Vai trò của máy tính trong chuẩn đoán hình ảnh y học hạt nhân của máy SPECT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
--------

-------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đềtài:
VAI TRÒ CỦA MÁY TÍNH TRONG CHẨN
ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN CỦA
MÁY SPECT

HỒ THỊ MỘNG THU

-------------------

TP. HỒ CHÍ MINH - 2015


-i-

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

Danh mục các từ viết tắt trong khoá luận

------------------------------------ vi

Danh mục các hình vẽ, đồ thò ------------------------------------------------------------- viii
Danh mục bảng biểu------------------------------------------------------------------------- xii

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

Chương 1

MÁY GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG
CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN

1.1 Tổng quát về máy SPECT ..................................................................................... 3
1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy SPECT .............................................. 4
1.2.1 Cấu tạo ........................................................................................................ 4
1.2.2 Nguyên tắc hoạt động ................................................................................. 5
1.3 Nguyên tắc ghi hình .............................................................................................. 6
1.3.1 Ghi hình 2-D ................................................................................................ 6
1.3.2 Ghi hình cắt lớp (3D) ................................................................................... 7
1.3.3 Các loại ảnh thu được trong ghi hình máy SPECT .................................... 10
1.3.3.1 Ảnh Phẳng (Plarnar): ghi ảnh 2-D .................................................. 10
1.3.3.2 Ảnh cắt lớp (SPECT): ghi ảnh 3-D................................................. 10
1.4 Hệ thống camera nhấp nháy ghi nhận dữ liệu .................................................... 10
1.4.1 Sơ lược về camera nhấp nháy ................................................................... 10


- ii -

1.4.2 Cấu tạo ...................................................................................................... 10
1.4.2.1 Đầu dò ............................................................................................ 10

1.4.2.2 Collimator (ống chuẩn trực) ........................................................... 11
1.4.2.3 Khối tinh thể nhấp nháy ................................................................. 14
1.4.2.4 Ống dẫn sáng .................................................................................. 17
1.4.2.5 Ống nhân quang điện ..................................................................... 17
1.4.3 Các kỹ thuật xác đònh toạ độ ..................................................................... 18
1.4.3.1 Nguyên tắc xác đònh năng lượng của bức xạ ................................. 18
1.4.3.2 Cách xác đònh toạ độ ......................................................................19ï
1.4.4 Các tính năng của camera nhấp nháy ....................................................... 21
1.4.4.1 Trường nhìn (FOV) ......................................................................... 21
1.4.4.2 Độ phân giải năng lượng ................................................................ 21
1.4.4.3 Độ phân giải không gian ................................................................ 22
1.4.4.4 Độ phân giải thời gian .................................................................... 23
1.4.4.5 Độ nhạy .......................................................................................... 23
1.4.4.6 Độ tuyến tính không gian ............................................................... 24
1.4.4.7 Độ đồng đều ................................................................................... 25
1.5 Dược chất phóng xạ ............................................................................................. 27
1.5.1 Các yêu cầu của dược chất phóng xạ ........................................................ 27
1.5.1.1 Các yêu cầu của dược chất ............................................................. 27
1.5.1.2 Các yêu cầu của đồng vò phóng xạ ................................................ 28
1.5.2 Các dược chất phóng xạ dùng trong YHHN.............................................. 28
1.5.3 Dược chất phóng xạ dùng trong ghi hình máy SPECT ............................. 29


- iii -

1.5.4 Sản xuất đồng vò Tc-99m sử dụng trong máy ghi hình SPECT ................. 30
1.6 Các tính năng của hệ ghi ảnh SPECT ................................................................. 31

Chương 2

XỬ LÝ DỮ LIỆU ẢNH BẰNG MÁY TÍNH
TRONG HỆ THỐNG MÁY SPECT

2.1 Sơ lược về máy tính dùng trong chẩn đoán YHHN ............................................. 33
2.1.1 Nhiệm vụ của máy tính trong chẩn đoán YHHN ...................................... 33
2.1.2 Yêu cầu đối với máy tính trong chẩn đoán YHHN ................................... 35
2.2 Các thành phần máy tính dùng trong chẩn đoán YHHN .................................... 36
2.2.1 Phần cứng .................................................................................................. 37
2.2.2 Phần mềm .................................................................................................. 38
2.3 Hệ thống lưu trữ và trao đổi ảnh trong bệnh viện (PACS) ................................. 40
2.4 Ảnh số.................................................................................................................. 42
2.4.1 Giới thiệu .................................................................................................. 42
2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh................................................ 45
2.5 Các chế độ ghi ảnh .............................................................................................. 45
2.5.1 Chế độ ghi khung ...................................................................................... 46
2.5.1.1 Ghi ảnh tónh .................................................................................... 47
2.5.1.2 Ghi ảnh động .................................................................................. 48
2.5.1.3 Đồng bộ có cổng ............................................................................ 48


- iv -

2.5.2 Chế độ ghi tuần tự ..................................................................................... 51
2.6 Xử lý ảnh ............................................................................................................. 52
2.6.1 Lọc ảnh ...................................................................................................... 52
2.6.1.1 Các phép toán trên ảnh .................................................................. 53
2.6.1.2 Phép phân tích Fourrier .................................................................. 56
2.6.1.3 Tích chập (convolution) .................................................................. 58
2.6.2 Làm trơn ảnh ............................................................................................. 58
2.6.2.1 Làm trơn theo không gian .............................................................. 59

2.6.2.2 Làm trơn theo thời gian .................................................................. 60
2.6.3 Làm nổi bậc độ tương phản theo mức độ sáng tối .................................... 60
2.6.4 Làm nổi bậc độ tương phản theo màu sắc ................................................ 62
2.6.5 Phóng đại ảnh ............................................................................................ 63
2.6.5.1 Phóng đại ảnh đơn giản .................................................................. 63
2.6.5.2 Phóng đại ảnh có nội suy ............................................................... 64
2.7 Phân tích dữ liệu ................................................................................................. 65
2.7.1 Lựa chọn vùng quan tâm (Region of Interest, ROI) ................................. 65
2.7.2 Đường cong hoạt độ .................................................................................. 67
2.7.2.1 Đường cong hoạt độ theo thời gian (time-activity curve, TAC) .... 67
2.7.2.2 Đường cong hoạt độ theo không gian ............................................. 68
2.8 Các phương pháp tái tạo ảnh của ảnh cắt lớp ..................................................... 68
2.8.1 Giới thiệu ................................................................................................... 68
2.8.2 Dữ liệu thu được khi gamma camera quay ................................................ 69
2.8.3 Phương pháp tái tạo giải tích ..................................................................... 71


-v-

2.8.3.1 Phương pháp chiếu ngược đơn giản................................................ 71
2.8.3.2 Phương pháp chiếu ngược có lọc .................................................... 73
2.8.4 Phương pháp tái tạo lặp ............................................................................. 75
2.8.4.1 Thuật toán gradient và CG ............................................................. 79
2.8.4.2 Thuật toán MLEM .......................................................................... 82
2.8.4.3 Thuật toán cực trò hậu nghiệm (Maximum A Posteriori, MAP) .... 83
2.9 Kỹ thuật hiển thò ảnh SPECT .............................................................................. 84
2.9.1 Ảnh cắt lớp theo các trục khác nhau ......................................................... 85
2.9.2 Ảnh bề mặt ................................................................................................ 85
2.9.3 Ảnh tham số hay ảnh chức năng ............................................................... 86

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 89


- vi -

Danh mục các từ viết tắt trong khoá luận
A/G: Accelerator/Generator
ADC: Analog To Digital Converter
ALU: Arithmetic/Logic Unit
AOR: Axis Of Rotation
CG: Conjugate Gradient
CLUT: Colour Look-Up Table
COR: Center Of Rotation
CPU: Central Prosessing Unit
CRT: Cathode Ray Tube
CU: Control Unit
E: Expectation
FBP: Filting Backprojection Operator
FOV: Field Of View
FWHM: Full-Width At Half-Maximum
G: Generator
HIS: Hospital Information System
LAN: Local Area Network
LUT: Look-Up Table
M: Maximum
MAPEM: Maximum A Posteriori Expectation Maximization
ML: Maximum Likelihood

- vii -

MLEM: Maximum Likelihood Expectation Maximization
MRI: Magnetic Resonance Image
NAME: National Electrical Manufacturers Association
OSEM: Ordered Subsets-Expectation Maximization
PACS: Picture Achivial And Communication Systems
PET: Positron Emission Tomography
PHA: Pulse Hight Analyzer
R: Reactor
RAID: Redudant Array Of Indepentdent Disks
RIS: Radiology Information System
ROI: Region Of Interest
SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography
SPECT/CT: Single Photon Emission Computed Tomography/Computed
Tomography
TAC: Time-Activity Curve
WAN: Wide Area Network


- viii -

Danh mục hình vẽ, đồ thò

Hình 1.1: Máy SPECTmột đầu và hình ảnh phân bố dược chất phóng xạ trong các
cơ quan thu được từ máy SPECT ................................................................ 4
Hình 1.2: Nguyên tắc hoạt động của máy SPECT ..................................................... 6
Hình 1.3 : Máy SPECT 2 đầu đối diện ghi hình 2-D toàn thân. ................................. 7
Hình 1.4: Mô hình Camera quay khi chụp cắt lớp ...................................................... 8
Hình 1.5: Thông tin số đếm ghi được mỗi góc chiếu camera. .................................... 8

Hình 1.6: Máy SPECT 2 đầu vuông góc chụp cắt lớp ở đầu. ..................................... 9
Hình 1.7: Cách ghi cắt lớp ở tim ................................................................................ 9
Hình 1.8: Cấu tạo của camera nhấp nháy ................................................................ 11
Hình 1.9: Hình ảnh một collimator dạng song song ................................................. 12
Hình 1.10: Các hình dạng collimator thường gặp ..................................................... 13
Hình 1.11: Minh hoạ quá trình tương tác trong tinh thể nhấp nháy.......................... 15
Hình 1.12: Dòng điện tạo ra khi bức xạ đến tương tác với khối tinh thể và đi đến
ống nhân quang ...................................................................................... 17
Hình 1.13: Mặt phẳng tinh thể chia thành 4 vùng ................................................... 19
Hình 1.14: Tín hiệu được cộng theo từng vùng riêng biệt: ...................................... 20
Hình 1.15: Sơ đồ phần điện tử của một camera nhấp nháy hiện đại ....................... 21
Hình 1.16: Hình ảnh phân bố đều phóng xạ không hiệu chỉnh và hiệu chỉnh độ
tuyến tính không gian .............................................................................. 25
Hình 1.17: Hình không hiệu chỉnh và có hiệu chỉnh dộ đồng đều ........................... 26


- ix -

Hình 1.18: Sơ đồ dòch chuyển đồng phân của Tc-99m về trạng thái cơ bản............ 30
Hình 1.19: NEMA phan tom ..................................................................................... 32
Hình 2.1: Sơ đồ làm việc của máy tính .................................................................... 34
Hình 2.2: Phần cứng của máy tính dùng cho mục đích chung .................................. 38
Hình2.3: Sơ đồ nguồn sản xuất và ngôn ngữ lập trình của các thành phần phần
mềm máy tính ........................................................................................... 40
Hình 2.4: Hệ thống lưu trữ và trao đổi ảnh trong bệnh viện (PACS) ....................... 41
Hình 2.5: Ảnh minh hoạ các pixel trong ảnh ............................................................ 43
Hình 2.6: Ảnh hưởng của khổ ảnh và số bit/pixel đến độ tương phản của ảnh ....... 44
Hình 2.7: Mô tả quá trình tích luỹ giá trò của pixel trong ghi khung ........................ 46
Hình 2.8: Dữ liệu được ghi theo chế độ ghi khung ................................................... 47
Hình 2.9: Ảnh phổi thu được ở chế độ ghi ảnh tónh .................................................. 47

Hình 2.10: Các khung ảnh được ghi liên tiếp trong chế độ ghi hình động ............... 48
Hình 2.11: Các ảnh lần lượt được ghi trong chế độ ghi đồng bộ .............................. 49
Hình 2.12: Ghi 32 ảnh (frame) trong chế độ đồng bộ có cổng ................................. 50
Hình 2.13: Thông tin thu nhận từ chế độ chụp có cổng ............................................ 50
Hình 2.14: Mô hình dữ liệu ghi theo list thời gian ở chế độ ghi tuần tự ................... 51
Hình 2.15: Dữ liệu ghi vào bộ nhớ máy tính ở chế độ ghi tuần tự ........................... 52
Hình 2.16: Kết quả khác nhau của 6 khung sau khi thực hiện các phép toán khác
nhau .......................................................................................................... 53
Hình 2.17: Kết quả nhận được khi thực hiện các phép toán khác nhau ................... 55
Hình 2.18 Các hàm lọc thường được sử dụng trong lọc ảnh .................................... 57


-x-

Hình 2.19: Minh hoạ ảnh đã được làm trơn 9 điểm .................................................. 59
Hình 2.20: Minh hoạ việc làm nổi bật độ tương phản theo mức độ sáng tối ........... 60
Hình 2.21: Minh hoạ 2 ảnh có độ tương phản khác nhau. Hình bên phải 16 mức độ
sáng tối, hình bên trái 256 mức độ sáng tối ........................................... 62
Hình 2.22: Minh hoạ sự thay đổi màu sắc của ảnh được xử lý ................................ 63
Hình 2.23: Ảnh được phóng đại 2 lần tương ứng với số pixel tăng lên 16 lần ......... 63
Hình 2.24: Ảnh phóng đại lên 2 lần có nội suy giá trò pixel .................................... 64
Hình 2.25: 2 hình ảnh có sự khác biệt khi phóng đại đơn giản và phóng đại có nội
suy .......................................................................................................... 64
Hình 2.26: Một số cách xác đònh vùng quan tâm ..................................................... 66
Hình 2.27: Ba đường cong hoạt độ theo thời gian của 3 vùng quan tâm khác nhau 67
Hình 2.28: Hai ma trân ảnh khác nhau cho cùng giá trò trong sonogram ở góc chiếu
phía trên ................................................................................................... 68
Hình 2.29: Các toạ độ trực giao (x,y) và toạ độ cực ( s, ) ....................................... 69
Hình 2.30: Mối quan hệ toạ độ (x,y) và ( s, ) .......................................................... 70
Hình 2.31: Dữ liệu sinogram tìm được khi thực hiện chiếu ..................................... 71

Hình 2.32: Minh hoạ hình ảnh của lớp cắt và hình ảnh của sinogram ..................... 71
Hình 2.33: Quá trình tích luỹ của pixel trong chiếu ngược ....................................... 72
Hình 2.34: Nhoè hình sao và đường sọc gặp khi chiếu ngược.................................. 73
Hình 2.35: Các hàm lọc thường dùng trong chiếu ngược có lọc .............................. 75
Hình 2.36: Ảnh chiếu ngược không lọc .................................................................... 75
Hình 2.37: Ảnh chiếu ngược có lọc .......................................................................... 75


- xi -

Hình 2.38: Thuật toán của phương pháp tái tạo lặp ................................................. 77
Hình 2.39: Minh hoạ các giá trò pixel tìm được theo phương pháp lặp .................... 79
Hình 2.40: Giá trò của pixel tìm được khi chiéu ngược có lọc .................................. 80
Hình 2.41: Ảnh cắt lát từ đầu đến chân của cơ thể .................................................. 85
Hình 2.42: Bộ ảnh bề mặt 3 chiều ở phân thân trong cơ thể .................................... 86


- xii -

Danh mục các bảng biểu
Bảng 1.1: Đặc tính của các loại collimator ............................................................... 14
Bảng 1.2: Đặc tính của một số tinh thể sử dụng trong camera ................................. 16
Bảng 1.3: Một số thông số của gamma camera nhấp nháy theo NEMA ................. 26
Bảng 1.4: Một số nguồn đồng vò phóng xạ dùng trong chẩn đoán SPECT .............. 39
Bảng 2.1: Dung lượng cần thiết lưu trữ cho một ảnh số .......................................... 36
Bảng 2.2: Bảng đặc tính ảnh hưởng của kích thước ảnh đến dung lượng lưu trữ và
tốc độ chụp cho mỗi ảnh (framing rate) ................................................... 44


Trang 1

MỞ ĐẦU
[\
Trong lónh vực y học hạt nhân (YHHN), dựa vào cơ sở vật lý quá trình tương tác
bức xạ với vật chất của bức xạ gamma, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát
triển thành công một công cụ tạo ra những hình ảnh cấp độ phân tử đó là máy ghi
hình cắt lớp bức xạ gamma hay gọi là máy SPECT. Từ những hình ảnh về sự phân
bố phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân ở cấp độ phân tử, các bác só chẩn đoán bệnh và
lập ra kế hoạch xạ trò. Sự ra đời của máy SPECT là một bước tiến quan trọng trong
lónh vực y học, nó giúp chẩn đoán đểđphát hiện sớm bệnh hơn chẩn đoán từ hình
ảnh cấu trúc (như MRI, CT, X-quang….). Ngành YHHN nước ta đang có bước tiến
đáng kể với việc ngày càng trang bò nhiều thiết bò chẩn đoán hiện đại, trong đó phổ
biến nhất là máy SPECT. Khi nói đến những thành công rực rỡ trong y học hạt nhân
của máy SPECT thì không thể nào không nói đến sự đóng góp quan trọng của máy
tính. Các máy SPECT thì được vận hành bởi các máy tính dưới sự điều khiển của
con người. Máy tính được áp dụng trong việc đo đạc bức xạ, xử lý dữ liệu đo đạc, tái
tạo thành ảnh, hiển thò ảnh dưới nhiều hình thức khác nhau. Ngoài ra máy tính còn
phục vụ quản lý thông tin bệnh nhân và trao đổi dữ liệu. Để khai thác có hiệu quả
các thiết bò chẩn đoán hình ảnh YHHN cần phải có kiến thức vật lý lẫn kiến thức am
hiểu về máy tính. Máy tính được áp dụng trong y học từ trước thập niên 70, về sau
máy tính được phát triển bởi các nhà khoa học kỹ thuật sản xuất thì máy tính đóng
vai trò càng quan trọng hơn và càng không thể nào thiếu được trong lónh vực y học
hạt nhân. Nó đóng vai trò sống còn cùng với sự phát triển như vũ bão ngày nay trong
y học. Ở khoá luận này với mụch đích tìm hiểu những kỹ thuật xử lý dữ liệu hình

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn

Trang 2

ảnh của máy tính trong thiết bò ghi hình chẩn đoán máy SPECT. Nhằm giúp các đọc
giả hiểu được qui trình làm việc của máy tính để tạo ra một ảnh phân bố phóng xạ
từ lúc thu dữ liệu cho đến lúc xuất ra màn hình mà bác só chẩn đoán bệnh. Hơn nữa
là giúp cho những người mới làm quen với hệ thống thiết bò này, bước đầu có thể
tiếp cận được mà không bò bỡ ngỡ.
Nội dung của khoá luận này được giơiù hạn ở những kiến thức chung, không đi
sâu vào các chi tiết nhưng có giới thiệu đến các tài liệu chuyên sâu hơn. Nội dung
khóa luận “ vai trò của máy tính trong thiết bò ghi hình chẩn đoán máy SPECT” bao
gồm 2 chương:
• Chương 1: Máy ghi hình cắt lớp SPECT trong chẩn đoán hình ảnh y
học hạt nhân.
• Chương 2: Xử lý dữ liệu ảnh bằng máy tính trong hệ thống máy
SPECT.
Chương 1 trình bày những kiến thức chung về máy SPECT. Còn chương 2 là
phần chính, giới thiệu nhiệm vụ của máy tính trong máy SPECT, đặc biệt là trình
bày các kỹ thuật xử lý dữ liệu và hiển thò của máy tính dùng trong máy SPECT.
Tuy nhiên do thời gian thực hiện khoá luận này giới hạn cùng một số vấn đề
liên quan như không tiếp cận trực tiếp được thiết bò và không thực hành trên máy
tính kết nối với máy SPECT. Nên đề tài chưa khai thác hết nhiệm vụ của máy tính
trong SPECT, mong q thầy cô cùng với các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến.
Tác giả xin chân thành tiếp nhận các ý kiến đóng góp.
Sinh viên thực hiện
Hồ Thò Mộng Thu

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn

Trang 3

Chương 1

MÁY GHI HÌNH CẮT LỚP SPECT TRONG
CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y HỌC HẠT NHÂN

1.1 Tổng quát về máy SPECT
SPECT là một thiết bò chụp ảnh cắt lớp bằng bức xạ hạt nhân dựa trên kỹ thuật
đánh dấu phóng xạ. Nguyên tắc chụp ảnh của máy SPECT như sau: đưa một dược
chất phù hợp có gắn đồng vò phóng xạ (dược chất phóng xạ) vào cơ thể của đối
tượng chụp, sau một thời gian dược chất phóng xạ này tham gia quá trình sinh hoá
trong cơ thể tạo ra sự phân bố phóng xạ trong cơ thể. Một thiết bò bên ngoài là
camera nhấp nháy (một bộ phận chính trong máy SPECT) sẽ thu nhận các bức xạ γ
phát ra từ cơ thể. Dữ liệu ghi nhận từ camera được xử lý bởi máy tính để tạo ra hình
ảnh về sự phân bố phóng xạ đó. Máy tính kết nối với máy SPECT đóng một vai trò
rất quan trọng trong việc thu nhận, xử lý, hiển thò những ảnh số cho biết sự phân bố
phóng xạ trong cơ thể. Ngoài ra máy tính còn hỗ trợ việc truy cập thông tin của bệnh
nhân, của bệnh viện và kết nối với các hệ thống khác. Qua hình ảnh phân bố phóng
xạ trong cơ thể bệnh nhân ta biết được nồng độ phân bố, từ đó bác só chẩn đoán
được tình trạng hoạt động sinh hoá của cơ quan trong cơ thể bình thường hay bất
thường mà lập ra kế hoạch điều trò thích hợp. Ảnh thu được bởi máy ghi hình SPECT
là ảnh ở cấp phân tử, chức năng và sinh hoá, giúp phát hiện tình trạng bệnh lý sớm
hơn các chẩn đoán dựa trên hình ảnh cấu trúc giải phẫu học (ảnh X –quang, siêu âm,
MRI).

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn

Trang 4

Hình 1.1: Máy SPECT một đầu và hình ảnh phân bố dược chất phóng xạ trong các
cơ quan thu được từ máy SPECT [5].

1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống máy SPECT
1.2.1 Cấu tạo
Hệ thống của máy SPECT bao gồm các bộ phận: gamma camera nhấp nháy
(đứng yên hoặc quay), khoang máy (gantry), giường bệnh nhân (đứng yên hoặc di
chuyển) và được kết nối với máy tính [2]. Gamma camera nhấp nháy được gắn vào
khoang máy và quay theo khoang máy. Giường bệnh nhân nâng đỡ bệnh nhân và
đưa bệnh nhân vào vò trò đối diện bề mặt gamma camera nhấp nháy. Còn máy tính
sẽ điều khiển giường bệnh nhân, gantry và xử lý dữ liệu thu được từ gamma camera,
tạo ra hình ảnh về sự phân bố phóng xạ.

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 5

1.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Để tạo một ảnh SPECT đầu tiên ta đưa một dược chất phóng xạ vào cơ thể
bệnh nhân. Dược chất phóng xạ này tham gia các quá trình biến đổi sinh hoá trong
cơ thể và tập trung đến các cơ quan trong cơ thể cần ghi hình, đồng thời phát ra bức
xạ γ . Bức xạ γ đến detector của camera, tương tác với khối nhấp nháy và phát ra
photon ánh sáng nhấp nháy nằm trong vùng khả kiến. Các photon này đi qua ốâùng

dẫn sáng và đập vào photocathode của ống nhân quang. Các photon nhấp nháy khi
đập vào photocathode có thể làm bứt ra các electron do hiệu ứng quang điện. Dưới
tác dụng của điện trường, các electron được bứt ra sẽ được gia tốc đến các dynode.
Khi đập vào các dynode số electron tăng dần và có thể đạt đến 10 6 đến 108 electron
ở dynode cuối cùng. Kết quả là ta có một dòng electron ở anốt tạo ra một tín hiệu
điện. Tín hiệu điện từ các ống nhân quang được đưa đến mạch tiền khuếch đại để
tăng cường độ dòng điện. Sau khi đi qua mạch tiền khuếch đại các tín hiệu điện
được mã hoá toạ độ (X,Y) của tín hiệu thu nhận (tín hiệu này thu nhận tại ống nhân
quang nào). Mỗi tín hiệu điện này có một xung điện Z có biên độ tỉ lệ với năng
lượng bức xạ bỏ ra trong khối tinh thể nhấp nháy. Xung điện Z của tín hiệu điện sẽ
đi đến bộ phân tích biên độ xung (PHA). Bộ phân tích biên độ xung cho phép tín
hiệu điện đó thu nhận hay không, thông qua một vài cửa sổ năng lượng có thể thay
đổi độ rọâng của dãy năng lượng bức xạ cần ghi. Khi tín hiệu điện này được ghi nhận
thì toạ độ tín hiệu cho phép đònh vò electron huỳnh quang đập lên màn hình huỳnh
quang (CRT), từ đó mới thấy được hình ảnh. Nếu là màn hình số thì biên độ xung
của tín hiệu chuyển đổi thành tín hiệu số và giá trò số của tín hiệu sẽ điều khiển sự

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 6

hiển thò trên màn hình tạo thành ảnh số (loại này thường dùng phổ biến ngày nay
trong y học hạt nhân (YHHN)).

Hình 1.2: Nguyên tắc hoạt động tạo ảnh của máy SPECT [5].

1.3 Nguyên tắc ghi hình

1.3.1 Ghi hình 2-D
Có 3 dạng: ghi ảnh tónh, động, đồng bộ nhòp tim. Cách ghi hình như sau: cho
giường bệnh nhân di chuyển từ từ qua bề mặt của camera với tốc độ thích hợp (ghi
ảnh toàn thân) hoặc camera đứng yên đối diện cơ quan cần ghi hình (kích thước cơ
quan ghi hình nhỏ hơn kích thước của camera). Trong khi đó camera thu nhận bức xạ
từ vùng cơ quan cần được ghi hình, đồng thời dữ liệu sẽ được ghi vào các khung ảnh.

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 7

Tiến hành tích luỹ số đếm phóng xạ cho mỗi pixel và kết khúc thời gian ghi hình ta
sẽ có một ảnh phẳng mà không cần tái tạo ảnh như ảnh chụp cắt lớp. nh phẳng tạo
thành có thể xử lý như lọc ảnh, phóng đại có nội suy…. để có thông tin chẩn đoán.

Hình 1.3 : Máy SPECT 2 đầu đối diện ghi hình 2-D toàn thân [10].

1.3.2 Ghi hình cắt lớp (3D)
Cho camera quay với tốc độ quay thích hợp quanh bệnh nhân và ghi vò trí phát
bức xạ dưới nhiều góc độ khác nhau. Camera có thể vừa quay vừa ghi hoặc quay tới
vò trí nào đó, dừng lại ghi dữ liệu rồi quay camera đến vò trí kế tiếp. Ứng mỗi góc
quay ảnh ghi được gọi là ảnh chiếu, khi camera quay hết một vòng ta có một loạt
các ảnh chiếu. Các ảnh chiếu này sẽ được xử lý về sau để tạo hình ảnh cắt lớp.

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn

Trang 8

Trong ghi hình cắt lớp một vòng quay của camera chỉ giới hạn từ 0 0 đến 180 0 mà
không phải từ 0 0 đến 3600 [11]. Bởi vì những ảnh chiếu thu được từ 180 0 đến 3600
không cung cấp thông tin gì mới do có sự đối xứng với những ảnh chiếu thu được ở
góc từ 0 0 đến 180 0 . Còn trong ghi hình cắt lớp ở tim mạch thì camera không quay
một vòng từ 0 0 đến 180 0 mà quay từ 450 nghiêng trái đến 450 nghiêng phải. Bởi vì
các góc còn lại do khoảng cách từ tim đến camera lớn nên ảnh hưởng không tốt đến
độ phân giải không gian và độ tương phản do suy giảm bức xa [3].

Hình 1.4: Mô hình Camera quay khi chụp cắt lớp [3].

Hình 1.5: Thông tin số đếm ghi được mỗi góc chiếu camer [3].

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 9

Hình 1.6 : Máy SPECT 2 đầu vuông góc chụp cắt lớp ở đầu [10].

Hình 1.7: Cách ghi cắt lớp ở tim [3].

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn

Trang 10

1.3.3 Các loại ảnh thu được trong ghi hình máy SPECT
1.3.3.1 Ảnh phẳng (plarnar): ghi ảnh 2-D
Bao gồm các loại ảnh: Tónh (ảnh thu được không thay đổi theo thời gian), động
(nhiều ảnh kế tiếp, thay đổi theo thời gian), đồng bộ (gated), toàn thân.

1.3.3.2 nh cắt lớp (SPECT): ghi ảnh 3-D
Bao gồm các loại ảnh SPECT tónh, SPECT động, SPECT toàn thân, SPECT
đồng bộ.

1.4 Hệ thống camera nhấp nháy ghi nhận dữ liệu
1.4.1 Sơ lược về camera nhấp nháy
Camera nhấp nháy là một bộ phận chính trong thiết bò máy SPECT. Tất cả
những hình ảnh thu được từ máy SPECT đều lấy từ dữ liệu thu được của camera
nhấp nháy. Các thông số của camera đều góp phần làm ảnh hưởng chất lượng ảnh
thu được. Ngày nay các máy SPECT hiện đại sử dụng 2 hoặc 3 camera nhấp nháy
để ghi hình, góc giữa các camera có thể thay đổi. Trường hợp máy SPECT với 2
camera thì 2 camera có thể đối diện nhau, tức là tạo với nhau một góc 180 0 (trong
chụp toàn thân và đầu), lệch nhau 900 (trong chụp tim) hoặc một góc khác….. Việc
sử dụng nhiều camera trong máy SPECT hiệu quả hơn trong ghi hình một camera
bởi vì giảm được thời gian ghi hình và tăng độ nhạy [3].

1.4.2 Cấu tạo
1.4.2.1 Đầu dò [4]
Nhiệm vụ của đầu dò là chỉ thu nhận những tia bức xạ γ phát từ bệnh nhân
nằm trong một dãy năng lượng cho phép và đònh vò được toạ độ của nơi phát ra bức

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 11

xạ γ . Tuỳ loại dược chất phóng xạ mà năng lượng tia bức xạ phát ra có năng lượng
khác nhau, hơn nữa bức xạ phát ra tương tác mô cơ thể nên có thể xảy ra sự suy
giảm số lượng tia gamma cũng như năng lượng của tia gamma do tán xạ Compton.
Các gamma tham gia tán xạ Compton trong cơ thể bệnh nhân thường bò lệch hướng,
do đó nó không phản ánh đúng vò trí nơi phát bức xạ và cần được loại bỏ. Kỹ thuật
chỉ ghi nhận các gamma có năng lượng nằm trong một khoảng nào đó là nhằm giúp
loại bỏ các gamma tán xạ này cũng như những gamma có nguồn gốc từ bên ngoài.

Hình 1.8: Cấu tạo gamma camera nhấp nháy [3].

1.4.2.2 Collimator (ống chuẩn trực)
Collimator bao gồm hàng nghìn ống thẳng nhỏ xếp sát nhau. Giữa các ống
thẳng nhỏ đó ngăn cách bởi các màn chì hoặc stungten gọi là vách ngăn (septa). Độ

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn


Trang 12

dày của các vách ngăn được chế tạo tuỳ vào năng lượng bức xạ γ thường phát ra và
đi đến collimator (phụ thuộc loại dược chất phóng xạ thường dùng trong ghi hình

máy SPECT). Vách ngăn mỏng sử dụng cho bức xạ đến collimator có năng lượng
thấp, còn vách ngăn dày dành cho bức xạ có năng lượng cao. Các lỗ nhỏ trên
collimator chỉ cho phép những tia bức xạ phát ra từ cơ thể bệnh nhân có phương song
song với trục các ống thì mới thu nhận. Còn những tia có hướng xiên (không song
song trục ống) thì bò các vách ngăn hấp thụ nên không đến được khối nhấp nháy và
không được ghi nhận. Collimator có tác dụng đònh vò cơ quan phát ra bức xạ.
Có nhiều loại collimator và mỗi loại có đặc trưng riêng, đặc trưng đó phù hợp
với mục đích ghi hình nào (ảnh phóng đại hay nhỏ hơn kích thước cơ quan ghi hình,
ảnh có độ phân giải và độ nhạy cao hay thấp). Đặc trưng của collimator là hình
dạng, độ dài ống, đường kính của lỗ. Độ dài ống thẳng ngắn và đường kính lỗ lớn
cho phép nhiều photon đến nên độ nhạy cao, ngược lại thì số photon đến ít hơn
nhưng độ phân giải cao. Hai yếu tố độ nhạy và độ phân giải thường mâu thuẫn
nhau[4].

Hình 1.9: Hình ảnh một collimator dạng song song [3].

SVTH: Hồ Thò Mộng Thu

GVHD: TS. Nguyễn Đông Sơn