Nghiên cứu phân tích và đánh giá hiệu quả sử dụng máy chụp cắt lớp 320 lớp hình ảnh động aquilion one toshiba tại bệnh viện trung ương quân đội 108 bộ quốc phòng

Với hệ thống chụp thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thể giúp bác sỹ dễ dàng chẩn đoán hơn.. Tất cả những sự thay đổi đó đều phục vụ c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nghiên c ứu, phân tích và đánh giá hiệu quả sử dụng máy

ch ụp căt lớp 320 lớp hình ảnh động - Aquilion One- Toshiba

t ại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Bộ Quốc Phòng

BÙI ĐỨC THẾ Ngành: K ỹ thuật y sinh

Gi ảng viên hướng dẫn: TS Trần Anh Vũ

Vi ện: Điện tử viễn thông

Ch ữ ký của GVHD

HÀ N ỘI, 11/2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi thực hiện trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, thu thập các thông tin và quan sát, nghiên cứu giải pháp công nghệ mới trong khai thác vận hành trang thiết bị y tế trong điều trị Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực Các tư liệu, tài liệu được sử dụng có nguồn dẫn rõ ràng

Tác giả

Bùi Đức Thế

Trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các tác giả của các công trình, bài viết có liên quan đã làm cơ sở lý luận cho đề tài Trân trọng cảm ơn Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 và các đồng nghiệp đã cung cấp tư liệu, số liệu, hỗ trợ tác giả tiếp cận các tài liệu để thực hiện đề tài

Tôi cũng rất biết ơn những người thân trong gia đình đã luôn động viên, hỗ trợ tôi nhiều mặt trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tác giả rất mong muốn nhận được sự hướng dẫn và đóng góp ý kiến của Quý Thầy, Cô để hoàn thiện đề tài và rút kinh nghiệm cho những lần nghiên cứu về sau này

Xin trân trọng cảm ơn./

Tác giả

Bùi Đức Thế

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TIA X 3

1.1 Các khái niệm về tia x 3

1.1.1 Lịch sử phát minh tia X 3

1.1.2 Bản chất và điều kiện phát sinh tia X 4

1.1.3 Nguồn phát tia X 5

1.1.4 Tính chất của tia X 6

1.1.5 Sự hấp thu của tia X 8

1.1.6 Độ tương phản mô 9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VỀ CHỤP CẮT LỚP CT SCANNER 10

2.1 Giới thiệu chung 10

2.1.1 Giới thiệu 10

2.1.2 CT và chụp X quang cổ điển 11

2.1.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT 13

2.1.4 Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật chụp CT 15

2.2 Các thế hệ máy CT Scanner 16

2.2.1 Máy CT thế hệ thứ nhất 16

2.2.2 Máy CT thế hệ thứ hai 17

2.2.3 Máy CT thế hệ thứ ba 18

2.2.4 Máy CT thế hệ thứ tư 18

2.2.5 Máy CT thế hệ thứ 5 19

2.2.6 Thế hệ thứ 6 (Chụp xoắn ốc) 20

2.2.7 Thế hệ thứ 7 (đa lát cắt) 21

2.3 Phương thức thu thập dữ liệu 22

2.3.1 Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp 23

2.3.2 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cảm biến 24

2.4 Cơ sở tạo ảnh CT 24

2.4.1 Ảnh CT là gì 24

2.4.1.1.Chỉ số CT – Đơn vị Hounsfield 24

2.4.1.2 Hiển thị ảnh CT 26

2.4.1.3 Windowing 27

2.4.1.4 Cửa sổ đôi 29

2.4.2 Nguyên lý tạo ảnh CT 30

2.4.2.1 Giới thiệu và tổng quan 30

2.4.2.2 Quá trình chụp ảnh cắt lớp 32

2.4.2.3 Tiền xử lý và hậu xử lý 34

2.4.2.4 Những thuật toán dựng ảnh 35

2.4.2.5 Lựa chọn thuật toán 39

2.5 Các thông số chất lượng ảnh 39

2.5.1 Thế nào là một ảnh tốt 39

2.5.2 Độ tương phản và độ phân giải 39

2.5.2.1 Độ tương phản 39

2.5.2.2 Độ phân giải 41

2.5.3 Nhiễu 43

2.5.3.1 Nguyên nhân của nhiễu 44

2.5.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng 44

2.5.4 Độ sắc nét ảnh 48

2.5.4.1 Các nhân tố ảnh hưởng 48

2.5.4.2 Chiều dày lát cắt 48

2.5.4.3 Thuật toán nâng cấp đường bờ 49

2.5.5 Nhiễu artifacts 50

2.5.5.1 Nguyên nhân từ chùm tia 51

2.5.5.2 Nguyên nhân của người bệnh 51

2.5.5.3 Nguyên nhân của hệ thống đo và định mức giá trị 51

2.5.5.4 Nguyên nhân từ film 52

2.5.6 Những nhân tố khác 53

2.5.6.1 Trường hiển thị FOV (Field of view) 53

2.5.6.2 Những chỉ dẫn bệnh nhân 53

2.5.6.3 Độ nhạy đường viền 53

2.5.6.4 Liều tia đường viền 54

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CÁC LỚP CT 320-TOSHIBA, SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÍ 55

HOẠT ĐỘNG 55

3.1 Tổng quan về máy chụp CT 320 -TOSHIBA 55

3.1.1 Tổng quan 55

3.1.2 Ưu điểm của máy 56

3.1.3 Chỉ định chụp trong một số trường hợp của máy 57

3.2 Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy CT320 57

3.2.1 Sơ đồ khối của máy CT320-TOSHIBA 57

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy CT 320 58

3.3 Chức năng hoạt động từng khối 59

3.3.1 Giàn quay (Gantry) 59

3.3.2 Bóng X-Quang 60

3.3.3 Ống chuẩn trực 64

3.3.4 Khối cảm biến thu nhận và biến đổi thông tin 65

3.3.5 Bộ chổi quét và vành trượt 69

3.3.6 Bàn điều khiển 70

3.3.7 Bàn bệnh nhân 70

3.3.8 Hệ thống nguồn 71

3.3.8.1 Khối chuyển đổi nguồn xoay chiều 3 pha 200V 72

3.3.8.2 Khối chuyển đổi điện (Inverter Unit (INV) 73

3.3.8.3 Khối biến thế cao áp HV Mutilier control (HV) 74

3.3.9 Khối thu nhận thông tin 75

3.3.10 Động cơ truyền động trực tiếp 76

CHƯƠNG 4: NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ HIỆU QUẢ TRONG LÂM SÀNG CHẨN ĐOÁN KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHỤP 320 HÌNH ẢNH ĐỘNG TẠI BỆNH VIỆN TƯQĐ 108 – BỘ QUỐC PHÒNG 78

4.1 Giới thiệu chung: 78

4.2 Đánh giá hiệu quả lâm sàng của hệ thống máy CT320 82

4.2.1 Về thời gian chụp và ảnh hưởng trực diện bệnh nhân: 82

4.2.2 Vai trò đặc biệt trong chẩn đoán và điều trị U gan bằng phương pháp tắc mạch xạ trị với hạt vi cầu gắn Yttrium-90 83

4.2.3 Hiệu quả trong chẩn đoán can thiệp mạch vành: 83

4.2.4 Hiệu quả trong nghiên cứu đánh giá tưới máu cơ tim 85

4.2.5 Cấp cứu thành công một bệnh nhân chảy máu tiêu hóa cấp tính mức độ nặng do u ruột non nhờ chụp CT320 86

KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

AC: Alternating Current

ADC: Analog Digital Converter

AEC: Automatic Exposure Control

ART: Algebraic Reconstruction Technique

CT: Computed Tomography

CPU: Central Processing Unit

CAT: Computed Axial Tomography

CAT: Computed Axial Tomography

DAS: Data Acquisition System

D-con: Display console

GTS: Gantry Translation Stage

HV: Hight Voltage

HE: Heat Exchanger

HU: Hounsfield Unit

INV: Inverter Unit

ILST: Iterative Least Squares Technique

IDD: Image Data Disk

MRI: Magnetic Resonance Imaging

MTF: Modulation Transfer Function

Recon box: Reconstruction box

RDD: Raw Data Disk

ROI: Region of Interest

FOV: Field of View

SBC: System Control Board

S-con: Scan Console

SCRT: Surecom Rotational Tranfer

SCB: System Control Board

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Đồ thị sự giảm cường độ chùm tia khi tăng độ dày vật cản 7

Hình 2.1 Hình ảnh máy chụp CT Scaner 11

Hình 2.2 So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và CT 12

Hình 2.3 Ảnh X quang (dọc cơ thể) và ảnh CT (ngang cơ thể) 12

Hình 2.4 Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học (Godfrey N Hounsfield và Allan M Cormack) vì những đóng góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán 14

Hình 2.5 Máy CT thế hệ thứ nhất 16

Hình 2.6 Máy CT thế hệ thứ hai 17

Hình 2.7 Máy CT thế hệ thứ ba 18

Hình 2.8 Máy CT thế hệ thứ tư 19

Hình 2.9 Máy CT thế hệ thứ năm loại bóng X quang anode nhiều rãnh, mặt cắt dọc 19

Hình 2.10 Máy CT thế hệ thứ năm loại bóng Xquang anode nhiều rãnh, mặt cắt ngang 20

Hình 2.11: Nguyên lí hoạt động của hệ thống chụp cắt lớp điện toán thứ sáu 21

Hình 2.12: Nguyên lí hoạt động của hệ thống chụp cắt lớp điện toán thế hệ thứ bảy 22

Hình 2.13 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) 23

Hình 2.14 Trị số CT của nước, không khí và các cơ quan khác nhau 25

Hình 2.15 Ma trận ảnh 27

Hình 2.16 Pixel và Voxel 27

Hình 2.17 Xử lý bằng cửa sổ đơn 28

Hình 2.8 Độ rộng của cửa sổ ảnh hưởng đến chất lượng ảnh 29

Hình 2.19 Xử lý bằng cửa sổ đôi 30

Hình 2.20 Quét pha của định dạng ảnh CT 30

Hình 2.21 Từ dữ liệu quét tái tạo thành ảnh số 31

Hình 2.22 Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám 32

Hình 2.23 Hình ảnh của một quá trình quét toàn cảnh 32

Hình 2.24 Quá trình quét cắt lớp 33

Hình 2.25 Minh họa việc lựa chọn bề dày lớp cắt 34

Hình 2.26 Phương pháp tính lặp 36

Hình 2.27 Phương pháp chiếu ngược 37

Hình 2.28 Phương pháp chiếu ngược có lọc 38

Hình 2.29 So sánh hai phương pháp chiếu ngược và chiếu ngược có lọc 38

Hình 2.30 Đo MTF sử dụng chức năng 1 điểm không gian được tạo nên bằng một sợi mảnh 42

Hình 2.31 Quan hệ giữa nhiễu và mAs 44

Hình 2.32 Ảnh khi đặt 280 mAs và đặt 140 mAs 45

Hình 2.33 Ảnh khi đặt điện áp ở 80kV, 100kV, 120kV và 140kV 45

Hình 2.34 Mối quan hệ giữa nhiễu và chiều dày lát cắt 46

Hình 2.35 Ảnh thu với chiều dày lát cắt là 0.9mm và 1.4mm 46

Hình 2.36 Quan hệ giữa N và µ 47

Hình 2.37 Ảnh thu được khi kích thước bệnh nhân khác nhau 47

Hình 2.38 Quan hệ giữa N và Alg 48

Hình 2.39 Quan hệ giữa bề dày lát cắt SH và độ sắc nét ảnh S 49

Hình 2.40 Ảnh thu với độ dày lát cắt 8mm và ảnh 1mm 49

Hình 2.41 Quan hệ giữa N và Alg 50

Hình 2.42 Ảnh khi chụp cùng một vị trí với việc lựa chọn thuật toán khác nhau 50

Hình 2.43 Ảnh bị nhiễu vệt sọc và ảnh bị nhiễu vòng 51

Hình 2.44 Trường hiển thị của vùng não 53

Hình 2.45 Các độ nhạy đường viền cho các lát cắt có độ dày là 0.5mm, 1mm và 2mm 54

Hình 3.1: Máy chụp CT 320 Aquilion ONE của hãng Toshiba 55

Hình 3.2 Sơ đồ khối của máy 57

Hình 3.3 Cấu trúc Gantry của máy CT320-TOSHIBA 59

Hình 3.4 Cấu tạo bóng X-Quang 60

Hình 3.5 Cấu tạo bộ tản nhiệt 64

Hình 3.6 Cấu tạo bộ chuẩn trực 65

Hình 3.7 Cấu tạo của phần tử cảm biến trạng thái rắn 66

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của 1 cảm biến 66

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí khối cảm biến 68

Hình 3.10 Sơ đồ chiều đi của dòng dữ liệu 69

Hình 3.11 Khối chổi quét 70

Hình 3.12 Sơ đồ cấp nguồn cao thế cho bóng X-Quang 71

Hình 3.13 Sơ đồ khối chuyển đổi nguồn xoay chiều 3 pha 200V 72

Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển khối biến đổi điện 73

Hình 3.15 Khối biến đổi điện Inverter Unit (INV) 74

Hình 3.16 Sơ đồ bố trí sensor cảm biến nhiệt 74

Hình 3.17 Sơ đồ hoạt động của khối cao thế (HV) 75

Hình 3.18 Khối thu nhận và xử lí dữ liệu ảnh 75

Hình 3.19 Cấu tạo hệ thống quay Gantry 77

Hình 4.1 Hệ thống máy chụp CT320 - Gantry và bàn bệnh nhân 79

Bảng 4.1: Một số so sánh giữa chụp can thiệp và chụp CT320 82

Bảng 4.2: Mức độ chính xác của chụp CLVT 320 dãy động mạch vành trước và sau phân tích tưới máu cơ tim (n=12) 86

LỜI NÓI ĐẦU

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 khỏe ngày càng được quan tâm nhiều hơn Cùng với sự phát triển 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 hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh Thiết bị này đang được dần trang bị cho các bệnh viện nhằm phục vụ nhu cầu khám và chữa bệnh Các thiết bị

đó ngày càng được hoàn thiện về tính năng và sự tiện dụng Nó đã và đang giúp ích rất nhiều cho bác sỹ chuẩn đoán chính xác các bệnh

Trong các bệnh viện Việt Nam hiện nay, kể cả các bệnh viện trong và ngoài Quân đội đã được quan tâm đầu tư về các hệ thống hệ thống chẩn đoán hình ảnh, trong đó đặc biệt là các hệ thống chụp CT Scaner Tuy nhiên, số lượng các hệ thống chụp cắt lớp CT không nhiều, số lượng vẫn còn thiếu, chưa đủ để phục vụ nhu cầu khám bệnh của người dân, bên cạnh đó giá chiếu chụp vẫn còn đắt so với người dân lao động

Bản thân tôi hiện đang công tác tại Bệnh Viện Trung Ương Quân Đội 108, một bệnh viện tuyến cuối của toàn quân có rất nhiều máy móc hiện đại để phục vụ công tác chăm sóc sức khoẻ cho quân và nhân dân và là đơn vị được đầu tư khá nhiều trang thiết bị hiện đại Một trong những thiết bị đó là máy chụp cắt lớp CT320-TOSHIBA Đây có thể coi là 1 trong những thiết bị mới và hiện đại nhất trong hệ thống thiết bị chuẩn đoán hình ảnh ở nước ta cũng như ở khu vực Đông Nam Á Nó giúp các sĩ đạt hiệu quả cao trong công tác khám và điều trị Máy CT

320 có rất nhiều ưu điểm như với tốc độ quay của bóng lớn, khoảng che phủ rộng cho phép chụp tim trong một nhịp đập và chụp toàn não trong một vòng quay của bóng Chính vì vậy thời gian thăm khám được rút ngắn, liều tia X thấp và giảm lượng thuốc cản quang, giúp bệnh nhân ít bị ảnh hưởng bởi phóng xạ Với hệ thống chụp thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thể giúp bác sỹ dễ dàng chẩn đoán hơn

Xuất phát từ tình hình này, tôi đã quyết định thực hiện đồ án “Nghiên cứu,

phân tích và đánh giá hiệu quả sử dụng máy chụp căt lớp 320 lớp hình ảnh động

- Aquilion One - Toshiba tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Bộ Quốc Phòng”

Với hi vọng đồ án của mình sẽ cung cấp cho mọi người những hiểu biết cơ bản nhất về hệ thống máy chụp cắt lớp, đặc biệt là hệ thống chụp cắt lớp 320 hình ảnh động Toshiba - Aquilion one Ngoài mục đích chung của đồ án là Nghiên cứu

và đánh giá hiệu quả của máy CT 320 lớp hình ảnh động, thấy rõ hiệu quả của thiết

bị trong áp dụng thăm khám, bản thân tự học hỏi nâng cao thêm trình độ kỹ thuật, từ

đó áp dụng các kiến thức đã học vào thực tế nhằm bảo dưỡng, sửa chữa, bảo trì thiết

bị một cách khoa học, kịp thời và khai thác tối đa tính năng sử dụng của máy đáp ứng cho nhu cầu của các khoa lâm sàng

Đồ án được thực hiện dưới của thầy giáo, Tiến sỹ Trần Anh Vũ - giảng viên

Bộ môn Điện tử y sinh, Trung tá - kỹ sư Phạm Quang Chiến - Kỹ sư Khoa Trang bị

Bệnh Viện TƯQĐ 108 cùng các đồng chí đồng nghiệp trong khoa

Về cơ cấu nội dung của đồ án gồm 4 chương:

Lời nói đầu

Chương I : Các khái niệm về tia X

Chương II : Cơ sở chụp CT Scaner

Chương III : Giới thiệu về máy CT 320 hình ảnh động Aquilion One - Toshiba Chương IV : Quy trình của máy

Chương V : Tình hình sử dụng vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa thực tế tại bệnh viện TƯQĐ 108 và đánh giá hiệu quả sử dụng

Do máy chụp cắt lớp CT 320 lớp hình ảnh động là một thiết bị mới, tài liệu kỹ thuật về máy gần như không có và tài liệu sử dụng chủ yếu là tiếng anh Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng cũng khó tránh được những thiếu sót nhất định, tôi rất mong được sự quan tâm góp ý của thầy giáo và tất cả các đồng chí

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Tiến

sỹ Trần Anh Vũ, và các anh em đồng nghiệp trong Khoa Trang Bị - Bệnh viện TƯQĐ 108 đã tận tình hướng dẫn, động viên, quan tâm giúp đỡ tôi trong quá tình thực hiện đồ án

Người thực hiện: Bùi Đức Thế

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TIA X

1.1 C ác khái niệm về tia x

1.1.1 Lịch sử phát minh tia X

Vào những năm cuối thế kỷ 18, nhiều nhà bác học đã nghiên cứu sự phóng điện qua khí kém và đã phát hiện ra tia âm cực Và trong khi nghiên cứu những tính chất của tia âm cực ( còn gọi là tia Bêta), tức là chùm tia điện tử xuất phát từ Cathode thì Rơnghen đã phát hiện ra tia X vào năm 1895 Nó đã làm kinh ngạc cả ông và tất cả mọi người vào thời điểm đó Thực chất ông ta không đi tìm kiếm con đường nhìn vào trong thân thể người mà không cần phẫu thuật Khi ông ta đã kiểm tra các tia âm cực của một đèn điện cực chân không, ông ta để ý thấy những sự biến đổi xuất hiện trong chất liệu ảnh, không liên quan trực tiếp vào các thí nghiệm của ông ta Tất cả chỉ là sự tình cờ mà phát hiện ra tia X Với sự ham hiểu biết và lòng nhiệt tình của mình đã thôi thúc ông ta hành động và từ sự phát hiện tình cờ hướng ông tới việc nghiên cứu sâu hơn

Ông đã khám phá ra rằng tia X có những đặc điểm sau:

• Làm cho Bari Platincyanua phát ra huỳnh quang

• Nó ảnh hưởng đến các chất bắt ánh sáng trên mặt phim ảnh

• Nó phóng ra làm ion hoá vật chất các đối tượng

• Làm trong suốt hoá một số chất

• Có thể trực chuẩn trong các ống chuẩn trực

• Nó được tạo ra bởi một đèn chân không năng lượng cao

• Nó được tạo ra với hiệu suất cao hơn bởi các nguyên tố có số nguyên tử Z lớn

• Trong vòng 2 tuần sau khi khám phá ra chúng, tia X đã được sử dụng trong chuẩn đoán y tế, và chúng đã trở nên cần thiết không thể thiếu được trong chẩn đoán y tế thậm chí cho đến tận ngày nay

Sự ra đời của thiết bị chẩn đoán X-quang là một bước ngoặt lớn trong ngành y

tế, nó có thể được so sánh với sự kiện ra đời động cơ đốt trong trong khoảng hai thế

kỷ trước

Tuy nhiên, có những vấn đề mà Rơnghen chưa khám phá ra, và phải mất 50 năm sau các nhà khoa học mới đánh giá đầy đủ là tia X có thể nguy hiểm nếu không

sử dụng hợp lý và nó có thể gây ra bệnh ung thư

Qua nhiều năm thiết bị X quang đã không ngừng được hoàn thiện Mục tiêu của các kỹ sư đầu ngành là:

• Cải thiện chất lượng của ảnh

• Nâng cao độ tương phản giữa các mô khác nhau

• Cải thiện kích cỡ độ phân giải

• Giảm tới mức thấp nhất liều lượng bức xạ tới người bệnh

1.1.2 Bản chất và điều kiện phát sinh tia X

Tất cả các sóng điện từ (còn gọi là dao động điện từ) đều có đặc điểm chung là lan truyền trong chân không với tốc độ:

c =300.000 km / sec

Ba đại lượng đặc trưng của sóng điện từ là:

- Chu kỳ T: là thời gian hoàn thành một dao động

- Tần số f: là số chu kỳ trong một sec

- Bước sóng: là quãng đường đi trong một chu kỳ

Như vậy bước sóng λ cần giảm thì năng lượng E càng lớn, tức là khả năng đâm xuyên của tia càng lớn Theo trình tự bước sóng λ giảm dần và năng lượng E tăng dần, ta có bảng sau:

Chục mét Mét

b – Điều kiện phát sinh ra tia X

Để có tia X thì phải có những hạt vi thể dưới tác đông của điện thế giữa anode và cathode, bắn phá vào nguyên tử (vật chất anode) Tức là phải có những điện tử đập vào nguyên tử, khi các điện tử bị hãm đột ngột do va chạm với nguyên

tử của vật chất cấu tạo anode, các tia X sẽ xuất hiện khi đó xuất hiện hai bức xạ tia

X, bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng

1.1.3 Nguồn phát tia X

Nguồn phát tia X đơn giản là từ một điốt ống chân không kín bằng thuỷ tinh bao gồm một Catốt khi nung nóng phát ra các electron và một Anốt chặn các tia electron đó Catốt được nung bằng sợi đốt, một Anốt và một ống thuỷ tinh chân không kín Điện áp VF nguồn sợi đốt sinh ra dòng IF chạy xuyên qua lõi sợi đốt, đốt nóng tấm kim loại của catốt Electron trong catốt được nung nóng bứt ra khỏi tấm kim loại của catốt đi vào trong chân không Điện áp anốt VA đủ lớn để các

electron này tạo thành dòng tia IB Điện áp VA trên ống tia là rất lớn, có thể lên đến trên 100 kV Điện áp cao này đẩy electron tới vận tốc cao Gần 1% các electron trên khi tới anốt va chạm với các nguyên tử và sinh ra các tia X Sau đó các tia X đi xuyên qua ống vào trong không khí 99% các electron còn lại tạo thành năng lượng nhiệt

Để hiểu các tia X được sinh như thế nào đầu tiên phải xem xét đến các dòng tia điện tử Điện tử được thoát ra khỏi catốt đốt nóng nhờ chuyển động nhiệt đem đến cho chúng năng lượng đủ lớn để thoát ra khỏi lực liên kết nguyên tử đi vào trong ống chân không Giá trị của năng lượng đó gọi là chức năng làm việc EH giá trị này phụ thuộc vào kim loại làm catốt Giá trị của dòng tính bằng ampe sinh ra bởi bởi sự chuyển động nhiệt, IB nhận được từ việc nghiên cứu cơ học lượng tử như sau:

(ampe) (1.2)

Ở đây d là khoảng cách tính theo m từ catốt tới anốt, và AC là diện tích catốt tính theo m2 Trong một ống tia X được thiết kế phù hợp, d đủ nhỏ sao cho IB<IBE đối với tất cả các điện áp anốt của ống tia x quang y tế Bởi vậy IB là dòng giới hạn của ống; điều này nghĩa là IB tương ứng với giới hạn trên của dòng trong ống tia X Dòng IBE cho phép tính theo phương trình trên được gọi là định luật Langmuir-Childs và mô tả dòng trong các điốt cung cấp nguồn điển hình, ở đây VA là điện áp

đủ thấp để hình thành không gian tích điện xung quanh catôt của ống

thể triệt tiêu hoàn toàn tia X Vì rằng đường biểu diễn cường độ tia X là một đường

giảm dần theo hàm số và tiệm cận với trục hoành Đồ thị sau chỉ rõ điều đó

b - Tính ion hóa mạnh:

Khi chiếu tia X vào một môi trường, chẳng hạn như không khí, các nguyên tử

và phân tử của môi trường đó sẽ được bổ sung thêm hoặc mất những điện tử e-, để

trở thành những ion + hoặc - , người ta gọi hiện tượng đó là hiện tượng ion hóa, còn

khả năng đó của tia X gọi là khả năng ion hóa Tia X có khả năng ion hóa rất mạnh,

đặc biệt là với không khí Người ta ứng dụng tính chất này để làm những máy đo

lường tia X và sử dụng tia X vào điều trị các bệnh khác nhau

c - Làm phát sáng các chất huỳnh quang:

Nhiều chất khi tia X chiếu vào sẽ bị kích thích và trở thành huỳnh quang như

Clorua Natri, Bazi, Sulfua kẽm, Platin Cyanuare Batyum …

Người ta sử dụng các chất này làm màn huỳnh quang để chiếu vào bìa tăng

quang để chụp Nhờ tác dụng của bìa tăng quang mà có thể giảm được thời gian

phát tia và liều lượng tia chiếu trên bệnh nhân

d - Tác dụng lên vật liệu ảnh

Đối với một số hợp chất, tia X có khả năng phân tích chúng thành những ion

Chẳng hạn như ở các phim hoặc giấy ảnh có chứa chất Brômua Bạc ( AgBr) khi bị

tia X chiếu vào thì bị phân tích thành:

AgBr Ag+ + Br

-Sau đó, dưới tác dụng của thuốc rửa phim (ảnh) ta sẽ có được hình ảnh đã

chụp trên bệnh nhân Chính nhờ tính chất này mà người ta sử dụng vào việc chụp X

Quang cho bệnh nhân trong ngành y tế

e - Tính chất quang học giống như ánh sáng

Các tính chất đó là:

Cường độ chùm tia

Độ dày vật cản

+ Tia X truyền đi theo đường thẳng, với vận tốc C = 300.000 km/sec

+ Cường độ chùm tia giảm theo bình phương khoảng cách đến nguồn phát tia: Trong đã:

J: Cường độ chùm tia

d: Khoảng cách đến nguồn phát tia

+ Tia X không bị điện trường và từ trường làm lệch hướng vì nó không mang điện tích

+ Tia X có thể bị phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ và phân cực nhưng chỉ với những điều kiện đặc biệt trên tinh thể chứ không phải với những điều kiện bình thường như ánh sáng trắng

1.1.5 Sự hấp thu của tia X

Ảnh X quang y tế được hình thành bằng cách chiếu các tia x tới bề mặt của cơ thể và đo cường độ mà nó xuyên qua là bao nhiêu Điều này có nghĩa là tổng số các tia X bị hấp thu bởi cơ thể được đo bằng độ chênh lệch giữa năng lượng bức xạ đầu vào và đầu ra Sự hấp thu tia X là kỹ thuật cơ bản để phân biệt giữa các cơ quan trong cơ thể dới sự quan sát của tia X Thí dụ, các mô xương, hấp thu nhiều tia X hơn sợi cơ và vì vậy có thể dễ dàng phân biệt ra chúng Việc định lượng cường độ tia X bị hấp thu bao nhiêu bởi các mô khác nhau được xác định theo định luật Lambert ông nhận thấy rằng với các tia X, bề dày vật chất hấp thu ngang bằng với kích thước của cường độ bức xạ ϑ Nói một cách khác, phân số của năng lượng tia

X bị hấp thu tỷ lệ với bề dày vật chất hấp thu nó Định luật Lambert được bắt đầu bởi công thức toán học sau:

d µρds

ϑ

ϑ =−

(1.3)

ở đây ρ là mật độ khối lượng trung bình , s là khoảng cách xuyên qua vật chất,

và µ là hằng số tỷ lệ được gọi là hệ số suy giảm khối có đơn vị đo là cm2/g Ký hiệu

dϑ đặc trưng sự thay đổi khác nhau của cường độ tia X theo khoảng cách Để giải phương trình 1.5 ta lấy tích phân 1.5 sẽ cho kết quả:

xương bác sỹ nên sử dụng điện áp anốt thấp, thường là 60 kV, vì điều này làm cho

nó dễ dàng phân biệt nó với cơ Theo một cách khá, nếu bác sỹ mong muốn làm

mờ xương để phân biệt mô cơ nằm dưới từ lớp mỡ, thì nên sử dụng điện áp anốt cao thường là 200 kV Hơn nữa các giá trị µ là xấp xỉ bằng nhau Vì vậy, thật khó để nhận được các giá trị lớn của độ tương phản giữa các mô mềm khi sử dụng x quang

Rõ ràng cường độ tia X phát ra từ nước là lớn hơn nhiều so với từ xương Điều này có nghĩa là xương hấp thu năng lượng tia X nhiều hơn nước Hơn nữa sự khác nhau về cường độ tia X trên phim sẽ tạo ra ảnh có tính chất tương phản tốt

1.1.6 Độ tương phản mô

Độ tương phản của ảnh trên phim giữa 2 mô được xác định trong các điều kiện của các cường độ tương đối của các tia X thu được trên phim ϑ1 là cường độ của các tia X thu được từ mô 1 và ϑ2 là cường độ của các tia X thu được từ mô 2 Độ tư-ơng phản giữa 2 mô được xác định bởi phương trình :

s ρ μ

2 2 2

1 1 1

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VỀ CHỤP CẮT LỚP CT SCANNER

2.1 G iới thiệu chung

2 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

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 2.2 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

- 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

Chụp X quang

Chụp CT

Trục

Ngang

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

2 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 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 rõ rệt trong lâm sàng

- 1975 lắp đặt máy ACTA đầu tiên tại học viện Minnesota và máy DELTA đầu tiên tại trung tâm y học nước Anh Trong năm, khoảng 20 công ty đã tham gia sản xuất máy cắt lớp điện toán và một cuộc triển lãm về máy tại đại hội quang tuyến Bắc Mỹ đã thu hút sự tham gia của nhiều công ty hàng đầu như: EMI, Viện hạt nhân Ohio, GE, Siemens, Syntex,

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

- 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 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

2 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

2.2 C ác 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

2 2.1 Máy CT thế hệ thứ nhất

- Cấu trúc: Một hệ thống đo được minh họa (hình 2.5)

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

- 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

- 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

- 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

2 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 2 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

2 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

Súng điện tử Chùm tia điện

Bàn bệnh nhân

Vòng đích Bơm chân không

Ống chuẩn trực tia X

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

toàn bộ khu vực Dữ liệu đa lát cắt từ bệnh nhân được thu nhận tại 1 giây/lát cắt

Hệ thống đã phát triển 3 kĩ thuật tiên tiến: thiết kế khung máy vòng trượt, bóng x quang sử dụng công suất rất cao (có hệ thống làm mát bằng dầu, thời gian quét và khả năng trữ nhiệt tăng gấp 5 lần) và các thuật toán kết hợp để xử lí dữ liệu

chụp (chất lượng hình ảnh được cải thiện)

Chùm tia điện tử

Chùm tia X hình quạt

Vòng đích Các tỉnh thể đầu dò

Hình 2.11 : Nguyên lí hoạt động của hệ thống chụp cắt lớp điện toán thứ sáu

- Bệnh nhân dịch chuyển liên tiếp, do đó thời gian thăm khám ngắn, toàn bộ

quá trình thăm khám ngực hoặc bụng chỉ mất 30 giây

- Có thể dễ dàng phát hiện các tổn thương ở mô nhỏ

cải thiện tuyệt vời

Năm 2000, 8 lát cắt CT thu nhận đã được ra đời, tiếp theo sau đó là 16 lát cắt

vào năm 2001

Thế hệ hiện đại nhất hiện nay của một hệ thống chụp cắt lớp vi tính là 64 lát cắt/vòng quay, cho phép chụp bao phủ lên toàn bộ cơ thể với dải quét là 1,500mm

trong 22 – 25 giây

Hiện nay đã phát triển hệ thống 256 lát cắt đó là hệ thống Discovery CT 750

HD của GE Healthcare, giúp tăng và cải thiện quá trình tạo ảnh lên rất nhiều[1]

 Ưu điểm: giúp giảm thời gian quét, tăng độ phân giải theo trục z

 Nhược điểm: ít loại bỏ được quá trình tán xạ so với lát cắt đơn, đặc

biệt giá thành hệ thống rất đắt

2.3 Ph ương 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 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

2.3.1 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

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

Ống tia X Trục trung tâm

Lá mỏng bộ chuẩn trực Ngăn detector

2.3.2 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 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

2.4 Cơ sở tạo ảnh CT

2.4 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

2.4 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 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

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 2.15 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 212hoặc 4096 cộng với dấu hiệu của bit dương hoặc bit âm

Hình 2.16 Pixel và Voxel

2.4.1.3 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

Ma trận ảnh

Các bit

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 để hiển thị

- 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

Mô mềm Nước Chất béo

Xương

Bề rộng Cấp độ

Hình 2.8 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 đủ

Hình 2.19 Xử lý bằng cửa sổ đôi

2.4 2 Nguyên lý tạo ảnh CT

2.4 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

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

Chùm tia hình

Ống tia X

Mảng đầu dò