Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết nghiên cứu và đưa ra đánh giá ưu nhược điểm của một số thuật toán tái tạo ảnh sử dụng trong kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp sử dụng chùm tia hình nón. Phương pháp mô phỏng hệ chụp ảnh cắt lớp hình nón cũng được sử dụng để tạo ra dữ liệu hình chiếu phong phú hơn, giúp nghiên cứu đánh giá được nhiều khía cạnh của các thuật toán.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN TÁI TẠO ẢNH TRONG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH CẮT LỚP SỬ DỤNG CHÙM TIA HÌNH NĨN Kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp sử dụng chùm tia hình nón có ứng dụng quan trọng việc chẩn đốn hình ảnh y tế kiểm tra khơng phá hủy vật liệu, đặc biệt trường hợp yêu cầu thời gian trả kết nhanh mức độ xác cao Để đáp ứng yêu cầu đó, giải thuật tái tạo hình ảnh đóng vai trị quan trọng Trong báo này, chúng tơi nghiên cứu đưa đánh giá ưu nhược điểm số thuật toán tái tạo ảnh sử dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp sử dụng chùm tia hình nón Phương pháp mơ hệ chụp ảnh cắt lớp hình nón sử dụng để tạo liệu hình chiếu phong phú hơn, giúp nghiên cứu đánh giá nhiều khía cạnh thuật toán TỔNG QUAN Kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp vi tính (CT) trải qua phát triển nhanh chóng vịng 50 năm qua Hiện nay, khơng cung cấp hình ảnh mặt cắt ngang mà cịn thêm nhiều thơng tin hình ảnh vật thể ba chiều (3D) sử dụng cho chẩn đoán y tế kiểm tra không phá hủy mẫu công nghiệp Cho đến nay, thiết bị chụp ảnh cắt lớp CT trải qua hệ Sự phân biệt hệ chủ yếu thơng qua hình học chùm xạ chiếu vào vật, vào cấu trúc hệ đầu dò ghi nhận xạ Hiện nay, đa phần thiết bị chụp ảnh cắt lớp thiết kế dựa phương pháp tạo dựng hình ảnh cắt lớp ba chiều từ đoạn ảnh hai chiều (thế hệ CT cắt lớp thứ đến thứ 6), đoạn ảnh hai chiều vật thể tạo cách sử dụng chùm tia hình quạt chùm song song [3,4] Để có hình ảnh 3D với phép qt 2D vậy, vật phải di chuyển theo hướng trục quay phải thực nhiều lần quét Các thủ tục tốn nhiều thời gian, địi hỏi việc thu thập liệu riêng biệt cho lần quét, nhiên với thuật toán tốt xây dựng hình ảnh đủ tốt với giá thành hợp lý Để khắc phục hạn chế nâng cao độ phân giải hình ảnh, kỹ thuật chụp cắt lớp (thế hệ thứ 7) phát triển, dựa phương pháp chụp cắt lớp sử dụng chùm tia xạ hình nón [5] Những ưu điểm việc sử dụng chùm tia hình nón kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp là: giảm thời gian thu thập liệu, nâng cao độ phân giải, giảm tán xạ giảm thời gian chiếu xạ Với phương pháp này, tồn thơng tin ba chiều bên đối tượng thu sử dụng để lấy hình ảnh hình ảnh cắt ngang từ phận nhỏ vật Gần đây, phát triển cơng nghệ đầu dị phẳng (FPD), CT sử dụng chùm tia hình nón (CBCT) nghiên cứu sử dụng cách rộng rãi nhiều ứng dụng [1-5] Mặc dù có nhiều ưu việt độ phân giải không gian khả sử dụng, thiết bị chụp ảnh cắt lớp CT hệ thứ chưa sử dụng cách rộng rãi cịn có hạn chế cần nghiên cứu cải tiến thời gian tới Trong tương lai, cải tiến hướng tới giảm thời gian quét; cung cấp hình ảnh đa thức (kết hợp thêm với phương pháp khác); nâng cao độ trung thực độ tương phản hình ảnh; kết hợp với giao thức đặc Số 62 - Tháng 03/2020 33 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN biệt cho cơng việc để giảm liều chiếu cho bệnh nhân người sử dụng Ngoài giá thiết bị đắt trở ngại cho việc ứng dụng cách rộng rãi thiết bị này, đặc biệt Việt Nam Ngoài việc phát triển phần cứng, nghiên cứu phương pháp tái tạo hình ảnh CBCT ý phát triển Các phương pháp đánh giá từ nhiều khía cạnh khác độ xác, hiệu suất việc tính tốn, hình học qt vùng tái tạo Kế thừa từ hệ chụp ảnh cắt lớp trước, tái tạo ảnh CBCT sử dụng hai phương pháp giải tích đại số Các thuật tốn đại số có độ xác cao, phổ biến thuật toán lặp (SIR), nhiên u cầu cấu hình máy tính cao tốn thời gian thực Các thuật tốn giải tích có độ xác độ linh hoạt thời gian xử lý nhanh Một số thuật tốn giải tích phổ biến sử dụng để tái tạo hình ảnh cắt lớp chiều Feldkamp (FDK) - thuật tốn chiếu ngược có lọc với trọng số Do thuật toán yêu cầu quỹ đạo trịn nên thu hình ảnh tái tạo gần Tuy nhiên, thuật toán quan trọng CBCT, thường sử dụng ứng dụng thực tế tính đơn giản khả tính tốn song song, chất lượng hình ảnh thỏa mãn trường hợp góc chiếu hình nón [1, 3-6] PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong kỹ thuật chụp cắt lớp CT thơng thường sử dụng chùm tia X hình rẻ quạt mảng đầu dò ghi nhận xạ hẹp, chùm tia X kỹ thuật chụp CBCT phát dạng hình nón ghi nhận phẳng ma trận đầu dị Nhiều hình ảnh (thường hàng trăm) từ góc khác chụp qua vòng quay phát tia X phẳng ma trận đầu dò xung quanh vật thể chụp Thuật tốn phần mềm sử dụng để tính tốn liệu thể tích (voxel) dựa nhiều góc chụp xung quanh điểm trung tâm cố định Kỹ thuật chụp cắt lớp CBCT thiết kế để tập trung vào trường không gian nhỏ hơn, chi tiết Hiện nay, việc nghiên cứu kỹ thuật CBCT Việt Nam mẻ, hệ thiết bị sử dụng công nghiệp số nhà máy lớn Samsung hay LG khơng thể tiếp cận để có liệu hình chiếu từ hệ thiết bị thực tế Do đó, nhóm tác giả sử dụng phương pháp mô Monte Carlo để mơ hệ CBCT với cấu hình chiếu đầu dị máy phát tia X đứng yên, vật mẫu quay tròn xung quanh trục vng góc với đường nối tâm máy phát hệ đầu dị mơ tả hình Trong báo này, nghiên cứu đưa đánh giá ưu nhược điểm thuật toán tái tạo ảnh chiếu ngược có lọc phiên FeldkampDavis-Kress (FDK) thuật toán thống kê SIRT (Statistical image reconstruction) sử dụng CBCT, đánh giá ảnh hưởng hàm lọc tới Hình Mơ hình hệ chụp cắt lớp sử dụng chùm chất lượng ảnh thuật toán FDK Qua đó, tia hình nón cho thấy việc lựa chọn thuật toán FDK phù hợp ứng dụng CBCT công Bài báo không đề cập chi tiết tới việc mô hệ CBCT MCNP6, mà coi nghiệp Việt Nam 34 Số 62 - Tháng 03/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN cơng cụ để tạo liệu hình chiếu cho mục đích nghiên cứu thuật tốn tái tạo hình ảnh Hệ CBCT mơ có đặc điểm sau: Đầu dị phẳng có kích thước 43x43.9 cm, kích thước điểm ảnh 143μm×143 μm, vật liệu CsI với bề dày vùng tinh thể nhạy cỡ 0.3 mm; Máy phát tia X theo dạng hình nón với góc phát 30°, có kích thước tiêu điểm 0.004×0.004 mm2, cao áp phát lớn 240 kV; Hai vật mẫu (phantom) có dạng hình hộp chữ nhật khối trụ, có kích thước 2.5x2.5x6.0 cm 10x8 cm, làm nhựa nhôm Tally F4 kết hợp với card Fmesh sử dụng để lấy kết (thông lượng xạ trung bình ơ), điều đáp ứng với yêu cầu đánh giá lượng xạ cần thiết để đạt chất lượng ảnh đủ tốt với sai số
