Máy chụp cắt lớp vi tính công nghệ chụp xoắn ốc

20111347-ĐTTT02

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện Tử-Viễn Thông

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh
Đề Tài: Máy Chụp Cắt Lớp Vi Tính
Công Nghệ Chụp Xoắn Ốc.
Sinh viên thực hiện:
20111347

ĐTTT02-K56

GVHD

:

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

Ts.Nguyễn Thái Hà

1


20111347-ĐTTT02

Hà Nội 07/12/2014

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

2

20111347-ĐTTT02

Mục Lục

Lời Nói Đầu
Ngày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, trình độ nhận thức của con người được
nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khỏe ngày càng được quan tâm hơn.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế giới nói chung và ở nước ta nói
riêng lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe con người luôn được đầu tư và quan
tâm một cách thích đáng. Một trong những bộ phận nhỏ được ứng dụng vào y tế đó là
hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh. Hệ thống này đang được dần trang bị cho các
bệnh viện nhằm phục vụ nhu cầu khám và chữa bệnh. Các thiết bị đó ngày càng hoàn
thiện về tính năng và sự tiện dụng một trong những thiết bị đó là máy chụp Cắt Lớp
Vi Tính. Đây có thể 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 Vi Tính thì
hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ
thể giúp cho bác sỹ dễ dàng chẩn đoán hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Thái Hà cô đã giúp đỡ em nhiều trong việc
lựa chọn đề tài và dịch tài liệu chuyên ngành tiếng anh.
Sinh viên

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

3


20111347-ĐTTT02

Phần I. Nội Dung
I.

Sơ lược lịch sử phát triển.
1.1 Lịch sử ra đời.
Năm 1895 Roengtgen đã tìm ra tia X từ đó về sau có nhiều cải tiến kỹ
thuật như chụp cắt lớp qui ước nhưng vẫn còn nhiều hạn chế trong khảo sát
và chẩn đoán cơ quan nội tạng. Năm 1972, G.N Hounsfield đã phát minh ra
phương pháp chụp cắt lớp vi tính (Computed tomography scanner), phương
pháp này giúp cho chúng ta khảo sát chi tiết hơn những cấu trúc bên trong
cơ thể.

Hình 1. Hounsfield và máy chụp cắt lớp vi tính.

1.2 Khái niệm chụp Cắt Lớp Vi Tính.
Chụp cắt lớp điện toán là phương pháp dùng một chùm tia X, có độ dày
nhất định quay quanh một bộ phận cơ thể, ở nhiều góc độ khác nhau, theo
trục ngang. Phần tia X còn lại sau khi đã được cơ thể hấp thu sẽ được ghi
nhận bởi các đầu dò (detectors). Hệ thống này chuyển các dữ liệu đến hệ
thống vi tính. Dữ liệu được xử lý bằng các phương trình toán học phức tạp
và cho ra hình ảnh. Hình ảnh này được hiển thị trên màn hình, phim hoặc
lưu trữ.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

4


20111347-ĐTTT02

1.3 So sánh với máy X-quang thường qui.
a. Giống nhau:
- Đều dùng tia X
b. Khác nhau:
- Chụp theo hướng trục thay vì theo hướng thẳng và nghiêng.
- Tia X sau khi đi qua cơ thể được tiếp nhận bằng các đầu dò thay vì trực
-

tiếp ghi nhận trên phim.
Chùm tia nhỏ nên giảm được lượng tia khuếch tán.
Độ nhạy cảm của hệ thống đầu dò với tia X rất cao so với phim X quang
thường và được xử lý bằng vi tính để tái tạo hình ảnh nên có thể cho ta
thấy được sự khác biệt độ đậm rất nhỏ mà phương pháp X-quang

thường qui không có.
1.4 Các thế hệ phát triển máy CT.
a. Thế hệ 1
Cấu trúc:
- Bộ thu chỉ gồm một đầu dò, chùm tia phát ra 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 trùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt sau đó quay một 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. Thời gian chụp cho một lớp cắt khoảng 4–5
phút và chỉ áp dụng cho những vùng không di động như đầu.

Thế hệ 1 hiện nay không được dùng.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

5


20111347-ĐTTT02

Hình 2. Máy CT thế hệ 1.

b. Thế hệ 2
Cấu trúc:
- Thay vì dùng một đầu dò, nay dùng chùm đầu dò với số lượng 20-30
đầu dò đặt liền nhau cho chùm tia phát có hình quạt (3 o-5o). Với cách bố
trí đầu dò này thì lượng dữ liệu sẽ được đo nhiều hơn nhờ vào số lượng
đầu dò tăng.
Phương pháp quét:
- Dùng hai loại dịch chuyển là song song và chuyển động quay. Thời gian
quét giảm xuống khoảng 50-60s.
Thế hệ 2 hiện nay cũng không được dùng.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

6


20111347-ĐTTT02

Hình 3. Máy CT thế hệ 2

c. Thế hệ 3
Cấu trúc:
- Số lượng đầu dò tăng lên từ 400-800 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 (30o-60o) tùy theo số lượng đầu dò.
Phương pháp quét:
-

Hệ thống đầu dò quay quanh đối tượng một góc 360 o để thực hiện một
lớp cắt. Với cấu trúc này thì hệ thống đo chỉ thực hiện một kiểu chuyển
động quay. Thời gian chụp cho một lớp cắt 1-4s.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

7


20111347-ĐTTT02

Hình 4. Máy CT thế hệ 3.

d. Thế hệ 4
Cấu trúc:
- Số lượng đầu dò lớn hơn 1000. Hệ thống đầu dò được bố trị trên một
vòng tròn bao quanh giường bệnh nhân.
Phương pháp quét:
-

Hệ thống đầu dò đứng yên bóng X quang sẽ quay quanh khu vực cần
chụp.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

8


20111347-ĐTTT02

Hình 5. Máy CT thế hệ 4.

II.

Nguyên lý hoạt động và Cấu trúc của máy CT.
II.1Nguyên lý hoạt động.
Máy chụp Cắt Lớp Vi Tính là một thiết bị tạo ảnh số, công cụ cao cấp
trong hệ thống kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh y học. Nó được dùng để thu thập
và tạo ra hình ảnh các lớp cắt thuộc nhiều bộ phận khác nhau của cơ thể.
Bức xạ quang tuyến xuyên qua 1 lớp cắt mỏng (1-10mm) và vuông góc với
trục của cơ thể tới một đầu dò (Detector). Nguồn phát tia-Detector liên kết hữu
cơ với nhau, quay quanh cơ thể và thực hiện khoảng hàng ngàn phép đo trong
một vòng quay 360o … Hệ thống máy tính điện tử sẽ tính toán, xử lý những dữ
liệu và tái tạo thành hình ảnh của các lớp cắt. Cho hình ảnh luôn vuông góc với
trục cơ thể.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

9

20111347-ĐTTT02

II.2Cấu trúc máy CT.
_ Dàn quay
_ Bàn bệnh nhân
_ Khối điều khiển chuyển động cơ học.
_ Hệ thống máy tính
_ Bàn điều khiển
_ Hệ thống tạo và điều khiển điện cao thế
_ Và các phụ kiện như: Đĩa quang từ, máy chụp Laser…

Hình 6. Cấu trúc máy CT.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

10


20111347-ĐTTT02

-

II.3Nguyên lý tạo ảnh.
Chiếu tia X qua vật thể từ nhiều góc khác nhau. Các lát cắt của chùm tia X đi
qua vật thể được chia thành các cột nhỏ (nguyên tố, không thể chia nhỏ hơn
được nữa, coi như là 1 tia).

-

Chùm tia X chiếu qua lớp cắt không đồng nhất sẽ bị hấp thụ với mức độ khác
nhau tại từng nguyên tố thể tích. Khả năng hấp thụ tia X của nguyên tố thể tích
được biểu thị bởi hệ số hấp thụ µ.

Id=Io*e-µo
-

Thực Khi chùm tia X xuyên qua một dãy nguyên tố thể tích liền kề nhau, có hệ
số suy giảm tuyến tính tương ứng là µo, µ1, … µn thì quan hệ sẽ là:

In=Io*e-(µo+µ1+ ….+ µn)d

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

11


20111347-ĐTTT02

-

Hệ số suy giảm µ biểu hiện khả năng hấp thụ tia X của tế bào, nó được
chuyển đổi thành một đơn vị đo đặc trưng cho máy CLĐT gọi là chỉ số CT:

CT =
-

Chỉ số của từng nguyên tố thể tích được hiển thị trên màn hình tương ứng
với từng nguyên tố ảnh. Tập hợp các nguyên tố ảnh sẽ tạo nên bức ảnh của

lớp cắt.
II.4Các phương pháp quét của máy CT
Do cấu tạo của Dàn quay khác nhau nên phương pháp quét của máy CT cũng
-

khác nhau.
Quét đảo chiều: Hệ thống quét quay thuận và ngược chiều kim đồng hồ đan

-

xen nhau, do quán tính cơ học nên thời gian thực hiện một lớp cắt lớn hơn 3s
Quét liên tục: Hệ thống quay theo một chiều việc cấp điện cao thế hoặc hạ thế,
truyền tín hiệu ảnh giữa các bộ phận trong dàn quay với máy tính và các thiết
bị khác phải thông qua các vòng trượt, giảm thời gian quét xuống <1s. Điển
hình nhất là công nghệ quét xoắn ốc.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

12


20111347-ĐTTT02

Công nghệ chụp xoắn ốc.

III.

III.1
Giới thiệu về công nghệ.
- Kể từ khi giới thiệu lâm sàng vào năm 1991, công nghệ chụp xoắn ốc đã dẫn

đến một cuộc cách mạng cho chẩn đoán hình ảnh. Ngoài việc cho CT một ứng
dụng mới, chẳng hạn như chụp mạch CT và đánh giá những bệnh nhân có cơn
đau quặn thận, thì còn các ứng dụng như phát hiện các bệnh của phổi và gan
-

nhờ đó tổn thương đã được cải thiện đáng kể.
CT xoắn ốc có cải thiện trong vòng tám năm qua với việc giàn quay nhanh

hơn, ống x -ray mạnh mẽ hơn, và cải thiện thuật toán nội suy.
III.2
Kỹ thuật chụp Cắt Lớp Xoắn Ốc.
- Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật chụp CT xoắn ốc là:
 Sự thu dữ liệu
 Bóng X-quang quay và di chuyển bàn bệnh nhân đều liên tục.
- Ưu điểm so với chụp CT thông thường:
 Bóng X-quang quay và phát tia liên tục.
 Bàn bệnh nhân di chuyển trong lúc bóng X-quang quét.
 Ghi được tín hiệu của một thể tích.
 Thời gian khảo sát rất ngắn.
 Có thể tái tạo, dựng hình đa dạng và chi tiết hơn so với CT thông
-

thường.
Phương pháp tạo ảnh:
 Đối với máy CT chụp xoắn ốc thì nó sẽ không tính được các điểm
ảnh theo từng lát cắt mà khi đó nó chỉ thu được dữ liệu từ các điểm
trên vòng xoắn ốc. Như vậy để dựng được các lát cắt thì người ta sẽ
phải nội suy ra từ những điểm lân cận đã biết (những điểm lân cận
 Lát căt sẽ không cố định mà có thể dựng lại lắt cắt từ bất kỳ vị trí
nào.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

13


20111347-ĐTTT02

Hình 9. Mô phỏng chụp xoắn ốc.

III.3
Tỷ số Pitch.
Tỷ số Pitch: là tỷ lệ giữa tốc độ của bàn bệnh nhân chuyển động (V) với độ
rộng của bộ chuẩn trực (W) trong mối tương quan với thời gian quét 360o của
bóng X-quang.
Pitch =
Chú ý: Nếu Pitch càng lớn thì thời gian khám xét càng ngắn nhưng nhiễu ảnh tăng
theo. Nên chọn Pitch < nếu Pitch >2 thì sẽ tạo ra các khoảng hẹp không có dữ
kiện giữa các lớp cắt.

Hình 10. Tỷ số Pitch.

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

14


20111347-ĐTTT02

Thí dụ: Với độ mở của chùm tia 5mm.

_ Pitch =1 tức là bàn bệnh nhân tịnh tiến được 5mm trên một vòng quay
360o

_ Pitch = 2 tức là bàn bệnh nhân tịnh tiến được 10mm trên một vòng quay
360o

Nhận xét: Khi tỷ số Pitch lớn thì thời gian quét rút ngắn hơn nhưng khoảng
cách giữa các vòng lớn tạo ra các khoảng hẹp không có giữ liệu giữa những
lớp cắt gây ra nhiễu ảnh

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

15


20111347-ĐTTT02

_ Tỷ số Pitch cho quét xoắn ốc đơn và đa lát cắt.
Single Slice System

MS Detector
System

Single Helix

Four Interleaved Helices

_ Ta có tỷ số Pitch sau:

PitchX =

Pitchd =

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

16


20111347-ĐTTT02

_ Ví dụ về Pitchd và Pitchx

PitchX
Pitchd

Giá Trị

Ví Dụ 1

Ví Dụ 2

X-ray collimation

20 mm

20 mm

Detector width

5 mm

10 mm

Table travel

20 mm/rot

20 mm/rot

Pitchx
Pitchd
Ví Dụ 1

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

Ví Dụ 2

17


20111347-ĐTTT02

Phần II. Kết Luận
Chất lượng hình ảnh trong quét xoắn ốc phải được tối ưu hóa đối với một số
yếu cầu:
 Chuẩn trực hẹp, phù hợp với vùng phủ sóng của một khối lượng nhất
định và với một thời gian quét nhất định, để giảm thiểu hiệu ứng một
phần khối lượng và tối ưu hóa chất lượng hình ảnh.
 Thời gian xoay vòng phải nhanh nhất để tối đa hóa và để giảm thiểu mờ
chuyển động.
Do khả năng đâm xuyên mạnh của tia X nên CT khó phát hiện các tổn

thương phần mềm hơn là so với MRI. CT khó phát hiện được các tổn
thương sụn khớp (ở khớp háng, gối, cổ bàn chân, vai, khuỷu, cổ bàn tay ...)
và dây chằng. CT có giá trị thấp trong chẩn đoán tổn thương tủy sống.
Do hoạt động trên nguyên lý đo tỷ trọng nên những cơ quan có cùng mật
độ và nằm cạnh nhau sẽ khó phân biệt ranh giới trên hình ảnh CT, ví dụ như
hạch di căn ung thư nằm lẫn trong tổ chức phần mềm hay các tổn thương đặc ở
vùng cổ nằm lẫn trong cơ.

Tài liệu tham khảo.
_ Article: Multislice Computed Tomography Basic Principles and Clinical
Applications by A. F. Kopp, K. Klingenbeck-Regn, M. Heuschmid, A.
Küttner, B. Ohnesorge, T.Flohr, S. Schaller, C. D. Claussen.
_ Silde Computed Tomography Scanner by Ts. Nguyen Thai Ha.
_

Báo Cáo Chẩn Đoán Hình Ảnh

18