Nghiên cứu công nghệ chụp cắt lớp điện toán và ứng dụng tại bệnh viện c tỉnh thái nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------o0o----------

TRẦN QUANG HUY

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN
VÀ ỨNG DỤNG TẠI BỆNH VIỆN C TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN
THẠC SĨ KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS. NGUYỄN THÁI HÀ

Hà Nội – 9/2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện luận văn Thạc sĩ tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
t ớ i TS. Nguyễn Thái Hà, người thầy ngay từ đầu đã định hướng và tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên
cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ học tập và tạo điều kiện tốt nhất
của các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Điện tử và Kỹ thuật Y sinh, Trung
tâm Điện tử Y sinh và các thầy cô trong viện Điện tử - Viễn thông trong suốt
thời gian học tập, nghiên cứu, thực hiện luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tới Ban Lãnh đạo và các đồng nghiệp tại
Bệnh viện C Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình

nghiên cứu, thu thập số liệu tại bệnh viện.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn động
viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập,
thực hiện đề tài nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2016
Tác giả luận văn

Trần Quang Huy


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, tất cả các số liệu và những kết quả nghiên cứu
trong luận văn này đều do tôi nghiên cứu, số liệu hoàn toàn trung thực,
không trùng lặp với các đề tài khác và chưa được sử dụng để bảo vệ bất kỳ
luận văn nào.
Tôi xin cam đoan mọi thông tin, số liệu trích dẫn trong luận văn đều
chính xác và được chỉ rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện cho việc
thực hiện luận văn đều đã được cảm ơn!
Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2016
Tác giả luận văn

Trần Quang Huy


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN
CT SCANNER ................................................................................................. 2
1.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu ............................................................................................... 2

1.1.2. CT và chụp Xquang cổ điển................................................................. 3
1.1.3 Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT .................................................... 5
1.1.4. Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật chụp CT ............................................. 8
1.2. Các thế hệ máy CT Scanner ................................................................ 9
1.2.1. Máy CT thế hệ thứ nhất ....................................................................... 9
1.2.2. Máy CT thế hệ thứ hai........................................................................ 11
1.2.3. Máy CT thế hệ thứ ba ......................................................................... 12
1.2.4. Máy CT thế hệ thứ tư ......................................................................... 13
1.2.5. Máy CT thế hệ thứ 5 ........................................................................... 14
1.3. Một số đặc điểm của các thế hệ máy CT .......................................... 15
1.3.1. Phân loại theo phương thức thu thập dữ liệu ................................. 15
1.3.2. Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp.......................................... 16
1.3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cảm biến ............................ 17
CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN ............................................... 19
2.1. Cơ sở tạo ảnh CT................................................................................ 19
2.1.1. Ảnh CT là gì ........................................................................................ 19
2.1.2. Nguyên lý tạo ảnh CT ......................................................................... 25
2.2. Các thông số chất lượng ảnh ............................................................. 38
2.2.1. Thế nào là một ảnh tốt........................................................................ 38
2.2.2. Độ tương phản và độ phân giải ......................................................... 38


2.2.3. Nhiễu .................................................................................................... 44
2.2.4. Độ sắc nét ảnh ..................................................................................... 49
2.2.5. Nhiễu artifacts ..................................................................................... 52
2.2.6. Những nhân tố khác ........................................................................... 55
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT
SCANNER...................................................................................................... 58
3.1. Cấu trúc máy cắt lớp điện toán......................................................... 58
3.1.1. Cấu trúc................................................................................................ 58

3.1.2. Sơ đồ khối ............................................................................................ 59
3.2. Chức năng. .......................................................................................... 59
3.2.1. Hệ thống ảnh ....................................................................................... 59
3.2.2. Giàn quay ............................................................................................. 61
3.2.3. Hệ thống phân phối điện áp (khối cao thế)...................................... 69
3.2.4. Hệ thống làm việc với bệnh nhân ..................................................... 71
3.2.5. Điều khiển hệ thống ........................................................................... 71
CHƯƠNG 4. CT XOẮN ỐC VÀ CT ĐA LÁT CẮT ................................. 73
4.1. Giới thiệu............................................................................................. 73
4.2. Các tính chất cơ bản .......................................................................... 74
4.2.1. Thiết kế đầu dò .................................................................................... 74
4.2.2. Vấn đề chùm tia nón và phương pháp tái tạo ảnh đa lát cắt xoắn ốc
......................................................................................................................... 77
4.2.3. Tổng quan về các phương pháp tái tạo chùm tia nón .................... 81
4.3. CT xoắn ốc (Spiral CT) ..................................................................... 84
4.4. CT đa lát cắt (Multislice – CT) ......................................................... 89
CHƯƠNG 5. ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG CHỤP CT XOẮN ỐC 64
DÃY OPTIMA CT660 TẠI BỆNH VIỆN C THÁI NGUYÊN ................. 93


5.1. Giới thiệu hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 tại
bệnh viện C Thái Nguyên ......................................................................... 93
5.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 93
5.1.2. Hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 tại bệnh viện C
Thái Nguyên................................................................................................... 94
5.2. Ứng dụng của hệ thống CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660 trong
việc chẩn đoán sớm chảy máu não giai đoạn cấp do tăng huyết áp tại
bệnh viện C Thái Nguyên ....................................................................... 102
5.2.1. Đặt vấn đề .......................................................................................... 102
5.2.2. Chẩn đoán chảy máu trong não do tăng huyết áp bằng phương

pháp chụp CLVT ......................................................................................... 103
5.2.3. Đặc điểm lâm sàng, cận lâm sàng và kết quả điều trị ở đối tượng
nghiên cứu ................................................................................................... 106
5.2.4. Kết luận .............................................................................................. 111
5.3. Tiềm năng phát triển của hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy
Optima CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên ....................................... 113
KẾT LUẬN .................................................................................................. 115
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU VÀ ĐƯỢC CÔNG BỐ
CỦA TÁC GIẢ ............................................................................................ 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 117


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu

Viết tắt

1

CT

2

CAT

3

CLVT

Cắt lớp vi tính

4

CLĐT

Cắt lớp điện toán

5

HU

Hounsfield Unit

6

TBMMN

7

CMN

8

HA

9

THA

10

BN

Bệnh nhân

11

BA

Bệnh án

12

N

Nhiễu

13

TS

Tiến sĩ

Computed Tomography
Computer Axial Tomography

Tai biến mạch máu não
Chảy máu não

Huyết áp
Tăng huyết áp


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Nội dung

Trang

Bảng 5.1. Vị trí máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính. ................................ 107
Bảng 5.2. Số lượng vị trí máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính. ................. 108
Bảng 5.3. Kích thước ổ máu tụ trên phim chụp cắt lớp vi tính..................... 108
Bảng 5.4. Dấu hiệu phù não trên phim chụp cắt lớp vi tính. ........................ 108
Bảng 5.5. Dấu hiệu đẩy lệch đường giữa trên phim chụp cắt lớp vi tính. ......... 109
Bảng 5.6. Liên quan vị trí CMN trên phim CLVT với kết quả điều trị. ..... 109
Bảng 5.7. Liên quan kích thước ổ máu tụ trên phim CLVT với kết quả điều
trị sau tuần đầu. ............................................................................................. 110
Bảng 5.8. Liên quan dấu hiệu phù não trên phim CLVT với kết quả điều trị
sau tuần đầu. .................................................................................................. 110
Bảng 5.9. Liên quan đẩy lệch đường giữa trên phim CLVT với kết quả điều
trị. .................................................................................................................. 111


DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ
STT

Nội dung

Trang

1

Hình 1.1. Máy CT Somatom của Siemen....................................

3

2

Hình 1.2. So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và
CT.................................................................................................

3

Hình 1.3. Phương pháp tạo ảnh thông thường cho ảnh song
song với chiều dài cơ thể. CT cho ảnh theo chiều ngang.............

4

4

5

Hình 1.4. Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học vì
những đóng góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán…

7

5

Hình 1.5. Máy CT thế hệ thứ nhất...............................................

10

6

Hình 1.6. Máy CT thế hệ thứ hai. ...............................................

11

7

Hình 1.7. Máy CT thế hệ thứ 3....................................................

12

8

Hình 1.8. Máy CT thế hệ thứ tư. .................................................

13

9

Hình 1.9. Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng X quang anode nhiều
rãnh, mặt cắt dọc..........................................................................

10

Hình 1.10. Máy CT thế hệ thứ 5 loại bóng Xquang anode nhiều
rãnh, mặt cắt ngang......................................................................

11

14

15

Hình 1.11. Hạn chế bức xạ thứ cấp ứng dụng hộp (lá) chuẩn
trực trong máy quét chùm tia rẻ quạt (a) và máy quét vòng cảm
biến (b) ........................................................................................

12

17

Hình 2.1. Trị số CT của nước, không khí và các cơ quan khác
nhau..............................................................................................

20

13

Hình 2.2. Ma trận ảnh..................................................................

22

14

Hình 2.3. Pixel và Voxel..............................................................

22

15

Hình 2.4. Xử lý bằng cửa sổ đơn.................................................

23


16

Hình 2.5. Độ rộng của cửa sổ ảnh hưởng đến chất lượng ảnh.....

24

17

Hình 2.6. Xử lý bằng cửa sổ đôi..................................................

25

18

Hình 2.7. Quét pha của định dạng ảnh CT...................................

26

19

Hình 2.8. Từ dữ liệu quét tái tạo thành ảnh số.............................

27

20

Hình 2.9. Chuyển đổi ảnh số tới ảnh mức xám............................

28

21

Hình 2.10. Hình ảnh của một quá trình quét toàn cảnh................

29

22

Hình 2.11. Quá trình quét cắt lớp.................................................

30

23

Hình 2.12. Minh họa việc lựa chọn bề dày lớp cắt......................

30

24

Hình 2.13. Phương pháp tính lặp.................................................

34

25

Hình 2.14. Phương pháp chiếu ngược..........................................

35

26

Hình 2.15. Phương pháp chiếu ngược có lọc...............................

36

27

Hình 2.16. So sánh hai phương pháp chiếu ngược và chiếu
ngược có lọc.................................................................................

36

28

Hình 2.17. Các thông số chất lượng ảnh......................................

38

29

Hình 2.18. Các nhân tố ảnh hưởng tới độ tương phản.................

39

30

Hình 2.19. Đo MTF sử dụng chức năng 1 điểm không gian
được tạo nên bằng một sợi mảnh.................................................

42

31

Hình 2.20. Nguyên nhân của nhiễu..............................................

44

32

Hình 2.21. Quan hệ giữa nhiễu (noise) và mAs...........................

45

33

Hình 2.22. Ảnh thu được khi đặt 280 mAs tốt hơn so với
trường hợp đặt 140 mAs (xét về khía cạnh bị nhiễu noise) ........

34

45

Hình 2.23. Kết quả ảnh thu được khi đặt điện áp ở 80kV,
100kV, 120kV và 140kV.............................................................

46

35

Hình 2.24. Mối quan hệ giữa nhiễu và chiều dày lát cắt..............

47

36

Hình 2.25. Kết quả ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với

37

chiều dày lát cắt là 0.9mm và 1.4mm...........................................

47

Hình 2.26. Quan hệ giữa N và µ..................................................

48

38

Hình 2.27. Ảnh thu được khi kích thước bệnh nhân khác nhau...

48

39

Hình 2.28. Quan hệ giữa N và Alg...............................................

49

Hình 2.29. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ sắc nét ảnh................

50

40

Hình 2.30. Quan hệ giữa bề dày lát cắt SH và độ sắc nét ảnh S..

50

41

Hình 2.31. Ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với độ dày
lát cắt là 8mm có độ sắc nét ảnh kém hơn so với trường hợp độ
dày lát cắt là 1mm........................................................................

51

42

Hình 2.32. Quan hệ giữa N và Alg...............................................

51

43

Hình 2.33. Ảnh thu được khi chụp cùng một vị trí với việc lựa
chọn thuật toán khác nhau............................................................

52

44

Hình 2.34. Ảnh bị nhiễu vệt sọc và ảnh bị nhiễu vòng................

53

45

Hình 2.35. Trường hiển thị của vùng não....................................

55

46

Hình 2.36. Các độ nhạy đường viền cho các lát cắt có độ dày là
0.5mm, 1mm và 2mm..................................................................

56

47

Hình 3.1. Hệ thống máy CT scanner............................................

58

48

Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ thống máy chụp cắt lớp điện toán CT
scanner.........................................................................................

59

49

Hình 3.3. Bàn điều khiển.............................................................

61

50

Hình 3.4. Các bộ phận bên trong một giàn quay..........................

62

51

Hình 3.5. Cấu tạo của một bóng phát tia......................................

63

52

Hình 3.6. Miêu tả quá trình thu nhận ảnh....................................

63

53

Hình 3.7. Hệ thống giàn quay loại vòng trượt.............................

69

54

Hình 4.1. Nguyên lý của máy CT có 64 dãy đầu thu, bề rộng
của một dãy đầu thu là 0,5 mm, chiều dài của toàn bộ detectors
là 32mm........................................................................................

74

55

Hình 4.2. Hệ thống đầu dò, 16 dãy, 4 lát cắt................................

75

56

Hình 4.3. Hệ thống đầu dò, 8 dãy, 4 lát cắt..................................

76


57

Hình 4.4. Hệ thống đầu dò, 24 dãy, 16 lát cắt..............................

58

Hình 4.5. Sơ đồ hình học của một máy quét 4 lát minh họa các

76

vấn đề góc chiếu nón....................................................................

78

59

Hình 4.6. Mô hình toán học của một mờ ảnh ngực......................

81

60

Hình 4.7. Lát cắt 3mm với bộ chuẩn trực 4 x 1mm và 4 x
2.5mm..........................................................................................

61

82

Hình 4.8. Ảnh mờ ngực với độ dày lát cắt 3mm thu được từ bộ
chuẩn trực 4×2,5mm tại bước xoắn 0.75 (trên) và bộ chuẩn trực
4×1mm tại bước xoắn 1.75 (dưới) ..............................................

82

62

Hình 4.9. Chụp CT xoắn ốc.........................................................

84

63

Hình 4.10. Số lượng bề dày lát cắt thay đổi khi Pitch thay đổi....

85

64

Hình 4.11. Hình ảnh 3D...............................................................

86

65

Hình 4.12. Nguyên lý chụp xoắn ốc.............................................

87

66

Hình 4.13. Sự chồng ảnh lên nhau...............................................

87

67

Hình 4.14. Hình ảnh chụp CT vùng mặt của hai đối tượng khác
nhau..............................................................................................

88

68

Hình 4.15. Phương pháp chụp đa lát cắt......................................

89

69

Hình 4.16. So sánh CT đơn lát cắt và đa lát cắt...........................

90

70

Hình 4.17. So sánh hình ảnh chụp trên máy CT 16 dãy và 64
dãy đầu thu...................................................................................

91

71

Hình 4.18. CT xoắn ốc đa lát cắt (Multislice spiral CT) .............

92

72

Hình 5.1. Hệ thống máy chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima
CT660 tại bệnh viện C Thái Nguyên...........................................

94

73

Hình 5.2. Hình ảnh các lát cắt CT hộp sọ....................................

104

74

Hình 5.3. Hình ảnh 12 lát cắt CT trên film..................................

105

75

Hình 5.4. Hình ảnh ổ chảy máu não có phù não xung
quanhchụp trên hệ thống máy Optima CT660.............................

112


76

Hình 5.5. Hình ảnh đường giữa bị đẩy lệnh do ổ chảy máu não
chụp trên hệ thống máy Optima CT660.......................................

112

77

Biểu đồ 5.1. Tỷ lệ bệnh nhân theo tuổi........................................

106

78

Biểu đồ 5.2. Tỷ lệ bệnh nhân theo giới........................................

107

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, trình độ nhận thức của con
người được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ ngày càng
được quan tâm hơn. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế
giới nói chung và ở nước ta nói riêng lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe
con người luôn được đầu tư và quan tâm một cách thích đáng. Một trong
những bộ phận nhỏ được ứng dụng vào y tế đó là các thiết bị chẩn đoán hình
ảnh. Trong các bệnh viện cũng như trong các cơ sở y tế đã được trang bị các
thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại, có độ chính xác cao nhằm phục vụ nhu
cầu khám và điều trị bệnh một cách kịp thời và có hiệu quả. Các thiết bị này
ngày càng hoàn thiện hơn về tính năng và sự tiện dụng. Một trong những thiết
bị chẩn đoán hình ảnh như vậy là máy chụp cắt lớp điện toán (Computed
Tomography) gọi tắt là CT. Đây là một trong những thiết bị mới và hiện đại
nhất trong hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh ở nước ta hiện nay. Với hệ
thống chụp cắt lớp điện toán thì hình ảnh vùng thăm khám được thể hiện rõ
nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thể giúp cho bác sĩ lâm sàng dễ dàng
chẩn đoán bệnh một cách chính xác dựa trên hình ảnh thu được.
Với vai trò cần thiết của máy chụp cắt lớp điện toán trong việc khám
chữa bệnh ở bệnh viện nên được sự đồng ý của bộ môn Điện tử Y sinh, cô
giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Thái Hà, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu công
nghệ chụp cắt lớp điện toán và ứng dụng tại bệnh viện C tỉnh Thái
Nguyên” với mục tiêu sau:
1. Nghiên cứu công nghệ chụp cắt lớp điện toán.
2. Ứng dụng của hệ thống chụp CT xoắn ốc 64 dãy Optima CT660
trong việc chẩn đoán sớm chảy máu não giai đoạn cấp do tăng huyết áp tại
bệnh viện C Thái Nguyên.

1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN CT SCANNER
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Giới thiệu
Tạo hình ảnh y tế kể từ những năm đầu hình thành cho tới nay đã đạt
được một bước tiến đáng kể trong cả hai lĩnh vực kỹ thuật và lâm sàng. Ngày
nay chúng ta đang được chứng kiến những ý tưởng mới, những phương pháp
mới và sự cách tân trong kỹ thuật hiện đại. Tất cả những sự thay đổi đó đều
phục vụ cho một mục đích, đó là thông qua các kỹ thuật mới này chúng ta thu
được một lượng thông tin tối ưu nhất từ các hình ảnh y tế có chất lượng cao,
tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các bác sỹ chuyên khoa trong việc chẩn đoán
và điều trị bệnh.
Một sự phát triển nổi bật trong số đó đã trở thành một quá trình cách
mạng trong y học và đặc biệt là trong tạo ảnh y tế đó là chụp cắt lớp điện
toán.
Ngày nay dựa trên cơ sở hình thành từ buổi sơ khai, kỹ thuật này đã
được ứng dụng một cách rộng rãi trong lĩnh vực y tế cũng như trong một số
ngành kỹ thuật khác. Tầm quan trọng của việc ứng dụng CT trong y tế là một
điều không thể phủ nhận.
CT là một trong những biện pháp chẩn đoán hình ảnh hiệu quả và được
sử dụng phổ biến ở các Bệnh viện từ tuyến tỉnh trở lên. CT là từ viết tắt của từ
Computed Tomography. Tomography được tạo từ hai từ trong tiếng Hy Lạp
: tomo nghĩa là lát, miếng và graphy là mô tả. Vậy có thể hiểu CT là “chụp
ảnh các lát cắt bằng tính toán”, CT có khả năng tạo hình ảnh “xuyên qua” cơ
thể bệnh nhân. CT còn có tên gọi khác là CAT (Computed Axial
Tomography).
CT là một kỹ thuật tạo ảnh lớp cắt cùng với sự hỗ trợ của máy tính tạo

2

ra các hình ảnh chụp cắt lớp sắc nét, rõ ràng. Công việc này được thực hiện
thông qua việc thực hiện một thủ tục hay một chuỗi hoạt động được gọi là sự
tái tạo ảnh từ các hình chiếu, một kỹ thuật hoàn toàn dựa trên các cơ sở toán
học.

Hình 1.1. Máy CT Somatom của Siemens
1.1.2. CT và chụp Xquang cổ điển
- CT là một phương pháp chụp quang tuyến đặc biệt, khác về bản chất
so với phương pháp chụp Xquang cổ điển (là phương pháp dựa trên phương
thức làm mờ những vùng nằm ngoài vùng quan tâm). Thực chất không nhất
thiết phải dùng máy tính để thực hiện phương pháp chụp mới này, và do vậy
thuật ngữ CT có thể khiến bị hiểu lầm. Tuy nhiên việc ứng dụng máy tính để
tạo ảnh đã được chứng tỏ rất có hiệu quả.
- Khi chụp bụng bằng phương pháp Xquang thông thường ảnh lập tức
được tạo ra trên phim từ thụ quan. Ảnh tương đối kém và tương phản. Ảnh
không được như chờ đợi bởi vì sự chồng chéo của các bộ phận giới hạn của ổ
bụng. Sự phân bố của bức xạ làm giảm tính rõ nét của các bộ phận nhỏ của
ảnh.
3


- Để có hình ảnh tốt hơn khi phẫu thuật cấu trúc ổ bụng, ví dụ như quả
thận, phương pháp chụp Xquang truyền thống có thể được sử dụng. Trong kỹ
thuật chụp Xquang, các phần của thận sẽ rõ hơn bằng cách làm mờ các mô ở
trên và dưới, thêm vào đó sự tương phản của kết cấu sẽ tăng lên. Song ảnh
vẫn còn mờ và chưa rõ.

Chụp X quang

Chụp CT

Hình 1.2. So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và CT
- Phương pháp chụp X quang thông thường là chiếu X quang theo trục
dọc, từ đó mặt phẳng của ảnh đặt song song với trục dọc cơ thể và kết quả
của mặt cắt dọc và hình ảnh vòng. Máy CT là loại máy tịnh tiến theo chiều
dọc hay là máy tác động ảnh theo chiều ngang. Các ảnh tạo ra vuông góc suốt
chiều dài cơ thể.

4


Trục

Ngang

Hình 1.3. Phương pháp tạo ảnh thông thường cho ảnh song song với
chiều dài cơ thể. CT cho ảnh theo chiều ngang
- Trong kỹ thuật chụp Xquang cổ điển, hình ảnh của đối tượng 3 chiều
được ghi vào phim dưới dạng ảnh bóng mờ 2 chiều do sự chiếu của một chùm
tia X hình cung qua đối tượng vào phim. Hình ảnh tạo ra theo phương pháp
này là hình ảnh xếp chồng của nhiều đối tượng khác nhau nằm trên đường
chiếu của chùm tia X do vậy ít nhiều bị mờ.
- CT tránh được hiệu ứng xếp chồng này vì chỉ xử lý những thông tin
của lớp cắt cần quan tâm. Như vậy trong CT chi tiết của đối tượng tương ứng
một cách chính xác với chi tiết ảnh mà không liên quan tới một số phần tử đối
tượng nằm cận kề trên đường chiếu của chùm tia X. Ảnh được tạo ra không
còn bị xếp chồng và được gọi là ảnh thay thế.
1.1.3. Lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT
- Vào năm 1917, J.Randon một nhà toán học người Úc đã tìm ra một

phương pháp tái tạo ảnh bằng một hàm tích phân, đặt nền móng cho việc chế
tạo hệ thống máy chụp cắt lớp sau này. Trong phát kiến của mình ông đã
chứng minh được bằng phương pháp tính toán rằng khi ta chia một vật thể ra
5


thành vô số các phần tử nhỏ bé có kích thướng theo không gian ba chiều và
dùng phép quy chiếu ta sẽ thu được các kết quả mà dựa vào đó ta sẽ tái tạo
được hình ảnh của vật đó. Với phép quy chiếu người ta có thể truyền sóng tới
vật thể, kết quả thu được là sự hấp thụ tán xạ của nó và dựa vào đó ta có thể
sử dụng hàm của Randon để tái tạo được hình ảnh của vật thể. Cơ sở toán học
này đặt nền móng cho phương pháp tái tạo ảnh từ hình chiếu.
- Năm 1956, Bracewell người Úc lần đầu tiên đã sử dụng kỹ thuật tái
tạo ảnh này trong lĩnh vực nghiên cứu về thiên văn học và từ đó ông đã phác
họa được sự phát phổ của từng miền trên mặt trời.
- Năm 1961, Olendorf người Đức đã bước một bước tiến dài trong lĩnh
vực này, ông sử dụng tia gamma của đồng vị phóng xạ I = 131 với detector tái
tạo được ảnh của một vật thể đơn giản.
- Vào các năm 1963, 1964 với nhiều sự cố gắng để cải thiện chất lượng
ảnh Allan Macleod Cormack một nhà toán học người Nam Mỹ là người đầu
tiên đã mô tả một phương pháp chụp cắt lớp Xquang, hoàn toàn đúng với
phương pháp CT. Nhờ phương pháp này có thể tạo ảnh một lớp cắt từ nhiều
mặt cắt chéo xác định bởi kỹ thuật chụp Xquang.
- G.Hounsfield một nhà nghiên cứu khoa học người Anh bắt đầu tiến
hành thực nghiệm cơ sở trên máy quét sọ não EMI.
- 1970 Khởi đầu sản xuất thử máy quét sọ não EMI.
- 1971 Lắp đặt mẫu máy quét sọ não EMI đầu tiên tại bệnh viện
Atkinson Morley và khởi đầu thực nghiệm lâm sàng.
- Tháng 4 năm 1972 lắp đặt máy cắt lớp sọ não tại bệnh viện Mayo và
ông R.Sledley (học viện George Town) công bố về hệ thống máy chụp cắt

lớp. Tuy nhiên những máy thuộc giai đoạn này có tốc độ rất thấp, để có được
một lớp cắt phải mất tới khoảng 4 phút, vả lại chất lượng ảnh rất kém nên
chưa có nhiều tác dụng thực tế trong chẩn đoán.

6


- 1974 Phát triển máy cắt lớp EMI CT5000. Viện hạt nhân Ohio phát
triển hệ thống máy DELTA và thực nghiệm lâm sàng tại bệnh viện Clereland.
Kể từ đó trở đi thời gian quét 1 lớp giảm xuống chỉ còn 20 giây, có hiệu quả
rõ rệt trong lâm sàng.
- 1975 lắp đặt máy ACTA đầu tiên tại học viện Minnesota và máy
DELTA đầu tiên tại trung tâm y học nước Anh. Trong năm, khoảng 20 công
ty đã tham gia sản xuất máy cắt lớp điện toán và một cuộc triển lãm về máy
tại đại hội quang tuyến Bắc Mỹ đã thu hút sự tham gia của nhiều công ty hàng
đầu như: EMI, Viện hạt nhân Ohio, GE, Siemens, Syntex,...
- 1979 Trao giải Nobel về y sinh học cho các nhà khoa học
G.Hounsfield và A.Cormack.

Godfrey N. Hounsfield

Allan M. Cormack

Hình 1.4. Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học vì những đóng
góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán
- Như vậy chỉ sau hơn 40 năm (từ 1967 đến nay), từ những bước thử
nghiệm đầu tiên, máy chụp cắt lớp điện toán đã ngày càng phát triển và hoàn
thiện, trải qua 4 thế hệ, để trở thành công cụ chẩn đoán ưu việt và được đánh
giá là 1 trong 10 phát minh lớn nhất thế kỷ 20. Hiện nay đã có hàng vạn máy
CT được lắp đặt và sử dụng trên thế giới. Từ máy CT thế hệ thứ nhất được

7


xây dựng trên cơ sở những thực nghiệm của Housfield tại phòng nghiên cứu
thực nghiệm của ông ở EMI và thời gian để hoàn thành một lớp quét đơn lẻ
hay một lớp cắt mất khoảng vài giờ và mất khoảng vài ngày để tái tạo được
một ảnh từ những dữ liệu thô thu được này. Hệ thống CT hiện nay đã phát
triển thành hệ thống CT đa lát cắt (multi slice), với các hệ thống 4, 8, 16, 32,
64, 128, 256 lát cắt. Có nghĩa là hệ thống hiện đại nhất hiện nay là loại 256 lát
cắt tức là có thể tiến hành được 256 lắt cắt trong một vòng quay, hay nói cách
khác là có thể cùng một lúc thu nhận dữ liệu của 256 lát cắt.
- Đối với hệ thống có thể cùng một lúc thu nhận được dữ liệu của 4 lớp
cắt, thì thời gian để thu nhận dữ liệu đối với một vòng quay là vào khoảng
350 ms và tiến hành tái tạo ảnh với ma trận 512x512 từ hàng triệu điểm dữ
liệu chỉ mất không đến một giây. Có thể tiến hành quét 40 lớp cắt (mỗi lớp
dày 8mm) chỉ trong vòng từ 5s đến 10s khi sử dụng những hệ thống CT tiên
tiến (multi slice CT scanner).
- Hệ thống CT ngày càng được cải thiện về tốc độ quét và tái tạo ảnh
lớn hơn, tiện nghi đối với bệnh nhân và độ phân giải của ảnh tốt hơn. Thời
gian quét của hệ thống CT được tiến hành nhanh hơn để có thể chụp được
nhiều bệnh nhân hơn. Thời gian quét giảm xuống còn giúp cho giới hạn được
những nhiễu (artifacts) từ những cử động của người bệnh như thở hoặc nhu
động của các cơ quan. Đây cũng là điều kiện tốt cho những nghiên cứu và
phát triển những ưu điểm này, điều này sẽ cung cấp cho ảnh có chất lượng tốt
để phục vụ cho việc chẩn đoán được tin cậy hơn và đặc biệt là giảm liều tia
mà bệnh nhân phải hấp thụ.
1.1.4. Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật chụp CT
- Khả năng của CT trong việc tạo ra ảnh thay thế thay cho ảnh xếp
chồng chính là một trong những điểm cốt lõi chứng minh hiệu quả cao của

phương pháp này: CT có thể tạo ra những ảnh của các mô mềm với độ tương

8


phản cực cao mà với phương pháp cổ điển không thể đạt được. Hơn nữa nhờ
những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, CT còn cho phép định lượng được hình
ảnh.
- Nhờ những tính chất nổi trội này, chỉ sau vài năm ứng dụng CT đã trở
thành một kỹ thuật tạo ảnh Xquang tiêu chuẩn không thể thiếu được trong
lĩnh vực thần kinh học mà còn trong lĩnh vực thăm khám toàn thân, phạm vi
ứng dụng của CT ngày càng mở rộng.
- Trong rất nhiều trường hợp, nhờ khả năng tạo ảnh các mô mềm với
độ tương phản rất cao mà đã có thể loại bỏ việc sử dụng các chất cản quang.
Do vậy, thay vì phải chịu nguy cơ cao do tiêm thuốc cản quang vào động
mạch nay chỉ cần tiêm tĩnh mạch với nguy cơ thấp hơn.
- Đặc biệt hơn kỹ thuật chụp CT còn giúp tạo ảnh hình dạng thực của
các cơ quan bị thương tổn. Phương pháp cổ điển chỉ tạo ảnh thông qua các
thông tin gián tiếp, thông qua sự dịch chuyển của máu, trong khi đó CT với
rất nhiều trường hợp đã cung cấp nhiều sự chỉ dẫn chính xác hơn khi chụp
mạch.
1.2. Các thế hệ máy CT Scanner
Kể từ khi được đưa vào sử dụng, người ta đã cố gắng cải thiện, nâng
cao hiệu quả của hệ thống thiết bị CT, đặc biệt trong việc giảm thời gian tạo
ảnh, bằng cách cải thiện hệ thống quét. Những hệ thống quét này khác nhau
chủ yếu về số lượng và cách bố trí các cảm biến, mỗi hệ thống quét đều có
những ưu và nhược điểm riêng.
1.2.1. Máy CT thế hệ thứ nhất
- Cấu trúc: Một hệ thống đo được minh họa (hình 1.5).
Bộ thu chỉ gồm một đầu dò, chùm tia phát ra hẹp và song song dạng

một cái bút chì.

9


Hình 1.5. Máy CT thế hệ thứ nhất
- Phương thức quét: Bóng Xquang và đầu dò dịch chuyển song song
theo hướng vuông góc với chùm tia và bao trùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt,
sau đó cả hệ thống quay một góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song. Tại
những khoảng cách đều đặn tia X được phát và thu. Quá trình tiếp diễn cho
tới khi số lượng tín hiệu thu được đủ lớn để tái tạo ảnh.
- Hệ thống này hiện tại hầu như không được ứng dụng vì chỉ sử dụng
một phần năng lượng rất nhỏ, không đáng kể của nguồn bức xạ từ bóng
Xquang trong khi năng lượng bức xạ từ Anode của bóng có thể bao trùm một
góc 2π, thì chùm tia bức xạ thực dụng để đo lại chỉ nằm trong góc 10 -4 radian.
Bởi vậy, một mặt công suất bóng Xquang bị hạn chế, mặt khác do nhu cầu
cần thiết phải tạo được liều bức xạ tại cảm biến đủ để đo máy không thể di
chuyển với vận tốc cao.
- Với hệ thống này để tạo ảnh một lớp cắt cần một thời gian dài cỡ vài
phút, vì vậy trong giai đoạn đầu của máy CT nó chỉ được ứng dụng để chụp
các cơ quan tĩnh, đặc biệt là xương và sọ não.
- Thời gian chụp có thể được giảm nhờ sử dụng một bộ cảm biến thứ
hai đặt liền kề với cảm biến đầu theo hướng bề dày của lớp cắt và giữ nguyên

10


các mối quan hệ dạng hình học, dạng chùm tia tương hợp với cả hai cảm biến
và xử lý dữ liệu đo thu được cho hai lớp cắt liền kề.
- Tuy nhiên, trong thực tế, việc giảm thời gian tạo ảnh chỉ có thể đạt

được nhờ tăng số lượng kênh dùng cho một lớp cắt, các máy CT đã được phát
triển theo hướng này.
1.2.2. Máy CT thế hệ thứ hai
- Cấu trúc: Thay vì dùng một đầu dò, đến thế hệ này đã dùng một chùm
đầu dò khoảng 20-30 chiếc bố trí cận kề nhau trong hướng quét như hình vẽ.
Chùm tia quét có dạng hình quạt.

Hình 1.6. Máy CT thế hệ thứ hai
- Phương pháp quét: Tương tự như thế hệ thứ nhất, hệ thống đo thực
hiện hai loại dịch chuyển đó là: Dịch chuyển song song và dịch chuyển tịnh
tiến.
- Với cách bố trí hệ thống đo này, nguồn bức xạ tia X từ bóng Xquang
được sử dụng hiệu quả hơn nhiều, có thể thực hiện được nhiều phép chiếu
tương ứng với số lượng cảm biến và thu được nhiều dữ liệu đo đồng thời, vì
vậy góc quay và khoảng giữa hai lần chiếu theo mặt sẽ tăng, kết quả giảm
tổng số bước quét phẳng và số lần quay của hệ thống đo. Với hệ thống này,
11


tùy thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp cắt trong khoảng từ 1060 giây. Tuy nhiên do quá trình cơ học khi chuyển động ngang hay quay, việc
giảm thời gian tạo ảnh xuống thấp hơn nữa đối với hệ thống đo này không thể
thực hiện được.
1.2.3. Máy CT thế hệ thứ ba
- Cấu trúc: Số lượng đầu dò tăng đến vài trăm cái và được bố trí trên
một vòng cung đối diện và gắn cố định với bóng Xquang. Chùm tia X phát ra
theo hình rẻ quạt với góc từ 30-600 tùy theo số lượng đầu dò và bao trùm toàn
bộ tiết diện lớp cắt (hình 1.7).

Hình 1.7. Máy CT thế hệ thứ 3
- Phương pháp quét: Hệ thống đo quay quanh đối tượng một góc 360 0

để thực hiện một lớp cắt. Khi quay tia X có thể được phát thành xung tại
những góc cố định hoặc được phát liên tục.
- Với cấu trúc này, nguồn bức xạ tia X được sử dụng tối ưu, hơn nữa hệ
thống đo chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ
không phải từng bước. Thời gian chụp ngắn nhất giảm xuống chỉ còn cỡ một
vài giây.

12