CHỤP ẢNH XÓA NỀN SỐ (DSA)

CHỤP ẢNH XÓA NỀN SỐ (DSA) Dịch giả Nguyễn Khánh Hà Mssv 20131159 ĐTTT 02 K58 Ngày hoàn thành 7112016 MỤC LỤC 1 Giới thiệu 3 2 Sơ đồ thiết kế của hệ thống DSA 3 3 Hệ thống xử lý ảnh 4 3 1 Bộ tăng sáng 4 3 2 Khẩu độ sáng 5 3 3 Camera 5 4 Xử lý ảnh số 7 4 1 Bộ chuyển đổi ADC 8 4 2 Bộ biến đổi Logarit 9 4 3 Bộ nhớ và vòng phản hồi tích hợp 9 4 4 Trừ ảnh 9 4 5 Trừ tuyến tính 10 4 6 Trừ logarit 10 4 7 Hiển thị hình ảnh và sao lưu dữ liệu 11 5 Nhiễu trong DSA 11 5 1 Nhiễu hệ thống trong DSA 12 6 Phươ.

CHỤP ẢNH XÓA NỀN SỐ (DSA) Dịch giả: Nguyễn Khánh Hà_Mssv: 20131159_ĐTTT 02-K58 Ngày hoàn thành 7/11/2016 MỤC LỤC Giới thiệu Sơ đồ thiết kế hệ thống DSA 3 Hệ thống xử lý ảnh 4 3.1 Bộ tăng sáng 3.2 Khẩu độ sáng 3.3 Camera Xử lý ảnh số 4.1 Bộ chuyển đổi ADC 4.2 Bộ biến đổi Logarit 4.3 Bộ nhớ vòng phản hồi tích hợp 4.4 Trừ ảnh 4.5 Trừ tuyến tính .10 4.6 Trừ logarit .10 4.7 Hiển thị hình ảnh lưu liệu 11 Nhiễu DSA 11 5.1 Nhiễu hệ thống DSA 12 Phương pháp cải thiện nhiễu hệ thống DSA 16 6.1 Loại bỏ điểm sáng 16 6.2 Điều chỉnh độ camera 17 6.3 Tích hợp ảnh 17 Độ phân giải DSA 17 Giới thiệu Chụp mạch xóa số kĩ thuật có liên quan đến ảnh X quang chụp (Radiography), X quang chiếu (Fluoroscopy), ảnh điện tử (Photoelectronic image) Đây kĩ thuật chuyên dùng nghiên cứu mạch máu thể Thơng thường, ảnh phóng xạ số bao gồm chụp cắt lớp, nhiên tập trung vào kĩ thuật tái tạo ảnh số phẳng Hơn nữa, tập trung vào hệ thống sử dụng tăng sáng ảnh hệ thống cung cấp khả minh họa hiệu Sơ đồ thiết kế hệ thống DSA Hình sơ đồ cho hệ thống DSA Tại trung tâm hệ thống hệ thống xử lý ảnh số Tại đây, ảnh từ máy ảnh xử lý đưa tín hiêu thời gian cho nguồn phát tia X hệ thống thu ảnh để điều khiển dòng liệu từ nguồn tia X đến trung tâm xử lý ảnh Quá trình thu ảnh bắt đầu nhận tín hiệu, đưa đến nguồn phát tia X điều khiển máy tính, khởi động q trình phát tia X qua bệnh nhân thu tăng sáng Một độ đặt tăng sáng camera, điều khiển lượng ánh sáng đến camera Nó ảnh hưởng đến tỉ Hình 1: Cấu trúc hệ thống chụp X quang số lệ SNR ảnh thu Một camera thu ảnh từ tăng sáng chuyển đổi sang tín hiệu video đưa vào khối xử lý ảnh dạng tương tự Khối xử lý ảnh chuyển đổi sang dạng số, lưu trữ lại để chuẩn bị trừ với ảnh khác Thành phần hệ thống tạo ảnh ống tia X nguồn phát tia X, tăng sáng, camera cần phải có chất lượng tốt máy X quang thường quy để đảm bảo đồng thành phần tương tự số Thuật tốn thơng dụng sử dụng DSA Hình 2:Trừ ảnh trừ theo thời gian (Hình 2) Trong kỹ thuật này, chuỗi ảnh động thứ bệnh nhân thu độ phơi sáng tối thiểu giây Một loại chất cản quang tiêm vào động mạch tĩnh mạch bệnh nhân Chuỗi ảnh động thứ chụp sau chất cản quang vào khu vực cần chụp mạch Chuỗi ảnh trừ số cho chuỗi ảnh 1, loại trừ cấu trúc giải phẫu giống Việc loại bỏ cấu trúc làm cho mạch máu nhìn rõ kể gần khơng nhìn rõ trước xóa Hệ thống xử lý ảnh 3.1 Bộ tăng sáng Thuật toán trừ giả định cấu trúc giải phẫu bệnh nhân ảnh ảnh cản quang Camera, ống tia X, thành phần khác hệ thống phải cố định để đảm bảo chất lượng cho ảnh Bộ tăng sáng phải có độ tương phản cao chuyển đổi ADC cần có đủ khơng gian lấy mẫu (nhiều bit) để đảm bảo độ phân giải tăng sáng 3.2 Khẩu độ sáng Một độ sáng, giống với loại độ camera ống kính phản xạ, đặt sau đầu phốt tăng sáng để kiểm soát lượng ánh sáng vào camera mức phơi sáng Ví dụ, độ bé độ phơi sáng phải cao để cân mức độ ánh sáng đến camera, giảm ảnh hưởng nhiễu lượng tử cho ảnh có tỉ lệ SNR thấp Ngược lại, ta dùng độ lớn muốn giảm thời gian phơi sáng bệnh nhân mà nhiễu lượng tử ảnh hưởng lớn đến chất lượng thơng tin ảnh Hình 3: Điều chỉnh độ 3.3 Camera Một phận vô quan trọng hệ thống camera Chức camera để thu tín hiệu điện tương tự thơng qua việc phân bố ánh sáng mà camera nhận Sơ đồ nguyên lý camera thể hình Thành phần quang hoạt (photoactive element) camera đối tượng quay, đối tượng có độ dẫn thay đổi chiếu ánh sáng vào Khi quét dòng electron qua dòng nối tiếp đối tượng, số lượng điện tử qua đối tượng Hình 4: Cấu trúc camera tạo nên dòng điện, tạo nên tín hiệu video Khu vực mà đối tượng phơi Hình 5:Qt hỗn hợp sáng có độ dẫn thấp dẫn đến dòng điện tạo thấp Tín hiệu thu mức độ sáng đến với đối tượng thông tin đọc dịng electron qt dọc đối tượng Tín hiệu video tín hiệu thời gian thực mã hóa ảnh chiều đối tượng thành dạng thông tin thời gian Các điểm thời gian ảnh video tương ứng với điểm không gian ảnh X quang Đối tượng quay đọc cách Với camera thông thường sử dụng công nghiệp điện ảnh, dòng electron quét qua đối tượng 262.5 lần, tạo nên ảnh 262.5 dòng đối tượng, gọi trường video (a video field) (Hình 5) Video field tạo 1/60 giây Trong trường tiếp theo, dòng electron quét dọc dòng nằm dòng trường trước Do đó, trường thứ trộn lẫn trường thứ Hình 6: Quét hỗn hợp liên tục Hai trường gọi trường chẵn trường lẻ, với trường quét 1/60 giây, trường tạo nên khung hình 1/30 giây với tổng cộng 525 dịng Cách qt dùng băng thơng Hình 7: Xung chiếu xạ vàđể tia giảm X truyền để tránh tình trạng rung hình video Tuy nhiên, qt hỗn hợp khơng thích hợp cho chụp X quang số Vấn đề việc quét hỗn hợp trường video đọc liên tục Tuy nhiên, hầu hết đối tượng quay có khoảng trễ định nên kể chúng phơi mức sáng không đổi, cần quét vài trường video trước tín hiệu ổn định Do đó, hệ thống X quang chụp số, sau dòng tia X phát ra, trễ tín hiệu video làm ảnh thu giai đoạn đầu không ổn định Các trường thu lúc ban đầu cần loại bỏ, trường rõ ràng làm tăng lượng tia X khơng mong muốn đến bệnh nhân (hình 6) Một phần lý việc có vài phần trường nhận nhiều tia X chiếu tia X vào Chế độ quét cải tiến giải vấn đề với tia thừa (hình 7) Khi chế độ hoạt động, ảnh lưu trữ đối tượng khoảng thời gian ngắn chiếu tia X đọc hoàn toàn mà tia X tắt Nó giúp loại bỏ khoảng chiếu tia X thừa xử dụng tia X liên tục chế độ quét hỗn hợp cách khơng kết hợp q trình lưu trữ đọc từ đối tượng Có vài khía cạnh máy quay quan trọng X quang số là: thứ nhất, kích cỡ tín hiệu video cần phải tỉ lệ với đầu vào phốt tăng sáng Thứ hai, máy quay phải có độ trễ nhỏ, giúp cho ảnh thu thời điểm không kéo dài thời gian đọc Việc đặc biệt quan trọng chụp vật thể chuyển động nhanh, tim Các máy quay có ống làm từ hợp kim pha chì có độ tương phản tốt nhiễu, làm giảm tỉ số nhiễu SNR đến 1000:1 2000:1 Xử lý ảnh số Hình sơ đồ khối cho hệ thống xử lý ảnh số thông thường Các chức hệ thống bao gồm (1) thu chuyển sang số ảnh video, (2) lưu trữ ảnh số, (3) thực phép toán (trừ, cộng nhân với số) ảnh số, (4) hiển thị ảnh lên hình, (5) ghi liệu đĩa ổ cứng Hệ thống xử lý ảnh bao gồm vi xử lý vi điều khiển để thực chức xử lý ảnh, nguồn phát tia X, phận khác Hình 8: Hệ thống xử lý ảnh số Hình 9: Các thành phần hệ thống DSA 4.1 Bộ chuyển đổi ADC Giả thiết ảnh tương tự thu qua hệ thống X quang, tăng sáng camera hình Tín hiệu tương tự tiền xử lý trung tâm xử lý ảnh để điều chỉnh biên độ mức tín hiệu để phù hợp với yêu cầu đầu vào chuyển đổi ADC Độ rộng bước lượng tử lấy mẫu ADC cần chọn cho không làm nhiễu tín hiệu sau số hóa, thông thường chọn xấp xỉ với độ lệch tiêu chuẩn điện cơng nghiệp Vì tỉ lệ nhiễu SNR phần lớn camera 1000:1, nên khoảng tín hiệu cần phải bao quát khoảng 1000 mức lượng tử số hóa, tương ứng với ADC 10 bit (1024 bước lượng tử) để bao quát hết khoảng rộng tín hiệu Bộ chuyển đổi ADC chuyển tín hiệu chuỗi ảnh động tương tự sang chuỗi số có trình tự Một vi xử lý có nhiệm vụ đưa dãy số vào thành ma trận gồm hàng cột Trong đó, khoảng cách cột số lượng cột định tốc độ lấy mẫu ADC Số lượng hàng phụ thuộc số dịng qt khung hình Nhiều ảnh đưa vào ma trận 512x512 pixel nhiều hệ thống sử dụng ma trận 1024x1024 Ma trận ảnh điều khiển tốc độ lấy mẫu ADC Ví dụ, ma trận 512x512 dùng để số hóa ảnh chụp 1/30s, tốc độ lấy mẫu (1/30)/512 Tốc độ lấy mẫu xấp xỉ 100 nano-giây, tương ứng với khoảng 10 MHz Tần số lấy mẫu hạn chế độ rộng băng thông hệ thống xuống khoảng Mhz, cần phải thêm lọc thơng thấp để loại bỏ tín hiệu tương tự tần số lớn 5MHz 4.2 Bộ biến đổi Logarit Sau số hóa, ảnh số logarit hóa, nghĩa điểm ảnh (pixel) thay logarit Biến đổi logarit cần thiết việc loại bỏ thành phần giải phẫu tĩnh trừ ảnh Bộ biến đổi logarit thực với tín hiệu tương tự trước số hóa cách thêm khuếch đại logarit Tuy nhiên, phần lớn hệ thống xử lý ảnh biến đổi logarit sau số hóa, sau số hóa ta có giá trị pixel nên dễ dàng thay giá trị số giá trị logarit tương ứng 4.3 Bộ nhớ vịng phản hồi tích hợp Sau số hóa biến đổi logarit tín hiệu tương tự đầu vào, ảnh lưu trữ nhớ hệ thống xử lý ảnh Mỗi pixel ảnh số biểu diễn số 10 bit tương ứng Thơng thường, có nhiều ảnh tích hợp để giảm nhiễu tăng tỉ lệ SNR ảnh Một hệ thống vịng phản hồi có nhiệm vụ đưa ảnh cộng pixel với pixel vào ảnh cũ lấy trung bình Nếu hệ thống xử lý ảnh có ADC 10 bit, nhớ phải nhiều bit (tương ứng với 16 32 bit) Thơng thường hệ thống xử lý ảnh có nhớ ảnh, điều cần thiết chụp mạch nhớ chứa ảnh nền, nhớ khác chứa ảnh trừ 4.4 Trừ ảnh Trong DSA, ta phải chụp ảnh Ảnh ảnh (mask image), chụp trước tiêm chất cản quang vào bệnh nhân Bức thứ hai ảnh mờ dạng (opacification image), chụp sau tiêm chất cản quang vào bệnh nhân Giả sử bệnh nhân có độ dày x t độ suy giảm tuyến tính µt Trước chất cản quang tiêm vào, cường độ sáng đến tăng sáng là: (1) Sau chất cản quang tiêm vào động mạch Nếu động mạch có độ dày x I (xI < xt) có độ suy giảm tuyến tính µI cường độ sáng đến tăng sáng là: (2) Nếu α tham số chuyển đổi liên quan biên độ tín hiệu với cường độ sáng nhận tăng sáng, tín hiệu ảnh ảnh trừ là: (3) (4) Sử dụng (3) (4) để thể khác trừ không biến đổi logarit (trừ tuyến tính) trừ sau biến đổi logarit (trừ logarit) 4.5 Trừ tuyến tính Một vài kĩ thuật trừ số trước sử dụng thuật toán trừ tuyến tính để tách ảnh Trong đó, ảnh mờ dạng trừ cho ảnh mà không thông qua chuyển đổi logarit Gọi S lin ảnh thu sau trừ, thì: (5) Giả sử với I ốt chất cản quang xI µI