/ 1cosϕ Ee−TR T
3.3.2. Các chỉ tiêu chất lượng của ảnh
Một yêu cầu hết sức quan trọng là tạo ra được các ảnh có giá trị chẩn đoán cao.Chất lượng ảnh phụ thuộc vào khả năng vật lý và kỹ thuật tuy nhiên mối quan tâm chính của người sử dụng chỉ là hiệu quả chẩn đoán.Bỏ qua nội dung giải phẫu của ảnh ta đánh giá chất lượng ảnh trên cơ sở bốn chỉ tiêu sau: - Nhiễu tạp - Độ tương phản - Độ phân giải - Các mẫu giả(Artifacts) ¾ Nhiễu tạp
Không thể quan sát được tín hiệu thuần nhất trên ảnh bởi vì giá trị mức xám của từng điểm ảnh bao gồm:
- Nhiễu tạp điện từ trong cơ thể do chuyển động phân tử của các hạt mang điện
- Nhiễu tạp do trở kháng điện của các quận thu và các mạch điện tử trong hệ thống thu
Quan hệ giữa tín hiệu và nhiễu tạp,đó là tỷ số tín hiệu trên nhiễu (Signal to Noise Ratio-SNR) SNR=Tín hiệu/Nhiễu
¾ Độ tương phản
Chỉ riêng tỷ số tín hiệu/nhiễu cao chưa đảm bảo là ảnh có chất lượng cao.Sự khác biệt giữa các mô cũng rất quan trọng,tức là độ tương phản giữa các mô khác nhau,đặc biệt là giữa các mô lành và các mô bị bệnh.Độ tương phản mô là độ lệch tương đối về cường độ tín hiệu của hai loại mô khác nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tương phản:
- Dãy xung:dãy xung tiếng vọng spin,đảo ngược phục hồi,tiếng vọng gradient,dãy xung Turbo…..
- Tham số xung:TR,TE,TI,TS,góc lật.
- Chất đối quang:ví dụ như Gadolium DTPA,DOTA…..
Do ta luôn mong muốn đồng thời nhận được tỷ số tín hiệu/nhiễu cao và độ tương phản thích hợp,hai giá trị này có thể kết hợp vào một tiêu chuẩn chất lượng,đó là tỷ số độ tương phản trên nhiễu (Contrast to Noise Ratio-CNR).CNR biểu hiện sự khác biệt giữa tỷ số tín hiệu/nhiễu của hai loại mô tương ứng A và B:
CNR=SNRA-SNRB
¾ Độ phân giải
Độ phân giải thích hợp là một điều kiện tiên quyết khác đối với việc chẩn đoán các tổn thương bệnh lý nhỏ.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải bao gồm:
- Độ dày lớp cắt:Độ dày lớp cắt là chiều sâu không gian của lớp cắt được chụp
- Trường quan sát (Field of View-FOV):Trường quan sát là phần diện tích có chứa vùng cần quan tâm của lớp cắt được chụp
- Ma trận: Kích thước của ma trận là tích số hàng và cột của ma trận,ví dụ ma trận 128*256 gồm có 128 hàng và 256 cột
Hãy bỏ qua độ dày lớp cắt và tập trung chú ý tới độ phân giải diện tích trên ảnh.Độ phân giải diện tích là một hàm của kích thước điểm ảnh.Kích thước điểm ảnh được xác định từ các tham số về trường quan sát và kích thước ma trận:
Kích thước điểm ảnh=Trường quan sát/Kích thước ma trận Điểm càng nhỏ,độ phân giải diện tích càng cao:
Bảng 3.1: Tương quan giữa trường quan sát,kích thước ma trận và điểm ảnh
FOV [mm] Ma trận Điểm ảnh [mm x mm]
260 256 x 256 1,0 x 1,0 260 128 x 256 2,0 x 1,0 260 128 x 128 2,0 x 2,0 130 128 x 128 1,0 x 1,0
Độ dày lớp cắt là một yếu tố tạo nên độ phân giải không gian hoàn chỉnh.Độ phân giản không gian là hàm kích của kích thước phần tử thể tích (voxel) .Kích thước voxel được xác định từ các tham số về kích thích ma trận,FOV và độ dày lớp cắt:
Kích thước ma trận=Kích thước pixel x Độ dày lớp cắt
Voxel càng nhỏ,độ phân giải không gian càng cao nhưng tín hiệu đo được lại yếu hơn
Việc kết hợp giảm kích thước voxel và giữ nguyên giá trị các tham số,đặc biệt là số lượt thu nhận không thể tránh được việc giảm tỷ số tín hiệu/nhiễu.Do đó,chỉ riêng kích thước voxel nhỏ hơn không làm tăng chất lượng ảnh.Việc giảm SNR do tăng độ phân giải không gian có thể được bù bằng cách:
thể do các quá trình tự nhiên hay đặc trưng bên trong cơ thể con người.Các mẫu giả thường được phân loại theo nguồn gôc gây ra chúng.Một sự cố đối với bộ tạo ảnh có thể biểu hiện ở một trạng thái khác nhau.Hơn nữa,không phải toàn bộ các mẫu giả trong một dạng đã nêu đều biểu hiện giống nhau.Sau đây ta sẽ khảo sát các mẫu giả cơ bản nhất.
¾ Mẫu giả do bộ tách sóng pha cầu phương
Mẫu giả do bộ tách sóng pha cầu phương gây ra do các vấn đề trong mạch tách sóng.Cụ thể hơn,các vấn đề này thường gắn với phần cứng của bộ tách sóng cầu phương.Các vấn đề xuất hiện do quá trình làm việc không chính xác của hai kênh cầu phương.Ví dụ,nếu một trong các bộ khuếch đại có bù dòng một chiều ở đầu ra,dữ liệu sau biến đổi Fourier có thể hiển thị một vệt sáng ở trung tâm của ảnh.Nếu một kênh trong bộ tách sóng có hệ số khuếch đại cao hơn kênh kia sẽ dẫn đến có bóng mờ theo đường chéo của ảnh.Các mẫu giả kiểu này thường xuất hiện do có hỏng hóc về phần cứng và cần được xác định cụ thể bởi nhân viên có chuyên môn kỹ thuật
¾ Mẫu giả do sự không đồng nhất của từ trường B0
Tất cả các thiết bị tạo ảnh cộng hưởng từ đều có từ trường đồng nhất B0.Từ trường B0
không đồng nhất sẽ gây ra các nhiễu loạn trong ảnh.Các nhiễu loạn có thể là về mặt không gian hoặc cường độ hoặc cả hai.Nhiễu loạn cường độ xuất hiện do độ đồng nhất của từ trường tại một vùng trong đối tượng tạo ảnh cao hơn hay thấp hơn độ đồng nhất trong các vùng còn lại.Hằng số T2* trong vùng này sẽ khác và do đó tín hiệu cũng có khuynh hướng khác đi.Ví dụ,nếu độ đồng nhất nhỏ hơn,T2* sẽ nhỏ hơn và tín hiệu cũng nhỏ hơn.Nhiễu loạn không gian xuất hiện là do trường gradient trong từ trường chính B0 không đổi trong một khoảng rộng.Chúng làm cho các spin cộng hưởng ở các tần số Larmor khác với tần số quy định bởi dãy xung tạo ảnh
¾ Mẫu giả do trường gradient
Các mẫu giả xuất hiện do các vấn đề nảy sinh trong trường gradient đôi khi khá giống với khi từ trường B0 không đồng nhất.Một trường gradient không ổn định theo một chiều gradient sẽ
gây nhiễu loạn đến ảnh.Điều này thường chỉ xảy ra khi cuộn dây gradient bị hỏng.Các mẫu giả khác có liên quan đến trường gradient do các dòng điện bất thường chạy qua cuộn dây gradient
¾ Mẫu giả do sự không đồng nhất của sóng vô tuyến
Vấn đề không đồng nhất của sóng vô tuyến tức là có sự biến đổi cường độ qua
ảnh.Nguyên nhân là do sự không đồng nhất của trường B1 hoặc sự không đồng nhất về độ nhạy của cuộn thu.Một số cuộn RF,chẳng hạn như cuộn bề mặt,có sự biến đổi vốn có về độ nhạy và luôn biểu hiện có mẫu giả loại này.Sự xuất hiện của mẫu giả loại này trong các cuộn dây khác biểu hiện có sự hư hỏng trong một phần nào đó của cuộn dây hoặc có vật liệu phi sắt từ trong đối tượng tạo ảnh.Ví dụ,một vật kim loại chặn trước chiều trường RF chiếu qua mô sẽ tạo ra một vùng trống không có tín hiệu trong ảnh
¾ Mẫu giả do dịch chuyển
Mẫu giả do dịch chuyển gây ra do dịch chuyển của đối tượng tạo ảnh hoặc một phần của đối tượng tạo ảnh trong quá trình kích thích và thu nhận tín hiệu.Dịch chuyển của toàn bộ đối tượng tạo ảnh nhìn chung thường dẫn đến có vết ố trên toàn ảnh với ảnh có bóng mờ theo chiều mã hóa pha.Dịch chuyển của một phần nhỏ trong đối tượng tạo ảnh dẫn đến có vết ố của phần đó trên ảnh.Giải pháp khắc phục mẫu giả do dịch chuyển là phải cố định bệnh nhân hoặc đối tượng tạo ảnh.Dịch chuyển nhiều khi là do nhịp tim đập hay nhịp thở của bệnh nhân.Hai nguyên nhân này về nguyên tắc là không thể loại trừ được.Giải pháp trong trường hợp này là đồng bộ dãy xung tạo ảnh bằng xung nhịp tim (xung điện tâm đồ) hay xung nhịp hô hấp của bệnh nhân.Ví dụ như nếu mẫu giả sinh ra trong chụp mạch,một biện pháp là khởi động quá trình thu nhận các bước mã hóa pha ở thời điểm giữ chậm nhất định so với xung R (sóng R) trong chu kỳ nhịp tim.Bằng cách này mạch sẽ luôn nằm tại một vị trí,có thể tác động tương tự đối với chu kì hô hấp.Nhược điểm của kỹ thuật này là việc chọn thời gian TR thường phải xác định theo nhịp tim hay nhịp hô hấp.Các kỹ thuật thiết kế nhằm loại trừ mẫu giả do dịch chuyển thường có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà sản xuất thiết bị chụp cắt lớp CHTHN.Ví dụ,một số tên gọi của quá trình loại trừ mẫu giả do hô hấp là van lọc hô hấp,sự bù hô hấp hay phương pháp kích thích bằng xung nhịp hô hấp
Kèm theo ảnh dọc trục đầu thường có mẫu giả do dịch chuyển.Mạch máu ở phía sau đầu dịch chuyển này gây ra mẫu giả dạng bóng mờ theo đường chéo của ảnh
¾ Mẫu giả do dòng chảy
Mẫu giả do dòng chảy gây ra do dòng máu hoặc dòng chất dịch trong cơ thể.Dung dịch chảy qua lớp cắt cũng chịu tác động của xung RF và sau đó chảy ra khỏi lớp cắt trong thời gian thu nhận tín hiệu.Giả sử chúng ta sử dụng một dãy xung tiếng vọng spin để tạo ảnh lớp cắt.Trong giai đoạn có xung 900 chọn lớp,dòng máu trong lớp cắt cũng quay đi một góc 900.Trước khi đưa vào xung 1800,dòng máu đã chịu tác động của xung 900 chạy ra khỏi lớp cắt.Xung chọn lớp 1800 quay các spin trong lớp cắt 1800.Tuy nhiên,dòng máu trong lớp cắt có véctơ từ hóa dọc trục +Z trước khi xung kích thích và dọc trục –Z sau khi xung kích thích.Nó không tạo ra tín hiệu,trong thời gian thu nhận tiếng vọng lớp cắt chỉ chứa dòng máu không chịu tác động của xung 900 hoặc xung 1800.Kết quả là mạch máu,như chúng ta đã biết có mật độ hạt nhân Hydro (proton) cao sẽ không tạo ra tín hiệu
G/chậm G/chậm Dòng máu Xung khởi tạo Dãy xung MRI
Trong dãy xung cắt nhiều lớp,các lớp cắt có thể được định vị sao cho dòng máu đã chịu tác dộng của xung 900 ở một lớp cắt có thể chảy vào lớp cắt khác và chịu tác động của xung 1800 ở lớp cắt đó sau đó chảy vào lớp cắt thứ 3 và tạo ra tiếng vọng tại đó.Trong trường hợp này,mạch máu sẽ hiển thị với cường độ tín hiệu cao.Kết quả là một số lớp cắt có mạch máu có cường độ tín hiệu cao và một số mạch máu có cường độ tín hiệu thấp.
¾ Mẫu giả do dịch chuyển hóa học
Mẫu giả do dịch chuyển hóa học gây ra do sự khác nhau về độ dịch chuyển hóa học (tần số Larmor) của nước và mô mỡ.Mẫu giả xuất hiện dưới dạng mất đồng bộ trong sắp xếp giữa các điểm ảnh nước và mô mỡ trong ảnh.Sự khác biệt về độ dịch chuyển hóa học giữa nước và mô mỡ xấp xỉ 3.5 ppm tương ứng với mức khác biệt tần số 220Hz ở từ trường 1.5T hoặc 147 Hz ở từ trường 1T.Trong suốt quá trình chọn lớp,có độ lệch nhỏ giữa vị trí của các spin trong nước và mô mỡ được quay đi bằng xung RF.Trong quá trình có xung mã hóa pha các spin trong nước và mô mỡ có được pha khác nhau.Kết quả là các spin trong nước và mô mỡ trong cùng một phần tử thể tích được mã hóa như là chúng ở trong các phần tử thể tích khác nhau,dẫn đến trong ảnh vị trí của spin sẽ dịch chuyển so với vị trí thực trong mô.Biên độ dịch chuyển tỷ lệ với biên độ từ trường chính B0 và tỷ lệ nghịch với tốc độ lấy mẫu theo chiều mã hóa tần số.Khi tốc độ lấy mẫu không đổi,từ trường chính B0 = 1.5T và tốc độ lấy mẫu là 16 kHz,độ dịch chuyển xấp xỉ 3.5 điểm ảnh.Khi B0 = 0.5T và tốc độ lấy mẫu 16 kHz độ dịch chuyển xấp xỉ 1 điểm ảnh
Để loại trừ mẫu giả do dịch chuyển hóa học,ta có thể sử dụng biện pháp sau đây:
• Sử dụng dãy xung có dải rộng hơn,chú ý rằng phương pháp này đồng thời làm tăng nhiễu tạp.Một dãy xung có dải thông hẹp hơn sẽ sử dụng một trường gradient đọc thấp hơn và gây ra các mẫu giả do dịch chuyển sẽ rõ ràng hơn.Khi thực hiện chụp não sự dịch chuyển không có liên quan đến chẩn đoán lâm sàng do cường độ tín hiệu từ mỡ có thể được chắn làm suy giảm so với tín hiệu từ nước.Trong trường hợp này có thể sử dụng dãy xung có dải thông hẹp hơn
• Tráo đổi trường gradient mã hóa pha và tần số:Việc này làm thay đổi chiều xảy ra dịch chuyển hóa học
trung bình trọng số của lượng nước và mô mỡ có trong phần tử thể tích.Một biểu hiện khác của mẫu giả loại này là giảm độ phân giải do nhiêu đặc tính có trong phần tử thể tích.Giải pháp khắc phục mẫu giả do thể tích không gian là chọn phần tử thể tích nhỏ hơn,tuy nhiên việc này có thể dẫn đến giảm tỷ số tín hiệu/nhiễu trong ảnh
¾ Mẫu giả dạng che phủ
Mẫu giả dạng che phủ là sự xuất hiện ở bên trong trường quan sát một phần của cấu trúc giải phẫu được tạo ảnh nằm bên ngoài của trường quan sát.Mẫu giả loại này xuất hiện do việc chọn trường quan sát nhỏ hơn so với kích thước đối tượng được tạo ảnh.Hoặc đặc biệt hơn cũng có thể do tốc độ số hóa (tần số lấy mẫu) nhỏ hơn khoảng tần số của tiếng vọng.Giải pháp khắc phục mẫu giả dạng che phủ là chọn trường quan sát lớn hơn,điều chỉnh vị trí của tâm ảnh hoặc chọn một cuộn dây tạo ảnh không kích thích hay thu nhận tín hiệu từ các mô bên ngoài trường quan sát mong muốn
¾ Mẫu giả dạng rung động
Mẫu giả dạng rung động là một loạt các đường song song với các đường biên nơi có sự thay đổi đột ngột cường độ sáng.Nguyên nhân xuất hiện mẫu giả dạng rung động là do quá trình lấy mẫu đối với tiếng vọng chưa hoàn chỉnh.Điều này có nghĩa là tín hiệu không suy giảm đến 0 ở cuối quá trình thu nhận,và tiếng vọng không được số hóa đầy đủ.Mẫu giả loại này xuất hiện trên ảnh khi sử dụng ma trận thu nhận có kích nhỏ.Do đó,mẫu giả dễ dàng quan sát trên chiều 128 điểm của ma trận thu nhận 512 x 128.Giải pháp khác phục mẫu giả loại này là chọn kích thước ma trận hợp lý