máy chụp cắt lớp điện toán (ct)

Ðây là một kĩ thuật X-quang đặc biệt cho phép nghiên cứu trên những hình ảnh cắt lớp các phần mô khác nhau của một cơ thể sống nhờ một dụng cụ đặc biệt gọi là scanner thuật ngư

Trang 1

MỤC LỤC

Bảng Phân công

Nguyên lý máy

Cấu tạo

Chức năng các bộ phận

Vận hành máy

ứng dụng

các câu hỏi

Trang 2

1.Công Việc

Sơ đồ khối điều khiển Trung, Tân, Hiếu

Trang 3

2.Nguyên lý máy CT:

2.1 Lịch sử ra đời của CT

Vào khoảng những năm 20 của thể kỷ trước (1920), khi các nhà khoa học nghiên cứu một kỹ thuật chụp X-quang theo từng lớp của cơ thể, các nghiên cứu đó đã dẫn đến sự hình thành của thuật ngữ tomography Nhưng mãi đến những năm 70 thì các kỹ thuật chụp CT mới chính thức được công bố và dần hoàn thiện

Chụp cắt lớp điện toán là kĩ thuật được Godfrey Hounsfield, một nhà khoa học người Anh sáng tạo năm 1972 và nhận giải Nobel Y học năm 1979 Lúc này ông vừa tròn

60 tuổi Ðây là một kĩ thuật X-quang đặc biệt cho phép nghiên cứu trên những hình ảnh cắt lớp các phần mô khác nhau của một cơ thể sống nhờ một dụng cụ đặc biệt gọi là scanner (thuật ngữ chính thức được Hounsfield dùng năm 1980)

2.2 Ý tưởng và nguyên tắc hoạt động của máy CT

Trang 4

Phương pháp chụp CT dùng đầu đèn để phát chùm tia X có độ dày nhỏ xuyên qua

cơ thể ở nhiều góc độ khác nhau Qua đó hệ thống đầu dò được bố trí ở phía đối diện se

thu lại cường độ hấp thụ của tia X khi đi qua các mô khác nhau và tái tạo lại thành ảnh

lát cắt 3 chiều của đối tượng chụp

Cơ sở vật lý của CT chính là hiện tượng hấp thụ bức xạ tia X của cơ thể Tia X được tạo ra khi dòng electron từ dây tóc bị đốt nóng đập vào bản dương cực làm bằng vật liệu Tungsten, hay Vonfram trong môi trường chân không Có hai loại tia X: tia X bức xạ hãm (Bremsstrahlung) và tia X đặc trưng (Characteristic X-ray) Thông thường, người ta dùng tia X bức xạ hãm ở các khoảng năng lượng thích hợp (thường từ 25 keV đến 120 keV)

Đầu đèn phát tia X gồm cực cathode và bia anode được đặt trong một bóng chân không, phần này được gọi là tim đèn và cả hai đầu của nó đều có hệ thống cáp dẫn để cấp nguồn cao thế Toàn bộ cấu trúc này được đặt trong vỏ máy kèm với hệ thống tản nhiệt

Trang 5

của nó bao gồm phần nắp cao su có thể giãn nở, hệ thống động cơ làm quay anode và hệ thống bơm dầu tản nhiệt ngập trong toàn bộ buồng máy

Dưới hiệu điện thế lớn, các electron ở phía cathode se bị bắn về bia anode, tại đây với một xác xuất nhỏ se xảy ra hiện tượng electron đi qua các phân tử trên bia anode se bị lực hút của các điện tích dương làm giảm tốc và đổi hướng bay đồng thời sinh ra sóng điện từ ở bước sóng khoảng 10-8-10-12m hay còn gọi là tia X.Chỉ có khoảng 1% năng lượng điện từ hệ thống cao thế là được chuyển hoá thành tia X, 99% còn lại phần lớn là sinh ra nhiệt Lượng nhiệt khổng lồ này cần phải được giải phóng nhanh chóng để đảm bảo hoạt động của máy

Ngoài ra ,có một xác suất các electron va chạm với nguyên tử ở lớp trong của các phân tử trên bia anode và làm nguyên tử này rời khỏi liên kết Một nguyên tử ở lớp ngoài se chiếm vị trí lỗ trống vừa tạo thành Sự chuyển mức năng lượng này se sinh ra sóng điện từ ở bước sóng tia X Chúng được gọi là các tia X đặc trưng

Khi tia X đi qua các mô khác nhau của cơ thể nó se bị hấp thụ khác nhau, nhờ đó khi ta thu lại cường độ tia ta se có thể tạo lại ảnh của đối tượng được chụp Sự khác biệt rõ nhất giữa X-quang và CT cũng chính là ở bước thu nhận và xử lý dữ liệu

này

Về nguyên lý tạo ảnh của CT, hệ thống máy tính se sử dụng những thuật toán phức tạp để ghi lại cường độ tia X bị hấp thụ ứng với góc chụp của nó Sau đó dữ liệu se được tính toán và sắp xếp lại thành các ma trận điểm Cường độ cao nhất và thấp nhất thu được se được chia theo thang xám ứng với điểm tối nhất và sáng nhất trên ảnh hiển thị

Để đánh giá độ hấp thụ tia X, người ta se gán cho các mô các hệ số hấp thụ khác nhau, thông thường, mô hấp thụ tia X mạnh se có trọng số lơn hơn và ngược lại Toàn bộ đối tượng chụp se được chia thành các voxel, qua đó các hệ số hấp thụ khác nhau se rải rác tương ứng trên các voxel này Chính các voxel này se trở thành các pixel trên các ảnh được tái tạo

Trang 7

3.Cấu tạo,chúc năng và sơ đồ khối các bộ phận

Để khảo sát cấu trúc của máy CT trước hết chúng ta nên nhìn lại quá trình tiến hoá của các hệ thống CT Nhìn chung, nếu ta chia các thế hệ CT theo cách bố trí, vận hành đầu đèn và đầu dò thì ta có thể phân chúng thành 4 thế hệ như trên

tạo nhưng về mặt nguyên lý là không có sự khác biệt.Thực tế là các hệ thống CT hiện đại vẫn bao gồm

• Hệ thống máy tính điều khiển, lưu trữ, kết nối

• Giàn quay(gantry)

Bàn bệnh nhân có khả năng di chuyển bệnh nhân ra vào vùng quét với tốc độ chính xác tới từng mm Bàn cũng có khả năng nâng lên hoặc hạ xuống để tiện việc di chuyển của bệnh nhân Bên cạnh đó bàn cũng được thiết kế với tư thế nằm thoải mái để giảm căng thẳng cho bệnh nhân Thông thường bàn cũng có 2 chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động

Hệ thống điều khiển bàn bệnh nhân:

Trang 8

Từ máy chủ điều khiển trung tâm se phân thành 2 bộ phận là máy chủ phần động nằm trên phần xoay của gantry và máy chủ phần tĩnh nằm trong phần khung của khoang máy Bàn bệnh nhân se do máy chủ phần tĩnh trực tiếp điều khiển

Bộ phận máy tính điều khiển chính là não của toàn bộ hệ thống CT Các máy tính đảm nhận công việc này phải có cấu hình mạnh và thường được cài sẵn phần mềm và các chương trình ứng dụng tương ứng với hệ thống phần cứng của máy

Máy chủ phần tĩnh se đảm nhận điều khiển chuyển động bàn bệnh nhân, gantry, tản nhiệt đầu đèn, các cảm biến theo dõi vận hành, các hệ thống đèn định vị cũng như hệ thống kiểm tra và báo lỗi của toàn hệ thống còn máy chủ phần động se điều khiển các bộ phận liên quan tới chế độ chụp như hệ thống nguồn cao thế, lựa chọn tim đèn, điều khiển collimator, hệ thống thu dữ liệu

Bộ não này se điều khiển và ghi lại tất cả các hoạt động của máy Với những hãng khác nhau, bộ phận điều khiển có thể có đôi chút khác biệt nhưng nhìn chung chúng đều có những bộ phận như:

• Các khối nguồn và hệ thống tạo, điều khiển nguồn cao thế: cung cấp nguồn cao thế cho đầu đèn và nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống Đối với biến áp cao thế, đây

là loại biến áp tăng áp với nguồn vào là 220V hoặc 380V và áp ra là điện thế một chiều cỡ 40kV tới 150kV

Nguồn điện lưới se đi qua khối nguồn để cấp năng lượng điện cho các bộ phận khác nhau của máy, trên hình là minh hoạ nguồn điện cấp cho hệ thống đầu đèn

• kV selector se đảm nhận việc lựa chọn mức điện thế ứng với chế độ chụp của hệ thống

Trang 9

• Exposure timer se ghi lại thời gian chịu liều của bệnh nhân đồng kiểm soát thời gian phát tia

• High voltage transformer se tạo ra nguồn cao thế cung cấp cho tim đèn

• Bridge rectifier se chính lưu dòng để tạo ra dòng một chiều cao thế

Các khối mA stabilizer, mA selector, Focal spot selector se điều khiển việc lựa chọn tim đèn và vết hội tụ của tim đèn

Hệ thống máy CT cần phải có sự phối hợp chính xác của nhiều bộ phận với nhau.Vì thế máy se có một hệ thống điều khiển cơ học đảm nhận việc đồng bộ hoá các chuyển động của bàn bệnh nhân và giàn quay cũng như phối hợp với các hệ thống khác kiểm soát hệ thống khi vận hành

Hệ thống đó là các hệ thống tản nhiệt như điều khiển tốc độ xoay anode, tốc độ bơm của động cơ tản nhiệt, tốc độ quạt tản nhiệt

CT là hệ thống kỹ thuật yêu cầu độ chính xác và tính an toàn cao, tất cả hoạt động của chúng se được theo dõi bởi một hệ thống kiểm tra và báo động lỗi Hệ thống này se kết nối với tất cả các hệ thống khác và se phát phát lệnh báo lỗi hoặc dừng máy nếu phát hiện lỗi ở bất cứ bộ phận nào của máy trước và trong khi vận hành

Các lỗi phát hiện có thể được báo bằng còi hoặc bằng cửa sổ hiển thị trên phần mềm chính vì thế hệ thống giao tiếp với người điều khiển hết sức được trú trọng

Đối với hệ thống đầu dò dữ liệu thu được se được mạch chuyển đổi tín hiệu chuyển thành tín hiệu số để qua đó chúng se được xử lý bởi mạch tích chập để loại bỏ nhiễu cũng như loại các dữ liệu dưới ngưỡng Sau đó dữ liệu se được tái tạo dưới dạng các ma trận để

Trang 10

Hình trên còn cho ta thấy sự kết nối của hệ thống tái tạo ảnh với các khối:

• Hệ thống hiển thị và in xuất kết quả

• Lưu trữ dữ liệu và xử lý ảnh sau khi chụp

• Ngoài ra ngày nay còn có khối kết nối với các hệ thống DICOM, PACS để phục

vụ nhu cầu truyền tải và hội chẩn bệnh từ xa

Bộ phận quan trọng cuối cùng của hệ thống CT chính là giàn quay Giàn quay là bộ phận đặc biệt quan trọng đối với một hệ thông CT, nó chứa các bộ phận gồm đầu đèn, các dãy đầu đò kèm theo hệ thống mạch thu dữ liệu và mạch điều khiển

Bộ phận quan trọng không thể thiếu đó là hệ thống đầu đèn

Phần tử chính đảm nhận công việc tạo ra tia X chính là tim đèn Bên trong là cathode và anode

Trang 11

Đầu cathode bao gồm sợi đối gắn trên một điện cực phụ (điện cực Wehnelt), điện cực này còn gọi là chén hội tụ, se vừa đồng thời làm giá đỡ vừa tạo khe hội tụ cho chùm electron bay về phía anode

Để các electron có thể hội tụ tốt, người ta se cung cấp một điện thế âm, điện thế này se đủ để tạo nên từ trường điều khiển đường bay của các electron Bên cạnh đó để nâng hiệu suất electron bay về anode, người ta se hút chân không trong tim đèn để loại bỏ các phần tử khí cản trở trên đường đi của electron

Thực tế khi vận hành, người ta thấy rằng cathode se cho hiệu ứng tạo electron tốt hơn nếu nó đã được đốt nóng ở nhiệt độ thích hợp

Điều này cũng dẫn tới một vấn đề khác là nếu làm việc quá lâu dưới môi trường như thế sợi đốt se bị bốc hơi dần và tạo ra các phần tử dẫn điện tích luỹ làm giảm độ chân không và thậm chí có thể tạo ra hồ quang hết sức nguy hiểm

Để khắc phục điều này trong các tim đèn hiện đại người ta thường làm sợi đốt bằng hợp kim Vonfram với 1-2% Thôri Bên cạnh đó người ta còn sử dụng 2 sợi đốt đặt trên 2 chén hội tụ tương ứng với kích thước to và nhỏ.Mục đích chính của việc dùng 2 sợi to, nhỏ không phải là để giảm tải cho cathode mà phụ thuộc vào yêu cầu của đối tượng chụp Các bạn có thể thấy rõ trên hình, ứng với từng sợi to, nhỏ thì cũng có các vết hội tụ to nhỏ khác nhau Và chính vết này se cho ra ảnh với độ phân giải khác nhau

Về phía anode, hầu như tất cả các hệ thống CT hiện đại đều sử dụng anode dạng đĩa quay Đây là cơ chế tản nhiệt hiệu quả đồng thời giảm thiểu nguy cơ anode bị bào mòn do va đập của các electron Thông thường vật liệu làm đĩa anode thường là hợp kim của W hoặc

Mo, ưu điểm của các hợp kim này độ bền nhiệt cao và độ nhám bề mặt thấp

Đĩa anode se được gắn vào một trục làm bằng Mo để cách nhiệt với phần roto của động cơ Phần roto se xoay nhờ từ trường cảm ứng từ các cuộn dây Stator đạt sát thành ngoài tim đèn Theo tìm hiểu, tốc độ quay của anode khoảng 3000-9000 vòng/phút

Trang 12

Khi tia X chiếu vào cơ thể, không phải tất cả chúng đều có hiệu quả trong việc tạo ảnh Một số se bị tán xạ nhưng vẫn đến được hệ thống đầu dò và gây nên sự sai lệch trên ảnh Số khác se bị tán xạ hoặc bị hấp thụ và không thể cho được ảnh, những tia như thế

se gây liều vô ích lên bệnh nhân

Để giảm thiểu các tia bị lệch hướng, người ta se đặt phía trước các dãy đầu dò một hệ thống lưới (grid) thường làm bằng chì để hấp thụ các tia có phương tới không vuông góc với mặt đầu dò

Nguyên nhân chính gây ra các tia không xuyên qua được cơ thể để tạo ảnh là do cường độ của chúng không đủ lớn.Có nhiều cách để hạn chế các tia X cường độ thấp Một trong số đó là cách đốt nóng cathode để tạo ra nhiều electron Phương pháp khác là xử dụng một hệ thống chuẩn trực (collimator) được làm bằng nhôm để vừa hấp thụ các tia có cường độ thấp vừa điều khiển kích thước tia lọt qua để lựa chọn độ dày lát cắt Một phương pháp khác nữa là tăng hiệu điện thế cấp cho đầu đèn để gián tiếp tăng cường độ của chùm tia

Người ta còn gián tiếp giảm liệu cho bệnh nhân nhờ sự dụng hệ thống thu dữ liệu đa đầu dò Thay vì sử dụng các đầu dò đơn tinh thể như trước đây, người ta se sử dụng các đầu dò có kích thước (chiều dài) bé hơn để sắp thành nhiều dãy đầu dò Ngày nay sự tiến

bộ của công nghệ đã cho phép số lượng dãy dầu dò ngày càng tăng lên, từ

2->4->8->16->32->64

Việc sử dụng nhiều dãy đầu dò không giúp ta chụp được nhiều lát cắt mỗi lần chụp mà bên cạnh đó, việc lát cắt càng mỏng dần se cho ảnh hiển thị chi tiết hơn và với ý nghĩa chẩn đoán cao hơn

Trang 13

Bảng trên cho thấy ưu điểm vượt trội của CT đa lát cắt so với CT đơn lát cắt

Hệ thống đầu dò phổ biến hiện nay gồm 2 loại:

• Loại thứ nhất là đầu dò buồng ion hoá, loại đầu dò này se có 1 buồng được bơm đầy khí trơ, thường là Xe với áp suất cao Bức xạ tia X đi vào buồng se ion hoá chất khí tạo thành các điện tử trái dấu di chuyển về các cực để hình thành tín hiệu điện

• Loại còn lại là các đầu dò nhấp nháy, các tinh thể nhấp nháy thường là chất bán dẫn có khả năng nhận photon tia X để chuyển thành ánh sáng khả kiến Tín hiệu nháy sáng của tinh thể này se được các cảm biến quang ghi lại

Thực tế, hầu hết các máy CT thế hệ thứ 3 chỉ sử dụng đầu dò buồng ion hoá, còn tất cả các máy CT thế hệ thứ 4 và một số máy CT thế hệ thứ 3 đặc biệt thì sử dụng đầu dò nhấp nháy

Trang 14

4.Vận Hành:

Phần vận hành trên mô hình: (hình)

Phần vận hành trên phần mêm:

Hình ảnh các bạn thấy ở đây chính là giao diện chính của phần mềm điều khiển mô hình

mô phỏng của chúng ta

*giới thiệu sơ bộ chức năng của các phím trên menu (hình ảnh)

Mô hình mô phỏng này thực tế không có khả năng chụp ảnh, nó chỉ vận hành phối hợp bàn và gantry đồng thời cho hiển thị ảnh từ một cơ sở dữ liệu có sẵn theo chế độ chụp Thực tế muốn có được ảnh hiển thị thì dữ liệu chụp thu từ các đầu dõ se phải qua một hệ thống thu nhận và chuyển đổi dữ liệu phức tạp

Trang 15

5 Câu hỏi:

1. Cách calib máy CT?

2. Khi gantry quay tim đèn phát bao nhiêu lần?

3. vì sao máy CT thực có hai màn hình ?

4. Tia X xuyên qua bàn bệnh nhân có ảnh hưởng gì?

5. Cách truyền dữ liệu vào máy tính?

6. So sánh chụp standar và henical?

7. vì sao phải sử dụng nhiều hơn 3 góc chiếu,mô tả thuật toán tạo ảnh?

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	801,85 KB