Vai trò của máy tính trong chuẩn đoán hình ảnh y học hạt nhân của máy SPECT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MƠN VẬT LÝ HẠT NHÂN - KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đềtài: VAI TRỊ CỦA MÁY TÍNH TRONG CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN CỦA MÁY SPECT HỒ THỊ MỘNG THU - TP HỒ CHÍ MINH - 2015 -i- MỤC LỤC Đề mục Trang Danh mục từ viết tắt khoá luận vi Danh mục hình vẽ, đồ thò - viii Danh mục bảng biểu - xii MỞ ĐẦU Chương MÁY GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN 1.1 Tổng quát máy SPECT 1.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy SPECT 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động 1.3 Nguyên tắc ghi hình 1.3.1 Ghi hình 2-D 1.3.2 Ghi hình cắt lớp (3D) 1.3.3 Các loại ảnh thu ghi hình máy SPECT 10 1.3.3.1 Ảnh Phẳng (Plarnar): ghi ảnh 2-D 10 1.3.3.2 Ảnh cắt lớp (SPECT): ghi ảnh 3-D 10 1.4 Hệ thống camera nhấp nháy ghi nhận liệu 10 1.4.1 Sơ lược camera nhấp nháy 10 - ii - 1.4.2 Cấu tạo 10 1.4.2.1 Đầu dò 10 1.4.2.2 Collimator (ống chuẩn trực) 11 1.4.2.3 Khối tinh thể nhấp nháy 14 1.4.2.4 Ống dẫn sáng 17 1.4.2.5 Ống nhân quang điện 17 1.4.3 Các kỹ thuật xác đònh toạ độ 18 1.4.3.1 Nguyên tắc xác đònh lượng xạ 18 1.4.3.2 Cách xác đònh toạ độ 19ï 1.4.4 Các tính camera nhấp nháy 21 1.4.4.1 Trường nhìn (FOV) 21 1.4.4.2 Độ phân giải lượng 21 1.4.4.3 Độ phân giải không gian 22 1.4.4.4 Độ phân giải thời gian 23 1.4.4.5 Độ nhạy 23 1.4.4.6 Độ tuyến tính không gian 24 1.4.4.7 Độ đồng 25 1.5 Dược chất phóng xạ 27 1.5.1 Các yêu cầu dược chất phóng xạ 27 1.5.1.1 Các yêu cầu dược chất 27 1.5.1.2 Các yêu cầu đồng vò phóng xạ 28 1.5.2 Các dược chất phóng xạ dùng YHHN 28 1.5.3 Dược chất phóng xạ dùng ghi hình máy SPECT 29 - iii - 1.5.4 Sản xuất đồng vò Tc-99m sử dụng máy ghi hình SPECT 30 1.6 Các tính hệ ghi ảnh SPECT 31 Chương XỬ LÝ DỮ LIỆU ẢNH BẰNG MÁY TÍNH TRONG HỆ THỐNG MÁY SPECT 2.1 Sơ lược máy tính dùng chẩn đoán YHHN 33 2.1.1 Nhiệm vụ máy tính chẩn đoán YHHN 33 2.1.2 Yêu cầu máy tính chẩn đoán YHHN 35 2.2 Các thành phần máy tính dùng chẩn đoán YHHN 36 2.2.1 Phần cứng 37 2.2.2 Phần mềm 38 2.3 Hệ thống lưu trữ trao đổi ảnh bệnh viện (PACS) 40 2.4 Ảnh số 42 2.4.1 Giới thiệu 42 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh 45 2.5 Các chế độ ghi ảnh 45 2.5.1 Chế độ ghi khung 46 2.5.1.1 Ghi ảnh tónh 47 2.5.1.2 Ghi ảnh động 48 2.5.1.3 Đồng có cổng 48 - iv - 2.5.2 Chế độ ghi 51 2.6 Xử lý ảnh 52 2.6.1 Lọc ảnh 52 2.6.1.1 Các phép toán ảnh 53 2.6.1.2 Phép phân tích Fourrier 56 2.6.1.3 Tích chập (convolution) 58 2.6.2 Làm trơn ảnh 58 2.6.2.1 Làm trơn theo không gian 59 2.6.2.2 Làm trơn theo thời gian 60 2.6.3 Làm bậc độ tương phản theo mức độ sáng tối 60 2.6.4 Làm bậc độ tương phản theo màu sắc 62 2.6.5 Phóng đại ảnh 63 2.6.5.1 Phóng đại ảnh đơn giản 63 2.6.5.2 Phóng đại ảnh có nội suy 64 2.7 Phân tích liệu 65 2.7.1 Lựa chọn vùng quan tâm (Region of Interest, ROI) 65 2.7.2 Đường cong hoạt độ 67 2.7.2.1 Đường cong hoạt độ theo thời gian (time-activity curve, TAC) 67 2.7.2.2 Đường cong hoạt độ theo không gian 68 2.8 Các phương pháp tái tạo ảnh ảnh cắt lớp 68 2.8.1 Giới thiệu 68 2.8.2 Dữ liệu thu gamma camera quay 69 2.8.3 Phương pháp tái tạo giải tích 71 -v- 2.8.3.1 Phương pháp chiếu ngược đơn giản 71 2.8.3.2 Phương pháp chiếu ngược có lọc 73 2.8.4 Phương pháp tái tạo lặp 75 2.8.4.1 Thuật toán gradient CG 79 2.8.4.2 Thuật toán MLEM 82 2.8.4.3 Thuật toán cực trò hậu nghiệm (Maximum A Posteriori, MAP) 83 2.9 Kỹ thuật hiển thò ảnh SPECT 84 2.9.1 Ảnh cắt lớp theo trục khác 85 2.9.2 Ảnh bề mặt 85 2.9.3 Ảnh tham số hay ảnh chức 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 - vi - Danh mục từ viết tắt khoá luận A/G: Accelerator/Generator ADC: Analog To Digital Converter ALU: Arithmetic/Logic Unit AOR: Axis Of Rotation CG: Conjugate Gradient CLUT: Colour Look-Up Table COR: Center Of Rotation CPU: Central Prosessing Unit CRT: Cathode Ray Tube CU: Control Unit E: Expectation FBP: Filting Backprojection Operator FOV: Field Of View FWHM: Full-Width At Half-Maximum G: Generator HIS: Hospital Information System LAN: Local Area Network LUT: Look-Up Table M: Maximum MAPEM: Maximum A Posteriori Expectation Maximization ML: Maximum Likelihood - vii - MLEM: Maximum Likelihood Expectation Maximization MRI: Magnetic Resonance Image NAME: National Electrical Manufacturers Association OSEM: Ordered Subsets-Expectation Maximization PACS: Picture Achivial And Communication Systems PET: Positron Emission Tomography PHA: Pulse Hight Analyzer R: Reactor RAID: Redudant Array Of Indepentdent Disks RIS: Radiology Information System ROI: Region Of Interest SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography SPECT/CT: Single Photon Emission Computed Tomography/Computed Tomography TAC: Time-Activity Curve WAN: Wide Area Network - viii - Danh mục hình vẽ, đồ thò Hình 1.1: Máy SPECTmột đầu hình ảnh phân bố dược chất phóng xạ quan thu từ máy SPECT Hình 1.2: Nguyên tắc hoạt động máy SPECT Hình 1.3 : Máy SPECT đầu đối diện ghi hình 2-D toàn thân Hình 1.4: Mô hình Camera quay chụp cắt lớp Hình 1.5: Thông tin số đếm ghi góc chiếu camera Hình 1.6: Máy SPECT đầu vuông góc chụp cắt lớp đầu Hình 1.7: Cách ghi cắt lớp tim Hình 1.8: Cấu tạo camera nhấp nháy 11 Hình 1.9: Hình ảnh collimator dạng song song 12 Hình 1.10: Các hình dạng collimator thường gặp 13 Hình 1.11: Minh hoạ trình tương tác tinh thể nhấp nháy 15 Hình 1.12: Dòng điện tạo xạ đến tương tác với khối tinh thể đến ống nhân quang 17 Hình 1.13: Mặt phẳng tinh thể chia thành vùng 19 Hình 1.14: Tín hiệu cộng theo vùng riêng biệt: 20 Hình 1.15: Sơ đồ phần điện tử camera nhấp nháy đại 21 Hình 1.16: Hình ảnh phân bố phóng xạ không hiệu chỉnh hiệu chỉnh độ tuyến tính không gian 25 Hình 1.17: Hình không hiệu chỉnh có hiệu chỉnh dộ đồng 26 - ix - Hình 1.18: Sơ đồ dòch chuyển đồng phân Tc-99m trạng thái 30 Hình 1.19: NEMA phan tom 32 Hình 2.1: Sơ đồ làm việc máy tính 34 Hình 2.2: Phần cứng máy tính dùng cho mục đích chung 38 Hình2.3: Sơ đồ nguồn sản xuất ngôn ngữ lập trình thành phần phần mềm máy tính 40 Hình 2.4: Hệ thống lưu trữ trao đổi ảnh bệnh viện (PACS) 41 Hình 2.5: Ảnh minh hoạ pixel ảnh 43 Hình 2.6: Ảnh hưởng khổ ảnh số bit/pixel đến độ tương phản ảnh 44 Hình 2.7: Mô tả trình tích luỹ giá trò pixel ghi khung 46 Hình 2.8: Dữ liệu ghi theo chế độ ghi khung 47 Hình 2.9: Ảnh phổi thu chế độ ghi ảnh tónh 47 Hình 2.10: Các khung ảnh ghi liên tiếp chế độ ghi hình động 48 Hình 2.11: Các ảnh ghi chế độ ghi đồng 49 Hình 2.12: Ghi 32 ảnh (frame) chế độ đồng có cổng 50 Hình 2.13: Thông tin thu nhận từ chế độ chụp có cổng 50 Hình 2.14: Mô hình liệu ghi theo list thời gian chế độ ghi 51 Hình 2.15: Dữ liệu ghi vào nhớ máy tính chế độ ghi 52 Hình 2.16: Kết khác khung sau thực phép toán khác 53 Hình 2.17: Kết nhận thực phép toán khác 55 Hình 2.18 Các hàm lọc thường sử dụng lọc ảnh 57 Trang 80 giá trò pixel ảnh hình dung hình dạng đồ thò dãy núi (hình 2.40) Trục đứng đồ thò vẽ khác ảnh chiếu, trục ngang đồ thò giá trò pixel Trong trường hợp ảnh có nhiều pixel việc tưởng tượng đồ thò khó hơn, số chiều đồ thò với số pixel ảnh Sự khác ảnh ước lượng nhỏ điểm có độ cao thấp đồ thò Mục tiêu tìm điểm toạ độ điểm giá trò pixel ảnh cần tìm Hình 2.40: Giá trò pixel tìm theo phương pháp gradient [11] Sau phương pháp tìm điểm Từ điểm bắt đầu tuỳ ý núi ta tìm điểm có độ cao thấp hơn, sau ta nhảy từ điểm đến điểm khác có độ cao thấp trình lặp lại điểm có độ cao thấp đạt đến Vấn đề để tìm điểm thấp hướng nhảy độ dài bước nhảy chọn cho số lần nhảy đạt đến đủ nhỏ Sau cách để xác đònh SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 81 hướng bước nhảy đó: ta tưởng tượng đường viền bao quanh dãy núi (đường viền đường cong nối điểm có độ cao) đường gradiênt (là đường cong vuông góc đường viền) Điểm có độ cao thấp cần tìm phụ thuộc vào độ dốc xuống hướng xuống phía điểm ngược hướng grient Vì từ điểm tuỳ ý ta nhảy theo hướng độ dài bước nhảy chọn để dừng nhảy trước lên dốc (khi hướng nhảy song song với đường viền) điểm dừng điểm cần tìm Sau điểm vừa tìm ta xác đònh hướng gradient độ dài bước nhảy mới, tiếp tục cuối điểm có độ cao thấp tìm Do thuật toán gọi thuật toán gradient hay thuật toán xuống dốc Công thức toán học diễn tả thuật toán nói có dạng: f (k +1) = f (k) + α (k) p (k) (2.15) Trong f ( k ) f (k +1) giá trò ước lượng bước thứ k k+1 α (k) hệ số biểu diễn độ dài bước nhảy, hệ số chọn lựa để tối ưu hội tụ trình, p (k) vectơ hướng để tiếp tục nhảy (ngược hướng gradient) Tuy nhiên phương pháp không hiệu đòi hỏi số lần lặp phải lớn Một phương pháp hiệu thuật toán gradient kết hợp (conjugate gradient, CG), thuật toán gradient khác chỗ hướng nhảy không ngược hướng gradient hành điểm vừa tìm mà hướng ngược với hướng kết hợp hướng gradient hành với hướng gradient trước Chú ý thuật toán gradient CG tạo giá trò âm ảnh tái tạo Theo lý thuyết thuật toán CG hội tụ sau số lần lặp với số phương trình SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 82 hệ m (cũng số pixel) Trong thực tế, sai số làm tròn đònh thức xác đònh hướng gradient kết hợp, nên hội tụ chưa đạt đến sau m lần lặp Để tăng tốc độ hội tụ (được phản ảnh số lần lặp cần thiết để đạt đến ước lïng cần tìm) người ta dùng C −1g = C −1Af thay cho g = Af , C −1 ma trận chọn lựa cẩn thận 2.8.4.2 Thuật toán MLEM Do ảnh hưởng phân bố ngẫu nhiên Poisson phân rã phóng xạ, nên kết đo lường luôn bò thăng giáng Kết liệu g đo phụ thuộc vào phép đo cụ thể, ta không tính đến thăng giáng này, f nghiệm tương ứng với giá trò cụ thể có kết không tốt Để khắc phục điều người ta phát triển thuật toán MLEM, thuật toán tìm nghiệm tổng quát f , giá trò ước lượng tốt f Thuật toán không tìm f mà tìm số phân rã trung bình f ảnh cho tạo sinogram g đo với xác suất lớn Điều thực cách dùng đònh luật Poisson, cho phép ta dự đoán số đếm phát có số phân rã trung bình Để tìm ảnh ước lượng gần ảnh thật thuật toán chia làm bước: − Bước 1: Tìm công thức biểu diễn xác suất ảnh tái tạo biết liệu đo − Bước M : Tìm ảnh cho cho liệu đo với xác suất cực đại Do phức tạp thuật toán này, luận văn không trình bày chi tiết Mô tả chi tiết thuật toán tìm đọc trong[11] SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 83 Thuật toán MLEM hội tụ chậm số lần lặp đòi hỏi 50 đến 200 lần Nên có thuật toán gọi thuật toán OSEM cách làm tương tự MLEM hội tụ gần ảnh thật nhanh Hudson Larkin đề sau : − Một loạt hình chiếu thu chia thành tập (chứa số hình chiếu) Ví dụ có 64 hình chiếu vò trí phát xạ thu 64 góc chiếu khác quanh bệnh nhân, ta chia thành 16 tập con, tập chứa hình chiếu − Sau thuật toán MLEM áp dụng cho tập − Tốc đôï hội tụ cải thiện số lần số tập chia so với MLEM làm ngắn thời gian cần thiết tính toán thuật toán 2.8.4.3 Thuật toán cực trò hậu nghiệm (Maximum A Posteriori, MAP)[11] Khi số lần lặp thuật toán MLEM tăng lên ảnh có xu hướng bò nhiễu Bởi ảnh tái tạo bò nhiễu tạo ảnh chiếu gần với ảnh chiếu đo bò nhiễu Vì tiêu chuẩn “ảnh chiếu ước lượng phải gần với ảnh chiếu đo được“ tiêu chuẩn tốt để thu nhận khách quan hình ảnh chất lượng cao Mà tiêu chuẩn tốt “1) ảnh chiếu ước lượng phải gần với ảnh chiếu đo 2) ảnh tái tạo không bò nhiễu“ Để làm điều người ta đưa vào giới hạn cho nghiệm, dựa hiểu biết trước Sự hiểu biết thường dựa giả đònh tính chất mà ảnh thực phải có, chọn cho hạn chế ảnh nhiễu Mục tiêu tìm f cho yêu cầu 1) 2) nêu đạt cực đại Tiêu chuẩn cực đại hoá dẫn đến lược đồ lặp gọi thuật toán bước trễ (one-step-late, OSL) mô tả SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 84 Green Thuật toán EM kết hợp với thuật toán OSL gọi thuật toán MAPEM Chi tiết thuật toán trình bày [11] 2.8.4.4 So sánh ảnh tái tạo phương pháp tái tạo Phương pháp giải tích có thời gian tái tạo ảnh nhanh ảnh chất lượng phép lặp, không tính toán đến tượng vật lý hấp thụ xạ hay tán xạ đến detector Ảnh thu chiếu ngược bò nhoè nên phải lọc ảnh, lọc ảnh chọn hàm lọc để giảm nhoè kết độ phân giải không gian lại Vì thế, hàm lọc chọn phải phù hợp yếu tố nh tái tạo phương pháp lặp có chất lượng tốt Ngay trường hợp đưa ¼ hoạt độ phóng xạ vào thể cần ¼ thời gian cần thiết ghi hình [4] Nhưng thời gian cần thiết cho trình lặp tốn nhiều ảnh ước lượng ban đầu chon lựa thích hợp để hội tụ ảnh thật nhanh Trong tương lai, phương pháp tái tạo lặp sử dụng rộâng rãi tốc độ xử lý máy tính đại ngày nâng cao 2.9 Kỹ thuật hiển thò ảnh SPECT[4] Sau tái tạo, ta nhận ảnh lát cắt ngang thể Những ảnh sau máy tính xử lý để hiển thò thành ảnh khác nhau, 2D hay 3D, thuận tiện cho bác só việc đánh giá ảnh Chúng ta tìm hiểu sơ lược kiểu hiển thò 2.9.1 Ảnh cắt lớp theo trục khác SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 85 Trong ảnh hạt nhân, nhiều trường hợp cần phải tái tạo ảnh nhìn trước-sau (coronal), nhìn ngang (sagital), nhìn nghiêng (oblique) Ảnh thu quan (chẳng hạn tim mạch, phổi…) hiển thò ảnh thành nhiều ảnh cắt lát ngang theo trục (tuỳ theo nhìn ngang, trước-sau, nghiêng) Mỗi lát cắt có độ dày, độ dày lát cắt tính theo vò trí từ gốc toạ độ trục có độ tương phản khác Nhờ tập ảnh cắt lát hiển thò thấy khác biệt so với lát cắt lân cận Hình 2.41: Ảnh cắt lát từ đầu đến chân thể [15] 2.9.2 Ảnh bề mặt Các ảnh cắt lớp xử lý để tạo ảnh bề mặt chiều quan khác Các ảnh tái nhiều góc nhìn (nghiêng, trước, sau) Hình 2.42 minh họa ảnh bề mặt chiều SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 86 Hình 2.42: Bộ ảnh bề mặt chiều phần thân thể [15] 2.9.3 Ảnh tham số hay ảnh chức Ảnh tham số dạng ảnh mà cường độ sáng pixel ảnh tương ứng với số đại lượng thay đổi pixel tương ứng loạt ảnh mật độ số đếm [4] Kỹ thuật hiển thò ảnh tham số kỹ thuật nhờ chương trình máy tính rút mối liên hệ loạt ảnh đơn giản hiển thò ảnh tham số suy từ loạt ảnh đơn giản Một ví dụ ảnh pha hay ảnh biên độ tim mạch Từ đường cong phân bố hoạt độ phóng xạ theo thời gian pixel, máy tính rút số liên quan đến đường cong giá trò cực đại hoạt độ phóng xạ, độ dốc, giá trò pha hàm tuần hoàn (thường dùng việc khảo sát trình vận chuyển máu buồng tim) Máy tính thực tính cho toàn pixel ảnh Nếu số gán cho giá trò pixel tương ứng ta có ảnh tham số Tuỳ theo số gán (hoạt độ cực đại hay pha) mà ta có ảnh tham số (ảnh biên độ hay ảnh pha) khác Các loại ảnh góp phần quan trọng việc đánh giá chức quan hay vùng quan tâm SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 87 KẾT LUẬN [\ Kỹ thuật ghi ảnh SPECT với khả phát thay đổi sinh hoá từ cấp phân tử Như bệnh nhân chẩn đoán xác bệnh chuẩn đoán từ hình ảnh thiết bò ghi hình cho ảnh cấu trúc Ngày nay, với phát triển vật lý hạt nhân tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc phát triển máy SPECT Khi nói đến máy SPECT phải nói đến vai trò quan trọng máy tính Từ ghi hình đến bác só chẩn đoán từ thông tin ảnh thu máy tính vắng mặt Vì ta thấy vai trò máy tính quan trọng Muốn khai thác hết hiệu chẩn đoán hình ảnh máy SPECT cần phải có kiến thức máy tính Nhưng để hiểu nhiệm vụ máy tính máy SPECT điều thật khó khăn Bởi có tài liệu tìm hiểu sâu công việc máy tính YHHN Thật vậy, phần lớn kiến thức đề tài thu lượm từ báo, giảng riêng lẻ, việc tập hợp thành nội dung thống thất khó khăn, điều thật làm khó khăn cho việc thực nhiệm vụ đề tài đặt Nên nội dung trình bày khoá luận tìm hiểu chung chung không sâu vào chi tiết không đủ Tuy nhiên, hy vọng góp phần vào việc tìm hiểu hoạt đông hệ thống máy SPECT phục vụ nhu cầu tiếp cận thông tin điều kiện mẻ Việt Nam Với khóa luận này, tác giả mong muốn đọc giả tiếp thu phát triển đề tài cách khai khác nhiệm vụ phức tạp máy tính máy SPECT (kiểm tra chất lượng thiết bò trước ghi hình, hiệu chỉnh sai lệch trình thu hình….) Và hy vọng tương lai không xa, nhà kỹ thuật sản xuất máy tính SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 88 tạo máy tính có khả đáp ứng cho hình ảnh tốt để bác só chẩn đoán xác Ngày người ta chế tạo máy tính đặc biệt kết nối với máy SPECT/CT, PET/CT Với máy tính tạo ảnh chất lượng rút ngắn thời gian cần thiết để tạo ảnh Qua nội dung khoá luận tác giả đúc kết câu “máy tính đóng vai trò sống lónh vực y học hạt nhân” SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2004), Giáo Trình Phương Pháp Ghi Bức Xạ, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tr 47-57 [2] SV Nguyễn Đăng Hải (2008), Kiểm Tra Các Thông Số Chất Lượng Của Máy SPECT, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh [3] TS Nguyễn Đông Sơn (2007), Chẩn Đoán Hình nh Y Học II, Giáo Trình Dạy Cho Sinh Viên Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh [4] SV Trần Thò Thu Thảo (2002), Gamma Camera Nhấp Nháy, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên [5] GS Trương văn việt (2007), Ứng Dụng Năng Lượng Nguyên Tử Trong Chẩn Đoán Và Điều Trò, Bài Báo Cáo Cho Sinh Viên ĐHKHTN Tại Bệnh Viện Chợ Rẫy (10/2007) Tiếng Anh [6] Arnulf Oppelt (1989), Imaging Systems For Medical Diagnostics, Siemens Aktiengesellschaft, pp 943-954 [7] Christopher C.Kuni, M.D., B.S.E.E (1988), Introduction To Computers And Digital Processing In Medical Imaging, Year Book Medical Publishers, pp 45-97 SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 90 [8] Jerrold T.Busherg.al (2002), The Essential Physics Of Medical Imaging, 2nd Ed., Lippincott And Wilkins, pp 61-93 [9] K Van Laere, M Koole, I Lemahieu, R Dierckx (2001), Imaging Filtering In Single-Photon Emission Computed Tomography: Principles And Application, Computerized Medical Imaging And Graphics, pp 127-133 http://www.elevier.com/locate/compmedimag [10] Peter F Sharp, Howard G Gemmell, Alison D Murray (2005), Practical Nuclear Medicine, Spinger-Verlag London Limited, pp 21-34 [11] Philippe P Bruyant, Ph.D (2002), Analytic And Iterative Reconstruction Algorithms In SPECT, J Nucl Med, pp 1343-1358 http://www.snm.org/education/ce_online.html [12] T D Cradduck, Ph.D., F.C.C.P.M , Ellinor Busemann- Sokole, M.Sc (1985), Computers In Nuclear Medicine, Radiographics, pp 51-82 [13] http://www.Basics physics of nuclear medicine/computers in nuclear medicine [14} http://www.Basics physics of nuclear medicine/PACS and Advanced image Processing [15] http://www.Basics physics of nuclear medicine/Three-Dimensional visualization Techniques SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 91 Chương MÁY GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN 1.1 Tổng quát máy SPECT .3 1.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động hệ thống máy SPECT .4 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động 1.3 Nguyên tắc ghi hình 1.3.1 Ghi hình 2-D 1.3.2 Ghi hình cắt lớp (3D) 1.3.3 Các loại ảnh thu ghi hình máy SPECT 10 1.3.3.1 Ảnh phẳng (plarnar): ghi ảnh 2-D 10 1.3.3.2 nh cắt lớp (SPECT): ghi ảnh 3-D .10 1.4 Hệ thống camera nhấp nháy ghi nhận liệu 10 1.4.1 Sơ lược camera nhấp nháy 10 1.4.2 Cấu tạo 10 1.4.2.1 Đầu dò[4] 10 1.4.2.2 Collimator (ống chuẩn trực) 11 1.4.2.4 Ống dẫn sáng 17 1.4.2.5 Ống nhân quang điện 17 1.4.3 Các kỹ thuật xác đònh toạ độ 18 1.4.3.1 Nguyên tắc xác đònh lượng xạ .18 1.4.3.2 Cách xác đònh toạ độ 19 1.4.4 Các tính camera nhấp nháy 21 1.4.4.1 Trường nhìn (FOV) 21 1.4.4.2 Độ phân giải lượng 21 SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 92 1.4.4.3 Độ phân giải không gian .22 1.4.4.4 Độ phân giải thời gian 23 1.4.4.5 Độ nhạy 23 1.4.4.6 Độ tuyến tính không gian[3] 24 1.4.4.7 Độ đồng 25 1.5 Dược chất phóng xạ 27 1.5.1 Các yêu cầu dược chất phóng xạ 27 1.5.1.1 Các yêu cầu dược chất 27 1.5.1.2 Các yêu cầu đồng vò phóng xạ 28 1.5.2 Các dược chất phóng xạ dùng YHHN 28 1.5.3 Dược chất phóng xạ dùng ghi hình máy SPECT 29 1.5.4 Sản xuất đồng vò phóng xạ Tc-99m sử dụng máy ghi hình SPECT 30 1.6 2.1 Các tính hệ ghi ảnh SPECT 30 Sơ lược máy tính dùng chẩn đoán Y Học Hạt Nhân 33 2.1.1 Nhiệm vụ máy tính dùng chẩn đoán Y Học Hạt Nhân 33 2.1.2 Yêu cầu máy tính dùng chẩn đoán Y Học Hạt Nhân .35 2.2 Các thành phần máy tính dùng chẩn đoán Y Học Hạt Nhân 36 2.2.1 Phần cứng 37 2.2.2 Phần mềm [12] 38 2.3 Hệ thống lưu trữ trao đổi ảnh bệnh viện (PACS) [14] .40 2.4 Ảnh số 42 2.4.1 Giới thiệu .42 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh 45 2.5 Các chế độ ghi ảnh 45 SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 93 2.5.1 Chế độ ghi khung 45 2.5.1.2 Ghi ảnh động 47 2.5.1.3 Đồng có cổng (gated) .48 2.5.2 Chế độ ghi 51 2.6 Xử lý ảnh 52 2.6.1 Lọc ảnh .52 2.6.1.1 Các phép toán ảnh [11] .53 2.6.1.2 Phép phân tích Fourrier 55 2.6.1.3 Tích chập (convolution) 58 2.6.2 Làm trơn ảnh .58 2.6.2.1 Làm trơn theo không gian 58 2.6.2.2 Làm trơn theo thời gian .59 2.6.3 Làm bật độ tương phản theo mức độ sáng tối 60 2.6.4 Làm bật độ tương phản theo màu sắc 62 2.6.5 Phóng đại ảnh 63 2.6.5.1 Phóng đại ảnh đơn giản 63 2.6.5.2 Phóng đại ảnh có nội suy 64 2.7 Phân tích liệu .65 2.7.1 Lựa chọn vùng quan tâm (Region of Interest, ROI) .65 2.7.2 Đường cong hoạt độ 67 2.7.2.1 Đường cong hoạt độ theo thời gian (time-activity curve, TAC) .67 2.7.2.2 Đường cong hoạt độ theo không gian 68 2.8 Các phương pháp tái tạo ảnh ảnh cắt lớp .68 2.8.1 Giới thiệu .68 2.8.2 Dữ liệu thu gamma camera quay .69 2.8.3 Phương pháp tái tạo giải tích .71 SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 94 2.8.3.1 Phương pháp chiếu ngược đơn giản 71 2.8.3.2 Phương pháp chiếu ngược có lọc 73 2.8.4 Phương pháp lặp[11] 76 2.8.4.1 Thuật toán gradient CG[11] 79 2.8.4.2 Thuật toán MLEM 82 2.8.4.3 Thuật toán cực trò hậu nghiệm (Maximum A Posteriori, MAP)[11] 83 2.9 Kỹ thuật hiển thò ảnh SPECT[4] 84 2.9.1 Ảnh cắt lớp theo trục khác 84 2.9.2 Ảnh bề mặt 85 2.9.3 Ảnh tham số hay ảnh chức .86 SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn [...]... chương: • Chương 1: M y ghi hình cắt lớp SPECT trong chẩn đoán hình ảnh y học hạt nhân • Chương 2: Xử lý dữ liệu ảnh bằng m y tính trong hệ thống m y SPECT Chương 1 trình b y những kiến thức chung về m y SPECT Còn chương 2 là phần chính, giới thiệu nhiệm vụ của m y tính trong m y SPECT, đặc biệt là trình b y các kỹ thuật xử lý dữ liệu và hiển thò của m y tính dùng trong m y SPECT Tuy nhiên do thời gian... bò chẩn đoán hiện đại, trong đó phổ biến nhất là m y SPECT Khi nói đến những thành công rực rỡ trong y học hạt nhân của m y SPECT thì không thể nào không nói đến sự đóng góp quan trọng của m y tính Các m y SPECT thì được vận hành bởi các m y tính dưới sự điều khiển của con người M y tính được áp dụng trong việc đo đạc bức xạ, xử lý dữ liệu đo đạc, tái tạo thành ảnh, hiển thò ảnh dưới nhiều hình thức... nào thiếu được trong lónh vực y học hạt nhân Nó đóng vai trò sống còn cùng với sự phát triển như vũ bão ng y nay trong y học Ở khoá luận n y với mụch đích tìm hiểu những kỹ thuật xử lý dữ liệu hình SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 2 ảnh của m y tính trong thiết bò ghi hình chẩn đoán m y SPECT Nhằm giúp các đọc giả hiểu được qui trình làm việc của m y tính để tạo ra một ảnh phân bố... chẩn đoán dựa trên hình ảnh cấu trúc giải phẫu học (ảnh X –quang, siêu âm, MRI) SVTH: Hồ Thò Mộng Thu GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 4 Hình 1.1: M y SPECT một đầu và hình ảnh phân bố dược chất phóng xạ trong các cơ quan thu được từ m y SPECT [5] 1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống m y SPECT 1.2.1 Cấu tạo Hệ thống của m y SPECT bao gồm các bộ phận: gamma camera nhấp nh y (đứng y n hoặc quay),... GVHD: TS Nguyễn Đông Sơn Trang 6 hiển thò trên màn hình tạo thành ảnh số (loại n y thường dùng phổ biến ng y nay trong y học hạt nhân (YHHN)) Hình 1.2: Nguyên tắc hoạt động tạo ảnh của m y SPECT [5] 1.3 Nguyên tắc ghi hình 1.3.1 Ghi hình 2-D Có 3 dạng: ghi ảnh tónh, động, đồng bộ nhòp tim Cách ghi hình như sau: cho giường bệnh nhân di chuyển từ từ qua bề mặt của camera với tốc độ thích hợp (ghi ảnh toàn... hoặc quay), khoang m y (gantry), giường bệnh nhân (đứng y n hoặc di chuyển) và được kết nối với m y tính [2] Gamma camera nhấp nh y được gắn vào khoang m y và quay theo khoang m y Giường bệnh nhân nâng đỡ bệnh nhân và đưa bệnh nhân vào vò trò đối diện bề mặt gamma camera nhấp nh y Còn m y tính sẽ điều khiển giường bệnh nhân, gantry và xử lý dữ liệu thu được từ gamma camera, tạo ra hình ảnh về sự phân bố... Trang 3 Chương 1 M Y GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN 1.1 Tổng quát về m y SPECT SPECT là một thiết bò chụp ảnh cắt lớp bằng bức xạ hạt nhân dựa trên kỹ thuật đánh dấu phóng xạ Nguyên tắc chụp ảnh của m y SPECT như sau: đưa một dược chất phù hợp có gắn đồng vò phóng xạ (dược chất phóng xạ) vào cơ thể của đối tượng chụp, sau một thời gian dược chất phóng xạ n y tham gia quá... hình thức khác nhau Ngoài ra m y tính còn phục vụ quản lý thông tin bệnh nhân và trao đổi dữ liệu Để khai thác có hiệu quả các thiết bò chẩn đoán hình ảnh YHHN cần phải có kiến thức vật lý lẫn kiến thức am hiểu về m y tính M y tính được áp dụng trong y học từ trước thập niên 70, về sau m y tính được phát triển bởi các nhà khoa học kỹ thuật sản xuất thì m y tính đóng vai trò càng quan trọng hơn và càng... lớp (SPECT) : ghi ảnh 3-D Bao gồm các loại ảnh SPECT tónh, SPECT động, SPECT toàn thân, SPECT đồng bộ 1.4 Hệ thống camera nhấp nh y ghi nhận dữ liệu 1.4.1 Sơ lược về camera nhấp nh y Camera nhấp nh y là một bộ phận chính trong thiết bò m y SPECT Tất cả những hình ảnh thu được từ m y SPECT đều l y từ dữ liệu thu được của camera nhấp nh y Các thông số của camera đều góp phần làm ảnh hưởng chất lượng ảnh. .. xạ trong cơ thể Ngoài ra m y tính còn hỗ trợ việc truy cập thông tin của bệnh nhân, của bệnh viện và kết nối với các hệ thống khác Qua hình ảnh phân bố phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân ta biết được nồng độ phân bố, từ đó bác só chẩn đoán được tình trạng hoạt động sinh hoá của cơ quan trong cơ thể bình thường hay bất thường mà lập ra kế hoạch điều trò thích hợp Ảnh thu được bởi m y ghi hình SPECT là ảnh ... M Y GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN 1.1 Tổng quát m y SPECT SPECT thiết bò chụp ảnh cắt lớp xạ hạt nhân dựa kỹ thuật đánh dấu phóng xạ Nguyên tắc chụp ảnh m y SPECT. .. m y tính dùng chẩn đoán Y Học Hạt Nhân M y tính sử dụng chụp ảnh y khoa trước thập niên 1970 ng y trở nên quan trọng Trong y học hạt nhân ng y nay, m y tính thiếu Cùng với tiến lónh vực n y, ... hiểu m y tính M y tính áp dụng y học từ trước thập niên 70, sau m y tính phát triển nhà khoa học kỹ thuật sản xuất m y tính đóng vai trò quan trọng thiếu lónh vực y học hạt nhân Nó đóng vai trò