Tổng quan về hệ thống thiết bị SPECT CT trong y học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN
------------------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT
BỊ SPECT/CT TRONG Y HỌC

SVTH : Nguyễn Hoàng Tùng
CBHD : ThS. Nguyễn Văn Hòa
CN. Lê Trần Tuấn Kiệt
CBPB : ThS. Lê Công Hảo
---------------------------------TP HỒ CHÍ MINH – 2009


Đề tài tốt nghiệp

1

LỜI CẢM ƠN
Nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, gia đình và bạn bè, khoá luận tốt
nghiệp của em đã được hoàn thành.
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Đốc bệnh viện Chợ Rẫy, khoa
Y học hạt nhân và toàn thể nhân viên đã tạo điều kiện và giúp đỡ em.
Em xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Hòa và anh Lê Trần Tuấn
Kiệt, người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài.
Em xin gởi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô bộ môn vật lý hạt nhân đã tạo

điều kiện để em hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cám ơn và sự tri ân sâu sắc đến ba mẹ và những người thân
trong gia đình đã giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian em học tập
Cuối cùng em xin gởi lời cám ơn chân thành đến bạn bè, những người đã giúp
đỡ và động viên em trong suốt quá trình làm khóa luận.


Đề tài tốt nghiệp

3

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................................... 1
Lời mở đầu .................................................................................................................... 2
Mục lục .......................................................................................................................... 3
Danh mục các chữ viết tắt ........................................................................................... 6
Danh mục các hình vẽ ................................................................................................. 8
CHƢƠNG 1: NGUYÊN LÝ GHI HÌNH VÀ CẤU TẠO MÁY SPECT ................. 9
1.1 Tổng quát về máy SPECT ..................................................................................... 9
1.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................................. 11
1.3 Các phƣơng pháp ghi hình .................................................................................. 12
1.3.1 Ghi hình 2-D.................................................................................................... 12
1.3.2 Ghi hình cắt lớp .............................................................................................. 13
1.4 Hệ thống thu thập dữ liệu .................................................................................... 15
1.4.1 Sơ lƣợc về hệ thống đầu dò SPECT ............................................................. 15
1.4.2 Cấu tạo............................................................................................................. 15
1.4.2.1 Detector ...................................................................................................... 15
1.4.2.2 Ống chuẩn trực (collimator) .................................................................... 16
1.4.2.3 Khối tinh thể nhấp nháy .......................................................................... 19
1.4.2.4 Ống dẫn sáng ............................................................................................. 22

1.4.2.5 Ống nhân quang điện ............................................................................... 22
1.5 Các thuật tóan tái tạo hình ảnh .......................................................................... 23
1.5.1 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc có lọc .................................................................. 23
1.5.2 Phƣơng pháp lặp ............................................................................................ 26
1.6 Hình ảnh SPECT .................................................................................................. 28


Đề tài tốt nghiệp

4

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ GHI HÌNH VÀ CẤU TẠO MÁY CT ...................... 32
2.1 Tổng quát về máy CT .......................................................................................... 32
2.2 Nguyên lý chụp hình CT ...................................................................................... 33
2.3 Hệ thống thu thập dữ liệu trong CT xoắn ốc ..................................................... 36
2.3.1 Máy phát tia X ................................................................................................ 36
2.3.2 Hệ đầu dò ........................................................................................................ 36
2.3.2.1 Đầu dò nhấp nháy ..................................................................................... 36
2.3.2.2 Hệ đầu dò khí Xenon ................................................................................ 37
2.3.2.2 Đầu dò chất rắn......................................................................................... 37
2.3.2.3 Các dãy nhiều đầu dò .............................................................................. 38
2.4 Nguyên lý tạo ảnh CT .......................................................................................... 39
2.5 Các thuật toán tái tạo hình ảnh .......................................................................... 43
2.5.1 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc có lọc .................................................................. 43
2.5.2 Phƣơng pháp lặp ............................................................................................ 44
2.6 Phƣơng pháp hiển thị ảnh CT............................................................................. 48
2.7 Hình ảnh CT ......................................................................................................... 51
CHƢƠNG 3: NGUYÊN LÝ GHI HÌNH VÀ CẤU TẠO MÁY SPECT-CT ....... 55
3.1 Tổng quát về máy SPECT-CT ............................................................................ 55
3.2 Nguyên lý ghi hình của SPECT-CT.................................................................... 56

3.3 Các bộ phận ghi nhận hình ảnh .......................................................................... 56
3.3.1 Đầu dò SPECT (Detector SPECT) ............................................................... 56
3.3.2 Đầu dò CT ....................................................................................................... 57
3.3.3 Phần mềm máy tính ....................................................................................... 58
3.4 Các phƣơng pháp kết hợp hình ảnh ................................................................... 59
3.5 Hình ảnh kết hợp của SPECT-CT ...................................................................... 60


Đề tài tốt nghiệp

5

Kết luận ....................................................................................................................... 66
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 68


Đề tài tốt nghiệp

6

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Máy SPECTmột đầu tại bệnh viện Chợ Rẫy ............................................. 10
Hình 1.2: Máy SPECT hai đầu tại bệnh viện Chợ Rẫy .............................................. 10
Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động tạo ảnh của máy SPECT .......................................... 12
Hình 1.4 : Máy SPECT 2 đầu đối diện ghi hình phẳng ở đầu .................................... 13
Hình 1.5: Mô hình Camera quay khi chụp cắt lớp ..................................................... 14
Hình 1.6: Cách ghi cắt lớp ở tim ................................................................................ 14
Hình 1.7: Thông tin số đếm ghi được mỗi góc chiếu camera .................................... 14
Hình 1.8: Cấu tạo hệ thống detector nhấp nháy ......................................................... 15
Hình 1.9: Collimator ................................................................................................... 17

Hình 1.10: Các hình dạng collimator thường gặp ...................................................... 18
Hình 1.11: Khối tinh thể nhấp nháy ........................................................................... 20
Hình 1.12: Dòng điện tạo ra khi bức xạ đến tương tác khối tinh thể và đi qua ống nhân
quang ........................................................................................................................... 22
Hình 1.13: Cấu trúc ma trận lát cắt ............................................................................ 24
Hình 1.14: Cấu trúc ma trận lát cắt tái tạo ................................................................. 25
Hình 1.15. Phương pháp chiếu ngược có lọc ............................................................. 25
Hình 1.16: Hình ảnh SPECT tuyến giáp .................................................................... 29
Hình 1.17: Hình ảnh SPECT thận ............................................................................. 29
Hình 1.18 : Ảnh SPECT xương toàn than .................................................................. 30
Hình 1.19 : Ảnh SPECT não ...................................................................................... 31
Hình 2.1: Chụp ảnh CT cho 1 bệnh nhân tại bệnh viện Chơ Rẫy .............................. 33
Hình 2.2: Máy CT ghi hình theo đường xoắn ốc ....................................................... 33
Hình 2.3: Các dạng tia X ............................................................................................ 34
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống quét CT ............................................................................ 35
Hình 2.5: Cấu trúc của detector nhấp nháy ................................................................ 36
Hình 2.6: Đầu dó khí xenon ....................................................................................... 37


Đề tài tốt nghiệp

7

Hình 2.7: Đầu dò chất rắn .......................................................................................... 38
Hình 2.8: Lát cắt mô biểu diễn trong ma trận lát cắtvà phần tử thể tích mô tương ứng
..................................................................................................................................... 39
Hình 2.9: Ảnh hai vật tách biệt trong máy CT ........................................................... 40
Hình 2.10: Độ suy giảm chùm tia khi đi mô cơ thể theo 1 chiếu ............................... 40
Hình 2.11: Độ suy giảm chùm tia khi đi mô cơ thể theo 2 chiếu ............................... 41
Hình 2.12: Ma trận lát cắt 2D của hệ số tuyến tính tương ứng với từng mô ............. 42

Hình 2.13: Cấu trúc ma trận lát cắ ............................................................................ t43
Hình 2.14: Cấu trúc ma trận lát cắt tái tạo ................................................................. 44
Hình 2.15: Ảnh phí trên ngoài cùng bên trái là ảnh thực, các ảnh còn lại là ảnh tái tạo
với số lượng ảnh chiếu khác nhau ............................................................................... 45
Hình 2.16: Phương pháp chiếu ngược có lọc ............................................................. 46
Hình 2.17: CT não bình thường và CT não 3 tháng sao cho thấy khối u ác tính. ...... 52
Hình 2.18: Ruột thừa bình thường lấp đầy khí........................................................... 53
Hình 3.1: Máy SPECT-CT tại bệnh viện Chợ Rẫy .................................................... 55
Hình 3.2 : Hai đầu dò của SPECT .............................................................................. 56
Hình 3.3: Các kiểu quay đầu của 2 hệ thống Detector ............................................... 57
Hình 3.4: khung CT trong máy SPECT-CT ............................................................... 57
Hình 3.5: Giao diện máy tính hiển thị ảnh chụp và ảnh kết hợp............................... 59
Hình 3.6: Giao diện máy tính kết hợp ảnh bằng phương pháp so sánh đặc điểm hình
ảnh ............................................................................................................................... 60
Hình 3.7: Hình ảnh chẩn đoán khối u thẩn kinh đệm................................................. 61
Hình 3.8: Ảnh SPECT/CT theo dõi động mạch vành lúc gắng sức (Stress) và lúc nghỉ
ngơi (Rest) ................................................................................................................... 62
Hình 3.9: Ảnh kết hợp dùng trong chẩn đoán y học .................................................. 63
Hình 3.10: Hình ảnh ung thư tuyến cận giáp ............................................................. 64
Hình 3.11: Hình ảnh chẩn đoán tuyến tiền liệt........................................................... 65


Đề tài tốt nghiệp

8

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Đặc tính của các loại collimator ................................................................ 19
Bảng 1.2: Bảng phân loại ống chuẩn trực.................................................................. 19
Bảng 1.3: Đặc tính của một số tinh thể sử dụng trong camera .................................. 21

Bảng 2.1: Giá trị CT của các 1 số tế bào trong cơ thể người .................................... 49
Bảng 2.2 : Giá trị CT của các mô trong cơ thể ........................................................... 49
Bảng 2.3 : Giá trị CT của các dịch trong cơ thể ......................................................... 50
Bảng 2.4: Giá trị CT của các 1 số tổ chức trong cơ thể người .................................. 50


Đề tài tốt nghiệp

2

LỜI MỞ ĐẦU
Y học hạt nhân là chuyên ngành ứng dụng các hạt nhân phóng xạ và các kỹ
thuật hạt nhân trong y tế nhằm mục đích chẩn đoán và đều trị bệnh. Các chẩn đoán của
y học hạt nhân cung cấp thông tin về hoạt động sinh hóa của cơ quan hay sự chuyển
hóa của dược chất phóng xạ.
Những thông tin y học về cơ thể bệnh nhân được lấy từ các lát cắt ảnh chụp.
Những ảnh này chứa thông tin giải phẫu cơ thể bệnh nhân như xương, não, mạch
máu..v…v. Bác sĩ quan sát ảnh đơn hay một chuỗi ảnh chụp về bộ phận nghi ngờ có
bệnh. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, bệnh nhân cần thiết phải chụp nhiều phương
thức tạo ảnh khác nhau, tập hợp nhiều thông tin hơn. Kỹ thuật kết hợp hình ảnh giúp
đơn giản hơn các quá trình tạo ảnh, giúp kết hợp nhiều phương thức chụp ảnh với
nhau, tạo thông tin rõ ràng theo nhiều hướng khác nhau. Nhờ vậy có những kết luận
chính xác về căn bệnh.
Trong đề tài này, ta đặc biệt quan tâm đến nguyên lý ghi nhận hình ảnh của máy
SPECT-CT, công nghệ kết hợp giũa 2 thiết bị chẩn đoán ảnh chức năng (SPECT) và
thiết bị chẩn đoán ảnh cấu trúc (CT). Từ đó đưa ra một cái nhìn mới về công nghệ tích
hợp trong thiết bị cũng như trong hình ảnh chẩn đoán.


Khóa luận tốt nghiệp

9

CHƢƠNG 1: NGUYÊN LÝ GHI HÌNH V CẤU TẠO MY SPECT
1.1 Tổng quát về máy SPECT
SPECT ( Single Photon Emission Computed Tomography ) là một thiết bị chụp
ảnh cắt lớp bằng bức xạ hạt nhân dựa trên kỹ thuật đánh dấu phóng xạ. Nguyên tắc
chụp ảnh của máy SPECT như sau: khi đưa một dược chất phóng xạ vào cơ thể bệnh
nhân, sau một thời gian dược chất phóng xạ này tham gia quá trình sinh hoá trong cơ
thể tạo ra sự phân bố phóng xạ trong cơ thể. Cơ thể sẽ phát ra các bức xạ  đi đến
camera nhấp nháy (một bộ phận chính trong máy SPECT) ghi nhận. Dữ liệu ghi nhận
từ camera được xử lý bởi máy tính để tạo ra hình ảnh về sự phân bố phóng xạ đó. Máy
tính kết nối với máy SPECT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc: thu nhận, xử
lý, hiển thị những ảnh số cho biết sự phân bố phóng xạ trong cơ thể. Ngoài ra máy tính
còn hỗ trợ việc truy cập thông tin của bệnh nhân, của bệnh viện và kết nối với các hệ
thống khác. Qua hình ảnh phân bố phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân ta biết được nồng
độ phân bố, từ đó bác sĩ chẩn đoán được tình trạng hoạt động sinh hoá của cơ quan
trong cơ thể bình thường hay bất thường. Nên ảnh thu được bởi máy ghi hình SPECT
là ảnh ở cấp phân tử, chức năng và sinh hoá giúp phát hiện sớm hơn các chẩn đoán dựa
trên hình ảnh cấu trúc giải phẩu học (ảnh X –quang, siêu âm, MRI).


Khóa luận tốt nghiệp

10

Hình 1.1: Máy SPECT một đầu tại bệnh viện Chợ Rẫy

Hình 1.2: Máy SPECT hai đầu tại bệnh viện Chợ Rẫy

Khóa luận tốt nghiệp

11

1.2 Nguyên lý hoạt động
Để tạo một ảnh SPECT đầu tiên ta đưa một dược chất phóng xạ vào cơ thể bệnh
nhân. Sau khi dược chất phóng xạ này tham gia quá trình biến đổi sinh hoá trong cơ
quan đó sẽ phát ra bức xạ  . Bức xạ  đến detector của camera nhấp nháy , tương tác
khối nhấp nháy và phát ra ánh sáng nhấp nháy. Anh sáng này đi qua ông dẫn sáng đập
vào photocathode của ống nhân quang. Mỗi ánh sáng nhấp nháy có một bước sóng
tương ứng khi đập vào photocathode bức các điện tử đi đến các dynode. Điện trường sẽ
gia tốc các điện tử để có đủ động năng đến được các dynode khác. Mỗi lần đập vào
dynode số điện tử tăng dần có thể đạt đến 10 6 đến 10 8 electron ở dynode cuối cùng. Kết
quả là ta có một dòng electron ở anốt tạo ra một tín hiệu điện. Tín hiệu điện từ các ống
nhân quang đưa đến mạch tiền khuếch đại để tăng cường độ dòng điện. Sau khi đi qua
mạch tiền khuếch đại các tín hiệu điện được mã hoá toạ độ (X,Y) của tín hiệu thu nhận
(tín hiệu này thu nhận tại ống nhân quang nào), và tín hiệu điện này có một xung điện
Z có biên độ tỉ lệ với năng lượng bức xạ bỏ ra trong khối tinh thể nhấp nháy. Xung
điện Z của tín hiệu điện sẽ đi đến bộ phân tích biên độ xung. Bộ phân tích biên độ xung
cho phép tín hiệu điện đó thu nhận hay không, thông qua một vài cửa sổ năng lượng có
thể thay đổi độ rọng của dãy năng lượng bức xạ cần ghi. Khi tín hiệu điện này được ghi
nhận thì toạ độ tín hiệu cho phép định vị electron huỳnh quang đập lên màn hình huỳnh
quang (CRT), từ đó mới thấy được hình ảnh. Nếu là màn hình số thì biên độ xung của
tín hiệu chuyển đổi thành tín hiệu số và giá trị số của tín hiệu sẽ điều khiển sự hiển thị
trên màn hình tạo thành ảnh số (loại này thường dùng phổ biến ngày nay trong y học
hạt nhân (YHHN).


Khóa luận tốt nghiệp

12

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động tạo ảnh của máy SPECT
1.3 Các phƣơng pháp ghi hình
1.3.1 Ghi hình 2-D
Có 3 phương pháp ghi hình: tĩnh, toàn thân, động. Cho giường bệnh nhân di
chuyển từ từ qua bề mặt của camera với tốc độ thích hợp. Trong khi đó camera quét hết
vùng cơ quan cần được ghi hình, đồng thời dữ liệu sẽ được ghi vào các khung ảnh.
Tiến hành tích luỹ số đếm phóng xạ cho mỗi pixel và kết khúc thời gian ghi hình ta sẽ
có một ảnh phẳng mà không cần tái tạo ảnh như ảnh chụp cắt lớp. Ảnh 2-D tạo thành
có thể xử lý như lọc ảnh, phóng đại có nội suy…. để có thông tin chẩn đoán chính xác
hơn.


Khóa luận tốt nghiệp

13

Hình 1.4: Máy SPECT 2 đầu đối diện ghi hình phẳng ở đầu
1.3.2 Ghi hình cắt lớp
Cho camera quay với tốc độ quay thích hợp quanh bệnh nhân và ghi hình bức xạ
ở nhiều góc khác nhau. Camera có thể vừa quay vừa ghi hoặc quay tới vị trí nào đó,
dừng lại ghi dữ liệu rồi quay camera đến vị trí kế tiếp (step by step). Ứng mỗi góc quay
ảnh ghi được gọi là ảnh chiếu (projection), khi camera quay hết một vòng ta có một
loạt các ảnh chiếu. Các ảnh chiếu này sẽ được xử lý về sau để tạo hình ảnh cắt lớp.
Trong ghi hình cắt lớp góc quay camera chỉ giới hạn từ 0 0 đến 180 0 mà không phải từ
0 0 đến 360 0 . Bởi vì những ảnh chiếu thu được từ 180 0 đến 360 0 không cung cấp thông

tin gì mới do có sự đối xứng với những ảnh chiếu thu được ở góc từ 0 0 đến 180 0 . Còn

trong ghi hình cắt lớp ở tim mạch thì camera không quay hết một vòng mà chỉ quay
nữa vòng từ 45 0 nghiêng trái đến 45 0 nghiêng phải. Bởi vì các góc còn lại do khoảng


Khóa luận tốt nghiệp

14

cách từ tim đến camera lớn nên ảnh hưởng không tốt đến độ phân giải không gian và
độ tương phản do suy giảm bức xạ.

Hình 1.5: Mô hình Camera quay

Hình 1.6: Cách ghi hình cắt lớp ở tim

khi chụp cắt lớp

Hình 1.7: Thông tin số đếm ghi được mỗi góc chiếu camera
1.4 Hệ thống thu thập dữ liệu
1.4.1 Sơ lƣợc về hệ thống đầu dị SPECT
Ngày nay các máy SPECT hiện đại sử dụng 1 hoặc 2 hệ thống detector để ghi
hình, gĩc giữa cc hệ thống detector có thể thay đổi tuỳ ý. Trường hợp 2 hệ thống
detector có thể đối diện 1800 (trong chụp toàn thân và đầu), lệch nhau 900 (trong chụp


Khóa luận tốt nghiệp

15

tim) hoặc một gĩc khc….. Việc sử dụng 2 hệ thống detector trong my SPECT hiệu quả

hơn trong ghi hình 1 hệ thống bởi vì giảm được thời gian ghi hình v tăng độ nhạy.

Hình 1.8: Cấu tạo hệ thống detector nhấp nhy
1.4.2 Cấu tạo
1.4.2.1 Detector
Nhiệm vụ của detector chỉ thu nhận những tia bức xạ phát từ bệnh nhân nằm
trong một dãy năng lượng cho phép và định vị được toạ độ của nơi phát ra bức xạ . Tuỳ
loại dược chất phóng xạ mà năng lượng tia bức xạ phát ra có năng lượng khác nhau,
hơn nữa bức xạ phát ra tương tác mô cơ thể có thể xảy ra hiện tượng suy giảm năng
lượng do bức xạ và tán xạ (tán xạ Compton). Không phải bức xạ nào cũng được ghi
nhận vì với năng lượng của bức xạ không được chấp nhận nó không phản ánh đúng vị
trị nơi phát bức xạ. Vì vậy cần phải có đầu dò.
1.4.2.2 Ống chuẩn trực (collimator)


Khóa luận tốt nghiệp

16

Ống chuẩn trực bao gồm nhiều ống thẳng nhỏ xếp sát nhau và trên ống chuẩn
trực có hàng nghìn lỗ nhỏ. Giữa các ống thẳng nhỏ đó ngăn cách bởi các màn chì hoặc
stungten gọi là vách ngăn (màn chắn). Độ dày màn chắn dày hay mỏng được chế tạo
phụ thuộc vào năng lượng bức xạ đi đến collimator (phụ thuộc loại dược chất phóng
xạ thường dùng trong ghi hình máy SPECT) LEHR Tc-99m, HE I-131. Màn chắn
mỏng sử dụng cho bức xạ đến collimator có năng lượng thấp còn ngược lại màn chắn
dày cho bức xạ có năng lượng có năng lượng cao. Các lỗ nhỏ trên collimator chỉ cho
phép những tia bức xạ phát ra từ cơ thể bệnh nhân có phương song song trục các ống
thì mới thu nhận. Còn những tia có hướng xiên (không song song trục ống) thì năng
lượng bức xạ bị các màn ngăn hấp thụ không đến được khối nhấp nháy và không ghi
nhận được. Hơn nữa collimator có tác dụng định vị điểm nhấp nháy phát ra tại tinh thể

nhấp nháy trùng với điểm tại cơ quan phát ra bức xạ. Có nhiều loại collimator và mỗi
loại có đặc trưng riêng, đặc trưng đó phù hợp với mụch đích ghi hình nào (ảnh phóng
đại hay nhỏ hơn kích thước cơ quan ghi hình, ảnh có độ phân giải và độ nhạy cao hay
thấp). Đặc trưng của collimator là hình dạng, độ dài ống, đường kính của lỗ. Độ dài
ống thẳng ngắn và đường kính lỗ lớn cho phép nhiều photon đến nên độ nhạy cao,
ngược lại thì số photon đến ít hơn nhưng độ phân giải cao. Hai yếu tố độ nhạy và độ
phân giải thường mâu thuẩn nhau.


Khóa luận tốt nghiệp

17

Hình 1.9: Collimator
Các loại collimator gặp phổ biến trong chụp ảnh phóng xạ như: ống chuẩn trực
song song, ống chuẩn trực hội tụ, ống chuẩn trực phân kỳ, ống chuẩn có lỗ kim.
 Ống chuẩn trực có lỗ kim thường dùng để ghi hình các cơ quan có kích thước
nhỏ. Loại này chỉ có một lỗ cho ảnh phóng đại và ngược chiều với ảnh that
.Khi dùng loại collimator này thì cơ quan cần ghi hình phải đặt gần collimator
hơn để ảnh được khuếch đại và giúp xác định những vị trí trong cơ quan với
độ phân giải cao.
 Ống chuẩn trực hội tụ để ghi hình cơ quan có kích thước nhỏ hơn kích thước
tinh thể nhấp nháy. Ảnh cũng được phóng đại và có độ phân giải cao hơn so
với ghi hình ống chuẩn trực song song của cơ quan có kích thước nhỏ.
 Ống chuẩn trực phân kỳ thu ảnh nhỏ hơn kích thước vật thật và ảnh thu được
có độ phân giải không gian kém hớn ống chuẩn trực song song.
 Ống chuẩn trực song song loại dùng phổ biến nhất hiện nay và chia làm các
loại: loại có năng lượng thấp, năng lượng trung bình, năng lượng cao.

Khóa luận tốt nghiệp

18

Hình 1.10: Cc hình dạng collimator thường gặp
Các đồng vị phóng xạ thường dùng cho ống chuẩn trực song song phân theo
mức năng lượng bức xạ được mô tả bảng dưới đây:

Bảng 1.1: Đặc tính của các loại collimator
Loại collimator

Năng lƣợng bức xạ Độ

dày

vách Đồng vị phóng


Khóa luận tốt nghiệp

19

phát ra (Kev)

ngăn (mm)

xạ

 Năng lượng thấp

140-200

0.2-0.3

99m

 Năng lượng trung bình

300

1.1-1.4

 Năng lượng cao

360-500

1.3-3.0

 Năng lượng cao hơn

511

3.0-4.0

Tc

67

Ga, 131In

111

I

18

F

Dựa vào năng lượng của  , người ta thường phân loại các loại ống chuẩn trực sau:
Bảng 1.2: Bảng phn loại ống chuẩn trực
Ống chuẩn trực

Năng lƣợng cực đại (KEV)

Đặc điểm

 LEHR

150

Độ phân giải cao năng lượng thấp.

 LEGP

150

Năng lượng thấp, loại thông dụng

 LEHS

150

Độ nhạy cao, năng lượng thấp

 MEHS

400

Độ nhạy cao, năng lượng trung bình

1.4.2.3 Khối tinh thể nhấp nháy
Các bức xạ đi qua ống chuẩn trực rồi đập vào bản tinh thể nhấp nháy và tương
tác với tinh thể. Khi bức xạ tương tác có thể xảy ra hiệu ứng quang điện hay hiệu ứng
Compton là tuỳ thuộc vào năng lượng của bức xạ đến và vật chất cấu tạo tinh thể.
Trong ghi hình điều không mong muốn là hiệu ứng tán xạ Compton xảy ra vì tín hiệu
ghi được của camera không xác định được vị trí phát bức xạ. Khi hiệu ứng tán xạ
Compton xảy ra làm cho nguyên tử của tinh thể ở trạng thái kích thích có mức năng
lượng cao hơn (do các eclectron nguyên tử chuyển lên mức năng lượng cao hơn). Sao
đó các electon này chuyển về trạng thái cơ bản phát ra photon thứ cấp có mức năng
lượng thấp hơn. Ở hiệu ứng quang điện thì năng lượng bức xạ đến sẽ bị khối tinh thể
nhấp nháy hấp thụ mà không gây hiệu ứng phu, tạo ra những chấm sáng nhấp nháy có
năng lượng phản ánh đúng năng lượng bức xạ đến tương tác nên tín hiệu camera thu


Khóa luận tốt nghiệp

20

được sẽ xác định được nơi xảy ra tương tác. Vì thế phải chọn tinh thể nhấp nháy có độ
dày và loại vật liệu cấu tạo phù hợp với năng lượng loại bức xạ phát ra. Nhiệm vụ của

bản tinh thể nhấp nháy tạo ra những chấm sáng trên bề mặt của tinh thể khi có một tia
bức xạ tương tác với tinh thể nhấp nháy. Lượng ánh sáng nhấp nháy mới được tạo ra tỉ
lệ với số tương tác. Mỗi ánh sáng nhấp nháy có một bước sóng riêng. Một loại tinh thể
nhấp nháy thông dụng nhất trong ghi hình ở máy SPECT là tinh thể NaI có pha thêm Tl
ký hiệu NaI(Tl). Phải pha thêm Tl vì NaI tinh thiết không tạo ra ánh sáng nhấp nháy
mà Tl mới tạo ra chấm sáng nhấp nháy đó. Những loại khác thường dùng như: CsF,
BGO, BaF2 …. Dùng trong ghi hình máy PET.

Hình 1.11: Khối tinh thể nhấp nháy
Dưới đây là bảng đặc tính của các loại vật liệu cấu tạo tinh thể nhấp nháy:
Bảng 1.3: Đặc tính của một số tinh thể sử dụng trong camera
Đặc tính

NaI

BGO

BaF2

GSO

Mật độ (g/ml)

3.67

7.13

4.89

6.71

230

300

0.6

60

Bước sóng (nm)

410

480

220

440

Hiệu suất chuyển đổi tương đối (%)

100

15

5

25

Thời gian chuyển đổi ánh sáng nhấp

nháy (ns)


Khóa luận tốt nghiệp

21

Độ phân giải năng lượng (%)

6.6

10.2

11.4

8.5

 (cm 1 )

0.344

0.949

0.454

0.697

 /  (cm 2 / g )

0.094

0.133

0.093

58.6

50.6

74.2

52.2

0.104

Z eff

Loại tinh thể nhấp nháy thường dùng nhất cho máy SPECT là tinh thể NaI(Tl).
Ưu điểm của tinh thể này là hiệu suất ghi đối với gamma lớn (nếu bố trí hình học tốt
hiệu suất ghi có thể đạt đến 90-100%), hiệu suất chuyển đổi ánh sáng cao, độ phân giải
không gian và năng lượng tốt hơn các loại tinh thể khác. Ngoài những ưu điểm trên thì
NaI(Tl) có thể gia công khá dễ dàng thành các đơn tinh thể trong suốt và có kích thước
lớn. Nhưng nhược điểm đáng kể là thời gian phát sáng chậm dẫn đến thời gian chết của
detector tăng, khả năng bắt photon của NaI thấp hơn BGO, GSO, BaF2 . Nhược điểm
nữa là trong việc bảo quản, phải cất giữ trong dầu vadơlin hoặc trong hợp kín có cửa sổ
trong suốt do NaI dễ hút nước.
1.4.2.4 Ống dẫn sáng
Ống dẫn sáng thường làm chất Plexiglas, mặt trong thành ống có phủ lớp bạc để
phản xạ tốt ánh sáng và không hấp thụ ánh sáng. Anh sáng nhấp nháy từ bản nhấp nháy
phát ra đi đến ống dẫn sáng bị phản xạ ánh sáng liên tiếp và cuối cùng đến các ống

nhân quang. Tác dụng của ống dẫn sáng là tăng hiệu suất đếm và xác định chính xác vị
trí phát sáng nhấp nháy. Thường thì độ dài của ống dẫn sáng khoảng 4 cm tính từ tâm
của khối nhấp nháy đến bề mặt của các ống nhân quang.
1.4.2.5 Ống nhân quang điện


Khóa luận tốt nghiệp

22

Ống nhân quang điện có chức năng biến đổi ánh sáng nhấp nháy thành tín hiệu
điện. Các bộ phận của ống nhân quang gồm: photocathode (quang electron), anode,
dynode, các điện cực.

Hình 1.12: Dòng điện tạo ra khi bức xạ đến tương tác khối tinh thể
và đi qua ống nhân quang.
 Photocathode: Ánh sáng từ chất nhấp nháy được truyền vào cửa sổ của ống
nhân quang điện và kích thích photocathode. Photocathode được làm bằng vật
liệu dễ phóng thích electron khi hấp thu năng lượng photon ánh sáng. Tỉ lệ giữa
số electron phóng thích và số photon ánh sáng gọi là hiệu suất lượng tử thường
đạt được 15% đến 25%.
 Các điện cực: Tạo sự chênh lệch điện thế giữa các điện cực. Điện thế chênh
lệch đó tạo ra điện trường gia tốc các điện tử để có động năng lớn đến được
dynode kế tiếp và số electron tại các dynode sẽ được nhân lên.
 Anode: Tạo một dòng điện ở ngõ ra của ống nhân quang.
 Dynode: Thường làm bằng vật liệu dễ bức electron khi bị các electron có năng
lượng đủ lớn đâp vào. Sự chênh lệch điện thế giữa các điện cực tao ra một điện


Khóa luận tốt nghiệp

23

trường để gia tốc các điện tử có năng lượng đủ lớn đập vào các dynode kế tiếp.
Sau mỗi lần các điện tử electron đập vào một dynode thì số electron lại tăng lên.
Quá trình này cứ tiếp tục xảy ra đến khi đập vào dynode cuối cùng, kết quả sẽ
có một dòng điện ở dynode có cường độ lớn so với dòng phát ra ở
photocathode.
1.5 Cc thuật tốn ti tạo hình ảnh
1.5.1 Phƣơng pháp chiếu ngƣợc có lọc
Dược chất phóng xạ khi đi vào cơ thể sẽ được các bộ phận hấp thu. Dược chất
phóng xạ này tham gia quá trình biến đổi sinh hoá trong cơ quan đó sẽ phát ra bức xạ .
Detector sẽ ghi nhận giá trị của hoạt độ phóng xạ A, hoạt độ phóng xạ A=dN/dt.
Giả sử ma trận lát cắt 5x5 nguyên tố thể tích, trong đó các giá trị A 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 nhập số liệu, cc gi trị Ni l tổng cc gi trị A
của các nguyên tố thể tich nằm trên đường đi của chùm tia .
- Cc gi trị Ni gọi các dữ liệu và được máy tính lưu trữ trong 2 thanh ghi

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

3

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0


Khóa luận tốt nghiệp

24

0

1

3

1

0

Ni

Hình 1.13: Cấu trc ma trận lt cắt
Phương pháp chiếu ngược sẽ tái tạo lại ma trận lt cắt từ cc tổng Ni như sau:
- Đặt ngược lại các giá trị tổng Ni vào các pixel trên hàng hay cột của ma trận lát
cắt mà đường tia đ đi qua lúc thu thập dữ liệu.
- Ma trận lát cắt được hình thnh với cc gi trị của mỗi pixel l tổng cc gi trị Ni
cộng lại từ tất cả các phép chiếu ngược được thực hiện

0



0

0

0

0

0

0

1

3

1

0

1



1

1

1

1

1

1

2

4

2

1

3



3

3

3

3

3

3

4

6

4

3

1



1

1

1

1

1

1

2

4

2

1

0



0

0

0

0

0

0

1

3

1

3











0

1

3

1

0



Ni
Ni

Hình 1.14: Cấu trc ma trận lt cắt ti tạo
Ma trận thu được không giống hẳn như ma trận thực. Nếu thực hiện nhiều ghi
nhận từ nhiều hướng khác nhau thì sẽ thu được ảnh gần giống với ảnh thật hơn.
Sự nhịe xuất hiện ở những chỗ giao nhau. Cng gần điểm giao, màu càng sẫm.
Để loại bỏ sự nhịe ny, ảnh chiếu phải được lọc trước khi chiếu ảnh. Mục đích của phép
chiếu lọc là tạo ra một phần âm ở vùng biên của tín hiệu trước khi chiếu ngược để khử
sự nhịe ảnh hình sao