Nghiên cứu tổng quan các thiết bị chẩn đoán hình ảnh trong y tế phân tích hệ thống chụp cắt lớp điện toán thế hệ mới

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao
chép của ai được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết. Nội dung trong luận văn
có tham khảo và sử dụng các tài liệu theo danh mục tài liệu tham khảo. Các số liệu
có nguồn trích dẫn, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố
trong các công trình nghiên cứu khác.
Hà Nội, ngày 16 tháng 09 năm 2014
Tác giả luận văn
Nguyễn Đức Hiếu

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
MỤC LỤC ..................................................................................................................2
DANH SÁCH KÝ HIỆU, VIẾT TẮT......................................................................6
DANH SÁCH BẢNG BIỂU......................................................................................8
DANH SÁCH HÌNH VẼ ...........................................................................................9
TÓM TẮT ................................................................................................................14
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH .........15
1.1 Lịch sử phát triển ..............................................................................................15
1.2 Vai trò và ứng dụng của chẩn đoán hình ảnh trong y tế ...............................17
1.3 Phân loại thiết bị thiết bị chẩn đoán hình ảnh ...............................................18
1.3.1 Tạo ảnh bằng tia X .......................................................................................19
1.3.1.1 Tia X và tính chất của tia X ..................................................................19
1.3.1.2 Cơ chế tạo ảnh .......................................................................................21
1.3.1.3 Phân loại các thiết bị chụp X quang ......................................................22
1.3.1.4 Ứng dụng của các thiết bị tạo ảnh X quang ..........................................23
1.3.2 Chụp cắt lớp điện toán (CT-scanner) ...........................................................25
1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động .............................................................................25

1.3.2.2 Đánh giá và ứng dụng của chụp cắt lớp điện toán ................................26
1.3.3 Chụp cộng hưởng từ .....................................................................................27
1.3.3.1 Lịch sử phát triển ..................................................................................29
1.3.3.2 Nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ .........................................................30
1.3.3.3 Đặc điểm MRI .......................................................................................31
Ưu điểm .........................................................................................................31
Nhược điểm ...................................................................................................32
1.3.3.4 Ứng dụng của MRI ...............................................................................32
1.3.4 Tạo ảnh bằng siêu âm ...................................................................................33
1.3.4.1 Khái quát về siêu âm .............................................................................34
1.3.4.2 Nguyên tắc hoạt động ...........................................................................34
2


1.3.4.3 Cơ sở vật lý của siêu âm .......................................................................35
1.3.4.4 Các loại kỹ thuật siêu âm ......................................................................36
1.3.5 Tạo ảnh ứng dụng y học hạt nhân PET và SPECT ......................................37
1.3.5.1 Nguyên lý tạo ảnh bằng y học hạt nhân ................................................38
1.3.5.2 Các kỹ thuật tạo ảnh bằng y học hạt nhân.............................................38
1.3.5.3 ứng dụng của tạo ảnh bằng y học hạt nhân ...........................................40
1.3.6 Tạo ảnh kết hợp ............................................................................................41
1.3.6.1 Kết hợp nhiều kỹ thuật tạo ảnh – xu hướng của chẩn đoán hình ảnh ...41
1.3.6.2 PET/CT .................................................................................................42
1.3.6.3 Nguyên lý hoạt động của PET/CT ........................................................42
1.3.6.4 Ứng dụng PET/CT trong chẩn đoán và điều trị ung thư .......................43
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN HÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN .............................................................................45
2.1 Lịch sử phát triển của CT ................................................................................45
2.2 Nguyên lý tạo ảnh CT .......................................................................................48
2.3 Thuật toán tái tạo ảnh CT ................................................................................52

2.3.1 Biến đổi Radon .............................................................................................52
2.3.2 Định lý lát cắt Fourier ..................................................................................56
2.3.3 Tái tạo hình ảnh từ các hình chiếu ...............................................................57
2.3.3.1 Kỹ thuật tái tạo đại số (ART) : ..............................................................57
2.3.3.2 Phương pháp chiếu ngược có lọc ..........................................................58
2.4 Các thế hệ máy CT ............................................................................................60
2.4.1 Máy CT hế hệ thứ nhất: ...............................................................................60
2.4.2 Máy CT thế hệ thứ 2: Tịnh tiến - quay chùm rẻ quạt với góc mở nhỏ. .......61
2.4.3 Máy CT thế hệ thứ 3: ...................................................................................62
2.4.4 Máy CT thế hệ 4:..........................................................................................63
2.4.5 Máy CT sử dụng chùm electron: ..................................................................64
2.4.6 Máy CT quét xoắn ốc (Spiral CT hay Helical CT): .....................................66
2.4.7 Máy CT với đầu dò đa mảng: ......................................................................67
3


2.5 Cấu trúc của một hệ thống CT ........................................................................67
2.6 Các ưu nhược điểm của kĩ thuật chụp CT ......................................................67
2.6.1 Ưu nhược điểm của CT so với X-quang thông thường................................67
2.6.2 So sánh CT và MRI ......................................................................................68
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MÁY AQUILION ONE 320 CỦA TOSIBA ..........69
3.1 Tổng quan về máy Aquilion One CT320 ........................................................69
3.1.1 Các đặc điểm nổi bật ....................................................................................70
3.1.2 Các thông số kĩ thuật của Aquilion One ......................................................70
3.2 Tìm hiểu cấu tạo của máy Aquilion One CT320 ............................................73
3.2.1 Hệ thống điều khiển (Console) ....................................................................76
3.2.1.1 Nhiệm vụ của Console ..........................................................................76
3.2.1.2 Các thành phần của Console .................................................................76
3.2.1.3 Hoạt động của Console .........................................................................77
3.2.1.4 Bàn điều khiển chung Operator Console ..............................................78

3.2.1.5 Giá máy chủ - CPU box ........................................................................79
3.2.1.6 Thùng tái tạo ảnh – Reconstruction Boxes ...........................................80
3.2.2 Khoang máy (Gantry) ..................................................................................82
3.2.2.1 Các bộ phận bên ngoài của khoang máy ...............................................83
3.2.2.2 Các bộ phận bên trong giàn quay ..........................................................84
Hệ thống định hướng tia X ............................................................................85
Hệ thống chuẩn trực động .............................................................................85
Động cơ dàn quay – Direct Drive Motor ......................................................86
Hệ thống chổi than và rãnh trượt ..................................................................86
Các bộ phận khác trong khoang máy ............................................................86
3.2.3 Bàn bệnh nhân (Couch) ................................................................................87
3.2.4 Hệ thống tạo tia X (X-Ray System) .............................................................88
3.2.4.1 Các bộ phận ...........................................................................................88
3.2.4.2 chức năng của hệ thống X quang ..........................................................88
3.2.4.3 Khối AC ................................................................................................89
4


3.2.4.4 Khối INVERTER ..................................................................................90
3.2.4.5 Khối HV multiplexer ............................................................................91
3.2.4.6 Bóng phát tia X .....................................................................................92
3.2.5 Detector - Mảng đầu dò................................................................................93
3.2.5.1 Nhiệm vụ chính .....................................................................................93
3.2.5.2 Mảng đầu dò chính ................................................................................93
3.2.5.3 Hoạt động của mảng đầu dò ..................................................................94
3.2.6 Data Transfer System – Surecom.................................................................96
3.2.7 Giao tiếp DICOM .........................................................................................98
3.3 Ứng dụng đặc thù của máy Aquilion One CT320 ........................................100
3.3.1 Sự khác biệt của Aquilion One ..................................................................100
3.3.2 Chụp thể tích động tim 4D .........................................................................101

3.3.3 Chụp ảnh tưới máu perfusion .....................................................................102
3.4 Sự vượt trội của Aquilion One so với các công nghệ đi trước ....................105
3.4.1 Siêu giảm liều với công nghệ SURE EXPOSURE ....................................105
3.4.2 Chất lượng ảnh ...........................................................................................110
3.4.3 Các chức năng đặc biệt ...............................................................................111
3.4.3.1 Chụp tưới máu đa chức năng ..............................................................111
Chụp tưới máu toàn thân .............................................................................111
Chụp tưới máu não ......................................................................................112
Tưới máu cơ tim ..........................................................................................113
3.4.3.2 Các úng dụng giải phẫu tiên tiến .........................................................114
Phân tích dung lượng phổi ..........................................................................114
Quét đa mức năng lượng .............................................................................114
Chụp tim khử loạn nhịp...............................................................................115
3.4.4 Tối đa hóa khả năng chẩn đoán lâm sang ..................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................118

5


DANH SÁCH KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
AC

Alternating Current

ADC

Analog Digital Converter

AEC

Automatic Exposure Control

ART

Algebraic Reconstruction Technique

AVCONT

Advanced Volume Control

CPU

Central Processing Unit

CR

Computed Radiography

CT

Computed Tomography

DAS

Data Acquisition System

D-con

Display Control

DD motor

Direct Driver Motor

DICOM

Digital Imaging And Communications In Medicine

DR

Direct Radiography

EPI

Echo Planar Imaging

FDA

U.S. Food And Drug Administration

fMRI

Functional Magnetic Resonance Imaging

HU

Hounsfield Units

HV

High Voltage

IDD

Image Data Disk

ILST

Iterative Least Squares Technique

MRA

Magnetic Resonance Angiography

MRI

Magnetic Resonance Imaging

NMR

Nuclear Magnetic Resonance

PET

Positron Emission Tomography

PET / MRI

Positron Emission Tomography / Magnetic Resonance Imaging

PET/CT

Positron Emission Tomography / Computed Tomography

6


QV

Charge/ Voltage Converters

RDD

Raw Data Disk

Recon Box

Reconstruction Box

S-con

Scan Control

SCRT

Surecom Rotational Tranfer

SIRT

Simultaneous Iterative Reconstruction Technique

SPECT

Single Photon Emission Computed Tomography

SPECT/CT

Single Photon Emission Computed Tomography / Computed Tomography

TIM

Total Imaging Matrix

7


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chỉ số CT ...................................................................................................51
Bảng 3.1 Giàn máy - Gantry .....................................................................................70
Bảng 3.2 Khối phát tia X...........................................................................................71
Bảng 3.3 Bóng Tia X ................................................................................................71
Bảng 3.4 Hệ thống đầu dò .........................................................................................72
Bảng 3.5 Giường bệnh nhân – couch ........................................................................72
Bảng 3.6 Khả năng quét ............................................................................................73
Bảng 3.7 Chất lựơng ảnh...........................................................................................73
Bảng 3.8 Dung lượng dữ liệu lưu trữ ........................................................................73
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của máy chủ .................................................................79
Bảng 3.10 Các khối và nhiệm vụ từng khối trong Recon boxes ...............................81
Bảng 3.11 Các công tắc nguồn trên khoang máy ......................................................84
Bảng 3.12 Bảng chế độ chụp theo tốc độ quay của giàn ..........................................94

Bảng 3.13 Các lớp giao tiếp DICOM được hỗ trợ trong Aquilion One ...................99
Bảng 3.14 So sánh khả năng tái tạo ảnh của Aquilion One và các máy CT khác ..110
Bảng 3.15 Các phần mêm trong gói hỗ trợ SURE Technologies ...........................116

8


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phân loại thiết bị chẩn đoán hình ảnh theo cơ sở vật lý .............................18
Hình 1.2 Máy chụp X-Quang thường qui .................................................................19
Hình 1.3 Nguyên lý cơ bản tạo ảnh X quang ............................................................22
Hình 1.4 Máy chụp cắt lớp điện toán SOMATOM Definition AS của Siemens ......25
Hình 1.5 Máy chụp công hưởng từ ...........................................................................27
Hình 1.6 Máy chụp cộng hưởng từ ...........................................................................28
Hình 1.7 Máy siêu âm chẩn đoán ..............................................................................33
Hình 1.8 Máy chụp cắt lớp phát xạ positron .............................................................37
Hình 1.9 Máy chụp PET /CT ....................................................................................41
Hình 1.10 Cấu tạo cơ bản của máy PET/CT .............................................................43
Hình 2.1 Máy chụp cắt lớp điện toán ........................................................................45
Hình 2.2 Hai nhà bác học được nhận giải Nobel vì những đóng góp cho CT ..........47
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy CT scanner ....................................................48
Hình 2.4 Đầu dò khí Xenon ......................................................................................49
Hình 2.5 Đầu dò bán dẫn...........................................................................................49
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý quá trình chụp và tái tạo ảnh CT.....................................52
Hình 2.7 Minh họa biến đổi Radon ...........................................................................52
Hình 2.8 Hình chiếu trùm quạt ..................................................................................55
Hình 2.9 kết quả của phương pháp chiếu lại: a single angle, b shows the effect of
backprojecting over 4 angles, (c)shows 64 angles, and (d)shows 512 angles. ........59
Hình 2.10 Máy CT thế hệ thứ nhất: Chùm tia hình bút chì, chuyển động tịnh tiến quay ...........................................................................................................................60
Hình 2.11 Máy CT thế hệ thứ 2 với chùm tia hình rẻ quạt, đầu dò mảng, chuyển

động kết hợp tịnh tiến – quay ....................................................................................61
Hình 2.12 Máy CT thế hệ thứ 3: Máy CT với chùm tia rẻ quạt đầu dò mảng vòng
cung, chuyển động quay - quay.................................................................................62
Hình 2.13 Nhiễu vòng xuất hiện ở máy CT thế hệ thứ 3 ..........................................63

9


Hình 2.14 Máy CT thế hệ thứ tư: Chùm tia rẻ quạt, đầu dò là một cung tròn chuyển
động quay - cố định ...................................................................................................64
Hình 2.15 Máy CT sử dụng chùm electron, lái tia bằng điện tử ...............................65
Hình 2.16 Mặt cắt dọc máy CT dùng chùm electron ................................................65
Hình 2.17 Mặt cắt ngang máy CT dùng chùm electron ............................................66
Hình 2.18 Máy CT xoắn ốc .......................................................................................66
Hình 2.19 Máy CT với đầu dò đa mảng....................................................................67
Hình 3.1 Máy chụp CT Aquilion One 320 lát cắt của TOSHIBA ............................69
Hình 3.2 Các bộ phận của Aquilion One trong phòng điều trị .................................74
Hình 3.3 Console – nằm trong phòng điều khiển của Aqualion One .......................75
Hình 3.4 Sơ đồ khối của hệ thống Aquilion One ......................................................76
Hình 3.5 Giản đồ bố trí Console ...............................................................................77
Hình 3.6 Giá máy chủ ...............................................................................................79
Hình 3.7 Giản đồ của 2 thùng tái tạo ảnh Recon Box 1 và Recon Box 2 .................80
Hình 3.8 Khoang máy của Aquilion One ..................................................................82
Hình 3.9 i(Station) với màn hình và máy tính trên khoang máy ..............................83
Hình 3.10 Bộ phận hãm của khoang máy .................................................................83
Hình 3.11 Bảng điều khiển và màn hình hiển thị trên mặt trước của khoang máy ..84
Hình 3.12 Hệ thống chổi than của Aquilion One ......................................................86
Hình 3.13 Cấu tạo của giường bệnh nhân .................................................................87
Hình 3.14 Sơ đồ khối của hệ thống tạo phát tia X trong Aquilion One ....................88
Hình 3.15 Khối AC được gắn trong thân giàn quay .................................................89

Hình 3.16 Giản đồ của khối AC ................................................................................90
Hình 3.17 Khối INVERTER được gắn trong giàn quay ...........................................90
Hình 3.18 Giản đồ của khối INVERTER .................................................................91
Hình 3.19 Khối HV trong giàn quay và các cáp kết nối liên quan ...........................91
Hình 3.20 Giản đồ của khối HV................................................................................92
Hình 3.21 Hình ảnh mặt trên và dưới của bóng CXB-750E .....................................92
Hình 3.22 Hệ thống đầu dò của Aquilion One ..........................................................93
10


Hình 3.23 38 bộ ADC tương ứng với 38 mảng đầu dò, và bộ ADC tham chiếu .....95
Hình 3.24 Lưu đồ của khối đầu dò và quét dữ liệu ...................................................95
Hình 3.25 Giản đồ của hệ thống truyền nhận dữ liệu gian quay Surecom ...............97
Hình 3.26 UPLINK với bộ truyền kép (bên trái) gắn trên khoang máy và 2 bộ nhận
(bên phải) trên giàn quay...........................................................................................97
Hình 3.27 DOWNLINK với 2 bộ truyền kép (bên trái) gắn trên giàn quay và 4 bộ
nhận (bên phải) trên khoang máy. .............................................................................98
Hình 3.28 SureCardio phát hiện loạn nhịp và điều chỉnh thời gian lấy mẫu. .........101
Hình 3.29 Hình ảnh tim tạo bởi Aquilion One........................................................101
Hình 3.30 Ảnh chụp vành động mạch của tim ........................................................103
Hình 3.31 Ảnh chụp tưới máu toàn bộ ổ bụng. .......................................................104
Hình 3.32 Ảnh chụp mạch đã được loại bỏ xương .................................................104
Hình 3.33 Hình ảnh CT của 2 bệnh nhân có thể trạng cơ thể khác nhau và được điều
chỉnh liều xạ phù hợp ..............................................................................................107
Hình 3.34 Điều chỉnh liều xạ theo chiều dọc cơ thể bệnh nhân .............................108
Hình 3.35 Điều chỉnh liều xạ theo góc quay của khoang máy ...............................109
Hình 3.36 Điều chỉnh liều xạ theo mật độ vật chất trong cơ thể người ..................109
Hình 3.37 Ảnh chụp tưới máu toàn thân .................................................................112
Hình 3.38 Ảnh tưới máu và theo dõi tĩnh mạch não ...............................................113
Hình 3.39 Phần mềm phân tích thể tích phổi ..........................................................114

Hình 3.40 Chụp CT xoắn ốc đa mức năng lượng ...................................................115
Hình 3.41 SURE Cardio nhận dạng loạn nhịp và tạm ngưng thu ảnh ....................116

11


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nhờ sự phát triển vượt bậc của nền khoa học kĩ thuật thế giới con
người ngày càng được sinh hoạt và lao động trong những điều kiện tốt hơn trước.
Một phần quan trọng trong việc nâng cao mức sống con người là nhờ sự ứng dụng
mạnh mẽ các tiến bộ khoa học trong lĩnh vực y tế chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Đã
có rất nhiều các phát minh ứng dụng được dùng trong chẩn đoán và điều trị bệnh và
đã cho chúng ta những kết quả đáng tự hào. Lĩnh vực chẩn đoán luôn nhận được sự
quan tâm, nghiên cứu nhằm mục đích có thể phát hiện sớm và kịp thời các căn bệnh
hiểm nghèo.
Hiện nay, các thiết bị chẩn đoán hình ảnh đang ngày càng phổ biến và gần
như không thể thiếu trong các bệnh viện, các phòng khám. Nó giúp ích rất nhiều
cho các bác sĩ trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh. Thiết bị chẩn đoán hình ảnh có
rất nhiều loại, cơ bản gồm có: Máy X quang, máy cộng hưởng từ MRI, máy chụp
cắt lớp điện toán CT, Máy chụp mạch Angriopraphy, Máy siêu âm Ultrasound,…
Trong đó máy chụp CT có một vai trò rất quan trọng, nó cho ta được các ảnh cấu
trúc của toàn cơ thể tốt nhất cho việc chẩn đoán điều trị bệnh đặc biệt là các tổn
thương ở não và phần thân cơ thể.
Ở nước ta hiện nay, phần lớn các máy chuẩn đoán hình ảnh đều được nhập
ngoại, do các hãng nước ngoài sản xuất và lắp ráp, các tài liệu đi kèm hầu hết chỉ là
hướng dẫn sử dụng mà không có tài liệu cho việc học tập và nghiên cứu, do đó việc
tiếp cận để tìm hiểu công nghệ thực tế của các máy này là rất khó khăn, việc bảo
dưỡng và sửa chữa đều bị phụ thuộc vào các hãng nên chi phí là rất tốn kém. Trong
khi đó ngành điện tử y sinh ở nước ta là một ngành mới, còn đang phát triển, cơ sở
vật chất kỹ thuật dành cho thực hành và các tài liệu chuyên sâu về thiết bị chẩn

đoán hình ảnh cũng không nhiều, đó cũng là một khó khăn cho những ai muốn
nghiên cứu về Thiết bị chẩn đoán hình ảnh.
Trong đồ án này em chỉ xin được giới thiệu tổng quan về các loại thiết bị
chẩn đoán hình ảnh và đi sâu tìm hiểu máy chụp cắt lớp điện toán CT320 một dòng
12


máy mới do hãng TOSIBA, NHẬT BẢN sản xuất và lắp ráp.Trong đồ án này, em
xin trình bày khái quát đặc điểm cấu tạo và hoạt động của máy máy chụp cắt lớp
điện toán CT320 . Vì đây là một dòng máy còn mới lạ đối với thị trường Việt Nam,
Aquilion One - máy chụp CT 320 lớp hình ảnh động đầu tiên trên thế giới được
xem là một cuộc cách mạng trong công nghệ chế tạo máy CT bởi lẽ nó giúp giảm
thiểu đáng kể thời gian chẩn đoán các bệnh về tim và đột quỵ
Nên em hi vọng đồ án của mình sẽ giúp ích cho những ai muốn tìm hiểu và
làm quen với dòng sản phẩm mới có rất nhiều ưu điểm nổi trội so với các thế hệ
máy CT đã có phần lỗi thời đang được sử dụng tại Việt Nam.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đến bạn bè người thân, và đặc biệt là
thầy Nguyễn Đức Thuận đã quan tâm hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để
em có thể hoàn thành tốt đồ án này
Hà nội ngày / / 2014
Học Viên
Nguyễn Đức Hiếu

13


TÓM TẮT
Hiện nay kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh đã có những bước tiến vượt bậc và góp
phần quan trong nâng cao chất lượng chăm sóc sức khoẻ cộng đồng. Trong đó thiết
bị Máy X quang, máy cộng hưởng từ MRI, máy chụp cắt lớp điện toán CT, Máy

chụp mạch Angriopraphy, Máy siêu âm Ultrasound là những thiết bị chẩn đoán ưu
việt mang lại các kết quả chẩn đoán có độ chính xác cao, tạo điều kiện thuận lợi cho
việc phát hiện sớm và điều trị các bệnh hiểm nghèo.
Phần đầu của đồ án trình bày về tổng quan các thiết bị chuẩn đoán hình ảnh
trong y tế. Phân loại các thiết bị chẩn đoán hình ảnh và điểm qua các kỹ thuật chẩn
đoán hình ảnh tiên tiến hiện nay.
Phần hai của đồ án tập trung tìm hiểu sâu hơn cấu tạo, nguyên lý hoạt dộng
máy chụp cắt lớp điện toán và trong phần cuối của đồ án khảo sát máy chụp cắt lớp
điện toán CT320 do hãng TOSIBA sản xuất .Aquilion One - máy chụp CT 320 lớp
hình ảnh động đầu tiên trên thế giới được xem là một cuộc cách mạng trong công
nghệ chế tạo máy CT bởi lẽ nó giúp giảm thiểu đáng kể thời gian chẩn đoán các
bệnh về tim và đột quỵ.
Hi vọng bản đồ án sẽ là một tài liệu có ích cho việc tìm hiểu và sử dụng máy
chụp cắt lớp CT320 tại Viêt Nam.

14


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH
1.1 Lịch sử phát triển
X quang là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh đầu tiên được ứng dụng từ những
năm đầu của thế kỷ XX, ứng dụng tia X do nhà vật lý học người Đức Roentgen
khám phá vào năm 1895 và được trao giải Nobel Vật lý vào năm 1901. Kỹ thuật
này từ khi ra đời, đã thống trị ngành chẩn đoán hình ảnh trong một thời gian dài hơn
nửa thế kỷ và vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán cho đến ngày nay. Vì
vậy mà trước đây, ngành chẩn đoán hình ảnh có tên gọi là ngành X quang.
Phim X quang đầu tiên là tấm kính tráng nhũ tương muối bạc, sau nhiều năm
được thay thế bằng phim tráng nhũ tương 2 mặt cảm thụ tia X.
Trong những thập kỷ từ 1910 - 1920, Bucky - Potter đã cải thiện chất lượng
hình ảnh nhờ xóa được các tia khuyếch tán bằng lưới chống mờ. Coolidge, Bowers

tạo ra bóng có dương cực quay, tăng tuổi thọ cho bóng X quang.
Các chất tương phản đã được sử dụng như Bismuth, các muối Iode, không
khí được dùng để tăng đối quang cho một số tạng trong cơ thể đã được xử dụng từ
những năm 1930.
Mãi cho đến những năm 1950, kỹ thuật hình ảnh thứ hai là Y học hạt nhân
(còn gọi là ghi hình phóng xạ hay xạ hình) lần đầu tiên được đưa vào ứng dụng trên
lâm sàng với máy ghi hình gamma đặc biệt. Kỹ thuật này được thực hiện bằng cách
đưa vào trong cơ thể một loại chất phóng xạ có liều rất thấp, chất này sẽ được các
cơ quan, nội tạng hấp thu rồi phát ra những tín hiệu phóng xạ được máy ghi hình
gamma thu nhận và đo đạc.
Siêu âm là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh thứ ba được đưa vào ứng dụng lâm
sàng từ những năm 1960. Kỹ thuật này sử dụng một đầu dò phát ra chùm sóng âm
thanh có tần số rất cao (gọi là sóng siêu âm mà tai người không nghe được) đi
xuyên vào cơ thể, lan truyền đến các cơ quan nội tạng bên trong, tương tác năng
lượng, sau đó một phần sóng được phản hồi trở lại và được đầu dò thu nhận, chuyển
tín hiệu về bộ phận xử lý để cho ra những hình ảnh sống động của cơ quan nội tạng
đó mà ta thấy được như ngày nay. Đây là kỹ thuật ứng dụng nguyên lý của sóng âm
15


thanh, không bức xạ nên có tính an toàn sinh học cao. Cho đến nay, nhờ những tiến
bộ trong công nghệ kỹ thuật số, cộng nghệ chế tạo máy, các kỹ thuật siêu âm
Doppler màu, siêu âm 3 chiều, 4 chiều, siêu âm trong lòng các ống tiêu hóa, trong
lòng mạch máu, đường tiết niệu… với các kích thước đầu dò ngày càng nhỏ nhưng
độ phân giải ngày càng cao đã nâng cao chất lượng hình ảnh cho chẩn đoán.
Từ thập niên 1970, kỹ thuật số bắt đầu được ứng dụng vào X quang đã làm cuộc
cách mạng trong chẩn đoán hình ảnh. X quang số hóa hay X quang kỹ thuật số đã
làm giảm đáng kể liều tia xạ phát ra khi chụp, chất lượng hình ảnh được nâng cao
nhờ tăng độ phân giải không gian và phân giải tương phản. Ngoài ra hình ảnh có thể
được xử lý với các phần mềm, có thể dựng hình, tái tạo hình 3 chiều, nâng cao tính

chính xác của chẩn đoán cũng như dễ dàng lưu trữ, truy cập và chuyển tải. Đỉnh cao
về chiều sâu của sự kết hợp này là sự phát minh ra máy chụp X quang cắt lớp điện
toán đã mang lại cho Hounsfield, được xem là cha đẻ của loại máy này, giải Nobel
Sinh lý / Y học vào năm 1979.
Hiện tượng cộng hưởng từ đã được khám phá từ những năm 1950, nhưng
mãi đến thập niên 80 mới được ứng dụng đầu tiên trên lâm sàng. Máy cộng hưởng
từ đầu tiên được đưa ra thị trường và được Tổ chức thuốc và thực phẩm (FDA) của
Mỹ công nhận vào năm 1984 và ngay sau đó đã phát triển rộng rãi. Đây là kỹ thuật
tạo ảnh ứng dụng những nguyên lý cộng hưởng của từ trường bên ngoài (máy cộng
hưởng từ, bản chất là khối nam châm có từ lực cao) và bên trong (từ trường do cơ
thể tạo ra). Do đó, cũng như siêu âm, nó có tính an toàn sinh học cao nên có thể
dùng để chẩn đoán các bệnh lý của bào thai, trẻ em… Tuy nhiên, giá thành chụp
cộng hưởng từ cho đến nay còn đắt.
Phát triển theo những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, từ những năm cuối thế
kỷ XX, đầu thế kỷ XXI, các nguyên lý của mỗi kỹ thuật căn bản như đã nêu trên đã
phối hợp với nhau để cho ra đời những máy có khả năng chẩn đoán một số loại
bệnh với độ chính xác cao hơn như PET – CT (phối hợp X quang cắt lớp điện toán
và ghi hình y học hạt nhân)

16


1.2 Vai trò và ứng dụng của chẩn đoán hình ảnh trong y tế
Y học hiện đại chẩn đoán bệnh dựa vào các triệu chứng lâm sàng (chẩn đoán
lâm sàng) và các triệu chứng cận lâm sàng (chẩn đoán cận lâm sàng). Trong chẩn
đoán cận lâm sàng thì chẩn đoán dựa trên hình ảnh thu được từ các thiết bị, máy y tế
(chẩn đoán hình ảnh) ngày càng chiếm một vai trò quan trọng, nhất là ngày nay với
sự trợ giúp của các thiết bị, máy y tế hiện đại, công nghệ cao có các phần mềm tin
học hỗ trợ khiến cho hình ánh rõ nét và chính xác hơn.
Các phương pháp chẩn đoán hình ảnh rất phong phú, như chẩn đoán qua hình

ảnh X quang, hình ảnh siêu âm, siêu âm - Doppler màu, hình ảnh nội soi (mà thông
dụng là nội soi tiêu hoá và nội soi tiết niệu) hình ảnh chụp cắt lớp điện toán
(Computed Tomography Scanner- CT. Scanner), hình ảnh chụp cộng hưởng từ
(Magnetic Resonance Imaging-MRI)...
Chẩn đoán hình ảnh đã góp phần quan trọng nâng cao tính chính xác, kịp
thời và hiệu quả cao trong chẩn đoán bệnh. Như dựa trên hình ảnh siêu âm, người
thầy thuốc có thể đo được tương đối chính xác kích thước các tạng đặc trong ổ bụng
(gan, lách, thận, tuỵ, ...) và phát hiện các khối bất thường nếu có. Từ hình ảnh siêu
âm tim có thể xác định cấu trúc, kích thước các buồng tim, van tim và các mạch
máu lớn. Trong sản khoa, siêu âm giúp xác định và theo dõi sự phát triển của thai
nhi trong bụng mẹ; hình ảnh CT Scanner giúp thầy thuốc xác định được một số
bệnh lý ở sọ não, đặc biệt là xác định máu tụ nội sọ, khối u não; chụp cộng hưởng
từ hạt nhân xác định chính xác hơn các hình thái và các khối bất thường trong cơ
thể (nếu có).
Các thiết bị và máy y tế về chẩn đoán hình ảnh ngày càng ứng dụng nhiều
hơn về công nghệ thông tin, các phần mềm cho các máy Y tế ngày càng được nâng
cấp, nhất là khi kỹ thuật số ra đời và phát triển đã ghi nhận và phân tích tín hiệu rất
tốt, cho hình ảnh sâu hơn, chất lượng ảnh tốt hơn.
Hơn nữa việc giao diện giữa các thiết bị và máy y tế kỹ thuật cao với hệ
thống máy tính dùng trong quản lý tại bệnh viện và giữa các bệnh viện với nhau
ngày một nhiều, nên các giao thức truyền ảnh trên mạng được dưa ra (có một chuẩn
17


chung thống nhất, chất lượng ảnh đủ để chẩn đoán, giảm nhẹ gánh nặng đường
truyền), tạo nên phòng “hội chẩn ảo" giữa các chuyên gia y tế ở xa nhau.
1.3 Phân loại thiết bị thiết bị chẩn đoán hình ảnh
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong suốt một thế kỷ qua,
các kỹ thuật chuẩn đoán hình ảnh đã phát triển và đạt được những thành tựu vô
cùng to lớn trong công cuộc chăm sóc sức khỏe con người nói chung cũng như

trong lĩnh vực y tế nói riêng. Tuy nhiên, các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh chỉ thực
sự có những bước nhay vọt sau chiến tranh thế giới thứ hai và cuộc các mạng khoa
học công nghệ đầu những năm năm mươi của thế kỷ trước, hàng loạt các công nghệ
mới đã được phát triển và đưa vào áp dụng trong chẩn đoán hình ảnh y học như tạo
ảnh siêu âm, chụp cắt lớp điện toán, chụp cộng hưởng từ, các ứng dụng tạo ảnh
bằng y học hạt nhân, quang học y sinh. Để đáp ứng được nhu cầu về chẩn đoán
trong y tế, các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh đã phát triển ngày ngày một nhanh
không chỉ về chất lượng tạo ảnh mà còn về tính đa dạng nhằm đáp ứng tốt nhất các
nhu cầu khác nhau trong y học. Dựa trên cơ sở vật lý được áp dụng, các thiết bị cha

Hình 1.1 Phân loại thiết bị chẩn đoán hình ảnh theo cơ sở vật lý
18


1.3.1 Tạo ảnh bằng tia X

Hình 1.2 Máy chụp X-Quang thường qui
1.3.1.1 Tia X và tính chất của tia X
Tia X được nhà Bác học Rontgen phát hiện vào năm 1895 khi Ông đang điều
tra nghiên cứu sự dẫn điện của khí ở điều kiện áp suất thấp trong bóng đèn thủy
tinh. Ông đã vô tình phát hiện ra ở rằng cực dương của bóng phát ra loại tia không
nhìn thấy được nhưng làm bìa huỳnh quang phát sáng. Vì chưa xác định bản chất
của tia này nên ông gọi chúng là tia X. Mãi đến năm 1912 , chúng được chỉ ra như
là bức xạ điện từ có bước sóng cực ngắn.
Tia X có bước sóng dài khoảng 10-8 cm và có một số đặc tính sau:

19




Tính truyền thẳng và đâm xuyên: tia X truyền thẳng theo mọi hướng và có

khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ dàng khi
cường độ tia tăng.


Tính bị hấp thu: sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm

xuống do một phần năng lượng bị hấp thu. Đây là cơ sở của các phương pháp chẩn
đoán X quang và liệu pháp X quang. Sự hấp thu này tỷ lệ thuận với:


Thể tích của vật bị chiếu xạ: vật càng lớn thì tia X bị hấp thu càng nhiều.



Bước sóng của chùm tia X: bước sóng càng dài tức là tia X càng mềm thì sẽ

bị hấp thu càng nhiều.


Trọng lượng nguyên tử của vật: sự thấp thu tăng theo trọng lượng nguyên tử

của chất bị chiếu xạ.


Mật độ của vật: số nguyên tử trong một thể tích nhất định của vật càng nhiều

thì sự hấp thu tia X càng tăng. Ví dụ nước ở trạng thái lỏng hấp thu tia X nhiều hơn

ở trạng thái hơi.
Đặc tính truyền thẳng, đâm xuyên và hấp thụ của tia X là nhưng đặc tính
quan trọng trong tạo hình X quang.


Tính chất quang học: giống như ánh sáng, tia X cũng có những hiện tượng

quang học như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Những tính chất này tạo nên
những tia thứ trong cơ thể khi nó xuyên qua và gây nên giảm độ tương phản trên
các phim chụp. Để chống lại hiện tượng này người ta có thể dùng loa khu trú, đóng
nhỏ chùm tia, lưới lọc....


Tính chất gây phát quang: dưới tác dụng của tia X một số muối trở nên phát

quang như clorua, Na, BA, Mg, Li,... và có chất trở nên sáng như Tungstat cadmi,
platino-cyanua Bari các chất này được dùng để chế tạo màn huỳnh quang dùng khi
chiếu X quang, tấm tăng quang.


Tính chất hoá học: tính chất hoá học quan trọng nhất của tia X là tác dụng

lên muối bromua bạc trên phim và giấy ảnh làm cho nó biến thành bạc khi chịu tác
dụng của các chất khử trong thuốc hiện hình. Nhờ tính chất này mà nó cho phép ghi
hình X quang của các bộ phận trong cơ thể lên phim và giấy ảnh.
20




Tác dụng sinh học; khi truyền qua cơ thể tia X có những tác dụng sinh học.

Tác dụng này được sử dụng trong điều trị đồng thời nó cũng gây nên những biến
đổi có hại cho cơ thể.
1.3.1.2 Cơ chế tạo ảnh
Tính chất truyền thẳng, đâm xuyên và hấp thụ của tia X là các cơ sở vật lý cơ
bản được ứng dụng trọng cơ chế tạo ảnh của các thiết bị chụp, chiếu X quang. Đầu
tiên tia X được tạo ra từ bóng phát tia và được chiếu vào vùng cần thăm khám trên
cơ thể bệnh nhân. Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của cơ thể thì
suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc. Sự suy giảm này phụ thuộc vào độ dày, mật
độ của các cấu trúc mà nó đi qua. Cuối cùng, chum tia tác dụng lên chất huỳnh
quang trên màn chiếu và các bộ phận của vùng thăm khám được hiện hình trên màn
chiếu này. Đối với các thiết bị X quang số ngày nay hình ảnh thay vì được hứng
bằng các phim cảm quang được phủ nhũ tương sẽ được hứng bởi các tấm cảm biến
tia X như trong X quang số trực tiếp DR (Direct Radiography) hoặc tấm tạo ảnh
(Imaging plate) có tráng lớp Phosphor lưu trữ (storage) và kích thích phát sáng
(photostimulable luminescence). Các hình ảnh dạng analog này sau đó sẽ được số
hóa và lưu trữ vào máy tính để tạo điều kiện thuận lợi nhất cho việc xử ly và lưu
trữ.

21


Hình 1.3 Nguyên lý cơ bản tạo ảnh X quang
1.3.1.3 Phân loại các thiết bị chụp X quang
Để phù hợp với tùng yêu cầu cụ thể trong chuẩn đoán hình ảnh, đã có rất
nhiều dòng máy chụp X quang đã được nghiên cứu và phát triển. Bên cạnh các máy
X quang thường qui đã rất phổ biến trong các phòng khám thông thường, các dòng
máy riêng biệt dung trong những trường hợp cụ thể như chụp vú, chụp răng, chụp
mạch cũng là những thiết bị rất cần thiết trong chẩn đoán hình ảnh.

Việc phân loại các thiết bị chụp X quang dựa trên các yếu tố sau:
 Phân loại theo chức năng chính
o X quang thường qui
o Máy chiếu X quang
o X quang can thiệp chụp mạch
o Các máy đặc biệt: X quang chụp vú, chụp răng, chụp não, chụp
mật độ xương,..
22


 Phân loại theo công xuất ống tia
o Công xuất thấp: Ia<200mA
o Công xuất trung bình: Ia =200mA~500mA
o Công xuất cao: Ia>500mA
 Phân loại theo công nghệ
o X quang thường qui, dùng nguồn f=50/60Hz
o X quang cao tần, (nguồn 8-30kHz)
o Máy chiếu X quang, dùng ống tăng sáng và kỹ thuật truyền
hình
o Máy X quang số, sử dụng công nghệ số để thu, xử lí và lưu trữ
ảnh
o Máy chụp cắt lớp điện toán CT scanner
 Phân loại theo khả năng cơ động
o Máy X quang cố định
o Máy X quang di động
 Phân loại theo nguồn cấp
o X quang thường qui
o X quang dùng tụ
1.3.1.4 Ứng dụng của các thiết bị tạo ảnh X quang
Việc chẩn đoán dùng bức xạ điện từ để tạo ảnh xương, răng và những bộ

phận khác bên trong cơ thể, giúp bác sĩ có thể dễ dàng thấy được ảnh bên trong cơ
thể bạn. X quang là cách chẩn đoán không gây đau đớn, nó có thể giúp bác sĩ chẩn
đoán và điều trị, thậm chí trong trường hợp khẩn cấp.
Chụp X quang nhanh chóng tiện lợi và an toàn giúp cho người bác sĩ có thể quan
sát và ước lượng tình trạng xương gãy, hoặc viêm phổi, ung thư. Tùy từng trường
hợp chẩn đoán và tuỳ vào vị trí, bộ phận nào trong cơ thể bạn cần chụp, cho mục
đích gì mà bác sĩ sử dụng loại X-quang khác nhau. X-quang đặc biệt được dùng
trong khám phổi, ngực, xương, khớp và bụng.


Xác định xương gãy mẻ, trật khớp
23




Xác định mức độ tổn thương và bị thâm nhiễm của xương.



Chẩn đoán và theo dõi quá trình thoái hoá ví dụ như trong bệnh viêm khớp
hoặc bệnh xương mỏng do loãng xương.



Tìm và điều trị bệnh tắc mạch máu.



Chẩn đoán nguyên nhân chứng ho lâu ngày hoặc những tổn thương khác ở

ngực.



Kiểm tra vị trí xương sườn gãy đâm vào phổi.



Đánh giá tổn thương vùng bụng.



Xác định có tổn thương ở một đoạn đốt sống hoặc đĩa đệm không.



Kiểm tra chứng vẹo cột sống và một số khuyết tật khác của cột sống.



Xác định sự mức độ nhiễm trùng của bệnh viêm xoang.



Xác định những tổn thương của răng như sâu răng, thiếu răng và những bất

bình thường khác của răng và hàm.


Chẩn đoán X-quang đóng một vai trò quan trọng trong kiểm tra và chẩn đoán

ung thư, trong thực tế X-quang dùng trong chẩn đoán ung thư giúp bác sĩ xác định
bạn có bị ung thư phổi hay không, hoặc có thể bạn bị ung thư di căn từ nơi khác đến
phổi. Tế bào ung thư cho ảnh rõ nét trên film hơn những tế bào, mô bình thường
khác của phổi, ngoài ra X-quang còn được dùng trong chẩn đoán ung thư của những
vùng khác như ung thư hệ tiêu hoá, dạ dày, gan, thận, vú

24


1.3.2 Chụp cắt lớp điện toán (CT-scanner)

Hình 1.4 Máy chụp cắt lớp điện toán SOMATOM Definition AS của Siemens
Chụp cắt lớp điện toán hay còn được gọi là chụp cắt lớp vi tính, tiếng Anh là
C.T Scanner bắt nguồn từ cụm từ computer Tomography hoặc computer
Tomography Scanner
1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động
Chụp cắt lớp vi tính có thể được định nghĩa như một phương pháp đo tỷ
trọng X quang của các đơn vị thể tích của một lát cắt. Phương pháp này cho ra
những hình ảnh lát cắt của cơ thể với sự phân tích tỷ trọng 100 lần chính xác hơn
trên hình ảnh X quang thường quy.
Chùm tia X rất hẹp được phát ra từ bóng X quang bị suy giảm sau khi đi
xuyên qua một phần của cơ thể được thu nhận bởi đầu tiếp nhận hay đầu thu
(détecteur). Đầu tiếp nhận này được cấu tạo bằng các tinh thể nhấp nháy hoặc bằng
các buồng ion hoá cho phép lượng hoá số đo. Độ nhạy của các đầu tiếp nhận cao
hơn rất nhiều so với phim X quang. Bóng X quang và đầu tiếp nhận được cố định

25