Đang tải... (xem toàn văn)
DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 MỤC LỤC 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 2 CẤU TẠO HỆ THỐNG X QUANG SỐ 2 3 THÀNH PHẦN HỆ THỐNG CẤU TẠO ẢNH 3 3 1 Bầu tăng quang 3 3 2 Ống kính thu nhận ánh sáng 4 3 3 Video Camera 4 4 HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH SỐ 6 4 1 Chuyển đổi tương tự số 7 4 2 Chuyển đổi logarit 8 4 3 Bộ nhớ hình ảnh và tích hợp vòng lặp hồi tiếp 8 4 4 Phép trừ ảnh 9 4 5 Phép trừ tuyến tính 10 4 6 Phép trừ logarit 10 4 7 Hiển thị ảnh và lưu trữ 11 5 NHIỄU TRONG CHỤP XÓA NỀN 11 5 1 Nhiễu hệ.
DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG 2 CẤU TẠO HỆ THỐNG X-QUANG SỐ .2 THÀNH PHẦN HỆ THỐNG CẤU TẠO ẢNH 3.1 Bầu tăng quang 3.2 Ống kính thu nhận ánh sáng 3.3 Video Camera 4 HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH SỐ 4.1 Chuyển đổi tương tự- số 4.2 Chuyển đổi logarit 4.3 Bộ nhớ hình ảnh tích hợp vịng lặp hồi tiếp 4.4 Phép trừ ảnh 4.5 Phép trừ tuyến tính 10 4.6 Phép trừ logarit 10 4.7 Hiển thị ảnh lưu trữ 11 NHIỄU TRONG CHỤP XÓA NỀN 11 5.1 Nhiễu hệ thống trọng chụp mạch xóa 12 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH NHIỄU 17 6.1 Di chuyển điểm sáng: .17 6.2 Vai trò độ mở video camera 17 6.3 Sự tích hợp ảnh 18 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN TRONG DSA .19 DANH MỤC HÌNH ẢNH 22 DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 GIỚI THIỆU CHUNG Trong chương thảo luận kĩ thuật gọi Chụp mạch xóa (DSA) gọi chụp X quang kỹ thuật số, soi huynh quang kỹ thuật số hình ảnh quang điện tử số Chúng ta sử dụng thuật ngữ thay cho kỹ thuật DSA chụp động mạch giwois hạn đề cập đến kỹ thuật làm mờ ảnh, ảnh thu trước sau tương phản dùng cho bệnh nhân cho mục đích nghiên cứu mạch máu Thuật ngữ tổng quát hơn, chụp Xquang kỹ thuật số bao gồm việc sử dụng tất kỹ thuật điện tử, kỹ thuật số ảnh X-quang Theo số tác giả, thuật ngữ bao gồm việc sử dụng X-quang chụp cắt lớp điện toán, chụp X-quang kỹ thuật số chương đề cập đến kĩ thuật àm thiết bị điện tử, kĩ thuật số sử dụng để thu ảnh phẳng khơng phải hình ảnh chụp cắt lớp Ngồi ra, tập chung vào hệ thống sử dụng tăng sáng truyền hình video camera hệ thống cung cấp ví dụ minh họa hữu ích CẤU TẠO HỆ THỐNG X-QUANG SỐ Một sơ đồ cấu tạo hệ thông X-Quang số System Control and Operator Interface đưa hình Tại trung tâm hệ thống Computer Interface hệ thống xử lí ảnh kỹ mà ta thu Digital Image Storage X-Ray Generator từ video camera cung cấp tín hiệu Digital Processing X-Ray Tube and Collimator Image Intensifier Digital-to-Analog Conversion thu thập hình ảnh để kiểm soát liệu từ nguồn Logarithmic LookUp Table Analog Image Storage Optics and Aperture tia X thành hình ảnh xử lí Analog-to-Digital Conversion Image Display Video Camera thới gian cho máy phát tia X hệ thống Analog Processing Sync Stripper Circuit Solid Line Indicates Data Flow Quá trình thu nhận ảnh bắt đầu tín hiệu chuyển tới máy phát tia X điều Timing Signals khiển máy tính, tia X sau qua bệnh nhân đến khuếch đại tín hiệu Hình 1: Thiết kế hệ thống X-Quang số Một ống kính thu nhận ánh sáng, đặt bầu tăng quang video camera, điều khiển lượng ánh sáng vào video camera Sự quản lí điều khiển tỷ lệ tín hiệu- nhiễu hình ảnh thu trình bày sau Video camera nhận hình ảnh photon ánh sáng tự khuếch đại chuyển đổi thành tín hiệu video điện DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 tử, việc xử lí giao cho xử lí hình ảnh theo kĩ thuật tương tự Bộ xử lí hình ảnh số hóa hình ảnh, lưu trữ nhớ, làm cho có sẵn dạng kỹ thuật số cho “phép trừ” với ảnh khác có thời điểm khác lượng khác Các thành phần hệ thống tạo ảnh bao gồm: Thiết bị tạo tia X thiết bị khác thiết bị mang ảnh, khối cao thế, thiết bị định dạng chùm tia X định vị bệnh nhân, thiết bị tạo ảnh, thiết bị rửa phim, hệ thống máy tính liên mạng cảm biến điện tử hệ thống X-Quang số Một thuật tốn thơng dụng sử dụng hệ thống X-Quang số Xóa theo thời gian (Temporal Subtraction) Trong kĩ thuật này, hình ảnh ban đầu thu nhận sau chất cản quang đưa vào thể thông qua đường tĩnh mạch Tiếp theo trình thu nhận ảnh động chất cản quang vào thể đơn vị thời IMAGE BEFORE CONTRAST IMAGE AFTER CONTRAST Head gian cài đặt sẵn Bộ phận xử lý hình ảnh lấy ảnh thu nhận chưa có Carotid arteries Neck chất cản quang làm ảnh (ảnh mask) tiến hành loại trừ ảnh với ảnh thu TEMPORAL SUBTRACTION CONTRAST Carotid Arteries có chất cản quang cấu trúc giải phẫu tĩnh giống ảnh Như mơ hình, ta thấy hình phía bên trái hình SUBTRACTION IMAGE Hình 2: Temporal Subtraction mask, cịn hình bên phải hình thu nhận có chất cản quang đưa vào, ảnh lại kết loại trừ ảnh THÀNH PHẦN HỆ THỐNG CẤU TẠO ẢNH 3.1 Bầu tăng quang Các thuật toán trừ gải định giải phẫu bệnh nhân tương tự giống hệt ảnh mặt nạ ảnh cản quang Các video camera, ống tia X, thành phần khác hệ thống phải đủ ổn định để đảm cân mà cấu trúc giải phẫu trừ cho Để trì tương phản có sẵn ảnh X3 DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 Quang, hình ảnh bị khuếch đại phải có tỷ lệ tương phản cao chuyển đổi tương tự sang số nên cung cấp đủ khơng gian lấy mẫu để bảo tồn độ phân giaiar hình ảnh khuếch đại 3.2 Ống kính thu nhận ánh sáng Hệ thống ống kính thu nhận ánh sáng, tương tự hệ thống ống kính máy chụp hình, đặt phía sau bầu tăng quang để kiểm soát lượng ánh sáng vào video camera cho liều chiếu cụ thể Khi có xạ lớn chiếu đến người bệnh, qua bầu tăng quang lượng ánh sáng lớn, độ lúc điều chỉnh để nhỏ lại Ngược lại liều chiếu đến người bệnh Hình 3: Điều độ sáng cho hình nhỏ độ ống kính lớn hơn, trường hợp nàychỉnh nhiễu lượng tử ảnh không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh thu 3.3 Video Camera Một phận then chốt hệ thống X quang kĩ thuật số nói chung (Video Target) + + + + + + + + Light + DSA nói riêng video camera Nó Cathode có chức tạo tín hiệu điện tử tỉ lệ với số lượng ánh sáng Electron beam is scanned across the video target thu Sơ đồ hệ thống video camera hình Video Amplifier (Measures Video Target Current) Video Signal Output Yếu tố quang hoạt camera mục tiêu video mà thay đổi độ dẫn điện tiếp xúc với ánh sáng Quét chùm tia điện tửu liên tục lên video target, với điện tích bắn đến bia video tạo thành dòng điện, tạo tín Hình 4: Sơ đồ video camera hiệu video Khu vực mà bia tiếp xúc với cường độ ánh sáng lớn tạo độ dẫn điện cao, dẫn đến việc xuất dòng điện lớn Khu vực bia tiếp xúc với cường độ ánh sáng thấp, tạo độ dẫn điện thấp hơn, tạo đoạn video camera nhỏ Các tín hiệu thước đo mức độ ánh sáng cho bia video Các tín hiệu video thu mã hóa ánh sáng thành tín hiệu điện theo thời gian DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 Các bia tạo theo cách sau Trong video camera sử dụng ngành cơng ngiệp truyền hình, chùm tia điện tử quét qua mục tiêu 262 ½ chuyền ngang qua khu vực mục tiêu Kết 262 ½ đường thành hình ảnh bia, gọi trường video Các trường video sản xuất liên tục, trường khoảng 1/60 giây Trong trường tiếp theo, chương trình quét chùm electron dọc theo đường nằm hai dòng trường trước Do đó, trường thứ hai thu lại với dòng xen kẽ trường Hai trường gọi trường chẵn trường lẻ, trường chiếm 1/60 giây Và trường làm cho khung hình có 1/30 giây mà có tất 525 dịng Sử dụng cách qt ngành cơng nghiệp truyền hình chọn để giảm bớt băng thơng q trình truyền liệu, đồng thời tránh nhiễu hình ảnh video xem Tuy nhiên, qt xem kẽ khơng lí tưởng cho chụp X-Quang kĩ thuật số Vấn đề chế độ xen kẽ trường video đọc liên tục Tuy nhiên, hầu hết “bia” có trễ Hình 5: Quét video định tiếp xúc mức độ ánh sáng liên tục, phải vài trường video trước tín hiệu đầu ổn định Vì vậy, hệ thống X-Quang kỹ thuật số, sau tia X-Quang phóng ra, trễ tín hiệu video cho hình ảnh thu giai đoạn đầu khơng ổn định Những trường ban đầu phải bị loại bỏ Mặc dù điều rõ ràng không mong muốn tăng thời gian chiếu xạ với tia X bệnh nhân (Hình 6) Điều phần thực tế phận trường nhận chiếu xạ với tia X nhiều so với phận khác Quét chế độ cấp tiến giải vấn đề với chiếu xạ thừa (Hình 7) Khi chế độ sử dụng, hình ảnh lưu trữ bên bia lúc chiếu xạ tia X hoàn toàn đọc chùm tia X tắt Cách tiếp cận giúp loại bỏ chiếu xạ thừa tia X, cần thiết để đọc mức độ chiếu xạ tia X liên tục xen kẽ Nó làm điều cách khơng trộn trình lưu trữ đọc từ bia video camera DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 Có mặt khác video camera quan trọng hệ thống X-Quang Đầu tiên, kích thước tín hiệu video phải đồng thời tỉ lệ thuận với cường độ tia X chuyển đến đầu vào phosphor bầu tăng quang Thứ hai, video camera phải có độ trễ thấp Điều nghĩa hình ảnh thu thời điểm không tồn bia giai đoạn đưa liệu Điều đặc biết quan với phận di chuyển nhanh tim, chụp kĩ thuật số hệ thống X-Quang Một video camera có đặc điểm tuyến tính tương phản tốt độ trễ thấp bia camera plumbicon có ống kính Vidicon oxit (PbO2) Một lợi ích khác plumbicon camera chúng có độ nhiễu nhỏ so với loại video camera khác, cấp tín hiệu- nhiễu tỷ lệ khoảng 1000:1 cao 2000:1 Wasted X-Ray Exposure HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH SỐ Sơ đồ khối cho xử Continuous XRay Exposures Hình 6: Chiếu xạ xen kẽ Interlaced Video Fields Video lí ảnh kỹ thuật số điển hình thể hình 8, Bộ xử lí ảnh số bao gồm: (1) thu thập số hóa Video Pulsed X-Ray Hình 7: Tiếp xúc với xung Progressive Progressive hình ảnh video, (2) lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số nhó, (3) thực phép tốn số học (phép trừ, phép cộng, phép nhân liên tục) liệu hình ảnh, (4) hiển thị hình ảnh kỹ thuật số trền hình video, (5) lưu trữ liệu hình ảnh phương tiện truyền thơng đĩa quang Bộ xử lí hình ảnh chưa vi xử lí hệ thống điều khiển hoạt động xử lí hình ảnh, máy phát điện X-Quang, thành phần khác phối hợp kiểm soát hoạt động hệ thống hình ảnh kỹ thuật số DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 Hình 8: Hệ thống xử lí ảnh số Hình 9: Thành phần hệ thống DSA 4.1 Chuyển đổi tương tự- số Chúng ta có hình ảnh video analog thu lại hệ thống X-Quang, tăng sáng truyền hình, video camera (Hình 8) Các tín hiệu analog chuyển đến cho phận xử lí để điều chỉnh biên độ mức độ tín hiệu video để đáp ứng thông số kỹ thuật đầu vào chuyển đổi analog-digital Độ rộng bước cảu chuyển đổi analog-digital phải chọn cho để khơng tạo thêm nhiễu Các DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 tín hiệu hình ảnh sau số hóa thường chọn lựa để xấp xỉ độ lệch chuẩn nhiễu điện tử Bời tỉ số tín hiệu- nhiễu hầu hết video camera khoảng 1000:1, tồn phạm vi tín hiệu phải thuộc khoảng 1000 số hóa bước lượng tử hóa tương ứng với chuyển đổi analog-digital với 10 bit ( 1024 bước) để bù đắp nhiều tín hiệu analog Bộ ADC điều khiển việc chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số Các vi xử lí kiểm sốt sử dụng phần mềm để định dạng chuỗi số kỹ thuật số mà chúng sử dụng đến địa điểm ảnh số dử dụng hàng, sơ đồ cột Nhiều hình ảnh thu thập vào ma trận 512x512 pixel số hệ thống sử dụng ma trận 1024x1024 Ma trận hình ảnh kiểm soát tỉ lệ lấy mẫu analog để chuyển đổi kỹ thuật số Ví dụ, 512x512 ma trận hình ảnh sử dụng để số hóa, hình ảnh thu lại khoảng 1/30 giây Khoảng thời gian mẫu chuyển đổi analog-digital 1/30 giây chia 5122 Giai đoạn khoảng 100ns, tương ứng với tần số lấy mẫu khoảng 10MHz Tần số lấy mẫu giới hạn băng thông hệ thống để khoảng 5MHz tiền xử lí analog phải có lọc thơng thấp để tránh sóng cưa hạn chế tần số khơng gian tín hiệu video đến 5MHz ví dụ 4.2 Chuyển đổi logarit Sau số hóa, liệu hình ảnh biến đơi loga, có nghĩa giá trị điểm ảnh thay logarit Sự biến đổi loga cần thiết để loại bỏ cấu trúc giải phẫu tĩnh phép trừ ảnh Sự biến đổi loga thực tín hiệu analog trước số hóa với khuếch đại logarit Tùy nhiên, hầu hết hệ thống hình ảnh thực chuyển đổi loga sau ADC với nhìn lên bảng số với tỷ lệ giá trị cho logarit 4.3 Bộ nhớ hình ảnh tích hợp vòng lặp hồi tiếp Sau chuyển đổi loga số hóa tín hiệu video, hình ảnh lưu trữ nhớ xử lí hình ảnh Mỗi điểm ảnh hình ảnh kĩ thuật số đại diện số kĩ thuật số có tối thiểu 10 bit tương ứng phạm vi số hóa kĩ thuật analog-digital DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Lê Nam Long| 20132366 Thơng thường nhiều hình ảnh thêm vào ( tích hợp) để giảm thiểu nhiễu cải thiện SNR hình ảnh Giá trị trung bình quy định vịng lặp hồi tiếp, hình ảnh lưu trữ trước sở pixel-by-pixel Nếu xử lí có 10 bit chuyển đổi analog-digital, hình ảnh lưu phải có bit có sẵn tương ứng khoảng 16-32 bit điểm ảnh Điều cho phép lấy nhiều ảnh khu vực để tính trung bình thêm vào để làm giảm nhiễu hình ảnh thu Hầu tất xử lí hình ảnh có nhiều nhớ phẳng nhiều ảnh nhớ lưu Yêu cầu hiển nhiên trường hợp chụp động mạch phép trừ ảnh, ảnh mặt nạ thu thập sau trừ ảnh mở nhớ thử hai Trường hợp chuổi hình ảnh thu nhận, tất chúng lưu trữ tron nhớ kỹ thuật số xử lí hình ảnh Tuy nhiên, điều đắt tiền kĩ thuật nhiều khả để trừ hình ảnh Tăng cường tín hiệu tương phản lưu trữ hình ảnh trừ kết hệ thống truyền thông đĩa quang 4.4 Phép trừ ảnh Trong chụp mạch phương pháp xóa DSA thu ảnh Ảnh thứ gọi ảnh mặt nạ, ảnh nhận trước có môi trường tương phản chất cản quang tiêm vào bệnh nhân Ảnh thứ hai ảnh cản quang, ảnh nhận sau có mơi trường tương phản chất cản quang tiêm vào thể để nhận ảnh đạt độ tương phản mạch máu từ ảnh Ảnh mặt nạ ảnh cản quang có mơ hình tốn học thừa nhận bênh nhân có bề dày xt, có hệ số suy giảm µt cường độ photon nguồn I0 trước có mơi trường tương phản chất cản quang tiêm vào thể bệnh nhân Cường độ phooton phát từ bệnh nhân đến khuếch đại ảnh là: (1) Sau thuốc cản quang tiêm vào động mạch Nếu động mạch có bề dày x i (với xi