Hình ảnh trên một tấm phim X- quang có những đặc tính giống như một bức hình – là cường độ, độ tương phản, nhiễu, độ sắc nét của chi tiết, khả năng phóng đại và biến dạng hình thù. Tuy rằng, do X-quang hoạt động có phần khác với đôi mắt của chúng ta, một vài trong số những đặc tính trên được gọi bởi những tên gọi đặc biệt. Một số phân biệt cũng phải được thực hiện giữa hình ảnh điện tử được nhìn thấy trên màn hình TV và hình ảnh được in ra dưới dạng "bản in ra giấy".Hiểu biết kĩ càng về những đặc điểm này của hình ảnh X quang là trọng tâm của
Độ sáng và mật độ
Trong thời đại kỹ thuật số, hình ảnh chẩn đoán được kiểm tra đầu tiên nhất là ảnh dưới dạng hình ảnh số hiển thị trên màn hình đi-ốt tinh thể lỏng (LCD) hoặc màn hình ống tia âm cực (CRT). Độ sáng của hình ảnh này có thể được điều chỉnh lên hoặc xuống trên màn hình hiển thị, nhưng bản thân hình ảnh, vì nó được lưu trữ trong bộ nhớ kỹ thuật số, đã có mức độ sáng vốn có dựa trên
cả kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ được sử dụng để tạo ra hình ảnh và dựa trên các quy trình được vi tính hóa mà nó đã trải qua. Độ sáng vốn có của hình ảnh được lưu trữ này độc lập với độ sáng hiển thị của hình ảnh được quan sát khi nó được đưa lên trên một thiết bị xem cụ thể. Trong phần trước, chúng ta đã thảo luận về cách cường độ sáng của một hình ảnh trực quan không được quá thấp hoặc quá cao, nhưng ở mức tối ưu để lượng thông tin được truyền tải và cảm nhận. Trong hình ảnh được hiển thị, mức độ sáng của tất cả các pixel (yếu tố hình ảnh) trong
phần giải phẫu quan tâm không được có màu trắng hoàn toàn hoặc màu đen tuyền, nhưng phải nằm trong một mức độ trung gian của "sắc thái xám, từ màu xám rất nhạt đến rất màu xám đậm.
Mức độ sáng trung gian cho thấy rằng đã có sự suy giảm thích hợp của chùm tia X, với một số tia X xuyên qua mô và một số tia hấp thụ. Nơi hình ảnh tối đen như mực, hầu như tất cả các tia X đã xuyên qua bộ phận tiếp nhận hình ảnh, và nơi nó có màu trắng trống, không có tia X nào đi tới tấm hình ảnh cả.Trong các điều kiện như vậy, một hình ảnh bóng được tạo ra, như hình 13-4. Thông tin trong hình ảnh bóng được giới hạn ở các cạnh của giải phẫu.Đối với hình ảnh chẩn đoán, chúng ta muốn xem tất cả giải phẫu của một cơ quan, bao gồm cả “mặt trước và mặt sau” và cả bên trong của nó, thay vì chỉ các cạnh. Để đạt được điều này, một phần chùm tia X phải xuyên qua cơ quan. Xuyên qua một phần như vậy luôn tạo ra một số "bóng xám" dọc theo phạm vi độ sáng của hình ảnh.
“Bản cứng” chất lượng cao của hình ảnh chẩn đoán có thể được in lên những tấm phim trong suốt bằng máy in laser. Điều này cho phép hình ảnh được xem trên đèn chiếu hoặc “hộp xem”, nó chiếu ánh sáng qua hình ảnh từ phía sau phim. Hình ảnh chất lượng thấp hơn một chút cũng có thể được in trên giấy trắng.Đối với những hình ảnh bản cứng này, độ tối tổng thể của hình ảnh thường được gọi là mật độ quang học của nó. Mật độ đối lập với độ sáng, nhưng truyền tải cùng một khái niệm tổng thể.Các điểm tối riêng lẻ trong một hình ảnh được in cũng thường được gọi là mật độ. Một thiết bị được gọi là máy đo
mật độ có thể được sử dụng để đo độ tối của các mật độ khác nhau cho một máy chụp X quang bản cứng được treo trên đèn chiếu.
Hầu hết các ảnh chụp X quang, dù là ảnh điện tử hay ảnh in, đều là ảnh âm bản, nghĩa là về cơ bản chúng bao gồm các chi tiết ánh sáng trên nền tối. Một hình ảnh dương bản, chẳng hạn như bản in trên trang này, bao gồm các chi tiết tối trên nền sáng. Tính năng “than xương” hoặc tính năng đảo ngược hình ảnh có sẵn trên gần như tất cả các hệ thống hình ảnh vi tính cho phép hình ảnh X quang được hiển thị dưới dạng hình ảnh dương bản (Hình 13-5).Về mặt kỹ thuật, không có thêm thông tin nào xuất hiện trong hình ảnh cho dù nó được hiển thị dưới dạng dương bản hay âm bản. Đôi khi trong khi “đọc” hình ảnh, bác sĩ X quang có thể chủ quan nhìn thấy một chi tiết cụ thể tốt hơn khi hình ảnh được hiển thị dưới dạng dương bản. Tuy nhiên, theo quy ước và thông thường thì ảnh chụp X quang thường được trình bày ở định dạng âm bản, trong đó các vùng tiếp nhận tia X cao được hiển thị dưới dạng vùng tối và những mô đã hấp thụ tia X được hiển thị dưới dạng vùng sáng hơn
Hình 13-6 cho thấy ba hình ảnh X-quang phía bên của một khớp với các đô sáng khác nhau. Trong hình A, các chi tiết bên trong xương biến mất do sự độ sáng quá cao. Hình C cũng thiếu đi các chi tiết bởi vì nó quá tối. Độ sáng chuẩn ở hình B cho biết thang xám chuyển từ tối đến sáng bên trong xương.
Độ tương phản và thang xám
Độ tương phản X quang là sự khác biệt tỷ lệ thuận, hoặc tỷ số, giữa độ sáng của hai chi tiết liền nhau. Nó được đo dưới dạng tỷ lệ, chia độ sáng của chi tiết sáng hơn thành độ sáng của chi tiết tối hơn (không phải là hiệu số). Nếu một chi tiết xuất hiện tối gấp đôi chi tiết bên cạnh thì độ tương phản là 2/1 = 2,0.
Một hình ảnh rất tương phản trông có vẻ "đen và trắng" riêng biệt, trong khi hình ảnh có độ tương phản thấp hơn có vẻ xám về tổng thể. Hình 13-7 cho thấy độ tương phản của
hình ảnh nói chung độc lập với độ sáng của hình ảnh như thế nào: Hình ảnh A là hình ảnh sáng hơn của hai mô liền kề, ví dụ xương và mô mềm. Khi chúng được đo từ bản cứng bằng máy đo mật độ, vùng mô mềm đo được là 2,0 và vùng xương đọc ra là 1,0. Độ tương phản của hình ảnh này là 2/1 = 2.0. Đối với hình ảnh B, độ sáng sau đó được giảm xuống mức có vẻ tối gấp đôi so với tổng thể và bản in cứng lại được đo bằng máy đo mật độ. Tất cả mật độ trong hình ảnh đã được tăng gấp đôi trong. Vùng mô mềm hiện đo 4.0 và vùng xương đo 2.0. Lưu ý rằng độ tương phản ban đầu không thay đổi; bây giờ là 4/2 = 2,0.
Một hiểu lầm thông thường là hình ảnh “tối hơn” sẽ có ít tương phản hơn. Suy nghĩ sai lầm này bắt nguồn chủ yếu từ việc so sánh mật của phần giải phẫu so với mạt độ nền của ánh, khu vực bên ngoài giải phẫu, nơi tiếp nhận sự suy giảm của tia X-quang. Phần nền luôn tối đen, và không có liên hệ gì với độ tương phản giữa các khu vực giải phẫu với nhau bên trong các bộ phận cơ thể. Điều quan trọng là không được nhầm lẫn giữa độ tương phản của nền và của chính hình ảnh đó.
Đúng là, khi một hình ảnh được làm cho tối hơn và tối hơn, thực sự sẽ có điểm mà các vùng tối nhất ở đó trở nên "tối đen như mực" và không thể trở nên tối hơn đối với mắt người. Ở giai đoạn này, khi các mật độ khác tiếp cận với màu xám đen, rõ ràng sẽ có ít sự khác biệt hơn giữa các mật độ đó và các mật độ tối đen như mực, và độ tương phản sẽ giảm. Điều này chỉ thể hiện cho một tình huống đặc biệt và điều quan trọng là nó không phải lúc nào cũng vậy.
Trong chẩn đoán, hình ảnh có thể được làm sáng hơn hoặc tối hơn mà không ảnh hưởng đến độ tương phản, như được minh họa trong Hình 13-7. Có một số biến số trong phim chụp X quang ảnh hưởng đến cả độ sáng và độ tương phản của hình ảnh cùng một lúc, nhưng điều này không chứng minh rằng chúng liên hệ với nhau. Bản thân độ tương phản của hình ảnh nên được suy nghĩ tách biệt với độ sáng của hình ảnh.
Thang xám là phạm vi của các mật độ (độ sáng) khác nhau trong một hình ảnh. Thang xám đôi khi được gọi là thang độ tương phản, nhưng thuật ngữ này sẽ không được sử
phản của hình ảnh. Khi có nhiều sắc độ sáng khác nhau trong một hình ảnh, nó được cho là có thang xám dài. Ngược lại, hình ảnh chỉ có một vài mức độ sáng sẽ có thang xám ngắn. Hãy nhớ rằng thuật ngữ này đề cập đến phạm vi mật độ hoặc độ sáng.
Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ đối lập giữa thang xám và độ tương phản, hãy lấy ví dụ về một cầu thang dẫn lên 10 feet từ tầng này sang tầng khác. Cầu thang có thể được xây dựng để có 10 bậc thang riêng lẻ, chiều cao mỗi bậc thang là một foot. Tuy nhiên, nó cũng có thể được xây dựng để chỉ có 5 bậc thang riêng lẻ — trong trường hợp này, mỗi bậc thang phải cao 2 feet, (và khá khó để leo lên)! Có một sự khác biệt lớn hơn giữa mỗi bậc thang. Độ cao giữa các bậc thang càng lớn, càng có ít bậc thang hơn.
Trên hình ảnh chụp X-quang, độ sáng hoặc mật độ từ trắng đến đen tuyền tương tự như hai tầng trong ví dụ về cầu thang— chỉ hơn là có quá nhiều cách biệt giữa chúng. Khi chỉ có một vài mức độ sáng (hoặc mật độ), chúng ta sẽ nói rằng phạm vi nhỏ và thang xám là ngắn. Lúc này, sự khác biệt giữa sắc thái này với sắc thái tiếp theo sẽ lớn — điều này tạo nên độ tương phản cao. Khi có nhiều sắc thái xuất hiện từ sáng đến tối, (thang xám dài), sự khác biệt giữa chúng phải nhỏ (độ tương phản thấp).
Đây là lý do tại sao thang xám và độ tương phản có chất lượng hình ảnh đối lập nhau. Tuy nhiên, nó rất hữu ích để có thể sử dụng cả hai thuật ngữ trong việc thảo luận về chụp X quang. Hơn nữa, khi chúng ta sẽ hiểu, mặc dù chúng đối lập nhau, cả hai đều có thể bị phá hủy đồng thời bởi các yếu tố làm suy giảm như bức xạ phân tán.
Cũng giống như mức độ tương phản hình ảnh lý tưởng là phạm vi trung gian (Hình 13-1), vậy nên thang xám của hình ảnh cũng được tối ưu hóa tại mức trung bình. Với thang xám quá mức, sẽ có rất ít sự khác biệt giữa các chi tiết đến mức khó mà phân biệt chúng. Với thang xám quá ngắn, sự khác biệt giữa các chi tiết được phóng đại, đơn giản hóa chúng thành màu đen hoặc trắng, một vài chi tiết bị mất khỏi hình ảnh.
Các ảnh X quang với thang xám ngắn và dài được thể hiện trong các Hình 13-8 và 13-9, cùng với các hình ảnh nêm bậc tương quan với sự tương tự cầu thang được sử dụng ở trên. Trong Hình 13-8, tia X có bước sóng dài (kVp thấp) được sử dụng, tạo ra một thang xám ngắn có thể được nhìn thấy trong hình ảnh của nêm bước nhôm. Hình chụp X quang
ngực tương ứng bên dưới, cho thấy các chi tiết trong phổi, chỉ tạo ra hình ảnh bóng của các cấu trúc tim, trung thất và cổ. Các đầu xương ức của xương đòn không thể làm hiện ra. Đây là độ tương phản quá mức và thang xám rất ngắn.
Trong Hình 13-9, tia X có bước sóng ngắn (kVp) được sử dụng đã xuyên qua nhiều mô khác nhau trong ngực. Hình ảnh nêm theo bậc hiển thị thang màu xám dài. Hình chụp X quang ngực dưới đây vẫn cho thấy nhiều chi tiết bên trong phổi, nhưng ngoài ra những thông tin này còn được cung cấp trong các “bóng” tuyến tính của màng ngăn, tim, động
mạch chủ và các rễ phế quản; Đốt sống cổ và ngực trên đã có thể phân biệt rời nhau cùng với không khí trong khí quản chạy xuống ở giữa. Giờ đây còn có thể xác định được các đầu xương ức của xương đòn (xương quai xanh). (Bạn có thể để ý thấy một xương đòn bị gãy di lệch.) Đây là thang xám dài, nhưng không quá mức. Hình ảnh có độ tương phản thấp hơn này có nhiều thông tin hơn so với hình chụp X quang phổi trong Hình 13-8. Hình 13-10 cung cấp một số ví dụ bổ sung về hình ảnh thang xám ngắn của các bộ phận cơ thể khác nhau, trong khi Hình 13-11 cung cấp một số mẫu hình ảnh thang xám dài để so sánh.
Hình 13-12 là một loạt các hình ảnh cộng hưởng từ của cột sống để minh họa thêm cho những khái niệm quan trọng này. Độ tương phản của hình ảnh A và B được cố định ở cùng một cài đặt để tạo ra thang màu xám rất ngắn. A được in ra với cài đặt độ sáng nhẹ hơn và B với cài đặt tối hơn nhiều. Lưu ý rằng việc sử dụng cài đặt độ sáng tối hơn không khôi phục các chi tiết hình ảnh bị thiếu. Trên thực tế, trong trường hợp này, các chi tiết đã bị mất. Hình ảnh C được in ra với cài đặt độ sáng tương tự như A, nhưng với cài đặt độ tương phản giảm. Bây giờ có thể nhìn thấy nhiều chi tiết hơn trong hình ảnh, bao gồm tủy sống trong ống sống và các mô cơ và mỡ riêng biệt phía sau cột sống. Hình ảnh D được in ra với cùng cài đặt độ tương phản như C và cùng cài đặt độ sáng như B. Nó tối hơn ảnh C nhưng lại có cùng thang xám. Nhìn chung, hình ảnh này chứa đựng nhiều thông tin nhất: Mặc dù phần tối nhất của các thân đốt sống đã bị mất một số chi tiết, nhưng sự khác biệt trong các thân đốt sống ở các mô tối hơn phía trước cột sống (bên trái) vẫn có thể quan sát được, và vẫn có thêm chi tiết được nhìn thấy rõ ràng phía sau L4 và L5 xung quanh bệnh lý.
Cài đặt lý tưởng nhất cho những hình ảnh MRI này sẽ giữ thang màu xám là C, nhưng với mức độ sáng trung bình giữa C và D. Cả C và D đều cung cấp nhiều thông tin hơn A hoặc B. Khi thang màu xám không được điều chỉnh chính xác, thay đổi độ sáng sẽ không thể bù đắp lại độ chính xác được.
Khi những khía cạnh này của hình ảnh chưa được tối ưu, trước tiên phải điều chỉnh thang xám và độ tương phản của hình ảnh, sau đó là điều chỉnh độ sáng tổng thể.
Nhiễu ảnh
Nhiễu có thể được định nghĩa là bất kỳ đầu vào không mong muốn đối với hình ảnh và gây cản trở khả năng hiển thị của giải phẫu hoặc bệnh lý quan tâm. Dạng nhiễu phổ biến nhất trong việc tạo ra hình ảnh ban đầu tại thu nhận ảnh là các bức xạ bị tán xạ bởi các tương tác đã thảo luận trong hai chương trước. Tia X có thể bị tán xạ từ bệnh nhân, mặt bàn hoặc các vật thể khác trong chùm tia X, và được phát ra theo mọi hướng giống như ánh sáng bị phân tán bởi một làn sương mù (Hình 13-13). Lớp phủ của các tia bức xạ tán xạ tại thu nhận ảnh dẫn đến kết quả làm giảm độ tương phản của đối tượng đối bời chùm tia chính và làm giảm chất lượng hình ảnh cuối cùng. (Xem Lịch sử Sidebar 13-1.) Các phương pháp giảm thiểu bức xạ tán xạ sẽ được thảo luận trong chương sau.
Một dạng nhiễu phổ biến khác đối của ảnh số là "ruồi" hoặc tĩnh điện xuất hiện trên hình ảnh được hiển thị. Điều này được gây ra bởi các dao động "nền", các đợt tăng và giảm nhỏ bởi cường độ dòng điện mà xuất hiện trong mọi mạng lưới điện. Việc kiểm soát và ngăn ngừa chúng sẽ được thảo luận ở phần sau.
Tỉ lệ nhiễu tín hiệu
Một trong những phương pháp tốt nhất để đo lường khả năng hiển thị tổng thể của thông tin trong hình ảnh là tỷ lệ nhiễu tín hiệu (SNR). Tín hiệu được hiểu đến tất cả các thông