کیفیت تصاویر دیجیتال

فاکتورهای موثر در کیفیت تصاویر دیجیتال

از آنجایی که کیفیت تصاویر دیجیتال به مراتب بهتر از آنالوگ بوده و امکان آرشیو نمودن و انتقال تصاویر از مرکز رادیولوژی به سایر مراکز درمانی در سراسر دنیا حتی به صورت همزمان میسر است و نیز امکان بکارگیری کامپیوتر در امور تشخیصی با استفاده ازاین روش فراهم شده امروزه تصویربرداری دیجیتال مقرون به صرفه و کارامدتر از همتای آنالوگ خود به نظر می رسد. رادیولوژی دیجیتال ابتدا در قالب رادیوگرافی کامپیوتری ( CR ) با استفاده از صفحات فسفری ذخیره اطلاعات تصویر و تبدیل این اطلاعات طی فرایند خاص از آنالوگ به دیجیتال ظهور کرد. با ظهور دستگاه­های دیجیتال رادیولوژی که بر پایه Flat Panel Detector ها استوار است و به جای استفاده از سیستم فیلم-اسکرین یا صفحات فسفری از دتکتورهای مسطح استفاده می کند. این دتکتورها بر حسب روند تبدیل اشعه ایکس به تصویر دیجیتال به دو دسته غیرمستقیم(Indirect) و مستقیم(Direct) تقسیم می شوند. این فناوری ضمن ارتقاء سطح کمی و کیفی تصویربرداری پزشکی گزینه های بیشتری را پیش روی کارشناسان در انتخاب دستگاه مورد نیاز بخش های رادیولوژی قرار می دهد.

در این بخش به معرفی برخی فاکتورهای موثر در کیفیت تصاویر دیجیتال می پردازیم.

Detection Efficiency :

این عامل در سیستم های فیلم اسکرین، CR و DR وابسته به ضخامت لایه جذب کننده، دانسیته و ترکیب این لایه می باشد که به فراخور نوع سیستم لایه جاذب دارای تعریف و ساختار خاص خود است. راندمان می تواند با افزایش تراکم وحجم لایه جاذب و یا ضخامت لایه افزایش یابد و نیز به ترکیب موادی که کارخانه سازنده برای بهبود هر چه بیشتر انطباق میان تشعشعات خروجی از بدن بیمارو فوتون­های نوری خروجی از لایه جاذب به کار برده می شود، بستگی دارد.

سزیم یداید CSI با توجه به توانایی بالای جذب فوتون های ایکس متداول ترین سنتیلاتوری است که در سیستم های Indirect Digital Radiology  مبتنی بر TFT و CCD مورد استفاده قرار می گیرد.

Dynamic Range :

دامنه پویایی یک سیستم تصویربرداری نسبت بین بزرگترین و کوچکترین شدت اشعه ورودی است که توانایی تشکیل تصویر را دارد. برای تمامی سیستم ها کمترین شدت مفید به وسیله نویز ذاتی سیستم و بیشترین شدت به وسیله اشباع گیرنده سیستم مشخص می شود. سیگنال باید به مقدار کافی شدت داشته باشد که بر ترکیب نویزذاتی با نویز فوتون­های ایکس غلبه کند.

دامنه پویایی در سیستم های فیلم اسکرین به صفحه فولی و مشخصات فیلم بستگی دارد و دامنه ای بین 10:1 تا 100:1 دارد. از این فاکتور میتوان به عنوان مهمترین وجه تمایز سیستم های CR و DR با سیستم فیلم اسکرین مرسوم اشاره کرد. در دستگاه­های رادیولوژی دیجیتال دامنه پویایی بیانگر پاسخ  دتکتور در قالب سیگنال­های الکتریکی به اسکپوژر تابشی است. در سیستم فیلم اسکرین مرسوم نمودار افزایش دامنه پویایی به شکل S است از این رو فیلم دامنه تغییرات کمی برای یک اکسپوژر دارد و اگر کمتر یا بیشتر از مقدار لازم باشد نتایج حاصله اکسپوزهای ناموفق و یا کیفیت نامطلوب تصاویر را به دنبال دارد. سیستم­های رادیولوژی دیجیتال دارای دامنه پویایی وسیعتر و شکل خطی نمودار دامنه پویایی نسبت به سیستم فیلم اسکرین است. که در عمل درصد ناموفق بودن اکسپوژر و کیفیت نامطلوب تصویر را به مراتب کاهش می دهد. تاثیر مثبت دیگر دامنه پویایی وسیع تفاوت در جذب تشعشع در بافت­های خاص است به طوریکه برای مثال در رادیوگرافی Chest با یک اکسپوز چند دانسیته مختلف می توان در اختیار داشت. از سوی دیگر از آنجایی که بهبود عمل دتکتور مانند استفاده از شدت بالای اکسپوژر است می توان از دریافت دوز تابشی زیاد بیمار جلوگیری کرد و دامنه پویایی در سیستم­های دیجیتال رادیولوژی به 10000:1 می رسد که در مقایسه با سیستم­های فیلم اسکرین به میزان قابل توجهی ارتقاء یافته است.

Spatial Resolution:

قدرت تفکیکی فضایی توانایی سیستم تصویربرداری در نمایش دو ساختار مجاور به طور مجزا با وضوح لبه تصاویر است. گم گشتگی قدرت تفکیکی فضایی ممکن است به دلیل تار شدن تحت تاثیر فاکتورهای هندسی اتفاق بیافتد. در سیستم­های فیلم اسکرین Spatial Resolution در ابتدا بوسیله ضخامت صفحه فولی تعیین می شود. ضخامت زیاد صفحات موجب تولید فوتون­های نوری به تعداد بیشتر و به صورت منتشره پیش از آنکه به فیلم برسند، می شود فلذا در این حالت سیستم دارای قدرت تفکیکی فضایی کمتری است. سیستم فیلم اسکرین سنتی با 400 speed برای رادیوگرافی های عمومی قدرت تفکیک فضایی تقریبا lp/mm  7 است و در ماموگرافی با توجه به اهمیت جزئیات صفحه فولی بسیار نازکی مورد استفاده قرار می گیرد  لذا محدوده رزولوشن اغلب بیشتر از lp/mm  15 است.

در سیستم های CR منبع اصلی کاهش Spatial Resolution اسکتر هایی است که از نور لیزر در طول بازخوانی الکترود تصویر ایجاد می شود. در سیستم های DR دو فاکتور بر قدرت تفکیک فضایی موثر است اولین عامل برای سیستم های indirect  پخش نور بین سنتیلاتور و لایه فوتودایود(آمورفوس سیلیکون) در هنگام تبدیل اشعه ایکس به فوتون­های نوری است که سازندگان با استفاده از سنتیلاتورهای دارای ساختار بر این فاکتور غلبه نموده و در این روش سزیم یداید را با ساختار سوزنی شکل بکار می برند که از پخش و انتشار فوتون های نوری جلوگیری می کند. در سیستم های direct بدلیل استفاده از آمورفوس سلنیوم و تبدیل مستقیم اشعه ایکس به بار الکتریکی عامل پخش نور به طور کامل حذف شده است و یکی از دلایل برتری سیستم های DDR  به DR و البته به سیستم های CR  و فیلم اسکرین می باشد.

Modulation Transfer Function :

MTF ظرفیت دتکتور در انتقال نوسان و مدولاسیون سیگنال ورودی در فرکانس فضایی معین یا تعیین شده به خروجی آن است. در رادیوگرافی اشیاء دارای اندازه و شفافیت گوناگونی هستند که با شدت های متغیر رنگ خاکستری نشان داده می شوند. MTF عهده دار تبدیل کنتراست اشیاء به کنتراست تصاویر به همان میزان است. در تصویربرداری عمومی جزئیات مربوطه در دامنه ای بین cycles/mm2 و 0  است که نیازمند مقدار MTF بالایی است.

Detective Quantum Efficiency :

یکی از متغیرهای فیزیکی اساسی مرتبط با کیفیت تصویر در رادیوگرافی است و به بهروری دتکتور در فرایند تبدیل اشعه ایکس به سیگنال تصویر باز می گردد. DQE با مقایسه نسبت سیگنال به نویز در خروجی دتکتور محاسبه می شود. DQE به اسپوژر اشعه ایکس، بسامد فضایی spatial frequency ، MTF و مواد سازنده دتکتور بستگی دارد. کیفیت (ولتاژ و جریان) تشعشع بکار رفته نیز تاثیر بسزایی در DQE دارد. مقدار DQE اشاره شده بیانگر آن است که شرایط اکسپوز کمتری نیاز است تا کیفیت تصویر در مقایسه با سیستم های دیگر در اختیار ما قرار دهد. دتکتور ایده آل دتکتوری است که DQE برابر با 1 داشته باشد یعنی تمامی انرژی اشعه ایکس را جذب و به اطلاعات تصویر تبدیل نماید که در واقع دستیابی به چنین شرایطی مقدور نیست و در عمل DQE دتکتور دیجیتال محدود به 0.45 در 0.5 cycles/mm است .

سنتیلاتورها در Indirect Digital Radiology :

سنتیلاتورها در دستگاه های­ رادیولوژی دیجیتال مبتنی بر Indirect Conversion از ارکان اصلی سیستم به شمار می روند. وظیفه سنتیلاتور تبدیل فوتون­های اشعه ایکس به نور مرئی متناسب با انرژی فوتون­های ایکس است و در ادامه این نور مرئی به وسیله فوتو دایود که همان لایه آمورفوس سیلیکون می­باشد به بار الکتریکی تبدیل و جهت بازخوانی و ترجمه به تصویر دیجیتال آماده می شود­. در ساخت این لایه سنتیلاتور ممکن است از مواد گوناگونی نظیر خاک­های کمیاب (گادولونیوم اکسی سولفاید GD2O2S) به صورت ورقه مجزا و قابل تفکیک استفاده شود و در مواردی از سزیم یداید CSI استفاده می شود که برای بدست آوردن بهترین راندمان تزویج نوری به صورت مستقیم در آرایه قرار می گیرد.

در مقایسه سزیم یداید با خاک های کمیاب باید به نکات زیر توجه داشته باشیم :

1-  سزیم یداید قدرت بسیار زیادی در جذب فوتون های اشعه ایکس دارد. لذا در مواردی مانند فلوروسکوپی نیز که شدت اشعه کمتر است مورد استفاده قرار می گیرد.

2-  سزیم یداید تقریبا دو برابر گادولونیوم اکسی سولفاید نور تولید می کند.

3-  می توان آنرا به شکل ساختار سوزنی در ساختمان سنتیلاتور استفاده کرد که این خود سبب جلوگیری از پخش نور به هنگام تبدیل اشعه ایکس به نور مرئی می شود .

با این روش می توان از ضخامت­های بیشتر سزیم یداید بدون آنکه با کاهش قدرت تفکیک فضایی و در نتیجه کاهش کیفیت تصویر مواجه شویم، استفاده کرد. به عنوان مثال ضخامت لایه سزیم یداید معادل 600 میکرومتر رزولوشنی برابر با ضخامت 300 میکرومتری صفحات خاک­های کمیاب دارد.

4-  پیک نور جذبی در فوتودایودها در طیف سبز و طول موج 500 نانومتر است که در این فاکتور هم سزیم یداید از خاک­های کمیاب پیشی گرفته و فوتون های نور مرئی را در سطحی از انرژی که برای جذب هر چه بهتر توسط آمورفوس سیلیکون مناسب است فراهم می کند.

لذا ترکیب این دو ماده در کنار هم ( سزیم یداید به عنوان سنتیلاتور و آمورفوس سیلیکون به عنوان فوتودایود ) بیشترین DQE را برای دستگاه دیجیتال رادیوگرافی دارد و میزان بالای DQE بیانگر توانایی دستگاه در ارائه تصویر با کیفیت بهتر است. DQE در دستگاه های Indirect مبتنی بر CSI دو برابرCR ، CCD  و سیستم فیلم اسکرین است و این موضوع بیانگر رزولوشن بیشتر تصویر این سیستم ها نسبت به سیستم های فوق در دوز تابشی یکسان است.

استفاده از مشاوره های علمی و تخصص از سوی کارشناسان مسلط به دانش روز در خصوص انتخاب و خرید دستگاه های تصویربرداری کمک شایانی به انتخاب صحیح، صرف هدفمند هزینه ها و تضمین بهره وری مراکز تصویر برداری کرده و از هدر رفت هزینه و زمان در دپارتمان های رادیولوژی جلوگیری می کند.