Nghiên cứu công nghệ chụp cắt lớp điện toán và ứng dụng tại bệnh viện c tỉnh thái nguyên

Với hệ thống chụp cắt lớp điện toán thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thể giúp cho bác sĩ lâm sàng dễ dàng chẩn đoán bệnh một cách ch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-o0o -

TRẦN QUANG HUY

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN

VÀ ỨNG DỤNG TẠI BỆNH VIỆN C TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS NGUYỄN THÁI HÀ

Hà Nội – 9/2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện luận văn Thạc sĩ tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

t ớ i TS Nguyễn Thái Hà, người thầy ngay từ đầu đã định hướng và tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ học tập và tạo điều kiện tốt nhất của các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Điện tử và Kỹ thuật Y sinh, Trung tâm Điện tử Y sinh và các thầy cô trong viện Điện tử - Viễn thông trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu, thực hiện luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn tới Ban Lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Bệnh viện C Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thu thập số liệu tại bệnh viện

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài nghiên cứu

Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Quang Huy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, tất cả các số liệu và những kết quả nghiên cứu trong luận văn này đều do tôi nghiên cứu, số liệu hoàn toàn trung thực, không trùng lặp với các đề tài khác và chưa được sử dụng để bảo vệ bất kỳ luận văn nào

Tôi xin cam đoan mọi thông tin, số liệu trích dẫn trong luận văn đều chính xác và được chỉ rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện cho việc thực hiện luận văn đều đã được cảm ơn!

Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Quang Huy

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT SCANNER 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.1.1 Giới thiệu 2

1.1.2 CT và chụp Xquang cổ điển 3

1.1.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT 5

1.1.4 Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật chụp CT 8

1.2 Các thế hệ máy CT Scanner 9

1.2.1 Máy CT thế hệ thứ nhất 9

1.2.2 Máy CT thế hệ thứ hai 11

1.2.3 Máy CT thế hệ thứ ba 12

1.2.4 Máy CT thế hệ thứ tư 13

1.2.5 Máy CT thế hệ thứ 5 14

1.3 Một số đặc điểm của các thế hệ máy CT 15

1.3.1 Phân loại theo phương thức thu thập dữ liệu 15

1.3.2 Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp 16

1.3.3 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cảm biến 17

CHƯƠNG 2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN 19

2.1 Cơ sở tạo ảnh CT 19

2.1.1 Ảnh CT là gì 19

2.1.2 Nguyên lý tạo ảnh CT 25

2.2 Các thông số chất lượng ảnh 38

2.2.1 Thế nào là một ảnh tốt 38

2.2.2 Độ tương phản và độ phân giải 38

2.2.3 Nhiễu 44

2.2.4 Độ sắc nét ảnh 49

2.2.5 Nhiễu artifacts 52

2.2.6 Những nhân tố khác 55

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT SCANNER 58

3.1 Cấu trúc máy cắt lớp điện toán 58

3.1.1 Cấu trúc 58

3.1.2 Sơ đồ khối 59

3.2 Chức năng 59

3.2.1 Hệ thống ảnh 59

3.2.2 Giàn quay 61

3.2.3 Hệ thống phân phối điện áp (khối cao thế) 69

3.2.4 Hệ thống làm việc với bệnh nhân 71

3.2.5 Điều khiển hệ thống 71

CHƯƠNG 4 CT XOẮN ỐC VÀ CT ĐA LÁT CẮT 73

4.1 Giới thiệu 73

4.2 Các tính chất cơ bản 74

4.2.1 Thiết kế đầu dò 74

4.2.2 Vấn đề chùm tia nón và phương pháp tái tạo ảnh đa lát cắt xoắn ốc 77

4.2.3 Tổng quan về các phương pháp tái tạo chùm tia nón 81

4.3 CT xoắn ốc (Spiral CT) 84

4.4 CT đa lát cắt (Multislice – CT) 89

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG CHỤP CT XOẮN ỐC 64 DÃY OPTIMA CT660 TẠI BỆNH VIỆN C THÁI NGUYÊN 93

5.1 Giới thiệu hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên 93

5.1.1 Giới thiệu chung 93 5.1.2 Hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên 94

5.2 Ứng dụng của hệ thống CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 trong việc chẩn đoán sớm chảy máu não giai đoạn cấp do tăng huyết áp tại bệnh viện C Thái Nguyên 102

5.2.1 Đặt vấn đề 102 5.2.2 Chẩn đoán chảy máu trong não do tăng huyết áp bằng phương pháp chụp CLVT 103 5.2.3 Đặc điểm lâm sàng, cận lâm sàng và kết quả điều trị ở đối tượng nghiên cứu 106 5.2.4 Kết luận 111

5.3 Tiềm năng phát triển của hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy

Optima CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên 113 KẾT LUẬN 115 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU VÀ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5.1 Vị trí máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính 107

Bảng 5.2 Số lượng vị trí máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính 108

Bảng 5.3 Kích thước ổ máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính 108

Bảng 5.4 Dấu hiệu phù não trên phim chụp cắt lớp vi tính 108

Bảng 5.5 Dấu hiệu đẩy lệch đường giữa trên phim chụp cắt lớp vi tính 109

Bảng 5.6 Liên quan vị trí CMN trên phim CLVT với kết quả điều trị 109

Bảng 5.7 Liên quan kích thước ổ máu tụ trên phim CLVT với kết quả điều trị sau tuần đầu 110

Bảng 5.8 Liên quan dấu hiệu phù não trên phim CLVT với kết quả điều trị sau tuần đầu 110

Bảng 5.9 Liên quan đẩy lệch đường giữa trên phim CLVT với kết quả điều trị 111

DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ

1 Hình 1.1 Máy CT Somatom của Siemen 3

2 Hình 1.2 So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và CT 4

3 Hình 1.3 Phương pháp tạo ảnh thông thường cho ảnh song song với chiều dài cơ thể CT cho ảnh theo chiều ngang 5

4 Hình 1.4 Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học vì những đóng góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán… 7 5 Hình 1.5 Máy CT thế hệ thứ nhất 10

6 Hình 1.6 Máy CT thế hệ thứ hai 11

7 Hình 1.7 Máy CT thế hệ thứ 3 12

8 Hình 1.8 Máy CT thế hệ thứ tư 13

9 Hình 1.9 Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng X quang anode nhiều rãnh, mặt cắt dọc 14

10 Hình 1.10 Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng Xquang anode nhiều rãnh, mặt cắt ngang 15

11 Hình 1.11 Hạn chế bức xạ thứ cấp ứng dụng hộp (lá) chuẩn trực trong máy quét chùm tia rẻ quạt (a) và máy quét vòng cảm biến (b) 17

12 Hình 2.1 Trị số CT của nước, không khí và các cơ quan khác nhau 20

13 Hình 2.2 Ma trận ảnh 22

14 Hình 2.3 Pixel và Voxel 22

15 Hình 2.4 Xử lý bằng cửa sổ đơn 23

16 Hình 2.5 Độ rộng của cửa sổ ảnh hưởng đến chất lượng ảnh 24

17 Hình 2.6 Xử lý bằng cửa sổ đôi 25

18 Hình 2.7 Quét pha của định dạng ảnh CT 26

19 Hình 2.8 Từ dữ liệu quét tái tạo thành ảnh số 27

20 Hình 2.9 Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám 28

21 Hình 2.10 Hình ảnh của một quá trình quét toàn cảnh 29

22 Hình 2.11 Quá trình quét cắt lớp 30

23 Hình 2.12 Minh họa việc lựa chọn bề dày lớp cắt 30

24 Hình 2.13 Phương pháp tính lặp 34

25 Hình 2.14 Phương pháp chiếu ngược 35

26 Hình 2.15 Phương pháp chiếu ngược có lọc 36

27 Hình 2.16 So sánh hai phương pháp chiếu ngược và chiếu ngược có lọc 36

28 Hình 2.17 Các thông số chất lượng ảnh 38

29 Hình 2.18 Các nhân tố ảnh hưởng tới độ tương phản 39

30 Hình 2.19 Đo MTF sử dụng chức năng 1 điểm không gian được tạo nên bằng một sợi mảnh 42

31 Hình 2.20 Nguyên nhân của nhiễu 44

32 Hình 2.21 Quan hệ giữa nhiễu (noise) và mAs 45

33 Hình 2.22 Ảnh thu được khi đặt 280 mAs tốt hơn so với trường hợp đặt 140 mAs (xét về khía cạnh bị nhiễu noise) 45

34 Hình 2.23 Kết quả ảnh thu được khi đặt điện áp ở 80kV, 100kV, 120kV và 140kV 46

35 Hình 2.24 Mối quan hệ giữa nhiễu và chiều dày lát cắt 47

36 Hình 2.25 Kết quả ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với chiều dày lát cắt là 0.9mm và 1.4mm 47

37 Hình 2.26 Quan hệ giữa N và µ 48

38 Hình 2.27 Ảnh thu được khi kích thước bệnh nhân khác nhau 48

39 Hình 2.28 Quan hệ giữa N và Alg 49

Hình 2.29 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ sắc nét ảnh 50

40 Hình 2.30 Quan hệ giữa bề dày lát cắt SH và độ sắc nét ảnh S 50

41 Hình 2.31 Ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với độ dày lát cắt là 8mm có độ sắc nét ảnh kém hơn so với trường hợp độ dày lát cắt là 1mm 51

42 Hình 2.32 Quan hệ giữa N và Alg 51

43 Hình 2.33 Ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với việc lựa chọn thuật toán khác nhau 52

44 Hình 2.34 Ảnh bị nhiễu vệt sọc và ảnh bị nhiễu vòng 53

45 Hình 2.35 Trường hiển thị của vùng não 55

46 Hình 2.36 Các độ nhạy đường viền cho các lát cắt có độ dày là 0.5mm, 1mm và 2mm 56

47 Hình 3.1 Hệ thống máy CT scanner 58

48 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống máy chụp cắt lớp điện toán CT scanner 59

49 Hình 3.3 Bàn điều khiển 61

50 Hình 3.4 Các bộ phận bên trong một giàn quay 62

51 Hình 3.5 Cấu tạo của một bóng phát tia 63

52 Hình 3.6 Miêu tả quá trình thu nhận ảnh 63

53 Hình 3.7 Hệ thống giàn quay loại vòng trượt 69

54 Hình 4.1 Nguyên lý của máy CT có 64 dãy đầu thu, bề rộng của một dãy đầu thu là 0,5 mm, chiều dài của toàn bộ detectors là 32mm 74

55 Hình 4.2 Hệ thống đầu dò, 16 dãy, 4 lát cắt 75

56 Hình 4.3 Hệ thống đầu dò, 8 dãy, 4 lát cắt 76

61 Hình 4.8 Ảnh mờ ngực với độ dày lát cắt 3mm thu được từ bộ

chuẩn trực 4×2,5mm tại bước xoắn 0.75 (trên) và bộ chuẩn trực

4×1mm tại bước xoắn 1.75 (dưới) 82

70 Hình 4.17 So sánh hình ảnh chụp trên máy CT 16 dãy và 64

dãy đầu thu 91

71 Hình 4.18 CT xoắn ốc đa lát cắt (Multislice spiral CT) 92

72 Hình 5.1 Hệ thống máy chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima

CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên 94

73 Hình 5.2 Hình ảnh các lát cắt CT hộp sọ 104

74 Hình 5.3 Hình ảnh 12 lát cắt CT trên film 105

75 Hình 5.4 Hình ảnh ổ chảy máu não có phù não xung

quanhchụp trên hệ thống máy Optima CT660 112

76 Hình 5.5 Hình ảnh đường giữa bị đẩy lệnh do ổ chảy máu não

chụp trên hệ thống máy Optima CT660 112

77 Biểu đồ 5.1 Tỷ lệ bệnh nhân theo tuổi 106

78 Biểu đồ 5.2 Tỷ lệ bệnh nhân theo giới 107

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, trình độ nhận thức của con người được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ ngày càng được quan tâm hơn Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe con người luôn được đầu tư và quan tâm một cách thích đáng Một trong những bộ phận nhỏ được ứng dụng vào y tế đó là các thiết bị chẩn đoán hình ảnh Trong các bệnh viện cũng như trong các cơ sở y tế đã được trang bị các thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại, có độ chính xác cao nhằm phục vụ nhu cầu khám và điều trị bệnh một cách kịp thời và có hiệu quả Các thiết bị này ngày càng hoàn thiện hơn về tính năng và sự tiện dụng Một trong những thiết

bị chẩn đoán hình ảnh như vậy là máy chụp cắt lớp điện toán (Computed Tomography) gọi tắt là CT Đây là một trong những thiết bị mới và hiện đại nhất trong hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh ở nước ta hiện nay Với hệ thống chụp cắt lớp điện toán thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thể giúp cho bác sĩ lâm sàng dễ dàng

chẩn đoán bệnh một cách chính xác dựa trên hình ảnh thu được

Với vai trò cần thiết của máy chụp cắt lớp điện toán trong việc khám chữa bệnh ở bệnh viện nên được sự đồng ý của bộ môn Điện tử Y sinh, cô

giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ chụp cắt lớp điện toán và ứng dụng tại bệnh viện C tỉnh Thái Nguyên” với mục tiêu sau:

1 Nghiên cứu công nghệ chụp cắt lớp điện toán

2 Ứng dụng của hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 trong việc chẩn đoán sớm chảy máu não giai đoạn cấp do tăng huyết áp tại bệnh viện C Thái Nguyên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT SCANNER 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Giới thiệu

Tạo hình ảnh y tế kể từ những năm đầu hình thành cho tới nay đã đạt được một bước tiến đáng kể trong cả hai lĩnh vực kỹ thuật và lâm sàng Ngày

nay chúng ta đang được chứng kiến những ý tưởng mới, những phương pháp

mới và sự cách tân trong kỹ thuật hiện đại Tất cả những sự thay đổi đó đều phục vụ cho một mục đích, đó là thông qua các kỹ thuật mới này chúng ta thu được một lượng thông tin tối ưu nhất từ các hình ảnh y tế có chất lượng cao, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các bác sỹ chuyên khoa trong việc chẩn đoán

và điều trị bệnh

Một sự phát triển nổi bật trong số đó đã trở thành một quá trình cách mạng trong y học và đặc biệt là trong tạo ảnh y tế đó là chụp cắt lớp điện toán

Ngày nay dựa trên cơ sở hình thành từ buổi sơ khai, kỹ thuật này đã được ứng dụng một cách rộng rãi trong lĩnh vực y tế cũng như trong một số ngành kỹ thuật khác Tầm quan trọng của việc ứng dụng CT trong y tế là một điều không thể phủ nhận

CT là một trong những biện pháp chẩn đoán hình ảnh hiệu quả và được

sử dụng phổ biến ở các Bệnh viện từ tuyến tỉnh trở lên CT là từ viết tắt của từ Computed Tomography Tomography được tạo từ hai từ trong tiếng Hy Lạp

: tomo nghĩa là lát, miếng và graphy là mô tả Vậy có thể hiểu CT là “chụp

ảnh các lát cắt bằng tính toán”, CT có khả năng tạo hình ảnh “xuyên qua” cơ

thể bệnh nhân CT còn có tên gọi khác là CAT (Computed Axial Tomography)

CT là một kỹ thuật tạo ảnh lớp cắt cùng với sự hỗ trợ của máy tính tạo

ra các hình ảnh chụp cắt lớp sắc nét, rõ ràng Công việc này được thực hiện thông qua việc thực hiện một thủ tục hay một chuỗi hoạt động được gọi là sự tái tạo ảnh từ các hình chiếu, một kỹ thuật hoàn toàn dựa trên các cơ sở toán học

Hình 1.1 Máy CT Somatom của Siemens 1.1.2 CT và chụp Xquang cổ điển

- CT là một phương pháp chụp quang tuyến đặc biệt, khác về bản chất

so với phương pháp chụp Xquang cổ điển (là phương pháp dựa trên phương thức làm mờ những vùng nằm ngoài vùng quan tâm) Thực chất không nhất thiết phải dùng máy tính để thực hiện phương pháp chụp mới này, và do vậy thuật ngữ CT có thể khiến bị hiểu lầm Tuy nhiên việc ứng dụng máy tính để tạo ảnh đã được chứng tỏ rất có hiệu quả

- Khi chụp bụng bằng phương pháp Xquang thông thường ảnh lập tức được tạo ra trên phim từ thụ quan Ảnh tương đối kém và tương phản Ảnh không được như chờ đợi bởi vì sự chồng chéo của các bộ phận giới hạn của ổ bụng Sự phân bố của bức xạ làm giảm tính rõ nét của các bộ phận nhỏ của ảnh

- Để có hình ảnh tốt hơn khi phẫu thuật cấu trúc ổ bụng, ví dụ như quả thận, phương pháp chụp Xquang truyền thống có thể được sử dụng Trong kỹ thuật chụp Xquang, các phần của thận sẽ rõ hơn bằng cách làm mờ các mô ở trên và dưới, thêm vào đó sự tương phản của kết cấu sẽ tăng lên Song ảnh vẫn còn mờ và chưa rõ

Hình 1.2 So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và CT

- Phương pháp chụp X quang thông thường là chiếu X quang theo trục dọc, từ đó mặt phẳng của ảnh đặt song song với trục dọc cơ thể và kết quả của mặt cắt dọc và hình ảnh vòng Máy CT là loại máy tịnh tiến theo chiều dọc hay là máy tác động ảnh theo chiều ngang Các ảnh tạo ra vuông góc suốt chiều dài cơ thể

Chụp X quang

Chụp CT

Hình 1.3 Phương pháp tạo ảnh thông thường cho ảnh song song với

chiều dài cơ thể CT cho ảnh theo chiều ngang

- Trong kỹ thuật chụp Xquang cổ điển, hình ảnh của đối tượng 3 chiều được ghi vào phim dưới dạng ảnh bóng mờ 2 chiều do sự chiếu của một chùm tia X hình cung qua đối tượng vào phim Hình ảnh tạo ra theo phương pháp này là hình ảnh xếp chồng của nhiều đối tượng khác nhau nằm trên đường chiếu của chùm tia X do vậy ít nhiều bị mờ

- CT tránh được hiệu ứng xếp chồng này vì chỉ xử lý những thông tin của lớp cắt cần quan tâm Như vậy trong CT chi tiết của đối tượng tương ứng một cách chính xác với chi tiết ảnh mà không liên quan tới một số phần tử đối tượng nằm cận kề trên đường chiếu của chùm tia X Ảnh được tạo ra không còn bị xếp chồng và được gọi là ảnh thay thế

1.1.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT

- Vào năm 1917, J.Randon một nhà toán học người Úc đã tìm ra một phương pháp tái tạo ảnh bằng một hàm tích phân, đặt nền móng cho việc chế tạo hệ thống máy chụp cắt lớp sau này Trong phát kiến của mình ông đã chứng minh được bằng phương pháp tính toán rằng khi ta chia một vật thể ra

Trục

Ngang

thành vô số các phần tử nhỏ bé có kích thướng theo không gian ba chiều và dùng phép quy chiếu ta sẽ thu được các kết quả mà dựa vào đó ta sẽ tái tạo được hình ảnh của vật đó Với phép quy chiếu người ta có thể truyền sóng tới vật thể, kết quả thu được là sự hấp thụ tán xạ của nó và dựa vào đó ta có thể

sử dụng hàm của Randon để tái tạo được hình ảnh của vật thể Cơ sở toán học này đặt nền móng cho phương pháp tái tạo ảnh từ hình chiếu

- Năm 1956, Bracewell người Úc lần đầu tiên đã sử dụng kỹ thuật tái tạo ảnh này trong lĩnh vực nghiên cứu về thiên văn học và từ đó ông đã phác họa được sự phát phổ của từng miền trên mặt trời

- Năm 1961, Olendorf người Đức đã bước một bước tiến dài trong lĩnh vực này, ông sử dụng tia gamma của đồng vị phóng xạ I = 131 với detector tái tạo được ảnh của một vật thể đơn giản

- Vào các năm 1963, 1964 với nhiều sự cố gắng để cải thiện chất lượng ảnh Allan Macleod Cormack một nhà toán học người Nam Mỹ là người đầu tiên đã mô tả một phương pháp chụp cắt lớp Xquang, hoàn toàn đúng với phương pháp CT Nhờ phương pháp này có thể tạo ảnh một lớp cắt từ nhiều mặt cắt chéo xác định bởi kỹ thuật chụp Xquang

- G.Hounsfield một nhà nghiên cứu khoa học người Anh bắt đầu tiến hành thực nghiệm cơ sở trên máy quét sọ não EMI

- 1970 Khởi đầu sản xuất thử máy quét sọ não EMI

- 1971 Lắp đặt mẫu máy quét sọ não EMI đầu tiên tại bệnh viện Atkinson Morley và khởi đầu thực nghiệm lâm sàng

- Tháng 4 năm 1972 lắp đặt máy cắt lớp sọ não tại bệnh viện Mayo và ông R.Sledley (học viện George Town) công bố về hệ thống máy chụp cắt lớp Tuy nhiên những máy thuộc giai đoạn này có tốc độ rất thấp, để có được một lớp cắt phải mất tới khoảng 4 phút, vả lại chất lượng ảnh rất kém nên chưa có nhiều tác dụng thực tế trong chẩn đoán

- 1974 Phát triển máy cắt lớp EMI CT5000 Viện hạt nhân Ohio phát triển hệ thống máy DELTA và thực nghiệm lâm sàng tại bệnh viện Clereland

Kể từ đó trở đi thời gian quét 1 lớp giảm xuống chỉ còn 20 giây, có hiệu quả

- 1979 Trao giải Nobel về y sinh học cho các nhà khoa học G.Hounsfield và A.Cormack

Hình 1.4 Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học vì những đóng

góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán

- Như vậy chỉ sau hơn 40 năm (từ 1967 đến nay), từ những bước thử nghiệm đầu tiên, máy chụp cắt lớp điện toán đã ngày càng phát triển và hoàn thiện, trải qua 4 thế hệ, để trở thành công cụ chẩn đoán ưu việt và được đánh giá là 1 trong 10 phát minh lớn nhất thế kỷ 20 Hiện nay đã có hàng vạn máy

CT được lắp đặt và sử dụng trên thế giới Từ máy CT thế hệ thứ nhất được

Godfrey N Hounsfield Allan M Cormack

xây dựng trên cơ sở những thực nghiệm của Housfield tại phòng nghiên cứu thực nghiệm của ông ở EMI và thời gian để hoàn thành một lớp quét đơn lẻ hay một lớp cắt mất khoảng vài giờ và mất khoảng vài ngày để tái tạo được một ảnh từ những dữ liệu thô thu được này Hệ thống CT hiện nay đã phát triển thành hệ thống CT đa lát cắt (multi slice), với các hệ thống 4, 8, 16, 32,

64, 128, 256 lát cắt Có nghĩa là hệ thống hiện đại nhất hiện nay là loại 256 lát cắt tức là có thể tiến hành được 256 lắt cắt trong một vòng quay, hay nói cách khác là có thể cùng một lúc thu nhận dữ liệu của 256 lát cắt

- Đối với hệ thống có thể cùng một lúc thu nhận được dữ liệu của 4 lớp cắt, thì thời gian để thu nhận dữ liệu đối với một vòng quay là vào khoảng

350 ms và tiến hành tái tạo ảnh với ma trận 512x512 từ hàng triệu điểm dữ liệu chỉ mất không đến một giây Có thể tiến hành quét 40 lớp cắt (mỗi lớp dày 8mm) chỉ trong vòng từ 5s đến 10s khi sử dụng những hệ thống CT tiên tiến (multi slice CT scanner)

- Hệ thống CT ngày càng được cải thiện về tốc độ quét và tái tạo ảnh lớn hơn, tiện nghi đối với bệnh nhân và độ phân giải của ảnh tốt hơn Thời gian quét của hệ thống CT được tiến hành nhanh hơn để có thể chụp được nhiều bệnh nhân hơn Thời gian quét giảm xuống còn giúp cho giới hạn được những nhiễu (artifacts) từ những cử động của người bệnh như thở hoặc nhu động của các cơ quan Đây cũng là điều kiện tốt cho những nghiên cứu và phát triển những ưu điểm này, điều này sẽ cung cấp cho ảnh có chất lượng tốt

để phục vụ cho việc chẩn đoán được tin cậy hơn và đặc biệt là giảm liều tia

mà bệnh nhân phải hấp thụ

1.1.4 Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật chụp CT

- Khả năng của CT trong việc tạo ra ảnh thay thế thay cho ảnh xếp chồng chính là một trong những điểm cốt lõi chứng minh hiệu quả cao của phương pháp này: CT có thể tạo ra những ảnh của các mô mềm với độ tương

phản cực cao mà với phương pháp cổ điển không thể đạt được Hơn nữa nhờ những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, CT còn cho phép định lượng được hình ảnh

- Nhờ những tính chất nổi trội này, chỉ sau vài năm ứng dụng CT đã trở thành một kỹ thuật tạo ảnh Xquang tiêu chuẩn không thể thiếu được trong lĩnh vực thần kinh học mà còn trong lĩnh vực thăm khám toàn thân, phạm vi ứng dụng của CT ngày càng mở rộng

- Trong rất nhiều trường hợp, nhờ khả năng tạo ảnh các mô mềm với

độ tương phản rất cao mà đã có thể loại bỏ việc sử dụng các chất cản quang

Do vậy, thay vì phải chịu nguy cơ cao do tiêm thuốc cản quang vào động mạch nay chỉ cần tiêm tĩnh mạch với nguy cơ thấp hơn

- Đặc biệt hơn kỹ thuật chụp CT còn giúp tạo ảnh hình dạng thực của các cơ quan bị thương tổn Phương pháp cổ điển chỉ tạo ảnh thông qua các thông tin gián tiếp, thông qua sự dịch chuyển của máu, trong khi đó CT với rất nhiều trường hợp đã cung cấp nhiều sự chỉ dẫn chính xác hơn khi chụp mạch

1.2 Các thế hệ máy CT Scanner

Kể từ khi được đưa vào sử dụng, người ta đã cố gắng cải thiện, nâng cao hiệu quả của hệ thống thiết bị CT, đặc biệt trong việc giảm thời gian tạo ảnh, bằng cách cải thiện hệ thống quét Những hệ thống quét này khác nhau chủ yếu về số lượng và cách bố trí các cảm biến, mỗi hệ thống quét đều có những ưu và nhược điểm riêng

1.2.1 Máy CT thế hệ thứ nhất

- Cấu trúc: Một hệ thống đo được minh họa (hình 1.5)

Bộ thu chỉ gồm một đầu dò, chùm tia phát ra hẹp và song song dạng một cái bút chì

Hình 1.5 Máy CT thế hệ thứ nhất

- Phương thức quét: Bóng Xquang và đầu dò dịch chuyển song song theo hướng vuông góc với chùm tia và bao trùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt, sau đó cả hệ thống quay một góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song Tại những khoảng cách đều đặn tia X được phát và thu Quá trình tiếp diễn cho tới khi số lượng tín hiệu thu được đủ lớn để tái tạo ảnh

- Hệ thống này hiện tại hầu như không được ứng dụng vì chỉ sử dụng một phần năng lượng rất nhỏ, không đáng kể của nguồn bức xạ từ bóng Xquang trong khi năng lượng bức xạ từ Anode của bóng có thể bao trùm một góc 2π, thì chùm tia bức xạ thực dụng để đo lại chỉ nằm trong góc 10-4 radian Bởi vậy, một mặt công suất bóng Xquang bị hạn chế, mặt khác do nhu cầu cần thiết phải tạo được liều bức xạ tại cảm biến đủ để đo máy không thể di chuyển với vận tốc cao

- Với hệ thống này để tạo ảnh một lớp cắt cần một thời gian dài cỡ vài phút, vì vậy trong giai đoạn đầu của máy CT nó chỉ được ứng dụng để chụp các cơ quan tĩnh, đặc biệt là xương và sọ não

- Thời gian chụp có thể được giảm nhờ sử dụng một bộ cảm biến thứ hai đặt liền kề với cảm biến đầu theo hướng bề dày của lớp cắt và giữ nguyên

các mối quan hệ dạng hình học, dạng chùm tia tương hợp với cả hai cảm biến

và xử lý dữ liệu đo thu được cho hai lớp cắt liền kề

- Tuy nhiên, trong thực tế, việc giảm thời gian tạo ảnh chỉ có thể đạt được nhờ tăng số lượng kênh dùng cho một lớp cắt, các máy CT đã được phát triển theo hướng này

1.2.2 Máy CT thế hệ thứ hai

- Cấu trúc: Thay vì dùng một đầu dò, đến thế hệ này đã dùng một chùm đầu dò khoảng 20-30 chiếc bố trí cận kề nhau trong hướng quét như hình vẽ Chùm tia quét có dạng hình quạt

Hình 1.6 Máy CT thế hệ thứ hai

- Phương pháp quét: Tương tự như thế hệ thứ nhất, hệ thống đo thực hiện hai loại dịch chuyển đó là: Dịch chuyển song song và dịch chuyển tịnh tiến

- Với cách bố trí hệ thống đo này, nguồn bức xạ tia X từ bóng Xquang được sử dụng hiệu quả hơn nhiều, có thể thực hiện được nhiều phép chiếu tương ứng với số lượng cảm biến và thu được nhiều dữ liệu đo đồng thời, vì vậy góc quay và khoảng giữa hai lần chiếu theo mặt sẽ tăng, kết quả giảm tổng số bước quét phẳng và số lần quay của hệ thống đo Với hệ thống này,

tùy thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp cắt trong khoảng từ

10-60 giây Tuy nhiên do quá trình cơ học khi chuyển động ngang hay quay, việc giảm thời gian tạo ảnh xuống thấp hơn nữa đối với hệ thống đo này không thể thực hiện được

1.2.3 Máy CT thế hệ thứ ba

- Cấu trúc: Số lượng đầu dò tăng đến vài trăm cái và được bố trí trên một vòng cung đối diện và gắn cố định với bóng Xquang Chùm tia X phát ra theo hình rẻ quạt với góc từ 30-600 tùy theo số lượng đầu dò và bao trùm toàn

bộ tiết diện lớp cắt (hình 1.7)

Hình 1.7 Máy CT thế hệ thứ 3

- Phương pháp quét: Hệ thống đo quay quanh đối tượng một góc 3600

để thực hiện một lớp cắt Khi quay tia X có thể được phát thành xung tại những góc cố định hoặc được phát liên tục

- Với cấu trúc này, nguồn bức xạ tia X được sử dụng tối ưu, hơn nữa hệ thống đo chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ không phải từng bước Thời gian chụp ngắn nhất giảm xuống chỉ còn cỡ một vài giây

1.2.4 Máy CT thế hệ thứ tư

- Cấu trúc: Khác với những máy thuộc thế hệ trước, bóng Xquang và đầu dò gắn chặt với nhau, cùng dịch chuyển hoặc quay Máy CT thế hệ thứ tư

có hệ thống đầu dò tách biệt với bóng Xquang, đó là một tập hợp nhiều đầu

dò được bố trí trên một vòng tròn bao quanh khoang bệnh nhân

- Phương pháp quét: Bóng Xquang quay tròn quanh bệnh nhân, chùm tia phát thành hình rẻ quạt bao phủ vùng cần thăm khám, các phần tử cảm biến sẽ được đóng/ngắt theo quy luật nhất định phù hợp với chuyển động quay của bóng

Hình 1.8 Máy CT thế hệ thứ tư

Bóng quay tròn, các bộ cảm biến tạo thành vòng tròn đứng yên

- Ưu điểm của loại máy thuộc thế hệ thứ tư: Thời gian chụp ngắn nhất tương tự như thế hệ thứ ba, cỡ một đến vài giây Không bị nhiễu hình ảnh tròn (ring artifact) như thường xảy ra đối với máy thuộc thế hệ thứ ba Tuy nhiên máy có cấu trúc phức tạp vì số lượng đầu dò lớn hơn rất nhiều

1.2.5 Máy CT thế hệ thứ 5

Để giảm thời gian quét xuống thấp hơn nữa (khoảng vài chục ms) một

số nghiên cứu và thực nghiệm về một số loại máy CT mới, tạm gọi là thế hệ thứ năm đang được thực hiện

Hình 1.9 Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng X quang

anode nhiều rãnh, mặt cắt dọc

Trong loại máy này để tạo một lớp cắt không có sự chuyển động của bất kỳ một bộ phận nào trong hệ thống đo Chùm tia X sẽ được phát không chỉ bởi một mà là một hệ thống nhiều bóng Xquang hoặc một loại bóng Xquang đặc biệt với Anode có nhiều rãnh bố trí cố định xung quanh bệnh nhân Bộ phát hiện bao gồm nhiều đầu dò bố trí cố định trong một vòng cung

1800 Chùm tia điện tử từ súng điện tử Cathode được điều khiển để bắn vào bề mặt các rãnh Anode trong một góc quay 1800

- Dựa trên nguyên lý này mà hãng Siemens đã đưa ra một dòng máy gọi

là SOMATOM Definition – Dual Source CT Là một hệ thống sử dụng hai nguồn phát tia X và hai mảng detector

Súng điện tử Chùm tia điện

Bàn bệnh nhân

Vòng đích

Bơm chân không

Ống chuẩn trực tia X

Hình 1.10 Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng Xquang

anode nhiều rãnh, mặt cắt ngang 1.3 Một số đặc điểm của các thế hệ máy CT

1.3.1 Phân loại theo phương thức thu thập dữ liệu

- Hệ thống đo có cấu trúc dịch chuyển – quay của các máy thuộc thế hệ một và hai, trong đó dữ liệu đo được từ các phép chiếu song song và vì vậy loại máy CT này được gọi là máy quét chùm song song

- Ở hệ thống có cơ cấu quay thuần túy của các máy thuộc thế hệ ba và bốn, dữ liệu thô được tạo ra từ các phép chiếu xuyên tâm Trong đó hệ thống

có sự chuyển động đồng thời cảm biến và bóng Xquang, tâm của phép chiếu chính là điểm hội tụ của bóng nên máy thuộc thế hệ thứ ba còn gọi là máy quét chùm rẻ quạt Còn trong máy CT thuộc thế hệ thứ tư có cảm biến đứng yên thì cảm biến riêng rẽ có thể được xem như tâm phép chiếu, loại máy này được gọi là máy quét cảm biến vòng

- Ảnh chụp cắt lớp có thể được tái tạo từ các phép chiếu song song cũng như các phép chiếu xuyên tâm Tuy nhiên số lượng phép chiếu trong trường hợp thứ hai là rất lớn nên trong một số loại máy CT, các tập dữ liệu thô từ các

Chùm tia điện tử

Chùm tia X hình quạt

Vòng đích Các tỉnh thể đầu dò

phép chiếu xuyên tâm cần phải trước hết được bố trí lại thành các phép chiếu song song trước khi được tái tạo thành ảnh Trong trường hợp này không thể thực hiện đồng thời việc tích lũy dữ liệu với việc xử lý tái tạo ảnh vì cần phải thu thập đầy đủ dữ liệu đo trước khi bố trí lại chúng

1.3.2 Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp

- Trong những hệ thống CT khác nhau, thông thường việc giảm thời gian quét tạo ảnh bằng cách mở rộng chùm tia của hệ thống đo sẽ kéo theo việc gia tăng cường độ phát xạ tia X thứ cấp tại lối vào các phần tử cảm biến Đặc biệt với hai loại cấu trúc thuộc thế hệ máy CT thứ ba và bốn, chùm tia X đều bao phủ cả lớp cắt Cần phải có biện pháp giảm thiểu lượng bức xạ thứ cấp thâm nhập vào các cảm biến

- Trong cấu trúc chùm tia rẻ quạt, có thể dễ dàng thực hiện điều này bằng cách bố trí một hộp chuẩn trực ngay trước mặt hệ thống cảm biến, hướng hội tụ của bộ chuẩn trực này về phía điểm hội tụ bóng và hộp chuẩn trực này được gắn cố định và cùng quay với hệ thống đo quay quanh bệnh nhân

- Tuy nhiên đối với cấu trúc cảm biến vòng, với hình khối bức xạ thông thường thì không thể bố trí hộp trực chuẩn cố định trước mặt hệ thống vòng cảm biến được, vì vậy hướng hội tụ của hộp chuẩn trực sẽ vào tâm quay chứ không vào điểm hội tụ như yêu cầu Bởi vậy cần phải chế tạo hộp chuẩn trực sao cho luôn hướng về điểm hội tụ Cấu trúc của hộp chuẩn trực như vậy rất phức tạp và đòi hỏi độ chính xác rất cao Điều này rất khó thực hiện trong thực tế, bởi vậy người ta chọn giải pháp mở rộng khoảng cách giữa bệnh nhân

và cảm biến để giảm sự bức xạ thứ cấp Tuy nhiên sự bức xạ thứ cấp này không thể giảm tới mức rất thấp do hạn chế về kích thước của thiết bị

Hình 1.11 Hạn chế bức xạ thứ cấp ứng dụng hộp (lá) chuẩn trực

trong máy quét chùm tia rẻ quạt (a) và máy quét vòng cảm biến (b)

1.3.3 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cảm biến

- Với một ma trận điểm ảnh nhất định, để cải thiện chất lượng ảnh, cần tăng số lần đo trong một phép chiếu và phép chiếu cho một lớp cắt, tuy nhiên nếu số lượng này tăng đến một giá trị nào đó thì chất lượng ảnh cũng không được cải thiện thêm nữa

- Đây là một nhược điểm đặc trưng của loại máy cảm biến vòng so với loại máy tia rẻ quạt trong việc đánh giá chất lượng hình ảnh thông qua độ phân giải hình học Do yêu cầu giảm chi phí, người ta cố gắng duy trì số cảm biến và kênh đo càng thấp càng tốt mà vẫn thỏa mãn các đặc trưng của chất lượng ảnh Do kích thước của thiết bị phải đủ lớn để phù hợp với các đối tượng, nên đối với loại máy cảm biến vòng, khoảng cách giữa các cảm biến sẽ lớn hơn trong loại máy chùm tia rẻ quạt với cùng số lượng phép chiếu, điều này dẫn tới độ rộng của chùm tia đo cũng tương đối lớn, dẫn tới giảm độ phân giải không gian

- Với máy CT loại chùm song song và cảm biến vòng, để tăng độ phân giải không gian, người ta đặt bổ sung bộ chuẩn trực để giảm bớt độ rộng cảm

Ống tia X

Trục trung tâm

Lá mỏng bộ chuẩn trực Ngăn detector

biến Tuy nhiên điều này lại dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng nguồn bức xạ cũng như dẫn tới tăng nhiễu ảnh và giảm khả năng phân giải nhiệt độ nếu vẫn giữ nguyên liều lượng tia tại cảm biến Kết quả sẽ làm tăng liều tia cho bệnh nhân

CHƯƠNG 2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN 2.1 Cơ sở tạo ảnh CT

2.1.1 Ảnh CT là gì

Đơn vị CT để đo mật độ mô, sử dụng sự suy giảm đường truyền của chùm tia X Những mức suy giảm này dùng để dựng ảnh, ảnh này có thể bằng những viewed ở trên màn hình monitor

2.1.1.1.Chỉ số CT – Đơn vị Hounsfield

Trong ảnh mỗi pixel được miêu tả bằng một mức được biểu diễn dưới dạng số có liên quan đến độ suy giảm đường truyền của tia trong mỗi pixel, tính toán các mức suy giảm trên điểm ảnh (pixel) được hiển thị bằng mức CT (chỉ số CT) gọi là đơn vị Hounsfield (HU)

Các chỉ số CT quan hệ với hệ số suy giảm tuyến tính và của các mô tạo thành lát cắt, chỉ số CT tương ứng với hệ số suy giảm được xác định bởi:

Chỉ số CT = ((µTissue - µH20)/ µH20) * K Trong đó: K = 500 đối với thang EMI

K = 1000 đối với thang Hounsfield

Nước được sử dụng làm chất để xác định chỉ số CT, bằng cách mặc địch mức CT của nước là 0 HU Những chất có hệ số suy giảm lớn hơn hệ số suy giảm của nước cho mức CT hay chỉ số CT là dương Ngược lại những chất có hệ số suy giảm nhỏ hơn hệ số suy giảm của nước cho mức CT là âm

Ví dụ: Xương có mức CT nằm ở giữa +150 đến 3000 HU, của không khí là -1000 HU

Hình 2.1 Trị số CT của nước, không khí và các cơ quan khác nhau

Hình trên miêu tả vị trí của mức CT trải theo mức Hounsfied cho sự thay đổi của các cơ quan Những mức CT thấp (và mức âm) tương ứng với sự suy giảm của chùm tia X thấp, những mức CT cao tương ứng với sự suy giảm của chùm tia X cao

Quét CT thường hoạt động ở điện áp cao cỡ kV, khi đó hiệu ứng Comptom chiếm ưu thế ở trong mô mềm Mức độ suy giảm đường truyền cho hiệu ứng Comptom để xác định mật độ của chất cấu tạo lên mô đó Sau đó cho những cái tối thiểu nhất về mô mềm Chỉ số CT có quan hệ mật thiết với mức độ mô Mô có mật độ nhỏ hơn nước nói chung có mức chỉ số CT âm Mức chỉ số CT dương có ở trong những mô có mật độ lớn hơn nước

Giá trị của K được chọn để xác định hệ số tương phản, hay hệ số thang

đo Trong máy CT EMI scanner đầu tiên giá trị của K là 500, tạo ra một tỷ lệ

tương phản là 0,2% trên mỗi chỉ số CT, chỉ số CT thu được với hệ số tương phản là 500 được gọi là thanh EMI Sau đó hệ số tương phản tăng lên gấp đôi

có nghĩa là K = 1000 và các chỉ số CT thu được có hệ số tương phản như vậy được gọi là thang Hounsfield Máy tính tính toán các chỉ số CT, và có thể được in ra ngoài như một hình ảnh số Hình ảnh này phải được chuyển đổi thành hình ảnh thang xám, bởi vì một hình ảnh như vậy sẽ rất có ích cho các bác sĩ Xquang hơn là dữ liệu in ra từ máy tính số

2.1.1.2 Hiển thị ảnh CT

Trong quá trình tạo ảnh, hình ảnh của lớp cắt chỉ được thể hiện dưới dạng những tập số liệu lưu trữ trong máy tính và không thể quan sát ngay bằng mắt Để có thể nhìn được cách đơn giản nhất là in những giá trị đã được

bố trí theo vị trí còn gọi là ma trận ảnh Tuy nhiên để hình dung ra tấm ảnh thông qua các số liệu về độ suy giảm là một việc rất khó khăn vì số lượng các giá trị này rất lớn, thông thường một ma trận như vậy có từ 256x256 đến 512x512 hoặc nhiều hơn Cách biểu diễn này rất ít được dùng, có chăng chỉ đối với một phần của ảnh Thông thường ma trận số này được chuyển đổi thành các màu với những mức xám đặc biệt hiển thị trên màn hình để mắt người có thể phân biệt được dễ dàng Mức CT cao cho màu sáng hơn (lighter)

và mức CT thấp có màu tối hơn (darker)

Như vậy, những mô có đặc tính suy giảm thấp (mô mềm) sẽ xuất hiện màu tối hơn những mô có đặc tính suy giảm cao hơn (xương)

Một trường hình chữ nhật gọi là ma trận ảnh Khi những điểm ảnh (pixels) và những nguyên tố thể tích (voxels) đều không có kích thước

Hình 2.2 Ma trận ảnh

Những chỉ số CT được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính và được miêu tả một nguyên tố thể tích của lát cắt hoặc là voxel Lưu trữ ma trận cần phải có chứa đựng giá trị voxel rộng trên 4000 giá trị Điều chủ yếu nhất của ma trận lưu trữ cho tính toán những chỉ số CT phải có khả năng xử lý những giá trị từ

0 đến 3000 (cả hai phần dương và âm của bức ảnh) Điều này đòi hỏi bộ nhớ tối thiểu là 12 bits, có nghĩa là 212 hoặc 4096 cộng với dấu hiệu của bit dương hoặc bit âm

Hình 2.3 Pixel và Voxel

Ma trận ảnh

Các bit

2.1.1.3 Windowing

Mức CT trải theo thang Hounsfield để miêu tả ảnh bằng những mức xám Trong ảnh ở trên monitor:

- Những mức CT cao hơn cho màu sáng hơn

- Những mức CT thấp hơn cho màu tối hơn

Trong khi thang Hounsfield có 4000 mức CT thì trên màn hình monitor chỉ có 256 mức xám Và mắt của con người chúng ta chỉ có thể phân biệt được sự khác nhau từ 30 đến 50 mức sáng Do vậy chúng ta phải lựa chọn vùng thích hợp để chẩn đoán được tốt nhất của thang Hounsfield cho việc kiểm tra và phân bố thang trong 256 mức xám Quá trình xử lý này gọi là windowing

- Center: Với trung tâm (center) cửa sổ có thông số đặc biệt với mức

CT có thể hiển thị ở giữa mức xám Thông số ở trung tâm cửa sổ phải đặt phù hợp với khoảng rộng mà bạn muốn hiển thị, đây là mức CT trung bình của mô

Mô mềm Nước Chất béo

Xương

Bề rộng Cấp độ

- Width: Thông số độ rộng cửa sổ được hiểu là vùng cần quan tâm Tất

cả những mức CT ở dưới khoảng rộng cửa sổ được hiển thị màu đen, và tất cả những mức CT ở trên khoảng rộng cửa sổ được hiển thị màu trắng Chiều rộng cửa sổ phải được đặt để cho vùng cần hiển thị có độ tương phản của ảnh

là lớn nhất

Chiều rộng của cửa sổ càng cao, các mức CT càng kề nhau, được hiển thị bằng một mức xám đơn Chiều rộng của cửa sổ cao thích hợp với sự hiển thị cho độ tương phản cao của xương hoặc phổi Ta sẽ thấy được tổng quan nhưng sẽ không thấy được sự khác nhau giữa những thay đổi nhỏ trong mật

độ

Hình 2.5 Độ rộng của cửa sổ ảnh hưởng đến chất lượng ảnh

Những cửa sổ có độ rộng thấp thì những thay đổi mật độ của một số mức CT trong mô mềm cho sự khác nhau là rất rõ ràng Tuy vậy, những chi tiết ở trong xương hoặc mô chứa mỡ không thể phân tích được một cách đầy

Hình 2.6 Xử lý bằng cửa sổ đôi

2.1.2.1 Giới thiệu và tổng quan

Ảnh CT khác với ảnh X quang ở một vài chi tiết cụ thể Những vấn đề này khác nhau ở cách tạo ảnh Sự định dạng của ảnh CT trải qua nhiều bước ảnh CT được bắt đầu với việc quét pha

Hình 2.7 Quét pha của định dạng ảnh CT

Trong pha đó, một chùm tia X mỏng có hướng chiếu khi xuyên qua những cạnh của phần cơ thể để tạo hình Bức xạ khi đi qua phần cơ thể nó được đo bằng dãy detector Các detector này không thể tạo ra được ảnh CT hoàn chỉnh mà nó chỉ cho đường viền của một hình chiếu Dữ liệu đường viền

là do sự suy giảm của tia X từ bóng phát tia tới những detector riêng lẻ Để có

đủ thông tin cho một ảnh đầy đủ, chùm tia X quay vòng, hoặc quét xung quanh thiết diện cắt để tạo nên đường viền từ những góc độ khác nhau Điển hình, hàng trăm vùng tạo được và dữ liệu đường viền của mỗi vùng được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính Tổng số đo sự đâm xuyên tạo nên số vùng và số tia

X nằm trong khoảng giới hạn cho mỗi vùng Tổng thời gian quét cho một lớp cắt khoảng từ 0.35s đến 15s, phụ thuộc vào việc thiết kế máy quét và người điều khiển chọn kiểu quét thay đổi Chất lượng của ảnh có cải biến bằng cách tăng thời gian quét Pha thứ 2 của việc tạo ảnh là dựng ảnh

Chùm tia hình quạt

Ống tia X

Mảng đầu dò

Hình 2.8 Từ dữ liệu quét tái tạo thành ảnh số

Vấn đề này được thực hiện bằng máy tính số, nó là một phần của hệ thống CT Dựng ảnh là thực hiện bằng một quá trình toán học đó là việc chuyển đổi dữ liệu quét của các vùng riêng lẻ về dạng số hóa, hoặc số hóa bức ảnh Ảnh được cấu tạo bởi dãy phần tử ảnh riêng lẻ được gọi là pixel Những pixel này được đặc trưng bằng một giá trị số, hoặc là chỉ số CT Các giá trị đặc biệt cho mỗi pixel quan hệ với mật độ của mô ở trong những nguyên tố thể tích tương ứng gọi là voxel Dựng ảnh thường mất vài giây, phụ thuộc vào

sự phức tạp của bức ảnh và khả năng của máy tính Ảnh số sẽ được lưu trong

bộ nhớ máy tính

Pha cuối cùng là chuyển đổi ảnh số thành hiển thị video vì vậy có thể nhìn trực tiếp được hoặc có thể được ghi ở trên phim Bước này được thực hiện bằng những thành phần điện tử nó thực hiện chức năng chuyển đổi sang tương tự Mối quan hệ giữa giá trị số CT và sự chuyển màu của mức xám hoặc độ sáng ở trong ảnh được xác định rõ bằng việc lựa chọn các mức cửa sổ bởi người điều khiển

Tái tạo