BÁO CÁO CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I Đề tài: MULTISLICE CT TECHNOLOGY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO

CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I
Đề tài:

MULTI-SLICE CT TECHNOLOGY

Sinh viên thực hiện:

PHẠM THỊ LINH
Lớp ĐT 09 K57

Giảng viên hướng dẫn:

TS. NGUYỄN THÁI HÀ

Hà Nội, 1-2017


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

MỤC LỤC

2


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

DANH MỤC HÌNH ẢNH

3


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
4


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

3.1. Cuộc cách mạng tử 1 lên 64 lát cắt
Chụp cắt lớp vi tính (CT) đã được giới thiệu trong vào đầu những năm
1970 và đã cách mạng không chỉ X quang chẩn đốn, mà cịn tồn b ộ thói quen
y học. Vào đầu những năm 1990, sự ra đời của CT xoắn ốc tạo thành một bước
tiến hóa hơn nữa trong việc phát tri ển và ti ếp tục làm m ịn cơng ngh ệ hình
ảnh CT (Kalender 1990 và Crawford 1990). Cho đến lúc đó, thể tích ki ểm tra
phải được bao phủ bởi chuỗi các quét trục trong một chế độ “bước r ồi b ắn”,
vì thế được gọi là kĩ thuật quét chuỗi. Do đó, quét d ọc trục yêu cầu những l ần
kiểm tra kéo dài vì trễ quét giao thoa cần thiết để di chuy ển bàn từng b ước từ
một vị trí quét đến vị trí tiếp theo, và nó đã được đặt nghiêng để khơng ghi l ại
những chi tiết giải phẫu gây ra bởi những chuyển động tiềm năng của cấu
trúc giải phẫu giữa hai lần quét, vd: chuy ển động của bệnh nhân, th ở, nu ốt…
Với CT xoắn ốc, bàn bệnh nhân được dịch liên tục trong khi dữ liệu quét được
yêu cầu. Các điều kiện tiên quyết của thành công của CT xoắn ốc là s ự ra đ ời
của dàn vòng trượt, điều này loại trừ sự cần thiết phải tua lại các giàn sau
mỗi vịng quay và kích hoạt dữ liệu liên tục thu được trong nhi ều l ần quay.
Đối với lần đầu tiên, khối lượng dữ liệu có thể được thu mà khơng có nguy c ơ

khơng ghi lại hoặc ghi lại hai lần những chi tiết giải phẫu. Hình ảnh có th ể
được tái cấu trúc ở bất kì vị trí nào dọc theo trục bệnh nhân (tr ục d ọc) và s ự
tái cấu trúc hình ảnh bị chồng lấn có th ể được sử dụng đ ể cải thi ện đ ộ phân
giải dọc trục. Dữ liệu thể tích trở nên rất cơ bản cho ứng dụng như CT ch ụp
động mạch (Rubin 1995), điều này đã cách mạng hóa sự đánh giá sự không
chồng lấn của bệnh mạch máu. Khả năng thu nhận khối lượng dữ li ệu cũng
đã mở đường cho sự phát triển cơng nghệ xử lí hình ảnh 3D, cũng như s ự c ải
tạo đa mặt phẳng (MPR), những phép chiếu cường độ cao nhất (MIP), hiển thị
bóng bề mặt (SSD) và những kĩ thuật hồn trả thể tích (VRT) (NAPEL 1993).
Những cái này trở thành những công cụ sống cịn của hình ảnh y tế ngày nay.
Một cách lí tưởng, dữ liệu volume là của độ phân giải cao và đ ẳng hướng
trong tự nhiên, ví dụ, nguyên tố dữ liệu (<<voxel>>) của mỗi hình ảnh có kích
thước tương đương trong cả ba trục khơng gian, và hình thành những n ền
5


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
tảng cho hiển thị hình ảnh trong những mặt phẳng hình ảnh được đ ịnh
hướng tùy ý. Cho phần lớn các kịch bản lâm sàng, tuy nhiên, v ới CT xo ắn ốc
đơn lát cắt với thời gian quay giàn là 1s thì không th ể đáp ứng những đi ều
kiện tiên quyết. Để tránh những nhiễu chuyển động và tối ưu hóa sử dụng
thuốc tương phản (contrast bolus), những chẩn đoán CT xoắn ốc toàn c ơ th ể
cần được hoàn thành trong một khung thời gian nhất định, thông th ường, chu
kì nín thờ của một bệnh nhân (25-30s). Nếu phạm vi quét l ớn, nh ư là toàn b ộ
ngực hoặc bụng (30cm), phải được bao phủ với một CT xoắn ốc đơn lát trong
vịng một chu kì nín thở, một bộ chuẩn trực dày khoảng 5 – 8mm ph ải được
sử dụng. Trong khi độ phân giải trong mặt phẳng của một hình ảnh CT ph ụ
thuộc vào hệ thống hình học và hạt nhân tái tạo (reconstruction kernel) đ ược
chọn bởi người sử dụng, độ phân giải dọc theo trục z được xác định bằng độ
rộng lát chuẩn trực và thuật toán nội suy xoắn ốc. Một b ộ chuẩn tr ực dày 58mm dẫn đến sự ghép đôi không tương xứng đáng kể giữa độ phân giải d ọc

trục và độ phân giải trong mặt phẳng, điều này thường là 0.5-0.7mm ph ụ
thuộc vào hạt nhân tái tạo. Vì vậy, với một CT xoắn ốc đ ơn lát, đ ộ phân gi ải
đẳng hướng lí tưởng chỉ có thể đạt được cho những phạm vi quét hết sức gi ới
hạn (KALENDER 1995).
Chiến lược để đạt được thể tích bao phủ thực tế hơn với độ phân giải
dọc trục được cải thiện thì bao gồm sự thu nhận đồng thời nhiều hơn 1 lát
cắt ở một thời điểm và một sự giảm thời gian quay giàn. Rất thú v ị, nh ững
chụp cắt lớp điện toán y tế đầu tiên là những hệ thống hai lát cắt, như quét
não EMI, được giới thiệu vào năm 1972, hoặc Siemens SIRETOM, đ ược gi ới
thiệu vào năm 1974. Với sự tiên tiến của hệ thống CT búp sóng hình quạt tồn
bộ cơ thể cho chụp X quang thơng thường, sự thu nhận 1 lát thì khơng cịn
được sử dụng nữa. Ngoài một hệ thống 2 lát cắt ban đầu cho những ứng dụng
tim mạch, IMATRON C-100, được giới thiệu năm 1984, bước đầu tiên hướng
đến thu nhận đa lát trong chụp X quang thông th ường là m ột CT scanner 2 lát
cắt được giới thiệu vào năm 1993 (Elscint TWIN) (LIANG 1996). Năm 1998,
tất cả những nhà sản xuất chuyên về CT đã gi ới thi ệu nh ững h ệ th ống CT đa
lát (MSCT), điều này cung cấp một cách đi ển hình s ự thu nh ận đ ồng th ời 4 lát
6


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
cắt ở thời gian quay giảm xuống 0.5s. Điều này là một cải thi ện đáng k ể trong
tốc độ quét và độ phân giải dọc trục và được cung cấp sự s ử dụng công su ất
tia X (Klingen-beck 1999, McCollough 1999, Ohnesorge 1999, Hu 2000). Nh ững
sự phát triển này được cơng nhận một cách nhanh chóng như m ột s ự c ải ti ến
cách mạng cái mà cuối cho phép những người sử dụng tạo ra hình ảnh 3D
đẳng hướng thực tế. Do đó, tất cả các nhà cung cấp thúc đẩy theo hướng
nhiều và nhiều hơn nữa các lát cắt, biến số lượng lát cắt thành đặc tính th ể
hiện quan trọng nhất của một CT scanner. Hình 3.1 bi ểu di ễn s ự thực hi ện
của những hệ thống CT mới, đã đo bởi số lượng lát cắt trong mỗi vòng quay, ở

thời điểm giới thiệu ra thị trường của nó. Thú vị, tương tự với định luật
Moore’s trong cơng nghiệp máy tính, sự tăng s ố lượng lát là theo hàm mũ, x ấp
xỉ gấp đơi mỗi 18 tháng.

Hình 3.1. Số lượng lát của CT scanners mới ở thời gian giới thi ệu ra th ị tr ường.

Sự thực hiện số lượng lát tăng gấp đôi mỗi 18 tháng.
Sự thu nhận đồng thời N lát cắt dẫn đến tăng tốc độ N l ần n ếu tất c ả các
thơng số khác, ví dụ như độ dày lát, là không đổi. Đi ều này tăng s ự th ực hi ện
của CT đa lát so với CT đơn lát cho phép tối thi ểu hóa m ột s ự đa s ạng tr ạng
thái của những giao thức lâm sàng. Thời gian ki ểm tra cho nh ững giao th ức
đầy đủ có thể được giảm một cách đáng kể, điều này được ch ứng minh là
7


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
mang lại lợi ích ngay lập tức cho sự đánh giá nhanh và toàn di ện nh ững ch ấn
thương nạn nhân và những bệnh nhân khơng hợp tác. Ngồi ra phạm vi quét
mà có thể bao bọc trong một thời gian quét nhất định được m ở rộng b ởi nhân
tố N, điều này thích hợp cho giai đoạn ung thư hoặc cho CT ch ụp m ạch v ới
phạm vi bao phủ được mở rộng, ví dụ, các chi dưới (RUBIN 2001). L ợi ích lâm
sàng quan trọng nhất, tuy nhiên, được chứng minh mang lại khả năng quét
một thể tích giải phẫu cho trước trong một th ời gian quét cho tr ước v ới đ ộ
rộng lát cắt được giảm một cách căn bản. Cách này, cho rất nhi ều ứng dụng
lâm sàng, mục đích của độ phân giải đẳng hướng là trong tầm tay v ới h ệ
thông CT 4 lát. Những kiểm tra cho toàn bộ cổ ngực (SCHOEPF 2001) hoặc
bụng (Klingenbeck 1999) bây giờ có thể thường xuyên được thực hiện với
một độ rộng lát cắt khoảng 1mm hoặc 1.25 mm. CT đa lát cũng được mở r ộng
sang lĩnh vực trước đây được coi là vượt xa phạm vi của nhưng CT scanners
xoắn ốc thông thường, như là chẩn đốn mạch thơng thường (Ohnesorge

2001, Schoepf 2003), CT liều thấp độ phân giải cao của phổi (swensen 2002),
colonography CT ảo (Macari 2002, wessling 2003), và sự tạo ảnh tim với sự bổ
sung khả năng van (gating capability) ECG. Sự gi ới thi ệu CT 4 lát v ới th ời gian
quay giàn 0.5s và sự tiếp cận tái tạo hình ảnh chun mơn đại di ện m ột bước
đột phá trong CT cơ khí cho sự tạo ảnh. Độ phân giải th ời gian cho s ự thu
nhận của một hình ảnh được cải thiện thành 250ms và ít hơn (Kachelriess
2000, Ohnesorge 2000), đủ cho tạo hình ảnh chuyển động tự do của tim ở pha
giữa và cuối tâm trương vào lúc chậm để làm dịu nhịp tim (HONG 2001). V ới 4
lát được thu nhận cùng một lúc, sự bao phủ toàn bộ th ể tích tim v ới nh ững lát
cắt mỏng và cổng ECG trong một chu kì nhịn thở đơn tr ở nên có th ể th ực hi ện
được, cho phép hình dung khơng xâm lấn hình thái tim và động m ạch vành
(Ohnesorge 2000, achenback 2000, knez 2000, Neiman 2001). Mặc dù tất c ả
những tiến bộ đầy hứa hẹn này, những thách thức và giới hạn lâm sàng vẫn
tồn tại trong những hệ thống CT 4 lát. Độ phân gi ải đẳng hướng xác th ực cho
những ứng dụng thơng thường thì vẫn chưa đạt được, bởi vì độ phân giải dọc
trục khoảng 1mm thì khơng phù hợp hồn toàn với độ phân gi ải trong mặt
phẳng khoảng 0.5 đến 0.7mm trong một lần quét thông th ường của ngực
8


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
hoặc bụng. Với những thể tích lớn hơn, như là CT chụp mạch chi d ưới run-off
(Rubin 2001), dày hơn (ví dụ: 2.5mm) những lát chuẩn trực phải được chọn
để hoàn thành phép quét trong một khoảng thời gian hợp lí. Những th ời gian
quét thường quá dài để cho phép sự thu nhận hình ảnh trong su ốt pha đ ộng
mạch tinh khiết. Đối với CT chụp mạch vòng của Willis, cho tr ường h ợp, m ột
phạm vi quét khoảng 100mm phải được bao bọc (Villablanca 2002). V ới CT 4
lát, ở một độ rộng lát chuẩn trực 1mm, một pitch 1.5, và th ời gian quay giàn
0.5s, thể tích nà có thể được bao bọc trong một th ời gian qt khoảng 9s, đi ều
này thì khơng đủ nhanh để tránh chồng lấn tĩnh mạch giả s ử th ời gian tu ần

hoàn não nhỏ hơn 5s. Với chụp CT mạch vành cổng ECG, ống nâng đỡ m ạch
hoặc sự vơi hóa đơng mạch nghiêm trọng gây nên một sự khó khăn trong chẩn
đốn, phần lớn là vì nhiễu thể tích cục bộ như một hệ quả của độ phân gi ải
dọc trục không đủ (Neiman 2001). Cho những bệnh nhân có nhịp tim cao, s ự
lựa chọn một cách cẩn thận khoảng tái cấu trúc riêng rẽ cho nh ững đ ộng
mạch vành khác nhau được ủy nhiệm (Kopp 2001). Thời gian nín thở khoảng
40s được yêu cầu để bao phủ tồn bộ thể tích tim khoảng 12cm v ới 4 lát c ắt
CT thì hầu như có thể cho bệnh nhân với khuyết tật về tim đồng ý làm theo.
Khi ở bước tiếp theo, sự giới thiệu hệ thống CT 8 lát cắt trong năm 2000
cho phép thời gian quét ngắn hơn, nhưng không cung cấp độ phân gi ải d ọc
trục được cải thiện (bộ chuẩn trực mỏng nhất 8x1.25mm). Sau này đã đạt
được với sự ra đời CT 16 lát (FLOHR 2002 a, FLOHR 2002b), đi ều này làm nó
có thể thường xuyên thu nhận được thể tích giải phẫu đáng kể với độ phân
giải khơng gian đẳng hướng dưới milimet. Cải thiện độ phân gi ải dọc tr ục đi
cùng với ciệc giảm đáng kể thời gian quét cái cho phép ki ểm tra ch ất l ượng
cao trong những bệnh nhân khó thở và suy ki ệt nghiêm tr ọng (hình 3.2).
Những thực hành lâm sàng gợi ý tiềm năng của CT chụp mạch để thay th ế ống
thông can thiệp chụp mạch trong việc đánh giá chứng hẹp động mạch cảnh
(LELL 2002). Cho những bệnh nhân nghi ngờ bị đột quỵ thiếu mãu não cục bộ,
cả hai trạng thái của mạch cung cấp não và v ị trí tắc nghẽn trong s ọ có th ể
được đánh giá trong cùng một lần kiểm tra (Ertl-wagner 2002). CT tưới mãu
não bổ sung cho phép phân biệt các mô não hư h ỏng không th ể ph ục h ồi v ới
9


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
những mơ bị suy yếu thuận nghịch đang ở trong nguy hiểm (Tomandl 2003).
Những kiểm tra toàn bộ ngực (350mm) với những bộ chuẩn trực nhỏ vào
milimet yêu cầu một thời gian quét khoảng 11s. B ởi vì th ời gian nh ịn th ở
ngắn, tắc mạch phổi trung tâm và ngoại vi có thể được chẩn đốn tin cậy và

chính xác (Remy-Jardin 2002, Schoepf 2003). Chụp mạch toàn bộ cơ th ể
nghiên vứu với độ phân giải nhỏ hơn milimet trong chu kì nhịn th ở đơn cũng
có thể với CT 16 lát. So sánh với chụp mạch xâm l ấn, thông tin hình thái t ương
tự đạt được (Wintersperger 2002 a, Wintersperger 2002b). Quét tim c ổng ECG
với hệ thống CT 16 lát đem lại lợi ích cả về cải thiện độ phân gi ải th ời gian
0.375s và cải thiện độ phân giải không gian (Nieman 2002). Như là h ệ qu ả
của sự tăng lên vững mạnh của công nghệ, đặc đi ểm và phân loại các m ảng
bám động mạch vành đang trở nên khả thi ngay cả trong s ự hi ện di ện c ủa vơi
hóa (Ropers 2003).

Hình 3.2.a-c. Trường hợp nghiên cứu bao gồm những lát cắt dọc tr ục và và s ự

cải tạo đa mặt phặng vòng (MPRs) của một bài kiểm tra ng ực minh h ọa nh ững
thực hành lâm sàng ở một CT đơn lát (lát 7mm, 30s), b là CT 4 lát (lát c ắt
1.25mm, 30s) và c là Ct 16 lát cắt (nh ững lát 0.75mm, 10s). S ự khác nhau trong
chất lượng hình ảnh chẩn đốn thì thể hiện rõ nhất trong MPRs. Nh ững hình
10


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
ảnh đơn lát và 4 lát thì được tổng hợp từ dữ liệu CT 16 lát. ( Case courtesy of the
Medical University of South Carolina, Charleston, USA).
Hiện tại, cuộc đua cho nhiều lát hơn thì tiếp tục tăng. Trong năm 2004,
tất cả các nhà sản xuất CT lớn giới thiệu thế hệ tiếp theo của những h ệ th ống
CT đa lát, với 32, 40 và thậm chí thi nhận 64 lát cắt cùng m ột lúc, đi ều này
mang lại một bước tiến xa hơn trong tốc độ bao phủ thể tích. Nhưng trái lại
phần lớn những máy quét tăng số lượng lát thu nhận bằng cách tăng s ố hàng
đầu dò, một số máy quét mới sử dụng công nghệ lấy mẫu có l ọc truy ền th ống
với chù kì chuyển động của tiêu điểm theo hướng z (tiêu đi ểm z-flying). Đi ều
này vì vậy được gọi cơng nghệ lấy mẫu z kép và có thể tăng cường nhi ều h ơn

độ phân giải dọc trục và chất lượng hình ảnh trong thói quen lâm sàng
(FLOHR 2003). Với thời gian quay giàn giảm xuống 0.33s, độ phân giải th ời
gian cho những kiểm tra ECG-gates thì lại được cải thi ện đáng k ể. S ự ti ến b ộ
trong độ phân giải không gian dọc trục từ CT 4 lát lên 64 lát có th ể đ ược
chứng minh tốt nhất với phantom độ phân giải z (z-resolution phantom), đi ều
này bao dồm một đĩa Lucite với những hàng l ỗ hình trụ th ẳng hàng theo
hướng z. Máy quét CT 4 lát với bộ chuẩn trực 4x1mm có th ể phân gi ải nh ững
vật thể 0.8mm. Với bộ chuẩn trực 16x0.75mm, những vật thể 0.6mm có thể
được phác họa. Công nghệ máy quét CT 64 lát mớ nhất sử dụng bộ chuẩn tr ực
0.6mm và lấy mẫu z kép có thể phân giải thơng thường những v ật th ể 0.4mm,
như được chứng minh trong hình 3.3.
Phần lớn những thế hệ hệ thống CT gần đây sẽ làm những kiểm tra CT
chụp mạch với độ phân giải bé hơn milimet có th ể thực hiện trong pha đ ộng
mạch tinh khiết thậm chí cho phạm vi giải phẫu mở rộng h ơn. CT ch ụp m ạch
cho động mạch cảnh và vòng của Willis với lát 64x0.6mm, th ời gian quay
0.375s và pitch 1.5 yêu càu chỉ 5s cho một phạm vi quét 350mm, như được
biều diễn trong hình 3.4. CT chụp mạch tồn bộ cơ thể sub-milimeter v ới
phạm vi quét 1500mm, lát 64x0.6mm, thời gian quay 0.375s, và pitch 1.2-1.4
sẽ được hoàn thành chỉ trong 22-24s (hình 3.5).

11


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

Hình 3.3. Độ phân giải không gian theo hướng dọc trục (z) cho nh ững công ngh ệ

máy quét CT đa lát khác nhau. Một phantom phân gi ải đ ặc bi ệt ch ứa nh ững l ỗ
hình trụ chứa đầy khơng khí có đường kính xác định khác nhau trong m ột đĩa
Lucite được dử dụng. Trong đó, máy quét CT 16 lát có th ể phân gi ải nh ững đ ối

tượng xấp xỉ 0.6mm theo hướng dọc trục, máy quét CT 64 lát m ới nh ất s ử d ụng
cơng nghệ lấy mẫu z kép có thể phân giải những đối tượng giảm xu ống kích
thước 0.4mm theo hướng này.

12


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

Hình 3.4. Ví dụ lâm sàng của chụp mạch CT động m ạch c ảnh và vòng c ủa Willis

theo hiển thị 3D volume-rendering để minh họa cho máy quét CT 64 lát m ới v ới
tiêu điểm z-flying. Những thông số quét: 120kV, mAs hiệu dụng 150, b ộ chu ẩn
trực 0.6mm, thời gian quay giàn 0.375s, pitch 1.4, th ời gian quét 6s cho ph ạm vi
quét 150mm. Mũi tên chỉ một vài chứng hẹp động mạch c ảnh. (Đ ại h ọc
Erlangen, Đức)
Quét tim sẽ lại được lợi cả từ độ phân giải không gian và th ời gian tăng,
làm cho thuận tiện cho việc tích hợp thành cơng chụp CT động mạch vành vào
những thuật toán lâm sàng thường quy. Độ phân giải th ời gian được cái thi ện
đạt được với thời gian quay giàn 0.33 s có tiềm năng đ ể tăng tình tr ạng có s ức
khỏe lâm sàng ở nhịp tim cao hơn, vì vậy giảm đáng kể s ố lượng bênh nhân
yêu cầu phải điều khiển nhịp tim.
13


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
Bàng 3.1 biểu diễn những ví dụ giao thức quét cho những thế hệ khác
nhau của mát CT scanners để minh họa. Những thơng tin cập nhật h ết s ức
hữu ích liên quan đến CT đa hàng đầu dị cũng sẵn có trên m ạng, ví d ụ ở trang
web UK MDA CT (www.medical-devices.gov.uk or at www.ctisus.org).

Hình 3.5. Ví dụ về kiểm tra CT chụp mạch toàn bộ cơ thể s ử d ụng CT 64 lát v ới

tiêu điểm z-flying. Những hiển thị phóng to của những vùng gi ải ph ẫu riêng l ẻ
đã chứng minh độ phân giải cục bộ không bị làm tổn hại. Những thông s ố quét:
120kV, mAs hiệu dụng 150, bộ chuẩn trực 0.6mm, thời gian quay dàn 0.375s,
pitch 1.4, thời gian quét 24s cho phạm vi quét 1570mm. (Đ ại h ọc Erlangen và
đại học Tubingen, Đức).

14


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
Bàng 3.1. Những giao thức quét cho quét ng ực v ới nh ững th ế h ệ máy CT
scanner khác nhau. Với những CT scanners 1 lát cắt cũ h ơn, ng ười s ử d ụng ph ải
cân nhắc độ phân giải dọc trục và tốc độ quét

3.2. Nguyên lí của thiết kế hệ thống CT đa lát
Những yêu cầu cơ bản cho máy quét CT đa lát cho tầm phủ sóng r ộng có
thể được tóm gọn trong hai yêu cầu sau đây:
1. Sự thu nhận dữ liệu liên tục (khả năng tái tạo hình ảnh ở bất cứ vị trí z
nào)
2. Khả năng để quét phạm vi dài trong khoảng thời gian ngắn mà không
tổn hại đến độ phân giải dọc trục.
Yêu cầu đầu tiên gọi là một sự thu nhận xoắn ốc. Bước đột phá trong CT
đa lát xoắn ốc mang lại vào khoảng năm 1988 là do thực tế là nó có th ể đáp
ứng yêu cầu thứ hai: độ phân giải dọc trục tối đa được định nghĩa bời kích
thước những pixel đầu dị dọc trục đơn độc hơn là bởi một s ự k ết h ợp c ủa
bước xoắn ốc và bộ chuẩn trực đầu dò như trong máy quét xoắn ốc đơn lát.
Hơn nữa máy quét xoắn ốc đa lát cung cấp tính năng mới cho phép đ ộ phân

giải dọc trục được xác định trong bước tái tạo hình ảnh, tức là sau khi vi ệc
quét đã được thực hiện.
Những thách thức trong công nghệ của CT đa lát rất đa dạng: Một đầu dị
có thể đo hàng ngàn kênh ở một thời đi ểm phải được xây dựng, dữ liệu ph ải
đươc truyền tới hệ thơng tái tạo hình ảnh, và một thuật tốn tái tạo thích h ợp
phải được xây dựng.
Những công cụ hệ thống cơ bản cho hệ th ống CT thế hệ th ứ ba hi ện đ ại
được biểu diễn trong hình 2.2. Những máy quét CT thế hệ thứ ba sử dụng một
15


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
“rotate/rotate” hình học, trong đó cả ống tia X và đầu dị quay xung quang
bệnh nhân (hình 2.2d). Trong một hệ thống Ct đa lát, những đầu dị g ồm có
rất nhiều hàng khoảng 700 hoặc hơn những phần tử đầu dị có thể bao ph ủ
một trường quét tầm nhìn (SFOV) khoảng 50cm. Sự hấp thụ tia X của các đ ối
tượng được đo bởi những phần tử đầu dò riêng biệt. Mỗi giá trị đo được đặc
trưng bởi: (1) góc chiếu của nó , ví dụ, hệ tọa độ góc của đường nối trung tâm
đầu dò và điểm tiêu cự của ống tia X, (2) góc quạt , ví dụ, góc gi ữa m ỗi đ ầu dò
riêng biệt và đường trung tâm, và (3) chỉ s ố lát cắt m. Tất c ả nh ững giá tr ị đo
thu nhận ở cùng một vị trí góc của hệ thống đo đạc, đó nghia là, ở cùng , đ ược
gọi là một phép chiếu tầm nhìn (projection of view). Đi ển hình, 1000 phép
chiếu đã được đo trong suốt mỗi phép quay 360 0. Một tập hợp thay phiên
nhau của các biến mô tả đặc điểm các tia đo là và m, trong đó là góc ph ương
vị và b miêu tả khoảng cách của tia từ iso-center (hình 3.6). được s ử dụng khi
dữ liệu phép chiếu thì theo hình dạng phép chi ếu chùm tia hình qu ạt (fan
beam), và b được sử dụng để ghi nhãn những tia khi dữ liệu phép chi ếu được
hình thành trong phép chiếu song song. Phân l ớn những máy quét CT hi ện đ ại
sử dụng “rebinning”, điều này là một phép nội suy của dữ liệu chùm tia hình
quạt được đo thành dữ liệu song song, vì hình h ọc song song đ ơn gi ản hóa tái

tạo hình ảnh.
Tồn bộ thành quả của một hệ thống CT phụ thuộc vào vài thành phần
chủ chốt. Những cái này bao gồm nguồn tia X; nguồn công su ất l ớn, đầu dò, và
điện tử học đầu dò; hệ thống truyền dữ liệu (vịng trượt); và hệ th ống máy
tính cho việc tái tạo và thao tác với hình ảnh.
State-of-the-art của sự kết hợp ống/nguồn sinh tia X cấp m ột công suất
đỉnh khoảng 60-100kW, thường ở những điện áp khác nhau cho người dùng
chọn, ví dụ, 80, 100, 120 và 140kV. Những ứng dụng lâm sàng khác nhau yêu
cầu phổ tia X khác nhau và kV tăng cường khác nhau được cài đặt đ ể tối ưu
hóa chất lượng hình ảnh và/hoặc tỉ số tín hiệu trên nhiễu tốt nhất ở li ều b ức
xạ thấp nhất. Như một ví dụ, những ki ểm tra chụp mạch thơng th ường có l ợi
từ một điện áp thấp (SCHOPF 2003). Trong một thiết kế ống tia quy ước, một
đĩa anode điển hình là đường kính 160-220 mm quay trong ống chân khơng
16


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
(hình 3.7a). Dung lượng chịu nhiệt của đĩa anode và ống tia- được đo theo đ ơn
vị mega heats (MHU)- xác định mức công suất: Đĩa anode càng l ớn, khả năng
chịu nhiệt càng rộng, và số giây quét càng lớn có thể phân phát đến tận khi đĩa
anode đạt đến giới hạn nhiệt của nó. Điển hình, state-of-the-art quy ước c ủa
ống tia X có trữ lượng nhiệt 5-9 MHU, thu được bằng tầng chì dày gắn vào mặt
sau của đĩa anode. Nhiệt sinh ra trong anode trong suốt quá trình phát xạ tia X
thì phần lớn xua tan thơng qua phát xạ nhiệt, với chỉ một phần trăm nh ỏ
thông qua tính dẫn nhiệt (hình 3.7a). Các đế tản nhiệt loại vừa 0.51.8MHU/phút thường giới hạn tốc độ quét cũng như cơng suất tối đa cho m ỗi
lần qt. Mục đích nỗ lực xây dựng ở cả tăng dung lượng nhi ệt và t ốc đ ộ tản
nhiệt, ví dụ, bằng cách tăng đường kính anode, sử dụng đường rãnh trịn trên
nguồn cung cấp anode để tăng diện tích tiếp xúc để cải thi ện vi ệc làm mát,
hoặc sử dụng những giá đỡ chân không hỗn hợp lỏng cái cho phép tốc độ quay
anode nhanh hơn. Một thiết kế luân phiên thì cũng vì thế được gọi là ống bao

bọc- quay (rotating-envelope tube), như được minh họa trong hình 3.7b và 3.8.
Đĩa anode bao gồm một thành bên ngoài rotating tube housing; nó vì v ậy ti ếp
xúc trực tiếp với dầu làm mát và có thể được làm mát hiệu qu ả b ằng đ ộ d ẫn
nhiêt. Theo cách này, tốc độ tản nhiệt rất cao khoảng 5MH/min đ ạt được, khử
tích lũy nhiệt cần thiết trong anode, điều này dẫn đến có m ột dung l ượng l ưu
trữ nhiệt giảm gần xuống 0. Vì sự làm mát nhanh chóng của anode, rotatingenvelope tubes có thể thực hiện quét công suất cao trong s ự k ế th ừa nhanh
chóng (rapid succession). Với rotating-envelope tubes, có tới 5 đường xo ắn ốc
(spirals) 10s tồn cơng suất có thể thực hiện trong vịng 100s (SCHARDT
2004). Cuối cùng, cơng suất của cả ống thường quy và ống rotating-envelope
đều bị giới hạn bởi sự tản nhiệt tối đa của bản thân hệ th ống CT. Vì khơng có
những thành phần di chuyển và khơng có vịng bi trong ống chân khơng, thi ết
kế ổng có thể nhỏ và đặc (đường kính anode là 12cm) để nó có ti ềm năng
chịu được lực hấp dẫn tốt hơn kết hợp với thời gian quay giàn <0.4s. Vì trung
tâm cathode quay, sự làm lệch điện trường vĩnh cửu của chùm tia electron là
cần thiết để định vị và định hình cho tiêu điểm trên anode. Sự làm lệch đi ện

17


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
trường quay là điều kiện tiên quyết cho tiêu điểm flying (flying focal spot)
theo hướng được sử dụng trong phần lớn hệ thống CT 64 lát gần đây.
Với sự tăng số lượng hàng dò và giảm thời gian quay giàn, hệ th ống
truyền dữ liệu của những máy quét đa lát phải có khả năng xử lí t ốc đ ộ d ữ
liệu đáng kể. Một hệ thống CT 4 lát với th ời gian quay 0.5s đại khái sinh ra
1000x700x4x2 Bytes=5.6MB dữ liệu mỗi vòng quay, tương ứng với 11.2MB/s;
một máy quét CT 16 lát với cùng thời gian quay sinh 45MB/s và hệ th ống CT
64 lát có thể sản xuất ra 180-200MB/s. Dòng dữ liệu này là một thách th ức
cho sự truyền dữ liệu đi khỏi thành phần quay của giàn và cho xử lí d ữ li ệu
thời gian thực trong hệ thống tái tạo hình ảnh. Trong những hệ thống CT hiện

đại, công nghệ truyền không tiếp xúc (contactless) thường được sử dụng
trong truyền dữ liệu; nghĩa là, hoặc truyền laser hoặc truyền đi ện từ v ới s ự
ghép cặp giữa một ănten phát vòng quay và một ăng-ten nhận tĩnh. Trong tái
tạo hình ảnh, những hình ảnh máy tính được tái tạo ở tốc đệ lên t ới 40 ảnh/s
sử dụng bộ xử lí mảng đặc biệt.

Hình 3.6. Sự định nghĩa của những biến được sử dụng để mô tả đ ặc đi ểm tia X

đo của máy quét CT. Một phép chiếu song song đạt được bởi những tia t ổ hợp
từ những phép chiếu chùm tia hình quạt.

18


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

Hình 3.7. Một ống tia X quy ước (a) và một ống tia X quay-bao b ọc (rotating-

envelope) (b). Những điện tử phát xạ từ cathode được đại diện bởi các đ ường
màu xanh, những tia X sinh ra từ anode được miêu tả nh ư mũi tên màu tía.
Trong ống tia X quy ước đĩa anode quay trong ống chân không. Nhi ệt thì ph ần
lớn bị xua tam thơng qua phát xạ nhiệt. Trong ống tia bao b ọc quay, đão anode
cấu tạo một bức tường bên ngoài ống tia và liên h ệ tr ực ti ếp v ới d ầu làm mát.
Nhiệt được xua tan hiệu quả thông qua tính dẫn nhi ệt, và t ỉ l ệ làm mát là tăng
đáng kể.
Ống bao bọc-quay thì khơng có bộ phận di chuyển và khơng có vịng bi trong
ống chân không.
Những hệ thống CT hiện đại thông thường sử dụng những đầu dò tr ạng
thái lỏng. Mỗi phần tử đầu dò bao gồm một vật li ệu rắn nh ạy v ới bức x ạ
(như là cadmium tungstate, gadolinium-oxide, or gadolinium oxisulfide v ới li ều

kích thích phù hợp), chúng chuyển đổi những tia X hấp th ụ được thành ánh
sáng nhìn thấy. Ánh sáng được phát hiện bởi diode quang silic. Dòng đi ện đ ầu
ra được khuếch đại lên và chuyển đổi thành một tín hi ệu số. Nh ững yêu c ầu
chính cho một chất liệu đầu dò phù hợp là sự hi ệu qu ả c ủa vi ệc phát hi ện và
thời gian dư huy (thời gian ánh sáng tàn) cho phép tốc độ quay của giàn nhanh
cái mà cần thiết chi hình ảnh về tim ECG-gated. Những đầu dị khí, nh ư là
những đầu dò xenon được sử dụng trong những thế hệ trước của CT đ ơn lát,
trong khi đó đã trở nên lỗi thời do hiệu quả phát hiện giới hạn của chúng.

19


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
Một đầu dị CT phải cung cấp những độ rộng lát cắt khác nhau đ ể đi ều
chỉnh tốc độ quét tối ưu, độ phân giải dọc trục, và những nhi ễu ảnh cho m ỗi
ứng dụng. Với một đầu dò CT đơn lát, những độ rộng lát chuẩn trực khác nhau
đạt được bởi sự chuẩn trực trước bệnh nhân (pre-patien) của chùm tia X
(Hình 3.9). Hình 3.9 biểu diễn một mơ hình rất cơ bản của một đầu do CT 2
lát bao gồm hai hàng đầu dò sinh ra hai lát mỗi vòng quay. Nh ững đ ộ r ộng lát
cắt khác nhau đạt được bởi sự chuẩn trực tiền bệnh nhân (pre-patient) khi
đầu dò được chia nửa dọc theo hướng z của chùm tia X.

Hình 3.9. Bộ chuẩn trực tiền bênh nhân của chùm tia X để đạt nh ững độ rộng

lát cắt chuẩn trực khác nhau với một đầu dò đơn lát hoặc m ột đầu dò CT hai
lát.
Việc thu nhận nhiều hơn 2 lát mỗi vịng quay, ngun lí thi ết kế đơn gi ản
này phải được thay thế bởi cái linh hoạt hơn, trong đó s ố lượng hàng đầu dị
thì lớn hơn số lượng lát thu nhận đồng thời. Để có thể chọn những độ rộng lát
khác nhau, một vài hàng đầu dò được kết hợp một cách đi ện tử

(electronically) thành một số lượng lát nhỏ hơn theo chu ẩn tr ực chùm tia
được chọn và độ rộng lát mong muốn.
20


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
Với những hệ thống CT 4 lát được giới thiệu vào năm 1998, hai lo ại đ ầu
dò thường được sử dụng. Đầu dò mảng cố định bao gồm những phần tử đầu
đo với những kích thước tương đương nhau theo hướng dọc trục. Một ví dụ
đại diện cho loại máy quét này có 16 mảng đầu dị, mỗi cái trong s ố chúng xác
định một độ rộng lát cắt ở trung tâm quay khoảng 1.25mm (Hu 1999, Hu
2000, McCollough 1999). Độ bao phủ tổng theo hướng dọc trục là 20mm ở
iso-center, bởi vì để phóng đại hình học, đầu dị thực tế thì thường rộng gấp
đơi. Bằng các chuẩn trực tiền bệnh nhân và kết hợp những tín hiệu của những
hàng đầu dò riêng biệt, những độ rộng lát sau (được đo ở iso-center) đ ược thu
là: 4x1.25, 4x2.5, 4x3.75 và 4x5mm (hình 3.10a). Sự thi ết kế những đ ầu dị
giống nhau có thể được sử dung cho một phiên bản 8 lát của hệ thống này, v ới
độ rộng lát chuẩn trực là 8x1.25 và 8x2.5mm.
Một cách tiếp cận khác sử dụng một thiết kế đầu dị mảng thích ứng, cái
này bao gồm những hàng đầu dị với kích thước khác nhau theo h ướng d ọc
trục. Những máy quét loại này có 8 hàng đầu dị cái có thể được kết h ợp đ ể
mang lại những cài đặt lát chuẩn trực khác nhau (Klingerbeck 1999,
Ohnesorge 1999). Những độ rộng lát theo hướng dọc trục phạm vi từ 1 tới
5mm (ở iso-center) và cho phép những độ rộng lát chu ẩn tr ực sau: 2x0.5,
4x1.4, 2x2.5, 4x5, 2x8, và 2x10mm (hình 3.10b).
Sự lựa chọn độ rộng lát chuẩn trực xác định độ phân giải dọc trục n ội tại
(intrinsic) của một lần quét. Trong một chế độ dọc trục “bước và ch ụp” (step
and shoot), bất kì bội số của độ rộng được chuẩn trực nào của m ột lát đ ầu dị
nào cũng có thể đạt được bằng cách thêm những tín hiệu đầu dị trong su ốt
q trình tái tạo ảnh. Theo chế độ xoắn ốc, độ rộng lát hiệu dụng- cái này

thướng được định nghĩa như độ rộng đầy đủ ở nửa tối đa (full width at haft
maximum- FWHM) của độ nhạy mặt nghiêng lát cắt (slice sensitivity profileSSP) xoắn ốc- được điều chỉnh một cách độc lập trong xử lí nội suy xoắn ốc
trong suốt quá trình tái tạo ảnh. Vì vậy, từ tập h ợp dữ li ệu gi ống nhau, c ả
những lát cắt hẹp cho chi tiết độ phân gi ải cao ho ặc x ử lí sau 3D và nh ững lát
cắt rộng cho độ phân giải tương phản tốt hơn hoặc xem lại (review) và quay
phim nhanh có thể đạt được.
21


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
Những hệ thống Ct 16 lát được thiết lập thơng thường có những mảng
đầu dị thích ứng. Một ví dụ đại diện cho loại máy quét này sử dụng 24 hàng
đầu dò (Flohr 2002). 16 hàng trung tâm xác định một đ ộ rộng lát chuẩn tr ực
0.75mm ở iso-center; 4 hàng bên ngồi ở cả hai phía xác đ ịnh m ột đ ộ r ộng lát
chuẩn trực 1.5mm (hình 3.10c). Độ bao phủ tổng theo hướng dọc trục là
24mm ở iso-center. Bằng cách kết hợp một cách thích h ợp những tín hi ệu của
những hàng đầu dị riêng biệt, hoặc 12 hoặc 16 lát, mỗi cái v ới m ột đ ộ r ộng
lát chuẩn trực khoảng 0.75mm hoặc 1.5mm, có th ể được thu nh ận đồng th ời.
Phần lớn những máy CT 16 lát thương mại sẵn có s ử d ụng những thi ết k ế b ộ
dò giống nhau, một phần với những cái đặt chuẩn trực khác nhau (ví dụ, đ ộ
rộng

lát

chuẩn

trực

16x0.625mm/16x1.25mm

hoặc

16x0.5mm/16x1mm/16x2mm).
Năm 2004, thế hệ mới nhất của những hệ thống CT đa lát cung c ấp
nhiều hơn 16 lát, lên tới 64 lát mỗi vòng quay, được gi ới thi ệu. M ột trong
những máy quét mới nhất sử dụng một đầu dò mảng thích ứng v ới tổng 40
hàng đầu dị và kĩ thuật lấy mẫu trục z kép cái nhân đôi s ố l ượng lát c ắt thu
được mỗi vòng. 32 hàng đầu dò trung tâm của máy quét này xác đ ịnh môt đ ộ
rộng lát chuẩn trực 0.6mm ở iso-center; 4 hàng bên ngồi ở cả hai phía xác
định một độ rộng lát chuẩn trực 1mm (hình 3.10d). Khi tất cả 40 hàng đầu dò
được rọi sáng, độ bao phủ tổng theo hướng dọc trục lf 28.8mm. Sử dụng m ột
chuyển động có chu kì của tiêu điểm theo hướng z (tiêu đi ểm z-flying), s ự đ ọc
hai chuỗi con 32 lát với một độ rộng láy chu ẩn tr ực 0.6mm thì đ ược d ịch nh ẹ
theo hướng z và được kết hợp để dinh ra một phép chiếu 64 lát v ới khoảng
cách lấy mẫu 0.3mm ở iso-center. Với kĩ thuật lấy mẫu trục z kép này, 64 lát
chồng chéo 0.6mm mỗi vòng được thu nhận. Ngoài ra, 24 lát, mỗi cái v ới đ ộ
rộng lát 1.2mm có thể đạt được để cung cấp độ bao ph ủ đầu dò d ọc tr ục đầy
đủ là 28.8mm.
Một thiết kế hệ thống 40 lát khác cung cấp 40 lát dựa trên thi ết k ế đ ầu
dị mảng thích ứng với bộ chuẩn trực 40x0.625mm hoặc 32x1.25mm với độ
bao phủ khoảng 40mm ở iso-center (hình 3.10e). Những máy quét 64 lát khác
được giới thiệu gần đây sử dụng những mảng đầu dò cố định với 64 hàng đầu
22


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017
dị, với độ rộng lát cắt được chuẩn trực mỏng nhất khoảng 0.5- 0.625mm, vì
vậy cung cấp một độ bao phủ tổng khoảng 32-40mm (Hình 3.10f). M ột s ự so
sánh trực tiếp của hai thiết kế máy thiết kế đầu dò 64 lát khác nhau gi ữa 32
hàng và lấy mẫu z kép với 64 hàng hình học được bi ểu di ễn trong hình 3.11 ac. Trong khi quan niệm 64 hàng thẳng có thể thu nhận thể tích nhi ều h ơn 4

lần mỗi vòng quay với những lát cắt nhỏ tầm cỡ milimet hơn CT 16 lát tr ước
đây, việc lấy mẫu kép vẫn có thể cho phép thu nhận th ể tích nhi ều h ơn hai
lần mỗi vòng quay và còn nhiều tổng lượng dữ liệu hơn gấp hai lần cho m ỗi
thể tích. Điều này dẫn đến cải thiện độ phân giải và chất lượng hình ảnh so
với những máy quét CT 16 lát trước đây. Hình 3.11d bi ểu di ễn ví d ụ đại di ện
cho mơ hình đầu dị của một máy CT 64 lát sử dụng công ngh ệ l ấy m ẫu z kép.
Mỗi mơ hình bao gồm 40x16 phần tử đầu dò và thi ết bị điện tử tương ứng.
Những bộ chuẩn trực chống tán xạ thì được cắt theo đường chéo đ ể mở t ầm
nhìn cho những đầu dò gốm.

23


Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

Hình 3.10 a-f. Những ví dụ về những đầu dị mảng cố định và nh ững đ ầu dị

mảng thích ứng được sử dụng trong những hệ thống CT đa lát th ương mại s ẵn
có. a.Đầu dị mảng cố định của một máy CT 4 đến 8 lát; b. Mảng đ ầu dị thích
ứng của một máy CT scanner 4 lát (Seimens SOMATO Sensatio 4 và Philips MX
8000); c. Đầu dò mảng thích ứng của máy CT 16 lát (Seimens SOMATO Sensatio
16 và Philips MX 8000 IDT); d. Đầu dị mảng thích ứng của máy quét CT 64 lát
sử dụng công nghệ lấy mẫu z kép (Seimens SOMATO Sensatio 64); e. Đầu dị
mảng thích ứng của CT 40 lát (Philips Brilliance 40); f. Đ ầu dò m ảng c ố đ ịnh
của một máy quét CY 64 lát sử dụng 64 hàng đầu dò (GE LightSpeed VCT and
Philips Brilliance 64).

24

Báo cáo Chẩn đốn hình ảnh 1- 2017

Hình 3.11. Sự so sánh trực tiếp của hai thiết kế máy thi ết k ế đ ầu dò 64 lát khác

nhau cho thấy thiết kế 32 hàng và lấy mẫu z kép (a) thu nh ận gấp đôi l ượng d ữ
liệu mỗi thể tích so với một hình học 64 hàng thẳng (b) Công ngh ệ l ấy m ẫu z
kép với bộ chuẩn trực đầu dò 0.6mm cung cấp lấy mẫu dữ liệu ở kho ảng cách
lấy mẫu 0.3mm theo hướng z (c) Mơ hình đầu dị của máy qt CT 64 lát s ử
dụng công nghệ lấy mẫu z kép (Siemens SOMATOM Sensation 64) đ ược bi ểu
diễn trong (d) Mỗi mơ hình bao gồm 40x16 phẩn t ử đầu dò v ới nh ững thi ết b ị
điện tử tương ứng. Những bộ chuẩn trực chống tán xạ thì được c ắt xiên đ ể m ở
tầm nhìn cho những đầu dò gốm (vàng).

25