Tài liệu Phân tích kỹ thuật chụp x quang xóa nền

  • Số trang: 30 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 48 |
  • Lượt tải: 0
thucaothi349968

Tham gia: 25/12/2016

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Khoa Điện Tử Viễễn Thông -------------------------------------- Phân tích kỹễ thuật chụp x-quang xóa nễền Sinh viễn th ực hi ện: L ớp: D10TBYT Hà Nội 2018 1 Mục lục 1. Giới thiệu………………………………………………………......................03 2. Thiết kế hệ thống chụp X quang kỹ thuật số…………………………………05 3. Thành phần hệ thống hình ảnh………………………………….....................07 3.1.Bộ khuyếch đại ảnh…………………………………..................................07 3.2.Độ mở ánh sáng………………………………….........................................07 3.3.Video camera………………………………….............................................08 4. Bộ xử lý ảnh kỹ thuật số…………………………………...............................12 4.1. Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số……………………….....................13 4.2.Chuyển đổi logarit………………………………….....................................14 4.3.Hình ảnh phản hồi bộ nhớ và tích hợp vòng lặp…………………..............14 4.4.Phép trừ hình ảnh…………………...…………………................................15 4.5.Phép trừ tuyến tính…………………...………………….............................16 4.6.Phép trừ Logarit…………………...…………………..................................16 4.7.Hiển thị hình ảnh và bộ nhớ lưu trữ…………………...………………….16 5. Nhiễu trong kĩ thuật DSA…………………...…………………......................17 5.1.Nhiễu hệ thống trong Phép trừ mạch số…………………...........................18 6. Các phương pháp để cải thiện các đặc tính nhiễu…………………..............24 6.1.Loại bỏ các điểm sáng…………………...………………….......................24 6.2.Vai trò của khẩu độ máy quay video…………………...…………………25 6.3.Tích hợp hình ảnh…………………...…………………...………………...26 7. Độ phân giải không gian trong Phép trừ mạch số kỹ thuật số………………27 2 Digital Subtraction Angiography (DSA) 1. Giới thiệu Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận về một kỹ thuật được gọi là (Digital Subtraction Angiography )kỹ thuật chụp xóa nền nhưng cũng được gọi là chụp X quang kỹ thuật số, kỹ thuật fluoroscopy, và hình ảnh quang điện tử. Chúng ta sẽ sử dụng các thuật ngữ này thay thế cho nhau mặc dù thuật ngữ chụp xóa nền kỹ thuật số có nghĩa là phương pháp chẩn đoán hình ảnh kết hợp giữa việc chụp X-quang và xử lý số sử dụng thuật toán để xóa nền trên 2 hình ảnh thu được trước và sau khi phương tiện tương phản được được dùng bệnh nhân với mục đích nghiên cứu mạch máu (chụp động mạch). Thuật ngữ tổng quát hơn, kỹ thuật số chụp X quang bao gồm việc sử dụng tất cả các kỹ thuật điện tử kỹ thuật số trong chụp X quang. Theo một số các khoa học thuật ngữ này cũng bao gồm việc sử dụng chụp cắt lớp vi tính (CT), mặc dù chụp X quang kỹ thuật số trong chương này sẽ chỉ đề cập đến những kỹ thuật trong đó các thiết bị điện tử kỹ thuật số được sử dụng để thu được mặt phẳng thay vì hình ảnh cắt lớp. Ngoài ra, chúng tôi sẽ tập trung vào các hệ thống sử dụng bộ khuyếch đại ảnh được xem bởi video camera vì các hệ thống này cung cấp các ví dụ minh họa hữu ích. Kỹ thuật chụp xóa nền (DSA) là một công nghệ chụp X quang được sử dụng trong chẩn đoán bệnh mạch máu. DSA được sử dụng để lấy hình ảnh động mạch ở các bộ phận khác nhau của cơ thể và hiệu quả cao trong các cấu trúc động mạch tương phản vớ i xương và mô mềm xung quanh . DSA đã được chứng minh đặc biệt hữu ích trong việc xác định các bất thường mạch máu, bao gồm cả stenoses, mảng loét, và chứng phình động mạch. 3 Tầm quan trọng tiềm năng của DSA trong chẩn đoán bệnh mạch máu não được đề xuất bởi Reuter's quan sát rằng nhiều như một khối lượng của khối lượng kết hợp của các dịch vụ thần kinh học và chụp động mạch trong một số y tế trung tâm hiện đang hướng tới việc đánh giá carotid và xơ vữa động mạch não, bao gồm đột quỵ. Các Nghiên cứu hợp tác của các cuộc tấn công thiếu máu cục bộ thoáng qua(TIAs) báo cáo trung bình 5,4 xác định TIAs trên 100 giường cấp tính mỗi năm tại các trung tâm y tế tham gia. Ước tính sử dụngcác thủ tục cắt động mạch cho những 4 bệnh viện này bệnh nhân dao động từ 87 đến 97%.DSA sẽ bổ sung hoặc thay thế một phần lớn các thủ tục arteriographic. 2 .Thiết kế hệ thống chụp X quang kỹ thuật số Sơ đồ hệ thống chung cho hệ thống chụp X quang kỹ thuật số là được đưa ra trong hình 1. Tại trung tâm của hệ thống này là một kỹ thuật số hệ thống xử lý hình ảnh thu thập hình ảnh từ video camera và cung cấp tín hiệu định thời cho cả máy phát tia X và hệ thống thu thập hình ảnh để kiểm soát luồng dữ liệu từ nguồn tia X vào bộ xử lý hình ảnh Quá trình chuyển đổi hình ảnh bắt đầu khi tín hiệu thời gian, gửi đến máy phát tia X dưới sự điều khiển máy tính, bắt đầu sản xuất các tia X được truyền đi thông qua bệnh nhân và nhận được bởi bộ khuyech đại hình ảnh. Độ mở, được đặt giữa bộ khuyếch đại ảnh và video camera, điều khiển lượng ánh sáng được truyền đến máy ảnh. Điều này quản lý tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của hình ảnh nhận được sẽ được thảo luận. Video camera nhận được hình ảnh ánh sáng từ bộ khuyếch đại ảnh và chuyển đổi nó thành tín hiệu video điện tử được gửi tới hình ảnh bộ xử lý ở dạng tương tự. Bộ xử lý hình ảnh số hoá hình ảnh, lưu trữ nó trong bộ nhớ, và làm cho nó có sẵn trong kỹ thuật số hình thức trừ với một tập hợp hình ảnh khác có được tại một thời điểm khác hoặc ở một năng lượng khác. Các các thành phần cơ bản của hệ thống hình ảnh bao gồm cả ống X-quang và máy phát tia X, hình ảnh bộ Khuyếch đại và video camera tương tự nhưng phải có chất lượng cao hơn các máy ảnh được sử dụng trong phương pháp huỳnh quang thông thường để đảm bảo đồng bộ hóa phù hợp và khớp giữa tương tự và kỹ thuật số các thành phần. Một thuật toán phổ biến sử dụng các hệ thống chụp X quang kỹ thuật số là phép trừ ảnh (Hình 2). Trong cái này kỹ thuật, hình ảnh động của bệnh nhân được nhận với tỷ lệ phơi nhiễm 1 lần mỗi giây trở lên. Cản quang được tiêm vào bệnh nhân hoặc tiêm tĩnh mạch hoặc trong động mạch. Hình ảnh thứ 2 được nhận lại sau khi cản quang chảy vào khu vực được chụp ảnh. Không được chỉ định hình ảnh (không có cản quang) được trừ từ các hình ảnh được opacified với quá trình trừ cô lập tín hiệu (đó là chỉ hiện diện trong hình ảnh opacification), loại bỏ tĩnhcấu trúc giải phẫu chung cho cả opacified và hình ảnh chưa được định dạng. Việc loại bỏ các cấu trúc nền làm cho các động mạch có thể nhìn thấy trong hình ảnh trừ ngay cả khi chúng không hiển thị hoặc hầu như không thể nhìn thấy trước khi trừ. 5 6 3. Thành phần hệ thống hình ảnh 3.1 Bộ khuyếch đại ảnh Thuật toán xóa nền giả định rằng giải phẫu của bệnh nhân là tương tự hoặc giống hệt nhau trong cả hình ảnh mặt nạ và cản quang. Các video camera , ống X-quang và các thành phần hệ thống khác phải đủ ổn định để đảm bảo sự bình đẳng này cho nên giải phẫu cấu trúc có thể được trừ. Để duy trì độ tương phản có sẵn trong hình ảnh phóng xạ, bộ khuyếch ảnh phải có độ cao tỷ lệ cản quang và chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số phải cung cấp đủ mẫu lấy mẫu để bảo toàn độ phân giải của bộ khuyếch đại ảnh.. 3.2 Độ mở ánh sáng Khẩu độ ánh sáng , tương tự như tìm thấy trên máy ảnh phản xạ ống kính đơn, được đặt phía sau đầu ra photpho của bộ khuyếch đại ảnh, lượng ánh sáng chạm tới máy quay video cho một tỷ lệ phơi sáng nhất định. 1 độ mở nhỏ đòi hỏi phơi nhiễm bức xạ lớn hơn để cung cấp một mức độ ánh sáng đầy đủ cho video camera, 7 giảm hiệu ứng nhiễu và tạo ra tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tổng thể tốt hơn bức hình. Ngược lại, độ mở máy ảnh lớn là được sử dụng khi một người muốn giảm thiểu bệnh nhân phơi nhiễm trong trường hợp nhiễu không giới hạn thông tin chẩn đoán trong hình ảnh. 3.3 Video camera Một trong những thành phần quan trọng nhất trong chuỗi hình ảnh cho hệ thống chụp X quang kỹ thuật số của chúng ta là video camera. Chức năng cơ bản của video camera là tạo ra tín hiệu điện tử tương tự tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng nhận được bởi mục tiêu của máy ảnh Sơ đồ của video camera được đưa ra trong Hình 4. Phần tử hoạt ảnh trong camera là mục tiêu video thay đổi độ dẫn điện khi tiếp xúc với ánh sáng. Quét một chùm electron qua tuần tự các dòng của mục tiêu video, với tiền gửi phí điện tử đi qua mục tiêu đến tạo thành dòng điện, tạo video tín hiệu. Các khu vực nơi mục tiêu đã 8 được tiếp xúc với mức ánh sáng cao tạo ra độ dẫn điện, và do đó một dòng điện lớn. Vùng của mục tiêu đã tiếp xúc với mức thấp mức độ ánh sáng tạo ra độ dẫn điện thấp hơn và do đó dòng máy quay video nhỏ hơn. Tín hiệu thu được là thước đo đầu vào mức ánh sáng cho mục tiêu video. Thông tin được đọc một cách thẳng thắn như chùm điện tử được quét qua mục tiêu để tạo tín hiệu video tương tự. Tín hiệu video là tín hiệu thời gian mã hóa hình ảnh ánh sáng hai chiều tại đích là bản ghi thời gian. Thời gian các điểm trong tín hiệu video tương ứng với các vị trí không gian bên trong hình ảnh ánh sáng (và X-quang). Mục tiêu video có thể được đọc ở một trong hai những cách khác. Trong máy quay video được sử dụng trong ngành công nghiệp phát sóng, chùm electron được quét vượt qua mục tiêu trong 262 1/2 đi qua khu vực của mục tiêu. Kết quả là 262 1/2 dòng tạo thành một hình ảnh của mục tiêu, được gọi là trường video (Hình 5). Trường video được tạo ra một lần mỗi 1/60 của một thứ hai. Trong trường tiếp theo, quét tia điện tử dọc theo các đường nằm giữa hai dòng trước cánh đồng. Do đó, trường thứ hai được mua lại với các dòng xen kẽ giữa các trường của trường đầu tiên. Các hai trường được gọi là các trường đồng đều và lẻ với mỗi trường trường bao gồm 1/60 giây và hai trường tạo thành một khung được mua trong 1/30 giây bao gồm 525 dòng. Lựa chọn quét này đã được chọn bởi ngành phát sóng để giảm băng thông trong truyền trong khi tránh nhấp nháy trong chế độ xem hình ảnh video. Tuy nhiên, quét xen kẽ không lý tưởng cho chụp X quang kỹ thuật số. Vấn đề cơ bản của chế độ xen kẽ là các trường video được đọc liên tục. Tuy nhiên, hầu hết các mục tiêu video đều có độ trễ nhất định để ngay cả khi chúng tiếp xúc với 9 mức ánh sáng không đổi, phải mất một vài video các trường trước khi tín hiệu đầu ra ổn định. Do đó, trong các hệ thống chụp X quang kỹ thuật số, sau chùm tia X bắt đầu, độ trễ trong tín hiệu video tạo ra hình ảnh thu được trong giai đoạn đầu này là không ổn định. Những sớm các lĩnh vực phải được loại bỏ, mặc dù điều này rõ ràng là không mong muốn vì nó underutilizes tiếp xúc với x-ray giao cho bệnh nhân (Hình 6). Điều này một phần là do các phần của một trường sẽ nhận được nhiều hơn tiếp xúc với những người khác sau khi bắt đầu tiếp xúc với tia X. 10 Quét chế độ liên tục giải quyết các vấn đề với phơi nhiễm lãng phí (Hình 7). Khi chế độ này được sử dụng, một hình ảnh được lưu trữ trong mục tiêu trong khi tiếp xúc với tia X ngắn và hoàn toàn đọc trong khi chùm tia X tắt. Cách tiếp cận này giúp loại bỏ sự tiếp xúc x-ray lãng phí cần thiết để mang lại khung đến mức có thể đọc được bằng cách sử dụng phơi sáng x-quang liên tục và quét xen kẽ. Nó làm điều này bằng cách không trộn các quy trình lưu trữ và readout từ mục tiêu máy quay video. Có các khía cạnh khác của video camera quan trọng trong kỹ thuật số hệ thống phóng xạ. Đầu tiên, kích thước của tín hiệu video phải trực tiếp tỷ lệ thuận với x-ray fluence phân phối cho phốt pho đầu vào của bộ tăng cường hình ảnh. Thứ hai, video máy ảnh phải có độ trễ thấp. Điều này có nghĩa là một hình ảnh có được tại một thời điểm thời gian của máy quay video không tồn tại trên mục tiêu của nó cho nhiều hơn một lần đọc giai đoạn. Điều này đặc biệt quan trọng nơi các đối tượng chuyển động nhanh, chẳng hạn như trái tim, đang được chụp bởi kỹ thuật số hệ thống phóng xạ. Một máy quay video có đặc điểm tương phản tốt tuyến tính cũng như độ trễ thấp là một máy ảnh mục tiêu plumbicon 11 vì nó có ống máy ảnh với một ôxít chì (Pb O2) mục tiêu vidicon. Một lợi ích khác của máy ảnh plumbicon là chúng có tiếng ồn tuyệt vời đặc điểm so với các loại máy quay video khác, cung cấp các tỷ số tín hiệu trên nhiễu trong phạm vi 1000: 1 và cao nhất là 2000: 1. 4. Bộ xử lý ảnh kỹ thuật số Sơ đồ khối cho một bộ xử lý hình ảnh kỹ thuật số điển hình được hiển thị trong Hình 8 & 9. bộ xử lý có các chức năng cơ bản được minh họa trong sơ đồ này bao gồm (1) thu thập và số hóa video hình ảnh, (2) lưu trữ các hình ảnh kỹ thuật số trong bộ nhớ, (3) thực hiện các phép toán số học (trừ, phép cộng và phép nhân liên tục) trên dữ liệu hình ảnh, (4) hiển thị hình ảnh kỹ thuật số trên video màn hình và (5) lưu trữ dữ liệu hình ảnh trên phương tiện từ tính hoặc đĩa quang. Bộ xử lý hình ảnh cũng chứa bộ vi xử lý hoặc bộ điều khiển hệ thống điều khiển các hoạt động cơ bản của bộ xử lý hình ảnh, máy phát tia X và các thành phần khác, điều phối và kiểm soát hoạt động của kỹ thuật số hệ thống hình ảnh. 12 4.1 Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số Chúng tôi sẽ giả định rằng một hình ảnh video tương tự đã được mua lại bởi hệ thống X-ray, bộ tăng cường hình ảnh và máy quay video (Hình 8). Tín hiệu tương tự được gửi tới bộ xử lý hình ảnh cung cấp một số tiền xử lý để điều chỉnh biên độ và mức tín hiệu video để đáp ứng các thông số đầu vào của bộ chuyển đổi analogto-digital. Kích thước bước của bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số phải được chọn sao cho nó không đưa thêm nhiễu vào tín hiệu hình ảnh sau khi số hóa và thường được chọn xấp xỉ bằng độ lệch chuẩn của tiếng ồn điện tử. Vì tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của hầu hết các máy quay video là khoảng 1000: 1, toàn bộ phạm vi của tín hiệu video phải được bao phủ bởi khoảng 1000 số hóa các bước lượng tử hóa, tương ứng với bộ chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số với 10 bit (1024 bước) để bao phủ dải tín hiệu tương tự này. ADC điều khiển chuyển đổi của tín hiệu video tương tự thời gian cho chuỗi số kỹ thuật số. Bộ vi xử lý điều khiển sử dụng phần mềm để định dạng chuỗi số này để chúng có thể được sử dụng để lập chỉ mục vị trí hình ảnh sử dụng lược đồ cột, hàng. Khoảng cách giữa các cột được xác định bởi tỷ lệ lấy mẫu của ADC cùng với tốc độ quét video xác định số lượng 13 cột cho hình ảnh được số hoá. Các số hàng được đặt bởi số dòng quét được cung cấp cho mỗi khung hình video. Nhiều hình ảnh được mua trong ma trận 512 x 512 pixel mặc dù một số hệ thống sử dụng ma trận 1024 x 1024. Ma trận hình ảnh điều khiển tốc độ lấy mẫu của bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số. Ví dụ: nếu 512 x Ma trận hình ảnh 512 được sử dụng để số hóa một hình ảnh được mua lại hơn 1/30 giây; thời gian mẫu của bộ chuyển đổi analog-to-digital bằng 1/30 của giây được chia cho 5122. Khoảng thời gian này là khoảng 100 nano giây, tương ứng với tần số lấy mẫu khoảng 10 megahertz. Mẫu này tần số giới hạn băng thông của hệ thống đến khoảng 5 megahertz và tương tự tiền xử lý phải bao gồm một bộ lọc thông thấp để tránh việc đánh răng do đó hạn chế tần số không gian của tín hiệu video đến 5 megahertz trở xuống trong ví dụ này. 4.2 Chuyển đổi logarit Sau số hóa, dữ liệu hình ảnh được chuyển đổi theo lôgarit, có nghĩa là các giá trị điểm ảnh thay thế bằng logarit của nó. Việc chuyển đổi logarit là cần thiết để loại bỏ giải phẫu tĩnh cấu trúc trong quá trình trừ hình ảnh. Việc chuyển đổi logarit có thể được thực hiện trên tín hiệu tương tự trước khi số hóa với bộ khuếch đại logarit (nghĩa là bộ khuếch đại hoạt động chuyên dụng). Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống hình ảnh hiện đang thực hiện phép biến đổi logarit sau sự tương tự sang kỹ thuật số chuyển đổi với bảng tra cứu kỹ thuật số, chỉ đơn giản là thay thế giá trị số bằng một giá trị mới theo tỷ lệ đến logarit của nó. 4.3 Hình ảnh phản hồi bộ nhớ và tích hợp vòng lặp Sau khi chuyển đổi logarit và số hóa tín hiệu video đến, hình ảnh được lưu trữ trong một bộ nhớ của bộ xử lý hình ảnh. Mỗi pixel trong hình ảnh kỹ thuật số được biểu thị bằng một số kỹ thuật số có tối thiểu 10 bit tương ứng với phạm vi số hóa của analog-to-digital của bộ xử lý hình ảnh chuyển đổi. Thường thì nhiều hơn một hình ảnh được thêm vào ("tích hợp") để giảm tiếng ồn và cải thiện SNR của hình ảnh. Trung bình này được cung cấp bởi một vòng phản hồi trong đó hình ảnh đến được thêm vào nội dung của hình ảnh được lưu trữ trước đó trên cơ sở từng pixel. Nếu bộ xử lý hình ảnh có kỹ thuật số tương tự 10 bit bộ chuyển đổi, bộ nhớ hình ảnh phải có ít nhất 4 bit có sẵn tương ứng với phạm vi 16 –32 bit trên mỗi pixel. Điều này cho phép nhiều hình ảnh của cùng một khu vực được tính trung bình 14 hoặc được thêm vào để giảm nhiễu trong những hình ảnh thu được. Hầu như tất cả các bộ xử lý hình ảnh đều có nhiều mặt phẳng bộ nhớ và nhiều có 3 ký ức hình ảnh. Yêu cầu này là hiển nhiên trong trường hợp chụp mạch trừ kỹ thuật số hình ảnh mặt nạ được thu thập trong một bộ nhớ và sau đó được trừ ra khỏi hình ảnh opacification thu được trong một bộ nhớ thứ hai. Trường hợp một chuỗi các hình ảnh được mua lại, tất cả chúng có thể được lưu trữ trong bộ nhớ kỹ thuật số trong bộ xử lý hình ảnh. Tuy nhiên, điều này rất tốn kém và kỹ thuật có nhiều khả năng hơn là trừ các hình ảnh, tăng cường tín hiệu tương phản và lưu trữ hình ảnh trừ kết quả hoặc trên một từ trường tốc độ cao hoặc đĩa quang. 4.4 Phép trừ hình ảnh Trong chụp mạch bằng phương pháp xóa nền DSA thu được 2 ảnh.Ảnh thứ nhất được gọi là ảnh mặt nạ (mark), ảnh này nhận được trước khi có môi trường tương phản là chất cản quang được tiêm vào bệnh nhân.Ảnh thứ 2 là ảnh cản quang ,ảnh nhận được sau khi có môi trường tương phản là chất cản quang được tim vào cơ thể để nhận được ảnh khi đạt được độ tưởng phản của mạch máu. Ảnh mặt nạ và ảnh can quang có mô hình toán hoạc được thừa nhận đó là bệnh nhân có bề dày x t có hệ só suy giảm là μt ,cường độ photon nguồn là I 0 trước khi có môi trường tương phản là chất cnả quang được tiêm vào cơ thể bệnh nhân .Cường độ photon phát ra từ bệnh nhân đến bộ khuyếch đại ảnh là: I m= I 0 e−μ x t t 1 Sau đó thuốc cản quang được tim vào động mạch. Nếu động mạch có độ dày X I (trong đó X I << X t ) và có sự suy giảm tuyến tính của μ I , bộ tăng cường hình ảnh nhận được cường độ sáng là: I I = I 0 e−(μ x +μ t t I x I) 2 Nếu α là hằng số chuyển đổi liên quan đến biên độ của tín hiệu video để photon ánh sáng nhận được bởi khối tăng sáng ảnh, tín hiệu mặt nạ và tín hiệu hình ảnh cản quang được tạo ra bởi camera là: I m=α I 0 e−μ x t t 3 15 I I =αI 0 e−(μ x +μ x ) t t I I 4 Bây giờ chúng ta sẽ sử dụng các phương trình 3 và 4 để chứng minh sự khác biệt giữa phép trừ của hình ảnh không có phép biến đổi logarit (phép trừ tuyến tính) và phép trừ các hình ảnh sau phép biến đổi logarit (phép trừ logarit). 4.5 Phép trừ tuyến tính Một vài nhà nghiên cứu về công nghệ xóa nền sử dụng thuật toán trừ tuyến tính để cách ly tín hiệu cản quang. Trong phép trừ tuyến tính,cản quang bị trừ từ ảnh mặt nạ mà không có biến đổi logarit. Nếu Slin là phép trừ ảnh,khi đó phép trừ tuyến tính nhận được có kết quả dạng: Slin= I m- I I =α I 0 e−(μ ¿ ¿t x )¿-αI 0 e−(μ x +μ x ) t t t I I = −μ t xt α I0 e [1-e−(μ x ) ] I I 5 Nếu ta thừa nhận tín hiệu tương phản khi sử dụng Iốt làm chất cản quang có hệ số tương phản μ I x I << 1. Khi đó(9) Slin=α ( μ I x I )I 0 e−(μ x ) I I 6 Các biểu thức trên,được sử dụng trong xử lý ảnh tuyến tính,khi coi bề dày của chất iot là X I và bề dày của bệnh nhân là X t . Để nhận được các ảnh trong xử lý tuyến tính thì phải giữ bện nhân ở trạng thái bất động(do khi thay đổi cơ thể có thể làm mờ ảnh hoặc làm nhỏ tín hiệu cản quang) và phải đưa thêm các chất cản quang không mong muốn vào động mạch. 4.6 Phép trừ Logarit So với phép trừ tuyến tính, phép trừ logarit không phải giữ bệnh nhân ở trạng thái bất động,dữ liệu ảnh mặt nạ và ảnh cản quang được trừ sau khi được số hóa và được biến đổi logarit. Toán học trừ ảnh logarit Slog có: Slog =ln( I m)-ln( I I )=[- μt x t ]-[- μt x t - μ I x I ]= μ I x I 7 Cho nên lết quả tín hiệu trừ logarit có liên quan đến tín hiệu iốt và không bị ảnh hưởng bởi độ dày của bệnh nhân. Tuy nhiên, mức nhiễu trong hình ảnh trừ luôn cao hơn. 16 4.7 Hiển thị hình ảnh và bộ nhớ lưu trữ Sau khi xử lý, các hình ảnh kỹ thuật số được gửi đến bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự tạo ra tín hiệu video tương tự được cấp cho một màn hình video. Các dữ liệu hình ảnh sau đó có thể được hiển thị để kiểm tra bởi các bác sĩ X quang. Tín hiệu video tương tự cũng có thể được lưu trữ bằng cách sử dụng máy ghi video cassette hoặc đầu ghi đĩa video tương tự cho mục đích lưu trữ. Phạm vi động của công nghệ cũ (tức là băng analog hoặc bộ ghi đĩa) xấp xỉ 200: 1, so với phạm vi động 1000: 1 của máy quay video mà chúng ta đã thảo luận trước đó. Tuy nhiên, các bản ghi video kỹ thuật số mới hơn vẫn giữ được phạm vi năng động của các hình ảnh X quang kỹ thuật số. Tuy nhiên, đối với độ trung thực tuyệt đối của dữ liệu hình ảnh, lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số là phương pháp ưu tiên. Các thiết bị này (bao gồm đĩa từ tính, băng từ, và đĩa quang), ghi lại dữ liệu hình ảnh ở dạng kỹ thuật số mà hầu như tránh khả năng nhiễu được thêm vào bởi phương tiện ghi. Lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số là cần thiết khi hình ảnh được ghi trước khi trừ, và rất hữu ích khi xử lý mở rộng (tích hợp hình ảnh hoặc định lượng iốt) sẽ được thực hiện. Những bất lợi chính của lưu trữ kỹ thuật số là nó đắt hơn đáng kể so với lưu trữ tương tự, và một trong đó đòi hỏi một bộ xử lý hình ảnh kỹ thuật số để hiển thị hình ảnh. 5. Nhiễu trong chụp mạch bằng phương pháp xóa nền: Trong chụp mạch bằng phương pháp xóa nền có:σ q:Định lượng mật độ nhiễu, nhiễu điện tử:σ e và nhiễu lượng tử số hóa σ ∆ tất cả đều góp phần gây ra nhiễu hệ thống, và nếu chúng ta thiết kế ra một hệ thống chụp mạch bằng phương pháp xóa nền phù hợp,thì lượng tử hóa nhiễu là không đáng kể. Tóm lại, nếu tín hiệu chụp X quang gồm N photon khi đó tham số (độ lệch chuẩn) của tín hiệu đó là √ N , từ đó photon tạo ra và hệ số suy giảm được tính theo thống kê Poisson. Giả sử rằng camera đưa ra 1 giá trị điện áp lớn nhất là V max tại N max số photon, tín hiệu điện áp video V N tương ứng với N photon được cho bởi mối quan hệ tỷ lệ VN V max V max = NN hoặc V = N N max N max 17 8 Trong đó N max và V max là hằng số cho bất kỳ cấu hình hệ thống nào. Do đó, tham số trong tín hiệu video được thống kê theo lượng tử là: σ q=( V max V σ N =( max ) √ N ) N max N max 9 Nhiễu điện tử tạo nên đặc trưng tín hiệu video camera được mô tả với thuật ngữ của camera đó là “Dải động”, được xác định là tỷ số của tín hiệu điện áp lớn nhất V max chia cho độ lệch chuẩn (σ e) của nhiễu điện từ camera. Nếu D là phạm vi động của camera thì độ lệch chuẩn σ e của nhiễu điện tử từ máy ảnh được cho bởi: σ e= V max D 10 Cuối cùng, sai số lượng tử hóa hoặc nhiễu lượng tử là lỗi được đưa vào tín hiệu tương tự khi nó được số hóa. Nếu Δ là chiều rộng của bước lượng tử hóa (là khoảng thời gian phụ cùng với các đoạn đáng kể nhỏ nhất của chuyển đổi tương tự-số), trong đó các giá trị tương tự từ µI-Δ / 2 đến µI + Δ / 2 bằng nhau và được chuyển đổi thành giá trị µI bởi bộ chuyển đổi tương tự-số, khi đó sự thay đổi độ sai số lượng tử là: σ ∆= 2 ∆2 12 11 5.1 Nhiễu hệ thống trong chụp mạch bằng phương pháp xóa nền: Nhiễu hệ thống khác nhau trong chụp mạch bằng phương pháp xóa nền được thu nhận bằng cách thêm nhiễu khác từ mỗi phần tử của hệ thống. Giả thiết rằng các nhiễu này là độc lập. Trong tính toán, chúng ta giả định rằng hệ thống hình ảnh bao gồm một máy quay video quan sát tín hiệu photpho đầu ra của bộ khuyếch đại hình ảnh, và sai số lượng tử được gây ra bởi bộ chuyển đổi tương tự-số là không đáng kể. 18 Hình 11. Trong một máy quay video lý tưởng, đầu ra tín hiệu video tỷ lệ thuận với mức độ tiếp xúc ánh sáng lên đến mức bão hòa tối đa V Max. Phạm vi động video được định nghĩa là tín hiệu video tối đa chia cho bình phương trung bình gốc của tiếng ồn trong tín hiệu video. Đầu ra camera chứa thành phần V q tỷ lệ thuận với độ phát xạ đưa vào photpho đầu vào cũng như số hạng thay đổi theo thời gian V e phát sinh từ "dòng tối" của hệ thống V= V +V q 12 e Tham số ở đầu ra tín hiệu video được tính toán theo bình phương độ sai lệch: σ v =σ q+σ e 2 2 2 19 13 Công thức trên cho thấy rằng những thành phần từ bộ “video tối ưu hiện tại” σ e và nguồn lượng tử thống kê σ q được cộng vào phương vuông(phép cầu phương) và đưa ra tổng số nhiễu σ V trong hệ thống video. Thay thế các biểu thức xuất phát ở trên, chúng ta thu được nhiễu của tín hiệu video có quan hệ với số lượng photon (N), tức là số photon trên mỗi pixel(điểm ảnh), độ rộng(D) của máy quay video, mức tín hiệu video tối đa ( V max ) và số lượng các photon lớn nhất( N max ) tương ứng với mức tín hiệu video lớn nhất: σ 2V =[ 2 2 V max V ] N +[ max ] N max D 14 Bởi vậy tủ số tín hiệu nhiễu (SNR) ở độ tương phản 100% trong hệ thống ảnh số là: V V V max V SNR= σ = √ V 2max V 2max = N+ 2 N 2max D √ 15 N 1 + 2 2 N max D Từ đó tín hiệu video tương ứng có quan hệ với cường độ photon(N=các photon/điểm ảnh) V V max = NN 16 max Chúng ta thấy tỷ số tín hiệu-nhiễu có quan hệ với số lượng các photon N làm ảnh hưởng tới tín hiệu vào photpho của bộ khuyech đại ảnh(Nếu hấp thụ 100% được): SNR = N N max √ N 1 + 2 2 N max D N = √ N 2max N+ 2 D 17 Bây giờ chúng ta sẽ điều tra mối quan hệ này trong một số trường hợp đặc biệt quan trọng 20
- Xem thêm -