ĐỀ TÀI: MÁY CHỤP NHŨ ẢNH SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I ĐỀ TÀI MÁY CHỤP NHŨ ẢNH SỐ Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện Đỗ Hữu Dũng MSSV 20130643 Lớp ĐTTT 08 – K58 Hà Nội,1 2017 24 Chú ý bản dịch từ tài liệu “ Digital mammography “ của tác giả Cherie M Kuzmiak , đại học North Carolina , Hoa Kỳ Máy chụp nhũ ảnh số Cherie M Kuzmiak University of North Carolina USA 1 Giới Thiệu Máy mammo số đã làm thay đổi công nghệ chụp.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ************* BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I ĐỀ TÀI: MÁY CHỤP NHŨ ẢNH SỐ Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện: Đỗ Hữu Dũng MSSV: 20130643 Lớp: ĐTTT-08 – K58 Hà Nội,1 - 2017 *Chú ý : dịch từ tài liệu “ Digital mammography “ tác giả Cherie M Kuzmiak , đại học North Carolina , Hoa Kỳ - Máy chụp nhũ ảnh số Cherie M Kuzmiak University of North Carolina USA 1.Giới Thiệu Máy mammo số làm thay đổi công nghệ chụp mô mềm thập kỉ vừa qua.Công nghệ đạt đến độ hoàn thiện sử dụng ngày phổ biến bệnh viện phòng khám toàn giới.Tài liệu bàn thuận lợi bất lợi công nghệ so với máy mammo sử dụng phim.Sự thảo luận dựa sở vật lý máy mammo số công nghệ chẩn đốn sẵn có tại.Ngồi khía cạnh kĩ thuật, tài liệu đưa thử nghiệm lâm sàng hiệu suất công nghệ so với máy mammo sử dụng phim chụp chiếu lẫn chẩn đoán,và đánh giá thuật tốn xử lí ảnh khác mà ứng dụng máy mammo số Cuối cùng, thao tác với máy mammo số thảo luận với định hướng tương lai cho công nghệ Máy mammo số trở thành phần ngày thực hành chẩn đoán lâm sàn nước phát triển.Tuy nhiên , thấy thật thú vị phần lớn các sinh viên nghiên cứu sinh khơng có khái niệm "film" thực hành máy mammo chúng tôi.Họ quen với thời đại công nghệ số,thiết bị điện tử cá nhân mạng xã hội thông qua internet.Đối với hệ , mềm máy tính cách tiếp cận sống ngày Đối với người dành đời để nghiên cứu đánh giá chẩn đoán ung thư vú phụ nữ, tiếp tục trình học tập chuyển tiếp Để hiểu đánh giá cách đầy đủ lợi ích công nghệ , điều quan trọng hiểu nguồn gốc tự nhiên ung thư vú thách thức, thay đổi mà phải đối mặt làm để tiếp tục phát triển Ung thư vú khơng phải bệnh mới.Nó có mặt từ thời cổ đại ghi lại người Ai cập , hy lạp Trung Quốc Nếu người phụ nữ thông báo cho người thầy thuốc địa phương cô ta có cục u xuất vú Việc điều trị bắt đầu việc bỏ bùa mê , niệm bôi loại thuốc mỡ can thiệp dao sắt nung nóng Đối với phụ nữ,việc điều trị ung thư vú tương tự qua nhiều kỉ bệnh hiểm nghèo Năm 1913 , Albert Salomon , bác sĩ phẫu thuật người Đức , đánh giá 3000 mẫu cắt bỏ vú nghiên cứu X quang- mô học so sánh với kết nghiên cứu tia x với vi bệnh lý, kết rõ ràng để đánh giá cơng nghệ X-quang chẩn đốn ung thư vú Trong năm 20 30 kỉ trước, nỗ lực tiến hành chụp X-quang để chẩn đoán bất thường vú thực O.Kleinschmit , W.Vogel,J.Goyanes, Gershon-Cohen ;Tuy nhiên , đến năm 40 , công dụng tia X chẩn đoán vú thực ứng dụng nhiều Kỷ nguyên máy chụp vú bắt đầu năm 1960 kỹ thuật tích hợp thiết bị chuyên dụng ,được phát triển physicist C.Gros(Van Steen & Van Tiggelen,2007) Trong suốt thời gian này, ngành công nghiệp tạo phim phát triển phim chuyên dụng để chụp vú với chất lượng ảnh cao,thông số chụp ảnh đáng tin cậy giảm thiểu liều lượng tia x cho bệnh nhân.Trước đó,một ống tia x thơng thường với cơng nghiệp chụp phim (độ nhạy thấp) với liều phơi nhiễm cho bệnh nhân cao dùng để tạo ảnh vú Trong năm 70 80,máy chụp vú chuyên dụng thiết lập , sản xuất hàng loạt với giá thành phù hợp với đại đa số người dân.Trong nghiên cứu lâm sàng với việc theo dõi bệnh nhân, cho thấy việc chẩn đốn sớm bệnh ung thư vú giảm thiểu tỉ lệ tử vong (18-30%) (Elmore, 2005, Hendrick, 1997; Nystrom ,1993; Strax,1973;Tabar,2011) Ước tính có 1.38 triệu phụ nữ chẩn đốn ung thư vú tồn giới năm 2008.Con số chiếm xấp xỉ 10 phần trăm(10.9%)của tất trường hợp ung thư 23% tất trường hợp ung thư phụ nữ(Ferlay,2010).Tỷ lệ ung thư vú khác tùy vào khu vực.Hiện nay,tỉ lệ cao châu Âu Mỹ thấp nước Châu phi châu Á.Hiện nay,bệnh ung thư vú nguyên nhân gây tử vong thứ hai phụ nữ Mỹ (Trung tâm kiểm soát dịch bệnh ,2010) Anh(Ferlay,2010).Bởi ca tử vong liên quan đến ung thư tỉ lệ gia tăng bệnh giới,Giải pháp cần trọng sử dụng máy chụp vú công cụ để chẩn đoán sớm bệnh 2.NGUYÊN LÝ MÁY MAMMO SỐ 2.1 SO SÁNH HÌNH ẢNH CỦA MÁY CHỤP VÚ SỐ Ảnh chụp vú (SFM) (và tiếp tục sử dụng số quốc gia)là phương thức hình ảnh chuẩn để phát tổn thương nghi ngờ vú phụ nữ chưa có triệu chứng bệnh.Phim phương tiện hữu ích khả quan suốt 50 năm qua.SFM có độ nhạy cao(100%)trong phát tốn thương nghi ngờ vú , phận mà bao gồm chủ yếu mô mỡ (Dujm,1997 ; Saarenmaa, 2000) Tuy nhiên , Điều bị giảm đáng kể trường hợp vú có tuyến vú dày đặc mật độ ảnh khối u thường tương tự với tuyến vú Do , 10-20% trường hợp ung thư vú không phát (Burrell et al.,1996).Cũng vậy,một phần việc giảm tổn thương thấy phim phục vụ phương tiện để thu lại hình ảnh , hiển thị lưu trữ.Sau phim tiếp xúc xử lý,ảnh khơng bị biến đổi đáng kể phần chụp vú hiển thị với tương phản tối ưu.Một phát nhỏ thực với một"hot light" kính lúp.Nhưng khơng phát , bệnh nhân cần phải thực lần chụp khác bị phơi nhiễm liều lượng tia X cao Một hạn chế khác phim vùng khác ảnh vú thể theo đặc tính đáp ứng phim X-quang Có đánh đổi độ tương phản phim phạm vi tạo ảnh hiệu (độ dốc bề ngang) Điều minh họa hình đường cong xichma Hurter and Driffield (H&D) , đồ thị đặc trưng cho loại hệ thống SFM định điều kiện cụ thể Đường cong H&D giải thích mối quan hệ xạ tia X , mật độ ảnh độ tương phản (Feig & Yaffe,1998) Hình 1.Đường cong Hurter and Driffield(H&D) hệ thống SFM Cùng với hạn chế mật độ mô mềm vú, chụp vụ yêu cầu cao độ tương phản.Đặc tính đường cong H&D có nghĩa độ tương phản cao thu mật độ mơ trung bình , độ tương phản thấp trường hợp mô dày hơn.Các mô tuyến vú dày đặc thể chân đường cong mô mỡ thể vai đường cong (Feig & Yaffe,1998) Do đó, máy chụp vú bị giới hạn phạm vi hoạt động Máy mammo số cung cấp nhiều lợi SFM Hệ thống số phân chia việc xử lý chẩn đoán tia từ thị ảnh lưu trữ Vì lưu trữ hiển thị tách , nhiệm vụ tối ưu Dị kỹ thuật số có phạm vi hoạt động lớn (đáp ứng tuyến tính) so với phim mơ tả hình 2.Dị kỹ thuật số hoạt động hiệu với liều lượng tia xạ thấp việc phát mô tả photon tia X so với phim (Pisano,1998;Feig,1996).Thêm vào , Dị kỹ thuật số (thậm chí với khơng gian phân giải thấp phim ) xuất để cải thiện tổn thương trông thấy thông qua việc cải thiện hiệu hấp thụ tia X ,đáp ứng tuyến tính phạm vi cường độ xạ rộng hệ thống nhiễu (Feig&Yaffe,1998).Thêm , phần mềm xử lý sử dụng để hỗ trợ bác sĩ đánh giá trường hợp nghi ngờ việc thay đổi độ tương phản độ sáng tự động tay Cùng với máy mammo số , máy tính hỗ trợ phần mềm chẩn đốn sử dụng nút nhấn thày chờ để số hóa ảnh phim cho trường hợp Với máy mammo số , ảnh xem cứng định dạng mềm Hình H&D đầu dò số so với hệ thống SFM 2.2 THU NHẬN ẢNH Để nhận ảnh X-quang vú , tia x phải tạo từ điểm cực Một lọc kim loại hệ thống loại bỏ chùm tia X có lượng khơng mong muốn trước vào người bệnh nhân.Trong hệ thống SFM , điều khiển tự động phát tia (AEC )sẽ kết thúc phát tia AEC nhận lượng tia X phù hợp tương ứng với độ dốc đường cong H&D đạt giá trị gần tối đa ảnh có độ sáng chấp nhận (Yaffe , Bick&Diekmann,2010).Tuy nhiên , vùng khác vú phơi mức tối thiểu yêu cầu (không tối ưu) - Vùng thiếu sáng Trong hệ thống SFM , hình tăng sáng để chỉnh lượng lượng tia X truyền tới Phim phơi xử lý hóa học để tạo ảnh X-quang có mật độ quang học khác nhau.Phim chụp vú thường phục vụ cho mục đích : thu nhận ảnh , hiển thị lưu trữ Trong máy mammo số , đầu dò thay cho hệ thống chiếu phim Đầu dò chiếu tia X hệ thống SFM Đầu dò tạo tín hiệu tỷ lệ thuận với cường độ photon xuyên qua vú, , thể tốt chuyển đổi tia X tất vùng vú.Không giống SFM quan trọng việc xác định độ tương phản ảnh, mammo số hệ thống AEC có tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) xác đinh trước cà liều lượng tia X hợp lý chiếu tới vú Sau phát tia , dầu dò số tạo tín hiệu điện tử để xử lí số lưu trữ Cùng với máy mammo số, việc xử lý hóa học loại bỏ đầu dị có vai trị thu nhận ảnh Thêm vào đầu dò số loại bỏ sạn phim điều mà gây nhiễu cho hệ thống 2.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ẢNH KỸ THUẬT SỐ Độ phân giải SFM thường dựa độ phân giải giới hạn nhóm cặp đường thẳng từ khn định trước, hình Kiểm tra kiểu chủ quan Do đó, để đánh giá kết độ phân giải cách chất lượng , đánh giá với hàm truyền điều chế (MTF) MTF miêu tả toàn hệ thống hình ảnh thành phần thực dạng sóng hình sin (Bunch,1987;Pisano,2004).MTF mô tả tần số không gian chuyển đổi qua hệ thống tốt MTF hệ thống tổng hợp từ MTF thành phần hệ thống Như thấy tron.ơg hình , tần số khơng gian thấp giá trị MTF gần với giá trị 1.0 tăng tần số khơng gian MTF giảm MTF SFM vượt 20vong/mm kết chủ yếu hình từ phim có MTF cao (Pisano et al.,2004).Trong hệ thống số , MTF dựa đầu nối , vận động bệnh nhân, truyền tuyến hiệu bên đầu dò , lấy mẫu khơng gian Hình 3.Mơ hình cặp đường thẳng /mm xác định độ phân giải không gian SFM Hình 4.Hàm truyền điều chế hệ thống SFM Lấy mẫu không gian đặc trưng máy mammo số ảnh hưởng đến độ phân giải Tín hiệu từ phần tử dị (del) lấy trung bình từ vùng cảm biến kẽ hở (d)Điều dẫn đến sụt giảm MTF đầu dị (Pisano et al.,2004) Kích thước del cung cấp thông tin hiển thị điểm ảnh.Dels có giá trị khoảng ~44 đến 100 um Dels lấy trung bình khoảng cách tâm độ nghiêng(p) , hình Nếu độ nghiêng lớn , thông tin bị trình xử lý mẫu Hình 5.Ví dụ đầu dò với phần tử dò (d) chứa phần cảm ứng gọi độ 2.4 LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ TIA X Việc phân chia linh hoạt kỹ thuật số cho phép giảm liều lượng tia X so với SFM Một số yếu tố việc giảm liều lượng xạ tia Đầu tiên , độ sáng ảnh (hiển thị) phụ thuộc vào việc thu nhận ảnh Vì độ sáng khơng phụ thuộc vào lượng tia X chiếu đến cần thiết để tạo ảnh ,nó cho phép người sử dụng xác định liều lượng tia X lựa chọn Thứ , đầu thu số có hiệu ứng lượng tử cao với độ nhiễu tín hiệu thấp so với cảm biến ảnh SFM (Pisano et al., 2004).Kết , Nhiều tia X xuyên qua sử dụng máy mammo số , liều lượng đến bệnh nhân thấp Hiện số hệ thống máy mammo số có liều lượng tia X giảm 25-30% so với SFM (Heddson,2007; Hendrick, 2010; Yaffe, in Bick & Diekmann, 2010) 3.ĐẦU THU MAMMO SỐ Đầu thu thành phần cốt yếu hệ thống mammo số Nó tạo tín hiệu điện đặc trưng cho tín hiệu X-quang truyền qua vú Một cách tối ưu ,một đầu thu nên bao gồm toàn phổ cường độ tia X chuyển đổi từ vùng khác vú không bị mát thông tin.Bên cạnh việc đầu thu tương tác với tia X truyền qua vú hấp thụ lượng tia X , thường có chức quan trọng khác Những chức khác bao gồm : truyền hấp phụ lượng tín hiệu sử dụng ( lượng ánh sáng điện tích) , thu thập tín hiệu , chuyển đổi cần thiết (đầu thu phosphor) , đầu điện sạc, biên độ cuối số hóa thông tin (Pisano et al.,2004;Yaffe,in Bick & Diekmann, 2010).Để cung cấp chất lượng ảnh cao, tất bước cần tối ưu Như hệ quả, đầu thu đặc trưng hiệu ứng lượng tử, cảm biến , độ phân giải không gian, độ nhiễu , phạm vi hoạt động hồi đáp tuyến tính 3.1 HIỆU ỨNG LƯỢNG TỬ VÀ NHIỄU Hiệu tương tác lượng tử mô tả lượng tia X phát đâu thu tương tác với để tạo tín hiệu Hiệu tương tác lượng tử đầu thu tăng lên việc tăng độ dày đầu thu Tuy nhiên , bị giảm sử dụng lượng cao hoen điều làm giảm hệ số suy giảm tia X (Pisano et al., 2004).Một ngoại lệ lượng tia X vượt bên hấp thụ vật liệu thu, chẳng hạn CsI.Thus, hiệu phát lượng tử ảnh hưởng đến độ nhạy đầu thu.Độ nhạy dựa lượng lượng tia X yêu cầu để tạo điện tử lượng tử ánh sáng để đo lường , hiệu tín hiệu thu nhận việc đo lường lượng điện cung tạo (Yaffe, in Bick & Diekmann, 2010) Nhiễu lượng tử ( vết chấm) hệ biến động ngẫu nhiên chùm tia X Nó phụ thuộc mật độ thành phần vú Nhiễu lượng tử mơ tả thống kê phân phối Poisson (Pisano et al., 2004).Để giảm nhiễu lượng tử ảnh ( tăng SNR) , lượng tia X hấp phụ đầu thu phải tăng lên Nó thực việc sử dụng đầu thu có hiệu phát lượng tử tốt tăng dòng phát tia (mAs) Một nguồn khác biến động nhiễu làm giảm chất lượng ảnh cấu trúc nhiễu Cùng với sử dụng đầu thu , máy mammo số giới hạn cấu trúc nhiễu hạt phim ( cấu trúc ngẫu nhiên hạt Bạc Halogen)(Bunch, in Van Metter & Beutel, 1997).Tuy nhiên , máy mammo số có số khác biệt cấu trúc đầu thu liên quan đến biến đổi khơng gian đầu thu Bởi khác biệt khơng thay đổi qua thời gian , chúng thể cho nhiễu truyền thống.Trong mammo số điều thường ám " fixed pattern noise " "structural noise ".Thông qua việc hiệu chỉnh hình ảnh với trường phẳng loại bỏ hình 3.2.HỆ THỐNG ĐẦU THU Có hai loại hệ thống mammo số tạo ảnh Một loại sử dụng đầu thu fullfield để tạo ảnh, hình 7.Đầu thu hệ thống tĩnh hệ thống dùng lưới để loại bỏ tia X tán xạ, cách làm tăng SNR Loại thứ thiết bị scanned-slot (khe quét) sử dụng đầu thu hình chữ nhật , hình Đầu thu loại quét/di chuyển qua phần vú đồng thời chuẩn trực chùm tia X di chuyển suốt trình tạo ảnh đầu thu chùm tia X di chuyển đồng Tấm lưới khơng cần thiết có tia tán xạ chùm tia X hẹp Cho dù loại hệ thống nào, điều quan trọng hệ thống chụp gần ngực tốt hệ thống thực với ngực có kích thước khác 10 Hình 17 Ảnh hưởng điện tử hệ thống CR dẫn đến đường ảnh ảo zigzag Hình 18 Xử lý ảnh ảo làm rõ cạnh mô vú màu trắng vùng mỡ màu đen 22 Hình 19 Ảnh ảo tóc , vật màu trắng thể cho tóc bệnh nhân xem chiếu qua phần vú CÁC THỬ NGHIỆM LÂM SÀNG 4.1 HOA KÌ ong năm 1996 Hoa Kỳ ,Cơ qua lương thực dược phẩm liên bang ( FDA ) công bố Information for Manufacturers Seeking Marketing Clearance of Digital Mammography Systems ( thông tin cho nhà sản xuất tìm kiếm tiếp thị cho máy mammo số)(Food and Drug Administration, 1996; Pisano, 2004).Đối với nhà sản xuất thiết bị mammo số cần tìm kiếm FDA-chấp thuận thơng qua 510(k) phê chuẩn trước bán (????),văn yêu cầu nhà sản xuất chứng minh qua thiết kế thử nghiệm lâm sàng thiết bị mammo số tương đương SFM Tuy nhiên , khơng phải khơng có thách thức.Những hướng dẫn ban đầu FDA yêu cầu nhà sản xuất chứng minh đồng thuận cao người sử dụng với FFDM đạt người sử dụng SFM SFM so sánh với mammo số (Beam, 1996; Elmore, 1992; Howard, 1993).Khơng có u cầu nhà sản xuất xác định thật xuất hay không tế bào ung thư vú , cách giải thích tuyến vú tương đối 23 Sau ban tư vấn họp để thảo luận hướng dẫn thiếu sót , FDA phát hành hướng dẫn sửa đổi vào ngày 8-1-1999 Những hướng dẫn yêu cầu thử nghiệm chấp nhận dựa thật trạng thái ung thư vú Do , độ nhạy đặc hiệu đo thống kê đặc trưng hệ điều hành nhận ảnh (ROC) sử dụng với mục đích nghiên cứu để chứng minh khác biệt vùng vòng ROC phim số không lớn 0.1 (Pisano et al., 2004).Điều tiêu chuẩn FDA việc chứng minh tương đương đáng kể hai công nghệ Một vài nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng nhỏ so sánh máy mammo số với SFM công bố Mỹ , chúng chứng minh kết đầy hứa hẹn cho máy mammo số (Cole, 2001; Hendrick 2001; Pisano, 2004) Một cơng bố thử nghiệm lâm sàng thử nghiệm ColoradoMassachusetts Screening (Lewin et al., 2001, 2002) Mục tiêu hai trang nghiên cứu so sánh máy mammo số toàn trường (FFDM) SFM cho chuẩn đoán phát ung thư vú số lượng dân số sàng lọc Thiết kế nghiên cứu đơn giản Tất phụ nữ 40 tuổi chụp vú hai hệ thống SFM FFDM Một hệ thống FFDM nguyên mẫu sản xuất GE Medical (Milwaukee, WI) với đầu thu Silic vơ định hình kích thước 18x23cm với tinh thể CsI đơn vị SFM thương mại (DMR: General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI) sử dụng để tạo ảnh Một trạm hiển thị phần mềm nguyên mẫu sử dụng Kết cuối Lewin et al công bố năm 2002 (Lewin et al., 2002) Toàn 6,736 cặp ví dụ thực 4,521 phụ nữ khoảng thời gian 30 tháng Trong bệnh nhân , 2,028 người chuẩn đoán 1,467 nghiên cứu với phim , số cách thức tạo ảnh Tỉ lệ chuẩn đoán ung thư khơng có ý nghĩa thống kê(p>0.1).Sự khác biệt ROC máy số (0.74) SFM (0.80) ý nghĩa (p>0.1) FFDM thu hồi SFM (p