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.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử Viễn Thông – Bộ môn CNĐT&KTYS ======o0o====== BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC Cơng Nghệ Chẩn Đốn Hình Ảnh I Đề tài: Cải thiện 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 Mục Lục A Ưu điểm chụp X Quang Kỹ Thuật Số: Tổng quan hệ thống nguyên lý hoạt động Tóm tắt Giới thiệu Nguyên lý hoạt động chụp X quang kỹ thuật số .6 Đầu dò kỹ thuật số 4.1 X-quang Điện Toán 4.2 X-quang Trực Tiếp trình xử lý ảnh 15 Các khía cạnh chất lượng hình ảnh .17 6.1 Kích thước điểm ảnh, ma trận kích thước đầu dị 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 dị tìm .20 6.6 Quá trình phát xạ 21 Các công nghệ định hướng tương lai .23 Kết luận 23 Tài Liệu Tham Khảo 24 B Đầu dò X-quang kỹ thuật số: Một nhìn tổng quan kỹ thuật .29 Tóm tắt 29 Giới thiệu 30 Tổng quan đầu dò X-quang số X-quang điện toán 31 X-quang Điện Toán 34 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 Kết luận 40 Tài Liệu Tham Khảo 41 Digital Radiography Danh mục hình ảnh A-Hình 2.1 Lịch sử phát triển X-quang kỹ thuật số A-Hình 4.1 Phân loại X-quang kỹ thuật số A-Hình 4.2 Minh họa hệ thống X-quang kỹ thuật số A-Hình 4.3 Quá trình đọc ảnh CR A-Hình 4.4 Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa selen vơ định hình A-Hình 4.5 Hệ thống DR gián tiếp dựa CCD ống kính kép 11 A-Hình 4.6 Hệ thống DR gián tiếp dựa CCD khe quét 12 A-Hình 4.7 Hệ thống DR gián tiếp dựa silicon vơ định hình 12 A-Hình 5.1 Các hình ảnh xử lý theo kỹ thuật khác 15 A-Hình 5.2 So sánh đặc điểm kỹ thuật hệ thống X-quang khác 16 A-Hình 6.1 So sánh phạm vi hoạt động 18 A-Hình 6.2 So sánh DQE đầu dị số khác 20 B-Hình 3.1 Lịch sử phát triển 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 dị kỹ thuật số .32 B-Hình 4.1 Tương tác tia X PSP 34 B-Hình 4.2 Quá trình thu nhận xử lý tín hiệu 35 B-Hình 5.1 Cấu tạo đầu dò phẳng 36 B-Hình 5.2 Quá trình đọc liệu từ ma trận điểm ảnh 37 B-Hình 5.3 So sánh cấu trúc tinh thể phát sáng nhấp nháy khác 39 Digital Radiography A Ưu điểm chụp X Quang Kỹ Thuật Số: Tổng quan hệ thống 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 Tóm tắt Trong hai thập kỉ qua, X-quang kỹ thuật số thay X-quang phim nhiều phận X-quang Ngày nay, nhà sản xuất cung cấp nhiều giải pháp hình ảnh kỹ thuật số dựa cơng nghệ đọc đầu dò thu nhận ảnh khác Đầu dò số cho phép thực hệ thống giao tiếp lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số cách đầy đủ Trong đó, hình ảnh lưu trữ dạng số có sẵn lúc Phân phối hình ảnh bệnh viện thực dựa vào điện tử phương tiện cơng nghệ dựa trang Web khơng có nguy bị hình ảnh Ưu điểm khác X-quang kỹ thuật số làm với số lượng bệnh nhân lớn hơn, tăng hiệu liều, phạm vi hoạt động lớn đầu dò kỹ thuật số giảm tiếp xúc với xạ cho bệnh nhân Tương lai chụp Xquang dùng kỹ thuật số, bác sĩ chụp Xquang phải làm quen với nguyên lý kỹ thuật, vấn đề tiếp xúc với xạ với hệ thống chụp Xquang số khác có sẵn Giới thiệu Tổng quan lịch sử phát triển chụp X-quang kỹ thuật số thể bảng Thực nghiệm Chụp Mạch Xóa Nền mô tả lần vào năm 1977 Kruger et al (1) đưa vào sử dụng lâm sàng hệ thống hình ảnh kỹ thuật số vào năm 1980 Đối với chụp X-quang nói chung, hình ảnh Xquang lần ghi lại kỹ thuật số với hình ảnh lưu trữ photpho kích thích quang, giới thiệu vào năm 1980 Hệ thống DR xuất vào năm 1990 hệ thống quét CCD khe hẹp Vào năm 1994, khảo sát hệ thống DR sử dụng trống selen công bố Hệ thống đầu dò chụp X-quang kỹ thuật số sử dụng công nghệ phẳng lần dựa silicon vơ định hình selen vơ định hình giới thiệu vào năm 1995 Chất phát sáng sulfide gadolinium-oxit giới thiệu vào năm 1997 sử dụng cho thiết bị dò phẳng di động kể từ năm 2001 Sự phát triển Digital Radiography chụp X-quang kỹ thuật số sử dụng đầu dò phẳng động cho chiếu (soi) Xquang chụp mạch kỹ thuật số A-Hình 2.1 Lịch sử phát triển X-quang kỹ thuật số Lợi rõ ràng máy dị kỹ thuật số cho phép thực hệ thống giao tiếp lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số cách đầy đủ, với hình ảnh lưu trữ dạng số có sẵn lúc Như vậy, phân phối hình ảnh bệnh viện lưu trữ điện tử phương tiện cơng nghệ Web mà khơng có nguy bị hình ảnh Ưu điểm khác X-quang kỹ thuật số làm với số lượng bệnh nhân lớn hơn, tăng hiệu liều phạm vi hoạt động lớn đầu dị kỹ thuật số giảm tiếp xúc với xạ cho bệnh nhân Trong báo cáo này, cung cấp nhìn tổng thể hệ thống X-quang kỹ thuật số có sẵn cho chụp X-quang nói chung Khi làm vậy, mô tả nguyên lý hoạt động chụp X-quang kỹ thuật số bàn luận, minh họa cho hệ thống thu nhận, xử lý hình ảnh, tiêu chuẩn chất lượng hình ảnh vấn đề tiếp xúc với xạ Chúng thảo luận công nghệ tương lai triển vọng X-quang kỹ thuật số Digital Radiography Nguyên lý hoạt động chụp X quang kỹ thuật số Nguyên lý hoạt động chụp X-quang số không khác biệt nhiều so với chụp Xquang phim Tuy nhiên, đối lập với X-quang màn-phim, phim vừa phận thu nhận lưu trữ Đầu dò kỹ thuật số sử dụng để tạo hình ảnh kỹ thuật số sau nó lưu trữ phương tiện kỹ thuật số khác Xử lý hình ảnh kỹ thuật số bao gồm bước riêng biệt: thông tin ảnh, xử lý, lưu trữ hiển thị hình ảnh Đầu dị kỹ thuật số chiếu với tia X tạo ống chuẩn Cuối lượng hấp thụ đầu dị phải chuyển thành tín hiệu điện, sau ghi chép, số hóa định lượng thành thang xám tượng trưng cho lượng tia X chiếu đến vị trí số hóa hình ảnh kỹ thuật số kết Sau lấy mẫu, phần mềm xử lý dùng để xử lý liệu thô thành hình ảnh có ý nghĩa lâm sàng Sau có thơng tin hình ảnh cuối cùng, hình ảnh gửi tới kho lưu trữ số hóa Một tập tin số có chứa thơng tin cá nhân bệnh nhân liên kết với hình ảnh Mặc dù in hình ảnh kỹ thuật số phim cứng, cải thiện chụp X-quang kỹ thuật số khơng thấy rõ hồn tồn trừ hình ảnh đọc kỹ thuật số trạm máy tính Hình ảnh kỹ thuật số thao tác xem với chức quét, phóng to, đảo ngược thang màu xám, đo lường khoảng cách góc tạo cửa sổ Phân bổ hình ảnh mạng cục làm Các hình ảnh kỹ thuật số báo cáo có liên quan liên kết với hồ sơ bệnh nhân để cải thiện xử lý liệu chẩn đốn Đầu dị kỹ thuật số X-quang kỹ thuật số phân chia thành CR (Computed Radiography) DR (Direct Radiography) Hệ thống CR sử dụng lưu trữ hình ảnh phosphor với trình đọc hình ảnh riêng DR phương pháp chuyển đổi tia X thành tín hiệu điện phương tiện trình đọc trực tiếp Hệ thống DR chia nhỏ thành nhóm chuyển đồi trực tiếp chuyển đồi gián tiếp tùy thuộc vào cách chuyển đổi tia X sử dụng Digital Radiography Hình Sơ đồ cung cấp cách tổng thể hệ thống loại đầu dò kỹ thuật số khác CCD: charge-coupled device, FPD: flat-panel detector, TFT: thinfilm transistor A-Hình 4.1 Phân loại X-quang kỹ thuật số A-Hình 4.2 Minh họa hệ thống X-quang kỹ thuật số Sơ đồ minh họa hệ thống X-quang kỹ thuật số, sau tiếp xúc với hình ảnh, liệu hình ảnh xử lý kỹ thuật số lưu trữ kho lưu trữ kỹ thuật số Một hệ thống quản lý hình ảnh tập trung sử dụng để phân phối tiếp hình ảnh tới trạm xem, hệ thống thông tin hồ sơ bệnh án điện tử 4.1 X-quang Điện Toán Hệ thống CR sử dụng lưu ảnh có phủ lớp tinh thể phosphor có chứa chất hữu khác brom, clo hay Iot Các tinh thể phosphor thường Digital Radiography làm thành vật liệu nhựa không theo cấu trúc định Tấm ảnh thay cho film thông thường Cassette Quá trình phát xạ với ảnh lưu trữ phosphor minh họa hình Hình Vẽ minh họa hệ thống CR dựa ảnh lưu trữ phosphor Hình ảnh mơ tả chia làm bước Đầu tiên, ảnh (IP) tiếp xúc với lượng tia X, phần lượng lưu trữ bên lớp tinh thể Phosphor ảnh Thứ 2, ảnh quét chùm tia laser, lượng lưu trữ phát ánh sáng Một mảng ống nhân quang thu ánh sáng, chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ kỹ thuật chuyển đổi ADC A-Hình 4.3 Quá trình đọc ảnh CR Trong suốt thời gian phát tia, lượng tia X hấp thụ lưu trữ tạm thời tinh thể việc đưa electron lên mức lượng cao Bằng cách này, lượng tia X lưu trữ khoảng vài giờ, tùy thuộc vào tính chất vật lý riêng tinh thể phosphor sử dụng Tuy nhiên trình đọc nên bắt đầu sau tiếp xúc lượng lượng lưu trữ giảm dần theo thời gian Quá trình đọc bước riêng sau tiếp xúc với ảnh Khi lớp tinh thể phosphor quét điểm ảnh với chùm tia laser lượng cao với bước sóng riêng Năng lượng lưu trữ từ trước phát ánh sáng có bước sóng khác chùm tia laser Ánh sáng thu photodiodes chuyển đổi kỹ thuật số vào ảnh Quá trình đọc số liệu tồn cho hình kích thước 14*17- inch khoảng 30 – 40 giây Do đó, tối đa làm với 90 - 120 ảnh theo lý thuyết Digital Radiography Những ưu điểm hệ thống lưu trữ phosphor bao gồm phạm vi hoạt động rộng, dẫn đến giảm tỷ lệ tiếp xúc với tia X lỗi Bởi hệ thống CR dựa băng cassette, họ dễ dàng tích hợp vào thiết bị chụp X-quang có Khả linh động cao, dễ dàng để sử dụng cho thăm khám đầu giường bệnh nhân khó di chuyển, làm cho hệ thống linh hoạt sử dụng lâm sàng Hơn nữa, ảnh đơn cho thấy khuyết điểm, dễ dàng thay người chụp X-quang mà không cần đến thiết bị chuyên dụng hay nhân viên dịch vụ Độ phân giải không gian lưu trữ phosphor thường thấp so với kết hợp – phim thông thường Tuy nhiên, vài nghiên cứu giá trị chẩn đoán chụp X-quang lưu trữ phosphor tương đương với X-quang màn-phim Tuy nhiên, so với nhiều đầu dò số đại (VD: đầu dị phẳng) Tấm lưu trữ phosphor có xu hướng chất lượng hình ảnh giá trị chẩn đoán, tùy thuộc vào giai đoạn phát triển hệ thống lưu trữ phosphor điều tra 4.2 X-quang Trực Tiếp 4.2.1 Chuyển đổi trực tiếp Chuyển đổi trực tiếp cần chất quang dẫn chuyển đổi photon tia X thành điện tích cách điều chỉnh electron tự Vật liệu quang dẫn điển hình bao gồm selen vơ định hình, chì iotdua, chì oxit, thallium bromide, hợp chất gadolinium (Gd) Yếu tố thường sử dụng selen Tất yếu tố có độ phân giải khơng gian bên cao Kết kích thước điểm ảnh, ma trận độ phân giải không gian đầu dị chuyển đổi trực tiếp khơng bị hạn chế vật liệu làm đầu dò, bị hạn chế thiết bị ghi chép đọc số liệu sử dụng Digital Radiography A-Hình 4.4 Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa selen vô định hình Hình Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa selen vơ định hình (a) hình vẽ minh họa hệ thống dựa ống selen Một ống selen quay với bề mặt điện tích tiếp xúc với tia X Sự thay đổi mẫu điện tích bề mặt ống tỷ lệ với tia X đến Mẫu điện tích sau chuyển thành hình ảnh kỹ thuật số nhờ chuyển đổi tương tự - số (b) hình vẽ minh họa hệ thống đầu dò phẳng dựa selenium Năng lượng tia X đến chuyển đổi trực tiếp thành điện tích lớp quang dẫn cố định đọc mảng kết hợp TFT phía lớp tinh thể Hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp dựa selenium trang bị với ống selen đầu dò phẳng Trong trường hợp trước đây, ống selen quay, có lớp điện tích bề mặt tiếp xúc với tia X Trong q trình phát tia, mẫu điện tích tỷ lệ với tia X đến sinh bề mặt ống ghi lại suốt trình quay công cụ chuyển đổi tương tự  số Một vài nghiên cứu lầm sàng chứng tỏ đầu dị selen hình ống cung cấp chất lượng hình ảnh tốt so với X-quang phim hay hệ thống CR Tuy nhiên, thiết kế khí họ đầu dị selen hình ống dành riêng cho hệ thống chụp ngực đứng khơng có tính di động tất Một hệ hệ thống DR chuyển đổi trực tiếp sử dụng đầu dò phẳng dựa selenium Những đầu dò sử dụng lớp selen với mảng tương ứng phía transistor màng mỏng (TFTS) Nguyên tắc chuyển đổi tia X thành điện tích tương tự với đầu dò ống selen, ngoại trừ mẫu điện tích ghi mảng TFT, nơi tích lũy lưu trữ lượng electron Digital Radiography B Đầu dò X-quang kỹ thuật số: Một nhìn tổng quan kỹ thuật Tóm tắt Sự phát triển cơng nghệ đầu dị kỹ thuật số đã, diễn công nghệ kĩ thuật số có sẵn cho thực hành lâm sàng Tài liệu có mục đích cung cấp nhìn tổng quan đầu dò chụp X-quang điện toán chụp Xquang kỹ thuật số Hệ thống CR sử dụng lưu trữ phosphor với trình đọc hình ảnh riêng biệt cơng nghệ DR chuyển đổi tia X thành điện tích phương tiện đọc số liệu sử dụng mảng TFT Các đầu dò số cung cấp số ưu điểm so sánh với đầu dò tương tự Kiến thức cơng nghệ đầu dị kỹ thuật số sử dụng xem xét chụp X-quang chủ để nghiên cứu chuyên gia nghiên cứu sinh Trong chương nhìn tổng quan hệ thống chụp X-quang kỹ thuật số (cả CR DR) có sẵn cho thực hành lâm sàng đề cập đến Giới thiệu Một vài hệ thống số có sẵn cho thu nhận phép chiếu X-quang Các hệ thống X-quang kỹ thuật số thay hệ thống tương tự cổ điển hay màn-phim (SF) thập kỉ qua Sự chuyển đổi từ hệ SF lên hệ kỹ thuật số nên xem trình phức tạp Các yếu tố kĩ thuật liên quan đến thu nhận hình ảnh, quản lý liều bệnh nhân, chất lượng hình ảnh chẩn đốn số vấn đề ảnh hưởng đến trình Trong trình chuyển đổi từ SF sang kỹ thuật số liều xạ bệnh nhân tăng lên từ 40-103% Khi so sánh với SF, cơng nghệ kỹ thuật số làm tăng liều xạ bệnh nhân phạm vi hoạt động rộng mà có Tuy nhiên, phạm vi hoạt động hữu ích góp phần cho chất lượng hình ảnh tốt so sánh với hệ thống SF truyền thống Đây khác biệt quan trọng công nghệ tương tự số Nguy phát xạ lâu khơng có ảnh hưởng xấu đến chất lượng hình ảnh hiển diện Các hệ thống hình ảnh kỹ thuật số làm mức phát xạ thiếu ảnh hưởng tới liều bệnh nhân Mặc dù có vài ưu điểm so với hệ thống SF kể đến, khác biệt đáng kể chất lượng hình ảnh liều hiệu đạt đầu dò kỹ thuật số khác 30 Digital Radiography Theo Brush, lựa chọn kỹ thuật chụp X-quang, liều xạ truyền tới bệnh nhân chất lượng chẩn đốn hình ảnh X-quang khía cạnh cốt lõi q trình chụp ảnh X-quang nhằm quản lý liều bệnh nhân chất lượng hình ảnh Đây thách thức cho người chụp X-quang ưu điểm hạn chế công nghệ kỹ thuật số chụp, chiếu X-quang phụ thuộc vào lựa chọn người chụp X-quang cho thăm khám bệnh nhân riêng biệt Kiến thức cơng nghệ đầu dị kỹ thuật số sử dụng xem xét chụp Xquang chủ để nghiên cứu chuyên gia nghiên cứu sinh Một vài tài liệu liên quan đánh giá đầu dò X-quang kỹ thuật số cung cấp số tác giả Trong tài liệu trình bày tổng quan X-quang điện tốn (CR) X-quang số (DR) có sẵn cho thực hành lâm sàng đề cập đến Tổng quan đầu dò X-quang số X-quang điện tốn Sự phát triển cơng nghệ đầu dị kỹ thuật số đã, diễn công nghệ kỹ thuật số có sẵn cho thực hành lâm sàng B-Hình 3.1 Lịch sử phát triển X-quang kỹ thuật số Bảng 2.1 thể khoảng thời gian phát triển công nghệ kỹ thuật số kể từ đầu năm 1980 Hệ thống chụp X-quang số sử dụng nguyên lý chuyển đổi lượng tia X thành tín hiệu số sử dụng laser quét kích thích phát 31 Digital Radiography quang (SLSL) phát triển “Fuji” (Tokyo, Nhật bản) giới thiệu thị trường đầu năm 1980 Vào năm 1980, hệ thống Phosphor lưu trữ trở thành ứng dụng lâm sàng phương pháp tạo ảnh cho phát xạ tường đứng, bàn Bucky, hình ảnh cạnh dường Các yêu cầu kỹ thuật chi phí tài cao kết hợp với chất lượng hình ảnh bị hạn chế xử lý khó khắn mà khơng thể giảm thời gian trì hỗn xem xét nên việc chuyển hệ thống lưu trữ phosphor vào sử dụng lâm sàng bắt đầu tăng lên vào đầu năm 1990 Ngày nay, hệ thống chụp X-quang lưu trữ phosphor hệ thống CR giữ vai trò lĩnh vực chụp, chiếu X-quang kỹ thuật số Sự đổi quan trọng khác phát triển đầu dị hình phẳng vào gữa năm 1995 Các đầu dị hình phẳng ban đầu phát triển để tích hợp đầu dị thiết bị chụp X-quang, gần họ có sẵn đầu dị khơng tích hợp làm việc mạng không dây công nghệ không dây Các hệ thống kỹ thuật số chia thành loại định nghĩa rộng là: X-quang điện toán (CR) X-quang số (DR) Mặc dù phân loại thường chấp nhận có cách phân loại khác: X-quang kỹ thuật số trực tiếp X-quang kỹ thuật số gián tiếp (bao gồm CR) Trong trường hợp việc phân loại đầu dị có liên quan với trình chuyển đổi lượng tia X thành điện tích Hình 2.1 thể sơ đồ so sánh cách phân loại công nghệ chụp X-quang kỹ thuật số, q trình chuyển đổi, đặc tính đầu dị 32 Digital Radiography B-Hình 3.2 Phân loại X-quang kỹ thuật số Tùy chọn phân loại khác cách phân loại theo tích hợp đầu dò số thiết bị X-quang: trường hợp thuật ngữ đầu dị tích hợp khơng tích hợp sử dụng Mặc dù cách phân loại sử dụng có khác biệt lớn hệ thống công nghệ kỹ thuật số liên quan với phát tia X trình đọc liệu Liên quan đến hệ thống CR, họ sử dụng lưu trữ ảnh phosphor với trình đọc hình ảnh riêng biệt, có nghĩa q trình chuyển đổi gián tiếp Công nghệ DR chuyển đổi tia X thành điện tích phương tiện 33 Digital Radiography trình đọc số liệu trực tiếp sử dụng sử dụng mảng bán dẫn màng mỏng TFT B-Hình 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đầu dò kỹ thuật số Bảng 2.2 thể khác cơng nghệ đầu dị liên quan đến thành phần đầu dò kỹ thuật số: yếu tố bắt tia X, yếu tố ghép nối yếu tố phụ trách đọc liệu Công nghệ CR sử dụng trình chuyển đổi gián tiếp sử dụng kĩ thuật giai đoạn Tia X bị giữ lại lưu trữ phosphor (SPS) sau thu quang thu ánh sáng phát từ SPS chuyển ánh sáng thu vào hình ảnh kỹ thuật số tương ứng Các đầu dị DR sử dụng q trình trực tiếp gián tiếp để chuyển đổi tia X thành điện tích Những đầu dị sử dụng đọc thông tin trực tiếp phương tiện mảng TFT trình chuyển đổi chùm tia X Các đầu dị chuyển đổi trực tiếp có chất quang dẫn với tia X – selen vơ định hình, chuyển đổi trực tiếp giai đoạn photon tia X thành điện tích Các hệ thống chuyển đổi gián tiếp sử dụng kỹ thuật giai đoạn cho chuyển đổi Họ có chất phát sáng Cesium Iodide (CsI) giúp chuyển đổi tia X thành ánh sáng nhìn thấy giai đoạn thư Sau ánh sáng chuyển đổi – giai 34 Digital Radiography đoạn thứ – thành điện tích phương tiện mảng điốt phát quang silicon vơ định hình Mặc dù q trình phát tia X đọc thông tin đầu dò kỹ thuật số cung cấp vài cải thiện so sánh với hệ thống SF Chúng bao gồm phạm vi hoạt động rộng, xử lý hình ảnh điều chỉnh, chất lượng hình ảnh tốt hơn, thu nhận hình ảnh nhanh chóng, truy cập hình ảnh địa điểm từ xa X-quang Điện Tốn X-quang điện tốn cơng nghệ kỹ thuật số có sẵn cho phép chụp, chiếu Xquang Cơng nghệ CR dựa SPS ứng dụng lâm sàng lần Fuji diễn vào đầu năm 1980, công nghệ sử dụng đầu dị có phosphor kích thích để thay cho băng SF truyền thống Tấm phosphor lưu trữ đặt bên băng cassette với kích thước tiêu chuẩn cho chụp X-quang đơn giản điển hình khơng thay đổi máy phát, ống tia X bàn bucky hệ thống gắn kết cần thiết Công nghệ CR cho phép người chụp X-quang có hình ảnh chụp Xquang đơn giản hệ thống SF truyền thống 35 Digital Radiography B-Hình 4.1 Tương tác tia X PSP Sự khác biệt cách mà hình ảnh tạo cách xử lý hình ảnh Quá trình hình thành ảnh CR gồm bước là: (1) phát tia, (2) đọc liệu (3) xóa Bên băng chụp X-quang có ảnh (IP) PSP có lớp chất dị tinh thể phosphor có sẵn Lớp chất dị bao gồm họ phosphor BaFX: Cu 2+, X loại Cl, Br I Một SPS điển hình lưu trữ hình ảnh ngầm thời gian đáng kể Tuy nhiên, theo hiệp hội Mỹ vật lý y học, khoảng 25% tín hiệu tín trữ từ 10p đến kể từ sau phát tia, kết làm lượng qua hạt lân quang tự thoát Các tinh thể phosphor thường đúc thành vật liệu nhựa theo cách phi cấu trúc (các chất phát sáng phi cấu trúc) Khi SPS phát lượng tia X xạ đến hấp thụ kích thích electron nhảy lên mức lượng cao (hình 2.2) Một số electron bị kích thích bị mắc kẹt mức lượng khơng ổn định nguyên tử Năng lượng tia X hấp thụ lưu trữ cấu trúc tinh thể phosphor sau hình ảnh ngầm tạo mức lượng cao đưa phân phối không gian electron đầu dị SP Năng lượng bị mắc kẹt giải phóng kích thích lượng ánh sáng bổ sung có bước sóng thích hợp q trình kích thích photon phát quang (PSL) Sau phát xạ tia X tạo hình ảnh ngầm, SPS quét thiết bị đọc CR riêng Đọc liệu trình mà sau phát xạ tới ảnh tạo nên bước thứ chu trình tạo ảnh CR Một chùm laser ánh sáng đỏ quét phosphor làm kích thích phát xạ photon ánh sáng màu xanh kích thích chùm tia laser Khi lớp chất dò IP quét pixel với chùm tia laser lượng cao có bước sóng xác định Năng lượng lưu trữ thiết lập tự ánh sáng phát có bước sóng khác từ chùm tia laser Quá trình khởi động PSL dẫn đến phát xạ ánh sáng màu xanh tỷ lệ với tia X ban đầu xếp tự do, electron kích thích mức 36 Digital Radiography lượng thấp Ánh sáng thu lại điốt quang chuyển đổi thành điện tích thiết bị chuyển đổi tương tự - số để biến thành hình ảnh kỹ thuật số tương ứng Hình 2.3 mơ tả q trình quét SPS B-Hình 4.2 Quá trình thu nhận xử lý tín hiệu Cuối bước thứ chu trình ảnh CR xóa bỏ tín hiệu dư thừa Các điện tử hình ảnh tiềm ẩn dư thừa bị mắc kẹt mức lượng cao sau đọc Năng lượng xóa sau q trình đọc sử dụng nguồn ánh sáng trắng cường độ cao quét điện tích dư cịn sót lại để đưa SPS trạng thái ban đầu X-quang Kỹ Thuật Số Các hệ thống X-quang kỹ thuật số hình phẳng với chế đọc liệu tích hợp giới thiệu thị trường vào cuối năm 1990 Các hệ thống hình phẳng, cịn gọi đầu dị tia X có diện tích lớn tích hợp lớp nhạy cảm với tia X hệ thống đọc điện tử dựa mảng TFT Các đầu dò sử dụng lớp chất phát sáng điốt quang TFT nhạy sáng gọi đầu dò TFT chuyển đổi gián tiếp Họ sử dụng lớp chất quang dẫn nhạy cảm với tia X thu lại lớp TFT gọi đầu dị TFT chuyển đổi trực tiếp Silicon vơ định hình sử dụng mảng TFT để ghi lại tín hiệu điện, khơng nên nhầm lẫn với selen, vật liệu sử dụng để lưu giữ lượng tia X đầu dị số hóa trực tiếp Cấu trúc hệ thống DR hình phẳng mơ tả hình 2.4 37 Digital Radiography B-Hình 5.1 Cấu tạo đầu dò phẳng Hệ thống đọc điện tử cho phép hoạt động trình đọc số liệu, gọi đọc ma trận hoạt động Đối lập với hệ thống lưu trữ phosphor khơng có yếu tố kích hoạt đọc tích hợp đầu dị Tồn q trình đọc nhanh, cho phép phát triển đầu dò tia X kỹ thuật số thời gian thực 38 Digital Radiography B-Hình 5.2 Quá trình đọc liệu từ ma trận điểm ảnh Các mảng TFT (hình 2.5) thường đặt lên chất thủy tinh nhiều lớp, với thiết bị đọc mức thấp nhất, mảng thu điện tích mức cao Tùy thuộc vào loại đầu dò sản xuất, điện cực thu chọn cảm biến ánh sáng gửi lớp “electronic sandwich” Ưu điểm thiết kế bao gồm kích thước nhỏ gọn truy cập trực tiếp hình ảnh kỹ thuật số Hiệu suất hệ thống DR vượt xa hiệu suất hệ thống CR, có hiệu suất chuyển đổi từ 20-35%, so với hệ thống – phim cho chụp X-quang ngực có hiệu suất chuyển đổi danh định 25% Các hệ thống DR hình phẳng khơng dây trở thành sản phẩm thương mại vào năm 2009 Các hệ thống DR khơng dây khơng tích hợp đầu dị sử dụng để tạo ảnh X-quang tương tự CR Với đầu dị DR khơng dây bắt buộc sử 39 Digital Radiography dụng mạng LAN không dây để giao tiếp phận đầu dò DR trạm điều khiển Bằng cách này, ảnh X-quang chụp chuyển đổi gần theo thời gian thực từ băng DR tới trạm điều khiển Băng DR gồm có pin đặt sẵn để cung cấp điện điều cho phép tự chủ cần thiết đầu dò để có vài hình chụp X-quang chuyển hình có hệ thống để xem xét thêm 5.1 Các hệ thống chuyển đổi trực tiếp diện tích lớn Hệ thống chuyển đổi trực tiếp diện tích lớn sử dụng a-Se vật liệu bán dẫn tính chất hấp thụ tia X độ phân giải không gian bên cực cao Trước hình phẳng chiếu tia X điện trường áp vào lớp selen Sau phát xạ tia X tạo electron lỗ trống lớp Se: Các photon tia X hấp thụ chuyển thành điện tích đưa trực tiếp điện cực thu nhờ điện trường Những điện tích tỷ lệ với chùm tia X đến sinh di chuyển theo chiều dọc bề mặt lớp selen, khơng có nhiều khuếch tán sang phần bên Tại mặt lớp selen, điện tích đưa tới mảng TFT, nơi chúng lưu trữ đọc Điện tích thu thập tụ điện lưu trữ khuếch đại định lượng giá trị số cho điểm ảnh tương ứng Trong trình đọc, điện tích tụ điện hàng thực bóng bán dẫn để khuếch đại lên 5.2 Các hệ thống chuyển đổi gián tiếp diện tích lớn Các hệ thống chuyển đổi gián tiếp diện tích lớn sử dụng CsI Gadolinium oxisulphide đầu dò tia X Các chất phát sáng nhấp nháy phosphor sử dụng đầu dị chuyển đổi gián tiếp có cấu trúc phi cấu trúc hình 2.6 40 Digital Radiography B-Hình 5.3 So sánh cấu trúc tinh thể phát sáng nhấp nháy khác Các chất phát sáng nhấp nháy phi cấu trúc làm phân tán lượng lớn ánh sáng điều làm giảm độ phân giải khơng gian Các chất phát sáng có cấu trúc bao gồm vật liệu phosphor với cấu trúc hình kim (kim vng góc với bề mặt màn) Điều làm tăng số lượng tương tác photon tia X giảm tán xạ sang bên photon ánh sáng Khi lớp chất phát sáng chiếu chùm tia X, hấp thụ chuyển thành ánh sáng huỳnh quang Ở giai đoạn thứ hai ánh sáng chuyển đổi thành điện tích mảng diode phát quang Si Các đầu dò chuyển đổi gián tiếp cấu trúc việc thêm mạch photodiode Si chất phát sáng lớp sandwich TFT Những lớp thay cho lớp bán dẫn tia X sử dụng thiết bị chuyển đổi trực tiếp Vùng hoạt động đầu dị chia thành mảng tích hợp yếu tố hình ảnh – điểm ảnh phần tử chứa photodiode chuyển đổi TFT có sẵn qua q trình đọc Phát triển gần phát sáng có cấu trúc điểm ảnh với tinh thể Gd2O3: hạt EU cho độ phân giải không gian cao dùng cho cảm biến hình ảnh tia X gián tiếp với độ nhạy cao độ phân giải không gian cao Kết luận Các công nghệ kỹ thuật số khác có sẵn cho thực hành lâm sàng chụp X-quang đơn giản Công nghệ CR DR tạo thành cải tiến đáng kể 41 Digital Radiography dựa phát triển cơng nghệ đầu dị Các đặc tính khả đầu dị kỹ thuật số cụ thể ảnh hưởng đến lựa chọn kĩ thuật chụp ảnh phóng xạ Liều xạ truyền tới bệnh nhân chất lượng chẩn đoán hình ảnh X-quang Mặc dù SF cơng nghệ kỹ thuật số (CR & DR) tồn thời điểm nhiều quốc gia xu hướng tương lai gần dường hướng tới công nghệ kỹ thuật số Tài Liệu Tham Khảo Van˜o E, Ferna´ndez JM, Ten JI, Prieto C, Gonza´lez L, Rodrı ´guez R, de Las Heras H Transition from screen–film to digital radiography: Evolution of patient radiation doses at projection radiography Radiology 2007;243:461–6 Persliden J Digital radiology and the radiological protection of the patient Eur Radiol Syllabus 2004;14:50–8 Pascoal A, Lawinsky CP, Mackenzie A, Tabakov S, Lewis CA Chest radiography: a comparison of image quality and effective dose using four digital systems Radiat Prot Dosimetry 2005;114:273 Busch HP Image quality and dose management for digital radiography—final report In: DIMOND 3rd ed European Commission Available athttp://www.dimond3.org/European (2004) Schaefer-Prokop CM, De Boo DW, Uffmann M, Prokop M DR and CR: recent advances in technology Eur J Radiol 2009;72:194–201 Lanc¸a L, Silva A Digital radiography detectors—a technical overview: Part Radiography 2009;15:58–62 Lanc¸a L, Silva A Digital radiography detectors—a technical overview: Part Radiography 2009;15:134–8 Uffmann M, Schaefer-Prokop C Digital radiography: the balance between image quality and required radiation dose Eur J Radiol 2009;72:202–8 Williams MB, Krupinski EA, Strauss KJ, Breeden 3rd WK, Rzeszotarski MS, Applegate K, Wyatt M, Bjork S, Seibert JA Digital radiography image quality: image acquisition J Am Coll Radiol 2007;4:371–88 42 Digital Radiography 10 Koărner M, Weber CH, Wirth S, Pfeifer KJ, Reiser MF, Treitl M Advances in digital radiography: physical principles and system overview Radiographics 2007;27:675–86 11 Samei E, Seibert JA, Andriole K, Badano A, Crawford J, Reiner B, Flynn MJ, Chang P AAPM/RSNA tutorial on equipment selection: PACS equipment overview Radiographics 2004;24:313–34 12 Sonoda M, Takano M, Miyahara J, Kato H Computed radiography utilizing scanning laser stimulated luminescence Radiology 1983;148:833–8 13 Schaetzing R Computed radiography technology In: Samei E, Flynn MJ, editors Advances in digital radiography: RSNA categorical course in diagnostic radiology physics Oak Brook, IL: Radiological Society of North America; 2003 p 7–21 14 Samei E Performance of digital radiographic detectors: factors affecting sharpness and noise In: Samei E, Flynn MJ, editors Syllabus: advances in digital radiography-categorical course in diagnostic radiology physics Oak Brook, IL: Radiological Society of North America; 2003 p 49– 61 15 Chotas HG, Dobbins III JT, Ravin CE Principles of digital radiography with large-area, electronically readable detectors: a review of the basics Radiology 1999;210:595–9 16 Chotas H, Ravin C Digital chest radiography with a solid-state flat-panel X-ray detector: contrast-detail evaluation with processed images printed on film hard copy Radiology 2001;218:679–82 17 Rowlands J The physics of computed radiography Phys Med Biol 2002;47:R123–66 18 American Association of Physicists in Medicine Acceptance testing and quality control of photostimulable storage phosphor imaging systems In: Report of AAPM Task Group 10 Available athttp://www.aapm.org/pubs/reports/RPT_93.pdf(2006) 19 Kotter E, Langer M Digital radiography with large-area flat-panel detectors Eur Radiol 2002;12:2562–70 20 Culley JD, Powell GF, Gingold EL, Reith K Digital radiography systems: an overview Available athttp://www.hologic.com/oem/pdf/DROverviewR-007_Nov2000.pdf(2000) Radiography Detectors: A Technical Overview 43 Digital Digital Radiography 21 Cha KB, Lee SJ, Muralidharan P, Kim DK, Kim JY, Cho G, Jeon S, Huh Y Novel nanocrystalline Gd2O3(Eu) scintillator screens with a micro-pixel structure for high spatial resolution X-ray imaging Nucl Instrum Meth Phys Res A 2011;652:717–20 22 Cha KB, Kim JY, Cho G, Seo CW, Jeon S, Huh Y Quasi-pixel structured nanocrystalline Gd2O3(Eu) scintillation screens and imaging performance for indirect X-ray imaging sensors Nucl Instrum Meth Phys Res A 2011;648:S12–5 44 ... Radiography chụp X-quang kỹ thuật số sử dụng đầu dò phẳng động cho chiếu (soi) Xquang chụp mạch kỹ thuật số A-Hình 2.1 Lịch sử phát triển X-quang kỹ thuật số Lợi rõ ràng máy dị kỹ thuật số cho phép... X-quang kỹ thuật số làm với số lượng bệnh nhân lớn hơn, tăng hiệu liều, phạm vi hoạt động lớn đầu dò kỹ thuật số giảm tiếp xúc với xạ cho bệnh nhân Tương lai chụp Xquang dùng kỹ thuật số, bác sĩ chụp. .. tin số có chứa thông tin cá nhân bệnh nhân liên kết với hình ảnh Mặc dù in hình ảnh kỹ thuật số phim cứng, cải thiện chụp X-quang kỹ thuật số khơng thấy rõ hồn tồn trừ hình ảnh đọc kỹ thuật số