(TIỂU LUẬN) SEMINAR môn học chủ đề chương 5 PROJECTION RADIOGRAPHY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ - VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN  SEMINAR MÔN HỌC Chủ đề: Chương PROJECTION RADIOGRAPHY SVTH: Hồ Tấn Hiếu Nguyễn Thị Thúy CBHD: TS Trần Nhân Giang Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2020 Tieu luan MỤC LỤC Giới thiệu 2 Thiết bị đo đạc a Ống tia X b Sự thoát hạn chế c Bộ lọc bù chất phản quang d Lưới, Khe hở khơng khí Khe qt 12 e Máy dị hình phim 14 f Bộ tăng cường hình ảnh tia X 15 g Chụp X-quang kĩ thuật số 16 h Chụp nhũ ảnh 19 Hình thành hình ảnh 21 a Phương trình hình ảnh 21 b Hiệu ứng hình học 22 c Hiệu ứng làm mờ 33 d Đặc điểm phim 40 Nhiễu tán xạ 43 a Tỷ lệ tín hiệu noise 44 b Hiệu lượng tử Hiệu thám tử lượng tử .47 c Tán xạ Compton .50 Tieu luan DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Hệ thống chụp X-quang chiếu thơng thường Hình 2: ống tia X .5 Hình 3: Sơ đồ ống tia X Hình 4: Quang phổ tia X rời khỏi ống, lọc thể .6 Hình 5: hạn chế chùm tia khác 10 Hình 6: lọc bù khác 11 Hình 7: Hệ số suy hao tuyến tính xương, cơ, mỡ hai chất tương phản 12 Hình 8: Một lưới tia X điển hình 13 Hình 9: Hình học hình tăng cường 15 Hình 10: Sơ đồ khối tăng cường tia X 16 Hình 11: Băng Cassette chụp X-quang điện toán 18 Hình 12: Hình dạng hệ thống chụp X quang chiếu thơng thường 22 Hình 13: Ảnh hưởng độ xiên kích thước điểm 25 Hình 14: Hình ảnh đồng 27 Hình 15: Độ phóng đại phụ thuộc vào độ sâu vật thể ‘’ stick ‘’ 31 Hình 16: Dựng hình lăng trụ hình chữ nhật 32 Hình 17: Ảnh hưởng nguồn mở rộng (a) Trường nhìn lý tưởng hình chiếu vật thể (có độ phóng đại) (b) Penumbra cạnh trường nhìn nguồn mở rộng (c) Các cạnh đối tượng bị mờ nguồn mở rộng 35 Hình 18: Nguyên lý phóng đại nguồn 36 Hình 19: Một máy dị hình .39 Hình 20: Chức điều chế chuyển đổi điển hình cho máy dị hình 39 Hình 21: Đường cong H&D 43 Hình 22: Các cường độ dị từ đối tượng hình chữ nhật .46 Tieu luan CHƯƠNG 5: CHỤP X-QUANG CHIẾU Giới thiệu Chụp X-quang chiếu gọi chụp X-quang thông thường, đề cập đến phương pháp phổ biến hình ảnh y tế sử dụng tia X Có quy ước X-quang đại diện cho hình chiếu thể tích ba chiều thể lên bề mặt hình ảnh hai chiều Phép chiếu xác định chặt chẽ khoảng thời gian ngắn, mặt khái niệm xạ chiếu đại diện cho truyền chùm tia X qua bệnh nhân có trọng số tích hợp lượng chùm tia tán xạ hấp thụ thể Các hình ảnh X-quang sơ cấp hình hiển thị hai chiều cường độ Rất hữu ích cho hình chiếu tia X bóng đổ thể bán suốt chiếu sáng tia X Có nhiều loại hệ thống chụp X-quang sử dụng phổ biến Về tổng thể, thiết kế hệ thống chúng có yếu tố chung Nhưng có yêu cầu lâm sàng khiến chúng có điểm khác biệt Phần 5.1 có ba ví dụ cho điểm khác biệt Nhìn chung, ưu điểm chụp X-quang chiếu gồm thời gian phơi sáng ngắn (0.1s), tạo hình ảnh có diện tích lớn (14 × 17 in), chi phí thấp, tiếp xúc với xạ thấp (3-4mR cho lần chụp X-quang phổi tương đương với phần trăm liều hàng năm) có độ phân giải khơng gian tuyệt vời Phép chiếu X-quang sử dụng để tầm soát bệnh viêm phổi, bệnh tim, gãy xương, ung thư bệnh mạch máu Điển hình chụp X-quang phổi để kiểm Tieu luan tra hình ảnh thơng thường sử dụng bệnh viện Ngồi ra, hạn chế thiếu độ phân giải sâu - chồng chất bóng từ phía mơ bên đơi làm che chi tiết quan trọng Trong chương 5, mô tả thành phần hệ thống chụp X-quang tiêu chuẩn, phát triển mơ hình tốn học để mơ tả hình thành hình ảnh, mô tả yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh xem xét sơ ứng dụng kĩ thuật đặc biệt cho hệ thống chụp X-quang chiếu Thiết bị đo đạc Sơ đồ hệ thống chụp X-quang chiếu thông tường bieur diễn hình 5.2 Ống tia X tạo xung ngắn tia X khắp thể bệnh nhân Các photon tia X không bị hấp thụ bệnh nhân nằm rải rác bên khu vực máy dị cuối tạo hình ảnh tờ phim điện tử đầu dò a Ống tia X Tia X thường sử dụng chụp X-quang chiếu chụp X-quang cắt lớp vi tính khả xâm nhập tốt vào thể bước sóng chúng đủ nhỏ để có ảnh chụp có độ phân giải cao Tia x tạo từ ống tia X Sử dụng dòng điện từ 3-5 A 6-12 V chạy qua dây vonfam mỏng gọi dây tóc hoạt động cực âm Điện trở làm cho dây tóc nóng lên phóng electron đám mây xung quanh dây tóc thơng qua q trình gọi phát xạ nhiệt Những điện tử có sẵn để chảy phía cực dương mà điện cực dương gắn vào Tạo dòng điện ống (mA) Dòng điện dây tóc điều khiển trực tiếp dịng điện ống Tieu luan Hình 1: Hệ thống chụp X-quang chiếu thơng thường Hình 2: ống tia X Tieu luan Hình 3: Sơ đồ ống tia X Bới dịng điện kiểm sốt nhiệt dây tóc từ xác định số electron bị phóng Bảng điều khiển tia X hiệu chỉnh theo dòng điện ống thường nằm khoảng 50-1200 mA Để tạo tia X từ ống tia X, người ta đặt điện áp cao điện áp ống kVp, cực âm cực dương thời gian ngắn Điện áp ống ( hiệu điện đặt ống) thường tạo cách biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều (DC) kVp hiểu điện áp cực đại áp dụng cho cực dương, giá trị cụ thể cho điện áp ống thường nằm khoảng 30-150 kVp Trong điện áp ống áp dụng, electron bên gần cực âm tăng tốc cực dương Sự tích điện âm Cốc hột tụ giúp đẩy nhanh electron cực dương hình dạng giúp điện tử hội tụ vào tiêu điểm thân đĩa cực dương làm từ molybdenum, trường hợp ống tia X dung để chụp nhũ ảnh Tóm lại, tia X tạo cách đốt nóng dây tóc/ cưc âm, giải phóng electron trình phát xạ nhiệt, gia tốc electron điện cao cho phép chúng va chạm với tiêu điểm mục tiêu/ cực dương Cuối cùng, tia X tạo thơng qua hai q trình cực dương Tieu luan Hình 4: Quang phổ tia X rời khỏi ống, lọc thể Bên cạnh tia X, nhiệt tạo cực dương bắn phá electron Trên thực tế, có 1% lượng tạo thành tia X 99% lại chuyển thành nhiệt Khi dòng điện dây tóc áp dụng, cực dương áp dụng thành chuyển động quay cách áp dụng dòng điện xoay chiều cho nam châm điện stato nằm bên vỏ thủy tinh ống Các roto động cảm ứng kết nối với cực dương bố trí xung quanh ổ trục để cực dương quay tự Xoay cực dương điều cần thiết việc chụp hình X-quang để tránh làm tan chảy cực dương Để trì nguồn điện ống mức mA, hiệu điện ống kVp áp dụng, mạch dây tóc kiểm soát cẩn thận để giữ đám mây electron xung quanh dây tóc Sự tiếp xúc tổng thể sau xác định thời lượng kVp áp dụng, điều khiển mạch hẹn cố định hẹn phơi sáng tự động (AEC) Bộ hẹn cố định thường công tắc chỉnh lưu điều khiển Silicon (SCR) hẹn vi xử lí Thời gian xử lí mạch 0.001s hẹn AEC có độ dày 5mm Buồng ion hóa song song đặt bàn bệnh nhân bang hình phim Một buồng Tieu luan ion hoá đầu dò xạ, tạo dòng điện phân tư bị ion hóa tia X qua buồng Các electron điện tử tự hút vào cực dương Cực âm tương ứng giữ hiệu điện không đổi, điện áp đặt ống sử dụng để kích hoạt SCR - ngắt điện áp ống kết thúc tiếp xúc Tích dịng điện ống thời gian phơi sáng tạo giá trị mAs cho thời gian phơi sáng Bác sĩ X-quang kiểm soát trực tiếp mA mAs Trong hẹn giờ, mAs thiết lập bác sĩ thời gian phơi sáng tự động AEC b Sự thoát hạn chế Bức xạ hãm tạo cực dương khơng hồn tồn vào thể bệnh nhân khơng phải tất vào bệnh nhân Chúng ta bàn luận thay đổi tia X vào thể bệnh nhân Lọc trình hấp thụ tia photon X trước chúng vào thể bệnh nhân Sự hạn chế trình tiếp thu tia X bên ngồi mơi trường Lọc – lượng tối đa tia X xác định hiệu điện ống Ví dụ: lượng ống 100 kVp lượng photon cực đại 100 keV Bởi tia X phát từ ống tia X có phân bố lượng nên nguồn tia X dung y tế có hệ thống nhiều mức lượng Trong thực tế, người ta không mong muốn tia X lượng thấp vào thể Những tia X lượng thấp vào hấp thụ hoàn toàn vào thể bệnh nhân, đóng góp liều khơng mong muốn vào bệnh nhân khơng hữu ích chất lượng hình ảnh Có cách lọc tia X để giảm tia x lượng thấp không mong muốn Đầu tiên, cực dương làm vonfram góp phần hấp thụ tia X lượng thấp trước chúng rời Tieu luan khỏi cực dương Thứ hai, vỏ thủy tinh bao quanh ống tia X chất điện môi dầu bao quanh giúp lọc nhiều tia X lượng thấp Hai cách coi vốn có Thứ ba, cách lọc coi lọc bổ sung, chúng phát sinh từ kim loại đặt chùm tia X bên ống vật liệu phổ biến thường dung nhôm (dày 1-3mm) Đối với hệ thống có lượng cao hơn, người ta thường sử dụng đồng mang lại suy giảm nhiều cho độ dày thực tế Lưu ý, đồng phải theo sau nhôm để làm giảm bớt tia x có lượng keV tạo đồng Ví dụ 5.1: Đối với hệ thống chụp X-quang hoạt động 70kVp, hội đồng Quốc gia Đo lường bảo vệ xạ (NCRP) khuyến nghijmuwcs lọc tối thiểu 2.5mm Al/Eq cổng r tia X Mặc dù việc lọc làm giảm tia X lượng cao tia X lượng thấp Do đói, địi hỏi thời gian phơi sáng lâu dể tiếp xúc với máy dò tia x, liều tống thể cho bệnh nhân giảm xuống Câu hỏi: lượng 80kVp, độ dày đồng cung cấp cho 2.5 Al/Eq bao nhiêu? Trả lời: Hệ số suy giảm khối nhôm 80kVp , μ(Al) = 0.02015 m2/kg × 2, 699 kg/m3 = 54.38 m-1 Ở 80 kVp, μ/ρ = 0.07519 m2/kg, ρ = 8, 960 kg/m3 Vậy, μ(Cu) = 0.07519 m2/kg × 8, 960 kg/m3 = 673.7 m-1 Vì độ suy giảm xác định theo hàm mũ , nên độ suy giảm tia X hệ số mũ nên: 10 Tieu luan cách hiệu nhũ tương phim (xem Phần 5.2.5) Các photon ánh sáng di chuyển (gần đúng) đẳng hướng từ điểm mà tia X bị hấp thụ, thể Hình 5.20 Sau đó, chúng hấp thụ phim vị trí xa đường tia X Sự kết hợp photon ánh sáng phát tạo thành '' điểm '' phim, phản ứng xung hiệu '' xung lực '' tia X Để xấp xỉ tốt, đơn giản (5.28) với tích chập bổ sung với hàm đáp ứng xung hình phim h (x, y), I d ( x , y )= ( ) ( ) cos θ x y x y s , ∗t z , ∗h ( x , y ) 2 m m M M 4πd m (5.29) Thông thường, đáp ứng xung hệ thống máy dị hình đối xứng trịn Chức truyền điều chế (MTF) tách sóng hình điển hình thể Hình 5.21 Sử dụng phốt-pho mỏng giúp hình phim bị nhịe Tuy nhiên, hình mỏng khơng ngăn nhiều tia X, làm giảm hiệu hệ thống máy dò Hiệu suất máy dò η định nghĩa phần tử trung bình photon mà máy dò thu Vonfram canxi thường sử dụng để tăng cường hình có hiệu hợp lý để ngăn chặn photon tia X (η ≈ 0,30) Nhìn chung, hình dày hiệu suất cao độ phân giải Chúng ta thấy Phần 5.4.1 việc trì hiệu suất cao chìa khóa để giữ nhiễu hình ảnh thấp Do đó, hình mỏng mong muốn có độ phân giải tốt, có cân mà cải tiến độ phân giải bù đắp độ nhiễu tăng lên Máy dị kỹ thuật số có chế khác tạo tượng mờ máy dò Giống tượng nhịe hình phim, có hiệu ứng bắt nguồn từ độ dày kính soi (khi sử dụng) Ngồi ra, có hiệu ứng số hệ thống 42 Tieu luan máy dò rời rạc '' thùng '' tích tụ điện tích vùng cụ thể máy dò Theo phép gần đầu tiên, tất hệ thống kỹ thuật số mơ hình hóa mơ hình tích chập (5.29) hệ thống có PSF h (x, y) riêng chúng d Đặc điểm phim Như lưu ý Phần 5.2.7, hệ thống chụp X quang điện toán chụp X quang kỹ thuật số thay phương pháp tiếp cận hình phim thơng thường Mặc dù vậy, điều quan trọng phải hiểu thuật ngữ đặc điểm phim, khái niệm tương tự áp dụng cho CR DR Độ phân giải khơng gian nội phim nhìn chung tốt đáng kể so với độ phân giải hình tăng cường; vậy, hầu hết tình huống, bỏ qua đặc tính tần số khơng gian phim Nếu cần thiết mong muốn, độ phân giải không gian phim mơ hình hóa hàm trải điểm tương tự hàm mờ máy dò trên; hiệu suất tổng thể loạt hệ thống con, mô tả (2.46), (3.29) (3.30) Thay thuộc tính phân giải khơng gian phim, đặc tính biến đổi cường độ phim quan tâm hàng đầu Bởi phim phận phát tia X trực tiếp kém, bỏ qua hình ảnh tạo trực tiếp phim tia X xem xét hình ảnh tạo ánh sáng tạo photpho tiếp giáp với phim Các thông số quan tâm độ tương phản gamma phim, phạm vi động vĩ độ nó; chúng tơi xác định thuật ngữ giây lát Chúng sử dụng nhiều loại phim khác với độ tương phản vĩ độ khác tùy thuộc vào loại kiểm tra X quang mong muốn Những người số bạn nhiếp ảnh gia nghiệp dư có đánh giá thực tế đặc điểm phim 43 Tieu luan Chúng xem xét mối quan hệ lượng ánh sáng chiếu vào phim hình ảnh cuối xem phim phơi sáng, chỉnh sửa đặt nguồn sáng (‘‘ hộp đèn ’’) Các photon ánh sáng phim chụp lại tạo hình ảnh tiềm ẩn (tức khơng nhìn thấy được) Khi phim hình thành, hình ảnh tiềm ẩn tạo phim bị đen Do đó, chúng tơi mơ tả phim chuyển đổi tiếp xúc với ánh sáng mức độ đen phim, đặc trưng mật độ quang học phim Khi phim phát triển xem hộp đèn, phần đen phim hấp thụ nhiều ánh sáng từ hộp, tạo ấn tượng hình ảnh mức xám nhìn mắt Độ truyền quang định nghĩa phần ánh sáng truyền qua phim phơi sáng T= It Ii (5.30) Trong Ii xạ ánh sáng tới I t xạ ánh sáng truyền qua, hai tính đơn vị lượng đơn vị diện tích giây Ví dụ: phần tối phim có độ truyền 0,1, phần suốt có độ truyền 0,9 Độ mờ quang học nghịch đảo độ truyền mật độ quang học xác định logarit chung độ mờ quang học, D= log10 I t Ii (5.31) Chúng ta thấy mật độ quang học đặc trưng cho độ đen phim thang logarit Mật độ quang học khoảng 0,25 – 2,25 sử dụng được, mắt người phân biệt sắc thái xám tốt 1,0