Tổng quan về máy dò sử dụng kỹ thuật chụp X Quang số

BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I Tổng quan về máy dò sử dụng kỹ thuật chụp X Quang số Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thái Hà Sinh viên Nguyễn Thanh Quyết MSSV 20122309 Lớp ĐTTT 01 – K57 Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2016 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Mục lục 1 Tóm lược 3 3 2 Giới thiệu 4 3 Tổng quan về chụp Xquang tính CR và chụp Xquang số DR 5 4 Computed Radiography 9 5 Digital Radiography 12 5 1 Lớn Diện tích chuyển đổi hệ thống trực tiếp 14 5 2 Lớn Diện tích c.

BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I Tổng quan về máy dò sử dụng kỹ thuật chụp X Quang số

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thái Hà

MSSV : 20122309

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-ššššš -M c l c ục lục ục lục

1.Tóm lược 3

3

2.Giới thiệu 4

3.Tổng quan về chụp Xquang tính CR và chụp Xquang số DR 5

4.Computed Radiography 9

5 Digital Radiography 12

5.1.Lớn Diện tích chuyển đổi hệ thống trực tiếp 14

5.2.Lớn Diện tích chuyển đổi hệ thống gián tiếp 14

6.Kết luận 16

Tài liệu tham khảo 17

1 Tóm lược

Phát triển trong công nghệ dò kỹ thuật số đã được diễn ra và các công nghệ kỹ thuật

số mới có đã sẵn sàng đi vào thực tiễn Chương này được dự định cung cấp 1 cái nhìn tổng quan về kỹ thuật chụp Xquang tính (CR) và Kỹ thuật chụp Xquang số (DR) Hệ thống CR sử dụng hình ảnh lưu trữ-photpho bằng một quá trình đọc dữ liệu riêng biệt và công nghệ DR chuyển đổi tia X vào điện tích bằng cách đọc số liệu sử dụng mảng IFT Máy dò kỹ thuật số có nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với các máy dò tương tự Các kiến thức về công nghệ dò kỹ thuật số để sử dụng trong chụp ảnh X quang tuyến được phát triển từ các sinh viên và chuyên gia X-quang Trong chương này 1 cái nhìn tổng quan của hệ thống Xquang kỹ thuật số (CR và DR) hiện đang săn sàng cung cấp cho thực tiễn

2 Giới thiệu

Một số hệ thống kỹ thuật số hiện đang có sẵn cho việc phát triển Xquang chiếu Trong ba thập kỷ qua hệ thống chụp X quang kỹ thuật số đã được thay thế hệ thống tương tự truyền thống hoặc các hệ thống màn phim hình (SF) Việc chuyển đổi từ một môi trường SF vào một môi trường kỹ thuật số mới cần được xem là một quá trình phức hợp.Các yếu tố kỹ thuật liên quan đến thu nhận hình ảnh, quản lý liều lượng của bệnh nhân và chất lượng hình ảnh chẩn đoán là một số vấn đề có thể ảnh hưởng đến quá trình này.Trong một quá trình chuyển đổi từ SF sang kỹ thuật số, liều bức xạ cho bệnh nhân có thể tăng 40-103% [1].Khi so sánh với SF, công nghệ

kỹ thuật số có thể làm tăng liều bức xạ cho bệnh nhân do các phạm vi hoạt động mà

họ có Tuy nhiên phạm vi hoạt động rất hữu ích vì nó góp phần cho một chất lượng hình ảnh thực tế tốt hơn khi so sánh với các hệ thống SF truyền thống [2] Đây là một sự khác biệt quan trọng giữa các công nghệ kỹ thuật số và tương tự Nguy cơ tiếp xúc quá nhiều sẽ không có ảnh hưởng xấu đến chất lượng hình ảnh có thể hiện diện Hệ thống hình ảnh kỹ thuật số có thể tạo điều kiện quá mức và có ảnh hưởng đến liều lượng chiếu xạ của bệnh nhân Tiếp xúc nhiều có thể cung cấp chất lượng hình ảnh tốt nhưng có thể gây ra liều lượng chiếu xạ không cần thiết cho bênh nhân Theo Busch [4] sự lựa chọn của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ, liều lượng bức xạ cho các bệnh nhân, và chất lượng chẩn đoán hình ảnh X quang là ba khía cạnh cốt lõi của quá trình chụp ảnh nhằm quản lý liều lượng bức xạ tới bệnh nhân và chất lượng hình ảnh.Đây là một thách thức đối nhân viên Xquang vì lợi ích thực tế và hạn chế của công nghệ chụp chiếu Xquang phụ thuộc vào các lựa chọn của nhân viên

Xquang để khám cho các bệnh nhân đặc biệt

Những hiểu biết về công nghệ dò kỹ thuật số để sử dụng trong kiểm tra Xquang thuần là như vậy-mộtvấn đề cơ bản được phát triển bởi các sinh viên và các chuyên gia X quang.Một số đánh giá văn học liên quan đến dò X quang kỹ thuật số có được cung cấp bởi một số tác giả [5-11] Trong chương này, tổng quan về chụp X quang tính (CR) và chụp X quang kỹ thuật số (DR) hiện đang sẵn sàng cung cấp cho thực hành lâm sàng

3 Tổng quan về chụp Xquang tính CR và chụp Xquang số DR

Sự phát triển trong công nghệ dò kỹ thuật số đã được diễn ra và công nghệ kỹ thuật

số mới đã có sẵn đưa vào thực hành lâm sàng Bảng 1.1 cho thấy một thời gian biểu cho sự phát triển trong công nghệ kỹ thuật số kể từ đầu những năm 1980

Bảng 1.1 Lịch trình của sự phát triển trong công nghệ kỹ thuật số

Hệ thống chụp X quang kỹ thuật số đầu tiên sử dụng nguyên tắc cơ bản của việc chuyển đổi năng lượng X-quang thành tín hiệu số sử dụng quét laser kích thích phát quang (SLSL) được phát triển bởi Fuji (Tokyo, Nhật Bản) và giới thiệu trên thị trường trong đầu những năm 1980 [12] Vào giữa những năm 1980, các hệ thống lưu trữ phosphor đã trở thành một ứng dụng lâm sàng mới như là một phương pháp tạo ảnh mới cho tiếp xúc tại bức tường chắn của bảng Bucky, và chụp ảnh lưu trữ Những yêu cầu kỹ thuật và chi phí tài chính cao, kết hợp với chất lượng xử lý hình ảnh hạn chế mà không hề khó khăn cho việc khảo sát thời gian trì hoãn chuyển giao lưu trữ phosphor của hệ thống vào sử dụng lâm sàng, mà bắt đầu tăng vào đầu năm 1990 [4] Ngày nay, hệ thống chụp X quang lưu trữ-phosphor hoặc các hệ thống CR đóng vai trò cơ bản trong lĩnh vực chụp X quang chiếu kỹ thuật số Sự

đổi mới quan trọng khác là sự phát triển của thiết bị dò màn hình phẳng ở giữa năm 1995.Dò màn hình phẳng ban đầu được phát triển để tích hợp máy dò trong các thiết bị X-quang, nhưng gần đây chúng đã sẵn có trong dò tích hợp và làm việc như một mạng không dây hoặc một công nghệ không dây

Hệ thống kỹ thuật số truyền thống được chia thành hai loại định nghĩa rộng [10, 11]: chụp X quang tính và chụp X quang kỹ thuật số Mặc dù phân loại này là thường chấp nhận các phân loại khác được mô tả [13]: chụp X quang kỹ thuật số trực tiếp và gián tiếp công nghệ chụp X quang kỹ thuật số (bao gồm CR) Trong trường hợp này việc phân loại máy dò có liên quan với quá trình chuyển đổi năng lượng tia X để tích điện Hình 1.1 cho thấy một con số sơ đồ bao gồm một sơ đồ so sánh của các phân loại công nghệ kỹ thuật số chụp X quang, quá trình chuyển đổi,

và các tính chất dò

Hình 1.1 Phân loại các công nghệ chụp X quang kỹ thuật số

Các tùy chọn phân loại khác là để cho một phân loại theo sự hội nhập của máy dò

kỹ thuật số trong các thiết bị X quang: trong trường hợp này được lồng ghép và thuật ngữ dò tích hợp có thể được sử dụng

Mặc dù sự phân loại được sử dụng có sự khác biệt lớn giữa các công nghệ kỹ thuật

số hệ thống liên quan với phát hiện tia X và quá trình đọc ra Liên quan đến hệ thống CR họ sử dụng các tấm ảnh lưu trữ-phosphor với một quá trình đọc hình ảnh riêng biệt, có nghĩa là một quá trình chuyển đổi gián tiếp; công nghệ DR chuyển đổi tia X thành điện tích bằng một quá trình đọc số liệu trực tiếp sử dụng mảng Tranzito màng mỏng (TFT)

Bảng 1.2 Ba thành phần của máy dò kỹ thuật số

Bảng 1.2 cho thấy sự khác biệt giữa các công nghệ dò liên quan đến ba các thành phần của máy dò kỹ thuật số [14]: các yếu tố chụp, các yếu tố khớp nối, và các yếu

tố phụ trách đọc ra

Công nghệ CR sử dụng một quá trình chuyển đổi gián tiếp sử dụng một kỹ thuật hai giai đoạn Tia X được chụp tại một màn hình lưu trữ-phosphor (SPS) (ví dụ : BaFBr: EU2 +) và sau đó một bộ tách sóng quang chụp ánh sáng phát ra từ SPS và chuyển đổi bắt phát quang vào một hình ảnh kỹ thuật số tương ứng

Máy dò DR có thể sử dụng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp là một quá trình để chuyển đổi X-quang vào điện tích Những phát hiện sử dụng trực tiếp đọc ra bằng cách của một mảng TFT mặc dù quá trình chuyển đổi của chùm tia X-quang Máy

dò trực tiếp chuyển đổi Xquang có chất selen vô định hình (a-Se) –chuyển đổi trực tiếp tại một giai đoạn photon X-quang vào điện tích

Hệ thống chuyển đổi gián tiếp sử dụng một kỹ thuật hai giai đoạn chuyển đổi Họ

có một chất nhấp nháy(scintillator), cesium iodide (CSI) có thể chuyển đổi tia X thành ánh sáng nhìn thấy được ở một giai đoạn đầu Ánh sáng mà sau đó được chuyển đổi-tại giai đoạn thứ hai thành một điện tích bằng cách biến đổi của một mảng silicon photodiode vô định hình [15]

Mặc dù quá trình phát hiện X-quang kỹ thuật số và thiết bị dò đọc ra cung cấp một

số lợi thế khi so sánh với các hệ thống SF Chúng bao gồm các dải động rộng, xử lý điều chỉnh hình ảnh, chất lượng hình ảnh tốt hơn, thu nhận hình ảnh nhanh chóng,

và truy cập hình ảnh tại các địa điểm từ xa [16]

4 Computed Radiography

chụp X quang tính là công nghệ kỹ thuật số đầu tiên có sẵn cho chiếu chụp X quang Công nghệ CR có trụ sở tại SPS và ứng dụng lâm sàng đầu tiên của mình bằng Fuji đã diễn ra tại đầu những năm 1980 Công nghệ này sử dụng một máy dò photostimulable thay thế SF truyền thốngbăng cát xét Các tấm lưu trữ-phosphor được tiếp xúc bên trong băng cát xét với kích thước tiêu chuẩn cho chụp X quang thuần điển hình và không có sự thay đổi của máy phát điện ống tia X và tường chắn Bucky hoặc hệ thống bảng gắn kết là cần thiết Công nghệ cho phép CR các tia X-quang để có được hình ảnh chụp X X-quang đơn giản như trong một hệ thống SF truyền thống

Sự khác biệt là cách thức hình ảnh tiềm ẩn được tạo ra và cách xử lý hình ảnh này được hoàn thành Chu kỳ hình ảnh CR cơ bản có ba bước [13]: (1) tiếp xúc, (2) đọc

ra, và (3) xóa Bên trong băng chụp X quang một tấm ảnh (IP) -Hoặc SPS-có một lớp tráng thủy tinh photostimulable có sẵn Lớp tráng này bao gồm một họ của phosphor BaFX: EU2 + trong đó X có thể là bất kỳ một halogen Cl, Br, hoặc I (hoặc một hỗn hợp đơn của chúng) [17] Một SPS điển hình có thể lưu trữ một hình ảnh tiềm ẩn cho một thời gian khá lâu Tuy nhiên, theo Hiệp hội Các nhà vật lý

trong y học của Mỹ [18], nó sẽ mất đi khoảng 25% của tín hiệu được lưu trữ giữa

10 phút và 8 giờ sau khi tiếp xúc, làm mất năng lượng thông qua tự phát lân quang Các tinh thể phosphor thường được đúc thành tấm thành vật liệu nhựa trong một cách phi cấu trúc (scintillators phi cấu trúc) [10] Khi SPS được tiếp xúc với X-quang năng lượng của bức xạ tới được hấp thụ và kích thích các electron đến năng lượng cao cấp (Hình 1.2a, b) Những electron kích thích vẫn bị mắc kẹt tại mức năng lượng không ổn định của nguyên tử Việc hấp thụ tia X năng lượng được lưu trữ trong tinh thể cấu trúc của phosphor và một hình ảnh tiềm ẩn sau đó được tạo ra

ở những năng lượng cao bang đưa ra một phân bố không gian của các electron ở các máy dò SP Điều này bị mắc kẹt năng lượng có thể được phát hành nếu được kích thích bởi ánh sáng năng lượng bổ sung của hợp bước sóng của quá trình phát quang photostimulated (PSL) (Hình 1.2) [18]

Hình 1.2 tiếp xúc SPS và PSL; SPS màn hình lưu trữ-phosphor, PSL

photostimulated phát quang

Sau khi tiếp xúc với tia X và việc tạo ra các hình ảnh ẩn, SPS được quét trong một thiết bị đọc CR riêng biệt Đầu đọc là một quá trình mà sau tiếp xúc của tấm ảnh và cấu thành bước thứ hai của chu kỳ hình ảnh CR.Khi lớp thám của IP được quét điểm ảnh bằng pixel với một chùm tia laser năng lượng cao của một bước sóng cụ thể, năng lượng lưu trữ được đặt miễn phí như phát ra ánh sáng có bước sóng khác nhau từ đó của các chùm tia laser [10] Điều này kích hoạt quá trình của PSL dẫn đến sự phát xạ của ánh sáng màu xanh trong một số tiền tỉ lệ với tia X [17] và thiết lập giải phóng các electron kích thích để mức năng lượng ánh sang thấp hơn của chúng (hình.1.2c, d).Đây được thu thập bởi diode tách sóng quang và chuyển đổi vào điện tích khi thiết bị chuyển đổi nó thành một hình ảnh kỹ thuật số tương ứng Hình 1.3 cho thấy quá trình quét SPS

Hình 1.3 Quá trình quét SPS; SPS màn hình lưu trữ-phosphor

Cuối cùng là bước thứ ba của chu kỳ hình ảnh CR cơ bản là tín hiệu tẩy xoá dư Còn lại electron hình ảnh tiềm ẩn vẫn đang bị mắc kẹt trên mức năng lượng cao hơn sau khi đọc ra Năng lượng này được xóa sau khi quá trình đọc số liệu sử dụng một cường độ cao nguồn ánh sáng trắng xả những cái bẫy mà không lấy lại electron từ mức năng lượng mặt đất [18]

5 Digital Radiography

Chụp X quang kỹ thuật số hệ thống màn hình phẳng với các cơ chế đọc ra tích hợp được giới thiệu trên thị trường vào cuối những năm 1990 [19] Hệ thống màn hình

phẳng, còn được gọi là dò tia X có diện tích lớn, tích hợp một lớp tia X nhạy cảm và một hệ thống có thể đọc điện tử dựa trên các mảng TFT Máy phát hiện sử dụng một lớp scintillator và một màn hình TFT photodiode nhạy sáng được gọi là máy

dò chuyển đổi gián tiếp TFT Họ sử dụng một lớp chất quang tia X nhạy cảm và một khoản phí TFT thu được gọi là máy dò chuyển đổi trực tiếp TFT [19] Các tài liệu tham khảo của Amor silicon phous (a-Si), được sử dụng trong mảng TFT để ghi lại các tín hiệu điện tử, Không nên nhầm lẫn với một-Se, vật liệu sử dụng để chụp năng lượng tia X trong một máy dò kỹ thuật số trực tiếp Cấu trúc của một hệ thống màn hình phẳng DR được hiển thị trong hình 1.4

Hình 1.4 cấu trúc màn hình phẳng

Hệ thống có thể đọc điện tử này cho phép một quá trình đọc ra hoạt động, còn gọi là

ma trận động, đối lập với các hệ thống lưu trữ phosphor, nơi yếu tố đọc ra hoạt động không được tích hợp trong các máy dò Toàn bộ quá trình đọc ra là rất nhanh, cho phép phát triển xa hơn trong máy dò kỹ thuật số thời gian thực X-ray [19] Mảng TFT (Hình 1.5) thường được gửi vào một chất nền thủy tinh trong nhiều lớp, với thiết bị điện tử đọc ra ở mức thấp nhất, và các mảng thu phí tại mức độ cao hơn

Hình 1.5 mảng TFT; TFT transistor màng mỏng

Tùy thuộc vào loại máy dò đang được sản xuất, điện cực thu phí hoặc các yếu tố ánh sáng cảm biến được gửi tại các lớp trên cùng của " electronic

sandwich " [20]

Những lợi thế của thiết kế này bao gồm kích thước nhỏ gọn và truy cập ngay các hình ảnh kỹ thuật số Hiệu suất của hệ thống DR vượt xa hiệu suất của hệ thống CR,

có hiệu suất chuyển đổi 20-35%, và các hệ thống màn hình-phim cho chụp X quang ngực, có hiệu suất chuyển đổi danh nghĩa là 25% [20]

Hệ thống màn hình phẳng DR không dây đã trở thành thương mại hóa vào năm

2009 hệ thống DR không dây dò tích hợp có thể được sử dụng để có được X quang trong một cách tương tự như CR Với máy dò DR không dây nó là bắt buộc để sử dụng một mạng LAN không dây thông tin liên lạc giữa các đơn vị dò DR và trạm điều khiển Bằng cách này, mỗi X quang thực hiện được chuyển giao ở gần thời gian thực từ các cát xét DR để các máy trạm Các băng DR bao gồm một pin dựng sẵn để cung cấp điện và điều này cho phép tự chủ cần thiết của máy dò để có được một vài hình chụp X quang và chuyển hình chụp X quang thu được cho thêm vào hệ thống

5.1.Lớp Diện tích chuyển đổi hệ thống trực tiếp

Lớn Diện tích chuyển đổi hệ thống trực tiếp sử dụng một-Se như các vật liệu bán dẫn do các tính chất hấp thụ tia X của nó và độ phân giải nội tại không gian rất cao [19, 20]

Trước khi màn hình phẳng được tiếp xúc với tia X một điện trường được áp dụng trên lớp selen Sau đó, tiếp xúc với tia X tạo ra electron và lỗ trống trong một lớp Se: các photon tia X hấp thụ được chuyển thành điện tích và rút ra trực tiếp vào các điện cực thu phí do điện trường Những chi phí tỉ lệ thuận với chùm sự cố X-ray được tạo ra và di chuyển theo chiều dọc để cả hai bề mặt của lớp selen, không có nhiều sự khuếch tán bên Ở dưới cùng của lớp một-Se, phí được rút ra để thu phí TFT, nơi chúng được lưu trữ cho đến khi đọc ra Phí thu thập tại mỗi tụ điện lưu trữ được khuếch đại và định lượng một giá trị mã số cho các điểm ảnh tương ứng Trong đọc ra, điện tích của tụ điện của mỗi hàng được tiến hành bởi các bóng bán dẫn để các bộ khuếch đại

5.2.Lớp Diện tích chuyển đổi hệ thống gián tiếp

Lớn Diện tích chuyển đổi hệ thống gián tiếp sử dụng CSI hoặc gadolinium

oxisulphide (Gd2O2S) như một máy dò X-ray Các chất nhấp nháy(scintillators) và lân quang sử dụng trong các máy dò chuyển đổi gián tiếp có thể là cấu trúc hoặc không có cấu trúc (Hình 2.6) scintillators không có cấu trúc phân tán một lượng lớn ánh sáng và điều này làm giảm độ phân giải không gian [14] scintillators có cấu trúc bao gồm các tài liệu phosphor trong một cần lelike cấu trúc (kim là vuông góc