đường tròn đồng tâmnhư hình 2 [1], [2], [3]. Ưu điểm của kỹ thuật soi cắt lớp thế hệ thứ IV là có thểrút ngắn thời gian khảo sát và cấu hình được bố trí đơn giản [4]. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng và tính toán hình học cấu hình, đồng thờiphát triển chương trình dựng ảnh cắt lớp bằng hai thuật toán Tối đa hóa kỳ vọng(EM) và thuật toán Chiếu ngược có lọc (FBP). Sau đó cấu hình vật lý được xâydựng để khảo sát và đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp trong cácđiều kiện thực tế.II. THUẬT TOÁN TÁI TẠO ẢNH CT Trong cấu hình CT thế hệ thứ 4, nguồn và detector được bố trí theo hìnhhọc chùm quạt. Chất lượng hình ảnh tái tạo phụ thuộc vào mật độ phép đo trênmột lát cắt qua vật. Tuy nhiên trên cùng số phép đo với số lượng các phép tươngđối ít khoảng dưới 64 x 16 (số hình chiếu x số tia), chất lượng hình ảnh được táitạo bằng thuật toán Tối đa hóa kỳ vọng cho kết quả tương đối tốt hơn thuật toánChiếu ngược có lọc. x  t . cos   s. sin  x  L. sin      D. sin  y  t . sin   s. cos  y   L. cos      D. cos  Hình 3: Hình học trong CT cấu hình song song – CT thế hệ thứ I (trái) và cấu hình chùm quạt – CT thế hệ thứ III, IV, V (phải) 2Hội nghị khoa học Sau đại học trường Đại học Đà lạt, năm 2014. Thuật toán Chiếu ngược có lọc [1], [4], [5] được thực hiện qua 3 bướcbiến đổi:  Tính biến đổi Fourier của bộ dữ liệu hình chiếu p(t,θ) → P(ξ,θ);  Biến đổi ngược Fourier với bộ lọc cao qua H(ξ);  Chiếu ngược bộ dữ liệu g(t,θ) đã qua biến đổi để thu được hình ảnh μ(x,y). Trong thuật toán Chiếu ngược có lọc, tia tổng được định nghĩa như biểuthức: 1 I 0 t  p(t , )  ln (1) d I t  Ở đây, I0(t), I(t) là số đếm đo được trong không khí và khi truyền qua vật, dtương đương với khoảng cách giữa nguồn và đầu dò. Ký hiệu P(ξ,θ) là phép Biến đổi Fourier của p(t,θ), biểu thức toán học đượcviết lại như sau:  P ,    p(t , ) exp 2 i t dt (2)  Ở đây, g(t,θ) được ký hiệu là phép Biến đổi ngược Fourier của tích chậpH(ξ)* P(ξ,θ) theo công thức (3), với H(ξ) là hàm lọc.  g t ,    H   P ,  exp2 i t d (3)  Hình ảnh được tái tạo μ(x, y) thu được từ phép Chiếu ngược của g(t,θ) theocông thức (4):  ( x, y)   g  x cos  y sin ,  d (4) 0 3Hội nghị khoa học ...