Lời nói đầu Ngày mà kinh tế đà phát triển, trình độ nhận thức ngời đợc nâng cao nhu cầu chăm sóc bảo vệ sức khoẻ ngày đợc quan tâm Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, giới nói chung nớc ta nói riêng lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe ngời đợc đầu t quan tâm cách thích đáng Một phận nhỏ đợc ứng dụng vào y tế hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh Hệ thống đợc dần trang bị cho bệnh viện nhằm phục vụ nhu cầu khám chữa bệnh Các thiết bị ngày hoàn thiện tính tiện dụng Một thiết bị máy chụp cắt lớp điện toán (CLĐT) Đây coi thiết bị đại hệ thống thiết bị chuẩn đoán hình ảnh nớc ta Với hệ thống chụp CLĐT hình ảnh vùng thăm khám đợc thể rõ nét hơn, tạo đợc lớp cắt thể giúp cho bác sỹ đễ dàng chẩn đoán Với ứng dụng thiết thực hệ thống máy CT em đà đợc chọn đề tài tìm hiểu Nguyên lý tái tạo ảnh máy CT Đây phần quan trọng việc tạo hình ảnh lớp cắt thể bệnh nhân Do việc tìm hiểu chế hoạt động phần thiết thực bổ ích Tuy nhiên trình độ kiến thức thời gian hạn chế tiểu luận nhiều hạn chế thiếu sót mong đợc góp ý thầy cô giáo bạn Phần A Tổng quan máy chụp cắt lớp điện toán X ray computed tomography I Giới thiệu: + CT phơng pháp chụp quang tuyến X đặc biệt, khác chất với phơng pháp chụp X quang cắt lớp cổ điển ( phơng pháp dựa phơng thức làm mờ vùng cần quan tâm ) Thực chất không cần thiết phải dùng máy tính để thực phơng pháp chụp này, nhng với việc ứng dụng máy tính để tạo ảnh đà chứng tỏ có hiệu + Trong phơng pháp chụp X quang cổ điển hình ảnh đối tợng đợc ghi phim dới dạng ảnh bóng mờ hai chiều Hình ảnh tạo theo kiểu chụp hình ảnh xếp chồng nhiều đối tợng khác đờng truyền tia X Do việc chuẩn đoán dựa vào phim phần bị hạn chế + Nhằm khắc phục nhợc điểm đó, CT tạo ảnh thay thay cho ảnh xếp chồng xử lí thông tin lớp cắt cần quan tâm Nh CT chi tiết đối tợng tơng ứng cách xác với chi tiết ảnh mà không liên quan dến phần tử đối tợng nằm cận kề đờng chiếu chùm tia X Đây điểm cốt lõi chứng minh tính hiệu cao phơng pháp này: CT tạo ảnh mô mềm với độ tơng phản cực cao mà phơng pháp cổ điển thực đợc + Đặc biệt kỹ thuật CT giúp tạo ảnh hình dạng thực quan bị tổn thơng, phơng pháp cổ điển tạo ảnh thông qua thông tin gián tiếp thông qua dịch chuyển mạch máu, CT nhiều trờng hợp đà cung cấp nhiều dẫn xác chụp mạch II Một số khái niệm bản: a Nguyên lý sở: + Để tạo đợc ảnh lớp cắt cần quan tâm thể cần phải tính đợc độ suy giảm tia X qua lớp cắt nhiều hớng nhờ hệ thống bóng X quang phát ( cảm biến) Một dạng hệ thống đơn giản sử dụng chùm tia có bề dày cỡ bút chì xuyên qua lớp cắt để đo độ suy giảm Để xác định độ suy giảm, trớc hết dịch chuyển hệ thống đo theo hớng vuông góc với chùm tia song song với mặt phẳng chứa lớp cắt, dịch chuyển trải qua toàn tiết diện lớp cắt + Đồng thời khoảng định dịch chuyển , cờng độ xạ tia X cảm biến đợc ghi lại Nh sau đà dịch chuyển toàn lớp cắt sễ ghi đợc tập hợp số liệu đo tơng øng víi mét tiÕt diƯn chÐo vµ tËp sè liƯu gọi phép chiếu Hình 1: Mô hệ thống CT đơn giản + Trái ngợc với kỹ thuật chụp X quang cổ điển, để tạo đợc ảnh kỹ thuật CT cần có nhiều phép chiếu Những phép chiếu đợc tạo cách quay hƯ thèng ®o mét gãc nhá cì 1o chng quanh trục vuông góc với mặt phẳng chứa lớp cắt, sau lần thực phép chiếu, thực phÐp chiÕu theo tr×nh tù nh tríc cho tíi hệ thống đo dịch chuyển góc quay 180o + Trong trình đo, số đo nh đợc mà hoá theo dạng thích hợp truyền tới máy tính Với kỹ thuật ngày để tạo ảnh cần tới 100 phép chiếu phép chiếu cần tới vài trăm số đo Sau dựa số đo máy tính tính độ suy giảm phân bố suy giảm tiết diện lớp cắt đối tợng + Vì khả tÝnh to¸n cđa m¸y tÝnh chØ cã thĨ xư lÝ tính toán có hạn số đo độ suy giảm nên giả thiết lớp cắt tập hợp nguyên tố thể tích Tuy nhiên độ suy giảm tia X biến đổi nguyên tố thể tích riêng rẽ lớp cắt trị số suy giảm trung bình + Để tạo hình ảnh lớp cắt thông thờng ma trận điểm ảnh đợc chuyển đổi thành mầu sắc trắng, xám, đen mầu để biểu thị hình mắt ngời quan sát đợc b Thang đo độ suy giảm tuyến tính: +Để đánh giá độ suy giảm chất đồng tia X đơn sắc ta cố phơng trình : J = J o e -x Trong J : Cêng ®é bøc tia lã Jo : Cêng độ xạ tia ló; x : Bề dày lớp đối tợng; : Hệ số suy giảm tuyến tính cđa tia X víi vËt chÊt nãi chung TrÞ sè phụ thuộc nhiều vào lợng xạ có ứng dụng để đặc trng hoá khả suy giảm tia X Trong CT thay sử dụng , đơn vị đặc trng đợc ứng dụng số CT đợc tính theo công thøc sau: μ ChÊtthư −μ N íc CT = μ N íc * 1000 (Hounsfield – HU) ChØ sè CT ảnh điểm đợc thể hình tơng ứng với nguyên tố ảnh Tập hợp nguyên tố ảnh tạo nên lớp cắt c Tạo ảnh: Để tạo ảnh từ tập liệu bao gồm cờng độ đà đo hớng chiếu ta cần phải thực số phép biến đổi sau: J μ xx =e J O LÊy logarit hai vÕ ta cã : = ln x J0 J Nếu đơn giản đem đặt tín hiệu cờng dộ rieng rẽ đà đợc xử lí nh vào ma trận ảnh điểm hình ảnh tạo không đạt yêu cầu tồn bóng mờ Để khử bóng mờ này, phép chiếu sau đợc tiền xử lí đợc trộn với hàm lọc trớc xếp chồng trở lại vào ma trận Quá trình đà chỉnh lí tín hiệu cho mang thành phần âm dơng Nếu hàm lọc đợc lựa chọn thích đáng khử đợc bóng mờ Đặc trng trình xử lí lọc giá trị đo đợc sửa đổi theo mức độ khác để phù hợp với ảnh điểm Đây đặc trng CT viƯc xư lÝ chèng nhiƠu III Mét sè ph¬ng pháp quét hệ máy CT: Máy CT thÕ hÖ thø nhÊt: Bé thu chØ gåm mét đầu dò, chùm phát tia hẹp song song dạng bút chì + Phơng thức quét: Bóng X quang đầu dò dịch huyển song song theo hớng vuông góc với chùm tia bao trim toàn mặt phẳng lớp cắt sau quay góc tiếp tục dÞch chun song song theo híng míi Trong dÞch chuyển song song, khoảng cách đặn chùm tia X đợc phát thu Quá trình tiếp diễn số lợng tín hiệu thu đợc đủ lớn cho việc tái tạo ảnh + Tuy nhiên hệ máy không đợc dùng hiệu suất sử dụng nguồn tia X thấp phải tạo liều tia X đủ lớn cảm biến đủ để đo nên máy chuyển động với vận tốc cao + Với hệ thống để tạo ảnh lớp cắt cần phải vài phút đợc ứng dụng chụp quan tĩnh nh x¬ng, sä n·o + Thêi gian chơp cã thĨ giảm nhờ cảm biến thứ hai đặt lion kề với cảm biến đầu theo hớng bề dày lớp cắt chùm tia X tơng hợp với hai cảm biến xử lí liệu cho hai lớp cắt Tuy nhiên thực tế việc giảm thời gian tạo ảnh đạt đợc nhờ tăng số lợng kênh đo cho lớp cắt M¸y CT thÕ hƯ thø hai: + CÊu tróc: Thay dùng đầu dò, dùng chùm đầu dò khoảng 20 30 đầu dò đặt liền hớng quét, chùm tia phát có dạng hình quạt + Phơng pháp quét: Dùng hai loại dịch chuyển song song quay + Với cách bố trí đầu dò lợng liệu đợc đo nhiều nhờ vào số lợng đầu dò tăng Chính thời gian quét đà đợc giảm xuống khoảng 50 60 giây Máy CT hệ thứ ba: + Cấu trúc: Số lợng đầu dò tăng lên vài trăm đợc bố trí vòng cung đối diện gắn cố định với bóng X quang Chùm tia X phát theo hình quạt với góc từ 30 60 tuỳ theo số lợng đầu dò bao trùm toàn lớp cắt + Phơng pháp quét: Hệ thống quay quanh đối tợng góc 3600 để thực lớp cắt Khi quay tia X đợc phát thành xung góc cố định đợc phát liên tục Với cấu trúc hệ thống đo thực kiểu chuyển động quay quay liên tục bớc thời gian chụp giảm xuống cỡ vài giây Máy CT hệ thứ t: + M¸y thÐ hƯ thø t kh¸c biƯt so víi hệ trớc hệ thồng đầu dò đợc bố trí vòng tròn bao quanh khoang bƯnh nh©n + Bãng X quang sÏ quay quanh khu vực cần thăm khám, phần tử cảm biến đợc đóng ngắt theo quy luật định phù hợp với chuyển động quay bóng + Ưu điểm loại máy thời gian chụp ngắn cỡ vài giây Không bị nhiễu ảnh hình tròn Tuy nhiên cấu trúc phức tạp số lợng đầu dò lớn nhiều Máy CT hệ thứ năm: Để giảm thời gian quét xuống thấp ( cỡ khoảng n.10ms) số ngiên cứu thực nghiệm loại máy CT tạm gọi máy CT hệ thứ năm loại máy này, để tạo lớp cắt chuyển ®éng cđa bÊt kú mét bé phËn nµo hƯ thống đo Chùm tia X không phát mà hệ thống bóng X quang loại bang X quang đặc biệt với anod có nhiều rÃnh bố trí cố định chung quanh bệnh nhân Bộ phát bao gồm nhiều đầu dò bố trí cố định vòng cung 1800 Chùm tia điện tử từ song điện tử đợc điều khiển lần lợt bắn vào bề mặt rÃnh anod góc quay 1800 nhiên hệ thống máy CT loại giai đoạn thử nghiệm Một số đặc điểm hệ máy CT: * Phân loại theo phơng thức thu thập liệu: Loại máy CT thÕ hƯ 1,2 sư dơng phÐp chiÕu song song v× gọi máy quét chùm song song Loại máy hệ thứ ba dùng phép chiếu xuyên tâm, có chuyển động bang X quang cảm biến nên gọi máy quét chùm rẻ quạt Loại máy hệ thứ t dùng phép chiếu xuyên tâm nhng bang X quang quay hệ thống cảm biến đứng yên coi nh tâm phép chiếu nên gọi máy quét cảm biến vòng * Hạn chế ảnh hởng chùm tia thứ cấp: Trong hệ thống máy CT để giảm thời gian ph¸t tia ngêi ta thêng më réng chïm tia, nhng lợng tia X quang thứ cấp thâm nhập vào cảm biến tăng làm giảm chất lợng hình ảnh Để giảm lợng tia X quang thø cÊp ngêi ta thêng bè trÝ mét hép chuÈn trực trớc mặt hệ thống cảm biến, hớng hội tụ hộp chuẩn trực hớng điểm hội tụ bóng hộp chuẩn trực đợc gắn cố định quay với hệ thống đo quanh bệnh nhân Tuy nhiên loại máy CT hệ thứ t đặt hộp chuẩn trực trớc cảm biến đợc hớng hội tụ hộp chuẩn trực tâm vòng không vào điểm hội tụ nh yêu cầu Trong trờng hợp giải pháp đa tăng khoảng cách bệnh nhân vẩcm biếnđể giảm xạ thứ cấp * ảnh hởng khoảng cách cảm biến: Để cải thiện chất lợng hình ảnh cần tăng số lợng đầu dò, nhiên số lợng tăng đến lợng chất lợng ảnh không cải thiện đợc Do ngời ta cố gắng trì số lợng đầu dò mà thoả mÃn đợc chất lợng hình ảnh Tuy nhiên loại cảm biến vòng khoảng cách cảm biến lớn so với máy chùm hình quạt yêu cầu kích thớc thiết bị phù hợp với ngời bệnh Kết độ phân giải không gian giảm, để khắc phục điều ngời ta đặt bổ sung chuẩn trực để giảm bớt dộ rộng cảm biến nhng lại dẫn đến làm tăng nhiễu ảnh giảm khả phân giải giữ nguyên liều lợng tia làm tăng liều lợng tia cho ngời bệnh IV Cấu trúc hệ thống máy CT: Hình 2: Hệ thống chụp cắt lớp điện toán Giàn quay: + Là nơi chứa bóng X quang, đầu dò hệ thống tích luỹ liệu + Để tạo lớp cắt chéo , giàn quay điều chỉnh nghiêng so với mặt phẳng đứng góc tới 300 tuỳ thuộc loại máy Góc nghiêng đặt tự động nhân công * Bóng X quang: CÊu tróc bãng X quang ë m¸y CT giống nh máy X quang thông thờng loại anod quay tốc độ quay điều khiển đợc làm mát dầu quạt gió để có khả phát tia lâu dài Khả chịu nhiệt bóng cao tới vài MHU, thông thờng bóng có chứa cảm biến nhiệt để đo lờng kiểm soát tình hình bóng * Giàn quay m¸y CT thÕ hƯ thø ba: + C¸c kiĨu quay: Quay liên tục ( Quay theo chiều) quay đảo chiều ( quay thuận ngợc chiều kim đồng hồ đan xen nhau) + Giàn quay vòng trợt: Vòng trợt hình đĩa, vòng trợt hình trụ, vòng trợt điện áp thấp vòng trợt điện áp cao + Các kiểu quét cắt lớp máy CT vòng trợt: - Quét thông thờng: Quay giàn quay để thu thập liệu cho lớp cắt, bàn bệnh nhân dịch chuyên khoảng cách bề dày lớp cắt hiển thị ảnh đợc tiến hành lặp lại cho lớp cắt liền kề - Quét nhanh: Giàn quay bàn bệnh nhân dịch chuyển đợc tiến hành lặp lại cho lớp cắt - Quét xoắn ốc: Giàn quay quay liên tục, bàn bệnh nhân liên tục dịch chuyển với tốc độ cố định tia X liên tục phát để tạo ảnh * Thu thập tích luỹ liệu: + Đầu dò : - Đầu dò khí xê - nông: Dựa vào ion hoá khí xê-nông để sinh dòng điệnđợc tích luỹ nh liệu thô để tái tạo ảnh - Đầu dò chất rắn thông thờng CdWo4: Đợc chế tạo vật liệu phát quang điốt phát quang Khi tia X va đập vào vật liệu đợc biến đổi thành ánh sáng Nhờ điốt phát quang ánh sáng đợc biến đổi thành dòng điện - Đầu dò chất rắn gốm đất hiếm: Sử dụng gốm đất thay cho CdWo4 làm vật liệu phát quang Hình 3: Cấu trúc đầu dò khí xê - nông Hình 4: Đầu dò chất rắn Máy chụp phim: Là công cụ lu ảnh phim Hình ảnh đợc chụp lại từ hình đợc bố trí máy Hiện hệ thống máy CT trang bị hệ thống chụp kỹ thật LASER sử dụng phim khô V Nguyên lý hoạt động: + Máy chụp cắt lớp điện toán thiết bị tạo ảnh số, công cụ cao cấp hệ thống kỹ thuật chuẩn đoán hình ảnh y học Nó đợc dùng để thu thập tạo hình ảnh lớp cắt thuộc nhiều phận khác thể + Máy chụp cắt lớp điện toán ứng ụng nguồn xạ X quang thuộc tính xuyên qua phận thể có độ hấp thụ khác + Máy hoạt động theo nguyên lý sau: - Bức xạ quang tuyến xuyên qua lớp cắt mỏng ( 110mm) vuông góc với trục thể, tới phát ( detector ) gồm nhiều tế bào ghi nhỏ để đo xạ quang tuyến đà bị suy giảm qua vùng khác thể - Hai bé phËn nguån ph¸t tia – bãng X quang thiết bị đo phát liên kết hữu với nhau, quay quanh thể cho phép thực khoảng hàng ngàn phép đo vòng quay 3600, liệu đo đợc ghi vào nhớ - Hệ thống máy tính điện tử tính toán, xử lý liệu tái tạo thành hình ảnh lớp cắt Phần B I Khái niêm chung: Tái tạo ảnh CT + Nh đà phân tích trên, máy CT chụp ¶nh quang tun tia X nhng líp c¾t ngang thc thể mà ảnh không bị nhiễu gây bóng lớp cận kề Hơn hình ảnh CT không ảnh xếp chồng Điều mà tạo biểu đợc khả làm suy giảm xạ chỗ điểm ảnh tức thuộc tính vật lý tế bào sinh học đợc biểu qua dạngmức xám + Trong với phơng pháp tạo ảnh quang tuyến X cổ điển, dù đà tạo đợc ảnh sắc nét hình ảnh lớp cận kề có mặt trờng xạ đặt chồng vào ảnh lớp cần quan tâm mức tạo bóng nhiễu Trong máy CT bóng nhiễu bị loại trừ điểm hội tụ cảm biến đo nằm mặt phẳng lớp cắt đợc nghiên cứu chùm xạ cắt lớp cắt Điều có nghĩa cấu trúc mô lớp cắt tự tạo bóng ảnh Nói cách khác, với vị trí xác định điểm hội tụ cảm biến, phân bố cờng độ đo dợc tia X thâm nhập vào đối tợng cung cấp thông tin tổng toàn suy giảm tia X xuyên qua đối tợng + Nh ta đà biết với giá trị đo xác định đợc phân bố độ suy giảm dọc theo chùm tia xạ Bởi với phép chiếu không đủ liệu dể xác định phân bố khả làm suy giảm xạ lớp cắt mà phải cần tới nhiều phép chiếu theo phơng khác đặc biệt với đối tợng có cấu trúc phức tạp + Tuy nhiên đối tợng có cấu trúc tinh vi đợc tạo ảnh CT, tạo đợc ảnh đối tợng với nhiều bóng mờ Đứng phơng diện lý thuyết thông tin, hệ thống đo thực phép lọc thông giai thấp mô đối tợng có mức độ tinh vi định Vấn đề xác định xem cần phép chiếu đợc xem xétở phần sau: Bề dày hữu hạn cảm biến hội tụ máy CT không nên xem nh nguyên nhân làm giới hạn độ phân giải mà nên xem nh điều kiện cần thiết để tái tạo ảnh CT rõ ràng II Nguyên lý tái tạo ảnh: Nguyên tắc chung: + Để phân tích nguyên lý tái tạo ảnh, ta sử dụng loại máy CT có cấu trúc đơn giản loại máy chùm tia song song Các loại máy chùm rẻ quạt cảm bién vòng đòi hỏi thật toán phức tạp nhiều, nhiên chúng dẫn xuất từ thuật toán ¸p dơng cho lo¹i m¸y chïm song song b»ng phÐp biến đổi toạ độ + Nguyên lý quét đơn giản đợc minh hoạ nh hình vẽ, phép chiếu đợc đặc trng vị trí hệ toạ độ , lệch góc somvới hệ toạ độ gốc x,y + Cờng độ J đo đợc cảm biến phụ thuộc vào góc chiếu , vị trí cờng độ tia tíi J0: J = J(,) = J0 e - ∫ d (2.1) + Thông qua toàn giá trị J(,) đo đợc tính đợc hệ số suy giảm lớp cắt Giải phơng trình tích phân ta tính đợc Tuy nhiên để thuận tiện hơn, trớc hết cần biến đổi phong trình thành phơng trình tích phân tuyến tính cách lập mối quan hệ J(,) J0 lấy l«ga hai vÕ: J0 P() = ln J (ϕ,η) ∫ d = (2.2) Trong P() liệu phép chiếu theo hớng vị trí Hình Các hệ toạ độ máy CT chùm tia song song + Trong nhiỊu hƯ thèng CT phÐp tÝnh loga đợc thực nh công đoạn trình tích luỹ liệu liệu P() đợc truyền tới máy tính, phép lấy lôga nh phần trình xử lý liệu đo hàm P phép chiếu + Có hai phơng pháp khác áp dụng cho việc giải phơng trình tích phân (2.2) Trong phơng pháp , phơng trình đợc viết dới dạng rời rạc tức chuyển đổi thành hệ phơng trình đại số tuyến tính sau giải hệ phơng trình Còn phơng pháp khác ngời ta ứng dụng công thức gần + Một máy tính mini thực công việc tính toán để tái tạo ảnh Máy tính thờng bao gồm phần tử tính toán đặc biệt đáp ứng yêu cầu giải thuật toán CT việc xử lí tái tạo ảnh đợc nhanh chóng Phơng pháp tái tạo ảnh đại số học: a Giới thiệu: + Về lịch sử, phơng pháp đại số phơng pháp tái tạo ảnh xa Mặc dù ngày phơng pháp đà đợc thay cá phơng pháp biến đổi tích phân đại + Với phơng pháp này, đối tợng tạo ảnh đựơc xem nh bao gồm nhiều đối tợng ảnh điểm Một số hữu hạn ảnh điểm tơng ứng với số lợng gần liệu đo; Những chuyển động quét thẳng xẩy với số lợng hữu hạn góc không gian với hớng chiếu đà định trớc giá trị đo xác định với số lợng hữu hạn vị trí cụm đo + Thực tế để tính đợc trị số suy giảm cuả hàng chục, hàng trăm, hàng ngàn phần tử từ giá trị đo giải phơng pháp lặp cho kết mong muốn b Nguyên lý: Nguyên tắc phơng pháp tính toán lặp nh sau: + Trong chu kỳ lặp lại, liệu ảnh đợc tái tạo gần đợc đem so sánh với liệu thực theo phơng chiếu số phần tử nằm phơng chiếu + Sự chênh lệch hiệu số hai tập liệu đợc đem chiếu ngợc lại vào ma trận ảnh để tạo ảnh gần + Khi toàn tập liệu từ hớng chiếu đà đợc sử dụng, chu kỳ lặp đà đợc hoàn tất chu kỳ tính toán lặp đợc bắt đầu sử dụng kết chu kỳ lặp trớc Để hiểu phơng pháp lặp ta hÃy lấy ví dụ đơn giản: Tạo ảnh đối tợng bao gồm ảnh điểm với độ suy giảm tơng ứng là: 0,9,6,7,7,1,2,5,8 Sau lần quét ngang, dọc , chéo ta thu đợc tập liệu tơng ứng: 15,15,15,2,12,15,10,6, 9,21,15 0,16,15,6,8 Dựa nguyên tắc này, bắt đù thu từ tập liệu chiếu ngang hình vẽ, số lợng phần tử theo hớng chiếu cho phép chiếu nên số đo tập liệu đợc chia cho chiếu lại vào ma trận rỗng gồm phần tử, kết ta đợc ma trận gồm phần tử có giá trị Sau tập liệu ngang tập liệu chéo phải, ta phải chiếu chéo phải ma trận ảnh điểm ( b) nhận đợc tập liƯu gåm phÇn tư 5,10,15,10,5, lÊy hiƯu cđa tËp liệu chéo phải gốc với tập liệu chéo ta ta đợc tập liệu chéo phải 3,2,0,0,1 Chia giá trị tập liệu cho số phần tử nằm đờng chéo ph¶i : -3:1, 2:2, 0:3, 0:2, 1:1 råi céng víi phần tử nằm đờng chéo ma trận (b) đợc ma trận (c): 5,5,6 ,6,5,5, 2,6,5 Bây sử dụng tập liệu số đo theo phơng chiếu dọc, lấy hiệu tập liệu gốc tập liệu ma trận c đợc tập liệu 4,5,-1, chia giá trị tập liệu cho cộng với ma trận (c) ta đợc ma trận (d) Tiếp đến sử dụng tập liệu chéo trái theo phơng pháp tơng tự ta có đợc kết chu kỳ tính lặp lần ma trân (e) với tập giá trị là: 0,9,6.3 , 7,7.3,1.5, 1.3,4.5,8 Hình Tái tạo ảnh phơng pháp đại số Phơng pháp tính lặp Nhận thấy số giá trị ma trận (e) cha xác so với ma trận gốc Do tiếp tục sử dụng phơng pháp lặp cho ma trận (e) số chu kỳ lặp đợc ma trận gần ®óng víi ma trËn gèc th× dõng Khi ®ã ma trận tái tạo có sai số nhỏ so với ma trận gốc, phản ánh trung thực hình ảnh đối tợng c Ưu, nhợc điểm phơng pháp này: + Đây phơng pháp tái tạo ảnh số xác + Tuy nhiên phơng pháp hầu nh không òn sử dụng lÝ sau: - ViƯc tÝnh to¸n chØ thùc hiƯn đợc đà thu thập đợc đầy đủ số liệuquét phải tốn thời gian đợi nhiều - Khoảng thời gian dành cho tính toán nhiều so với phơng pháp convolution + Tuy nhiên phơng pháp tái tạo ảnh ngày đợc mở rộng sang nhiỊu lÜnh vùc øng dơng kh¸c nh y học hạt nhân siêu âm chuẩn đoán Trong lĩnh vực này, dự kiện toán học cho phơng pháp convolution lại không đợc thoả mÃn, kỹ thuật lặp linh hoạt lại tìm đợc tầm quan trọng Phơng pháp tái tạo ảnh biến đổi tích phân: a Giới thiệu: + Phơng pháp tái tạo ảnh biến đổi tich phân dựa sở việc chiếu lại liệu thu đợc từ phép chiếu vào ma trận để tái tạo ảnh + Tuy nhiên đơn giản đặt chồng liệu riêng rẽ vào ma trận ảnh hình ảnh đợc tạo kèm theo nhiễu dạng bóng mờ Để khử bóng mờ này, liệu phép chiếu đợc xử lí hàm số lọc theo phơng thức đặc biệt gọi thuật toán cuộn ( convolution) trớc đợc xếp chồng trở lại vào ma trận Hình 5: Tái tạo ảnh phơng pháp chiếu lại đơn giản Hình ảnh kèm nhiễu hình b Nguyên lý: + Hàm số lọc thực chất phần mềm có chức nh lọc, đợc thiết kế phù hợp với loại đối tợng nh xơng, sọ nÃo, ổ bụng + Hiện hầu hết máy CT ứng dụng loại hàm số lọc có dạng đờng dốc có chứa thành phần (+) (-) Các đỉnh đờng biểu diễn hàm số theo vị trí không gian đợc chọn trùng với vị trí phép chiếu cận kề Bởi vậy, đợc xử lí hàm số lọc mang thành phần âm dơng và bù trừcác thành phần tín hiệu gây nhiễu Nếu hàm lọc đợc lựa chọn thích đáng tái tạo ảnh không bị nhiễu Hình 6: Một dạng phổ biến hàm số lọc + Phơng pháp thực hiện: - Đặt đỉnh đờng biểu diễn hàm số lọc vào liệu thô ảnh điểm cần tái tạo - Tính tích giá trị ảnh điểm lọc với điểm tơng ứng tập liệu thô - Cộng tích đà tính đợc đặt vào vị trí tơng ứng ma trận ảnh tái tạo - Tuần tựdịch chuyển lọc sang liệu thô thuộc ảnh điểm lân cận hết tập liệu thô lặp lại bớc từ đén Ví dụ minh hoạ cho phơng pháp đợc nh hình vẽ, đo hàm số lọc có giá trị đơn giản lµ : 0, -1, 3, -1, Hình 7: Phơng pháp convolution với fitter function đơn giản hoá, theo số liệu theo đồ hoạ Xử lí liệu có giá trị nh hình vẽ, ta đặt đỉnh hàm số lọc ( có giá trị 3) vào vi trí này, sau tính tích giá trị đỉnh lọcvới giá trị tơng ứng tập liệu thô cộng tích lại ta có: 7*(-1)+8*3+1*(-1) = 16 Bằng cách tơng tự ta có tệp liệu đà xử lí dùng để tái tạo ảnh, tệp liệu có thành phần âm nh : -1, 13, -2 Ưu, nhợc điểm: + Việc tái tạo ảnh theo bớc mô tả đây, ngày đợc ứng dụng rộng rÃi cho may CT tốc độ tái tạo ảnh nhanh nhiều + Với phơng pháp convolution pháp chiếu đợc xử lí tức thời máy tính sau đo, hình ảnh đợc tái hình Về nguyên tắc điều đà thảo luận áp dụng cho hệ thống CT chùm rẻ quạt nhiên thời gian mà máy tính dùng để tái tạo ảnh tăng + Để tái tạo ảnh thời gian thực tức lúc liệu đo đợc truyền tới máy tinh, nhuyên tắc gọi nguyên tắc đờng ống dẫn đợc ứng dụng Trong phép chiếu thứ i đợc biến đổi từ tơng tự sang số chuyển tới máy tính phép chiếu trớc (i-1) đợc xử lí sơ phép chiếu thứ (i-2) đợc xử lí cuộn phép chiếu thứ (i3) đợc chiếu trở lại ma trận ảnh Hình 8: Nguyên tắc đờng ống dẫn Tái tạo ảnh tức thêi ( theo thêi gian thùc) 2 KÕt luËn Trong hệ thống máy CT công đoạn tái tạo ảnh từ liệu máy tính đóng vai trò quan trọng Nh ta đà biết mục tiêu thiết bị chuẩn đoán hình ảnh đa hình ảnh vùng cần thăm khám để từ đa kết luận bệnh lý Nh hình ảnh xác, rõ nét công việc chẩn đoán có hiệu cao Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc kü thuật hệ máy CT đời đà cải tiến đợc hạn chế nh tốc độ quét tái tạo ảnh lớn hơn, độ phân giải ảnh tốt Thời gian quét ngắn, giảm đợc nhiễu nhu động thể nh thở, cử động Điều giúp cho có đợc hình ảnh tốt đặc biệt giảm đợc liều lợng tia bệnh nhân Trong hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh máy CT thiết bị đại, với vai trò quan trọng nh việc tìm hiểu máy CT quan trọng Tuy nhiên trình độ kiến thức thời gian hạn chế tiểu luận nhiều hạn chế thiếu sót mong đợc góp ý thầy cô giáo bạn Hà nội 06 2003 Sinh viên : Trần Quang Độ Tài liệu tham khảo Công nghệ chẩn đoán hình ảnh ( Phần I ) Đoàn Nhật ánh Mục lục Lời nói đầu.1 Phần A Tổng quan máy chụp cắt lớp điện toán X ray computed tomography .2 I Giới thiệu II Một số khái niệm a Nguyên lý sở.2 b Thang đo độ suy giảm tuyến tính3 c Tạo ảnh .4 III Một số phơng pháp quét hƯ m¸y CT…………………………… M¸y CT thÕ hƯ nhÊt……………………………………………………………….4 M¸y CT thÕ hƯ thø hai……………………………………………………… thø M¸y CT thÕ hƯ thø ba………………………………………………………….5 M¸y CT thÕ hƯ thø t……………………………………………………………… 5 M¸y CT thÕ hƯ thø năm Một số đặc điểm hƯ m¸y CT…………………………………… IV CÊu tróc hƯ thèng m¸y CT………………………………………………… Giµn quay………………………………………………………………… …7 Bµn bƯnh nhân 10 Hệ thống máy tính10 Bàn điều khiển 10 Máy chụp phim.10 V Nguyên lý hoạt động 10 Phần B: Tái tạo ảnh CT.11 I Khái niêm chung 11 II Nguyên lý tái tạo ảnh 11 Nguyên tắc chung11 Phơng pháp tái tạo ảnh đại số học.13 a Giới thiệu 13 b Nguyên lý.13 Phơng pháp tái tạo ảnh biến đổi tích phân 16 a Giới thiệu 16 b Nguyên lý.17 Ưu, nhợc điểm 19 Kết luận 20 Tài liệu tham khảo20 Mục lục.21 ... thống máy tính10 Bàn điều khiển 10 Máy chụp phim.10 V Nguyên lý hoạt động 10 Phần B: Tái tạo ảnh CT.11 I Khái niêm chung 11 II Nguyên lý tái tạo ảnh 11 Nguyên tắc chung11 Phơng pháp tái tạo ảnh. .. tụ máy CT không nên xem nh nguyên nhân làm giới hạn độ phân giải mà nên xem nh điều kiện cần thiết để tái tạo ảnh CT rõ ràng II Nguyên lý tái tạo ảnh: Nguyên tắc chung: + Để phân tích nguyên lý. .. đợc chiếu trở lại ma trận ảnh Hình 8: Nguyên tắc đờng ống dẫn Tái tạo ảnh tức thêi ( theo thêi gian thùc) 2 KÕt luËn Trong hệ thống máy CT công đoạn tái tạo ảnh từ liệu máy tính đóng vai trò quan