CR – COMPUTED RADIOGRAPHY

2.1 GIỚI THIỆU CR

CR là viết tắt của từ Computed Radiography, nghĩa là X quang có sự hỗ trợ của máy tính. Thế hệ CR đầu tiên ra đời vào năm 1981, và được sử dụng rộng rãi hiện nay. So với X quang cổ điển (classical radiography), CR có nhiều ưu điểm hơn như tiết kiệm thời gian, bảo vệ môi trường, giảm liều chiếu bức xạ trên bệnh nhân. Ảnh thu được dưới dạng số nên rất dễ dàng trong việc xử lý, truyền đi, lưu trữ…Bài viết này sẽ giới thiệu những nguyên lý hoạt động của CR, cũng như những ưu khuyết điểm của hệ thống. Từ đó, cho thấy khả năng thay thế hoàn toàn X quang thường bằng hệ thống X quang kỹ thuật số.

2.2 QUÁ TRÌNH THU NHẬN ẢNH (IMAGE ACQUISITION)

Quá trình thu nhận ảnh của hệ thống CR có thể tóm tắt trong sơ đồ sau:

Hệ thống phát tia X hoàn toàn giống như hệ thống của X quang thường. Tia X sau khi chiếu qua bệnh nhân sẽ đến một tấm photpho. Tấm photpho này đóng vai trò như tấm phim trong X quang thường. Tấm photpho, sau khi đã được chiếu tia, sẽ được đưa đến máy quét ảnh (Image Scanner). Máy quét ảnh có chức năng số hoá hình ảnh thu được, và làm cho tấm photpho trở lại trạng thái ban đầu để dùng cho lần thu ảnh sau. Hình ảnh đã được số hoá (digital image) được truyền đến máy tính xử lý ảnh. Tại đây ảnh có thể được thay đổi độ sáng, độ tương phản, tạo ảnh chỉ chứa xương, ảnh chỉ chứa mô… tuỳ theo từng mục đích của bác sĩ. Ảnh sau khi được xử lý có thể được hiển thị, được in ra phim, được truyền qua mạng đến nơi khác hay lưu trữ trong hồ sơ bệnh nhân. Một trong những ưu điểm lớn nhất của CR là ảnh thu được dưới dạng số, rất thuận tiện cho xử lý, lưu trữ và truyền đi xa.

2.3 TẤM THU NHẬN ẢNH (IMAGING PLATE)

Hình dạng ngoài của một tấm thu nhận ảnh của CR có dạng như hình 2 (bên trái). Bên trong của tấm này có một tấm photpho màu trắng. Tấm photpho (hình 3) gồm một lớp chống trầy xước trên cùng, tiếp đến là lớp photpho dày khoảng 100µm, phía dưới là lớp phản xạ, và lớp cuối cùng là lớp nâng đỡ dày khoảng 200µm. Thành phần của tấm photpho này thường gồm 85% BaFBr và 15% BaFI, pha với một lượng nhỏ nguyên tố Europium (Eu).

BaFBr là một chất bán dẫn, nên chúng có hai vùng năng lượng là vùng lỗ trống và vùng dẫn (Hình 4). Khoảng năng lượng giữa hai vùng này cỡ 8.3 eV. Khi tia X bị hấp thụ bởi hợp chất BaFBr, năng lượng của chúng sẽ kích thích làm cho các electron của nguyên tử Eu bị bứt ra. Các electron này sẽ chuyển động tự do trong môi trường và một phần sẽ tương tác với các nguyên tử F. Các nguyên tử F giữ electron ở mức năng lượng cao hơn ở trạng thái ổn định trong vài ngày đến hàng tuần. Số lượng electron bị giữ bởi nguyên tố F trên một đơn vị diện tích sẽ tỉ lệ thuận với cường độ tia X chiếu vào.

  Sau khi đã chụp xong, tấm thu nhận ảnh sẽ được đưa vào máy đọc CR (hình 5). 

Máy đọc này sẽ phát ra tia laser có năng lượng khoảng 2 eV (ánh sáng laser đỏ) để quét qua tấm photpho. Khi đó, các electron đang bị F giữ sẽ bị kích thích để nhảy lên vùng dẫn. Các electron này chỉ ở trên vùng này một thời gian rất ngắn thì nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn. Sự chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp của các electron làm phát ra một ánh sáng màu xanh (cỡ 3 eV). Dựa vào cường độ sáng phát ra, máy quét sẽ số hoá cho từng điểm sáng. Từ đó xác định độ đen trắng cho ảnh X quang chụp được. Sau khi đã mã hoá cho ảnh, máy quét sẽ chiếu một luồng ánh sáng cực sáng vào tấm photpho. Khi đó tất cả các electron bị giữ ở bởi nguyên tử F sẽ trở về trạng thái cơ bản. Tấm thu nhận ảnh sẽ trở về trạng thái giống như trước lúc chụp cho bệnh nhân và được dùng lại cho lần chụp sau.

2.4 MÁY ĐỌC ẢNH CR (READER CR)

Phía trên, chúng ta đã biết được quá trình hoạt động của máy đọc ảnh CR là dùng tia laser đỏ để đọc ảnh, và dùng một ánh sáng cực sáng để xoá mọi thông tin của tấm thu nhận ảnh. Bây giờ, chúng ta tìm hiểu kỹ hơn về cách thức đọc ảnh của máy.

Khi tia laser tới (Incident Laser Beam) xuyên qua lớp chống trầy xước (Protective Layer), nó sẽ tương tác với lớp photpho (Phosphor Layer) (Hình 6). Do hiện tượng tán xạ nên tia laser bị trải rộng trong lớp photpho, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ phân giải của máy đọc CR. Độ phân giải không gian (Spatial Resolution) của ảnh càng tốt khi hiện tượng tán xạ càng ít. Điều này có thể đạt được bằng cách giảm nhỏ đường kích chùm tia laser tới, nhưng khi đó dĩ nhiên thời gian để đọc hết ảnh cũng tăng lên và dung lượng ảnh cũng lớn hơn. Tương tác giữa tia laser và lớp photpho sẽ tạo ra ánh sáng màu xanh. Ánh sáng này sẽ theo bảng dẫn sáng (Light Guide) đến đập vào ống nhân quang (PMT). Ông nhân quang PMT (Photomultiplier Tube) sẽ chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện. Biên độ của tín hiệu điện sẽ tỉ lệ thuận với cường độ tia X hấp thụ của lớp photpho. Với cùng một mức năng lượng của tia laser (2eV), tuỳ theo mật độ của tia X bị hấp thu bởi lớp photpho mà cường độ của ánh sáng phát quang (Photostimulated Luminescence) và do đó biên độ của tín hiệu điện sẽ khác nhau giữa các điểm trên ảnh thu được. Sự khác nhau này sẽ là căn cứ cho việc mã hoá độ đen trắng của ảnh và cho sự hiển thị ảnh.

Cấu tạo của bộ đọc ảnh CR được minh hoạ trong hình 7. Trong hệ thống này, chiều chuyển động của tấm photpho (Plate Direction) là chiều dọc, chiều quét của tia laser (Scan Direction) là chiều ngang. Tia laser phát ra được chiếu qua tấm gương đa giác (Polygonal Mirror). Tấm gương này quay tròn, làm cho tia laser được quét theo chiều ngang của tấm photpho. Tại mỗi điểm được chiếu, ống nhân quang PMT sẽ nhận được tín hiệu ánh sáng và chuyển nó thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sẽ được khuyếch đại, chuyển đổi sang dạng số (ADC)… Cuối cùng ta có được ba thông số về điểm ảnh là toạ độ (x,y) và cường độ z của tia X hấp thụ tại điểm đó. Giá trị của z là cơ sở cho quá trình hiển thị ảnh.

  

 2.5 XỬ LÝ ẢNH (IMAGE PROCESSOR) Ảnh sau khi được số hoá từ máy đọc ảnh được truyền đến máy điện toán chủ xử lý ảnh (ADC processing server). Máy chủ này có chứa nhiều phần mềm xử lý ảnh như:

+ Egde enhancement (Tăng cường bờ nét).

+ Dynamic range compression (Nén dải động).

+ Multiscale contrast enhancement (Tăng cường tương phản đa mức độ).

+ Giảm nhiễu (noise reduction).

Nhờ các phần mềm này mà chỉ cần phô xạ một lần vẫn có thể khảo sát tốt phần mềm, xương hoặc phổi, trung thất. 

Phương pháp khuyếch đại tương phản đa mức độ (Multiscale image contrast amplification) MUSICA có thể làm tăng khả năng phát hiện các đường gãy ẩn, nốt nhỏ dù độ đậm thấp, không che lấp chi tiết lân cận, không tạo những bờ giả, dùng toàn cơ thể. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tách ra làm 12 lớp, và tăng những hình độ đậm thấp, giảm những ảnh quá sáng để trên một hình có thể khảo sát nhiều cấu trúc. 

2.6. IN PHIM

Ảnh sau khi được xử lý có thể được in ra phim bằng máy in phim khô để bác sĩ chẩn đoán, hoặc trả phim cho bệnh nhân. Máy in phim khô sử dụng một lớp hoá chất silver halide, chỉ biến đổi màu khi chịu nhiệt. Máy có một đầu nhiệt (thermal head) gồm một phần tử vi nhiệt (microthermal element) phân phối nhiệt đến lớp hoá chất nhạy cảm với nhiệt, để tạo thành hình. Đầu nhiệt này dài 35cm, và hoàn toàn tự điều chỉnh để hình có chất lượng cao nhất.

Máy sử dụng phim không nhạy với ánh sáng, nên có thể lắp vào máy dưới ánh sáng thường.

2.7. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CR

A. ƯU ĐIỂM

+ Quá trình tạo ảnh đơn giản, nhanh chóng, không cần phòng tối như X quang cổ điển.

+ Sử dụng máy in phim khô, đơn giản và thân thiện với môi trường, không độc hại.

+ Ảnh thu được dưới dạng số nên có thể lưu trữ, truyền đi dễ dàng.

+ Tấm thu nhận ảnh có thể tái sử dụng nhiều lần (khoảng 20.000 lần).

B. NHƯỢC ĐIỂM

+ Vốn đầu tư ban đầu rất lớn.

sưu tầm của Jose_Khanh