Cải thiện trong chụp Xquang kỹ thuật số

Digital Radiography Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử Viễn Thông – Bộ môn CNĐTKTYS ======o0o====== BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC Công Nghệ Chẩn Đoán Hình Ảnh I Đề tài Cải thiện trong chụp X quang kỹ thuật số (Advances In Digital Radiography) Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà SV thực hiện Phan Công Kiên MSSV 20132156 Hà Nội, 122016 1 22 ii Mục Lục A Ưu điểm trong chụp X Quang Kỹ Thuật Số Tổng quan về hệ thống và nguyên lý hoạt động 3 1 Tóm tắt 3 2 Giới thiệu 4 3 Nguyên lý hoạt động của ch.

Viện Điện Tử Viễn Thông – Bộ môn CNĐT&KTYS

======o0o======

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

Công Nghệ Chẩn Đoán Hình Ảnh I

Đề tài: Cải thiện trong chụp X-quang kỹ thuật số

(Advances In Digital Radiography)

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thái Hà

SV thực hiện: Phan Công Kiên

MSSV: 20132156

Hà Nội, 12/2016

1

A Ưu điểm trong chụp X Quang Kỹ Thuật Số: Tổng quan về hệ thống và

nguyên lý hoạt động 3

1 Tóm tắt 3

2 Giới thiệu 4

3 Nguyên lý hoạt động của chụp X quang kỹ thuật số 6

4 Đầu dò kỹ thuật số 6

4.1 X-quang Điện Toán 7

4.2 X-quang Trực Tiếp 9

5 quá trình xử lý ảnh 15

6 Các khía cạnh của chất lượng hình ảnh 17

6.1 Kích thước điểm ảnh, ma trận và kích thước đầu dò 17

6.2 Độ phân giải không gian 18

6.3 Hàm truyền điều biến 18

6.4 Phạm vi hoạt động 19

6.5 Hiệu suất lượng tử dò tìm 20

6.6 Quá trình phát bức xạ 21

7 Các công nghệ và định hướng trong tương lai 23

8 Kết luận 23

9 Tài Liệu Tham Khảo 24

B Đầu dò X-quang kỹ thuật số: Một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật 29

1 Tóm tắt 29

2 Giới thiệu 30

3 Tổng quan về các đầu dò X-quang số và X-quang điện toán 31

4 X-quang Điện Toán 34

5 X-quang Kỹ Thuật Số 36

5.1 Các hệ thống chuyển đổi trực tiếp diện tích lớn 39

5.2 Các hệ thống chuyển đổi gián tiếp diện tích lớn 39

6 Kết luận 40

7 Tài Liệu Tham Khảo 41

Danh mục hình ảnh

A-Hình 2.1 Lịch sử phát triển của X-quang kỹ thuật số 4

A-Hình 4.1 Phân loại X-quang kỹ thuật số 6

A-Hình 4.2 Minh họa một hệ thống X-quang kỹ thuật số 6

A-Hình 4.3 Quá trình đọc ảnh CR 7

A-Hình 4.4 Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa trên selen vô định hình 9

A-Hình 4.5 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên CCD ống kính kép 11

A-Hình 4.6 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên CCD khe quét 12

A-Hình 4.7 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên silicon vô định hình 12

A-Hình 5.1 Các hình ảnh được xử lý theo các kỹ thuật khác nhau 15

A-Hình 5.2 So sánh các đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống X-quang khác nhau 16

A-Hình 6.1 So sánh phạm vi hoạt động 18

A-Hình 6.2 So sánh DQE của 4 đầu dò số khác nhau 20

B-Hình 3.1 Lịch sử phát triển của X-quang kỹ thuật số 30

B-Hình 3.2 Phân loại X-quang kỹ thuật số 31

B-Hình 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đầu dò kỹ thuật số 32

B-Hình 4.1 Tương tác giữa tia X và tấm PSP 34

B-Hình 4.2 Quá trình thu nhận và xử lý tín hiệu 35

B-Hình 5.1 Cấu tạo tấm đầu dò phẳng 36

B-Hình 5.2 Quá trình đọc dữ liệu từ ma trận điểm ảnh 37

B-Hình 5.3 So sánh cấu trúc của các tinh thể phát sáng nhấp nháy khác nhau 39

A Ưu điểm trong chụp X Quang Kỹ Thuật Số: Tổng

quan về hệ thống và nguyên lý hoạt động

Markus Koerner, MD - Christof H Weber, MD - Stefan Wirth, MD Klaus-Juergen

Pfeifer, MD - Maximilian F Reiser, MD - Marcus Treitl, MD

1 Tóm tắt

Trong hai thập kỉ qua, X-quang kỹ thuật số đã thay thế X-quang màn phim trongnhiều bộ phận X-quang Ngày nay, các nhà sản xuất đã cung cấp nhiều giải pháp vềhình ảnh kỹ thuật số dựa trên công nghệ đọc và đầu dò thu nhận ảnh khác nhau Đầu

dò số cho phép thực hiện một hệ thống giao tiếp và lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số mộtcách đầy đủ Trong đó, hình ảnh được lưu trữ dưới dạng số và có sẵn bất cứ lúc nào.Phân phối hình ảnh trong các bệnh viện hiện nay có thể được thực hiện dựa vàođiện tử bằng phương tiện công nghệ dựa trên trang Web không có nguy cơ bị mấthình ảnh Ưu điểm khác của X-quang kỹ thuật số là có thể làm với số lượng bệnhnhân lớn hơn, tăng hiệu quả về liều, và phạm vi hoạt động lớn hơn của đầu dò kỹthuật số có thể giảm sự tiếp xúc với bức xạ cho bệnh nhân Tương lai của chụpXquang sẽ được dùng kỹ thuật số, và bác sĩ chụp Xquang phải làm quen với nguyên

lý kỹ thuật, và các vấn đề tiếp xúc với bức xạ với các hệ thống chụp Xquang sốkhác nhau hiện đang có sẵn

2 Giới thiệu

Tổng quan về lịch sử phát triển của chụp X-quang kỹ thuật số được thể hiện ở bảng

1 Thực nghiệm về Chụp Mạch Xóa Nền đã được mô tả lần đầu tiên vào năm 1977bởi Kruger et al (1) và được đưa vào sử dụng lâm sàng như hệ thống hình ảnh kỹthuật số đầu tiên vào năm 1980 Đối với chụp X-quang nói chung, hình ảnh X-quang lần đầu tiên đã được ghi lại bằng kỹ thuật số với hình ảnh được lưu trữ trêntấm photpho kích thích quang, nó cũng được giới thiệu vào năm 1980 Hệ thống DRđầu tiên được xuất hiện vào năm 1990 là hệ thống quét CCD khe hẹp Vào năm

1994, cuộc khảo sát về hệ thống DR sử dụng trống selen đã được công bố Hệ thốngđầu dò trong chụp X-quang kỹ thuật số sử dụng công nghệ bản phẳng lần đầu tiên

trong chụp quang kỹ thuật số là sử dụng đầu dò phẳng động cho chiếu (soi) quang và chụp mạch kỹ thuật số.

X-A-Hình 2.1 Lịch sử phát triển của X-quang kỹ thuật số

Lợi thế rõ ràng nhất của máy dò kỹ thuật số là nó cho phép thực hiện một hệ thốnggiao tiếp và lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số một cách đầy đủ, với hình ảnh được lưu trữdưới dạng số và có sẵn bất cứ lúc nào Như vậy, phân phối hình ảnh trong các bệnhviện có thể được lưu trữ bằng điện tử bởi các phương tiện của công nghệ Web màkhông có nguy cơ bị mất hình ảnh Ưu điểm khác của X-quang kỹ thuật số là có thểlàm với số lượng bệnh nhân lớn hơn, tăng hiệu quả về liều và phạm vi hoạt độnglớn hơn của đầu dò kỹ thuật số có thể giảm sự tiếp xúc với bức xạ cho bệnh nhân

Trong báo cáo này, chúng tôi cung cấp một cái nhìn tổng thể về hệ thống X-quang

kỹ thuật số có sẵn hiện nay cho chụp X-quang nói chung Khi làm như vậy, chúngtôi mô tả nguyên lý hoạt động của chụp X-quang kỹ thuật số và bàn luận, minh họacho các hệ thống thu nhận, xử lý hình ảnh, tiêu chuẩn chất lượng hình ảnh và cácvấn đề tiếp xúc với bức xạ Chúng tôi cũng thảo luận về công nghệ trong tương lai

và triển vọng của X-quang kỹ thuật số

3 Nguyên lý hoạt động của chụp X quang kỹ thuật số

Nguyên lý hoạt động của chụp quang số không khác biệt nhiều so với chụp quang màn phim Tuy nhiên, đối lập với X-quang màn-phim, trong đó phim vừa là

X-bộ phận thu nhận và lưu trữ Đầu dò kỹ thuật số được sử dụng để tạo ra các hìnhảnh kỹ thuật số sau đó nó nó được lưu trữ trên một phương tiện kỹ thuật số khác

Xử lý hình ảnh kỹ thuật số bao gồm 4 bước riêng biệt: thông tin ảnh, xử lý, lưu trữ

và hiển thị hình ảnh

Đầu dò kỹ thuật số được chiếu với các tia X được tạo ra bởi một ống chuẩn Cuốicùng năng lượng được hấp thụ bởi đầu dò phải được chuyển thành các tín hiệu điện,sau đó nó được ghi chép, số hóa và định lượng thành một thang xám tượng trưngcho năng lượng của tia X chiếu đến tại mỗi vị trí số hóa trong hình ảnh kỹ thuật sốkết quả Sau khi lấy mẫu, phần mềm xử lý được dùng để xử lý các dữ liệu thô thànhmột hình ảnh có ý nghĩa lâm sàng

Sau khi có thông tin hình ảnh cuối cùng, hình ảnh được gửi tới một kho lưu trữ sốhóa Một tập tin số có chứa thông tin cá nhân của bệnh nhân được liên kết với mỗihình ảnh Mặc dù có thể in hình ảnh kỹ thuật số như một bản sao phim cứng, nhữngcải thiện của chụp X-quang kỹ thuật số sẽ không thấy rõ hoàn toàn trừ khi hình ảnhđược đọc kỹ thuật số trên một trạm máy tính Hình ảnh kỹ thuật số có thể được thaotác trong khi xem với các chức năng như là quét, phóng to, đảo ngược thang màuxám, đo lường khoảng cách và góc và tạo cửa sổ Phân bổ hình ảnh trên mạng cục

bộ là có thể làm được Các hình ảnh kỹ thuật số và báo cáo có liên quan có thể đượcliên kết với hồ sơ của bệnh nhân để cải thiện trong xử lý dữ liệu chẩn đoán

4 Đầu dò kỹ thuật số

X-quang kỹ thuật số có thể được phân chia thành CR (Computed Radiography) và

DR (Direct Radiography) Hệ thống CR sử dụng những tấm lưu trữ hình ảnh bằngphosphor và với một quá trình đọc ra hình ảnh riêng DR là một phương phápchuyển đổi tia X thành tín hiệu điện bằng phương tiện của một quá trình đọc trực

A-Hình 4.1 Phân loại X-quang kỹ thuật số

A-Hình 4.2 Minh họa một hệ thống X-quang kỹ thuật số

Sơ đồ minh họa một hệ thống X-quang kỹ thuật số, sau khi tiếp xúc với hình ảnh,

dữ liệu hình ảnh được xử lý kỹ thuật số và lưu trữ trong một kho lưu trữ kỹ thuật số.Một hệ thống quản lý hình ảnh tập trung được sử dụng để phân phối tiếp các hìnhảnh tới các trạm xem, các hệ thống thông tin và các hồ sơ bệnh án điện tử

4.1 X-quang Điện Toán

Hệ thống CR sử dụng các tấm lưu ảnh có phủ một lớp tinh thể phosphor có chứacác chất hữu cơ khác nhau như brom, clo hay Iot Các tinh thể phosphor thường

Hình 1 Sơ đồ cung cấp một cáchtổng thể về hệ thống các loại đầu

dò kỹ thuật số khác nhau CCD:charge-coupled device, FPD:flat-panel detector, TFT: thin-film transistor

được làm thành những tấm vật liệu bằng nhựa không theo một cấu trúc nhất định.

Tấm ảnh thay thế cho các film thông thường trong Cassette Quá trình phát xạ với

tấm ảnh lưu trữ phosphor được minh họa trong hình 3

Trong suốt thời gian phát tia, năng lượng tia X được hấp thụ và lưu trữ tạm thời bởi

những tinh thể bằng việc đưa các electron lên mức năng lượng cao hơn Bằng cách

này, năng lượng của tia X có thể được lưu trữ khoảng một vài giờ, tùy thuộc vào

tính chất vật lý riêng của các tinh thể phosphor được sử dụng Tuy nhiên quá trình

đọc nên được bắt đầu ngay lập tức sau khi tiếp xúc bởi vì lượng năng lượng được

lưu trữ giảm dần theo thời gian Quá trình đọc là một bước riêng sau khi tiếp xúc

với tấm ảnh Khi lớp tinh thể phosphor được quét từng điểm ảnh với một chùm tia

laser năng lượng cao với một bước sóng riêng Năng lượng đã được lưu trữ từ trước

có thể phát ra ánh sáng có bước sóng khác nhau đối với chùm tia laser Ánh sáng

này được thu bởi photodiodes và chuyển đổi kỹ thuật số vào một ảnh

Quá trình đọc số liệu toàn bộ cho một tấm hình kích thước 14*17- inch mất khoảng

30 – 40 giây Do đó, tối đa có thể làm với 90 - 120 tấm ảnh mỗi giờ theo lý thuyết là

đó năng lượng đã được lưu trữ phát ra ánh sáng Một mảng các ống nhân quang thu ánh sáng, nó được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ kỹ thuật chuyển đổi ADC

Những ưu điểm của hệ thống lưu trữ phosphor bao gồm một phạm vi hoạt độngrộng, dẫn đến giảm tỷ lệ tiếp xúc với tia X lỗi Bởi vì hệ thống CR dựa trên băngcassette, họ có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị chụp X-quang hiện có Khảnăng linh động cao, và dễ dàng để sử dụng cho thăm khám đầu giường và nhữngbệnh nhân khó di chuyển, làm cho các hệ thống linh hoạt trong sử dụng lâm sàng.Hơn nữa, nếu một tấm ảnh đơn cho thấy khuyết điểm, nó có thể dễ dàng được thaythế bởi người chụp X-quang mà không cần đến thiết bị chuyên dụng hay nhân viêndịch vụ nào

Độ phân giải không gian đối với tấm lưu trữ phosphor thường thấp hơn so với sựkết hợp màn – phim thông thường Tuy nhiên, một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng giátrị chẩn đoán của chụp X-quang lưu trữ bằng tấm phosphor ít nhất là tương đươngvới X-quang màn-phim Tuy nhiên, so với nhiều đầu dò số hiện đại (VD: đầu dòphẳng) Tấm lưu trữ phosphor có xu hướng kém về chất lượng hình ảnh và giá trịchẩn đoán, tùy thuộc vào giai đoạn phát triển của hệ thống lưu trữ bằng phosphorđược điều tra

4.2 X-quang Trực Tiếp

4.2.1 Chuyển đổi trực tiếp

Chuyển đổi trực tiếp cần một chất quang dẫn có thể chuyển đổi các photon tia Xthành điện tích bằng cách điều chỉnh các electron tự do Vật liệu quang dẫn điểnhình bao gồm selen vô định hình, chì iotdua, chì oxit, thallium bromide, và các hợpchất gadolinium (Gd) Yếu tố thường được sử dụng nhất là selen Tất cả những yếu

tố này có độ phân giải không gian bên trong cao Kết quả là kích thước điểm ảnh,

ma trận và độ phân giải không gian của các đầu dò chuyển đổi trực tiếp không bịhạn chế bởi vật liệu làm đầu dò, nhưng bị hạn chế bởi các thiết bị ghi chép và đọc

số liệu được sử dụng

A-Hình 4.4 Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa trên selen vô định hình

Hình 4 Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa trên selen vô định hình (a) hình vẽ

minh họa một hệ thống dựa trên ống selen Một ống selen quay với một bề mặt điệntích được tiếp xúc với tia X Sự thay đổi của mẫu điện tích trên bề mặt ống tỷ lệ vớitia X đến Mẫu điện tích sau đó được chuyển thành một hình ảnh kỹ thuật số nhờ bộ

chuyển đổi tương tự - số (b) hình vẽ minh họa một hệ thống đầu dò bản phẳng dựa

trên selenium Năng lượng tia X đến được chuyển đổi trực tiếp thành điện tích tronglớp quang dẫn cố định và đọc bởi một mảng kết hợp TFT phía dưới lớp tinh thể

Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa trên selenium được trang bị với một ốngselen hoặc là một đầu dò bản phẳng Trong trường hợp trước đây, một ống selenquay, trong đó có một lớp điện tích bề mặt được tiếp xúc với tia X Trong quá trìnhphát tia, một mẫu điện tích tỷ lệ với tia X đến được sinh ra trên bề mặt ống và đượcghi lại trong suốt quá trình quay bởi một công cụ chuyển đổi tương tự  số Một vàinghiên cứu lầm sàng đã chứng tỏ rằng những đầu dò selen hình ống cung cấp mộtchất lượng hình ảnh tốt hơn so với X-quang màn phim hay hệ thống CR Tuy nhiên,

do thiết kế cơ khí của họ đầu dò selen hình ống được dành riêng cho hệ thống chụpngực đứng chứ không có tính di động ở tất cả

Một thế hệ mới hơn của hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp sử dụng các đầu dò bảnphẳng dựa trên selenium Những đầu dò sử dụng một lớp selen với một mảng tươngứng phía dưới của transistor màng mỏng (TFTS) Nguyên tắc chuyển đổi tia Xthành các điện tích tương tự với đầu dò ống selen, ngoại trừ mẫu điện tích được ghi

Một ưu điểm của những hệ thống này là tính hữu dụng trong lâm sàng lớn hơn Bởi

vì các đầu dò có thể được gắn trên các giá đỡ ngực và bàn Bucky Cho đến nay, chỉ

có một vài nghiên cứu lâm sàng được tiến hành với đầu dò bản phẳng dựa trênselenium Tuy nhiên, một vài nghiên cứu chỉ ra rằng chất lượng hình ảnh được cungcấp bởi các đầu dò bản phẳng dựa trên selenium tương đương với được cung cấpbởi các đầu dò phẳng khác và đầu dò trống selen Một ứng dụng lâm sàng đầy hứahẹn của các đầu dò bản phẳng dựa trên selen là trong lĩnh vực chụp X-quang vú

4.2.2 Chuyển đổi gián tiếp với CCD

CCD là một tấm cảm biến nhạy sáng để ghi hình ảnh bao gồm một mạch tích hợp

có chứa một mảng liên kết hoặc các tụ điện kép Năng lượng tia X được chuyển đổithành ánh sáng bởi một chất phát sáng nhấp nháy như TI pha tạp Cesium Iodide(CsI) Lượng ánh sáng phát ra sau đó được ghi lại bởi CCD và ánh sáng đượcchuyển thành tín hiệu điện

Bởi vì khu vực đầu dò không thể lớn hơn chip CCD, nên nó cần kết hợp một vàicon chip để tạo ra một khu vực đầu dò lớn hơn

CCD có thể được sử dụng trong chụp X-quang như là một phần của hoặc là hệthống CCD ống kính kép, hoặc là hệ thống CCD khe quét Trong các hệ thống CCDống kính kép, một mảng bao gồm nhiều chip CCD tạo thành một khu vực đầu dòtương tự như một đầu dò hình phẳng Ống kính quang học là cần thiết để giảm diệntích của ánh sáng được chiếu để hứng trên mảng CCD Một hạn chế của hệ thốngống kính là làm giảm số lượng photon đến được CCD, kết quả là tỷ số tín hiệu trênnhiễu thấp hơn và hiệu suất lượng tử tương đối thấp

A-Hình 4.5 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên CCD ống kính kép

Hệ thống CCD khe quét sử dụng một ống X-quang đặc biết với anode bằng

vonfram Bệnh nhân được quét với một bộ chuẩn trực tia hình quạt, nó được liên kết

với một mảng đầu dò CCD di chuyển đồng thời và có độ rộng đầu dò phù hợp Sự

kết hợp của một chùm tia chuẩn trực nhỏ và một đầu dò phù hợp làm giảm tác động

của bức xạ tán xạ trong hình ảnh Vì phần lớn bức xạ này sẽ thoát ra mà không phát

hiện được Ngoài ra, hiệu suất lượng tử tương đối thấp của hệ thống CCD khe quét,

đó là so sánh với hệ thống CR có thể được bù trừ bởi kết quả nhiễu trên ảnh thấp

Thời gian phát tia tới bệnh nhân là khoảng 20 msec, và quá trình đọc ra mất khoảng

1,3 giây Bởi vì nhu cầu lắp đặt cố định, các hệ thống CCD khe quét được dành

riêng cho chụp X-quang ngực, X-quang vú hoặc X-quang răng Nghiên cứu về chụp

X-quang kỹ thuật số nói chung dựa trên CCD Nghiên cứu Phantom đã được tiến

hành để khảo sát các hệ thống CCD khe quét và so sánh chúng với X-quang màn

phim kết hợp và các đầu dò kỹ thuật số khác Trong tất cả các nghiên cứu này, các

hệ thống dựa trên CCD được so sánh với các đầu dò bản phẳng về chất lượng hình

ảnh và cho phép hình dung độ tương phản thấp tốt hơn Các nghiên cứu lâm sàng

được thực hiện với các đầu dò khe quét chủ yếu tập trung vào các ứng dụng trong

chụp X-quang vú và X-quang răng kỹ thuật số

Hình 5a, Minh họa một hệ thống dựatrên CCD ống kính kép Năng lượng tia

X đến được chuyển thành ánh sáng nhờmột chất phát sáng nhấp nháy Ánh sángphát ra được gửi vào một thấu kínhquang học để phù hợp với kích thước củachip CCD, sau đó là quá trình chuyển đổinăng lượng ánh sáng thành điện tích

A-Hình 4.6 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên CCD khe quét

Hiệu suất của hệ thống ống kính kép CCD là hơi kém hơn so với hệ thống khe quét

bởi vì nguyên tắc kĩ thuật của họ, hiệu suất lượng tử thấp hơn đáng kể và tỷ lệ tín

hiệu trên nhiễu cũng thấp hơn

4.2.3 Chuyển đổi gián tiếp với đầu dò phẳng

Hệ thống DR chuyển đổi gián tiếp như một bánh “sandwich” cấu tạo bao gồm một

lớp chất phát sáng nhấp nháy, một lớp mạch photodiode silicon vô định hình và một

mảng TFT Khi photon X đến tấm phát sáng nhấp nháy, ánh sáng tỷ lệ với năng

lượng tia X đến được phát ra và sau đó ghi lại bởi một mảng các photodiode và

chuyển đổi thành điện tích Những điện tích này sau đó được đọc bởi một mảng

TFT tương tự như hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp

A-Hình 4.7 Hệ thống DR gián tiếp dựa trên silicon vô định hình

Hình 6, Minh họa một hệ thống DR chuyển đổi gián tiếp dựa trên silicon vô định

hình Năng lượng tia X được chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy trong một lớp

Hình 5b, Minh họa một hệ thống dựa trênCCD khe quét Bênh nhân được quét vớimột bộ quét tia X hình quạt Một đầu dòCCD di chuyển đồng thời cùng kích thướcthu thập ánh sáng phát ra và chuyển đổinăng lượng ánh sáng thành điện tích

chất phát sáng nhấp nháy Ánh sáng phát ra sau đó được chuyển đổi thành điện tích nhờ một mảng các photodiode dựa trên silicon và được đọc bởi một mảng TFT.

Các chất phát sáng nhấp nháy thường bao gồm CsI hoặc Gd2O2S Các tinh thểGd2O2S được đúc thành vật liệu kết dính và không có cấu trúc, chất phát sáng nhấpnháy có kết cấu tương tự như các tấm lưu trữ phosphor

Ưu điểm của các chất phát sáng dựa trên CsI là những tinh thể này có hình dạngnhư những cây kim nhỏ, rộng 5-10 um, mà có thể được sắp xếp vuông góc với bềmặt của đầu dò Mảng cấu trúc này của các kim phát sáng làm giảm sự tán xạ củaánh sáng trong lớp chất phát sáng Kết quả là các lớp Scintillator dày hơn có thểđược sử dụng, do đó làm tăng cường độ của ánh sáng phát ra dẫn tới các tính chấtquang học tốt hơn và hiệu suất lượng tử cao hơn

Một ưu điểm nữa của các đầu dò bản phẳng là kích thước nhỏ, nó cho phép tích hợpvào các bàn bucky hiện có hoặc chụp ngực đứng Bởi vì các đầu dò phẳng dựa trênCsI rất dễ bị ảnh hưởng để tải máy do cấu trúc tinh vi của nó, các hệ thống nàykhông thể được sử dụng lắp đặt cố định bên ngoài và do đó thiếu tính di động

Các hệ thống đầu dò phẳng di động sử dụng chất phát sáng dựa trên Gd2O2S, nó cókhả năng chịu áp lực cơ học như là phosphor lưu trữ Bất kỳ sai sót nào xảy ra trongđầu dò có thể làm hỏng toàn bộ hệ thống hình ảnh, cần có thiết bị hình ảnh dựphòng

Nhiều nghiên cứu lâm sàng cho thấy các đầu dò phẳng chuyển đổi gián tiếp cungcấp một chất lượng hình ảnh vượt trội Nghiên cứu só sánh các đầu dò phẳngchuyển đổi gián tiếp với chuyển đổi màn-phim kết hợp, tấm ảnh phosphor lưu trữhoặc các đầu dò kỹ thuật số khác đã xác minh rằng các đầu dò phẳng cung cấp chấtlượng hình ảnh và hiệu suất tương phản thấp tốt nhất trong tất cả các đầu dò kỹthuật số, và cho đến nay là tốt hơn chuyển đổi màn-phim kết hợp

5 quá trình xử lý ảnh

Sau khi phát tia và đọc, dữ liệu hình ảnh thô phải được xử lý để hiển thị lên máytính < xử lý hình ảnh là một trong những chức năng chính của chụp X-quang kỹthuật số, ảnh hưởng rất lớn đễn cách hình ảnh xuất hiện để chần đoán hình ảnh >

Mặc dù các phần mềm từ một vài nhà sản xuất sử dụng thuật toán tương tự nhaunhư tăng độ sắc nét cạnh, giảm nhiễu, và tăng độ tương phản để làm thay đổi sựxuất hiện của hình ảnh, nhưng kết quả hiển thị có thể khác nhau đáng kể

Quá trình xử lý ảnh được sử dụng nhằm cải thiện chất lượng bằng việc giảm nhiễu,loại bỏ các tạp âm kỹ thuật và tối ưu hóa độ tương phản để xem Độ phân giảikhông gian (năng lực xác định mức độ hoặc hình dạng của các điểm đặc trưng trongmột hình ảnh mạnh và rõ ràng) không thể bị ảnh hưởng bởi các phần mềm xử lý vì

nó phụ thuộc vào các biến kỹ thuật của đầu dò (vd: kích thước điểm ảnh) Tuynhiên, với sự tối ưu hóa của các biến xử lý, thiếu độ phân giải không gian có thể chỉlàm mất một phần nào đó

Quá trình xử lý làm thay đổi các điểm đặc biệt của hình ảnh kỹ thuật số thu được làkhông nhỏ, nếu một tính năng đang được cải thiện thì những tính năng khác có thể

bi ức chế, do đó sự che chắn ngoài ý muốn và không mong muốn của các tính năngliên quan đến chẩn đoán có thể xảy ra Vì vậy, quá trình xử lý hình ảnh phải đượctối ưu hóa một cách cẩn thận cho mỗi hệ thống chụp X-quang kỹ thuật số Ngoài ra,các thuật toán xử lý phải được thích ứng với từng vùng mang ý nghĩa giải phẫu, ví

dụ là các tiêu chuẩn khác nhau được yêu cầu cho chụp X-quang ngực trước sau vàhai bên

Phần mềm xử lý hình ảnh thường được đi kèm với đầu dò và không thể thay thếbằng phần mềm khác Nhìn chung, sự sắp xếp này cho phép các thuật toán xử lýđược tối ưu hóa cho một đầu dò cụ thể nhưng không loại trừ khả năng sử dụng góiphần mềm xử lý khác có thể cải thiện chất lượng hình ảnh hơn nữa

Một nghiên cứu của “Prokop” và “Schaefer-Prokop” cung cấp một cái nhìn chi tiếthơn về các khả năng kỹ thuật của xử lý hình ảnh kỹ thuật số

A-Hình 5.1 Các hình ảnh được xử lý theo các kỹ thuật khác nhau

Hình 7, Minh họa một hình ảnh sau xử lý, hình ảnh xa nhất bên trái đại diện cho

dữ liệu thô có được ban đầu mà chưa có bất kì xử lý nào Ba hình ảnh khác đã được

xử lý kỹ thuật số theo các cách khác nhau để minh họa ảnh hưởng của các công cụ phần mềm khác nhau về sự xuất hiện hình ảnh Nâng cao độ tương phản (hình ảnh thứ 2 từ trái sang) làm cho các cấu trúc giải phẫu nhìn thấy rõ ràng và dễ phân biệt hơn Giảm độ tương phản (hình ảnh thứ 2 từ phải sang) kết quả là sự mịn của các cấu trúc và tăng độ sắc nét về cạnh (hình ảnh xa nhất bên phải) cung cấp phân định rõ ràng hơn trong cấu trúc đốt của xương.

A-Hình 5.2 So sánh các đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống X-quang khác nhau

6 Các khía cạnh của chất lượng hình ảnh

Bảng 2 cho thấy một số đặc điểm kỹ thuật có liên quan của các hệ thống X-quangkhác nhau

6.1 Kích thước điểm ảnh, ma trận và kích thước đầu dò

Hình ảnh kỹ thuật số bao gồm các phần tử ảnh hay là các điểm ảnh, Thu thập 2chiều của điểm ảnh trong hình ảnh được gọi là ma trận, nó thường được thể hiệnbằng chiều dài (pixel) * chiều rộng (pixel) (bảng 2) Độ phân giải không gian tối đa(tần số lấy mẫu được đưa ra trong mỗi chu kì) được định nghĩa bởi kích thước điểmảnh và không gian Kích thước điểm ảnh nhỏ hơn (hoặc ma trận lớn hơn) độ phângiải không gian tối đa đạt được cao hơn

Kích thước đầu dò tổng thể được xác định nếu đầu dò phù hợp với tất cả các ứngdụng lâm sàng Khu vực đầu dò lớn hơn là cần thiết cho hình ảnh chụp ngực hơnhình ảnh chụp các chi Trong hệ thống dựa trên cassette, các kích thước khác nhau

có sẵn

6.2 Độ phân giải không gian

Độ phân giải không gian đề cập đến việc phân chia để giải chi tiết nhất giữa các đốitượng có độ tương phản cao Trong các đầu dò kỹ thuật số, độ phân giải không gianđược định nghĩa và giới hạn bởi kích thước điểm ảnh

Việc tăng bức xạ đối với đầu dò sẽ không làm cải thiện độ phân giải không gian tối

đa Mặt khác, sự phân tán của lượng tử tia X và các photon sáng trong đầu dò ảnhhưởng đến độ phân giải không gian Do đó, độ phân giải không gian bên trong củacác đầu dò chuyển đổi trực tiếp dựa trên selen là cao hơn so với các đầu dò chuyểnđổi gián tiếp Các chất phát sáng có cấu trúc có lợi thế hơn so vớ các chất phát sángphi cấu trúc

Theo định lý lấy mẫu Nyquist, khi cho một điểm ảnh kích thước a, độ phân giảikhông gian tối đa đạt được là a/2 Tại một điểm ảnh kích thước 20 um, tần số khônggian phát hiện tối đa là 2,5 chu kì/ 1mm Phạm vi chẩn đoán cho chụp X-quang nóichung là 0-3 chu kì/1mm Chỉ những thế hệ cũ của tấm phosphor lưu trữ không đápứng được chỉ tiêu này Trong X-quang vú kỹ thuật số, chẩn đoán yêu cầu độ phângiải không gian cao hơn đáng kể (5 chu kì/1mm) Chứng tỏ sự cần thiết của các đầu

dò chuyên dụng được thiết kế đặc biệt với kích thước điểm ảnh nhỏ hơn và độ phângiải cao hơn

6.3 Hàm truyền điều biến

Hàm truyền điều biến (MTF) là khả năng của các đầu dò để chuyển sự điều biến tínhiệu đầu vào tại một tần số không gian cho đầu ra của nó Trong chụp X-quang,những đối tượng có độ chắn sáng và kích thước khác nhau được hiển thị với các giátrị thang xám khác nhau trong một hình ảnh MTF đã làm để hiển thị độ tương phản

và kích thước đối tượng Chính xác hơn, MTF chịu trách nhiệm chuyển đổi giá trịtương phản của các đối tượng kích thước khác nhau (độ tương phản đối tượng) vàocác mức cường độ tương phản trong hình ảnh (độ tương phản hình ảnh) Đối vớihình ảnh nói chung, các chi tiết có liên quan trong một phạm vi giữa 0 và 2

MTF là thước đo hữu ích của độ phân giải đúng hay hiệu quả vì nó chứa số lượngvết mờ và độ tương phản trên một phạm vi tần số không gian Giá trị MTF của cácđầu dò khác nhau được đo đạc và thảo luận nhiều hơn bởi Illers et al (56).

A-Hình 6.1 So sánh phạm vi hoạt động

Hình 8, Bức ảnh minh họa phạm vi hoạt động của sự kết hợp màn-phim và các đầu

dò kỹ thuật số Các hệ thống màn-phim kết hợp chỉ cho phép một dung sai giới hạn cho quá trình phát bức xạ, kết quả là một đường cong dốc và sát, trong khi đường cong cho các đầu dò kỹ thuật số là ít dốc và phạm vi hoạt động rộng hơn Kết quả

là một tín hiệu phản hồi tối ưu sẽ xuất hiện trên một phạm vi tiếp xúc rộng hơn với các đầu dò kỹ thuật số hơn là sự kết hợp màn-phim.

Đối với các đầu dò kỹ thuật số, phạm vi hoạt động là phạm vi tiếp xúc với tia X màtrên đó một hình ảnh có ý nghĩa có thể thu được Các đầu dò kỹ thuật số có mộtphạm vi hoạt động rộng hơn và tuyến tính hơn, trong thực hành lâm sàng gần nhưphải loại bỏ hoàn toàn yếu tố rủi ro của phát tia bị lỗi Một tác dụng tích cực củaphạm vi hoạt động rộng là sự khác biệt giữa sự hấp thụ với mô cụ thể (vd: xương và

mô mềm) có thể được hiển thị trong một hình ảnh mà không cần hình ảnh bổ sung.Mặt khác, bởi vì chức năng của đầu dò cải thiện khi tăng cường phát ra bức xạ Sựchăm sóc đặc biệt phải được thực hiện không phải phát tia tới bênh nhân quá lâubằng cách áp dụng bức xạ nhiều hơn mức cần thiết để có được một hình ảnh chẩnđoán đầy đủ

6.5 Hiệu suất lượng tử dò tìm

Hiệu suất lượng tử dò tìm (DQE) là một trong những biến số vật lý cơ bản liên quanđến chất lượng hình ảnh trong chụp X-quang và đề cập đến hiệu suất của đầu dòtrong chuyển đổi năng lượng tia X đến thành tín hiệu hình ảnh DQE được tính bằngcách so sánh tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu ra của đầu dò với tại đầu vào của đầu

dò là hàm tần số không gian (spatial frequency) DQE phụ thuộc vào bức xạ phát ra,tần số không gian, MTF và chất liệu đầu dò Chất lượng (U & I) của bức xạ được ápdụng cũng ảnh hưởng quan trọng đến DQE

Giá trị DQE cao cho thấy bức xạ ít hơn là cần thiết để đạt được chất lượng hình ảnhgiống nhau Tăng IDE và để phát bức xạ liên tục sẽ làm cải thiện chất lượng củahình ảnh

A-Hình 6.2 So sánh DQE của 4 đầu dò số khác nhau

Đầu dò lý tưởng sẽ có một DQE của 1, nghĩa là toàn bộ năng lượng bức xạ đượchấp thụ và chuyển đổi thành thông tin hình ảnh Trong thực tế, DQE của các đầu dò

kỹ thuật số được giới hạn từ 0,45 đến 0,5 cycles/mm Trong vài năm qua, cácphương pháp khác nhau để đo DQE đã được thiết lập, làm cho việc so sánh các giátrị DQE trở nên khó khăn nếu không phải là không thể Năm 2003, tiêu chuẩnIEC62220-1 đã được giới thiệu để chuẩn đo và so sánh về DQE

Các đường cong DQE của 4 đầu dò kỹ thuật số khác nhau được thể hiện trong hình

9 Hệ thống màn-phim có một DQE so sánh với đầu dò CR2 trong hình 9

6.6 Quá trình phát bức xạ

Nhìn chung, các giá trị DQE cao hơn của các đầu dò kỹ thuật số được so sánh vớikết hợp màn phim cho thấy rằng, ngoài việc cung cấp chất lượng hình ảnh tốt hơn,các đầu dò kỹ thuật số có khả năng làm giảm đáng kể liều tới bệnh nhân mà khônglàm mất chất lượng hình ảnh Những nỗ lực đã được thực hiện để tối ưu hóa cả vềchất lượng hình ảnh và liều xạ trong chụp X-quang kỹ thuật số

Cách thức rõ ràng nhất để giảm thiểu liều xạ tới bệnh nhân là làm giảm đáng kể sốlượng tia phát bị lỗi và bổ sung những hình ảnh cần thiết Cách giảm này có thểđược thực hiện bởi phạm vi hoạt động rộng hơn của các đầu dò kỹ thuật số so với

sự kết hợp màn phim thông thường Tuy nhiên, phạm vi hoạt động rộng hơn này sẽđóng góp rất ít để giảm liều phát tới bệnh nhân Bằng việc giảm số lượng bức xạphát ra nhưng đủ để cho một hình ảnh đầy đủ, phát xạ không cần thiết có thể bị loại

bỏ trực tiếp

Hình 9, Hình ảnh minh họa các đường

cong DQE của 4 đầu dò kỹ thuật số CR1: sử dụng phosphor có cấu trúc hình cây kim và máy quét dòng CR2: sử dụng phosphor lưu trữ phi cấu trúc và máy quét bay tại chỗ Indirect FPD: đầu

dò bản phẳng dựa trên CsI Direct FPD: đầu dò bản phẳng dựa trên selen

Chỉ có một vài nghiên cứu đã khảo sát về khả năng giảm phát xạ với chụp X-quanglưu trữ bằng tấm phosphor “Heyne et al” đã công bố 3 nghiên cứu về giảm phát xạtrong chụp X-quang kỹ thuật số của hộp sọ, tay, xương chậu, và cột sống thắt lưng

sử dụng hệ thống CR tiêu chuẩn Trong cả 3 nghiên cứu, tác giả kết luận rằng giảmphát xạ với các hệ thống phosphor lưu trữ đến một chừng mực có thể thay đổi, phụthuộc vào các vấn đề lâm sàng và các yêu cầu lâm sàng cụ thể Những kết quả này

đã được xác nhận bởi một thử nghiệm khác, trong đó những mẫu của cổ tay bị gãy

đã được sử dụng “Busch et al” đã so sánh các hệ thống lưu trữ phosphor khác nhauvới hệ thống đầu dò phẳng tại các phát xạ khác nhau trong chụp X-quang độ tươngphản thấp, tay, bụng, và lồng ngực Các tác giả thấy rằng giảm phát xạ với các hệthống lưu trữ phosphor bị giới hạn bởi chỉ số lâm sàng nhất định và không thể được

áp dụng không giới hạn trong thực hành lâm sàng bởi vì một số kết quả ngẫu nhiên

có thể bị che khuất bởi sự tăng nhiễu hình ảnh trong các hình ảnh liều chiếu thấp.Việc giảm liều chiếu hợp lý yêu cầu cài đặt trong đó cơ hội sau chẩn đoán bị giảmđến mức tối thiểu

Không giống với các hệ thống lưu trữ trên phosphor, trong đó khả năng giảm phát

xạ bị giới hạn Các hệ thống DR cung cấp một tiềm năng cao hơn đáng kể để giảmphát xạ nói chung vì hiệu suất lượng tử của nó cao hơn nhiều Một vài nghiên cứu

đã chỉ ra rằng một phát xạ thấp hơn đáng kể được yêu cầu để mô tả tương đươngcác chi tiết giải phẫu với đầu dò phẳng hơn hệ thống phosphor lưu trữ và kết hợpmàn – phim cho các lĩnh vực lâm sàng khác nhau, bao gồm chụp X-quang của cácchi và ngực Trong hầu hết các nghiên cứu, các đầu dò phẳng chuyển đổi gián tiếp

đã cho thấy tiềm năng lớn nhất trong việc giảm phát xạ dù hoàn cảnh lâm sàng nào.Hiện cũng đã có nhiều nghiên cứu so sánh các đầu dò kỹ thuật số khác nhau trongcùng một ứng dụng Các tác giả của các nghiên cứu cũng kết luận rằng đầu dòphẳng đạt được kết quả tốt nhất trong phát xạ hình ảnh thấp, tiếp theo là các hệthống DR khác như trống selen và hệ thống dựa trên CCD Mặc dù gần như tất cảcác nghiên cứu đồng ý để xếp hạng của hệ thống về mức độ giảm phát xạ, tổng tỷ lệ