Nghiên cứu công nghệ chẩn đoán hình ảnh bằng máy CT đa lát cắt và ứng dụng tại các bệnh viện ở việt nam

Chương 2: Tổng quan hệ thống máy chụp cắt lớp điện toán CT Scanner Chương này trình bày lịch sử hình thành và quá trình phát triển, cải tiến mạnh mẽ các thế hệ máy CT phục vụ trong y họ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh của khoa học và kỹ thuật nói chung, việc ứng

dụng các thành tựu phục vụ trong lĩnh vực y tế cũng không ngừng lớn mạnh Cùng với

sự phát triển này là sự xuất hiện của một chuyên ngành kỹ thuật thuộc nhóm ngành điện tử, đó chính là chuyên ngành Kỹ thuật Y Sinh Trên thế giới, chuyên ngành này

đã có các bước phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò không thể thiếu trong lĩnh vực y tế nói riêng và phục vụ cuộc sống của con người nói chung Đối với nước ta, đây là một chuyên ngành mới chỉ được đưa vào giảng dạy ở một vài trường đại học lớn

Trong lĩnh vực Kỹ thuật Y sinh, một bộ phận hết sức quan trọng là nghiên cứu khai thác sử dụng các loại trang thiết bị y tế Trong đó nhóm các thiết bị chuẩn đoán hình ảnh chiếm số lượng tương đối lớn và đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong y tế hiện nay

Nội dung luận văn thực hiện một vấn đề tương đối phức tạp, trong quá trình nghiên cứu cơ hội được tiếp cận trực tiếp với thiết bị cũng như các tài liệu thuyết minh

kỹ thuật là rất hạn chế Vì vậy khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô

Luận văn được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sỹ, chủ nhiệm bộ môn kỹ thuật

y sinh Nguyễn Thái Hà Trong quá trình thực hiện tôi đã được sự giúp đỡ rất tận tình của cô và các giảng viên trong bộ môn kết hợp với các anh chị trong khoa chẩn đoán hình ảnh của bệnh viện Bạch Mai, TWQĐ 108… Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết

ơn chân thành đến cô và mọi người đã giúp tôi hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, ngày tháng 9 năm 2015

Người thực hiện: Lê Văn Thịnh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nội dung luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tính chất cơ bản của tia X

Nội dung của chương là tìm hiểu quá trình nghiên cứu, phát triển ra tia X yếu tố quyết định để phát triển ra các thiết bị X quang sau này Nguyên lý hoạt động cũng như các thuộc tính cơ bản, sự tác động của nó vào vật chất

Chương 2: Tổng quan hệ thống máy chụp cắt lớp điện toán CT Scanner

Chương này trình bày lịch sử hình thành và quá trình phát triển, cải tiến mạnh mẽ các thế hệ máy CT phục vụ trong y học

Chương 3: Cấu trúc hê thống máy CT đa lát cắt

Nội dung của chương là tìm hiểu về cấu tạo các bộ phận quan trọng của máy CT,

nguyên lý hoạt động và quá trình tái tạo hình ảnh

Chương 4: Ứng dụng máy CT đa lát cắt trong y tế và thực trạng sử dụng tại một số bệnh viện ở nước ta hiện nay

Nội dung của chương nêu lên tầm quan trọng và ý nghĩa của máy CT trong chẩn đoán lâm sàng

Ứng dụng của máy trong chỉ định chẩn đoán hình ảnh và thực trạng sử dụng khai thác máy trong một số bệnh viện ở nước ta hiện nay

Kết quả đạt được khi sử dụng máy CT đa lát cắt trong chẩn đoán bệnh động mạch vành

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CT : Computed Tomogranphy

MSCT: Multi Slice Computed Tomogranphy

MDCT: Multi Detector Computed Tomogranphy

CLVT: Cắt lớp vi tính

BN: Bệnh nhân

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nguồn bức xạ tia X

Hình 1.2 Phân bố dải sóng của tia Rơnghen

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của phổ phát xạ tia X vào điện áp

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số suy giảm tuyến tính và năng lượng tia X

Hình 2.1 Hounsfield và chiếc máy CT thế hệ đầu tiên

Hình 2.2 Máy CT đa lát cắt Discovery

Hình 2.3: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ nhất

Hình 2.4 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ hai

Hình 2.5 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ ba

Hình 2.6 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ tư

Hình 2.6 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ tư

Hình 2.7 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ năm

Hình 2.8 So sánh máy đơn lớp và máy hai lớp cắt

Hình 2.9 Chụp CT xoắn ốc

Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chụp xoắn ốc

Hình 2.11 Thể hiện mức độ bao phủ của chùm tia X trên phần cơ thể được khám xét: Hình 2.12 Máy CT hai nguồn phát tia

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy chụp cắt lớp vi tính

Hình 3.2 Hệ thống bên ngoài giàn quay

Hình 3.3 Cấu tạo bên trong giàn quay

Hình 3.4 Bóng X quang trong máy CT

Hình 3.5 Nguồn cấp năng lượng bóng X - quang ba pha

Hình 3.6 Ống chuẩn trực

Hình 3.7 Hệ thống dãy đầu dò

Hình 3.8 Cấu tạo các phần tử đầu dò

Hình 3.9 Nguyên tắc detector ion hoá chất khí

Hình 3.10 Sự ion hóa, kích thích, và bẫy điện tử

Hình 3.11 Ống nhân quang điện tử

Hình 3.12 Giường BN

Hình 3.13 Hình ảnh chụp cắt lớp được ghi lại trên phim

Hình 3.14 Sơ đồ thu nhận thông tin trong chụp cắt lớp

Hình 3.15 Hệ toạ độ nghiên cứu gắn với đầu quét

Hình 4.1 Máy CT 128 dãy Hitachi đang được lắp đặt tại khu nhà Nhật

Hình 4.2 Máy CT 64 dãy tại phòng 111 nhà Nhật

Hình 4.3 Máy CT hiện đại nhất của bệnh viện 108

Hình 4.4 Máy Toshiba Aquilion One 640 lát cắt

Hình 4.5 Không thấy dấu hiệu thuyên tắc phổi

Hình 4.6 Động mạch vành mũ chiếm ưu thế, vôi hóa kèm xơ vữa LAD

Hình 4.7 Không thấy tổn thương nhu mô phổi và màng phổi

Hình 4.8 Động mạch chủ ngực không thấy phình, không thấy bóc tách

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT LUẬN VĂN 2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 4

MỤC LỤC 6

Chương 1 11

TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA TIA X 11

1.1 Nguyên lý hoạt động tia X 11

1.2 Các thuộc tính của tia X 12

1.2.1 Cường độ của chùm tia 12

1.2.2 Năng lượng của chùm tia 12

1.2.3 Liều lượng 12

1.2.4 Tia cứng, tia mềm và quá trình làm cứng tia 13

1.2.5 Chất lượng tia 13

1.2.6 Sự bức xạ tia X: 13

1.3 Tính chất vật lý của tia X, sự lan truyền tia X trong vật chất 16

Chương 2 19

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT SCANNER 19

2.1 Giới thiệu 19

2.2 Kỹ thuật chụp CT và X quang cổ điển 19

2.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT 20

2.4 Các thế hệ máy CT 22

2.4.1 Máy CT thế hệ thứ nhất 23

2.4.2 Máy CT thế hệ thứ hai 24

2.4.3 Máy CT thế hệ thứ ba: 24

2.4.4 Máy CT thế hệ thứ tư: 25

2.4.5 Máy CT thế hệ thứ năm: 26

2.4.6 Phân loại theo phép chiếu các thế hệ máy CT 26

2.4.7 Yếu tố ảnh hưởng đến các thế hệ máy chụp cắt lớp 27

2.5 Công nghệ máy CT đa dãy đầu dò 27

2.6 Công nghệ chụp xoắn ốc 29

2.7 Máy chụp cắt lớp hai nguồn phát tia X 32

2.7.1 Ưu điểm của hệ thống chụp cắt lớp 2 nguồn (Definition Flash) 32

2.7.2 Ứng dụng của hệ thống chụp cắt lớp 2 nguồn 33

CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY CT ĐA LÁT CẮT 34

3.1 Sơ đồ hệ thống của máy CT 34

3.2 Chức năng của từng bộ phận 35

3.2.1 Giàn quay 35

3.2.2 Hệ thống máy tính, tái tạo ảnh (CPU) 47

3.2.2 Bàn bệnh nhân 48

3.2.4 Bàn điều khiển 48

3.2.5 Máy chụp phim 48

3.3 Nguyên lý hoạt động của máy CT 48

3.3.1 Máy hoạt động theo nguyên lý: 48

3.3.2 Nguyên lý tái tạo ảnh 50

Chương 4: 62

ỨNG DỤNG MÁY CT ĐA LÁT CẮT TRONG Y TẾ VÀ THỰC TRẠNG SỬ DỤNG TẠI MỘT SỐ BỆNH VIỆN Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 62

4.1 Chỉ định sử dụng máy CT đa lát cắt trong chẩn đoán hình ảnh 62

4.2 Chỉ định chụp cắt lớp vi tính trong lâm sàng 62

4.2.1 Sọ não 62

4.2.2 Chụp cắt lớp vi tính toàn thân 63

4.3 Chụp cắt lớp vi tính không dùng thuốc cản quang 68

4.4 Chụp cắt lớp vi tính có áp dụng chất cản quang 70

4.4.1 Đưa vào khoang tự nhiên và đưa vào lòng mạch 70

4.4.2 Chống chỉ định tiêm thuốc cản quang 71

4.5 Quá trình chụp cắt lớp vi tính 71

4.5.1 Trước khi chụp 71

4.5.2 Trong khi chụp 72

4.5.3 Sau khi chụp 72

4.6 Chống chỉ định sử dụng chụp CT 73

4.7 Lượng nhiễm xạ trong chụp cắt lớp vi tính 73

4.8 Những ưu điểm và hạn chế của máy CT 75

4.8.1 Ưu điểm của CT so với X-quang thông thường 75

4.8.2 Những hạn chế của máy CT 75

4.9 Ứng dụng các máy CT đa lát cắt tại một số bệnh viện ở nước ta hiện nay 76

4.10 Ứng dụng chụp cắt lớp vi tính động mạch vành bằng máy Toshiba

AquilionOne (640 MSCT) 83 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

ĐẶT VẤN ĐỀ

Những ý tưởng đầu tiên về xây dựng thiết bị chụp hình X - Quang chỉ bắt đầu kể từ khi xuất hiện tia X Đó là vào năm 1895, khi nhà bác học Rơnghen (Vithelm Konrad Rontghen) người Đức, trong quá trình nghiên cứu sự phóng điện ở khí kém, đã phát hiện thấy một loại tia có khả năng đâm xuyên qua lớp vật chất (bình thuỷ tinh), làm đen kính ảnh Nó được đặt là tia X và thường gọi là tia Rơnghen

Tia X có đặc trưng dải sóng nhỏ hơn tia tử ngoại và lớn hơn tia gamma, được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: kỹ thuật kiểm tra sản phẩm, kỹ thuật điều khiển tự động, sinh học , vì vậy năm 1901 Rơnghen đã được nhận giải Nobel khoa học bởi phát minh quan trọng này

Trong y học và sinh học, tia X được ứng dụng theo hai hướng chính:

Thứ nhất, Tác dụng của tia X lên vật chất

Thứ hai, Đặc tính của chùm tia phản ánh cấu trúc vật chất sau khi xuyên qua lớp vật chất

Sự ra đời của máy chụp X - quang đã hỗ trợ rất nhiều cho bác sĩ trong công tác chẩn đoán và điều trị bệnh Tuy nhiên, các máy X - quang thông thường có nhiều nhược điểm như:

- Độ phân giải không cao

- Ảnh X - quang thực chất là sự chồng lên nhau của các ảnh từ các bộ phận cơ thể nằm trên đường đi của tia X Điều này không cho phép chẩn đoán chính xác các loại bệnh có liên quan đến thay đổi cấu trúc bên trong, nhất là để xác định các khối u, dị vật, các tổn hại cơ học của mạch máu, mô…

Để giải quyết vấn đề cơ bản trên đây của X - quang thông thường, tức là để có được hình ảnh riêng rẽ của từng lớp cắt đối tượng Đầu tiên vào năm 1917, Radon nhà toán học Úc đã chứng minh được định lý sau:

“Hình ảnh của một đối tượng 2 hoặc 3 chiều có thể được tái tạo lại từ một tập hợp vô hạn những dữ liệu thu được từ các phép chiếu qua nó”

Đây là nguyên lý cơ sở của kỹ thuật chụp cắt lớp Tuy nhiên phải tới hơn 50 năm sau cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, những bước đi đầu tiên trong thực nghiệm và chế tạo máy chụp cắt lớp mới được bắt đầu

Ở Việt Nam, hiện nay hầu hết các bệnh viện đã ứng dụng các máy chụp cắt lớp trong chẩn đoán hình ảnh là một trong những thiết bị chẩn đoán hình ảnh được sử dụng rộng rãi nhất để phục vụ chẩn đoán bệnh Đây được coi là một trong những thiết bị mới và hiện đại nhất trong hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh ở nước ta Với hệ thống chụp cắt lớp điện toán thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét chất lượng cao về cấu trúc cơ thể con người, giúp cho bác sỹ dễ dàng chẩn đoán bệnh hơn Mặc dù CT-scanner được sử dụng rộng rãi nhưng bản thân nó lại là một thiết bị phức tạp và đắt tiền Do đó việc được tiếp cận thực tế với thiết bị để có thể tiến hành nghiên cứu, khai thác sử dụng một cách hiệu quả là rất hạn chế

Mặt khác, xuất phát từ thực tế học tập và giảng dạy đối với các học viên thuộc chuyên ngành Kỹ thuật y sinh còn mới ở nước ta nên chưa có nhiều các công cụ và mô hình

thí nghiệm phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu Vì vậy đề tài “Nghiên cứu công nghệ chẩn đoán hình ảnh bằng máy CT đa lát cắt và ứng dụng tại các bệnh viện ở Việt Nam” được đặt ra với mục đích nghiên cứu hệ thống trên cơ sở lý thuyết

và quá trình thực tế tìm hiểu về hoạt động, nhu cầu sử dụng tại một số bệnh viện lớn hiện nay

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Tìm hiểu được mục đích và quá trình phát triển của máy CT đa lát cắt

 Tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống máy chụp cắt lớp

 Ứng dụng của máy trong chẩn đoán lâm sàng và thực trạng sử dụng các máy CT đa lát cắt trong một số bệnh viện ở nước ta hiện nay

Chương 1 TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA TIA X 1.1 Nguyên lý hoạt động tia X

Tia X - quang có bản chất là sóng điện từ Mỗi tia X được tạo ra khi có một electron trong chùm electron bay tới Anốt và tương tác với nguyên tử của nó Sự tương tác này làm cho electron ở quỹ đạo năng lượng thấp K của nguyên tử chuyển lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn L, M…, sau đó nó quay lại quỹ đạo cũ và phát ra phôtôn năng lượng X - quang, gọi là bức xạ đặc trưng (Characteristic Radiation) có năng lượng xác định theo công thức

K M

E

c h

Bức xạ đặc trưng được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc nguyên tử của vật chất

và không được dùng trong các ứng dụng X - quang y học

Một kiểu tương tác thứ hai là sự chiếu xạ liên tục của các electron tới anốt tạo thành phổ phát xạ X - quang, gọi là Bức xạ hãm (Bremsstrahlung Radiation) Bức xạ này hình thành do sự thay đổi đột ngột tốc độ của chùm electron khi gặp bề mặt anốt, làm giảm tức thời động năng electron và một phần của lượng giảm này chuyển thành năng lượng tia X - quang

Bức xạ hãm chứa hầu hết năng lượng tia X - quang, vì vậy nó rất quan trọng trong các ứng dụng y học dựa trên cơ sở sự hấp thụ năng lượng hay đúng hơn là trong phép đo lường liên quan tới bước sóng, như là trong các nghiên cứu tinh thể học sử dụng tia X - quang

Khi tăng điện áp anốt ở điều kiện dòng tia không đổi sẽ làm tăng năng lượng các electron trong chùm Thực tế, năng lượng của electron khi đập vào anốt được cho bởi biểu thức:

ở đây e là điện tích electron (e= -1.602 x 10 -19

C)

Ee được tính theo đơn vị eV.1 eV là năng lượng thu được từ một electron được tăng tốc bởi điện áp 1V

Mặt khác, khi electron tương tác với nguyên tử của anốt sẽ tạo ra photon

X - quang có năng lượng phù hợp với cơ học lượng tử theo công thức:

Ở đây h là hằng số Planck (h= 6.625 x 10 -34 Js); f là tần số của photon Từ những phân tích trên cho thấy: không thể có phôtôn X - quang có năng lượng lớn hơn năng lượng của electron sinh ra nó trong tương tác Như vậy năng lượng phôtôn hãm không thể vượt quá giá trị e VA và được giới hạn bởi điện áp anốt

Nguồn phát xạ tia X là ống tia rơnghen hay gọi tắt là bóng X quang (Hình 1.1)

1.2 Các thuộc tính của tia X

- Tia X không quan sát được bằng mắt thường

- Có thể đâm xuyên qua hầu hết mọi vật chất, khi xuyên qua vật chất, tia X bị hấp thụ

- Độ suy giảm, nói cách khác là độ hấp thụ tia X phụ thuộc vào loại vật chất

- Tia X có tác dụng làm đen giấy ảnh

1.2.1 Cường độ của chùm tia

Là năng lượng mà tia X xuyên qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với tia X trong một giây

1.2.2 Năng lượng của chùm tia

Là phổ của tia X phát ra từ năng lượng của vật rắn do tương tác với các bức xạ

1.2.3 Liều lượng

Liều bức xạ được thể hiện bằng Sievert (Sv) theo tên của tiến sỹ Rolf Sievert, người Thuỵ Điển đi đầu trong lĩnh vực an toàn bức xạ Nó thể hiện tổng năng lượng bức xạ hấp thụ bởi tế bào sống và mức độ ảnh hưởng sinh học mà nó gây ra Vì Sv là một đơn vị đo lường tương đối lớn nên người ta thường dùng mili Sievert (mSv) Liều bức

xạ tự nhiên trung bình đối với một người là từ 0,001 đến 0,002 Sv hoặc là từ 1 - 2 mSv/năm Radon trong nhà trung bình tạo ra liều bổ sung khoảng 1 - 3 mSv/năm, những ngôi nhà bị ảnh hưởng nặng, thì liều ở đó có thể cao hơn đến 10 hoặc 100 lần Một lần chụp X quang thường phải chịu liều từ 0,2 đến 5 mSv

1.2.4 Tia cứng, tia mềm và quá trình làm cứng tia

Tia X thực chất cũng là bức xạ điện từ nhưng có bước sóng ngắn, nằm trong dải từ 0,01 (angstrom) tới 10 , hoặc thậm chí dài hơn Các tia X có bước sóng ngắn hơn 1 gọi

là tia X cứng và dài hơn 1 gọi là tia X mềm

Để tăng độ cứng của tia X, nghĩa là giảm bước sóng của nó, ta tăng hiệu điện thế hai cực của ống

1.2.5 Chất lượng tia

Chất lượng của tia phụ thuộc vào cao áp và tản nhiệt của anot quay

1.2.6 Sự bức xạ tia X:

Hình 1.1 Cấu tạo nguồn bức xạ tia X

Nguyên tắc hoạt động của bóng X quang diễn ra như sau:

Điện thế nguồn sợi đốt VF gây ra một dòng điện IF chạy qua cuộn sợi đốt và làm nóng catốt Các electron ở catốt được nung nóng bứt ra khỏi bề mặt đi vào vùng chân không của bóng ở một điện thế anốt VA đủ lớn, các electron này bay tới anốt và

tạo thành dòng tia điện tử IB, giá trị VA của bóng rất cao (cỡ hàng trăm kV), điện áp cao này bắt các electron chuyển động với tốc độ lớn (có gần 1% số các electron này thâm nhập vào trong bề mặt anốt) tương tác với các nguyên tử và phát ra tia X - quang

có khả năng đâm xuyên qua bóng ra ngoài

Để hiểu tia rơnghen được tạo ra như thế nào, điều quan trọng trước hết chúng

ta phải xem xét dòng tia IB:

Các electron bứt ra khỏi catốt được là do cuộn dây sợi đốt đã nung nóng catốt Việc trao đổi nhiệt này đã cung cấp đủ năng lượng cho electron thắng được lực liên kết với hạt nhân, nó bứt khỏi bề mặt catốt và bay vào vùng chân không của bóng Giá trị năng lượng trên gọi là công thoát electron EW, giá trị này không giống nhau với các vật liệu làm catốt khác nhau Dòng điện tạo ra do sự trao đổi nhiệt IB được tính theo công thức:

T E o

o B

W

e T A C

Ở đây, Ac là diện tích catốt (m2)

Co là hệ số vật liệu catốt (A/m2K2) được cho trong bảng dưới:

Tia X là một dạng bức xạ ion hoá sinh ra do sự chuyển đổi năng lượng:

Chùm tia điện tử bức xạ từ catốt khiến cho chùm tia điện tử có động năng rất lớn, từ

vài chục đến hàng trăm keV và chuyển động với vận tốc rất cao hướng về anốt Khi va vào vật cản (anốt) chùm tia điện tử sẽ đột ngột giảm tốc độ Tại thời điểm này, nguồn động năng của chùm tia điện tử sẽ chuyển đổi thành:

- Nhiệt năng nung nóng anốt, chiếm tới 99% động năng

- Năng lượng tia X, chiếm khoảng 1% động năng

Bức xạ tia X không phải là bức xạ đơn sắc; phổ của nó nằm trong dải bước sóng khoảng từ 10pm đến 6nm (10.10-12

L, M…, sau đó nó quay lại quỹ đạo cũ và phát ra một photon, photon này có năng lượng xác định theo công thức:

cơ sở sự hấp thụ năng lượng

Phổ phát xạ của tia x phụ thuộc vào động năng chùm electron bức xạ từ catốt, tức là phụ thuộc vào điện áp giữa anốt và catốt

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của phổ phát xạ tia X vào điện áp

Biểu đồ phân bố phổ tia x theo trị số động năng biểu diễn trên hình 1.3 từ biểu

đồ này cho thấy điện áp càng cao nghĩa là động năng càng lớn thì bước sóng tia x phát

ra càng ngắn

1.3 Tính chất vật lý của tia X, sự lan truyền tia X trong vật chất

Tia X có những tính chất vật lý cơ bản sau:

- Tia X nằm ngoài dải sóng ánh sáng nhìn thấy nên không quan sát được bằng mắt thường

- Nhờ có năng lượng rất cao và bước sóng rất ngắn, tia X có thể đâm xuyên qua hầu hết mọi vật chất

- Khi xuyên qua vật chất, tia X bị hấp thụ Độ suy giảm, nói cách khác là độ hấp thụ tia X phụ thuộc vào loại vật chất; ví dụ chì (Pb) có độ hấp thụ rất cao so với nhôm (Al); trong cơ thể, xương có độ hấp thụ cao hơn cơ và các mô mềm khác

- Tia X có tác dụng làm đen giấy ảnh Nhờ tính chất hấp thụ và làm đen giấy ảnh, tia

X được dùng để tạo ảnh đối tượng thăm khám trên màn hình (màn huỳnh quang hoặc phim X quang)

- Ngoài ra, tia X có hại: nó phá hủy tế bào và có thể gây ra một số bệnh nếu liều lượng chiếu xạ tia vượt quá mức độ cho phép

Sự lan truyền tia X trong vật chất

X-quang trong y học được ứng dụng bằng việc tác động chùm tia Rơnghen tới

cơ thể bệnh nhân và đo lượng tia xuyên qua Lượng tia X-quang bị hấp thụ bởi cơ thể được xác định từ độ chênh lệch giữa năng lượng bức xạ chiếu tới và năng lượng xuyên qua Sự hấp thụ tia Rơnghen là cơ sở kỹ thuật để khảo sát đánh giá các bộ phận khác nhau của cơ thể dưới tác dụng của tia X Ví dụ, các phần tử xương hấp thụ nhiều tia X hơn các phần tử cơ và vì vậy có thể phân biệt chúng dễ dàng nhờ tác động của tia X

Từ phân tích sự hấp thụ tia X của vật chất đã được chỉ ra trên đây, có thể nhận thấy rằng : Trong quá trình tương tác với vật chất, cường độ chùm tia X trên đường truyền sẽ giảm đi Trong những điều kiện nhất định có thể coi sự suy giảm này tỷ lệ thuận với quãng đường đi Trong trường hợp tổng quát ta có:

dJ(s) = -  (s)J(s)ds (1-2)

Hệ số  (s) ở đây được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính tổng quát, trong đó dấu

trừ lấy từ điều kiện  dương Hệ số này là hàm số của 3 toạ độ không gian (x, y, z)= (s1, s2, s3) Đại lượng dJ(s) đặc trưng cho sự thay đổi cường độ tia X qua độ dày ds Hệ

số (s) là đại lượng đặc trưng cơ bản cho cấu trúc vật chất, được xác định nhờ các phương pháp chụp cắt lớp máy tính và được dùng làm cơ sở trong việc tái tạo hình ảnh chụp cắt lớp, có thể biểu diễn theo công thức của mật độ vật chất sau:

Trong đó  là hằng số tỷ lệ, gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính (cm2/g); (s) là mật

độ vật chất trung bình theo bề dày s (g/cm3

Biểu thức (1-4) gọi là định luật hấp thụ tổng quát Lambert - Ber Trong đó, Jo

là cường độ tia tới, J(s) là cường độ tia sau khi qua độ dày s

Từ đây có thể rút ra một số nhận xét:

Khi s càng lớn (lớp vật chất càng dày) thì cường độ chùm tia ló càng nhỏ, tức

là tia Rơnghen bị hấp thụ càng nhiều

Khi  càng lớn thì năng lượng chùm tia Rơnghen cũng bị hấp thụ càng nhiều Trên hình 1-4 mô tả mối quan hệ của giá trị hệ số hấp thụ tuyến tính của xương và cơ theo năng lượng tia X Theo đó khi giá trị  càng lớn thì phần năng lượng của tia X truyền qua còn lại càng nhỏ Đồ thị này cũng cho ta biết sự hấp thụ khác nhau giữa các vật chất khác nhau (giữa cơ và xương) Đây là cơ sở để phân biệt các tổ chức khác nhau khi ứng dụng tia X trong y học

0.16 0.15 0.14 0.13 0.12

0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

0.03 0.02 0.01

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN

TOÁN CT SCANNER 2.1 Giới thiệu

CT là từ viết tắt của Computed Tomography (Trong tiếng Hy Lạp Tomo nghĩa là lát

và Graphy là mô tả)

Thuật ngữ “Cắt lớp máy tính” (computerized tomography – CT ) bao gồm tổ hợp các nguyên lý vật lý, các phương pháp toán học và các phương tiện kỹ thuật dùng để xác định các tham số của cấu trúc bên trong các đối tượng khác nhau mà không phá vỡ tính nguyên vẹn của chúng khi tiến hành đo lường

Dựa vào đặc tính tia X, người ta đã phát triển kỹ thuật phân tích cấu trúc vật chất trên nguyên lý ứng dụng loại tia này Cơ sở của phương pháp phân tích cấu trúc vĩ mô vật chất là quy luật hấp thụ và sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ tuyến tính vào đặc tính cấu trúc của vật cần nghiên cứu Những phần dầy mỏng khác nhau, có khối lượng riêng khác nhau sẽ hấp thụ tia X không đồng đều nhau

Cơ chế của quá trình này diễn ra như sau:

Chùm tia phát ra với cường độ đồng đều, được chiếu lên một tiết diện đủ bao quát đối tượng nghiên cứu Sau khi đi qua đối tượng, tia này sẽ bị hấp thụ khác nhau đối với mỗi phần tử của thiết diện Chùm tia ló ra lúc này chứa đựng ảnh ẩn của đối tượng, sẽ được khôi phục lại trên phim hiện hình trực tiếp hay hiển thị trên màn hình nhờ các thiết bị xử lý đầu cuối

2.2 Kỹ thuật chụp CT và X quang cổ điển.

CT Scanner là một phương pháp chụp quang tuyến X đặc biệt, khác về bản chất với phương pháp chụp X quang cắt lớp cổ điển (là phương pháp làm mờ vùng ngoài cần quan tâm)

Trong phương pháp chụp X quang cổ điển, hình ảnh của đối tượng được ghi trên phim dưới dạng ảnh bóng mờ hai chiều Hình ảnh được tạo ra theo kiểu chụp này là

hình ảnh xếp chồng của nhiều đối tượng khác nhau trên đường truyền của tia X Do vậy việc chẩn đoán dựa vào phim phần nào bị hạn chế

Nhằm khắc phục nhược điểm đó, CT tạo ra ảnh thay thế cho ảnh xếp chồng 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 đến các phần

tử đối tượng nằm cận kề trên đường chiếu của chum tia X Đây chính là điểm cốt lõi chứng minh tính 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 phương pháp cổ điển không thể thực hiện được

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

2.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT

Năm 1967, G.Hounsfield - nhà khoa học Anh quốc và Cormack - nhà vật lý người

Mỹ bắt đầu tiến hành thực nghiệm cơ sở quét lớp sọ não và khởi đầu sản xuất thử máy quét lớp sọ não EMI

Năm 1971, chiếc máy quét lớp sọ não EMI đầu tiên được lắp đặt tại bệnh viện

Atkinson Morley và khởi đầu thực nghiệm lâm sàng Đến tháng 4/1972 Hounsfield cùng J.Ambrose báo cáo về máy chụp cắt lớp EMI tại đại hội của hội quang tuyến Anh quốc

Hình 2.1 Hounsfield và chiếc máy CT thế hệ đầu tiên Năm 1973 tiếp tục lắp đặt máy cắt lớp sọ não tại bệnh viện Mayo.R.S Ledley thuộc học viện Georgetown chính thức công bố về hệ thống kỹ thuật chụp cắt lớp Tuy nhiên, những máy thuộc giai đoạn này có tốc độ rất thấp, để có được hình ảnh một lớp cắt phải mất khoảng 4-5 phút, đồng thời chất lượng ảnh không cao, vì vậy chưa có nhiều tác dụng trong thực tế chẩn đoán

Cho đến năm 1974 trên cơ sở phát triển máy chụp cắt lớp EMI CT5000, viện hạt nhân Ohio đã cho ra đời máy Delta và thực hiện lâm sàng tại bệnh viện Cleveland Kể

từ đó trở đi, thời gian quét một lớp giảm xuống chỉ còn 20 giây và ít hơn, mang lại hiệu quả rõ rệt trong lâm sàng

Năm 1975 tiếp tục lắp đặt máy Acta đầu tiên tại học viện Minnesota và máy Delta đầu tiên tại trung tâm y học nước Anh Cũng trong năm, khoảng 20 công ty đã tham gia sản xuất máy cắt lớp điện toán, đồng thời thu hút sự tham gia của nhiều công ty hàng đầu như: EMI, Viện hạt nhân Ohio, Pfizer, GE, Picker, Siemens, Artronic, Syntex đã giới thiệu sản phẩm của mình trong triển lãm về máy chụp cắt lớp tại đại hội quang tuyến Bắc Mỹ Với những đóng góp to lớn cho khoa học, hai nhà khoa học G.Hounsfield và A.Cormack đã được trao giải Nobel về Y - Sinh học vào năm 1979 Như vậy chỉ trong vòng 30 năm, từ những bước thử nghiệm đầu tiên, máy chụp cắt lớp ngày càng được phát triển và hoàn thiện, trở thành công cụ chẩn đoán hình ảnh ưu việt và được đánh giá là một trong 10 phát minh lớn nhất của thế kỷ 20

Hiện nay đã có hàng vạn máy chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner) được lắp đặt và

sử dụng trên thế giới Đối với nước ta, chiếc máy chụp cắt lớp đầu tiên được lắp đặt tại bệnh viện hữu nghị Việt - Xô cũ ở Hà Nội Hiện nay, cả nước có hàng trăm máy

CT - Scaner, giá thành chi trả cho một ca chụp còn cao Tuy nhiên vì hiệu quả to lớn

mà nó mang lại, việc ứng dụng các thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại này đang là hướng phát triển chiến lược của ngành Y tế trong những năm tiếp theo

Hình 2.2 Máy CT đa lát cắt Discovery

2.4 Các thế hệ máy CT

Từ thiết bị chụp cắt lớp đầu tiên cho tới nay công nghệ chụp cắt lớp vi tính luôn luôn

đổi mới nhằm vào hai mục tiêu chính là:

- Rút ngắn thời gian quét của bóng X quang cho 1 vòng quay 3600 quanh cơ thể người bệnh

- Rút ngắn thời gian tạo ảnh và cải thiện chất lượng ảnh thông qua việc nâng cao

độ phân giải không gian của ảnh

2.4.1 Máy CT thế hệ thứ nhất

Hình 2.3: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ nhất

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

+ Phương thức quét: Bóng X quang và đầu dò dịch chuyển song song theo hướng vuông góc với chùm tia bao chùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt sau đó quay 1 góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song theo hướng mới Trong khi dịch chuyển song song, tại những khoảng cách đều đặn chùm tia X được phát và thu Quá trình cứ tiếp diễn cho tới khi số lượng tín hiệu thu được đủ lớn cho việc tái tạo ảnh

+ Tuy nhiên thế hệ máy này hiện nay không được dung vì hiệu suất sử dụng nguồn tia

X thấp và phải tạo 1 liều tia X đủ lớn tại cảm biến đủ để đo nên máy không thể chuyển động với vận tốc cao

+ Với hệ thống này để tạo ảnh một lớp cắt cần phải mất vài phút vì vậy chỉ được ứng dụng trong chụp cơ quan tĩnh như xương, sọ não

+ Thời gian chụp có thể giảm nhờ một cảm biến thứ hai đặt liền kề với cảm biến ban đầu theo hướng của bề dày lớp cắt chùm tia X sẽ tương hợp với cả hai cảm biến và xử

lý dữ liệu cho cả hai lớp cắt Tuy nhiên trong thực tế việc giảm thời gian tạo ảnh chỉ

có thể đạt được nhờ tăng số lượng kênh đo cho 1 lớp cắt

2.4.2 Máy CT thế hệ thứ hai

Hình 2.4 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ hai

+ Cấu trúc: Thay vì dùng 1 đầu dò, nay dùng chùm đầu dò khoảng 20-30 đầu dò đặt liền nhau trong hướng quét, chùm tia phát có dạng hình quạt

+ Phương pháp quét: Dùng hai lọai dịch chuyển là song song và quay

+ Với cách bố trí đầu dò này thì lượng dữ liệu sẽ được đo nhiều hơn nhờ vào số lượng đầu dò tăng Chính vì vậy thời gian quét đã được giảm xuống khoảng 50-60 giây 2.4.3 Máy CT thế hệ thứ ba:

Hình 2.5 : Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ ba

+ Cấu trúc: Số lượng đầu dò tăng lên vài trăm cái và được bố trí trên một vòng cung đối diện và gắn cố định với bóng X quang Chùm tia X phát ra theo hình quạt với góc

từ 300

– 600 tùy theo số lượng đầu dò và bao trùm toàn bộ lớp cắt

+ Phương pháp quét: Hệ thống dò 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 thì hệ thống đo chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ không phải từng bước do đó thời gian chụp giảm xuống cỡ một vài giây

2.4.4 Máy CT thế hệ thứ tư:

Hình 2.6: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ tư

+ Máy thế hệ thứ tư khác biệt so với các thế hệ trước đó là hệ thống đầu dò được bố trí trên một vòng tròn bao quanh khoang bệnh nhân

+ Bóng X quang sẽ quay quanh khu vực 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 + Ưu điểm của loại máy này là thời gian chụp ngắn cỡ một vài giây không bị nhiễu hình ảnh tròn Tuy nhiên cấu trúc phức tạp vì số lượng đầu dò lớn hơn rất nhiều

2.4.5 Máy CT thế hệ thứ năm:

Hình 2.7 Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ năm

+ Để giảm thời gian xuống thấp hơn nữa (cỡ khoảng ms) một số nghiên cứu và thực nghiệm về một loại máy CT mới tạm gọi là máy CT thế hệ thứ năm Trong loại máy này, để tạo ra một lớp cắt không có sự chuyển động của bất kỳ bộ phận nào trong hệ thống đó Chùm tia X không chỉ phát một mà là một hệ thống bóng X quang hoặc một loại bóng X quang đặc biệt với anod có nhiều rãnh bố trí cố định xung quanh bệnh nhân Bộ phát hiện bao gồm nhiều đầu dò bố trí cố định trong 1 vòng cung 1800

Chùm tia điện tử được điều khiển lần lượt bắn vào bề mặt các rãnh anod trong 1 góc quay Tuy nhiên hệ thống máy này mới đang trong quá trình thử nghiệm

2.4.6 Phân loại theo phép chiếu các thế hệ máy CT

Loại máy CT thế hệ thứ 1,2 sử dụng phép chiếu song song vì vậy gọi là máy quét chùm song song Loại máy thế hệ thứ 3 dùng phép chiếu xuyên tâm, có sự chuyển động của bóng X-quang và cảm biến nên còn gọi là máy quét chùm rẻ quạt Loại máy thế hệ thứ 4 cũng dung phép chiếu xuyên tâm nhưng bóng Xquang thì quay trong khi

đó hệ thống cảm biến đứng yên và có thể coi như tâm phép chiếu nên gọi là máy quét cảm biến vòng

2.4.7 Yếu tố ảnh hưởng đến các thế hệ máy chụp cắt lớp

2.4.7.1 Ảnh hưởng của chùm tia thứ cấp:

Trong hệ thống máy CT để giảm thời gian phát tia người ta thường mở rộng chùm tia, nhưng khi đó lượng tia X-quang thứ cấp thâm nhập vào các cảm biến tăng do đó làm giảm chất lượng hình ảnh Để giảm lượng tia X-quang thứ cấp người ta thường bố trí một hộp chuẩn trực ngay trước mặt hệ thống cảm biến, hướng hội tụ của hộp chuyển trực này hướng về điểm hội tụ của bóng và hộp chuẩn trực này được gắn cố định và cùng quay với hệ thống đo quanh bệnh nhân Tuy nhiên trong loại máy CT thế hệ thứ

4 thì không thể đặt hộp chuẩn trực trước hộp cảm biến được vì khi đó hướng hội tụ của hộp chuẩn trực sẽ vào tâm vòng chứ không vào điểm hội tụ như yêu cầu Trong trường hợp này, một giải pháp đưa ra là tăng khoảng cách giữa bệnh nhân và cảm biến

để giảm bức xạ thứ cấp

2.4.7.2 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cảm biến:

Để cải thiện chất lượng hình ảnh thì cần tăng số lượng đầu dò, tuy nhiên số lượng này tăng đến một lượng nào đó thì chất lượng ảnh cũng không cải thiện được nữa Do đó người ta cố gắng duy trì số lượng đầu dò ít nhất mà vẫn thỏa mãn chất lượng hình ảnh Tuy nhiên trong cảm biến vòng thì khoảng cách giữa các cảm biến lớn hơn so với máy chùm hình quạt vì yêu cầu kích thước của thiết bị phù hợp với người bệnh Kết quả là

độ phân giải không gian giảm, để khắc phục người ta đặt bổ sung bộ chuẩn trực để giảm bớt độ rộng cảm biến nhưng lại dẫn đến tăng nhiễu ảnh và giảm khả năng phân giải, nếu vẫn giữ nguyên liều lượng tia vì vậy làm tăng liều lượng tia cho người bệnh

2.5 Công nghệ máy CT đa dãy đầu dò

Mốc phát triển mang tính đột phá là công nghệ đa dãy đầu dò ( Multidetector )

Loại máy này bắt đầu xuất hiện trên thị trường từ năm 1992 với hệ thống tạo được 2 lớp cắt cho 1 vòng quay của bóng X quang ( Dual CT Scanner ) Năm 2001 đã có máy

4 lớp cắt cho 1 vòng quay 0,5s hay còn gọi là máy 8 lớp cắt/giây Hiện nay, các hãng sản xuất đã nghiên cứu thành công loại máy 8,16,32,64,128,320… lớp cắt cho 1 vòng quay của bóng X quang với thời gian 0,5 giây Công nghệ mới này cho phép chụp với

độ dày lát cắt dưới 1mm, nâng cao độ phân dải ảnh, khả năng tái tạo ảnh 3D và khả năng chẩn đoán của chụp cắt lớp vi tính lên rất nhiều, đặc biệt trong lĩnh vực chẩn đoán tim mạch

Thí dụ với máy Dual ( Hai lớp cắt/ vòng quay bóng X quang ), nếu đem so sánh với máy đơn lớp thế hệ thứ nhất, người sử dụng có thể đạt được độ phân giải không gian dọc gấp đôi ( 5mm x 2, thay cho 10mm x 1 ) nếu giữ nguyên tốc độ tịnh tiến bàn bệnh nhân, thể tích khám xét và cường độ dòng điện qua bóng Nếu giữ nguyên độ phân giải không gian dọc, tốc độ bàn bệnh nhân và dòng qua bóng, máy Dual giảm được 50% thời gian quét ( 15 giây thay cho 30 giây )

Nếu giữ nguyên độ phân giải, tốc độ bàn bệnh nhân và dòng qua bóng , máy Dual cho phép khám xét một thể tích gấp đôi máy đơn lát

Hình 2.8 So sánh máy đơn lớp và máy hai lớp cắt

2.6 Công nghệ chụp xoắn ốc

Hình 2.9 Chụp CT xoắn ốc

Là mốc quan trọng nhất về tiến bộ công nghệ chụp cắt lớp vi tính, công nghệ này bắt đầu được ứng dụng trên lâm sàng từ năm 1991 Thuật ngữ “CT xoắn ốc” (helical hay spiral CT) được dùng để chỉ các máy CT có thể chụp theo chế độ xoắn Cho đến thời điểm hiện nay, tất cả các máy CT đều có thể đồng thời chụp theo hai chế độ: Cắt trục (axial) và cắt xoắn ốc

Trong chụp cắt lớp quy ước, cáp cao áp cấp điện cho bóng X quang cuộn 1 vòng khi bóng X quang quay 1 đường tròn 3600

và sẽ phải quay ngược chiều 3600 để cáp điện

áp không bị xoắn, lớp cắt tiếp theo được thực hiện sau khi bóng dừng lại và quay ngược chiều quay của lớp cắt trước thời gian nghỉ giữa hai lớp cắt khoảng trên 10 giây nên bệnh nhân không thể nhịn thở cho nhiều lớp cắt Nhờ công nghệ tiếp điện qua vòng trượt ( Slip rings) và bộ biến áp đặt ngay cạnh bóng phát tia X trong khối quay nên bóng X quang có thể quay liên tục cùng chiều, không cần thời gian nghỉ giữa hai lớp cắt Bàn bệnh nhân được tịnh tiến liên tục theo một hướng với vận tốc đều đặn tạo nên hình quét của chùm tia X quang trên cơ thể là một đường xoắn liên tục không khép kín

Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chụp xoắn ốc

Phần quay gồm: biến áp cao thế bậc II, bóng X quang, ống chuẩn trực, dãy đầu dò và

bộ thu nhận dữ liệu phần tĩnh gồm biến áp cao thế bậc I, máy tính và bộ nhớ

Công nghệ chụp xoắn ốc cho phép bóng X quang quay và phát tia X liên tục từ 10,

30, 60 và 90 giây Nhờ vậy nếu 1 vòng quay của bóng cần 01 giây ta có thể quét hộp

sọ, lồng ngực hay ổ bụng mà chỉ cần bệnh nhân nhịn thở từ 20 đến 25 giây Khám xét

có thể thực hiện được rất nhanh, nhưng quan trọng hơn cả là:

- Dữ kiện thu được từ khám xét mang đặc điểm mang thể tích của 1 vùng cơ thể

có tính liên tục, không phải là cộng dữ kiện của nhiều lớp cắt

- Giảm được lượng thuốc cản quang tiêm vào cơ thể bệnh nhân mà chất lượng ảnh thu được lại có nồng độ thuốc cản quang trong mạch máu và các tổ chức lại cao hơn

- Ảnh không gian 3 chiều ( 3D ) dựng lại từ các dữ kiện có sẵn đạt được chất lượng cao vì không bị khoảng phân cách giữa các lớp cắt, do đó ảnh chụp mạch máu và chụp xương có giá trị cao hơn

Trong chụp cắt lớp vi tính xoắn ốc, một giá trị cần quan tâm là tỷ số của bàn

( bệnh nhân ) chuyển động đối với một chu kỳ quay của bóng X quang 3600 được gọi

là Pitch:

Thí dụ: Nếu bàn bệnh nhân tịnh tiến được 5mm/ trên 1 vòng quay 3600

của bóng X quang và độ mở chùm tia X rộng 5mm, ta có Pitch = 1.0 và thuật toán ngoại suy tuyến tính lúc này là 3600

Nếu bàn bệnh nhân tịnh tiến được 10mm/ 1 vòng quay 3600 của bóng trong khi độ

mở chùm tia X vẫn là 5mm, ta có Pitch = 2.0 pitch = 2.0 đồng nghĩa với các vòng quét không còn liên tiếp như trong trường hợp Pitch = 1.0 nữa khi sử dụng Pitch > 1.0 hầu hết các hệ thống chụp cắt lớp xoắn hiện nay đều tự động chuyển sang thuật toán ngoại suy 1800

để giảm méo ảnh và chấp nhận tăng tỷ lệ nhiễu và giảm độ phân giải

(A) (B)

Hình 2.11 : Thể hiện mức độ bao phủ của chùm tia X trên phần cơ thể được khám xét:

(A) Pitch =1:1; (B) Pitch = 2:1

2.7 Máy chụp cắt lớp hai nguồn phát tia X

Hình 2.12 Máy CT hai nguồn phát tia X

- Máy sử dụng hai nguồn phát tia: Nguồn A và Nguồn B nằm cách nhau khoảng 90°,

vì vậy làm giảm thời gian quay của bóng để thu được hình ảnh của tim và mạch vành

→ giảm độ phân giải thời gian (tối đa 75 mili giây)

- Vòng quay của bóng nhanh (có thể tới 280 mili giây), phối hợp với tốc độ di chuyển bàn nhanh, sẽ rút ngắn thời gian khảo sát

- Hai bóng phát tia, hai nguồn năng lượng (Dual Source DE): Hai nguồn phát tia X chạy đồng thời với hai mức năng lượng khác nhau là 140 kV và 80 kV dẫn tới việc thu nhận được các mức độ tập trung khác nhau Do đó có thể dễ dàng phân loại được cấu trúc hóa học của mô được khảo sát

2.7.1 Ưu điểm của hệ thống chụp cắt lớp 2 nguồn (Definition Flash)

- Thời gian khảo sát rất nhanh (Split-Second Scanning): Bước chuyển bàn rất nhanh (pitch 3,4) do đó tốc độ di chuyển của bàn có thể lên tối đa 458mm/s, đủ nhanh để bao phủ toàn bộ cơ thể trong vòng 5 giây

- Liều chiếu xạ rất thấp (Defining Low Dose CT): - Sử dụng để bảo vệ các vùng cơ thể nhạy cảm với tia X, bằng cách ngắt ống phát tia X tại một vùng xác định Kết quả: giảm liều xạ lên vùng nhạy cảm tới 40% Tuy nhiên không làm giảm chất lượng hình ảnh

2.7.2 Ứng dụng của hệ thống chụp cắt lớp 2 nguồn

- Liều bức xạ tự nhiên trong 1 năm của 1 người bình thường phải chịu là từ 2-5 mSv

- Liều xạ tối đa phải chịu trong 1 năm riêng lẻ là <50 mSv hoặc liều xạ <20 mSv /1 năm trong vòng 5 năm

- Liều xạ trung bình đối với chụp CLVT 64 dãy động mạch vành (siemens sensation) là: 8-25 mSv

- Liều xạ trong chụp tim của Flash rất thấp so với chụp CLVT 64 dãy và chụp động mạch vành qui ước → phương pháp lý tưởng để thăm khám tim mạch một cách thường qui

- Sử dụng chương trình chụp tim Flash Spiral Cardio:

- Chỉ cần quay nửa vòng 180° để thu được tín hiệu Độ phân giải thời gian giảm xuống 75 mili giây

- Tốc độ chuyển bàn tối đa 458 mm/giây và độ quay bóng rất nhanh 0,28 giây

- Giảm liều chiếu xạ trong chụp động mạch vành cho BN < 1 mSv

 Tác dụng:

- Khảo sát nhanh, chụp phổi chỉ 0,6 giây → bệnh nhân không cần nhịn thở → thay đổi

tư thế: thích hợp bệnh nhân già yếu, trẻ em, bệnh nhân nặng…

- Chụp được CLVT mạch vành với tất cả các bệnh nhân nhịp tim khác nhau (chậm, nhanh, không đều) mà không cần sử dụng thuốc giảm nhịp beta-blockers

- Chụp cho trẻ nhỏ không cần gây mê

- Khảo sát toàn bộ cơ thể với trường hợp đa chấn thương, thời gian chụp rất ngắn <4 giây

- Tái tạo toàn bộ cột sống chỉ cần sử dụng một lần click chuột, rút ngắn thời gian xử lý

và đọc kết quả

Chương 3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY CT ĐA LÁT CẮT 3.1 Sơ đồ hệ thống của máy CT

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống máy chụp cắt lớp vi tính

3.2 Chức năng của từng bộ phận

3.2.1 Giàn quay

Là nơi chứa bóng X quang, đầu dò và hệ thống tích lũy dữ liệu

Để tạo các lớp cắt chéo, giàn quay có thể điều chỉnh nghiêng so với các mặt phẳng đứng các góc tới ± 300

tùy thuộc loại máy Góc nghiêng có thể tự đặt động hoặc nhân công

Hình 3.2 Hệ thống bên ngoài giàn quay

1 Khẩu độ của giàn quay (đường kính 720mm)

2 Microphone

3 Hướng dọc ánh sáng tia laser

4 Đèn báo cho bệnh nhân

5 Đèn báo khi phát tia X

6 Nút dừng khẩn cấp

7 Bảng điều khiển giàn quay

8 Đèn chỉnh tia laser bên ngoài

9 Bàn bệnh nhân

10 Đường tín hiệu vào máy tính

Hình 3.3: Cấu tạo bên trong giàn quay

1 Bóng phát tia X và ống chuẩn trực

2 Máy phát điện cao áp

3 Dãy đầu dò và hệ thống quạt làm mát

4 Hệ thống điều khiển bơm chất lỏng làm mát ống phát tia X

.2.1.1 Bóng phát tia X

Bóng X quang là linh kiện thiết yếu trong các thiết bị X quang, có nhiệm vụ phát xạ tia X

Vỏ thuỷ tinh (vỏ trong) bao quanh anốt và catốt, đó được hút chân không để tạo áp lực âm loại trừ các phân tử khí cản trở trên đường đi của chùm tia điện tử

Phần lớn năng lượng, khoảng 99%, của các điện tử truyền tới anốt được chuyển thành nhiệt năng, do đó một trong vấn đề quan trọng nhất là dẫn thoát nhiệt Vì vậy phần giữa của bóng đèn được mở rộng, tuy nhiên đối với các ống nhỏ thì phần giữa có thể là hình trụ Để thoát nhiệt người ta sử dụng hệ thống làm nguội cưỡng bức bằng dầu dẫn nhiệt

Nguồn phát điện tử là katốt bằng volfram được làm nóng tới nhiệt độ công tác vào khoảng 20000C Các phần đưa điện vào được làm bằng kim loại và hợp kim có hệ

số giãn nở tương ứng với hệ số giãn nở nhiệt của vỏ thủy tinh (molypđen, niken, và hợp kim của chúng) Để hội tụ chùm điện tử, katốt nung nóng được gắn thêm chụp niken có dạng đặc biệt, còn để mở rộng khả năng của thiết bị đôi khi đèn được chế tạo với 2 hai hệ thống hội tụ và 2 sợi đốt

Góc nghiêng của anôt được chọn trên cơ sở chức năng của ống và các yêu cầu

sử dụng; thông thường bằng khoảng 170

so với trục của ống

Nguồn phát xạ tia X (anốt) là vật cản trên đường đi của chùm tia điện tử Diện

tích nơi chùm tia điện tử bắn vào gọi là điểm hội tụ - đó chính là nguồn phát xạ tia X Điểm hội tụ thường có dạng chữ nhật, chiều dài bằng 3 - 4 lần chiều rộng và diện tích của điểm hội tụ khoảng 1 - 2mm2

(tiêu điểm nhỏ) tới 10 - 15mm2 (tiêu điểm lớn) Anốt gồm một miếng volfram dày khoảng 2mm, hình chữ nhật hoặc tròn có diện tích lớn hơn diện tích điểm hội tụ một chút Miếng vonfram này được gắn vào một giá đỡ bằng đồng dầy giúp cho việc tản nhiệt được nhanh Chọn anôt bằng volfram bởi nó có nhiệt độ nóng chảy cao, các giá trị nhiệt dung và độ dẫn nhiệt phù hợp, đồng thời số nguyên tử đủ lớn Cần nhớ rằng bức xạ ức chế tăng theo chiều tăng của số nguyên tử

vật chất

Do điện áp giữa anôt và katôt nằm trong khoảng từ 25 đến 150 KV nên yêu cầu phải lựa chọn vật liệu cách điện thích hợp Hiện nay đang dùng các vật liệu cách điện bằng nhựa tổng hợp (polime)

Việc chọn điện áp và công suất của tia Rơnghen được xác định bởi các giá trị liều dùng cho phép của tia và các phương pháp chẩn đoán Khi phân tích bằng mắt tình trạng bệnh nhân người ta áp dụng chế độ lặp trong thời gian ngắn: ống được bật lên vài phút và sau đó được tắt đi cũng vài phút Các giai đoạn ngắt được dùng để làm cho đèn nguội nhanh

Chế độ xung dùng để nhận các ảnh đơn ở đây thời gian làm việc là từ vài phần mười giây đến vài giây, sau đó tạm dừng; độ dài tạm dừng lớn hơn độ dài làm việc nhiều lần Để thực hiện chế độ xung người ta sử dụng các ống có cấu trúc đặc biệt với anôt dạng kim và katốt chuốt nhọn v.v và các sơ đồ điện tử tạo xung

Đặc trưng quan trọng nhất của ống là vết hội tụ được xác định như một phần bề

mặt của anốt tác động trực tiếp với chùm điện tử Trong trường hợp khi vết hội tụ có thể xấp xỉ bằng hình chữ nhật, đặc trưng của nó là kích thước các cạnh của hình chữ nhật Vết hội tụ được xác định như vậy gọi là vết hội tụ thực tế Nhưng thông thường

để đặc trưng cho thiết bị X quang người ta dùng khái niệm vết hội tụ hiệu dụng là hình chiếu của vết hội tụ thực tế lên phương vuông góc với đường thẳng đi qua tâm vết hội

tụ và tâm cửa sổ ra Các kích thước điển hình của vết hội tụ hiệu dụng là (1x2mm)

Tỷ số giữa diện tích của vết hội tụ thực tế với diện tích hiệu dụng được gọi là chỉ số chất lượng ống Các anôt cố định có chỉ số này vào khoảng từ 3 đến 6 đơn vị, còn với các anôt quay chỉ số này cao hơn từ 30 đến 40 lần

Để cấp điện cho sợi đốt, người ta dùng nguồn điện thấp áp cỡ vài chục Vôn với dòng

từ vài ampe đến hàng chục ampe thông qua biến thế sợi đốt Thông thường biến thế sợi đốt được đặt cùng với biến thế cao áp trong thùng dầu cao thế để đảm bảo độ an toàn cách điện và làm mát cho biến thế

Trong bóng X - quang anốt cố định, chùm phát xạ điện tử có phương trùng với trục của bóng, còn ở bóng X - quang anốt quay, phương của chùm phát xạ điện tử song song và cách trục bóng một khoảng nhất định (do đặc trưng cấu tạo của anốt)

Để tăng tuổi thọ làm việc và cải thiện sự dẫn nhiệt người ta sử dụng anôt có cấu trúc phức tạp: đó là cấu trúc nhiều lớp với các khe khía Thành tựu lớn nhất trong giải quyết vấn đề dẫn nhiệt là việc phát minh ra anốt quay Đường kính vòng bia khoảng 10cm, vận tốc quay là 3000 vòng/phút Anốt có nhiệm vụ hứng chùm điện tử

từ catốt bắn tới và phát xạ chùm tia X Nó được làm bằng vật liệu là Volfram hoặc phủ hợp kim Volfram, Gecmani dày vài mm lên tấm Môlipden có dạng hình vành khăn, với diện tích lớn hơn diện tích hội tụ (nguồn phát xạ tia X) Tấm Volfram này được gắn vào giá đỡ bằng đồng dày có tác dụng tăng tốc độ tản nhiệt cho anốt

Anốt có dạng hình côn, góc vát từ 15 - 250

tuỳ theo bóng được gắn với rôto của động cơ thông qua tấm môlipden với mục đích cách nhiệt Anốt quay trong thời gian bóng hoạt động với tốc độ lớn, từ 3000 9000 v/phút (nghĩa là nếu thời gian phát tia diễn ra trong thời gian 0,1s thì anốt quay ít nhất 5 vòng)

Trục của rôto được gắn vòng bi Để bôi trơn, vòng bi này được mạ bạc hoặc chì (không bôi dầu vì làm mất độ chân không của bóng) Động cơ quay anốt là động cơ không đồng bộ hai pha được cấp nguồn AC có tần số từ 50  150 Hz

Toàn bộ anốt, catốt, roto, vòng bi được đặt bên trong vỏ thuỷ tinh Bên ngoài sát với rôto là các cuộn dây và lõi sắt của stato Để bóng làm việc bình thường và đảm bảo anốt nhanh chúng đạt được tốc độ yờu cầu, trong thiết bị X - quang người ta cũng thiết kế các mạch bảo hiểm (chống quá dòng, quá áp) và mạch tăng tốc anốt

Việc thiết lập anốt quay đã khắc phục được những nhược điểm của bóng X - quang anốt cố định đó là: Làm cho quá trình tản nhiệt diễn ra nhanh chóng và chống hiện tượng rỗ anốt không đều

Vỏ thuỷ tinh, là lớp vỏ bên trong bóng, có dạng hình trụ bao quanh, thực hiện

nhiệm vụ đỡ catốt, anốt và rôto của bóng Nó được chế tạo từ loại thuỷ tinh đặc biệt

có khả năng chịu nhiệt, cách điện cao và phải bảo đảm độ chân không bên trong bóng

Vỏ ngoài, bọc quanh bóng X - quang ở phía ngoài vỏ thuỷ tinh Nó có nhiệm

vụ: Bảo vệ các bộ phận bên trong của bóng, hấp thụ tia Rơnghen phát xạ trên các hướng không mong muốn và cách điện với bên ngoài

Vỏ ngoài được chế tạo từ nhôm, hợp kim nhôm hoặc thép Mặt trong vỏ được tráng một lớp chì đủ dày (khoảng 2mm) để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra xung quanh (trừ cửa sổ phát xạ) đảm bảo không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và môi trường xung quanh

Để cách điện, người ta đổ đầy dầu vào khoảng giữa hai lớp vỏ Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn có tác dụng tản nhiệt cho bóng Tuy nhiên, khi bóng nóng lên, dầu

sẽ bị dãn nở Để khắc phục điều này, trong thiết bị CT Scanner, người ta làm cho dòng dầu chảy liên tục khi bóng hoạt động nhờ bộ trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)

Xử lý lọc tia X, chùm tia X phát xạ từ điểm hội tụ trên anốt (nguồn phát xạ tia

X) chứa đựng nhiều bước sóng khác nhau Do đó khi chiếu lên cơ thể, các bước sóng dài sẽ bị hấp thụ bởi da và các tế bào mỡ của cơ thể làm tăng liều lượng tia X trên cơ thể mà không cải thiện được chất lượng hình ảnh chụp cắt lớp Vì vậy, cần thiết phải loại bỏ các bước sóng có hại này trước khi chiếu chùm tia tới bệnh nhân

Thực chất, các bước sóng dài đã được lọc bỏ một phần khi chùm tia X đi qua lớp vỏ thuỷ tinh và cửa sổ chất dẻo của bóng Đây được gọi là việc lọc nội bộ (tương đương với 1mm nhôm) Khi cần thiết, người ta bổ sung thêm một lớp nhôm nữa ở cửa thoát tia X sao cho độ dày lớp lọc tổng cộng đạt 1-2mm