TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I ĐỀ TÀI HỆ THỐNG TẠO ẢNH FLUOROSCOPY Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Sinh viện thực hiện Nguyễn Trần Thuận MSSV 20122525 Lớp KT ĐT TT 03 – K57 Hà Nội, tháng 12017 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3 NỘI DUNG 5 I GIỚI THIỆU 5 II CÁC THIẾT BỊ FLUOROSCOPIC 5 1 Mạch quá trình tạo ảnh fluoroscopic 5 2 Điều khiển chụp tự động 12 3 Sự phóng đại điện tử 13 III SỰ BIỂU DIỄN HÌNH ẢNH VÀ.
GIỚI THIỆU
Fluoroscopy là kỹ thuật sử dụng tia X và thiết bị cảm nhận hình ảnh để quan sát các quá trình và hoạt động của cơ thể trong thời gian thực Hình ảnh fluoroscopic có tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) cao, cho phép đạt được độ phân giải thời gian tốt, đồng thời giúp duy trì lượng phóng xạ cho bệnh nhân ở mức độ an toàn và chấp nhận được.
CÁC THIẾT BỊ FLUOROSCOPIC
Mạch quá trình tạo ảnh fluoroscopic
Hệ thống tạo ảnh fluoroscopic bao gồm một lưới hạn chế sự phân tán, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ảnh Lưới này có chức năng tương tự như trong chụp X-quang, giúp loại bỏ bức xạ phân tán, từ đó nâng cao chất lượng hình ảnh và giảm thiểu tác động tiêu cực của tia X.
Hình 1: Cấu trúc cơ bản của 1 bóng tăng quang (XRII)
XRII chuyển đổi các photon tia X cường độ thấp thành photon cường độ cao thông qua nhiều lớp chuyển đổi và chuỗi điện cực trong ống chân không Tia X xuyên qua bệnh nhân, sử dụng lưới hạn chế phân tán và kim loại hỗ trợ cấu trúc ở đầu vào phosphor Caesium iodide (CsI:T1) là vật liệu phổ biến nhất cho đầu vào phosphor, với cấu trúc hình kim giúp giảm sự trải rộng của ánh sáng Photon ánh sáng này tác động lên quang catot đa kiềm, tạo ra electron qua hiệu ứng quang điện, sau đó các electron này được đẩy về phía anode tích điện dương Chúng được chuyển đổi thành ánh sáng bởi lớp bụi phosphor ZnCdS:Ag và gia tốc đến năng lượng 25 – 30 keV, hội tụ vào anode nhờ chuỗi điện cực Suất kerma không khí tới cho ảnh fluoroscopic với trường thị giác 30 cm nằm trong khoảng 15 – 40 àGy/min (8.8–22 nGy/frame), tùy thuộc vào tốc độ khung hình.
Hỡnh 2: Phần đầu của 1 film CsI:Tl dày ~750 àm
Sự tăng cường hình ảnh tia X diễn ra qua hai cơ chế chính Đầu tiên, hệ số gia tăng điện tử hay tỷ lệ gia tăng thông lượng cho thấy sự gia tăng số lượng electron va chạm vào đầu ra phosphor Hiện tượng này xuất phát từ động năng mà các electron thu được khi được gia tốc giữa photocathode và đầu ra phosphor (anot) Hệ số tăng điện tử đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
1 giá trị đặc trưng khoảng 50.
Hệ số thu nhỏ là một cơ chế quan trọng trong việc tăng cường hình ảnh tia X, được xác định bởi tỷ lệ giữa đường kính các ô vuông của đầu vào và đầu ra phosphor Cụ thể, khi thu nhỏ một ảnh tia X lớn từ đầu vào phosphor 40 cm xuống đầu ra 2.5 cm, hệ số thu nhỏ sẽ được tính bằng 40² / 2.5², tương ứng với giá trị 256 Điều này cho thấy rằng hệ số thu nhỏ sẽ giảm khi hệ số phóng đại điện tử tăng lên.
Hệ số sáng là sản phẩm của hệ số tăng điện tử và hệ số thu nhỏ, đóng vai trò là đơn vị đo lường cho toàn bộ hệ thống Giá trị của hệ số sáng dao động từ 2500 đến 7000, tùy thuộc vào trường thị giác.
Hệ số chuyển đổi là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá đặc tính kỹ thuật của XRII, được định nghĩa là tỷ số giữa độ chói đơn vị (cd/m²) và suất kerma (àGy/s) tại đầu vào phosphor dưới điều kiện chùm tia chuẩn hóa Trong một XRII mới, hệ số chuyển đổi thường dao động từ 9 đến 27 cd.m².àGy⁻¹.s⁻¹ Tuy nhiên, theo thời gian, hệ số này có xu hướng giảm và có thể yêu cầu điều chỉnh lại để duy trì hiệu suất của XRII.
Hình ảnh quang học từ đầu ra của XRII được chuyển đến một bộ phận khác để hiển thị trên màn hình quan sát hoặc để thu thập hình ảnh Trong phiên bản đơn giản nhất, hình ảnh quang học bao gồm ba thành phần chính.
1 thấu kính chuẩn trực có nhiệm vụ định hướng ánh sáng phân kỳ từ đầu ra phân kỳ thành 1 chùm tia gần như song song.
1 khẩu độ giới hạn lượng ánh sáng đi đến 1 camera video (hoặc TV).
1 thấu kính tập trung hình ảnh lên camera video.
Khẩu độ trong nhiếp ảnh có thể là cố định hoặc di chuyển, nhưng thường được điều chỉnh tự động Khi chụp ảnh, việc điều chỉnh khẩu độ bằng cách thay đổi giá trị f sẽ ảnh hưởng đến lượng ánh sáng Cụ thể, giảm 1 chắn sáng f sẽ tăng gấp đôi lượng ánh sáng đi qua, trong khi tăng 1 chắn sáng f sẽ làm giảm một nửa lượng ánh sáng.
Camera video thường được sử dụng để thu hình ảnh từ bộ khuếch đại hình ảnh, chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện tương tự theo định dạng video Ban đầu, camera vidicon sử dụng chùm điện tử quét để dò mục tiêu quang dẫn, với suất điện trở của mục tiêu thay đổi theo lượng ánh sáng, tạo ra ảnh ẩn cho đầu ra phosphor Khi chùm electron quét qua mục tiêu, mật độ của nó được điều chỉnh bởi hình ảnh hiện tại, và dòng điện nhỏ qua mục tiêu được chuyển đổi thành điện áp khuếch đại Tuy nhiên, các camera vidicon đang dần được thay thế bởi camera CCD hiện đại hơn.
Các camera video được lựa chọn dựa trên các đặc điểm như độ trễ và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Camera với SNR thấp có thể làm tăng độ nhiễu trong ảnh fluoroscopic, nhưng việc kết hợp thời gian có thể giảm thiểu tác động này Độ trễ ảnh hưởng đến tốc độ phản hồi của camera với tín hiệu thay đổi; camera có độ trễ cao có thể làm mất một số tín hiệu từ khung hình hiện tại, dẫn đến hình ảnh chuyển động không rõ nét Tuy nhiên, việc điều chỉnh độ trễ có thể có lợi khi đối tượng di chuyển chậm SNR tối ưu đạt được khi camera hoạt động gần ngưỡng tín hiệu tối đa và việc đặt kẽ hở phù hợp là rất quan trọng.
Dạng sóng video từ camera có thể được hiển thị trực tiếp trên màn hình video Tuy nhiên, để số hóa hình ảnh, cần sử dụng bộ chuyển đổi tương tự sang số Mức độ thể hiện hình ảnh số phụ thuộc vào độ sâu số và tốc độ lấy mẫu Để thực hiện các quá trình xử lý hình ảnh nâng cao như lọc đệ quy, hình ảnh cần được lưu trữ trong bộ đệm video.
Camera CCD là một thiết bị bán dẫn với nhiều tế bào quang dẫn, trong đó ánh sáng từ đầu ra phosphor được chuyển đổi thành điện tử qua lớp quang dẫn silicon vô định hình Các điện tử này được lưu trữ trong các giếng thế năng nhờ vào điện áp giữa các cột và hàng của tế bào Trong quá trình chụp ảnh, điện tích tích lũy sẽ được đọc ra thông qua các đồng hồ chuyển đổi, chuyển điện tích từ cột này sang cột khác và từ hàng này sang hàng khác theo kiểu “chuyển giao dây chuyền” Kết quả cuối cùng là tín hiệu tương tự được khuếch đại, tạo ra tín hiệu video hoặc tín hiệu số hóa trực tiếp.
Camera CCD vượt trội hơn camera vidicon nhờ vào việc không có độ trễ và tính năng động cao Nó có khả năng giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng hình ảnh quá sáng, một vấn đề thường gặp khi tín hiệu đầu vào vượt quá dải tần nhạy sáng của camera video Điều này được thực hiện thông qua việc kết hợp các ống dẫn ở mỗi tế bào nối trực tiếp xuống đất, giúp ngăn chặn sự sáng quá mức Sự điều chỉnh này dẫn đến giảm hệ số nạp và cải thiện hiệu quả phát hiện quang học của camera.
Các hệ thống fluoroscopic hiện đại tích hợp thụ quan hình ảnh màn hình phẳng mang lại nhiều lợi thế so với XRII, bao gồm kích thước lớn hơn, giảm độ cồng kềnh, không bị bóp méo hình ảnh và hiệu quả phát hiện quang tử cao hơn ở mức IAKR cao Những thụ quan này cho phép thực hiện các ứng dụng mới như luân chuyển mạch máu và chụp cắt lớp theo tỷ trọng Tuy nhiên, chúng cũng gặp phải vấn đề nhiễu từ các nguồn khác nhau, bao gồm nhiễu đọc, và cần so sánh với XRIIs ở mức IAKR thấp Giá trị IAKR của thụ quan hình ảnh màn hình phẳng trong fluoroscopic với trường thị giác đầy đủ (30x40cm) dao động từ 27 – 50 àGy/min (30–55 nGy/pulse) và có thể thay đổi tùy thuộc vào tốc độ khung hình được chọn.
Sau khi xử lý ảnh, hình ảnh cần được chuyển đổi từ dạng số sang dạng tương tự để hiển thị trên màn hình Tiêu chuẩn TV yêu cầu tối thiểu 525 đường quét video để hiển thị hình ảnh chuyển động Tần số dòng cung cấp là 60Hz, yêu cầu tất cả các đường quét được hiển thị trong 1 vòng nguyên (1/60 giây hoặc 1/30 giây) Tuy nhiên, không thể hiển thị tất cả các dòng quét trong 1 vòng với tốc độ khung hình 60Hz do hạn chế băng thông và rung lắc hình ảnh Do đó, cần quét 2 khung hình hoặc trường video, mỗi khung chứa 261 dòng quét, theo kiểu kết hợp Điều này kết hợp lợi thế của tốc độ khung hình 60Hz và 30Hz, khiến quét xen kẽ trở thành tiêu chuẩn.
TV Việc quét xen kẽ cung cấp 1 tần số làm tươi là 60Hz, trong khi chỉ yêu cầu băng thông của 1 video quét răng cưa tần số 30Hz.
Điều khiển chụp tự động
Hệ thống chụp Xquang hiện đại sử dụng thiết bị điều khiển chụp tự động (AEC) để tự động điều chỉnh các yếu tố kỹ thuật, chủ yếu là mAs, nhằm duy trì cường độ tín hiệu ổn định tại bộ thu nhận hình ảnh Điều này giúp thích ứng với sự khác biệt về độ dày cơ thể bệnh nhân, năng lượng bóng Xquang và khoảng cách phát hiện Tương tự, trong các hệ thống fluoroscopic, AEC điều chỉnh IAKR đến XRII để ngăn ngừa sự biến đổi bất thường trong độ sáng ảnh và tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR), từ đó hỗ trợ quá trình chẩn đoán và điều chỉnh thiết bị hiệu quả hơn.
AEC fluoroscopic sử dụng tín hiệu từ các cảm biến như photodiode, đèn nhân quang điện, camera video hoặc thụ quan hình ảnh màn hình phẳng để điều chỉnh các yếu tố kỹ thuật như điện áp và dòng bóng Các yếu tố này được lựa chọn theo các đường đã định sẵn, được lưu trữ trong máy phát điện, cung cấp nhiều tùy chọn như đường cong tiêu chuẩn, đường chất lượng thấp và đường tương phản cao Sự phức tạp của AEC fluoroscopic gia tăng với các ứng dụng tiên tiến, nơi AEC kiểm soát tất cả các thông số thiết bị bổ sung như độ dài xung, lọc thêm và việc đặt lỗ hổng biến đổi.
Hình 4: Một số đường cong điều khiển điển hình cho các nhiệm vụ tạo ảnh fluoroscopy khác nhau
Sự phóng đại điện tử
Sự phóng đại điện tử sử dụng thấu kính tĩnh điện để thu hẹp hình ảnh fluoroscopic bằng cách chọn một phần nhỏ hơn ở đầu vào phosphor, giúp cải thiện MTF nhưng làm giảm độ thu nhỏ và tăng nhiễu Để khắc phục tình trạng tăng nhiễu trong hình ảnh fluoroscopic phóng đại, các yếu tố kỹ thuật được điều chỉnh nhằm duy trì mức nhiễu quan sát không thay đổi Trong hệ thống XRII, IAKR thường tăng cùng với tỷ số giữa các khu vực của trường thị giác khi hình ảnh được phóng đại, bù đắp cho việc giảm số photon mỗi điểm ảnh và giảm độ chói hình ảnh Các hệ thống đáy màn hình phẳng cũng tăng IAKR khi hình ảnh phóng đại để điều chỉnh theo kích thước ma trận hình ảnh.
SỰ BIỂU DIỄN HÌNH ẢNH VÀ CẤU HÌNH THIẾT BỊ
Độ tương phản
Độ tương phản là yếu tố quan trọng trong tạo ảnh fluoroscopic, đặc biệt khi sử dụng giá trị kV cao để kiểm soát lượng phóng xạ cho bệnh nhân Việc cải thiện độ tương phản có thể đạt được thông qua việc sử dụng các điểm đánh dấu chắn bức xạ trong ống thông và các thiết bị khác, cũng như các tác nhân làm tương phản ngoại sinh Các tác nhân này được lựa chọn dựa trên thuộc tính hóa học, độ độc và đặc tính suy giảm tia X Iodine và barium là hai tác nhân tương phản phổ biến trong fluoroscopy, với K đỉnh lần lượt là 33 keV và 37 keV.
CO2 được sử dụng khi thuốc cản quang có iodine bị cấm dùng khi gây ra dị ứng hoặc làm suy yếu chức năng thận.
Tín hiệu từ thuốc cản quang có iodine phụ thuộc vào phổ tia X sử dụng để tạo ảnh Độ tương phản tối ưu đạt được khi phổ tia X đa năng lượng được tối ưu hóa chủ yếu ở đỉnh K Tuy nhiên, việc sử dụng tia X năng lượng thấp có thể gây ra lượng phóng xạ quá mức cho bệnh nhân, do đó cần lựa chọn kV và lọc phù hợp.
Sự xuất hiện của bóng tia X công suất lớn và máy phát điện công suất cao đã tạo ra nhiều phương pháp khác nhau để tạo hình quang phổ Tạo hình quang phổ chủ yếu liên quan đến việc sử dụng các lọc kim loại nhằm loại bỏ những tia X năng lượng thấp từ một chùm tia X đa năng lượng Một kỹ thuật phổ biến là sử dụng các tấm lọc đồng, giúp giảm thiểu các tia X năng lượng thấp dưới đỉnh K iodine, do đó nâng cao khả năng thâm nhập vào nạn nhân và tạo ra sự tương phản rõ nét hơn trong hình ảnh.
Nhiều tia X năng lượng thấp giúp giảm lượng phóng xạ tiếp xúc với bệnh nhân Việc sử dụng kV nhỏ hơn vẫn đảm bảo lượng phóng xạ tương đương, từ đó cải thiện hiệu quả của thuốc cản quang chứa iodine.
Năng lượng của chùm tia X giảm khi thêm các tấm lọc Cu, trong khi dòng điện của bóng được tăng lên mức cao từ 50-400 mA để duy trì độ rộng xung nhỏ Khi độ dày cơ thể bệnh nhân tăng, việc giảm số lượng tấm lọc Cu là cần thiết để giữ cho độ rộng xung nhỏ và tốc độ nạp cho bóng ổn định, điều này có thể được thực hiện thông qua chương trình AEC.
Hình 5: Tác động của chất cản quang iodine trong tạo hình quang phổ
Nhiễu
Mức độ nhiễu trong ảnh fluoroscopic thường cao do việc sử dụng IAKR nhỏ để duy trì lượng phóng xạ chấp nhận được cho bệnh nhân Các hệ thống fluoroscopic nền tảng XRII có mức nhiễu điện tử thấp, nhưng vẫn bị giới hạn bởi lượng tử ở giá trị IAKR thấp Ngược lại, các hệ thống fluoroscopic sử dụng màn hình phẳng gặp phải mức nhiễu điện tử cao, dẫn đến việc quá trình tạo ảnh bị ảnh hưởng tiêu cực ở các giá trị IAKR thấp Do đó, các hệ thống này cần IAKR cao hơn để đạt được chất lượng hình ảnh tương đương với các hệ thống XRII Ngoài ra, nhận thức của con người cũng ảnh hưởng đến sự xuất hiện của nhiễu ảnh trong fluoroscopy, với việc người quan sát cảm nhận ít nhiễu hơn ở tỷ lệ khung hình cao.
Độ sắc nét xử lý ảnh
Độ sắc nét của hình ảnh fluoroscopic chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như ma trận hiển thị, trường thị giác, ma trận video camera, kích thước tiêu điểm, sự phóng đại hình học, nhiễu hình ảnh và chuyển động Hệ thống fluoroscopic XRII khác với thụ quan hình ảnh film màn hình ở các giá trị độ phân giải giới hạn trong chế độ hoạt động.
Nhiễu hình ảnh ảnh hưởng đến độ sắc nét của hình ảnh, làm mờ và che khuất các chi tiết nhỏ mà có thể nhìn thấy rõ hơn ở độ phân giải cao hơn Sự đảo ngược tín hiệu lớn trong XRII làm giảm độ sắc nét của ảnh fluoroscopic Độ sắc nét của hình ảnh fluoroscopic thu được từ thụ quan màn hình phẳng bị ảnh hưởng bởi ma trận hình ảnh so với ma trận hiển thị và kích thước điểm ảnh của thụ quan, điều này có thể thay đổi khi các điểm ảnh được đặt vào các trường thị giác khác nhau.
Ảnh giả
Ảnh giả trong tạo ảnh fluoroscopic thường xuất hiện do sự bóp méo hình ảnh từ các thành phần trong dây chuyền hình ảnh, đặc biệt là ở XRII, nơi chịu nhiều dạng bóp méo như ánh sáng che phủ, mờ viền, và sự làm nhòe hình ảnh Ánh sáng che phủ tạo ra “sương mù” làm giảm độ tương phản, tương tự như ảnh hưởng của sự phân tán tia X, do các phần tử thông tin trong XRII như điện tử và photon ánh sáng trong cửa sổ thủy tinh phát sinh Để giảm thiểu hiện tượng này, cửa sổ đầu ra XRII dày được sử dụng để tích hợp tạp chất và được phủ bằng vật liệu hấp thụ ánh sáng Trong một số trường hợp, hệ thống ghép quang giữa đầu ra phosphor XRII và camera video có thể được thay thế bằng liên kết sợi quang trực tiếp, giúp giảm ánh sáng che phủ hiệu quả hơn.
Mờ viền là hiện tượng méo quang, gây giảm cường độ ánh sáng hoặc làm tối ở các cạnh của hình ảnh Nguyên nhân có thể do giảm chất lượng camera video và thường xuất hiện ở các thấu kính nhiều phần tử Để giảm thiểu mờ viền, có thể hạn chế kích thước các khe hở.
Sự nhòe hình ảnh xảy ra khi tín hiệu đầu vào của camera video vượt quá ngưỡng cho phép, dẫn đến hiện tượng điện tích lan rộng trong mục tiêu, tạo ra hình ảnh khuếch tán lớn hơn ảnh gốc Để giảm thiểu sự nhòe hình ảnh, có thể sử dụng chuẩn trực chùm tia X chặt và loại bỏ hiện tượng này trong các camera CCD.
Méo dạng gối là hiện tượng khuếch tán hình ảnh fluoroscopic gần các đỉnh, do sự uốn cong ở đầu vào phosphor Hiện tượng này là cần thiết cho quá trình hội tụ điện tử chính xác và cột chống cấu trúc Ngoài ra, méo dạng gối thường xuất hiện nhiều hơn trong các trường thị giác lớn.
Nhiễu S gây ra sự uốn cong cho các đối tượng thông thường do sự gia tốc của các electron trong hệ thống quang điện tử XRII dưới tác động của từ trường ngoài Các nguồn từ trường bao gồm từ trường Trái đất (5 x 10^-5 T) và trường gần các thành phần tạo ảnh cộng hưởng điện từ (0.1 – 0.5 mT), làm cho cấu trúc hỗ trợ trở nên cứng hơn và vững chắc hơn Để giảm thiểu méo S, cần quy hoạch các vị trí thích hợp và bọc XRII trong một kim loại nhạy cảm cao.
Hình 6: Ví dụ về méo: (a) Méo dạng gối (b) Méo S
CÁC CHẾ ĐỘ TẠO ẢNH PHỤ
Tạo ảnh số
Tạo ảnh số là một chế độ hoạt động cho phép ghi lại và lưu trữ hình ảnh chất lượng cao để phân tích Trong chế độ này, lượng bức xạ lên bệnh nhân thường cao hơn một chút so với chế độ fluoroscopic, do đó cần điều chỉnh các IAKR để đảm bảo an toàn Để tránh tình trạng bão hòa ở các hệ thống camera video sử dụng XRII, tín hiệu từ bộ khuếch đại hình ảnh có thể được giảm thông qua các lỗ hổng biến đổi Hình ảnh số có thể được thu thập với tỷ lệ khung hình từ 1 đến 30 frames/s, hoặc dưới dạng ảnh đơn, thường được gọi là hình ảnh “chấm” hoặc hình ảnh 1 lần chụp.
Kỹ thuật chụp xóa nền
Kỹ thuật chụp xóa nền (Digital subtraction angiography - DSA) là phương pháp loại bỏ hình ảnh nền để tăng cường độ tương phản của mạch máu Quá trình này bao gồm việc sử dụng hình ảnh "mặt nạ" chỉ chứa nền kết cấu, từ đó xóa bỏ tác nhân tương phản trong hình ảnh "đầy đủ" Kết quả là hình ảnh cuối cùng cho phép tín hiệu từ các mạch máu nổi bật hơn, không bị ảnh hưởng bởi nền, giúp cải thiện khả năng chẩn đoán và phân tích.
Hình 7: Hình ảnh của động mạch sử dụng DSA
Giống như các tổng tạp âm lượng tử trong phép cầu phương, khi các hình ảnh được tập hợp, mức nhiễu trong hình ảnh trừ được gia tăng gấp 1.4 lần so với mức nhiễu của các hình ảnh cấu thành Sự gia tăng này đòi hỏi DSA cần có độ phơi sáng cao hơn để duy trì mức độ nhiễu tương tự trong ảnh số Tuy nhiên, việc giảm nhiễu kết cấu với DSA có thể bù đắp một phần hoặc toàn bộ sự tăng nhiễu, và các công nghệ tiên tiến như mặt nạ trung bình có thể được áp dụng để giảm yêu cầu phơi sáng trong quá trình tạo ảnh.
Nguồn gốc chính của ảnh giả trong DSA là do chuyển động của bệnh nhân trong quá trình thu thập ảnh mặt nạ và ảnh đầy đủ Những ảnh giả này có thể làm mờ các mạch máu có độ tương phản cao Để giảm thiểu ảnh hưởng của chúng, có thể áp dụng các kỹ thuật xử lý như chuyển điểm ảnh tự động hoặc thủ công, hoặc tạo mặt nạ khác bằng cách chọn một khung hình mặt nạ khác để loại bỏ.
Hình 8: Chuyển động trong DSA
Tạo lộ trình là một phương pháp quan trọng trong việc tạo sơ đồ giải phẫu mạch, giúp điều hướng ống thông qua các mạch máu phức tạp Quá trình này có thể thực hiện đơn giản bằng cách sử dụng hình ảnh mạch máu có độ tương phản cao hoặc phức tạp hơn với sự mờ đục đỉnh điểm từ các hình ảnh trước đó Yêu cầu chính là hình ảnh mạch máu phải phát ra cường độ tối đa và duy trì tín hiệu ổn định, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng từ độ tương phản của ống xả Một cải tiến trong kỹ thuật này là loại bỏ hình ảnh mặt nạ fluoroscopic, giúp giảm lượng phóng xạ so với DSA Hình ảnh lộ trình có thể được hiển thị trực tiếp trên màn hình hoặc phủ lên hình ảnh fluoroscopic, thường là đa mức xám đảo ngược Đối với việc tạo ảnh dòng chảy ngoại vi, các hệ thống chụp X quang mạch hoạt động theo chế độ bước, thu thập hình ảnh tại từng giai đoạn dọc theo cơ thể bệnh nhân, với các hình ảnh chồng lên nhau để đảm bảo độ che phủ Phương pháp này yêu cầu sử dụng bộ lọc bù để cân bằng phóng xạ xung quanh chân bệnh nhân, có thể là bộ lọc bên ngoài hoặc bên trong hệ thống.
Chụp X quang mạch quay tròn là 1 chế độ tạo ảnh phụ được sử dụng nhiều nhất trong ngành X quang mạch, X quang can thiệp và X quang neuron can thiệp Một chuỗi các hình ảnh cơ sở thu được khi 1 C-arm quay xung quanh bệnh nhân 1 phép nội xạ tương phản có thể được thực hiện trong suốt quá trình quét Các hình ảnh cơ sở có thể được xem như 1 vòng phim và thường được sử dụng để tái cấu trúc các hình ảnh CBCT Các hình ảnh có thể được tái cấu trúc theo trục, theo vòng và các mặt phằng đối xứng dọc hoặc trong các mặt phẳng bị uốn cong tùy ý Các hình ảnh chiếu cường độ cực đại có thể được tạo ra để cải thiện sự mô tả độ tương phản iodine trong các mạch nhỏ Một số nhà sản xuất cung cấp khả năng biểu diễn 3-D sử dụng các hình ảnh CT và biểu diễn chụp X quang quay tròn bị trừ đi.
Hình 9: Hình ảnh trục tái tạo từ chụp X quang mạch quay tròn cơ bản
THIẾT KẾ CỤ THỂ ỨNG DỤNG
Các hệ thống fluoroscopy tách biệt
Hệ thống điều khiển fluoroscopy rất phổ biến trong các thủ tục dạ dày-ruột, như kiểm tra nuốt barium và thụt barium, với cấu hình bao gồm bóng tia X trên bàn và bộ phân XRII dưới bàn Hệ thống này có khả năng xoay để thu nhận các phép chiếu khác nhau hoặc phân chia yếu tố tương phản trong một bệnh nhân Nó có thể được điều chỉnh cho các bài kiểm tra ngồi, như nuốt barium Việc tăng khoảng cách từ tiêu điểm đến hình ảnh có thể giảm tỷ lệ động năng giải phóng trong không khí trên bệnh nhân từ 15-20%, mang lại lợi ích về an toàn bức xạ cho đội ngũ kỹ thuật viên Tuy nhiên, phòng fluoroscopy riêng biệt có chi phí cao hơn và không phù hợp cho bệnh nhân trẻ cần giám sát chặt chẽ, do lượng phóng xạ mà họ tiếp xúc có thể cao hơn so với phòng fluoroscopy thông thường.
Hình 11: Hệ thống fluoroscopy: (a) Kiểm tra nằm (b) Kiểm tra ngồi
Chụp X quang mạch và X quang thêm vào
Chụp X quang mạch và chụp X quang thêm vào thường được thực hiện trong dãy phòng chụp tia X với các fluoroscopy C-arm 1 fluoroscopy C-arm bao gồm 1 bóng tia X kết hợp 1 cách máy móc và bộ thụ quan hình ảnh Bóng tia X và bộ thụ quan hình ảnh quay đến cùng 1 điểm được gọi là đẳng tâm, thứ mà giữ ở tâm của trường thị giác khi C-arm được quay Giường thường được làm theo kiểu có tay đỡ cho phép quay C-arm liên tục, thông suốt xung quanh bệnh nhân trong suốt quá trình Dãy phòng chụp thêm vào và chụp mạch được trang bị nhiều máy phát điện động cơ lớn hơn với nhiệt năng tỏa ra cao và nước và dầu làm mát các bóng tia X Thường thì, các bộ lọc hình dạng quang phổ biến đổi thường được chứa trong độ tương phản iodine cực đại hóa trong khi vẫn duy trì lượng phóng xạ lên bệnh nhân ở mức độ chấp nhận được Các kích thước
XRII điển hình cho các phòng thí nghiệm mạch và thêm vào từ 28-40 cm.
Tim
Các phòng tim can thiệp thường sử dụng các fluoroscopy C-arm để giảm thiểu căng thẳng khi đặt vào các góc biến đổi xung quanh bệnh nhân Các hệ thống này có thể là thiết bị mặt đơn hoặc cánh kép, với các hệ thống cánh kép sử dụng 2 C-arm có thể đặt độc lập xung quanh bệnh nhân để thu tín hiệu số đồng thời trong suốt một phép nội xạ tương phản đơn lẻ Điều này đặc biệt quan trọng vì độ tương phản iodine độc hai cho thận và tổng độ tương phản có thể quản lý được bị giới hạn bởi khối lượng cơ thể nạn nhân, đặc biệt là trong các phòng thí nghiệm cho bệnh nhi với khối lượng cơ thể nhỏ và kích thước mạch máu nhỏ đòi hỏi sự cô đặc iodine cho việc tạo hình chấp nhận được.
Các bộ thụ quan được sử dụng trong chụp mạch và chụp can thiệp tim thường có kích thước nhỏ hơn do kích thước của tim Kích thước XRII tiêu chuẩn cho một phòng thí nghiệm tim là 23 cm Một số phòng thí nghiệm chụp tim sử dụng màn hình phẳng tích hợp bộ thụ quan hình ảnh lớn (30x40 cm) cho mặt đầu tiên hoặc mặt A, cho phép thực hiện các chế độ tạo ảnh phụ như tạo ảnh dòng chảy hoặc chụp X quang mạch xoay Mặt bên hoặc mặt B được điều chỉnh kích thước để tạo ảnh tim trung bình.
Chụp tia X thần kinh
Thiết bị chụp tia X thần kinh tương tự như thiết bị chụp tim, khi các điều kiện các trường thị giác tương đồng.
Fluoroscopy di động
Fluoroscopy di động là thiết bị được lắp đặt trên bánh xe, cho phép di chuyển linh hoạt giữa các vị trí Chúng rất hữu ích khi việc lắp đặt cố định không khả thi hoặc khi cần tạo ảnh nhanh chóng trong các phòng liền kề, như phòng điều khiển Fluoroscopy di động thường sử dụng khoảng cách từ tiêu điểm đến hình ảnh ngắn hơn và có trường thị giác nhỏ hơn so với các loại fluoroscope khác.
CHỦ ĐỀ BỔ TRỢ
Thiết bị điểm khu trú
Thiết bị điểm khu trú được sử dụng để thu nhận hình ảnh chụp tia X trong quá trình fluoroscopy Khi fluoroscopy hoạt động, một băng cassette hình ảnh chụp tia X được kéo ra và giữ trong tấm chắn rào lại Khi cần chụp hình, người sử dụng chỉ cần nhấn nút để đưa băng cassette ra trước XRII, sau lưới chống tán xạ Sau khi băng cassette được phơi sáng, nó sẽ được thay thế bằng một băng cassette chưa được phơi sáng và được đặt lại trong tấm chắn cho đến khi cần sử dụng Nhiều thiết bị điểm khu trú cung cấp các tùy chọn khung hình khác nhau, bao gồm hình ảnh đơn kích cỡ đầy đủ hoặc nhiều hình ảnh trên mỗi film Thiết bị điểm khu trú vẫn được ưa chuộng trong các hệ thống fluoroscopy thông thường và hệ thống fluoroscopy tách biệt.
Các chế độ hoạt động
Fluoroscopy liên tục là kiểu cơ bản nhất của tạo ảnh fluoroscopy Chùm tia
X hoạt động liên tục với tốc độ làm mới video khoảng 25 đến 30 khung hình mỗi giây, tương ứng với thời gian tích hợp khung hình khoảng 40 đến 33 ms Điều này có thể gây ra hiện tượng vệt mờ ở các đối tượng chuyển động.
Hầu hết các thiết bị fluoroscopy hiện đại đều hỗ trợ chế độ fluoroscopy dao động, mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với chế độ liên tục khi được sử dụng đúng cách.
Lượng phóng xạ thấp hơn khi tốc độ xung fluoroscopy nhỏ hơn 30 xung được sử dụng.
Chất lượng hình ảnh được nâng cao nhờ vào việc giảm thiểu hiện tượng làm mờ chuyển động, nhờ thời gian tích hợp ngắn hơn Chế độ xung hoạt động như một công cụ “đóng băng” chuyển động của các đối tượng, giúp tạo ra những bức ảnh sắc nét và có chất lượng tốt hơn.
Giảm độ nạp bóng trong các tốc độ xung nhỏ.
Fluoroscopy dao động tạo ra hình ảnh rõ nét, tuy nhiên, việc giảm độ phân giải thời gian ở tốc độ khung hình thấp có thể không phù hợp cho các bộ phận hoặc dụng cụ chuyển động nhanh trong các trường hợp này.
2.2.1 Các bóng tia X quang lưới điều khiển hoặc lưới quay
Fluoroscopy dao động có thể thực hiện thông qua việc vận hành máy móc ở chế độ xung hoặc sử dụng bóng tia X quang lưới điều khiển hoặc lưới quay Việc sử dụng dây cáp điện áp cao dài trong nhiều phòng fluoroscopic dẫn đến điện dung đáng kể, gây ra năng lượng tiếp tục vào bóng tia X ngay cả khi máy phát điện ngắt mạch giữa các xung Điều này không chỉ tạo ra lượng bức xạ không cần thiết cho bệnh nhân mà còn làm tăng sự mờ của các chuyển động Bóng tia X lưới điều khiển sử dụng lưới phân cực gần sợi đèn để ngăn chặn dòng chảy của điện tử từ cathode đến anode, từ đó giảm thiểu sự sản sinh tia X không mong muốn giữa các xung phóng xạ.
2.2.2 Fluoroscopy dao động và hệ thống thị giác con người
Thời gian phản ứng của hệ thống thị giác con người có thời gian tích hợp khoảng 0.1 giây (trên 0.2 giây trong điều kiện ánh sáng thấp), cho phép tích hợp nhiều khung hình fluoroscopy trong một vòng tích hợp Do đó, hình ảnh fluoroscopy sẽ có nhiều nhiễu hơn khi tốc độ xung giảm, mặc dù IAKR mỗi khung hình vẫn giữ nguyên Khi thay đổi tốc độ xung, tổng động năng đầu vào mỗi xung có thể điều chỉnh để giải thích hiện tượng này.
Lọc đệ quy
Hình ảnh fluoroscopy thường bị nhiễu, và việc tăng IAKR để giảm nhiễu có thể dẫn đến việc gia tăng bức xạ cho bệnh nhân Để giảm nhiễu, quá trình tạo ảnh có thể áp dụng phương pháp trung bình hóa các bức ảnh Kỹ thuật lọc thêm trong quá trình tạo ảnh kết hợp các khung hình fluoroscopy gần nhất và một số khung hình trước đó nhằm giảm thiểu nhiễu trong hình ảnh tổng hợp Quá trình lọc đệ quy có thể được diễn tả bằng công thức toán học.
Trong đó wi là hệ số trọng lượng xác định và fi là khung hình thứ i trong bộ đệm video.
Bộ lọc đệ quy là một công cụ quan trọng trong fluoroscopy, giúp giảm nhiễu bằng cách tích hợp thông tin từ nhiều khung hình gần nhau Tuy nhiên, bộ lọc này chỉ hoạt động hiệu quả khi sự thay đổi giữa các khung hình là nhỏ, vì trong các vùng có chuyển động nhanh, nó có thể tạo ra độ trễ nhân tạo không mong muốn Để khắc phục vấn đề này, hầu hết các hệ thống fluoroscopy hiện đại áp dụng các thuật toán phát hiện chuyển động, giúp giám sát sự thay đổi pixel và điều chỉnh cường độ bộ lọc khi cần thiết Việc điều chỉnh này thường làm giảm độ tương phản của hình ảnh fluoroscopy, liên quan đến hệ số trọng lượng và số khung hình được tổng hợp.
XEM XÉT VỀ ĐO LƯỜNG TRONG FLUOROSCOPY
Dụng cụ chỉ thị liều trên da
Dụng cụ chỉ thị đo lường liều trên da có thể được chia thành hai loại: trực tiếp và gián tiếp Dụng cụ chỉ thị trực tiếp, như kết quả vùng động năng và tổng động năng ban đầu (Ka,r tham khảo), cung cấp thông tin ngay lập tức Trong khi đó, các biện pháp gián tiếp sử dụng công nghệ như nhiệt phát quang, phát quang kích thích quang học, hoặc máy dò và phim chụp X-quang bán dẫn và phim radiochromic để xác định liều sau khi chiếu.
Thời gian fluoroscopy thường được sử dụng để đại diện cho lượng phóng xạ mà bệnh nhân nhận được trong quá trình fluoroscopy, vì đây là một chức năng phổ biến của thiết bị Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn chính xác, vì nó bỏ qua những yếu tố khác ảnh hưởng đến lượng phóng xạ, trong đó có việc tạo ảnh số Mặc dù tạo ảnh số là một yếu tố thường gặp, nhưng không phải lúc nào cũng là yếu tố đóng góp lớn nhất cho lượng phóng xạ mà bệnh nhân phải chịu trong các thủ tục fluoroscopy.
Kết quả vùng động năng có thể được đo trực tiếp bằng máy đo chuyên dụng hoặc được tính toán dựa trên các tham số hoạt động đã biết.
KAP là một tham số lý tưởng để ước định rủi ro ngẫu nhiên, nhưng nó có giới hạn trong các ứng dụng như chỉ thị liều trên da Khi kết hợp cẩn thận với các tính toán trực tiếp về liều trên da, KAP có thể được sử dụng để xác định mức kích xung cho các thủ tục riêng biệt, nhằm cảnh báo người điều khiển về những mối nguy hiểm có thể gây hại cho da.
1.3 Tổng động năng điểm tham chiếu
Tổng động năng điểm tham chiếu (Ka,r) hoặc liều tích lũy (CD) là tổng động năng tích lũy tại các điểm tham chiếu riêng biệt (IRP) trong suốt quá trình thủ tục chỉ dẫn fluoroscopy Các điểm tham chiếu riêng biệt này đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và đánh giá liều bức xạ trong các thủ tục y tế.
IRP nằm cách 15 cm từ tiêu điểm đẳng tâm và không thay đổi vị trí khi thay đổi góc C-arm hoặc khoảng cách từ tiêu điểm đến hình ảnh Đại lượng Ka,r là yếu tố chính liên quan đến liều trên da trong các thủ tục fluoroscopy, vì nó bao gồm tất cả các đóng góp đến liều trên da từ cả tạo ảnh số và fluoroscopy.
1.4 Liều trên da cực đại
Liều trên da cực đại (PSD) đề cập đến mức độ phơi nhiễm tối đa tại một vùng da cụ thể của bệnh nhân Tuy nhiên, việc xác định PSD với độ chính xác cao là một thách thức thực tiễn Liều tích lũy thường được tính tại một điểm đơn lẻ mà không xem xét đến bề mặt da của bệnh nhân Ngay cả khi điểm tham chiếu được đặt chính xác, sự tán xạ ngược có thể làm tăng liều cực đại trên da lên tới 30-40% so với mức liều tích lũy yêu cầu.
Hình 12: Sơ đồ của IRP
PSD có thể được đo với độ chính xác khác nhau thông qua các dụng cụ đo Mặc dù các chuỗi TLD và phim thường được sử dụng, nhưng phim radiochromic mang lại sự gần đúng cao nhất trong việc đo lường.
Cuối cùng, cần lưu ý rằng việc sử dụng nhiều góc C-arm có thể dẫn đến việc CD hoặc KAP đánh giá quá cao PSD Khi xem xét một thủ tục với hai góc riêng biệt, chùm tia X không giao nhau được đặt trên da bệnh nhân, nếu thời gian chiếu được chia đều giữa hai vị trí, PSD sẽ được tính là một nửa lượng trên da.
Khi so sánh CD hoặc KAP với PSD, một yếu tố quan trọng cần xem xét là việc sử dụng giường mỏng hơn Định cỡ CD hoặc KAP dựa trên lượng đo trên da sẽ mang lại kết quả với độ chính xác cao nhất.
Việc xem xét an toàn phóng xạ trong việc bảo vệ bệnh nhân
Các thủ tục theo fluoroscopy có thể tạo ra lượng phóng xạ cao cho bệnh nhân và kỹ thuật viên, do đó, an toàn phóng xạ là yếu tố quan trọng trong chương trình tạo ảnh fluoroscopy Kỹ thuật viên thực hiện tốt sẽ giúp giảm thiểu phóng xạ cho bệnh nhân, đồng thời đảm bảo an toàn trong các thủ tục Việc thực hiện tốt bao gồm việc áp dụng các kỹ thuật đã được công nhận để thu được hình ảnh chất lượng cao với lượng phóng xạ tối thiểu Những hành động này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe mà còn nâng cao hiệu quả của quá trình chẩn đoán.
Di chuyển bệnh nhân ra xa khỏi nguồn tia X.
Đặt bộ thụ quan hình ảnh gần với bệnh nhân nhất có thể.
Sử dụng độ phóng đại điện tử nhỏ nhất (FOV lớn nhất) được yêu cầu để thực hiện thủ tục.
Chuẩn trực chùm tia X chặt đến giải phẫu có lợi
Để giảm lượng phóng xạ trên thiết bị fluoroscopy, tất cả các công cụ giảm phóng xạ cần được sử dụng hiệu quả Các nhà sản xuất cung cấp miếng đệm giúp duy trì khoảng cách tối thiểu giữa tiêu điểm và bệnh nhân, nhưng kỹ thuật viên thường thấy chúng bất tiện, dẫn đến việc miếng đệm thường bị bỏ đi Việc loại bỏ miếng đệm có thể làm tăng động năng bề mặt tối đa lên đến 100%, ảnh hưởng tiêu cực đến an toàn của bệnh nhân Ngoài ra, các lưới chống phân tán nên được loại bỏ khi chụp các bệnh nhân nhỏ hoặc các bộ phận cơ thể mỏng.
Hệ thống fluoroscopy hiện đại cung cấp nhiều công cụ giúp giảm liều phóng xạ cho bệnh nhân và kỹ thuật viên Một trong những tính năng quan trọng là khả năng giữ hình ảnh cuối cùng, cho phép bác sĩ xem một bức ảnh tĩnh mà không cần phóng xạ thêm Nhiều hệ thống cũng cho phép kỹ thuật viên lưu trữ hình ảnh cuối cùng lâu dài thay vì chỉ thu thập hình ảnh số Một số hệ thống còn mở rộng khả năng lưu trữ, cho phép lưu giữ cả dãy hình ảnh trước đó, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình chẩn đoán.
Việc xem xét an toàn phóng xạ trong việc bảo vệ kỹ thuật viên
Việc bảo vệ an toàn phóng xạ cho kỹ thuật viên phụ thuộc vào ba yếu tố chính: thời gian, khoảng cách và chắn phóng xạ Trong quá trình fluoroscopy, các kỹ thuật viên và những người khác trong phòng có thể bị phơi nhiễm với bức xạ phân tán, dẫn đến nguy cơ mắc các bệnh ung thư và các tác động tiền định như đục thủy tinh thể.
Khi bóng tia X được kích hoạt, các cá nhân không phận sự cần rời khỏi phòng, trong khi những người ở lại phải mặc quần áo bảo hộ bằng chì hoặc vật liệu không chì phù hợp Việc sử dụng các tấm cản di động có thể giúp giảm lượng phóng xạ cho những người trong phòng trong suốt quá trình thực hiện Ngoài ra, treo các tấm chắn cũng có thể bảo vệ mặt, mắt và cằm của bác sĩ khi họ đứng gần bệnh nhân Lưu ý rằng các trường phóng xạ phân tán mạnh nhất gần tấm chắn vào bệnh nhân; do đó, đứng gần bộ thu hình ảnh sẽ giảm thiểu lượng phóng xạ tiếp xúc.