1.1. Lược sử
Máy chụp cắt lợp vi tính( Computer Tomography Scanner) do nhà vật lý người Mỹ A.M.Cormack và kỹ sư người Anh G.M hounsfield phát minh năm 1971. Phát m inh này có tầm quan trọng ngang phát minh ra tia X của Roentgen năm 1895 nên đã được giải thưởng Nobel vế y học năm 1979.
Năm 1963 Cormack chứng minh có thể tính được hệ sô' hấp thụ của m ột cấu trúc phẳng và đo được sự thay đổi cường độ của chùm tia được truyền đi. Ông xây dựng một mô hình thực nghiệm trong đó sử dụng một nguồn nhỏ thu hẹp tia gam a rồi dùng máy đếm Geiger Muller đo cường độ chùm tia phát đi đã bị hấp thụ một phần. Theo ông, những kết quả trên có thể áp dụng được vào Y khoa.
Năm 1967 Hounsfield nghiên cứu những hình ảnh và kỹ thuật lưu trữ số liệu ờ máy tính. Lúc đó ông phụ trách bộ phận y học của Labô trung tâm nghiên cứu của công ty E.M.I (Electro - Musical instruments).
Mục đích phần nghiên cứu của E.M .I do ông phụ trách là đo sự truyền tia X qua một bộ phận cơ thể theo tất cả mọi hướng và chú ý tới các thông tin liên quan vói thành phần cấu tạp củafcơ thể đó. Ông thấy rằng chỉ có máy vi tính mới có khả năng thực hiên được điều đó.
X) . Ngày 1/10/1971 hình sọ não đầu tiên chụp bằng-máy cắt lợp vi tính được thục hiện ở một bệnh viên ở Luân Đôn. Thcri gian chụp và tính toán để có được một quang ảnh lúc này phải mất hai ngày. Các tiến bộ về kỹ thuật phát triển rất nhanh. Năm 1974 Ledley (Mỹ) hoàn thành chiếc máy chụp cắt lớp vi tính toàn thân đầu tiên. Thời gian để có một quang ảnh phải mất vài phút vẫn chưa thuận tiện cho việc ứng dụng trong lấm sàng.
Năm 1977 máy chụp cắt lớp vi tính, một quang ảnh chỉ còn mất 20 gi&y. H iện nay (1995) vói máy thông thường, một quang ảnh phải mất 3 giây, vói máy hiện dại hơn chỉ mất 1 giây và với máy tối tân, chụp được nhanh chỉ mất 1/10 giây đốn 1/30 giây.
Vể tên gọi máy chụp cắt lớp vi tính: người Anh, Mỹ gọi IỀiSỊT Scanner (Computer Tomography hoặc Computer Tomography Scanner), PMp thơờng g ọ i là
Tomodensitometrie hoặc Scanner. ii0^
Ớ Việt Nam máy chụp cắt lớp vi tính đầu tiên có vào 2/1991 đặt ờ bênh viện Hữu nghị Việt Xô và số lượng máy ngày càng nhiều.
1.2. N guyên lý cấu tạo
Trong máy chụp cắt lớp vi tính người ta vẫn dùng quang tuyến X, nhưng phim X quang được thay bằng bộ cảm biến điện tử (electronic dectector) nhạy cảm hơn phim X quang gấp hàng trăm lần. Vì vậy với sọ não, máy chụp cắt lớp vi tính có thể phân biệt được rất rõ các thành phần cấu tạo bên trong như chất trắng, chất xám, các não thất, các khối u, các khối máu tụ... mà vói phim X quang thông thường ta không biết được (hình 1.39)
P M im
J< auANũ SỔcÁm B iÊ n & IẸ N t J ( c ie c T R O K ii c D c r e c r o M ;
<Õ
Máy ohpp X quang Mầy chyp o ắ t l ố p v l t í n h
Sau khi chùm tia này đi qua cơ thể bệnh nhân, bộ cảm biến điện tư sẽ iru>ẽn tín hiệu về trung tâm hệ thóng thu nhận dữ kiện (data acquisition system : D.A.T) dé mã hóa và
truyền v à o m á y tính với m ộ t đ ộ c h í n h x á c rất c a o đ ộ hấp thụ c ù a c h ù m lia n à y . Hình chiếu của một chùm tia sau khi đi qua một bộ phận cùa cơ thé vào bộ cám biên khỏng đủ để có thể tạo được hình ảnh cấu trúc cùa một mặt cắt.
Sự di chuyển vòng quanh bệnh nhân cùa chùm tia này theo một măt phảng cắt thực hiện một loạt các phép đo. Ở mỗi vị trí cùa chùm tia, một mã sô về độ suy giảm tuyến tính (linear attenuation) được ghi nhớ trong bộ nhớ. Khi chuyển động quét kẽt thúc, bộ nhớ đã ghi nhận được một số rất lớn những số đo tương ứng với những góc khác nhau trong mặt phảng quét. Tổng hợp những sô đo đó và nhờ máy vi tính xứ lý các sô liệu dó ta có những kết quả bằng số. Nhờ những bộ phận tinh vi khác có trong máy, các sô' đó được biến thành hình ảnh và hiện trên màn ảnh máy thu hình.
1.3. Nguyên lý tái tạo lại hình theo ma trận. Đơn vị H ounsfield
Máy vi tính với các phương pháp toán học phức tạp, dựa vào sự hấp thụ tia X ờ mặt cắt, tạo nên hình cấu trúc mặt cắtỗ Nguyên lý việc tái tạo lại thành hình từ các số phụ thuộc vào các con sỏ chứa trong ma trận tức là các cột và các dẫy. Những cột và những dẫy này tạo nên các đơn vị thể tích cơ bản gọi là Voxel (Volume elem ent), chiều cao của mỗi Voxel phụ thuộc vào chiều dày của lớp cất, thường là từ 1 đến 10 mm. Mỗi Voxel hiện lên ảnh như một đơn vị ảnh cơ bản hay là Pixel (Picture elem ent), cũng có nghĩa là Voxel trong ma trận biến thành Pixel trên ảnh. Tổng các ảnh cơ bản đó hợp thành một quang ảnh.
Tùy theo mức độ hấp thụ tia X cùa mỗi Voxel mà mỗi Voxel có một m ật độ hay tỷ trọng quang tuyến X (Radiologic density) khác nhau và thể hiện trên màn hình là các Pixel có độ đậm nhạt khác nhau.
Câu trúc hâp thụ tia X càng nhiều thì mật độ hay tv trọng quang tuyến X càng cao, vì vậy người ta còn gọi phương pháp chụp cắt lợp vi tính là chụp cắl lớp đo tý ưọng (tomodensitmetrie). Dựa và hệ số suy giảm tuyến tính (linear attenuation coefficient) của chùm tia X khi đi qua một cấu trúc, người la có thể tính ra tỷ trọng của cấu trúc đó theo đơn vị Hounsfield qua công thức
Hỉnh 1.40
M (x )-M (H 2 0 ) N(H) = --- X K
M(H20)
N(H) là tỷ trọng của một cấu trúc X tính theo đơn vị X tính theo đơn vị Hounsíìeld.
M(x) là hệ số suy giảm tuyến tính của quang tuyến X khi đi qua một đơn vị thê tích
cấ u trúc X.
K là hệ số có giá trị bằng 1.000 theo Hounsfield đưa ra và đã được chấp nhận.
Theo công thức trên thì tỷ trọng theo đơn vị Hounsfield của:
- Nước tinh khiết (H 2 0 ) là o đơn vị Hounsfield - Không khí là -1.000 đơn vị Hounsfield
- Xương đặc là +1.000 đơn vị Hounsfield
Máy chụp cắt lớp vi tính hiện nay thường có nhiều ma trận : 252 X 252, 340 X 340 và 512 X 512. Máy th ế hệ 4 có cả ma trận 1.024 X 1.024 = 1.048.575 đơn vị thể tích(Voxel). Điều này chứng tỏ con số đo lường rất lớn và độ phân giải rất cao của hình chụp cắt lớp vi tính. Thí dụ với ảnh chụp trong ma trận 512 x512, Pixel có diện tích bé hom 1 mm2 rất nhiều, với cạnh có chiều dài 0,2 mm.
Ma trận tái tạo càng lớn thì cho ảnh càng chi tiết, nghĩa là trong ma trận 512x512 sô' lượng thông tin cần xử lý và lưu trữ tăng so với khi dùng ma trận 340x340. Tuy nhiên lọai ma trận 512x512 cần nhiều thời gian hơn loại 340x340 để tạo ảnh và chiếm khoảng rộng hơn trong bộ nhớ để lưu giữ ảnh trong đĩa từ. Như vậy với một đĩa từ nhất định và chỉ dể lưu trữ một loại ảnh thì số lượng ảnh lọai ma trận 512x512 được lưu trữ sẽ ít hơn so với lọai 340x340.
Trong khám xét hàng ngày thì dùng loại ma trận 340x340 là đủ, nhưng muốn khám xét những chi tiết nhỏ như tai trong hoặc tổn thương rất nhỏ trong não thì nên sử dụng loại ma trận 512x512 họăc 1024x1024.
1.4. Đặc điểm hình ảnh
Máy chụp cắt lớp vi tính cho phép phân biột được những sự khác biệt rất nhỏ của những tổ chức có tỷ trọng khác nhau. Trong cơ thể con người nó có thể mã hóa khoảng từ hai nghìn đến bốn nghìn mức độ khác nhau (tùy loại máy) về tỷ trọng giữa cấu trúc có tính chất khí và cấu trúc có tính chât xương.
Một máy thu hình được biến thành hình ảnh những mã số đã có. Tuy nhiên với mắt thường ta chỉ có thể phân biệt được từ đen đến trắng khoảng 12 đến 20 mức độ khác nhau. Như vậy có một sự bất cân xứng giữa số lượng thông tin chứa trong bộ nhớ có hàng nghìn mức độ về tỷ trọng với mắt thường chi cho phép phân biệt được dưới hai mươi mức độ. Đ ể giải quyết vấn đề này người ta phải áp dụng phương pháp m ờ cửa sổ gắn với bậc thang xám trên màn hình để nghiên cứu. Cửa sổ được xác định bằng điểm giữa của cửa sổ (Center hoặc Level) và độ mở rộng của cửa sổ (W idth) trên giải đơn vị Hounsfield.
55
Nếu cửa sổ mỡ rộng hết mức, xương thể hiện bảng hình tráng, không khi hình đen và cấu trúc có tính chất dịch có hình xám, hình ảnh thu được gióng như hình môt phim X quang thông thường. Trái lại nếu ta chọn điểm giữa cùa cửa sổ là sổ đo tỳ trong trung binh của cấu trúc cần khám xét, sau đó điểu chinh cửa sổ hẹp lại một cách thích hơp sẽ ihấy trên màn thu hình sự sai biột về đậm độ rất rõ của những bộ phận phía trẽn cửa sô sẽ có hình trắng và những cấu trúc có tỷ trọng ờ phía dưới cừa sổ sẽ có hình đen. Thí dụ trên một mặt cắt ở sọ nêu chọn diêm giữa của cửa sổ là 35 đơn vị Hounsfieid. độ mở cùa cửa sổ là 100 đơn vị Hounsíìeld, ta có thể thấy rõ hình các não thất với dịch não tủy và hình của các chất xám, chất trắng của não, hình của khối u, khôi máu tụ, khối áp xe... với đậm độ rất khác nhau. Nếu ta muốn tìm vỡ, gãy xương ờ sọ thì ta phải chọn diểm giữa của cửa sổ là 240 đơn vị Hounsíìeld và độ mở của cửa sổ là 2.000 đơn vị Hounsíìeld. Còn ờ phổ, tùy nơi ta muôn khám xét là nhu mô phổi, trung thất hoặc xương... mà ta phải chọn điểm giữa của cửa sổ và độ mờ cửa số khác nhau.
-r -iooo-
♦ Boo.
*6oo-
+ 4oo.
+ 30A.---
0.
- 200.
- 4 0 0.
-Ẩoo.
-ỠO0-
. I- 4000 4
* 0.00
70
50
54.
(0
, u -lo
%N
\
- lo o J
C Â U T R Ó C
Ạ V _ y ằ A M R ế l f“VAÊM
VỔ,
M a u C u e
MAU T ụ ►*•>ô*>
C H Â Í xÁ m
ằ*^ __ * ' C H A -r T R Ả M O
P H Ũ I W > MCVKC H O Ạ .I t J
piớ"“.(ịũô 1
cÂ.Ú TR ứ c MƠ ...i--- Bậc thang hấp thụ cúa Hounsfiel
Khác với chụp X quang thường quy, trong đó tất cả các thông tin đếu nàm trên phim còn trong thăm khám bằng chụp cắt lớp vi tính thì toàn bộ thông tin chúa trong bộ nhớ và người điều khiển chỉnh lý máy để chọn các hình ảnh có ý nghĩa cho chẩn đoán.
Những hình ảnh hiện trên màn hình của máy thu hình được trình bảy dưới dạng như người quan sát nhìn mặt cắt thăm dò từ dưới chân bệnh nhân nhìn Iẽo: dó ỉằ nhflng m ặt cắt chụp cắt lớp theo trục ngang, thảng góc với trục của cột sống.
Tuy nhiên những mật cắt này thường liên tiếp và sát nhau, nên máy tính có kha nãng ráp những mặt cất này lại và tái tạo đế cho ta những hình anh tương ứng theo các mặt pháng tự chọn như mặt phắng đứng dọc giữa (plan sagittal) hoặc theo mặt phăng đứng ngang (plan frontal)..ỗ Như vậy máy chụp cắt lớp vi tính không phải chỉ là máy đơn thuán cho ta hình ảnh cắt lớp theo trục ngang mà còn có khả nãng cho ta những hình ảnh cắt lớp theo cả trục đứng nữa, tuy hình ảnh cắt lớp theo trục đứng không có chất lượng tốt như trục ngang. Độ phân giải của hình ảnh tái tạo phụ thuộc vào chiều dày và khoảng cách giữa các mặt cắt theo trục ngang. Hiện nay với máy chụp cắt lớp vi tính xoắn ốc (Helical Scanner hoặc Balayage spirale volumique), bóng phát tia X và bộ cảm biến quay liên tục trong khi bệnh nhân chuyển dần vào khung máy, sơ đồ quét và tạo ảnh sẽ là một hình xoắn ốc liên tục và các ảnh tái tạo sẽ có độ phân giải cao hơn.
Hình 1.41. Tái tạo hlnh ỉn h từ m ft phẳng ngang thành m ft phẳng đứng
k.Heĩô kớM
Hình 1.42. Sd đồ chụp cắt lớp vi tính theo hinh xoắn ốc
Người ta có thể sử dụng máy chụp cắt lớp vi tính để có một hình toàn thể như phim chụp X quang ồ tư thế thẳng hoặc chếch hoặc nghiêng, bằng cách đi này thường m ờ đầu cho khám xét bằng chụp cắt lóp vi tính và để thầy thuốc có một hình ảnh tổng quát về khu vưc muốn thăm khám và trên cơ sở đó phân chương trình quét, đặt độ dày cũng như khoảng cách giữa các tóp cắt... ảnh này có tên gọi khác nhau: ảnh định khu (T opogram m e), ảnh hướng d ỉn (Scout-viẹw), ảnh X quang vi tính (Comuted radiography).
S7
Tùy theo khu vực muốn thám khám ta phải chọn các móc giải phàu thích h(tp cho các lớp cắt. Thí dụ ờ sọ thông thường là các mật cắt song song với đường khóe m ãt-ló tai ngoài (ligne orbio-meatale). ở ngực và ở bụng cũng là những lớp cầt theo true ngang (coupe axiale transverse) và các mốc giải phẫu là mũi kiếm xương ức (xyphoide) và mào chậu. Các lớp cắt thường dày từ 1 đến 10 mm và lớp nọ liên tiếp với lớp kia.
Khi đã có những hình ảnh cần thiết và hữu ích cho việc chẩn đoán bệnh, nhờ một bộ phận chụp ảnh có trong máy, người ta có thể chụp những hình ảnh trên với những kích thước khác nhau.
Máy chụp cắt lớp vi tính lưu trữ các hình ảnh trong các băng họăc đĩa từ. Khi cán thiết, sau này người ta có thể sử dụng, máy đê nghiên cứu các hình ảnh đã lưu trữ đó vào bất cứ lúc nào.
1.5. N hiều ảnh
Hình ảnh già tạo hay nhiễu ảnh (artefact) thường làm cho ảnh thu được không có giá trị chẩn đoán. Nguyên nhân có thể do:
- Trong khu vực thăm khám có những vật bàng kim lọai như mảnh đạn, rãng giả, kẹp sắt... đã hấp thụ toàn bộ tia X khi đi qua và tạo nên m ột hình tăng tỷ trọng (hyperdense) phát ra các tia khuyếch tán như mặt trời làm cho phim không sao đọc được. Một xương dày đặc cũng cô' thể gây nên nhiễu ảnh như ờ hố sau của sọ, của cột sống, của vai...
- Bệnh nhân là trẻ em họăc bệnh nhân bị hôn mê luôn luôn cử động, không nằm im cũng làm cho hình ảnh bị mờ, bờ không rõ nét. Các cơ quan luôn luôn chuyên động như tim, ống tiếu hóa, cơ hoành...cũng có thể cho những hình ảnh bị mờ như vậy.
- Nhiễu ảnh có thể do máy: trong quá trình chuyển động xoay tròn quanh bộnh nhân của bóng phát tia X và bộ cảm biến đôi khi thiếu nhịp nhàng và không đểu cũng gây nên nhiễu ảnh.
- Cuối cùng nhiễu ảnh có thể do hệ quả mảnh thể tích (volume partiel). M áy vi tính cung cấp cho mỗi Voxel một số đo về tỷ trọng trung bình. Nếu bề dày của lớp cắt có đồng thời cả chất khí, chất lỏng, xương...thì trị số cung cấp cho m ỗi V oxel là sô' trung bình cộng các tỷ trọng khác nhau nên hình không chính xác Đ é giảm lối đa hậu quả của hiện tượng mảnh thể tích, khi thăm khám m ột số vùng như hố yên, đường tai trong...lớp cắt phải thật mỏng (lm m ) và nên dùng m a trận tái tạo lớn (512x512 hoặc 1024x1024).
1.6. S ử dụng chất đối quang
Trong chụp cắt lớp vi tính nhiều khi phải dùng đến chất đối quang. Cỗ hai hình thức chính để đưa chất đôi quang vào cơ thể : đưa và khoang tự nhiên và đưa và lòng m ạch.
1.6.1, Đưa vào khoang tự nhiên như ống tiêu hóa, các tạng rỗng, khoang dưới nhện....
với mục đích làm tăng đối quang với các tạng chung quanh, th íy fõ hơn hình dáng đường bờ, các thành phần bên trong của tạng muốn thăm khám cững như liên quan của chúng với các cấu trúc lân cận. Đối với khoang dưới nhện, tìr éột sống lên não, vào các
não thất và bể não : tiêm thuốc cản quang (10ml lọai không lon. hàm lượng dưới 200mg/ml) vào vỏ tủy sổng (injection intrathécale) rồi cho bệnh nhân năm theo tư thê Trendelenbourg. Ọua các lớp cắt ở các thời điểm khác nhau ta có thể biết được thuốc cản quang chuyển dịch nhanh hay chậm hoặc vị trí ncri tắc nghẽn làm cho thuốc không chuyển dịch được. Ngoài ra trong trường hợp chân thương, nước não tùy chảy ra theo đường mũi, phương pháp này có thê phát hiện được ra nơi nứt rách của xương - màng cứng (ostéo-dural). Khi dùng chất đối quang là dung dịch cản quang trong chụp cắt lớp vi tính ta cần phải chú ý:
- Dung dịch cản quang phải có độ cản quang ổn định, chất cản quang phải được hòa tan đều trong dung dịch, không có hiện tượng lắng, kết tủa.
- Dung dịch cản quang phải có áp lực thẩm thấu cân bằng với cơ thể (330 mosmol/kg) để tránh hiện tượng cô đặc hoặc hòa loãng thuốc cản quang do trao đổi dịch với cơ thể.
- Độ cản quang của dung dịch không được cao quá để tránh hình thành các nhiễu ảnh nhân tạo như trong trường hợp có kim loại trong cơ thể. Độ cản quang thích hợp của dung dịch là 150 đơn vị Hounsfield.
1.6.2. Đưa thuốc vào lòng mạch: Hình thức chủ yếu là tiêm vào tĩnh mạch lọai thuốc cản quang thải trừ qua đường thận. Dựa vào những hiểu biết về dược động học của thuốc cản quang trong cơ thể để quyết định lượng thuốc, tốc độ bơm và thời điểm chụp cắt lớp vi tính so với thời điểm bom thuốc. Với phương pháp này người ta có thêm những yếu tố để xác định chẩn đoán một sô' tổn thương do tổn thương ngấm thuốc cản quang nhiều hay ít hoặc không ngấm thuốc cản quang. Các hình thái ngấm cũng có thể khác nhau:
ngấm đều, ngấm thành đám, ngấm thành vành chung quanh tổn thương. Các hình ảnh trên thể hiộn sự khác biệt về mức độ và kiểu tưới máu cũng như tình trạng của hàng rào máu - não (barriere hémato-encépha-lique) bị mất hay bị vỡ của tổn thương so với mô lành cùng tạng.
t h í dụ : - u màng não (ménigniome), u thần kinh (Neurinome) ngấm mạnh và đồng đều thuốc cản quang, u thần kinh đệm (Gliome) ngấm thuốc thành đám
Khối áp xe mới hình thành do tổ chức hạt bao quanh áp xe rất giàu tuần hòan nên ngấm thuốc cản quang manh ở vành chung quanh.
u tế bào hình sao (astrocytome) bậc thấp, khối máu tụ không ngấm thuốc cản quang Dung dịch thuốc cản quang ta có thể dùng với liều lượng l-2m m g/kg cân nặng loại thuốc chứa từ 30 đến 38% iốt.
Theo một số tài liêu nước ngoài thì tùy từng nơi, có khoảng tò 50% đến 90% bệnh nhân được khám xét bằng chụp cắt lóp vi tính có sử dụng thuốc đối quang trong thăm khám.
M ột số trường hợp chung chỉ định dùng thuốc đối quang bằng đường tiêm: bệnh nhân đái tháo đường, suy thận, nhũn não mới xẩy ra (làm tăng phù não), mất nước, suy dinh dưỡng, suy tim... còn đối với người già thì phải hết sức thận trọng và dè dặt trong khám xét bằng chụp cắt lớp vi tính có tiêm thuóc đối quang.
59