Việc phát hiện và điều trị sớm sẽ tạo cơ hội giảm tỷ lệ bệnh nhân tử vong do ung thư vú. Kỹ thuật sử dụng tia X gần đơn sắc (Quasi-Monochromatic) có thể nâng cao khả năng phát hiện tổn thương với hình ảnh có độ tương phản thấp bằng cách loại bỏ các yếu tố làm cứng chùm tia. Hiệu suất của quá trình tổng hợp kỹ thuật số hình ảnh chụp vú với nguồn tia X gần đơn sắc được đánh giá bằng cách sử dụng cả phương pháp mô phỏng và các phantom. Kỹ thuật này cung cấp hình ảnh chất lượng cao với thời gian quét ngắn.
Kỹ thuật tổng hợp hình ảnh chụp Vú (DBT) là kỹ thuật hình ảnh ba chiều (3D) cung cấp khả năng tái tạo tập hợp các mặt phẳng tùy ý khu chụp vú từ chuỗi hình ảnh chiếu góc giới hạn khi ống phát tia X di chuyển. So với phương pháp chụp nhũ ảnh hai chiều (2D) truyền thống, phương pháp chụp ảnh động 3D có khả năng cải thiện độ rõ nét của cấu trúc bằng cách loại bỏ các nhiễu liên quan. Phương pháp tái tạo DBT giúp phát hiện các tổn thương ở kích thước nhỏ hơn và ở giai đoạn sớm hơn, do đó có khả năng giúp giảm số ca tử vong vì ung thư vú mỗi năm.
Để cải thiện hơn nữa chất lượng hình ảnh tổng thể DBT, các nhà khoa học đã nghiên cứu kỹ thuật hình ảnh gần đơn sắc. Ưu điểm chính của phương pháp này bao gồm: 1) Loại bỏ các yếu tố làm cứng chùm tia X và do đó cải thiện khả năng phát hiện tổn thương với hình ảnh có độ tương phản thấp; 2) Cho phép định lượng chính xác hơn các hệ số hấp thụ; 3) Năng lượng chùm tia X có thể được sử dụng cho hình ảnh K-edge và do đó cải thiện độ tương phản của hình ảnh. Tính khả thi của việc tạo ra bức xạ tia X gần đơn sắc bằng chùm tia đa sắc lọc cạnh K sử dụng vật liệu có số nguyên tử cao (Z cao) được nghiên cứu bằng cả phương pháp mô phỏng lẫn thực nghiệm. Ưu điểm chính của phương pháp này đối với hình ảnh sử dụng chùm tia X dạng hình nón là tia X được lọc vẫn duy trì dạng hình học ban đầu. Sự kết hợp giữa DBT tĩnh và kỹ thuật chụp ảnh gần đơn sắc có thể có khả năng bù lại sự mất thông lượng tia X do sử dụng bộ lọc K-edge nặng. Điều này sẽ cho phép máy quét DBT cố định hoạt động với thời gian quét tương đương hệ thống dựa trên C-arm ngày nay, nhưng với chất lượng hình ảnh tốt hơn và liều chụp giảm.
Mô phỏng chùm tia X gần đơn sắc hình nón bằng bộ lọc K-Edge
Các nhà khoa học đã tiến hành mô phỏng 03 cấu hình gần đơn sắc có thể có để đánh giá ảnh hưởng của các phổ năng lượng khác nhau đến chất lượng hình ảnh DBT tĩnh. Họ tiến hành so sánh nguồn Mo/Mo (cực dương molypden, bộ lọc molypden) thông thường với các phương pháp tiếp cận sử dụng K-Edge 32 keV: 1) nguồn vonfram với bộ lọc xeri ở lớp chụp (VL) thứ 100, (W / Ce-100); 2) nguồn vonfram với bộ lọc xeri ở VL thứ 10, (W / Ce-10); 3) nguồn vonfram với bộ lọc bạc ở VL thứ 1000, (W / Ag-1000).
Dữ liệu cấu hình và hiệu suất mô phỏng tia X
Dữ liệu tổng hợp tia X đa sắc với cấu hình giống như cấu hình hiện đang được triển khai cho hệ thống DBT tĩnh được mô phỏng bằng phương pháp dò tia đa sắc. Đối tượng được mô phỏng có cấu trúc CIRS, bao gồm cả khối lượng tương phản thấp và khối vôi hóa có độ tương phản cao được nhúng trong một vật liệu giống bộ phận vú của người. Mô phỏng đa sắc tính phụ thuộc năng lượng của quang phổ và các yếu tố suy giảm của vật liệu. Đối với mỗi năng lượng trong quang phổ, độ suy giảm chùm tia được tính toán từ quãng chạy của chùm tia qua vật thể và hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu, được xác định từ thành phần vật chất và hệ số suy giảm khối lượng của nguyên tố trong cơ sở dữ liệu NIST. Mô phỏng cũng có khả năng tạo ra các mô hình nhiễu thực tế đối với các đầu dò tích hợp tuân theo mô hình Poisson. Dữ liệu hình ảnh chiếu mô phỏng được tính toán cho hệ thống 15 tia với 03 tổ hợp mục tiêu/bộ lọc như mô tả ở trên. Kích thước pixel của đầu dò là 127 um, với 500 × 1100 pixel để hình ảnh thể hiện đầy đủ ở tất cả các chế độ xem. Tia X gần đơn sắc có dạng chùm hình nón có thể được tạo ra bằng cách sử dụng K-edge với ống phát tia X tĩnh và dữ liệu phổ thu được bằng cách sử dụng đầu dò tia X kỹ thuật số XR100T-CdTe (AmpTek, Inc.). Điện áp đỉnh của ống tia X là 80 kVp, mục tiêu là vonfram và cửa sổ ống là 0,8 mm Be.
Cấu trúc hệ thống chụp nhũ ảnh kỹ thuật số CIRS
Tính hiệu quả của Kỹ thuật sử dụng tia X gần đơn sắc
Các mô phỏng đã chứng minh sự khả thi của phương pháp này. Trong khi các phương pháp khác cần thực hiện lọc nhiều hơn với yêu cầu thời gian quét lâu hơn, thì tất cả các bước tiến hành cho ra kết quả của phương pháp sử dụng tia X gần đơn sắc có thể hoàn thành trong vòng 15 giây. Các nhà khoa học nhận thấy độ tương phản của nguyên tố có Z lớn cao hơn đối với hệ thống W/Ce và độ tương phản vôi hóa cao hơn đối với hệ thống Mo / Mo. Hệ thống W/Ce-100 và W/Ce-10 cung cấp hình ảnh không có sự khác biệt về chất lượng. Đối với mỗi hình ảnh tái tạo, độ tương phản của cả nguyên tố có Z cao và thành phần vôi hóa, cũng như độ lệch chuẩn nhiễu trong các vùng hình ảnh đồng nhất đều được tính toán và đánh giá.
Phantom ACR mô phỏng sự suy giảm tia X khi chụp vật mẫu mổ phỏng Vú người với độ nén 4,2 cm bao gồm 50% mô mỡ và 50% mô tuyến. Hình ảnh được tái tạo bằng phương pháp chiếu ngược (BP) và các thông số hình học được tính toán trước đó, tạo ra 50 lát cắt qua Phantom. Độ dày lát cắt là 1 mm. Hình ảnh được thu thập với các thông số sau: 15 góc nhìn trên 14 độ, điện áp cực dương 28 kVp và tổng liều lượng là 100 mAs (6,67 mAs cho mỗi lần xem). Hệ số phóng đại và cửa sổ/mức liều sử dụng để hiển thị hai bộ dữ liệu là giống nhau.
(a) Gammex 156 ACR phantom; (b) Bố trí các mục tiêu trong Gammex 156 ACR phantom; (c) Không có sự kết hợp W / Ce10; (d) có sự sự kết hợp W/Ce10
Kết quả nghiên cứu cho thấy có rất ít sự khác biệt về hiệu suất của hình ảnh giữa các trường hợp W/Ce-100 và W/Ce-10. Do đó, có thể thu được rất ít khi tăng công suất hệ thống và thời gian chụp. W/Ag-1000 vượt trội hơn so với vỏ Mo/Mo khi có thể cung cấp độ tương phản tốt hơn ở cùng một mức độ nhiễu. W/Ce hoạt động tốt hơn đối với vật chất có nguyên tố Z cao trong khi W/Ag hoạt động tốt hơn đối với quá trình canxi hóa. Điều này khẳng định việc sử dụng kỹ thuật tia X gần đơn sắc hiệu quả đối với các ca chụp vú. Bức xạ tia X gần đơn sắc dạng chùm tia hình nón được tạo ra bằng K-edge nặng sử dụng ống tia X tĩnh với độ lọc Ce-10. Sự kết hợp W/Ce-10 có thể được sử dụng cho hình ảnh DBT với chất lượng hình ảnh đạt yêu cầu. Tỷ lệ nhiễu tương phản được cải thiện từ 5,4 lên 7,1.
Từ khóa: Ung thư vú; tia X gần đơn sắc; Quasi-Monochromatic;
– CMD&DND –
