Tìm hiểu về phương pháp chụp cắt lớp điện toán

Tìm hiểu về phương pháp chụp cắt lớp điện toán Tìm hiểu về phương pháp chụp cắt lớp điện toán TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN Giảng viên TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện Trần Hồng Giang MSSV 20131120 Lớp ĐTTT 04 – K58 Hà Nội, tháng 01 năm 2017 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 1 Giới thiệu chung 3 2 Nguyên lý cơ bản của CT 3 2 1 Chiếu tia X, suy hao và cách thức thu tia X 3 2 2 Đơn vị Hounsfield (.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG  CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN Giảng viên : TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện: Trần Hồng Giang MSSV: 20131120 Lớp: ĐTTT 04 – K58 Hà Nội, tháng 01 năm 2017 MỤC LỤC Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn LỜI NĨI ĐẦU Y học đại chẩn đoán bệnh dựa vào triệu chứng lâm sàng (chẩn đoán lâm sàng) triệu chứng cận lâm sàng (chẩn đoán cận lâm sàng) Trong chẩn đoán cận lâm sàng chẩn đốn dựa hình ảnh thu từ thiết bị, máy y tế (chẩn đốn hình ảnh) ngày chiếm vai trị quan trọng, ngày với trợ giúp thiết bị, máy y tế đại, công nghệ cao có phần mềm tin học hỗ trợ khiến cho hình ánh rõ nét xác Các phương pháp chẩn đốn hình ảnh phong phú, chẩn đốn qua hình ảnh X quang, hình ảnh siêu âm, siêu âm - Doppler màu, hình ảnh nội soi (mà thơng dụng nội soi tiêu hố nội soi tiết niệu), hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging-mrl), hình ảnh chụp cắt lớp điện toán (Computed Tomography Scanner- CT Scanner),… Và báo cáo này, phương pháp em tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán CT Báo cáo dịch từ tiếng Anh chương 11 sách “Diagnostic Radiology Physics” [1] từ trang 257 đến trang 284 Trong trình tìm hiểu chủ đề này, em cố gắng để hồn thành tốt có lẽ vốn kiến thức hạn hẹp vốn tiếng Anh chuyên ngành cịn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn để có kiến thức tốt chủ đề Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Nguyễn Thái Hà hướng dẫn tận tình, giảng giải chi tiết giúp em có kiến thức để tìm hiểu chủ đề Em xin chân thành cảm ơn! Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn CẮT LỚP ĐIỆN TỐN Giới thiệu chung Sau đưa vào lâm sàng năm 1971, cắt lớp điện toán (CT) phát triển từ loại Xquang chụp hình ảnh trục ngang não chụp Xquang thần kinh sang hình ảnh 3D tồn thể ứng dụng rộng rãi ung thư, Xquang mạch, bệnh tim, chấn thương Xquang can thiệp CT sử dụng để chẩn đốn theo dõi tình hình bệnh nhân, lập kế hoạch xạ trị, chí hiển thị rõ ràng khác quan bình thường quan mắc bệnh Nguyên lý CT 2.1 Chiếu tia X, suy hao cách thức thu tia X Quá trình để thu hình ảnh CT liên quan đến đo lượng tia X truyền đến bệnh nhân với nhiều góc chiếu khác Thơng tin từ góc chiếu thu thơng qua việc sử dụng đầu dị (detector) hình quạt, tạo thành từ 800 đến 900 đầu dò nhỏ, gọi mảng đầu dò Bằng phép quay ống tia X mảng đầu dị xung quanh bệnh nhân, ta có nhiều góc chiếu khác Việc sử dụng 10 chí 100 đầu dị xếp thẳng hàng dọc theo trục phép quay giúp ta thu thơng tin nhanh (Hình 1) Thơng tin truyền đến đầu dò sử dụng để tạo lại hình ảnh CT, tạo ma trận điểm ảnh (pixel) Hình Thu hình ảnh CT thơng qua việc truyền tia X qua bệnh nhân sử dụng mảng đầu dò (a), với phép quay ống tia X đầu dò (b) tịnh tiến đầu dò (c) Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán Các giá trị đặt cho điểm ảnh hình ảnh CT phụ thuộc suy hao tia X sau qua mô, hoặc, nói cách khoa học phụ thuộc vào hệ số suy hao tuyến tính μ (m-1) Hệ số suy hao tuyến tính phụ thuộc thành phần vật thể, mật độ vật thể lượng photon, tương ứng với định luật Beer: I(x) = I0 e-µx (11.1) với I(x) cường độ tia X sau suy hao, I0 cường độ trước suy hao x độ dày vật thể Chú ý định luật Beer nói đến suy hao tia sơ cấp khơng tính đến cường độ xạ tán xạ phát sinh Đối với chùm tia X đa năng, định luật Beer tốt nên áp dụng với tất lượng photon phổ tia X Tuy nhiên, phương pháp luận chiếu ngược phát triển cho thuật toán tái xây dựng CT, điều thường khơng thực hiện, thay vào đó, thường phương pháp thực tế đưa mà định luật Beer áp dụng cách sử dụng giá trị đại diện cho lượng photon trung bình phổ tia X Phương pháp gây thiếu xác việc tái tạo dẫn đến làm cứng chùm tia Khi tia X truyền qua bệnh nhân, mô khác bị chiếu qua có hệ số suy hao tuyến tính khác Nếu khoảng cách đến bệnh nhân thay đổi từ đến d cường độ chum tia X suy hao truyền khoảng cách d tính sau: I(d) = I0 (11.2) Do hình ảnh CT tạo thành từ ma trận điểm ảnh, bệnh nhân coi tạo nên từ ma trận ngun tố thể tích(voxel) có hệ số suy hao tuyến tính khác Hình cho ta thấy ma trận x đơn giản đại diện cho cách đo truyền theo đường thẳng Do yếu tố rời rạc, phương trình cho suy hao tính sau: I(d) = I0 Trang (11.3) Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Hình Nguyên lý suy hao chum tia X ma trận 4x4 Mỗi điểm ma trận, lý thuyết, có giá trị hệ số suy hao tuyến tính khác Từ điều trên, thấy liệu cần cho CT cường độ chùm tia X bị suy hao chưa bị suy hao, tương ứng I(d) I0, chúng đo Sau đó, kĩ thuật tái xây dựng hình ảnh ứng dụng vào ma trận hệ số suy giảm tuyến tính, dùng để xây dựng nên hình ảnh CT 2.2 Đơn vị Hounsfield (HU) Trong hình ảnh CT, ma trận hệ số suy hao tuyến tính tái tạo(µ material) biến đổi thành ma trận tương ứng đơn vị Hounsfield (HU material), thang HU tính liên quan đến hệ số suy hao tuyến tính nước nhiệt độ phịng (µwater): HUmaterial = (11.4) Có thể nhận HUwater = (µmaterial = µwater), HUair = -1000 (µmaterial = 0) HU = liên quan đến 0.1% hệ số suy hao tuyến tính nước Bảng đưa giá trị điển hình cho mơ người Từ định nghĩa HU, với tất môi trường trừ nước khơng khí, thay đổi giá trị HU xảy xa chúng xác định ống điện áp khác Những môi trường khác có mối quan hệ phi tuyến hệ số suy hao tuyến tính chúng với nước Điều Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn cần ý với mơi trường mà chúng có số lượng ngun tử mang tính biểu cao, ví dụ tương phản máu xương BẢNG CÁC GIÁ TRỊ HU ĐIỂN HÌNH VÀ DẢI GIÁ TRỊ ĐỐI VỚI CÁC MÔ KHÁC NHAU VÀ CƠ QUAN CĨ CẤU TẠO KHÁC NHAU Mơi trường HU Xương đặc +1000 (+300 đến +2500) Gan +60 (+50 đến +70) Máu +55 (+50 đến +60) Thận +30 (+20 đến +40) Cơ +25 (+10 đến +40) Não, chất xám +35 (+30 đến +40) Não, chất trắng +25 (+20 đến +30) Nước Chất béo -90 (-100 đến -80) Phổi -750 (-950 đến -600) Khơng khí -1000 * Giá trị thực tế HU phụ thuộc thành phần mô quan, ống điện áp nhiệt độ Độ sâu bit nhỏ, mà nên đặt điểm ảnh 12, cho phép tạo thang Hounsfield từ -1024 HU đến +3071 HU, bao gồm hầu hết mơ có liên quan Với độ sâu bit 14, thang Hounsfield tăng lên +15359 HU, làm cho tương thích với quan có mật độ lớn hệ số suy hao tuyến tính cao Hình ảnh CT thường hiển thị hình sử dụng thang xám bit có 256 giá trị xám Mỗi giá trị HU điểm ảnh sau phải qua ánh xạ tuyến tính đến “cửa sổ” giá trị bit Độ rộng cửa sổ quy định dải HUs, mà đại diện giá trị ánh xạ (thay đổi từ trắng đến đen) cấp độ cửa sổ quy định giá trị HU phạm vi độ rộng cửa sổ chọn Tối ưu hiển thị mơ cần quan sát đạt cách chọn độ rộng cửa sổ cấp độ cửa sổ cách gần Do đó, quan khác mô mềm, phổi xương ta quan sát cách sử dụng cửa sổ với độ rộng khác cấp độ khác Thang xám, quy định cấp Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán độ cửa sổ độ rộng cửa sổ, phù hợp với cơng việc chẩn đốn phụ thuộc vào yêu cầu lâm sang Trong thực tiễn lâm sàng, giá trị HU thu khơng mong muốn Nguyên nhân phụ thuộc giá trị HU vào lọc tái tạo, kích thước trường quan sát cần chụp CT (FOV), vị trí FOV cần chụp Thêm vào đó, ảnh giả (artefact) ảnh hưởng đến độ xác giá trị HU Khi thực lâm sàng, giá trị HU nên chọn từ trước, máy, giá trị HU mơ thay đổi theo thời gian Trong nghiên cứu đa tâm (multicentre) mà có liên quan đến máy chụp CT, có thay đổi quan trọng quan sát giá trị HU Vì thế, định lượng ảnh CT địi hỏi ý đặc biệt thường thêm vào hiệu chỉnh chụp CT Hệ thống tạo ảnh CT 3.1 Lịch sử hệ thống Sau nghiên cứu tiền lâm sàng phát triển suốt năm đầu thập niên 1970, CT phát triển nhanh chóng phương thức tạo ảnh quan trọng Xquang chẩn đốn (Bảng 2) Hầu hết cơng nghệ Ct đại sử dụng thực tế lâm sàng ngày phát triển từ cuối năm 1983 (Hình 3) Sự phát triển chụp CT đa dãy (MDCT) chụp CT đa nguồn (multisource) mô tả nghiên cứu Mỹ từ năm 1980 Trong nghiên cứu mơ tả tác giả gọi “máy chụp X quang cắt lớp đa tốc độ cao” Trong công nghệ công nhận CT xoắn ốc, nghiên cứu ghi “thiết bị xoắn ốc quét chịu ảnh hưởng chuyển động liên tục giường nằm” Xoắn ốc trình quay liên tục nguồn Xquang quanh bệnh nhân Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Hình Hình ảnh CT đa nguồn MDCT quét (trái) CT xoắn ốc (phải) Bằng việc thực Dynamic Spatial Reconstructor vào năm 1980 Mayo Clinic, Mỹ, nhà khoa học xây dựng CT thể tích với máy quét tạo ảnh nguyên khối thời gian chưa đến giây Máy quét sử dụng 14 ống X quang 14 khuếch đại hình ảnh, có phạm vi độ phân giải tốt, chí đo ngược với tiêu chuẩn dịng Hiện tại, hầu hết máy quét máy quét MDCT xoắn ốc, công nghệ nguồn kép CT thể tích triển khai diện rộng 3.2 Giàn quay giường nằm Giàn quay bao gồm tất thành phần hệ thống cần thiết để ghi profile truyền bệnh nhân Vì profile truyền phải ghi lại góc khác nên thành phần đặt giàn quay để quay Ống Xquang cấp điện áp cao hệ thống làm mát ống, chuẩn trực, lọc chùm tia, đầu dị hình quạt hệ thống thu liệu, tất đặt giàn quay Công nghệ thành phần phức tạp, chúng cần để chịu lực ly tâm lớn suốt trình quay với tốc độ lớn giàn quay Năng lượng thường cung cấp cho trình quay giàn quay từ vòng trượt Dữ liệu chiếu ghi lại thường truyền từ giàn quay đến máy tính cơng nghệ giao tiếp khơng dây Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán Thiết kế kĩ thuật giường nằm, giàn quay, quan trọng để thu nhận xác liệu quay tốc độ cao Giường nằm phải chịu khối lượng lớn mà không bị biến dạng Tư bệnh nhân giường nằm nằm theo hai chiều, đầu chân đầu giường, nằm ngửa nằm sấp; tư ghi lại liệu chụp CT BẢNG TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI KHÁC NHAU CỦA CÔNG NGHỆ CT Cơng nghệ CT Hình dạng đầu Hình dạng dị FOV Máy CT lâm Một đầu dò Chùm tia dạng sàng đầu tiên, bút chì, ống tia 1974 X chuyển động tịnh tiến theo bước nhỏ rời rạc Máy CT theo Một mảng đầu Chùm tia hình trục dị ngang gồm quạt, phạm vi khoảng 100 FOV lớn đầu dò Góc quay Máy CT xoắn Như ốc Như Máy MDCT Các hàng đa xoắn ốc, 1998 đầu dò, ví dụ 4-64 kênh hoạt động Máy MDCT Hai đầu dò với xoắn ốc, nguồn hàng đa kép đầu dị, ví dụ 32-64 kênh hoạt động Máy CT thể Các hàng đa tích, 2007 đầu dị, thường lên đến 320 kênh hoạt động Như Ống tia X đầu dò quay nhiều vòng liên tục Như Hai chùm tia hình quạt, với chùm tia có phạm vi FOV lớn Chùm tia hình nón, bao trùm tất vùng FOV Trang 10 Chuyển động giường nằm Ống tia X Giường nằm đầu dò quay tịnh tiến với với góc bước nhỏ nhỏ rời rạc rời rạc Ống tia X Như đầu dị quay góc 3600 Giường nằm tịnh tiến liên tục Như Hai ống X Như quang hai đầu dò quay liên tục Ống X quang Phạm vi (ví dụ đầu dị quay 160mm) liên tục dãy theo chiều dọc phụ thuộc chùm tia hình nón Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán u = ωcosθ, v = ωsinθ (11.9) Sự tái tạo ảnh phương pháp chiếu lại có lọc sau thể hiện: f(x, y) = (11.10) với P(ω, θ) FT 1-D phép chiếu 1-D góc chiếu θ |ω| lọc dốc dải tần số Trong thực hành, lọc khác sử dụng tái tạo, phụ thuộc đặc điểm hình ảnh theo nhu cầu Bộ lọc chiếu lại có lọc theo lý thuyết tạo tái tạo tối ưu gọi lọc Ramachandran-Lakshminarayanan, gọi Ram-Lak hay lọc dốc Nó cung cấp độ phân giải khơng gian tối ưu ảnh tái tạo Tuy nhiên tạo tương đối nhiều cấp độ nhiễu ảnh tái tạo Theo lý thuyết lọc “tối ưu” thực tiễn lâm sàng coi lọc nhọn lọc xương Thường thường, lọc sử dụng để giảm thiểu cấp độ nhiễu hình ảnh tái tạo; lọc cung cấp roll-off tần số cao Một roll-off bình thường lọc Shepp-Logan, cung cấp ảnh nhiễu độ phân giải tương phản thấp tốt độ phân giải không gian hình ảnh tái tạo; lọc coi lọc thông thường Mặc dù roll-off mạnh tần số cao làm giảm nhiễu tốt hơn, độ phân giải tương phản thấp tốt độ phân giảm không gian không tốt Bộ lọc ứng dụng thực tiễn coi lọc mơ mềm Các máy CT có nhiều lọc tái tạo tối ưu mục đích lâm sàng cụ thể Có thể tái tạo máy CT đơn với lọc tái tạo khác nhau, để tối ưu quan sát, ví dụ, xương mô mềm Các kĩ thuật tái tạo khác đại số hay tái tạo lặp sử dụng CT Tái tạo đại số hữu dụng nhiên tái tạo đại số thông qua giải phương trình khơng khả thi thực tiễn lâm sàng, với ma trận 512 x 512 sử dụng tạo ảnh y tế dẫn đến mâu thuẫn phương trình từ lỗi đo nhiễu Tái tạo lặp (thống kê) sử dụng CT Tái tạo lặp biết đến rộng rãi tạo ảnh y tế, kể từ thường xuyên sử dụng y học hạt nhân Kỹ thuật lặp tạo tác dụng tiềm CT, bao gồm loại bỏ Trang 20 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán đường ảnh giả (đặc biệt góc chiếu sử dụng), hiển thị tốt với liều CT thấp Tuy nhiên, hình ảnh tái tạo phương pháp tái tạo lặp bị ảnh hưởng ảnh giả, mà khơng có phương pháp chiếu lại có lọc, ví dụ mẫu cưa hay phần thừa vùng trình chuyển đổi độ sắc nét Thuật toán tái tạo lặp dần phổ biến máy CT thương mại cung cấp ảnh nhiễu Sự thu nhận 5.1.Máy Xquang chiếu quét Quét liên tục thu nhận ảnh CT thường qua Xquang chiếu quét 2-D (SPR) – nhà sản xuất gọi scoutview, topogram hay scanogram Ta có SPR sử dụng ống tia X cố định, chùm tia hình quạt chuẩn trực kĩ lưỡng giường nằm di động Ống tia X, thơng thường, lắp vị trí mà tạo SPR trán SPR hơng bệnh nhân Cần có hai hai SPR trước chụp CT Vị trí bắt đầu cho SPR xác định người chụp trọng suốt trình di chuyển bệnh nhân giường nằm trước chụp CT Điều có với trợ giúp đèn laze định vị, gắn ngầm bên giàn quay Bên SPR thường xác đinh trước cho giao thức thu nhận CT đặc trưng phù hợp với bệnh nhân đặc biệt SPR thực ống điện áp trung gian (120 kV) ống dòng điện thấp (50-100 mA) Sự phơi sáng xạ liên kết cho bệnh nhân so sánh với phơi sáng xạ từ chụp CT Chất lượng ảnh, đặc biệt độ phân giải không gian, SPR so sánh với chúng chiếu Xquang lâm sàng SPR sử dụng để lên kế hoạch bắt đầu kết thúc vị trí liên tiếp thu nhận CT (Hình 12) Hệ thống tự động điều khiển chụp cho thơng tin từ CT q trình truyền tia X thông qua bệnh nhân từ SPR và, dựa thơng tin này, dịng ống tối ưu hàm vị trí theo chiều dọc ống tia X liên quan đến bệnh nhân tính tốn, gọi trục z biến điệu dịng ống Hình 13 cho thấy phù hợp dòng ống (mAs) AEC bốn mức suốt trình chụp CT xoắn ốc Dòng ống tăng suy hao tia X cao giảm Trang 21 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán suy hao tia X thấp AEC chụp CT bù đắp cho khác suy hao góc chiếu khác Điều coi trục x-y biến điệu 5.2 Chụp CT theo trục Chụp CT theo trục liên quan đến thu nhận định dạng truyền với ống tia X quay giường nằm cố định Sự thu nhận theo trục thường biểu diễn với góc quay 3600 ống tia X, thời gian giải điều giảm thiểu với góc nhỏ “ 1800 + góc chùm tia” Góc quay mở rộng, ví dụ, thu nhận 7200 để giảm độ phân giải tương phản dòng ống cao (mAs) Một máy CT hoàn thiện thường liên quan đến thu nhận theo trục sau để bao phủ vùng thích hợp Điều có cách tịnh tiến giường nằm bước (step) sau lần thu nhận theo trục (shoot) Điều coi thu nhận “step and shoot” Thường thường, tịnh tiến giường nằm tương đương với độ dày lát, để thu nhận theo trục phía sau tái tạo thành hình ảnh theo trục gián tiếp Hình 14 (trái) cho thấy thu nhận CT theo trục mặt hình học Hình 12 SPR cho CT não, CT ngực va CT cột sống thắt lưng Kĩ thuật viên chọn từ phim Xquang , FOV (phần khoanh vàng) gập góc (chỉ đầu) Trang 22 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Hình 13 SPR sử dụng để thu AEC suốt trình chụp CT Giá trị mAs đưa bốn mức, suốt q trình thu nhận xoắn ốc, dịng ống tối ưu hóa liên tục mức phạm vi quét 5.3 Chụp CT xoắn ốc Chụp CT xoắn ốc giới thiệu năm 1989, theo thu nhận liệu với ống Xquang quay kết hợp với giường nằm di động Sự đời chụp CT xoắn ốc giúp nâng cao đáng kể hiệu suất CT Lợi chụp CT xoắn ốc bao gồm thời gian chụp ngắn thơng tin hình ảnh 3-D chụp phận chất lượng tốt Nhược điểm chụp CT xoắn ốc bao gồm xuất ảnh giả Hình 14 (phải) cho thấy mặt hình học thu nhận liệu CT xoắn ốc Quỹ đạo trịn ống tia X biến đổi thành q trình xoắn ốc từ hình phối cảnh bệnh nhân Chụp xoắn ốc cho phép thu nhận liệu vùng diện tích lớn cần chụp vịng thở điều kiện tiên cho phát triển chụp mạch CT chất lượng cao Sự tịnh tiến giường nằm thường có mối quan hệ với độ rộng chùm tia (danh định) (trong CT lát đơn lát độ rộng lát): tỉ lệ tịnh tiến giường nằm vòng quay 3600 ống quan hệ với độ rộng chùm tia danh định CT xoắn ốc coi hệ số bước Thời gian quay chụp CT lát đơn 1-2 giây độ dày lát (và độ rộng chùm tia danh định) hầu hết ứng dụng lâm sàng 5-10mm Hình 14 Biểu diễn mặt hình học thu nhận CT theo trục (trái) thu nhận CT xoăn ốc (phải) Trang 23 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán 5.4 Chụp MDCT Mười năm sau đời CT xoắn ốc, bước tiến công nghệ CT, cung cấp chí nhiều ứng dụng lâm sàng hơn, đời chụp MDCT quay nhanh (xem phần 3) sử dụng 64 dãy đầu dò hoạt động gần kề nhau, cho phép đo đồng thời số lượng lớn đáp ứng định dạng truyền Tại thời điểm, thời gian quay vào khoảng 0.3-0.4 giây, giúp qt gần tồn thể người trưởng thành vòng nhịp thở với độ dày lát cắt 1mm Sự thu nhận liệu với máy chụp MDCT thường có chế độ xoắn ốc Ngoại trừ trường hợp cần CT độ phân giải cao phổi, chụp CT tim “step and shoot” cho rãnh canxi vành chụp mạch vành 5.5 CT tim CT tim dựa đồng tái tạo ảnh với tín hiệu điện tim ECG lựa chọn trạng thái nghỉ tim tốt Hình 15 cho thấy tái tạo tim trạng thái tim khác Hình 15 Sự tái tạo tim trạng thái tim khác Trong ví dụ này, trạng thái tim đáp ứng đến 70% khoảng nguy tương đối tạo kết chuyển động tự tốt Trang 24 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán Chú ý khác vùng mờ động mạch vành trạng thái tim khác Trong trường hợp này, trạng thái tim đáp ứng đến 70% khoảng nguy tương đối tạo kết chuyển động tự tốt (70% đánh dấu bắt đầu khoảng trạng thái tim) Có thể tái tạo hình ảnh tim tái tạo tín hiệu cổng ECG trước tái tạo tín hiệu khởi tạo ECG trước Tái tạo sử dụng việc chọn trạng thái tim trước dựa đăng kí liệu thơ ECG suốt toàn nhiều chu kì tim Sự thay để tái tạo tín hiệu cổng ECG trước có thu nhận “step and shoot” Một ưu điểm thu nhận giảm liều cho bệnh nhân Một số máy CT cho phép chụp toàn tim nhịp tim trạng thái nghỉ tim chọn trước Hai ví dụ cần ý bao gồm máy CT hai nguồn nhanh biểu diễn thu nhận xoắn ốc toàn tim, máy CT chùm tia hình nón rộng biểu diễn thu nhận tồn tim vịng quay đơn.Ví dụ kĩ thuật lạ “single heart beat” có khả giảm liều đáng kể 5.6 CT Xquang phương pháp can thiệp CT động lực sử dụng cho can thiệp hình ảnh có hướng dẫn, sử dụng kĩ thuật CT Xquang Kĩ thuật phát triển CT, ví dụ ống tia X quay liên tục, thời gian quay ngắn phần cứng đủ nhanh để tái tạo ảnh thời gian thực, cung cấp điều kiện tiên kĩ thuật cho CT Xquang Phần cứng thêm vào cần thiết cho CT Xquang bao gồm thiết bị cho phép điều khiển chụp phạm vi phòng chụp, thiết lập hình, cho phép hiển thị hình ảnh phạm vi phịng chụp Hình 16 cho thấy chụp theo trục có dự định trước sử dụng để chuẩn bị lỗ thủng; điểm đánh dấu da cho phép dự định vị trí lối vào kim xác định mục tiêu cho lỗ thủng Chú ý nhiễu cao ảnh CT Xquang dẫn lỗ thủng so với chụp dự định phân tích.Trong suốt trình CT Xquang, chất lượng hình ảnh bình thường vừa đủ bước cần phải thực cách sử dụng dòng ống thấp để giảm thiểu liều chiếu đến bênh nhân người chụp Số định lâm sàng cho MDCT Xquang phát triển thường xuyên Liều lối vào da bệnh nhân nên theo dõi để đảm bảo ảnh hưởng da tất định Trang 25 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn khơng xảy Kĩ thuật viên phịng chụp suốt q trình CT Xquang cần bảo vệ tránh tia xa tán xạ cách mặc áo chì trì khoảng cách với máy chụp xa Người điều khiển nên tuân thủ biện pháp phòng ngừa chụp Xquang thông thường, với lượng thu nhận CT thời gian chụp ngắn Các biện pháp giảm thiểu lượng xạ bệnh nhân kĩ thuật viên Chỉ cần sử dụng trục quét liều đơn thấp có đầy đủ thơng tin tình trạng bệnh nhân Xquang động thường quy nên sử dụng trục quét không cung cấp đủ thơng tin Chăm sóc đặc biệt nên sử dụng kim suốt trình chụp CT thường quy với kim dẫn đặc biệt tạo khoảng cách lớn tay kĩ thuật viên chùm tia X, cách ngăn chặn trực tiếp xạ đến tay Hình 16: Chụp Xquang để xác định vị trí mục tiêu cần châm kim (trái) Trong suốt trình chiếu X quang dùng kim, vị trí kim nhìn thấy rõ ràng (phải) CT tăng cường tương phản: độ tương phản tạo cấu trúc mà khơng thể nhìn thấy chụp khơng tăng cường Ví dụ, CT chụp mạch, i-ốt đưa vào tĩnh mạch suốt trình chụp CT để tăng độ tương phản mạch máu thành mạch máu (Hình 17 bên trái) Khi chụp CT bụng ta sử dụng phương pháp đưa i-ốt vào thông qua đường uống để tăng độ tương phản đường tiêu hóa Trong chụp CT ruột già, khí thổi vào thông qua trực tràng để tăng độ tương phản ruột kết mơ bao xung quanh (Hình 17 phải) Trang 26 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Hình 17: CT chụp mạch, hình ảnh 3D mạch máy với i-ốt đưa vào tĩnh mạch (trái), CT chụp ruột già sử dụng khí thổi vào thơng qua trực tràng (phải) 5.7 Những ứng dụng đặc biệt Ứng dụng đặc biệt CT bao gồm ứng dụng lập kế hoạch điều trị xạ trị ứng dụng thực nghiệm tạo ảnh CT lượng kép Đối với ứng dụng lập kế hoạch điều trị xạ trị CT, bệnh nhân chụp nơi điều trị, sử dụng giường nằm phẳng Chụp với tiết diện rộng cung cấp dàn quay mở, đủ rộng phép bệnh nhân chụp vị trí Việc ý vị trí bệnh nhân bệnh nhân liên kết để có hệ thống laze xác cần thiết Ánh xạ giá trị HU đến mật độ electron cần phải hiệu chỉnh cẩn thận kĩ thuật viên lý sinh Tạo ảnh CT lượng kép yêu cầu tạo ảnh khối quan tâm hai ống điện áp Có thể thêm lọc chùm tia để tối ưu hóa việc chọn lựa hai phổ Xquang sử dụng CT lượng kép đảm bảo cho ta phân biệt mô nhỏ bệnh lý bao gồm nhận biết có axit uric có đường tiết niệu hay khơng Các ứng dụng khác bao gồm nâng cao khả quan sát với gân tay, gân chân, cung cấp cho xương loại bỏ từ tái tạo CT chụp mạch Một số máy chụp tạo ảnh CT động (được biết đến phương pháp CT 4-D), mà khối quan tâm theo dõi hàm thời gian Cũng người quan sát chuyển động khớp xương tăng độ Trang 27 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán tương phản quan (truyền dịch CT chụp mạch động) Hình 18 mơ tả ví dụ CT chụp mạch động toàn não với máy chụp CT khối Trong hình ảnh này, theo thời gian độ tương phản mạch máu thay đổi cho phép theo dõi giai đoạn động mạch tĩnh mạch Các tư liệu giải phẫu khác cho truyền dịch CT bao gồm tim gan Trong nghiên cứu CT động, với chiếu CT, người điều khiển cần ý thức liều da chồng lên cách nhanh chóng Liều da bệnh nhân nên trì Gy để tránh hiêu ứng da định ban đỏ rụng lơng Hình 18: Một nghiên cứu CT chụp mạch động não với máy CT khối bao phủ tồn não (Aquilion ONE, Toshiba) Chất lượng hình ảnh CT Tham số thu nhận CT điện áp ống, dịng ống, thời gian quay Điện áp ống tương đối cao (120-140kV) sử dụng để có truyền tia X tốt có đủ tín hiệu đầu dị Đối với ứng dụng đặc biệt, ví dụ tăng độ tương phản khám nhi khoa, cần sử dụng điện áp tương đối thấp, khoảng 80-100kV Dòng ống sử dụng bị giới hạn độ dài thời gian chụp nhiệt dung ống tia X, khả chịu đựng bệnh nhân Để tránh ảnh động giả, thời gian quay cần ngắn Để chụp cho có ảnh động giả có độ phân giải tương phản thấp (ví dụ để chụp não), cần thời gian quay phải dài phép độ phân giải tương phản thấp Trang 28 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn 6.1 Chất lượng hình ảnh Độ phân giải tương phản thấp ảnh CT đặc điểm bật mà phân biệt phương thức CT với hình thức khác Xquang phi tuyến Độ phân giải tương phản thấp có khả phát cấu trúc mà có khác biệt nhỏ tín hiệu so sánh với môi trường trực tiếp chúng Nhiễu ảnh giới hạn cho độ phân giải tương phản thấp, giảm bớt làm nâng cao chất lượng hình ảnh cách sử dụng số chiến lược Thông thường, nhiễu giảm thiểu cách tăng thông lượng photon (xem chương 4), có cách tăng dịng ống (mA) phù hợp khả bệnh nhân Nói cách khác, nhiễu giảm thiểu cách tăng bề dày lát cắt tái tạo thay đổi thuật toán tái tạo, phải phù hợp độ phân giải không gian Thông số mà ảnh hưởng độ phân giải tương phản thấp bao gồm điện áp ống, lọc chùm tia việc sử dụng tác nhân tương phản Các hiệu ứng nhiễu hình ảnh CT mơ tả hình 19, 100% ảnh đáp ứng với thu nhận lâm sàng thực tế Dữ liệu thô thu nhận lâm sàng xử lí với thuật tốn mơ liều thấp Sự xuất tổn thương tương phản thấp gan trở nên tệ dòng ống thấp hơn, cần tăng nhiễu ảnh Hình 19: Hình ảnh dùng CT tăng tương phản để quét gan Trang 29 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Độ phân giải khơng gian, hay độ phân giải tương phản cao, khả quan sát đường nét quan nhỏ phạm vi chiếu Các quan nhỏ phân giải tốt chúng có khác biệt lớn mặt tín hiệu Độ phân giải khơng gian bị giới hạn thu nhận hình học máy chụp CT, thuật toán tái tạo độ dày lát tái tạo Kích cỡ nguyên tố thể tích thường sử dụng dụng cụ thị độ phân giải khơng gian, kích cỡ ngun tố thể tích nhỏ khơng thiết phải bao hàm độ phân giải không gian Độ phân giải không gian dọc theo trục z thường xác định sử dụng định dạng nhạy lát cắt, với đáp ứng thường định lượng chiều rộng tối đa nửa lớn nhất, mặt phẳng trục tốt đo hàm tán xạ điểm (PSF) Từ điều này, hàm chuyển điều biến (MTF) tính tốn MTF tạo thơng tin hữu ích chất lượng ảnh, thẩm định lâm sàng MTF mơi trường lâm sàng phức tạp thường biểu diễn bỏi nhà vật lý y học sử dụng máy hệ sau nâng cấp tổng thể Các nhà sản xuất máy CT cung cấp thông tin MTF, cần đo theo tiêu chuẩn quốc tế Sự thể máy 64 dãy vấn đề độ phân giải không gian, nhấn mạnh chiều rộng tối đa nửa lớn PSF, phạm vi 0.6-0.9 mm tất ba chiều Hình 20 mơ tả hình ảnh từ ảo ảnh CatPhan, sử dụng rộng rãi để đánh giá chất lượng ảnh máy CT Hình bên trái cho phép đánh giá số HU cho bốn miếng lồng lớn chu vi ảo ảnh với mơi trường khơng khí, polyethylene mật độ thấp, PMMA Teflon Các lồng acrylic độ tương phản thấp đường kính khác quanh tâm sử dụng cho việc xác định hiệu ứng kích cỡ đối tượng Ảnh mơ tả cặp dòng tương phản cao, cho phép đánh giá chủ quan độ phân giải không gian Ảnh bên phải cho phép độ phân giải không gian đo khách quan, PSF hạt tungsten nhỏ Hình ảnh sử dụng để đánh giá tính đồng hình ảnh Độ phân giải thời gian có khả phân giải nhanh chuyển động đối tượng ảnh CT hiển thị Độ phân giải thời gian tốt tránh chuyển động giả chuyển động mờ thêm vào ảnh Độ phân giải thời gian tốt CT phát thu nhận liệu nhanh thông qua quay nhanh Trang 30 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán ống tia X Về nguyên tắc, thuật toán tái tạo sử dụng cho ứng dụng CT chung cung cấp độ phân giải thời gian với thời gian vòng quay 360 với tái tạo đầy đủ Độ phân giải thời gian tốt thường xuyên có nhiều khoảng 50% thời gian quay sử dụng 1800 tái tạo quay góc quạt Độ phân giải thời gian cải thiện cách sử dụng thuật tốn tái tạo riêng, ví dụ, CT tim với tái tạo phân đoạn, sử dụng máy CT nguồn kép Trong lâm sàng chưa có phương pháp đơn giản cho phép đo độ phân giải thời gian Hình 20: Hình ảnh ảo ảnh CatPhan tọa độ z khác module khác ảo ảnh 6.2 Nghiên cứu quan sát lâm sàng Kiểm tra chất lượng ảnh vật lý mô tả phần trước tạo thông tin kết chụp CT Thơng tin sử dụng cho chi tiết kĩ thuật sản phẩm cho việc quy định chất lượng Tuy nhiên khơng cung cấp thông tin đầy đủ cho phát triển cách thức thu nhận lâm sàng Lý chất lượng hình ảnh lâm sàng yêu cầu kĩ sư Xquang cho nhiệm vụ lâm sàng đặc trưng chưa biết đến rộng rãi, giới hạn số chất lượng hình ảnh giới hạn thông số thực tế mà thu từ việc thử nghiệm đối tượng Vì lí thực tế, cách thức thu nhận lâm sàng chủ yếu dựa kinh nghiệm đồng thuận, tốt chúng nên dựa nghiên cứu quan sát lâm sàng chứng khoa học phù hợp Tuy nhiên, nghiên cứu quan sát nhằm mục đích tối ưu hóa cách thức thu nhận lại CT Một lý cho điều thu nhận quét thêm vào cho bệnh nhân thường coi không phù hợp, tiếp xúc với xạ, hình 19 Tuy nhiên, chụp với liều thấp mơ kiểu tính tốn mà thêm nhiễu vào liệu thơ để Trang 31 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn xác định mức nhiều hình cho phép cho yêu cầu quan sát đăc trưng Các nghiên cứu quan sát thiết kế thích hợp hỗ trợ việc xác định dòng ống tối ưu cho cách thức CT, khó khăn để xác định điện áp ống tối ưu, khơng có thuật tốn phù hợp mơ tả cho mô hiêu ứng điện áp ống chất lượng hình ảnh, vài việc tối ưu dựa chủ yếu lý thuyết, nghiên cứu ảo ảnh (ví dụ, nhằm đạt CNR tối ưu nghiên cứu CT chụp mạch tăng cường i-ốt) đồng thuận quan sát Trang 32 Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện toán TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D.R.Dance, S,Christofides, A.D.A Maidment, I.D.McLean, K.H Ng, Diagnostic Radiology Physics:A handbook for teachers and students, International Atomic Energy Agency, 2014 Trang 33 ... kiến thức để tìm hiểu chủ đề Em xin chân thành cảm ơn! Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn CẮT LỚP ĐIỆN TỐN Giới thiệu chung Sau đưa vào lâm sàng năm 1971, cắt lớp điện toán (CT) phát.. .Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn Trang Tìm hiểu phương pháp chụp cắt lớp điện tốn LỜI NĨI ĐẦU Y học đại chẩn đoán bệnh dựa vào... ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging-mrl), hình ảnh chụp cắt lớp điện tốn (Computed Tomography Scanner- CT Scanner),… Và báo cáo này, phương pháp em tìm hiểu phương pháp chụp