Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính (chụp CT) ngày nay được sử dụng rất rộng rãi trong chẩn đoán bệnh. Việc ứng dụng chụp ảnh cắt lớp vào trong y học để xác định ảnh các mô hay các cơ quan bên trong cơ thể là một bước tiến rất quan trọng trong ngành y tế. 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 của 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. 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. Ví dụ: nhờ CT có thể chụp ảnh não thất một cách trực tiếp do vậy có thể giảm bớt được nhiều xét nghiệm thần kinh, điện não đồ. Thông thường hơn, có thể tránh phải bơm thuốc cản quang vào mạch máu. Và do vậy, thay vì phải chịu nguy cơ cao do tiêm thuốc cản quang vào động mạch nay chỉ cần tiêm tỉnh mạch với nguy cơ thấp hơn. Đặc biệt hơn kỹ thuật chụp X quang 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 X quang với rất nhiều trường hợp đã cung cấp nhiều chỉ dẫn chính xác hơn khi chụp mạch. Vậy quá trình tạo ảnh CT như thế nào, và nó sử dụng cách thức ra sao để tạo ảnh chúng ta sẽ đi sâu vào phần sau để hiểu rõ hơn.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bài tập lớn
Thiết bị đo y sinh và môi trường
Đề tài:
Tìm hiểu về máy CT Scanner
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương
Hà Nội, 12-2019
Trang 2MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH 3
LỜI NÓI ĐẦU 4
Chương 1: Giới thiệu chung 5
1.1: Định nghĩa về CT Scaner: 5
1.2: Lịch sử hình thành: 6
1.3: Ứng dụng: 9
Chương 2: Nguyên lý hoạt động 10
2.1: Nguyên lý chụp cắt lớp 10
2.2: Các kiểu chụp CT Scaner: 11
2.3: Nhiễu ảnh: 12
2.4: Lượng nhiễm xạ đối với chụp CT: 13
2.5: Cấu tạo: 14
2.6: Đọc phim CTscan 15
Chương 3: Nguyên lý tái tạo ảnh CT 18
3.1: Nguyên tắc chung: 18
3.2: Quá trình tái tạo ảnh CT: 19
Tài liệu tham khảo 23
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 1: Máy CT scaner 5
Hình 1 2: Thế hệ máy CT thứ nhất 7
Hình 1 3: Thế hệ máy CT thứ hai 7
Hình 1 4: Thế hệ máy CT thứ ba 8
Hình 1 5: Thế hệ máy CT thứ tư 8
Hình 2 1:Sơ đồ nguyên lý chụp cắt lớp vi tính 10
Hình 2 2: Mã hóa hình ảnh CT 11
Hình 2 3: Cấu tạo máy CT Toshiba 14
Hình 2 4: Hệ thống máy chụp cắt lớp 15
Hình 2 5: Hình ảnh CT sọ não 17
Hình 3 1: Hệ thống tọa độ máy CT 18
Hình 3 2: Ma trận ảnh Housfield 20
Hình 3 3: Tái tạo ảnh từ dữ liệu 21
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính (chụp CT) ngày nay được sử dụng rất rộng rãi
trong chẩn đoán bệnh Việc ứng dụng chụp ảnh cắt lớp vào trong y học để xác định ảnh
các mô hay các cơ quan bên trong cơ thể là một bước tiến rất quan trọng trong ngành y
tế 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 của 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
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 Ví dụ: nhờ CT có
thể chụp ảnh não thất một cách trực tiếp do vậy có thể giảm bớt được nhiều xét nghiệm
thần kinh, điện não đồ Thông thường hơn, có thể tránh phải bơm thuốc cản quang vào
mạch máu Và do vậy, thay vì phải chịu nguy cơ cao do tiêm thuốc cản quang vào động
mạch nay chỉ cần tiêm tỉnh mạch với nguy cơ thấp hơn
Đặc biệt hơn kỹ thuật chụp X quang 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 X quang với rất nhiều trường hợp đã
cung cấp nhiều chỉ dẫn chính xác hơn khi chụp mạch
Vậy quá trình tạo ảnh CT như thế nào, và nó sử dụng cách thức ra sao để tạo
ảnh chúng ta sẽ đi sâu vào phần sau để hiểu rõ hơn
Bài báo cáo sử dụng nhiều tài liệu tham khảo, đặc biệt lấy từ bài giảng “ Chẩn
đoán hình ảnh” của Nhà xuất bản Giaó dục Việt Nam Báo cáo là kết quả nghiên cứu
của cả 3 thành viên trong nhóm trong thời gian một học kỳ, không thể tránh khỏi
những thiết xót Chính vì vậy rất mong cô có thể chỉ ra những điều còn chưa hợp lý để
nhóm có thể hoàn thiện tốt
Thay mặt nhóm, em xin chân thành cảm ơn!
Trang 5Chương 1: Giới thiệu chung 1.1: Định nghĩa về CT Scanner:
- Chụp cắt lớp vi tính (Computed Tomography) hay còn gọi là chụp cắt lớp
điện toán, chụp cắt lớp, là một phương pháp chụp hình X quang Máy CT chạy vòng
quanh thân thể bệnh nhân, phát sóng X quang và đo độ hấp thụ năng lượng tia x của
các cấu trúc khác nhau của cơ thể Sau đó sử dụng các thông tin này và ráp lại với vi
tính hình ảnh của cơ thể trên không gian 2 hoặc 3 chiều
Hình 1 1: Máy CT scaner
- Phép chụp cắt lớp vi tính tận dụng sự kết hợp của nhiều phép đo bằng tia X
được chiếu từ nhiều góc độ để tạo nên hình cắt mặt ngang của vật được chụp, từ đó cho
phép người chụp có thể nhìn được bên trong của vật mà không cần mổ Các thuật ngữ
khác bao gồm chụp cắt lớp trục (CAT scan) và chụp cắt lớp điện toán Xử lý kĩ thuật số
được sử dụng để tạo ra thêm một khối ba chiều bên trong vật thể từ một loạt lớn các
hình ảnh X quang hai chiều được chụp xung quanh một trục xoay đơn Tạo ra những
hình ảnh trong Y học là ứng dụng phổ biến nhất của máy CT Hình ảnh cắt ngang của
Trang 6nó được sử dụng cho mục đích chẩn đoán và điều trị trong các ngành y tế khác nhau Thuật ngữ "chụp cắt lớp vi tính" (CT) thường được dùng để chỉ chụp X-quang, bởi vì
nó là dạng phổ biến nhất được biết đến Tuy nhiên, vẫn còn nhiều loại CT khác tồn tại, như chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) và chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn
photon (SPECT) Chụp X quang là một dạng sơ khai của CT
1.2: Lịch sử hình thành:
- 1967 Housfield (Anh) dựa trên nguyên lý tạo ảnh đã thiết kế được một thiết bị dùng tia X-quang để đo những vật thể thí nghiệm bằng các chất nhân tạo và lập được chương trình cho máy tính ghi nhớ và tổng hợp kết quả
- 1.10.1971 Housfield và Ambrose (Anh) đã cho ra đời chiếc máy chụp cắt lớp
vi tính sọ não đầu tiên Thời gian chụp và tính toán cho một quang ảnh lúc này cần 2 ngày
- 1974 Ledley (Mỹ) hoàn thành chiếc máy chụp cắt lớp vi tính (CT scanner) toàn thân đầu tiên, thời gian chụp một quang ảnh mất vài phút
- 1977 trên thị trường thế giới xuất hiện loại máy chụp CTscan với thời gian chụp một quang ảnh chỉ 20 giây Cho đến nay đã có 4 thế hệ máy chụp CTscan ra đời
+ Máy thế hệ 1: máy có một đầu dò, sử dụng nguyên tắc quay và tịnh tiến Chùm tia X-quang cực nhỏ chiếu qua cơ thể tới đầu dò để thu nhận kết quả Bóng phát tia X phải quay quanh cơ thể 180o để hoàn thành một lớp cắt Khi quay 1o thì phát tia và quét ngang cơ thể để đo, một quang ảnh mất vài phút
Trang 8quay cùng chiều với bóng phát tia và ghi kết quả Thời gian chụp một quang ảnh
từ 1-4 giây, độ mỏng lớp cắt đạt 2mm
Hình 1 4: Thế hệ máy CT thứ ba
+ Máy thế hệ 4: máy có hệ thống đầu dò tĩnh, cố định vào 360o của đường tròn, số lượng đầu dò lên tới 1000 Bóng phát tia X-quang quay quanh trục cơ thể và phát tia Thời gian chụp một quang ảnh đạt tới 1 giây, thuận lợi cho khảo sát các tạng chuyển động Loại máy cực nhanh với thời gian cần cho một quang ảnh chỉ 0,1 giây, hoặc chụp cine CTscan được dùng trong chẩn đoán tim mạch
Hình 1 5: Thế hệ máy CT thứ tư
Trang 91.3: Ứng dụng:
- Ngày nay, CT được ứng dụng rộng rãi trên lâm sàng để phát hiện bệnh lý từ sọ não, đầu mặt cổ, tim, ngực, bụng, chậu, xương, mô mềm cho đến bệnh lý mạch máu não, cổ, mạch máu chi và các mạch máu tạng khác CT còn được dùng để hướng dẫn phẫu thuật, xạ trị, theo dõi sau phẫu thuật Kỹ thuật 3D-CT cho phép đánh giá chính xác vị trí tổn thương trong không gian 3 chiều, từ đó định hướng tốt cho phẫu thuật cũng như xạ trị Kỹ thuật này còn dùng để tái tạo 3D trong các bệnh lý bất thường bẩm sinh, giúp cho các nhà phẫu thuật tạo hình chỉnh sửa tốt hơn các dị tật bẩm sinh
- Ưu điểm:
+ Hình ảnh rõ nét do không có hình tượng nhiều hình chồng lên nhau + Khả năng phân giải những hình ảnh mô mềm cao hơn nhiều so với X quang
+ Thời gian chụp nhanh, cần thiết trong khảo sát, đánh giá các bệnh cấp cứu và khảo sát các bộ phận di động trong cơ thể (phổi, tim, gan, ruột…)
+ Độ phân giải không gian đối với xương cao nên rất tốt để khảo sát các bệnh lý xương
+ Kỹ thuật dùng tia X, nên có thể dùng để chụp cho những bệnh nhân có chống chỉ định chụp cộng hưởng từ (Đặt máy tạo nhịp, van tim kim loại, máy trợ thính
Trang 10+ CT là kỹ thuật dùng tia X và gây nhiễm xạ Mức độ nhiễm xạ mỗi lần chụp đều nằm trong giới hạn cho phép
Chương 2: Nguyên lý hoạt động 2.1: Nguyên lý chụp cắt lớp
- Chụp cắt lớp vi tính có thể được định nghĩa như một phương pháp đo tỷ trọng
X quang của các đơn vị thể tích của một lát cắt Phương pháp này cho ra những hình ảnh lát cắt của cơ thể với sự phân tích tỷ trọng 100 lần chính xác hơn trên hình ảnh X quang thường quy
- Chùm tia X rất hẹp được phát ra từ bóng X quang bị suy giảm sau khi đi xuyên qua một phần của cơ thể được thu nhận bởi đầu tiếp nhận hay đầu thu (detector) Đầu tiếp nhận này được cấu tạo bằng các tinh thể nhấp nháy hoặc bằng các buồng ion hóa cho phép lượng hóa số đo Độ nhạy của các đầu tiếp nhận cao hơn rất nhiều so với phim X quang Bóng X quang và đầu tiếp nhận được cố định bằng khung kim loại và hai bộ phận này quay quanh vùng cần chụp của cơ thể nằm giữa chùm tia
Hình 2 1:Sơ đồ nguyên lý chụp cắt lớp vi tính
- Sau khi chùm tia đi qua cơ thể bệnh nhân, bộ cảm biến điện tử sẽ truyền tín hiệu về trung tâm hệ thống thu nhận dữ liệu (Data Acquisition System- D.A.T) để mã
Trang 11hóa và truyền vào máy tính độ hấp thụ của chùm tia này với độ chính xác rất cao Tuy nhiên, hình chiếu của một chùm tia sau khi đi qua một bộ phận cơ thể vào bộ cảm biến không đủ để có thể tạo được hình ảnh cấu trúc của một mặt cắt Vì vậy, nhờ sự di chuyển vòng quang bệnh nhân của chùm tia theo một mặt phẳng cắt hàng loạt các phép
đo được thực hiện ở các góc độ khác nhau Ở mỗi vị trí của chùm tia, một mã số về độ suy giảm tuyến tính (linear attenuation) được ghi nhớ trong bộ nhớ Khi chuyển động quét kết thúc, bộ nhớ đã ghi nhận được một số lượng rất lớn những số đo tương ứng với những góc khác nhau trong mặt phẳng quét Tổng hợp những số đo và nhờ máy tính xử lý các số liệu đó ta có những kết quả bằng số Nhờ những bộ phận tinh vi khác
có trong máy, các số đó được biến thành hình ảnh và hiện trên màn hình số với hình ảnh một lát cắt ngang qua cơ thể
2.2: Các kiểu chụp CT Scaner:
Hình 2 2: Mã hóa hình ảnh CT
-Topogram là một bức ảnh số nhìn tổng quát sử dụng cho việc lựa chọn các lớp cắt CT hoặc là cơ sở cho những tài liệu (documentation) Bóng phát tia và detector được lắp ráp trên một khung có vị trí cố định đối nhau Trong quá trình quét thăm dò Hình 2.16 Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám Hình 2.17 Hình ảnh của một quá trình quét toàn cảnh hay quét toàn cảnh bóng phát tia và cụm đầu dò đứng yên, bàn bệnh nhân di chuyển trên một khoảng cách bao trẻm vùng thăm khám (phù hợp với chiều dài đặt topogram) Một ảnh chiếu được tạo nên từ đo các mức suy giảm “line-byline” Kết
Trang 12quả những hướng chiếu khác cũng tương tự đối với việc xuất hiện những tia được quy ước Hình ảnh tạo ra là tập hợp của rất nhiều ảnh xếp chồng (như trong phương pháp chụp Xquang thông thường), rộng bằng bề dày của lớp cắt (đã được xác định) Dựa trên hình ảnh toàn cảnh này để lập chương trình tạo ảnh cắt lớp
- Quét cắt lớp: Bóng phát tia và cụm đầu dò quay quanh người bệnh một góc 360o để thực hiện một lớp cắt Bàn bệnh nhân dịch chuyển một khoảng cách bằng bề dày lớp cắt sau mỗi lớp cắt theo phương thức quét gián đoạn hoặc di chuyển liên tục với một tốc độ cố định (tốc độ chuyển động tịnh tiến của bàn bệnh nhân phải phù hợp với tốc độ quay tròn của giàn quay để xác định khoảng cách giửa các lớp cắt) theo phương thức quét xoắn ốc Đối với phương pháp quét xoắn ốc trong khi đang thu nhận tomogram, hệ thống bóng/detector vẫn tiếp tục quay tròn quanh bàn bệnh nhân Những hướng chiếu thu được từ những vị trí của những góc kế tiếp nhau trên vòng quay là nhanh
+ Đo cường độ đường viền với những mức cường độ tại những detector Mỗi hướng chiếu sẽ có một cường độ đường viền tương ứng (hướng chiếu của lớp cắt quét cho một kênh) Trong khi đo, xấp xỉ 1,000 hướng chiếu được tạo nên Mỗi một hướng chiếu tạo ra 704 giá trị lấy mẫu –sample values, vì vậy để quét được đầy đủ cần phải thực hiện trên 700,000 lấy mẫu dữ liệu đo
+ Lựa chọn chiều dày lớp cắt bằng cách sử dụng một máy tính điều khiển
bộ chuẩn trực ở bóng phát tia Bóng phát tia, trong quá trình quét, có thể hoạt động theo hai phương thức: phát tia liên tục hoặc phát tia theo xung Hiện nay hầu hết máy
CT đều được thực hiện theo phương thức phát tia liên tục vì giảm được công suất phát tia, tránh cho bóng phải hoạt động căng thẳng Để thu thập mẫu dữ liệu, được bật tắt hàng nghìn lần trong một vòng quay
2.3: Nhiễu ảnh:
- Hình ảnh giả tạo hay nhiễu ảnh (artefact) thường làm cho ảnh thu được không
có giá trị chẩn đoán Nguyên nhân có thể do:
Trang 13+ Trong khu vực thăm khám có vật kim loại như mảnh đạn, răng giả… hoặc một xương dày như hố sau của sọ, của cột sống, của vai… đã hấp thụ toàn bộ tia
X gây nên nhiễu ảnh
+ Bệnh nhân là trẻ em hoặc người bị hôn mê luôn luôn cử động, không nằm im hoặc các cơ quan luôn chuyển động như tim, ống tiêu hóa, cơ hoành… làm cho ảnh bị mờ, không rõ nét
+ Do trong quá trình chuyển động xoay tròn quanh bệnh nhân, bóng phát tia X và bộ cảm biến đôi khi thiếu nhịp nhàng và không đều
+ Máy vi tính cung cấp cho mỗi Voxel một tỉ trọng trung bình Nếu lớp cắt có cả chất khí, chất lỏng, xương… thì tỉ trọng trung bình của mỗi Voxel là trung bình cộng của các tỉ trọng khác nhau nên không chính xác Cách khắc phục là lớp cắt phải thật mỏng (1mm) và nên dùng ma trận tái tạo lớn (512x512 hoặc 1024x1024)
2.4: Lượng nhiễm xạ đối với chụp CT:
- Liều nhiễm quang tuyến X tại vùng cơ thể chụp cắt lớp vi tính tương đương với liều tại chỗ của một lần khám đại tràng hoặc chụp thận tiêm tĩnh mạch ( 2-3 rad)
- Liều sinh dục: do cấu trúc của máy bảo vệ tốt nên thường thấp hơn nhiều so với chụp X quang quy ước nếu không chụp cắt lớp vi tính trực tiếp tại vùng có cơ quan sinh dục
Trang 142.5: Cấu tạo:
Hình 2 3: Cấu tạo máy CT Toshiba
Hệ thống bàn: Gồm mạch điều khiển, động cơ bước, Bàn cho bệnh nhân nằm Có chức năng dịch chuyển cao thấp, lui tiến theo chế độ điều khiển rất chính xác của Xử lí trung tâm
Hệ thống điều khiển và hiển thị hình ảnh: Nhìn vẻ ngoài nó giống như một hệ thống máy tính thông thường Tại đây người các lệnh điều khiển cho máy được thực hiện hoàn toàn bằng phần mềm trên một hệ điều hành Các tín hiệu hình ảnh và quản lí thông tin bệnh nhân cũng được xử lí tại đây
Máy rửa phim: Hoạt động như một máy rửa phim số thông thường
Trang 152.6: Đọc phim CTscan
2.7.1: Phim chụp CTscan không dùng thuốc cản quang
- Phim chụp CTscan cho hình ảnh của các lớp cắt theo những mặt phẳng khác nhau do thầy thuốc tự chọn Chẳng hạn: lớp cắt ngang, lớp cắt nghiêng, lớp cắt dọc Những máy sản xuất gần đây còn cho phép hiện ảnh không gian ba chiều Điều này đặc biệt có ích khi cần khảo sát các khoang Các ảnh này đặc biệt quý cho các phẫu thuật viên sọ não
- Đánh giá các cấu trúc trên các lớp cắt bằng số đo trung bình theo đơn vị
tỉ trọng Housfield để nhận xét Ta có ba loại cấu trúc dựa theo tỉ trọng:
+ Cấu trúc tăng tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng cao hơn mô lành cùng loại của bệnh nhân
+ Cấu trúc giảm tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng thấp hơn
mô lành cùng loại của bệnh nhân
+ Cấu trúc đồng tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng ngang bằng
mô lành cùng loại của bệnh nhân
- Những biến đổi chính:
+ Cấu trúc dịch: dịch trong các nang thận, dịch thấm có tỉ trọng gần với tỉ trọng nước Tỉ trọng này phụ thuộc nhiều vào lượng protein có trong dịch
Hình 2 4: Hệ thống máy chụp cắt lớp
Trang 16Dịch nang là dịch vô mạch, nên tỉ trọng sẽ không đổi khi tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch
+ Dịch tiết hoặc dịch viêm có lượng albumin cao trên 30g/l, có thể đạt tỉ trọng 20-30 đơn vị H
+ Máu, ổ máu tụ: tỉ trọng phụ thuộc nhiều vào lượng albumin của các phân tử hữu hình Máu mới có tỉ trọng 55 đơn vị H, khi các thành phần hữu hình tan hết, tỉ trọng giảm xuống 15-20 đơn vị H Máu cục có tỉ trọng cao hơn hẳn máu trong tuần hoàn Hiện tượng tăng tỉ trọng của ổ máu tụ chỉ tồn tại đến ngày thứ 7 sau chảy máu, sau đó tỉ trọng trở nên cân bằng với mô mềm Sau 2 tuần, tỉ trọng thấp hơn
mô mềm Những ổ máu tụ lớn, đến giai đoạn muộn do fibrin lắng đọng tạo nên một bao xung quanh, bên trong là dịch lỏng, trông giống như một nang dịch
+ Ổ áp xe: thông thường, dịch mủ có tỉ trọng 30 đơn vị H, tổ chức bao quanh giàu mạch máu, nên khi tiêm thuốc cản quang vào tĩnh mạch ta sẽ thấy một bao tăng tỉ trọng bao bọc quanh ổ áp xe Tỉ trọng của mủ trong ổ áp xe theo thời gian sẽ giảm dần xuống gần bằng tỉ trọng của nước
+ Các ổ hoại tử: là ổ giảm tỉ trọng rõ
2.7.2: Chụp CTscan có tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch
- Chất cản quang dùng trong chụp CTscan khác với chụp X-quang thông thường, bao gồm:
+ Dung dịch phải có độ cản quang ổn định, không lắng đọng hay kết tủa
+ Dung dịch cản quang phải có độ thẩm thấu cân bằng với độ thẩm thấu của cơ thể
+ Độ cản quang không được cao quá để tránh nhiễu ảnh
- Đánh giá tổn thương: Những tổn thương giàu mạch máu sẽ tăng cản quang, như các khối u giàu mạch máu Trái lại, những vùng không có mạch máu như các nang dịch, tỉ trọng không thay đổi, nhưng sẽ phân biệt rõ do tương phản với nhu
mô lành ngấm thuốc cản cản quang