Giới thiệu chung về máy CT xoắn ốc trong y học

☆☆☆

Đề Tài:

SVTH : Huỳnh Hoàng Phúc
CBHD: Th.S Nguyễn Văn Hòa
CBPB : CN Lê Công Hảo

Thành phố Hồ Chí Minh_ 2007


LỜI CẢM ƠN
Thấm thoát đã gần 4 năm trời học tại trường Đại học khoa học tự
nhiên. Giờ đây mỗi người sắp xa rời ngôi trường thân quen với biết bao
kĩ niệm. Cũng với ngôi trường này nơi chúng tôi đã tiếp thu những sự
dạy bảo của thầy cô, những kiến thức quan trọng trong lĩnh vực hạt nhân
và những lĩnh vực khác.
Trước hết tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Hòa,
người đã dạy bảo và hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng gởi lời cảm ơn đến thầy Mai Văn Nhơn người đã phân công tôi
thực hiện luận văn này. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến thầy cô bộ môn vật lý
hạt nhân đã cho tôi điều kiện để hoàn thành luận văn và các thầy cô đã
giảng dạy trong suốt 4 năm học.
Bên cạnh đó tôi cũng không quen công lao to lớn của cha me, anh
chị đã nuôi nấng và dạy bảo tôi nên người.
Sau cùng là các bạn lớp vật lý hạt nhân 2002(cátrê 02) đã động
viên, cổ vũ tôi và trao đổi ý kiến qúy báu trong suốt quá trình học tập, và
lời chúc thành công đến các bạn.


Mục Lục

Lời cảm ơn
Lời mở đầu ..............................................................................................................1
CHƢƠNG 1:
CƠ SỞ VẬT LÝ TƢƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT ................3
1.1 Tƣơng tác giữa electron với vật chất ................................................................3
1.1.1 Ion hóa và kích thích ....................................................................................3
1.1.2 Bức xạ hãm ...................................................................................................3
1.2 Tƣơng tác giữa photon với vật chất ..............................................................4
1.2.1 Hiệu ứng quang điện ....................................................................................4
1.2.2. Hiệu ứng Compton ......................................................................................5
1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp ..........................................................................................5
1.2.4 Độ suy giảm chùm tia ..................................................................................5

CHƢƠNG 2 ...................................................................................8
NGUYÊN TẮC CT
2.1 Máy X-quang qui ƣớc .....................................................................................8
2.2 Máy CT qui ƣớc ........................................................................................................ 9

CHƢƠNG 3 .................................................................................14
SƠ LƢỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CT XOẮN ỐC
3.1 Hệ thống CT thứ nhất: quay/dịch ngang ....................................................14
3.2 Hệ thống CT thứ hai: quay/dịch ngang ......................................................15
3.3 Hệ thống CT thứ ba: quay/dịch ngang .......................................................16
3.4 Hệ thống CT thứ tƣ: quay/dừng ..................................................................16


3.5 Hệ thống CT thứ năm: CT chùm tia điện tƣ (Electron Beam CT- EBCT)
...............................................................................................................................17
3.6 Hệ thống CT thứ sáu: CT xoắn ốc (Spiral/ Helical CT- SCT) ..................18
CHƢƠNG 4 .........................................................................................................19

CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁI TẠO ẢNH CT VÀ PHƢƠNG PHÁP HIỂN THỊ
ẢNH CT
4.1 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc ............................................................................19
4.2 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc sau lọc ...............................................................21
4.3 Phƣơng pháp nghịch đảo Brute ...................................................................21
4.4 Phƣơng pháp lặp lại ......................................................................................22
4.5 Phƣơng pháp biến đổi Fourier 2 chiều .......................................................24
4.6 Phƣơng pháp hiển thị ảnh CT .....................................................................26
CHƢƠNG 5 CẤU TRÚC MÁY CT XOẮN ỐC .............................................28
5.1 Hệ thống thu thập dữ liệu.............................................................................29
5.2 Bàn bệnh nhân ...............................................................................................34
5.3 Hệ thống máy tính .........................................................................................35
5.4 Bàn điều khiển ...............................................................................................35
5.5 Máy chụp phim: ............................................................................................35

CHƢƠNG 6 .................................................................................36
ỨNG DỤNG MÁY CT XOẮN ỐC TRONG Y HỌC
6.1 Chụp cắt lớp nội sọ........................................................................................36
6.2 Chụp cắt lớp phổi ..........................................................................................36
6.3 Chụp cắt lớp ngực .........................................................................................37


6.4 Chụp cắt lớp động mạch thận ......................................................................37
6.5 Chụp cắt lớp tim ............................................................................................37
6.6 Chụp cắt lớp gan ...........................................................................................37
6.7 Chụp cắt lớp cột sống ...................................................................................37
6.8 Chụp cắt lớp huyết học máu-ung thƣ máu .................................................37
6.9 CT Angiography (CTA) ...............................................................................37
Kết luận……………………………… ................................................................39

PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CT

: Computed Tomography

SCT

: Spiral Computed Tomography

SSCT : Single Spiral Computed Tomography
MSCT : Multi-Slice Computed Tomography
EBCT : Electron Beam Computed Tomography
SPECT : Single Photon Emission Computed Tomographic
PET : Positron Emission Tomographic
MRI : Magnetic Resonance Imaging
DAS

: Data Acquisition System

SSP

: Single Sensitivity Profile

EMI
CTA

: Electric Musical Instrument
: Computed Tomography Angiography

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, vật lý hạt nhân cũng góp phần quan trọng trong các lĩnh vực
của đời sống xã hội. Vật lý hạt nhân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp,
y học và nông sinh. Với ứng dụng này, nhiều thiết bị hình ảnh y khoa được đáp
ứng được kể đến như máy X-quang, CT, MRI, SPECT, PET, máy gia
tốc…Máy CT ứng dụng trong công nghiệp dùng để kiểm tra khuyết tật của vật
thể, độ mài mòn của kim loại, kiểm tra trong công nghiệp dầu khí xác định sự
rò rỉ trong đường ống dẫn dầu, trong y học dùng để chụp cắt lớp toàn bộ cơ thể
con người, từ đó phát hiện những đặc điểm bất thường của tế bào.
Kể từ khi lần đầu tiên Hounsfied phát minh ra máy CT vào năm 1972 sử
dụng tia X và được ứng dụng trong y học. Nguyên mẫu dùng 180 số đo song
song, quay quanh góc 180 độ, mỗi lần 1 độ, mỗi lần quét khoảng 5 phút, hình
ảnh thu được trong 35 giờ. Đây cũng là điều bất lợi đối với bệnh nhân bởi vì
thời gian quét dài, liều phóng xạ cao hơn. Để khắc phục điều này, nhiều thế hệ
máy CT được cải tiến, hoàn thiện và nâng cao trong việc lập kế hoạch chẩn
đoán và điều trị bệnh nhân. Máy cắt lớp điện toán xoắn ốc ( Spiral Computed
Tomography ) đã mở đường cho các loại máy CT nhờ khả năng tái tạo ảnh
nhanh, thời gian quét cắt lớp ngắn, giảm liều phóng xạ cho bệnh nhân, nhờ đó
giảm thời gian chiếu xạ cho bệnh nhân. Máy CT xoắn ốc hoàn thiện hơn do khả
năng tái tạo ảnh, hình ảnh thu được tương đối rõ ràng, chính xác, khả năng này
được ứng dụng trong việc phát hiện sớm các loại bệnh ung thư, bệnh tim mạch
và các loại bệnh nguy hiểm khác.
Vì thế các loại máy CT là thiết bị xâm lọc cao, không gây đau đáp ứng 1
phần nào đó trong y học, góp phần vào việc điều trị bệnh nhân một cách có
hiệu quả. Máy CT xoắn ốc( thế hệ thứ sáu ) có những tính năng vượt trội hơn
các máy CT khác vì thế nó tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực CT. Máy CT
này cải thiện hơn về tốc độ quét, thời gian quét trong vài giây, phát hiện những

vùng thương tổn của tế bào dưới 1 mm nhưng cho ra những hình ảnh chính


xác, sắc nét đáp ứng tính chuẩn xác trong việc chẩn đoán bệnh. Máy CT xoắn
ốc đã tạo ra bước đột phá trong kĩ thuật CT nhờ vào khả năng tái tạo ảnh liên
tục, hình ảnh 3D tương đối rõ ràng nhờ vào ảnh số hoá của ma trận tái tạo của
toàn bộ cơ quan. .
Trong phần luận văn này, tôi xin trình bày và giới thiệu chung về
nguyên tắc vật lý, các phương pháp tái tạo ảnh, phương pháp thu thập dữ liệu
không đi sâu vào các công thức toán học của kĩ thuật tái tạo ảnh và ứng dụng
của máy CT xoắn ốc trong y học do thời gian làm đề tài có giới hạn.
Với luận văn này giúp cho chúng ta hiểu biết sâu hơn về các đặc tính kĩ
thuật của máy CT xoắn ốc, cũng như ứng dụng rộng rãi của nó trong y học góp
phần trong việc bảo vệ tính mạng của con người. Máy CT và các loại máy khác
hỗ trợ lẫn nhau về kĩ thuật như sự kết hợp giữa SPECT/CT, PET/CT nhằm tạo
ra hướng mới trong việc phát hoạ cho các thiết bị hình ảnh học y khoa cho mục
đích chẩn đoán, xa trị và xạ phẩu.


1

LỜI MỞ ĐẦU
Cho tới ngy nay, vật lý hạt nhn đ v đang có những đóng góp quan trọng trong
các lĩnh vực của đời sống x hội. Vật lý hạt nhn được ứng dụng rộng ri trong cơng
nghiệp, y học v nơng sinh. Với ứng dụng ny, nhiều thiết bị hình ảnh y khoa được
đáp ứng được kể đến như máy X-quang, CT, MRI, SPECT, PET, máy gia
tốc…Máy CT ứng dụng trong công nghiệp dùng để kiểm tra khuyết tật của vật thể,
độ mài mịn của kim loại, kiểm tra trong cơng nghiệp dầu khí xc định sự rị rỉ trong
đường ống dẫn dầu, trong y học dùng để chụp cắt lớp toàn bộ cơ thể con người, từ
đó phát hiện những đặc điểm bất thường của tế bào.

Kể từ khi lần đầu tiên Hounsfied phát minh ra máy CT vào năm 1972 sử
dụng tia X được ứng dụng trong y học. Ban đầu máy CT dùng 180 số đo song song,
quay quanh góc 180 độ, mỗi lần 1 độ, mỗi lần quét khoảng 5 phút, hình ảnh thu
được trong 35 giờ. Đây cũng là điều bất lợi đối với bệnh nhân bởi vì thời gian qut
di, liều phĩng xạ cao hơn. Để khắc phục điều này, nhiều thế hệ máy CT được cải
tiến, hoàn thiện và nâng cao trong việc lập kế hoạch chẩn đoán và điều trị bệnh
nhân. Máy cắt lớp điện toán xoắn ốc (Spiral Computed Tomography) đ mở đường
cho các loại máy CT nhờ khả năng tái tạo ảnh nhanh, thời gian quét cắt lớp ngắn,
giảm liều phóng xạ cho bệnh nhân, nhờ đó giảm thời gian chiếu xạ cho bệnh nhân.
Máy CT xoắn ốc hoàn thiện hơn do khả năng tái tạo ảnh, hình ảnh thu được tương
đối r rng, chính xc, khả năng này được ứng dụng trong việc phát hiện sớm các loại
bệnh ung thư, bệnh tim mạch và các loại bệnh nguy hiểm khác.
Vì thế cc loại my CT l thiết bị xm lọc cao đáp ứng phần nào đó trong y học,
góp phần vào việc điều trị bệnh nhân một cách có hiệu quả. Máy CT xoắn ốc (thế hệ
thứ sáu) có những tính năng vượt trội hơn các máy CT khác vì thế nĩ tạo ra cuộc cch
mạng trong lĩnh vực CT. My CT ny cải thiện hơn về tốc độ quét, thời gian quét
trong vài giây, phát hiện những vùng thương tổn của tế bào dưới 1 mm nhưng cho
ra những hình ảnh chính xc, sắc nt đáp ứng tính chuẩn xác trong việc chẩn đoán
bệnh. Máy CT xoắn ốc đ tạo ra bước đột phá trong kĩ thuật CT nhờ vào khả năng tái

1


2

tạo ảnh liên tục, hình ảnh 3D tương đối r rng nhờ vo ảnh số hố của ma trận ti tạo
của tồn bộ cơ quan. .
Trong phần luận văn này, tôi xin trình by v giới thiệu chung về nguyn tắc vật
lý, cc phương pháp tái tạo ảnh, phương pháp thu thập dữ liệu không đi sâu vào các
công thức toán học của kĩ thuật tái tạo ảnh và ứng dụng của máy CT xoắn ốc trong

y học.
Với luận văn này giúp cho chúng ta hiểu biết sâu hơn về các đặc tính kĩ
thuật của máy CT xoắn ốc, cũng như ứng dụng rộng ri của nó trong y học góp phần
trong việc bảo vệ tính mạng của con người. Máy CT và các loại máy khác hỗ trợ lẫn
nhau về kĩ thuật như sự kết hợp giữa SPECT/CT, PET/CT nhằm tạo ra hướng mới
trong việc phát hoạ cho các thiết bị hình ảnh học y khoa cho mục đích chẩn đoán, xa
trị và xạ phẩu.

2


3

CHƢƠNG 1
CƠ SỞ VẬT LÝ TƢƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT
1.1 Tƣơng tác giữa electron với vật chất:
1.1.1 Ion hóa và kích thích:
Khi electron đi qua môi trường vật chất thì gây ra các hiện tượng ion hóa và
kích thích .
Nếu năng lượng của electron khi vào vật chất đủ lớn để có thể thắng lực liên
kết của elctron trong nguyên tử của môi trường thì quá trình này gọi là ion hóa.
Trong trường hợp nếu năng lượng của electron không đủ lớn để thắng lực
liên kết của electron và lớp vỏ nguyên tử mà chỉ có khả năng đưa các electron này
lên một mức năng lượng khác thì quá trình này gọi là kích thích nguyên tử .
1.1.2 Bức xạ hãm:
Khi electron có năng lượng cao nó có thể đến gần hạt nhân của nguyên tử
mỗi chất. Quỹ đạo của nó bị lệch dưới tác dụng của trường tĩnh điện (trường
Coulomb). Năng lượng mất đi của electron chuyển thành photon, các photon này
tạo thành bức xạ hãm. Bức xạ hãm chính là bóng phát tia X. Ta thấy rằng tỉ số hao
năng lượng trên đường đi tạo bức xạ hãm (dEe /dX hãm) và tạo cặp ion (dEe /dX ion

hóa) tùy thuộc vào năng lượng Ee của hạt và nguyên tử số Z của mỗi chất :
Ee
dEe /dX hm
=

(1.1)

800

dEe /dX ion hóa

Ta thấy năng lượng của electron càng lớn và số nguyên tử Z của mỗi chất
cng lớn thì thnh phần bức xạ hm cng lớn.
1.2 Tƣơng tác giữa photon với vật chất:
Khi tương tác với môi trường vật chất, photon sẽ gây ra 3 hiệu ứng sau:
-

Hiệu ứng Quang điện.

3


4

-

Hiệu ứng Compton.

-

Hiệu ứng tạo cặp.

1.2.1 Hiệu ứng quang điện:
Chủ yếu xảy ra với bức xạ có năng lượng từ 0,01 đến 0,1 MeV. Photon va
chạm với nguyên tử và truyền toàn bộ năng lượng E =h cho một electron quỹ đạo
chuyển nó thành electon tự do gọi là quang electron. Đối với photon có năng lượng
đủ lớn, xác xuất xảy ra lớn nhất đối với các electron từ lớp K, động năng của quang
electron được xác định bởi:
Ee = h – Ai (i= K, L, M)

(1.2)

Với h: Năng lượng photon.
Ai : năng lượng cần thiết để đánh bật một electron ra khỏi lớp i.
Quang electron đi trong môi trường vật chất bị tán xạ mất dần năng lượng.
Hiệu ứng quang điện là một trong những nguyên nhân làm suy giảm chùm
photon. Các hệ số suy giảm tuyến tính, hệ số truyền năng lượng tuyến tính , hệ số
hấp thụ tuyến tính đối với hiệu ứng quang điện được ký hiệu lần lượt là , k, en. Tỉ
số giữa các hệ số tuyến tính ở trên và khối lượng riêng  của môi trường là các hệ
số khối.
Lý thuyết v thực nghiệm cho thấy hệ số suy giảm khối  / nĩi chung giảm
khi năng lượng của photon tăng, theo qui luật gần đng.
Hệ số suy giảm khối cũng tỉ lệ xấp xỉ với lũy thừa bậc ba của số thứ tự
nguyn tử Z,  /

~ Z3. Do đĩ hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra chủ yếu đối với cc tia

X hay tia photon cĩ năng lượng tương đối thấp v trong vật chất cĩ Z lớn.
Xc xuất sinh ra hiệu ứng quang điện ty thuộc vo năng lượng của chm photon
v bản thn mơi chất.

Xc xuất

t = k(Zm/En)

4


5

Với

k : hằng số
Z : Nguyn tử số của mỗi chất
E : Năng lượng photon

m v n l những hệ số thay đổi ty theo mức năng lượng E.
khi E < 0,1 MeV thì m = 4,n = 3
Đối với cc chất cĩ Z lớn thì xc suất của hiệu ứng quang điện lớn. Khi năng
lượng phtoton E > 2 MeV thì hiệu ứng quang điện rất yếu. Trong mơi trường cĩ Z b
như nước hay mơ thì hệ số hấp thụ năng lượng en xấp xỉ bằng hệ số truyền năng
lượng k v hệ số suy giảm tuyến tính 
1.2.2. Hiệu ứng Compton.
Trong hiệu ứng Compton một photon năng lượng E = h va chạm với electron
ở tầng ngồi của nguyn tử v truyền một phần năng lượng cho elecctron ny, lm cho
electron thốt khỏi nguyn tử. Bản thn photon bị lệch hướng với 1 gĩc tn xạ  v năng
lượng cịn lại l E' = hý.
Gọi  l gĩc tia X bị tn xạ so với phương tới. Ta cĩ :
hý=

hv

hv(1  cos  )
1
m0 c 2

(1.3)

2

với m0 c l năng lượng nghĩ của electron. Dựa trn định luật bảo tồn năng
lượng v bảo tồn động lượng cĩ thể tính năng lượng electron trong hiệu ứng Compton
theo biểu thức sau:
Ee = h – hý =
Với a =

a(1  cos  )
hv
a  (1  cos  )

h
m0 c

(1.4)

(1.5)

5


6

Hiệu ứng Compton l một trong những nguyn nhn lm suy giảm chm photon.
Hệ số suy giảm tuyến tính giảm khi năng lượng h của photon tăng dần.
Đối với cc tổ chức cơ thể, hiệu ứng compton cĩ vị trí chủ yếu.
1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp:
Khi năng lượng h của photon lớn hơn 2 lần năng lượng nghĩ của electron
(2 m0c2 = 1,022 Mev) thì photon cĩ khả năng biến thnh một electron động năng E e
v 1 positron động năng Ee+.
Hiệu ứng tạo cặp xảy ra ở vng năng lượng cao nn khơng p dụng trong CT.
h = Ee + Ee+ + 2 m0 c

2

(1.6)

1.2.4 Độ suy giảm chùm tia:
Khi photon truyền qua mỗi chất do có ba hiệu ứng trên nên số photon bị hấp
thụ dần. Đối với một chùm photon song song và đơn năng thì cường độ bức xạ I
truyền qua vật chất có bề dày hấp thụ d tuân theo qui luật giảm theo hàm mũ.
I = I0 e-d
Với

(1.7)

I0 : Cường độ chùm tia tới
I : Cường độ chùm tia sau khi đi qua chiều dày của mỗi chất (cm)
 : hệ số hấp thụ tuyến tính (cm-1)

Hệ số hấp thụ  bằng tổng các hệ số hấp thụ do các hiệu ứng quang điện (),
Compton () và tạo cặp ().
=++

(1.8) .

6


7

CHƢƠNG 2
NGUYÊN TẮC CT
2.1 Máy X-quang qui ƣớc:
Máy X-quang qui ước phát chùm tia X từ bóng X-quang đi xuyên qua toàn bộ
bề dày của phần cơ thể cần xét nghiệm gồm nhiều tổ chức mô rồi tạo ảnh trên
phim (hình 2.1). Hình ảnh trên phim là ảnh tổng hợp của nhiều ảnh chồng lên
nhau của tất cả các tổ chức mô nằm trong chùm tia. Vị trí không gian và độ đậm
riêng của mỗi ảnh tổ chức mô sẽ không được tách biệt và xác định chính xác
trong phim (hình 2.2). Ngoài ra, các thông tin chẩn đoán trong ảnh chỉ có thể
được đánh giá định tính, không thể đánh giá được định lượng.

Hình 2.1: chụp phổi bằng máy X-quang thông thường

Hình 2.2: ảnh hai vật thể trùng nhau trong X quang qui ước
2.2 Máy CT qui ƣớc :

7


8

Máy CT thu dữ liệu (số photon truyền qua cơ thể) trong các ảnh chiếu từ nhiều

hướng khác nhau xuyên qua cơ thể để tái tạo nên tập ảnh số hóa của các lát cắt
trong cơ thể. Mỗi ảnh lát cắt là một ma trận các nguyên tố ảnh (pixel) mang thông
tin về độ suy giảm bức xạ (hệ số suy giảm µ) của mỗi phần tử thể tích (voxel) của
ma trận lát cắt cơ thể (ma trận ghi hình) tương ứng (hình 2.3).

8


9

Một thuật toán tái tạo sẽ được máy tính sử dụng để tính ra các hệ số µ của ma trận
lát cắt từ các giá trị P đã có
Từ ảnh các lát cắt CT, có thể phát hiện và phân biệt các vật thể nằm trong các lát cắt
ở các vị trí khác nhau với độ phân giải cao, đồng thời định lượng được các độ hấp
thụ tia X riêng của chúng để chẩn đoán và điều trị (hình 2.4).
Giả sử ma trận ghi hình của 1 lát cắt có 4 nguyên tố thể tích (voxel) với các hệ số
hấp thụ tuyến tính  đối với chùm tia X như sau :

I0

11

12

D1

I1

I0

21

22

D2

I2

DR

I0

I0

Cường độ photon tia X truyền qua các nguyên tố thể tích nằm trên hàng 1, hàng 2
của ma trận lát cắt 2x2 và cường độ photon ban đầu I0 được đo bởi các đầu dò D1 ,
D2 và DR và được tính lần lượt theo thứ tự như sau:
I 1 = I0 e -

(  + ). x
11 12

I 2 = I0 e -

(  + ). x
21 22

IR

= I0

Trong đó :
e

:

cơ số logarit tự nhiên (e = 2,7…)

x

:

kích thước pixel của ma trận tái tạo .

Từ hệ phương trình trên , suy ra :
P1 = Ln(I0 /I1) = ( 11 +  12 ).x
P2 = Ln(I0 /I2) = ( 21 + 22).x
Vì các giá trị I0, I1, I2, x đã biết nên các giá trị P là các hằng số.

9


10

Các giá trị  (4 giá trị) chỉ được xác định nếu có đủ hệ 4 phương trình tuyến tính
như trên. Do đó ta cần phải thu thập thêm dữ liệu (đo các giá trị I i) từ 2 phép chiếu
khác nhau . Ta có :
I0

I0

I0

I0

I0

DR

11

12

D1

P1

21

22

D2

P2

D4

D3

I0

P4
P
Tư 4 phép chiếu và các số đếm thu thập được, ta
có 4 3phương trình như sau:

P1 = Ln(I0 /I1) = ( 11 +12).x
P2 = Ln(I0 /I2) = ( 21 +22).x
P3 = Ln(I0 /I2) = ( 12 +22).x
P4 = Ln(I0 /I3) = ( 11 +21).x
Từ hệ 4 phương trình trên tính ra được các giá trị của 11 ,12 , 21 , 22 .
Nếu có ma trận với m  n phép chiếu ta được kết quả tương tự.
P i =( µ i1 +... + µ im ).x

10


11

Hình 2.5: Ma trận 2D của hệ số tuyến tính tương ứng với từng mô
Nếu cần một ma trận lát cắt có 512 x 512 phần tử (voxel) thì phải cần đến 512 x
512 phương trình để tính ra 512 x 512 giá trị  khác nhau , do đó cần rất nhiều
phép chiếu từ nhiều hướng khác nhau để có đủ dữ liệu tái tạo ảnh. Ma trận lát cắt
càng lớn, phép chiếu càng nhiều và độ phân giải ảnh sẽ càng cao (nếu số photon và
thời gian chiếu đủ lớn và các yếu tố khác thỏa mãn yêu cầu về chất lượng ảnh) .
Từ các phương trình trên, nếu cho X bằng một đơn vị thì các giá trị P i chính
là tổng các giá trị  của các nguyên tố thể tích nằm trên đường đi của chùm tia
tương ứng.
Sau khi thu thập dữ liệu các lát cắt từ một bệnh nhân cụ thể, các giá trị P i
được tính, được số hoá và lưu trữ trong máy tính. Phân bố không gian của các giá trị
Pi thu được từ một hướng chiếu sẽ tạo ra một ảnh chiếu ( projection hay Image

Profile).

11


12

CHƢƠNG 3
SƠ LƢỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CT XOẮN ỐC
CT được phát minh bởi Genius Godfrey N.Housefied ở Ele vào năm 1967tại
phòng thí nghiệm Electric Musical Instrument (EMI). Năm 1972, Dr.Housefied cho
ra đời máy CT lâm sàng đầu tiên. CT xoắn ốc được Kalender và các cộng sự phát
minh vào cuối năm 1980. Hãng Siemens giới thiệu máy quét CT xoắn ốc vào năm
1990.
Từ khi ra đời cho đến nay, nhiều thế hệ máy CT đã được nghiên cứu chế tạo
và đưa vào ứng dụng trong y học.
Các hệ thống quét CT khác nhau về kỹ thuật thu thập dữ liệu và khả năng xử lý dữ
liệu ảnh tương ứng.
3.1 Hệ thống CT thứ nhất: quay/dịch ngang.
Máy chiếu chùm tia X nhỏ (pencil-thin beam) qua bệnh nhân và ghi nhận bởi
một hoặc hai detector. Hệ thống dịch chuyển quay/dịch ngang từng bước nhỏ hệ
thống nguồn X và detector quanh bệnh nhân để thu thập dữ liệu ảnh chiếu.
Trong máy quét EMI, hệ quay vòng tổng 180 độ để thu được 180 ảnh chiếu. Cần
khỏang 4,5 phút để ghi hình và 1,5 phút để tái tạo ảnh lát cắt, sử dụng 3 detector
nhấp nháy (NaI) với ống nhân quang điện.

12


13

Hình 3.1: Thế hệ CT thứ nhất
3.2 Hệ thống CT thứ hai: quay/dịch ngang:
Hệ thống này tăng số detector và dùng chùm tia rẻ quạt. Hệ thống quay/dịch
ngang với thời gian quét khá nhanh (cở 18 giây/lát cắt). Bước quay được gia tăng từ
1 độ lên 3 độ. Thu thập được nhiều dữ liệu hơn để cải tiến chất lượng ảnh.

Hình 3.2: Thế hệ CT thứ hai

3.3 Hệ thống CT thứ ba: quay/dịch ngang
Máy quét CT tăng cao về tốc độ thu dữ liệu và xử lý ảnh nhờ sử dụng chùm tia
rẻ quạt rộng và một dãy detector quay đồng thời, giảm thời gian quét còn 10 giây
mỗi lát cắt, đủ ngắn để ghi hình phổi hoặc ngực trong khi những thế hệ máy quét
trước chỉ giới ở đầu hoặc tay, chân.

13


14

Hình 3.3: Thế hệ CT thứ ba
3.4 Hệ thống CT thứ tƣ: quay/dừng
Hệ thống dùng vòng đầu dò 360 độ cố định (ví dụ khỏang 4800 đầu dò) và di
chuyển nguồn tia X 360 độ quanh bệnh nhân để thu hình.

Hình 3.4: Thế hệ CT thứ tư
3.5 Hệ thống CT thứ năm: CT chùm tia điện tƣ (Electron Beam CT- EBCT)

14

15

Hệ thống dùng chùm tia electron qt nhanh trên nhiều vòng anod để tạo nhiều
chùm tia X qt liên tiếp qua bệnh nhân, còn gọi là CT siêu nhanh (Ultrafast). Máy
EBCT cho phép ghi ảnh chuyển động (cine) nhanh của tim đang co bóp mà ảnh
khơng bị nhòe.
Hệ thụ dữ liệu

Súng
electron

Chùm
electron

Cuộn tụ
tiêu
Cuộn lệch

Bơm chân
không

Hệ thụ dữ liệu
Các đầu dò
Chùm tia x

Bàn bệnh
nhân
Các vòng
bia (anod)

Hình 3.5: Thế hệ CT thứ năm
3.6 Hệ thống CT thứ sáu: CT xoắn ốc (Spiral/ Helical CT- SCT)
Hệ thống vừa quay nguồn tia X vừa phát tia liên tục quanh bệnh nhân trong khi
vẫn di chuyển liên tục bàn bệnh nhân để thu nhận dữ liệu theo đường xoắn ốc. Thời
gian ghi hình rất ngắn cở 50 ms.

Hình 3.6: CT qui ước ( a ) và SCT ( b )

15


16

CHƢƠNG 4
CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁI TẠO ẢNH CT VÀ PHƢƠNG PHÁP HIỂN THỊ
ẢNH CT

Tái tạo ảnh CT xoắn ốc cũng tương tự tái tạo ảnh CT qui ước sau khi đã thu thập dữ
liệu dựa vào các hệ số suy giảm tuyến tính của các mô.
Có 5 phương pháp tái tạo ảnh được biết đến như sau:
-

Phương pháp chiếu ngược (back projection).

-

Phương pháp chiếu ngược sau lọc (filtered back projection).

-

Phương pháp nghịch đảo Brute (Brute force inversion).

-

Phương pháp lặp lại (iterative).

-

Phương pháp biến đổi Fourier 2 chiều.

4.1 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc:
Giả sử ma trận lát cắt 5  5 nguyên tố thể tích, trong đó các giá trị µ cho
trong hình vẽ.
Bắt đầu với ma trận rỗng và giá trị từ mỗi tia trong tất cả các ảnh chiếu được
cộng vào mỗi phần tử ảnh trong đường tia xuyên qua ảnh.
- Sau khi thực hiện 2 phép chiếu để thu thập số liệu các giá trị P i là tổng
các giá trị µ của các nguyên tố thể tích nằm trên đường đi của chùm tia X
- Các giá trị P i gọi là dữ liệu thô và được máy tính lưu trữ trong 2 thanh ghi.
P

i

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

3

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

0

16


17

0

0

0

0

0

0

0

1

3

1

0

Pi

Hình 4.1: Cấu trúc ma trận lát cắt
Phương pháp chiếu ngược sẽ tái tạo lại ma trận lát cắt từ các tổng P i như
sau:
-

Đặt ngược lại các giá trị tổng Pi vào các pixel trên hàng hay cột của ma
trận lát cắt mà đường tia đã đi qua lúc thu thập dữ liệu.

-

Ma trận lát cắt được hình thành với các giá tri của mỗi pixel là tổng các
giá trị Pi cộng lại từ tất cả các phép chiếu ngược được thực hiện.

0

1

3

1

0

1

2

4

2

1

3

4

6

4

3

1

2

4

2

1

0

1

3

1

0

Hình 4.2: Cấu trúc ma trận lát cắt tái tạo

4.2 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc sau lọc
Thuật toán chiếu ngược sau lọc thường dùng trong CT lâm sàng.Do đó
phương pháp này thực hiện ghi hình ngược từ các ảnh chiếu để tạo lại ảnh lát
cắt. Độ suy giảm của mỗi tia được ghi nhận theo cùng đường tia trong ảnh
của bệnh nhân. Sau khi một số tia được chiếu ngược lên ssma trận ảnh, vùng
nào có độ suy giảm cao hơn sẽ nỗi rõ hơn vùng có độ suy giảm thấp hơn.

17