Công nghệ chuẩn đoán hình ảnh i báo cáo chất lượng hình ảnh ct

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CƠNG NGHỆ CHUẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I Báo Cáo Chất lượng hình ảnh CT GVHD: TS Trần Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Lê Đức Dương MSSV: 20192793 Mã lớp: 137297 Hà Nội, 1-2023 i ii Mục lục Danh mục hình vẽ Phần mở đầu Phần nội dung Tổng quan chất lượng hình ảnh CT 1.1 Chụp cắt lớp vi tính (CT) gì? 1.2 Những đặc điểm kỹ thuật chụp CT 1.3 Tạo ảnh CT 1.4 Tại cần quan tâm tới chất lượng hình ảnh CT Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh CT 10 2.1 Độ phân giải 10 2.2 Nhiễu 15 2.3 Độ tương phản 17 2.4 Liều lượng xạ .18 Phương pháp cải thiện chất lượng hình ảnh CT .19 3.1 Giảm nhiễu 19 3.2 Tăng độ tương phản 21 Phần kết luận 22 Danh mục tài liệu tham khảo 23 Danh mục hình vẽ Hình 1: Máy chụp lớp vi tính (CT scan) …………………………………………… Hình 2: Dựng ảnh CT từ liệu quét …………………………………………………….7 Hình 3: Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám …………………………………………….8 Hình 4: Q trình qt tồn cảnh …………………………………………………………8 Hình 5: Độ phân giải cần thiết để phân biệt đối tượng ……………………………….9 Hình 6: Độ phân giải …………………………………………………………………….10 Hình 7: Tia đầu dị ………………………………………………………………………12 Hình 8: Nhiễu lượng tử ………………………………………………………………….15 Hình 9: Ảnh hưởng nhiễu hình ảnh CT ………………………………………16 Hình 10: Máy quét đa đầu dò ……………………………………………………………19 Phần mở đầu Hiện này, đời sống người ngày nâng cao sức khỏe người quan tâm trọng hàng đầu Từ nhu cầu mà với phát triển y tế ngành kỹ thuật y sinh có bước phát triển mạnh mẽ Với ứng dụng mình, ngành kỹ thuật y sinh mang lại lợi ích vơ to lớn khơng phủ nhận Những thiết bị y sinh sử dụng tia X đặc biệt hữu hiệu chẩn đoán điều trị nhiều bệnh tật cách nhanh chóng mà không làm bệnh nhân đau đớn Thông thường nhắc đến thiết bị y sinh dụng tia X người ta thường nghĩ tới thiết bị sử dụng kỹ thuật chụp X-quang Tuy vậy, nhiều trường hợp sử dụng kỹ thuật chụp X-quang lại không hiệu cho phần mềm não hay Việc tạo hình cho phần mềm thay kĩ thuật chụp Cắt lớp vi tính (CT scanner) Tìm hiểu chất lượng hình ảnh CT có ý nghĩa quan trọng chẩn đốn bệnh Qua đó, em chọn đề tài “Chất lượng hình ảnh CT” để tìm hiểu bổ xung kiến thức cho môn học công việc sau Phần nội dung Tổng quan chất lượng hình ảnh CT 1.1 Chụp cắt lớp vi tính (CT) gì? Chụp CT Scanner kỹ thuật hình ảnh sử dụng tia X-quang quét lên khu vực toàn thể theo lát cắt ngang Ảnh chụp CT Scanner gồm nhiều lát cắt ngang với số lượng tùy theo hệ máy, sau phối hợp xử lý máy vi tính Kết thu nhiều ảnh chụp chiều hình dựng chiều chi tiết phận cần chụp Chụp CT Scanner đánh giá cho hình ảnh chụp chi tiết nhiều so với chụp X-quang truyền thống, nên có ý nghĩa lớn chẩn đốn bệnh Bất phận thể chụp CT Scanner song phổ biến thường là: CT Scanner sọ não, CT Scanner vùng đầu - mặt - cổ, CT Scanner phổi lồng ngực, CT Scanner cột sống, CT Scanner xương khớp, CT Scanner bụng chậu, … Hình 1: Máy chụp lớp vi tính (CT scan) 1.2 Những đặc điểm kỹ thuật chụp CT Chụp CT Scanner ứng dụng rộng rãi lâm sàng khám, chẩn đoán bệnh lý quan ngực, tim, sọ não, xương, đầu mặt cổ,… mô mềm mạch máu não, chi,…  Ưu điểm kỹ thuật chụp CT - Hình ảnh rõ nét, khơng xảy tượng chồng nhiều hình lên mà tách theo ảnh chụp lát cắt - Thời gian chụp nhanh (vài giây vài chục giây), cho kết nhanh nên phù hợp đánh giá bệnh cấp cứu quan di động thể tim, phổi, ruột, … - Hình ảnh mơ mềm có độ phân giải cao nhiều so với chụp X-quang truyền thống - Độ phân giải khơng gian tốt, dựng hình 3D chi tiết, đặc biệt hữu ích chẩn đốn bệnh lý xương khối u - Phù hợp với bệnh nhân chống định chụp cộng hưởng từ MRI (bệnh nhân có thiết bị điện tử Y tế người dị vật kim loại) Nhược điểm kỹ thuật chụp CT - Tia xạ X có khả đâm xuyên mạnh nên chẩn đoán tổn thương bệnh lý mô mềm, CT Scanner không hiệu chụp MRI - Độ phân giải hình ảnh CT Scanner cao X-quang thấp MRI, tổn thương kích thước nhỏ bị bỏ sót - Sử dụng tia xạ X nên gây nhiễm xạ tích lũy, khơng thích hợp chụp nhiều lần để khảo sát bệnh khoảng thời gian ngắn - Khó phân biệt tổn thương quan có độ đậm ảnh chụp (cùng mức độ cản tia X) - Hầu trường hợp tổn thương tủy sống, sụn khớp dây chằng khó chẩn đốn ảnh chụp CT Scanner Khơng thể phủ nhận vai trị quan trọng kỹ thuật hình ảnh CT Scanner chẩn đoán định hướng điều trị bệnh Mặc dù tồn số nhược điểm phát tổn thương song với chi phí phù hợp, CT Scanner định nhiều ưu tiên số nhiều trường hợp 1.3 Tạo ảnh CT Ảnh CT khác với ảnh X quang vài chi tiết cụ thể Những vấn đề khác cách tạo ảnh Sự định dạng ảnh CT trải qua nhiều bước Ảnh CT bắt đầu với việc quét pha Trong pha đó, chùm tia X mỏng có hướng chiều xuyên qua cạnh (edges) phần thể để tạo ảnh Bức xạ qua phần thể đo dãy detector Các detector khơng thể tạo ảnh CT hồn chỉnh mà cho hình viên đường chiếu Dữ liệu đường viền suy giảm tia X từ bóng phát tia tới detector riêng lẻ Để có đủ thơng tin cho việc tạo nên ảnh đầy đủ, chùm tia X quay vòng, quét, xung quanh thiết diện cắt để tạo nên đường viền từ góc độ khác Điển hình, hàng trăm vùng tạo liệu đường viền vùng lưu trữ nhớ máy tính Tổng số đo đâm xuyên tạo nên số vùng số tia X nằm khoảng giới hạn cho vùng Tổng thời gian quét cho lớp cắt khoảng từ 0.355 tới 15s, phụ thuộc vào việc thiết kế máy quét (scanner mechanism) người điều khiển chọn kiểu quét thay đổi Chất lượng ảnh có cải tiền cách tăng thời gian quét Pha thứ việc tạo ảnh dựng ảnh Quét pha định dạng ảnh CT thực máy tính số, phần hệ thống CT Dụng ảnh thực q trình tốn học việc chuyển đổi liệu quét vùng (views) riêng lẻ dạng số hóa số hóa ảnh ảnh Anh cấu tạo dãy phần tử ảnh riêng lẻ gọi pixel Những pixel đặc trưng giá trị số, số CT Các giá trị đặc biệt cho pixel quan hệ với mật độ mô nguyên tố thể tích tương ứng gọi voxel Dụng ảnh hưởng mắt vài giây, phụ thuộc vào phức tạp ảnh khả máy tính Anh số lưu trữ nhớ máy tính Pha cuối chuyển đổi ảnh số thành hiển thị video nhìn trực tiếp ghi phim Bước thực thành phần điện tử thực chức chuyển đổi số sang tương tự Hình 2: Dựng ảnh CT từ liệu quét Mối quan hệ giá trị số CT chuyển màu (shades) múc xám độ sáng ảnh xác định rõ việc lựa chọn mức số (window) người điều khiển Có thể thấy số bao hàm từ mức xám cao (upper) tới mức xám thấp (lower), thay đổi độ sáng mức xám ảnh hiển thị Việc window đặt để xác định số CT khoảng rộng bao hàm toàn mức xám bên ảnh (image gray scale) Qt thăm dị qt tồn cảnh Hình 3: Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám Hình 4: Q trình qt tồn cảnh Topogram ảnh số nhìn tổng quát sử dụng cho việc lựa chọn lớp cắt CT sở cho tài liệu (documentation) Đồng phát tia detector lắp ráp khung có vị trí cố định đổi Trong q trình qt thăm dị Hình Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám Hình Hình ảnh q trình qt tồn cảnh hay qt tồn cảnh bóng phát tia cụm đầu dò đứng yên, bệnh nhân di chuyển khoảng cách bao trẻm vùng thăm khám (phù hợp với chiều dài đặt topogram) Một ảnh chiều tạo nên tử đo mức suy giảm "line-byline Kết hướng chiều khác tương tự việc xuất tia quy ước Hình ảnh tạo tập hợp nhiều ảnh xếp chồng (như phương pháp chụp X-Quang thông thường), rộng bề dày lớp cắt (đã xác định) Dựa hình ảnh tồn cảnh để lập chương trình tạo ảnh cắt lớp Quét cắt lớp Bóng phát tia cụm đầu dị quay quanh người bệnh góc 3800 để thực lớp cắt Bàn bệnh nhân dịch chuyển khoảng cách bề dày lớp cắt sau lớp cắt theo phương thức quét gián đoạn di chuyển liên tục với tốc độ cố định (tốc độ chuyển động tịnh tiến bệnh nhân phải phù hợp với tốc độ quay tròn giàn quay để xác định khoảng cách lớp cắt) theo phương thức quét xoắn ốc Đối với phương pháp quét xoắn ốc thu nhận tomogram, hệ thống bóng detector tiếp tục quay trịn quanh bệnh nhân Những hướng chiều thu từ vị trí góc kể tiếp vịng quay nhanh Đo cường độ đường viền với mức cường độ detector Mỗi hướng chiều có cường độ đường viền tương ứng (hương chiều lớp cắt quét cho kênh) Trong do, xấp xỉ 1,000 hướng chiếu tạo nên Mỗi hướng chiều tạo 704 giá trị lấy mẫu – sample values, để quét đầy đủ cần phải thực 700.000 lấy mẫu liệu đo Lựa chọn chiều dày lớp cắt cách sử dụng máy tính điều khiển chuẩn trực bóng phát tia Bóng phát tia, q trình qt, hoạt động theo hai phương thức phát tia liên tục phát tia theo xung Hiện hầu hết máy CT thực theo phương thức phát tia liên tục giảm cơng suất phát tia, tránh cho bóng phải hoạt động căng thẳng Để thu thập mẫu liệu, bật tắt hàng nghìn lần vòng quay 1.4 Tại cần quan tâm tới chất lượng hình ảnh CT Tạo hình ảnh chất lượng cao CT quan trọng để diễn giải hình ảnh thu thơng tin chẩn đốn tối đa từ hình ảnh Chất lượng hình ảnh khó xác định thước đo khơng cụ thể chủ quan khả đọc hình ảnh trực quan Hình ảnh CT chất lượng cao thường đì kèm với liều lượng xạ cao cho bệnh nhân Do đó, cần có kiến thức chất lượng hình ảnh CT hình ảnh tốt có hiệu chẩn đốn mà không làm ảnh hưởng tiêu cực tới bệnh nhận 10 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh CT Có số yếu tố định ảnh hưởng lẫn định chất lượng hình ảnh CT hiển thị: - Độ phân giải - Nhiễu - Độ tương phản - Liều lượng xạ 2.1 Độ phân giải Hình 5: Độ phân giải cần thiết để phân biệt đối tượng Độ phân giải khoảng cách hai đối tượng trước chúng xem chi tiết riêng biệt ảnh Để xác định hai đối tượng riêng biệt, máy dò phải có khả xác định khoảng cách chúng Độ phân giải đo cặp đường centimet (lp/cm), số lượng cặp đường chụp ảnh dạng cấu trúc riêng biệt centimet 11 Hình 6: Độ phân giải Có hai loại độ phân giải quét CT: • Độ phân giải theo trục (mặt phẳng X-Y) - Dọc theo bệnh nhân • Độ phân giải theo chiều dọc (trục Z) (0,5 – 10 mm) - Dọc theo chiều dài bệnh nhân theo hướng z 2.1.1 Độ phân giải theo trục (mặt phẳng X-Y) Độ phân giải theo trục tối thiểu xác định kích thước máy dị thực tế, nhiên, thường trích dẫn “chiều rộng hiệu máy dò” tâm máy quét (tâm lỗ khoan máy quét) "Chiều rộng hiệu máy dị" kích thước máy dị thực tế khác phân kỳ chùm tia “Chiều rộng máy dị hiệu quả” nhỏ độ phân giải cao Độ phân giải xuyên trục bị ảnh hưởng yếu tố máy quét (phần cứng) tham số quét tái tạo a) Ảnh hưởng máy quét đến độ phân giải Tiêu điểm 12 • Kích thước - Tiêu điểm nhỏ cho độ phân giải cao hơn, mA tối đa bị giới hạn để tránh làm hỏng cực dương - Ví dụ: thường có hai kích thước tiêu điểm khả dụng máy quét CT: ▪ Tốt = 0,7 mm ▪ Rộng = 1,2 mm • Thuộc tính - Tiêu điểm di động (Flying focal spot): vị trí tiêu điểm nhanh chóng thay đổi mặt phẳng xuyên trục trục Z Mỗi vị trí tiêu điểm làm tăng số lượng hình chiếu lấy mẫu cải thiện độ phân giải khơng gian Ví dụ: vị trí tiêu điểm di chuyển mặt phẳng XY, độ phân giải mặt phẳng tăng lên - Khoảng cách dò lấy nét (FDD) - Khoảng cách lấy nét-điểm tâm (FID) Kích thước máy dị Các máy dị nhỏ cho độ phân giải cao nhiều máy dị khu vực có nghĩa nhiều phân vùng (không gian chết) giảm hiệu phát tổng thể Thuộc tính thiết kế đầu dò Một phần tư độ lệch tia đầu dò: tâm mảng đầu dò dịch chuyển từ tâm quay phần tư chiều rộng đầu dò riêng lẻ Khi giàn quay đến 180°, tâm dãy đầu dò bù nửa chiều rộng đầu dò để lấy mẫu bệnh nhân xen kẽ 13 Hình 7: Tia đầu dị b) Thơng số qt Số lượng hình chiếu • Số lượng hình chiếu lớn cho độ phân giải tốt (đến điểm) Bộ lọc tái tạo • Các nhân có độ phân giải cao “sắc nét” (ví dụ: tái tạo xương) có độ phân giải khơng gian tốt nhân mềm (ví dụ: tái tạo mơ mềm) • Tuy nhiên, hạt nhân có độ phân giải cao khơng lấy trung bình tín hiệu tần số khơng gian cao tạo nhiều nhiễu Kích thước điểm ảnh • Kích thước pixel (d) tính mm đưa theo phương trình: 𝑑 = 𝐹𝑂𝑉/𝑛 • Tần số khơng gian cao đạt (fmax) gọi giới hạn Nyquist cho bởi: 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 1/2𝑑 14 • Từ phương trình này, bạn thấy kích thước pixel cao tần số khơng gian tối đa thấp • Để cải thiện tần số khơng gian, có thể: - Giảm trường nhìn (FOV nhỏ = kích thước pixel nhỏ thấy phương trình đầu tiên) Chúng ta thực điều cách hồi cứu cách tái cấu trúc có mục tiêu liệu gốc thành trường nhìn nhỏ - Tăng kích thước ma trận (n lớn = kích thước pixel nhỏ thấy phương trình đầu tiên) 2.1.2 Độ phân giải theo chiều dọc (trục Z) Độ phân giải theo chiều dọc xác định theo độ dày mảng đầu dò, thường đo cách sử dụng mẫu vạch có độ phân giải biểu thị lp/mm lp/cm a) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải theo chiều dọc Độ dày lát cắt máy dị • Hàng máy dị rộng (theo trục z), độ phân giải thấp • Lát cắt mỏng độ phân giải tốt nhiên nhiễu lớn Mẫu chồng chéo • Thu thập liệu cách sử dụng lát chồng lên cải thiện độ nhạy Z Điều đạt cách sử dụng cao độ xoắn ốc thấp, tức cao độ