ผลคำนวณภาพโทโมกราฟี XXL มิติใหม่ของการเอ็กซ์เรย์วัตถุขนาดใหญ่

นักวิจัยจาก Fraunhofer-Gesellschaft ประสพผลสำเร็จในการสร้างผลคำนวณภาพโทโมกราฟี (computed tomography) (CT) นี่คือครั้งแรกที่สามารถวิเคราะห์วัตถุขนาดใหญ่ด้วยเทคโนโลยีเอ็กซ์เรย์ ผลคำนวณภาพโทโมกราฟี XXL นี้เป็นภาพแบบ 3 มิติที่มีความละเอียดสูง และความเปรียบต่างสูง จึงสามารถนำไปโยชน์ เช่น วิเคราะห์โครงสร้างรถยนต์ไฟฟ้าหลังจากทดสอบการชน รวมทั้งใช้ตรวจวิเคราะห์โบราณวัตถุในทางประวัติศาสตร์ และแม้แต่กะโหลกศรีษะของไดโนเสาร์ ก็สามารถตรวจสอบได้

ผลคำนวณภาพโทโมกราฟีจากการเอ็กซ์เรย์ไม่ได้มีบทบาทเฉพาะทางการแพทย์เท่านั้น แต่ทุกวันนี้ยังสำคัญต่องานอื่นๆ ด้วย ยกตัวอย่าง การใช้ในงานอุตสาหกรรมเพื่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม ภาพโทโมกราฟีที่คำนวณได้นั้นยังมีข้อจำกัดที่เป็นเพียงแค่ภาพขนาดเล็ก และใช้ได้กับวัตถุที่เรียบง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยังต้องอาศัยสนามพลังงานสูง และเนื่องจากความไม่เหมาะสมในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างใหม่ รวมทั้งการแก้ไขอัลกอริทึมและเซนเซอร์ ระบบ CT ที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้จึงมีข้อจำกัดหลายอย่างหากต้องนำมาใช้กับวัตถุที่มีขนาดใหญ่

แต่ในตอนนี้ทีมวิจัยจาก Fraunhofer Institute for Integrated Circuits (Fraunhofer IIS) สามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่ทำให้เห็นภาพภายในของวัตถุขนาดใหญ่ได้ และเป็นภาพแบบ 3D ที่มีความละเอียดสูง นับเป็นความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับแหล่งกำเนิดเอ็กซ์เรย์ นักวิจัยใช้ชุดเร่งพลังงานแบบเชิงเส้น (linear accelerator) ที่ระดับ 9 เมกะ-อิเล็กทรอนโวลต์ (MeV) และนำมารวมเข้ากับกล้องเอ็กซ์เรย์ที่ไวต่อการทำงานในช่วง 4 เมตร และ 10,000 พิกเซล การตรวจสอบในตอนแรกใช้วัตถุที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3.20 เมตร และสูง 5 เมตร บันทึกภาพด้วยการเอ็กซ์เรย์แบบสามมิติ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีพิเศษที่สามารถใช้บันทึกวัตถุที่มีขนาดใหญ่ อีกทั้งยังสามารถสแกนวัตถุที่ใหญ่กว่านี้ก็ได้ จึงทำให้ XXL-CT เป็นระบบการคำนวณผลภาพโทโมกราฟีที่ใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนี้

วัตถุถูกทำให้หมุนอยู่บนแท่นหมุนที่่มีความแข็งแรงทนทาน กล้องและแหล่งกำเนิดรังสีจะสแกนวัตถุไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ในแนวตั้งแบบเส้นต่อเส้น และเนื่องจากการหมุนของแท่นหมุนนี่เอง จึงทำให้กล้องสามารถบันทึกภาพด้วยมุมมองที่กว้างมาก วิธีการนี้จึงเป็นพื้นฐานสำคัญของการแสดงภาพแบบสามมิติ

ตรวจวิเคราะห์ภายหลังทดสอบการชน

ระบบ XXL-CT สามารถใช้วิเคราะห์การชนของรถยนต์ไฟฟ้าได้ ซึ่งแต่ก่อนนั้นการวิเคราะห์โครงสร้างภายในจะต้องนำวัตถุมาแยกแต่ละส่วนออกจากกันก่อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลา แต่สำหรับการตรวจสอบวัตถุแบบไม่ทำลายด้วยการเอ็กซ์เรย์ ทำให้สามารถวิเคราะห์รายละเอียดโครงสร้างและวัสดุของวัตถุที่แต่เดิมไม่สามารถเข้าตรวจสอบได้ เช่น ชุดแบตเตอรี่ที่ต่ออยู่ด้วยกันทั้งหมด แต่ด้วยจุดเด่นของการเอ็กซ์เรย์ จึงทำให้โครงสร้างของชุดแบตเตอรี่ที่อัดกันอยู่หนาแน่นนั้นสามารถมองเห็นได้แบบทะลุปรุโปร่ง

เพื่อตอบสนองงานต่างๆ ที่ต้องการคุณภาพสูงจากภาพเอ็กซ์เรย์แบบ 3D ทีมวิจัย Fraunhofer IIS ได้พัฒนานวัตกรรมให้ดียิ่งขึ้น เพื่อให้ได้ตัวเร่งแบบเชิงเส้นและกล้องเอ็กซ์เรย์ที่มีขนาดใหญ่ เป็นการทำงานร่วมกันกับพันธมิตรทางอุตสาหกรรม บริษัท MT Mechatronics ซึ่งเป็นผู้พัฒนารูปแบบที่ทำให้ผลการคำนวณภาพมีความละเอียดแม่นยำสูง แม้ว่าวัตถุนั้นจะหนักมากหลายตันก็ตาม โดยออกแบบกระบวนการทางข้อมูลของการเอ็กซ์เรย์ให้เป็นไปอย่างเหมาะสมที่สุด เช่น ทำให้เป็นแบบอัตโนมัติโดยที่คนเป็นผู้ดำเนินการเพียงเล็กน้อย ด้วยวิธีการนี้ ระบบ XXL-CT ในอนาคตจะสามารถนำไปใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้

การตรวจสอบตู้คอนเทนเนอร์ขนส่งสินค้า

อีกตัวอย่างหนึ่งของการใช้งาน XXL-CT คือ การตรวจสอบตู้คอนเทนเนอร์ที่ใช้ในการขนส่งสินค้าทางทะเล แม้ว่าในทุกวันนี้ที่ท่าเรือจะมีการเอ็กซ์เรย์ตรวจสอบตู้คอนเทนเนอร์กันอยู่แล้ว แต่ก็เป็นเพียงแบบสองมิติ แต่ถ้าเป็นเทคโนโลยีเอ็กซ์เรย์แบบสามมิติ จะทำให้สามารถมองเห็นได้แม้แต่วัตถุขนาดเล็กที่อยู่ในตู้คอนเทนเนอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยงานด้านความปลอดภัยที่ต้องตรวจสอบวัตถุระเบิดหรืออาวุธในตู้คอนเทนเนอร์ รวมทั้งผู้รับมอบหมายจากลูกค้าให้เข้าตรวจสอบสินค้าที่ผิดกฎหมาย ซึ่งเทคโนโลยีของ IIS สามารถเพิ่มคุณค่าในส่วนนี้ได้อย่างชัดเจน

นอกจากใช้ในอุตสาหกรรมแล้ว ผลคำนวณภาพโทโมกราฟี XXL ยังเปิดโอกาสให้ใช้งานได้อีกหลายด้าน เช่น การตรวจสอบวัตถุในทางประวัติศาสตร์ เช่น เครื่องดนตรีโบราณ แต่เดิมจะต้องตัดเปิดชิ้นส่วน และแยกส่วนที่เป็นอุปสรรคต่อการเอ็กซ์เรย์ออกมา นอกจากนี้ ยังมีอีกตัวอย่างที่น่าตื่นเต้น คือ ผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer ใช้สแกนกะโหลกไดโนเสาร์ที่มีอายุเก่าแก่ประมาณ 65 ล้านปี เป็นกะโหลกของไดโนเสาร์พันธุ์ Tyrannosaurus Rex (T-Rex) ที่ยังคงถูกกั้นเอาไว้ในคอกเพื่อรอเข้ากระบวนการเอ็กซ์เรย์ รวมทั้งการตรวจสอบดินที่อยู่โดยรอบในจุดที่นักโบราณคดีเป็นผู้ค้นพบ

สำหรับแผนดำเนินการขั้นต่อไปของทีมวิจัย Fraunhofer คือ การพัฒนาทั้งในส่วนของฐานตั้งเครื่อง CT, ชุดเร่งแบบเชิงเส้น และกล้อง เพื่อให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถเคลื่อนที่เป็นวงไปรอบๆ วัตถุ โดยที่วัตถุยังคงตั้งอยู่นิ่งๆ เหมือนเดิม

ที่มา Fraunhofer

เทคโนโลยี Computed Tomography (CT) ทำให้สามารถมองเห็นภาพแบบเอ็กซ์เรย์ของวัตถุที่มีขนาดใหญ่ได้ และยังเป็นภาพแบบ 3D ที่มีความละเอียดสูง
Photo Credit: © Kurt Fuchs / Fraunhofer IIS