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.

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG -šš&šš - BÁO CÁO MÔN HỌC CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I Tổng quan 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 Mục lục 1.Tóm lược 2.Giới thiệu 3.Tổng quan chụp Xquang tính CR chụp Xquang số DR 4.Computed Radiography 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 Tóm lược Phát triển cơng nghệ dị kỹ thuật số diễn công nghệ kỹ thuật số có sẵn sàng vào thực tiễn Chương dự định cung cấp nhìn tổng quan kỹ thuật chụp Xquang tính (CR) Kỹ thuật chụp Xquang số (DR) Hệ thống CR sử dụng hình ảnh lưu trữ-photpho trình đọc liệu riêng biệt cơng nghệ DR chuyển đổi tia X vào điện tích cách đọc số liệu sử dụng mảng IFT Máy dò kỹ thuật số có nhiều ưu điểm so sánh với máy dị tương tự Các kiến thức cơng nghệ dò kỹ thuật số để sử dụng chụp ảnh X quang tuyến phát triển từ sinh viên chuyên gia X-quang Trong chương nhìn tổng quan hệ thống Xquang kỹ thuật số (CR DR) săn sàng cung cấp cho thực tiễn 2 Giới thiệu Một số hệ thống kỹ thuật số có sẵn cho việc phát triển Xquang chiếu Trong ba thập kỷ qua hệ thống chụp X quang kỹ thuật số thay hệ thống tương tự truyền thống hệ thống phim hình (SF) Việc chuyển đổi từ mơi trường SF vào môi trường kỹ thuật số cần xem trình phức hợp Các yếu tố kỹ thuật liên quan đến thu nhận hình ảnh, quản lý liều lượng 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 cho bệnh nhân tăng 40-103% [1] Khi so sánh với SF, công nghệ kỹ thuật số làm tăng liều xạ cho bệnh nhân phạm vi hoạt động mà họ có Tuy nhiên phạm vi hoạt động hữu ích góp phần cho chất lượng hình ảnh thực tế tốt so sánh với hệ thống SF truyền thống [2] Đây khác biệt quan trọng công nghệ kỹ thuật số tương tự Nguy tiếp xúc q nhiều khơng có ảnh hưởng xấu đến chất lượng hình ảnh diện Hệ thống hình ảnh kỹ thuật số tạo điều kiện mức có ảnh hưởng đến liều lượng chiếu xạ bệnh nhân Tiếp xúc nhiều cung cấp chất lượng hình ảnh tốt gây liều lượng chiếu xạ khơng cần thiết cho bênh nhân Theo Busch [4] lựa chọn kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ, liều lượng xạ cho bệnh nhân, chất lượng chẩn đốn hình ảnh X quang ba khía cạnh cốt lõi trình chụp ảnh nhằm quản lý liều lượng xạ tới bệnh nhân chất lượng hình ảnh.Đây thách thức đối nhân viên Xquang lợi ích thực tế hạn chế cơng nghệ chụp chiếu Xquang phụ thuộc vào lựa chọn nhân viên Xquang để khám cho bệnh nhân đặc biệt Những hiểu biết cơng nghệ dị kỹ thuật số để sử dụng kiểm tra Xquang vậy-một vấn đề phát triển sinh viên chuyên gia X quang Một số đánh giá văn học liên quan đến dò X quang kỹ thuật số có cung cấp số tác giả [5-11] Trong chương này, tổng quan chụp X quang tính (CR) chụp X quang kỹ thuật số (DR) sẵn sàng cung cấp cho thực hành lâm sàng Tổng quan chụp Xquang tính CR chụp Xquang số DR Sự phát triển cơng nghệ dị kỹ thuật số diễn cơng nghệ kỹ thuật số có sẵn đưa vào thực hành lâm sàng Bảng 1.1 cho thấy thời gian biểu cho phát triển công nghệ kỹ thuật số kể từ đầu năm 1980 Bảng 1.1 Lịch trình phát triển công nghệ kỹ thuật số Hệ thống chụp X quang kỹ thuật số sử dụng nguyên tắc việc chuyển đổi lượng X-quang thành tín hiệu số sử dụng quét laser kích thích phát quang (SLSL) phát triển Fuji (Tokyo, Nhật Bản) giới thiệu thị trường đầu năm 1980 [12] Vào năm 1980, hệ thống lưu trữ phosphor trở thành ứng dụng lâm sàng phương pháp tạo ảnh cho tiếp xúc tường chắn bảng Bucky, chụp ảnh lưu trữ Những yêu cầu kỹ thuật chi phí tài cao, kết hợp với chất lượng xử lý hình ảnh hạn chế mà khơng khó khăn cho việc khảo sát thời gian trì hỗn chuyển giao lưu trữ phosphor 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 hệ thống CR đóng vai trị lĩnh vực chụp X quang chiếu kỹ thuật số Sự đổi quan trọng khác phát triển thiết bị dị hình phẳng năm 1995.Dị hình phẳng ban đầu phát triển để tích hợp máy dị thiết bị X-quang, gần chúng sẵn có dị tích hợp làm việc mạng không dây công nghệ không dây Hệ thống kỹ thuật số truyền thống chia thành hai loại định nghĩa rộng [10, 11]: chụp X quang tính chụp X quang kỹ thuật số Mặc dù phân loại thường chấp nhận phân loại khác mô tả [13]: chụp X quang kỹ thuật số trực tiếp gián tiếp công nghệ chụp X quang kỹ thuật số (bao gồm CR) Trong trường hợp việc phân loại máy dò có liên quan với q trình chuyển đổi lượng tia X để tích điện Hình 1.1 cho thấy số sơ đồ bao gồm sơ đồ so sánh phân loại công nghệ kỹ thuật số chụp X quang, q trình chuyển đổi, tính chất dị Hình 1.1 Phân loại cơng nghệ chụp X quang kỹ thuật số Các tùy chọn phân loại khác phân loại theo hội nhập máy dò kỹ thuật số thiết bị X quang: trường hợp lồng ghép thuật ngữ dị tích hợp sử dụng Mặc dù phân loại sử dụng có khác biệt lớn công nghệ kỹ thuật số hệ thống liên quan với phát tia X trình đọc Liên quan đến hệ thống CR họ sử dụng ảnh lưu trữ-phosphor với q trình đọc hình ảnh riêng biệt, có nghĩa q trình chuyển đổi gián tiếp; cơng nghệ DR chuyển đổi tia X thành điện tích trình đọc số liệu trực tiếp sử dụng mảng Tranzito màng mỏng (TFT) Bảng 1.2 Ba thành phần máy dò kỹ thuật số Bảng 1.2 cho thấy khác biệt cơng nghệ dị liên quan đến ba thành phần máy dò kỹ thuật số [14]: yếu tố chụp, yếu tố khớp nối, yếu tố phụ trách đọc Công nghệ CR sử dụng trình chuyển đổi gián tiếp sử dụng kỹ thuật hai giai đoạn Tia X chụp hình lưu trữ-phosphor (SPS) (ví dụ : BaFBr: EU2 +) sau tách sóng quang chụp ánh sáng phát từ SPS chuyển đổi bắt phát quang vào hình ảnh kỹ thuật số tương ứng Máy dị DR sử dụng cách trực tiếp gián tiếp q trình để chuyển đổi X-quang vào điện tích Những phát sử dụng trực tiếp đọc cách mảng TFT trình chuyển đổi chùm tia X-quang Máy dò trực tiếp chuyển đổi Xquang có chất selen vơ định hình (a-Se) –chuyển đổi trực tiếp giai đoạn photon X-quang vào điện tích Hệ thống chuyển đổi gián tiếp sử dụng kỹ thuật hai giai đoạn chuyển đổi Họ có chất nhấp nháy(scintillator), cesium iodide (CSI) chuyển đổi tia X thành ánh sáng nhìn thấy giai đoạn đầu Ánh sáng mà sau chuyển đổi-tại giai đoạn thứ hai thành điện tích cách biến đổi mảng silicon photodiode vô định hình [15] Mặc dù trình phát X-quang kỹ thuật số thiết bị dò đọc cung cấp số lợi so sánh với hệ thống SF Chúng bao gồm dải động rộng, xử lý điều chỉnh hình ảnh, chất lượng hình ảnh tốt hơn, thu nhận hình ảnh nhanh chóng, truy cập hình ảnh địa điểm từ xa [16] Computed Radiography chụp X quang tính cơng nghệ kỹ thuật số có sẵn cho chiếu chụp X quang Cơng nghệ CR có trụ sở SPS ứng dụng lâm sàng Fuji diễn đầu năm 1980 Công nghệ sử dụng máy dò photostimulable thay SF truyền thống băng cát xét Các lưu trữ-phosphor tiếp xúc bên băng cát xét với kích thước tiêu chuẩn cho chụp X quang điển hình khơng có thay đổi máy phát điện ống tia X tường chắn Bucky hệ thống bảng gắn kết cần thiết Công nghệ cho phép CR tia Xquang để có hình ảnh chụp X quang đơn giản hệ thống SF truyền thống Sự khác biệt cách thức hình ảnh tiềm ẩn tạo cách xử lý hình ảnh hồn thành Chu kỳ hình ảnh CR có ba bước [13]: (1) tiếp xúc, (2) đọc ra, (3) xóa Bên băng chụp X quang ảnh (IP) -Hoặc SPS-có lớp tráng thủy tinh photostimulable có sẵn Lớp tráng bao gồm họ phosphor BaFX: EU2 + X halogen Cl, Br, I (hoặc hỗn hợp đơn chúng) [17] Một SPS điển hình lưu trữ hình ảnh tiềm ẩn cho thời gian lâu Tuy nhiên, theo Hiệp hội Các nhà vật lý y học Mỹ [18], khoảng 25% tín hiệu lưu trữ 10 phút sau tiếp xúc, làm lượng thông qua tự phát lân quang Các tinh thể phosphor thường đúc thành thành vật liệu nhựa cách phi cấu trúc (scintillators phi cấu trúc) [10] Khi SPS tiếp xúc với Xquang lượng xạ tới hấp thụ kích thích electron đến lượng cao cấp (Hình 1.2a, b) Những electron kích thích bị mắc kẹt mức lượng không ổn định nguyên tử Việc hấp thụ tia X lượng lưu trữ tinh thể cấu trúc phosphor hình ảnh tiềm ẩn sau tạo lượng cao bang đưa phân bố không gian electron máy dò SP Điều bị mắc kẹt lượng phát hành kích thích ánh sáng lượng bổ sung hợp bước sóng q trình phát quang photostimulated (PSL) (Hình 1.2) [18] Hình 1.2 tiếp xúc SPS PSL; SPS hình lưu trữ-phosphor, PSL photostimulated phát quang Sau tiếp xúc với tia X việc tạo hình ảnh ẩn, SPS quét thiết bị đọc CR riêng biệt Đầu đọc trình mà sau tiếp xúc ảnh cấu thành bước thứ hai chu kỳ hình ảnh CR Khi lớp thám IP quét điểm ảnh pixel với chùm tia laser lượng cao bước sóng cụ thể, lượng lưu trữ đặt miễn phí phát ánh sáng có bước sóng khác từ chùm tia laser [10] Điều kích hoạt q trình PSL dẫn đến phát xạ ánh sáng màu xanh số tiền tỉ lệ với tia X [17] thiết lập giải phóng electron kích thích để mức lượng ánh sang thấp chúng (hình.1.2c, d).Đây thu thập diode tách sóng quang chuyển đổi vào điện tích thiết bị chuyển đổi thành hình ảnh kỹ thuật số tương ứng Hình 1.3 cho thấy trình quét SPS Hình 1.3 Quá trình quét SPS; SPS hình lưu trữ-phosphor Cuối bước thứ ba chu kỳ hình ảnh CR tín hiệu tẩy xố dư Cịn lại electron hình ảnh tiềm ẩn bị mắc kẹt mức lượng cao sau đọc Năng lượng xóa sau q trình đọc số liệu sử dụng cường độ cao nguồn ánh sáng trắng xả bẫy mà không lấy lại electron từ mức lượng mặt đất [18] Digital Radiography Chụp X quang kỹ thuật số hệ thống hình phẳng với chế đọc tích hợp giới thiệu thị trường vào cuối năm 1990 [19] Hệ thống hình phẳng, cịn gọi dị tia X có diện tích lớn, tích hợp lớp tia X nhạy cảm hệ thống đọc điện tử dựa mảng TFT Máy phát sử dụng lớp scintillator hình TFT photodiode nhạy sáng gọi máy dị chuyển đổi gián tiếp TFT Họ sử dụng lớp chất quang tia X nhạy cảm khoản phí TFT thu gọi máy dò chuyển đổi trực tiếp TFT [19] Các tài liệu tham khảo Amor silicon phous (a-Si), sử dụng mảng TFT để ghi lại tín hiệu điện tử, Khơng nên nhầm lẫn với một-Se, vật liệu sử dụng để chụp lượng tia X máy dò kỹ thuật số trực tiếp Cấu trúc hệ thống hình phẳng DR hiển thị hình 1.4 Hình 1.4 cấu trúc hình phẳng Hệ thống đọc điện tử cho phép trình đọc hoạt động, gọi ma trận động, đối lập với hệ thống lưu trữ phosphor, nơi yếu tố đọc hoạt động khơng tích hợp máy dị Tồn q trình đọc nhanh, cho phép phát triển xa máy dò kỹ thuật số thời gian thực X-ray [19] Mảng TFT (Hình 1.5) thường gửi vào chất thủy tinh nhiều lớp, với thiết bị điện tử đọc mức thấp nhất, mảng thu phí mức độ cao Hình 1.5 mảng TFT; TFT transistor màng mỏng Tùy thuộc vào loại máy dò sản xuất, điện cực thu phí yếu tố ánh sáng cảm biến gửi lớp " electronic sandwich " [20] Những lợi thiết kế bao gồm kích thước nhỏ gọn truy cập hình ảnh kỹ thuật số Hiệu suất hệ thống DR vượt xa hiệu suất hệ thống CR, có hiệu suất chuyển đổi 20-35%, hệ thống hình-phim cho chụp X quang ngực, có hiệu suất chuyển đổi danh nghĩa 25% [20] Hệ thống hình phẳng DR khơng dây trở thành thương mại hóa vào năm 2009 hệ thống DR khơng dây dị tích hợp sử dụng để có X quang cách tương tự CR Với máy dị DR khơng dây bắt buộc để sử dụng mạng LAN không dây thông tin liên lạc đơn vị dò DR trạm điều khiển Bằng cách này, X quang thực chuyển giao gần thời gian thực từ cát xét DR để máy trạm Các băng DR bao gồm pin dựng sẵn để cung cấp điện điều cho phép tự chủ cần thiết máy dị để có vài hình chụp X quang chuyển hình chụp X quang thu 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 vật liệu bán dẫn tính chất hấp thụ tia X độ phân giải nội không gian cao [19, 20] Trước hình phẳng tiếp xúc với tia X điện trường áp dụng lớp selen Sau đó, tiếp xúc với tia X tạo electron lỗ trống lớp Se: photon tia X hấp thụ chuyển thành điện tích rút trực tiếp vào điện cực thu phí điện trường Những chi phí tỉ lệ thuận với chùm cố X-ray tạo di chuyển theo chiều dọc để hai bề mặt lớp selen, khơng có nhiều khuếch tán bên Ở lớp một-Se, phí rút để thu phí TFT, nơi chúng lưu trữ đọc Phí thu thập tụ điện lưu trữ khuếch đại định lượng giá trị mã số cho điểm ảnh tương ứng Trong đọc ra, điện tích tụ điện hàng tiến hành bóng bán dẫn để 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 gadolinium oxisulphide (Gd2O2S) máy dò X-ray Các chất nhấp nháy(scintillators) lân quang sử dụng máy dị chuyển đổi gián tiếp cấu trúc khơng có cấu trúc (Hình 2.6) scintillators khơng có cấu trúc phân tán lượng lớn ánh sáng điều làm giảm độ phân giải không gian [14] scintillators có cấu trúc bao gồm tài liệu phosphor cần lelike cấu trúc (kim vng góc với bề mặt hình) Điều làm tăng số lượng tương tác photon X-quang làm giảm tán xạ bên photon ánh sáng [14] Hình 2.6 Sơ đồ scintillator phi cấu trúc (trái) cấu trúc (bên phải) Khi lớp scintillator tiếp xúc với tia X chùm hấp thụ chuyển đổi thành ánh sáng huỳnh quang Ở giai đoạn thứ hai ánh sáng chuyển đổi thành điện phương tiện photodiode mảng a-Si [15] Máy dò chuyển đổi gián tiếp xây dựng cách thêm mạch photodiode a-Si nhấp nháy lớp bánh sandwich TFT Những lớp thay lớp bán dẫn Xray sử dụng thiết bị chuyển đổi trực tiếp [20] Vùng hoạt động máy dị chia thành mảng tích hợp hình ảnh yếu tố-pixel-và phần tử chứa photodiode chuyển đổi hình TFT có sẵn cho q trình đọc Gần phát triển cho hình điểm ảnh nhấp nháy cấu trúc với Gd2O3 nanocrystalline: kích thước hạt Eu cho khơng gian có độ phân giải cao sử dụng máy dị hình ảnh tia X thực cho cảm biến hình ảnh X-quang gián tiếp với độ nhạy cao độ phân giải không gian cao [21, 22] 6 Kết luận Cơng nghệ kỹ thuật số khác biệt có sẵn cho thực hành lâm sàng chụp X quang đơn Công nghệ CR DR tạo thành cải tiến đáng kể dựa phát triển công nghệ dị Các tính chất khả máy dò kỹ thuật số cụ thể ảnh hưởng đến lựa chọn kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ, liều xạ giao cho bệnh nhân, chất lượng chẩn đốn hình ảnh X quang Mặc dù SF công 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 compari son of image quality and effective dose using four digital systems Radiat Prot Dosimetry 2005;114:273–7 Busch HP Image quality and dose management for digital radiography—final report In: DIMOND 3rd ed European Commission Available at http://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 10 Ko ărner M, Weber CH, Wirth S, Pfeifer KJ, Reiser MF, Treitl M Advances in digital radiogra phy: 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 radiographycategorical 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– 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 at http://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 at http://www.hologic.com/oem/pdf/DROverviewR-007_Nov2000.pdf (2000)  ... dò X quang kỹ thuật số có cung cấp số tác giả [5-11] Trong chương này, tổng quan chụp X quang tính (CR) chụp X quang kỹ thuật số (DR) sẵn sàng cung cấp cho thực hành lâm sàng Tổng quan chụp Xquang... 11]: chụp X quang tính chụp X quang kỹ thuật số Mặc dù phân loại thường chấp nhận phân loại khác mô tả [13]: chụp X quang kỹ thuật số trực tiếp gián tiếp công nghệ chụp X quang kỹ thuật số (bao... nghệ dị kỹ thuật số diễn công nghệ kỹ thuật số có sẵn sàng vào thực tiễn Chương dự định cung cấp nhìn tổng quan kỹ thuật chụp Xquang tính (CR) Kỹ thuật chụp Xquang số (DR) Hệ thống CR sử dụng hình