TRƯỜNG ĐAI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Bài tập Công nghệ chẩn đoán hình ảnh 1 Cơ sở kỹ thuật của chụp cắt lớp điện toán đa lớp – Technical bases of multislice CT GVHD TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên hực hiện Nguyễn Văn Cao 20121287 ĐT TT 08 K57 Hà Nội, 122016 Mục lục 1 Giới thiệu 3 2 Thiết kế đầu dò, liều sử dụng và hiệu quả liều, mô hình giảm liều 6 2 1 Thiết kế đầu dò 6 2 2 Liều và hiệu quả liều 8 2 3 Mô hình giảm liểu 9 3 CT đa lớp xoắn ốc thông thường 10 3 1 Định nghĩa bước xoắ.
TRƯỜNG ĐAI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Bài tập Cơng nghệ chẩn đốn hình ảnh 1: Cơ sở kỹ thuật chụp cắt lớp điện toán đa lớp – Technical bases of multislice CT GVHD: TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên hực hiện: Nguyễn Văn Cao 20121287 ĐT-TT 08 K57 Hà Nội, 12/2016 Mục lục Giới thiệu Thiết kế đầu dị, liều sử dụng hiệu liều, mơ hình giảm liều 2.1 Thiết kế đầu dị .6 2.2 Liều hiệu liều 2.3 Mơ hình giảm liểu CT đa lớp xoắn ốc thông thường 10 3.1 Định nghĩa bước xoắn ốc 10 3.2 Vấn đề góc hình chóp phương pháp tái cấu trúc đa lớp 11 3.3 CT xoắn ốc lớp: Nội suy đa lớp 180 360 độ .13 3.3.1 Lý thuyết 13 3.3.2 Thuộc tính 15 3.4 3.4.1 Lý thuyết 16 3.4.2 Thuộc tính 20 3.5 Tổng quan phương pháp tái cấu trúc tia hình nón 21 3.6 CT xoắn ốc 16 lớp: tái cấu trúc đa mặt phẳng thích nghi 22 3.6.1 Lý thuyết 22 3.6.2 Chất lượng ảnh, mặt cắt độ nhạy lớp độ phân giải ngang 25 3.6.3 Thuộc tính 29 CT đa lớp đồng điện tim cho ứng dụng vùng tim-ngực 30 4.1 Điện tâm đồ kích hoạt điện tâm đồ cửa 30 4.2 CT xoắn ốc điện tim cửa lớp: tái cấu trúc thích nghi thể tích 30 4.3 CT xoắn ốc điện tim cửa 16 lớp: thích nghi thể tích tim mở rộng 32 4.4 Những hạn chế bước 36 tim CT xoắn ốc lớp: Phương pháp nội suy lọc z .16 Triển vọng tương lai CT y tế 38 Giới thiệu Sự mắt CT xoắn ốc vào đầu năm 1990 dẫn đến kết phát triển sâu rộng ảnh CT Lần dầu tiên liệu thể tích thu mà không làm chi tiết giải phẫu, điều đặt móng cho phát triển kĩ thuật xử lý ảnh ba chiều dựng hình nhiều mặt phẳng (multi-planar reformation-MPRs), chiếu cường độ tối đa (Maximum intensity projections-MIPs), hiển thị ảnh bề mặt tối (surface-shaded display) hay dựng hình thể tích (volume rederings) Như ứng dụng quan trọng, CT chụp mạch thiết lập thực tế điều trị Như hệ gia tăng yêu cầu điều trị, CT đơn lớp xoắn ốc giàn xoay giây sớm chạm đến giới hạn Để tránh chuyển động nhân tạo tối ưu liều tương phản, khảo sát theo hình xoắn ốc lồng ngực ổ bụng phải hoàn thành thời gian lần nín thở bênh nhân, thường khoảng từ 25-30 giây Nếu khoảng quét rộng hơn, toàn lồng ngực ổ bụng (30cm), phải bao khung thời gian này, phải chọn chuẩn trực 5-8 mm Kết không khớp đáng kể độ phân giải ngang, nhận diện chiều rộng lớp chuẩn trực độ phân giải mặt phẳng, giá trị xấp xỉ 0.5 - 0.7 mm sử dụng nhân thể chuẩn Tiếp cận tới độ phân giải đẳng hướng lý tưởng việc thu thập giá trị điểm ảnh thể tích với kích cỡ so sánh ba chiều - khả thi với CT đơn lớp với việc giảm đáng kể vùng quét Thể tích bao phủ rộng cải tiến độ phân giải ngang đạt cách thu thập song song lớp khoảng thời gian giàn xoay nhỏ Bước hướng đến thu thập đa lớp máy quét CT hai lớp giới thiệu năm 1993 Vào năm 1998, tất hãng sản suất máy CT lớn giới hiệu hệ thống CT đa lớp, mang tới cải tiến rõ rệt tốc độ, độ phân giải ngang tận dụng đầu ống tia Những hệ thống thường cung cấp thu thập song song lớp khoảng thời gian xoay 0.5 giây Sự tăng lên hiệu suất so với máy CT đơn lớp cho phép tối ưu nhiều phương thức lâm sàng: thu thập song song M lớp cho kết tăng tốc gấp M lần tất tham số khác, ví dụ độ dày lớp, khơng đổi; thời gian khám cho cách thức chuẩn giảm lượng lớn, điều có ý nghĩa điều trị quan trọng cho bệnh nhân chấn thương bệnh nhân khả hợp tác Nói theo cách khác, khoảng quét bao hàm khoảng thời gian quét định mở rộng theo hệ số M, thích hợp cho giám sát ung thư hay chụp CT động mạch bệnh nhân giai đoạn cuối Lợi ích điều trị lớn nhất, tất nhiên, vượt mức khả thi để quét thể tích cho trước khoảng thời gian cho trước với lớp có bề rộng nhỏ đáng kể, độ phân giải ngang cao M lần, để đến gần tới mục tiêu độ phân giải đẳng hướng Khám lồng ngực ổ bụng thường thực với lớp chuẩn trực dày 1.25mm Như hệ quả, quan sát chẩn đốn dựa thể tích chế độ thể tích trở thành thành phần tích hợp quy trình làm việc thơng thường Những ứng dụng giới thiệu thực tế lâm sàng, ứng dụng quan trọng chụp CT tim Với thời gian xoay 0.5 giây phương pháp tái tạo ảnh chuyên dụng, độ phân giải thời gian ảnh giảm xuống 250ms hơn, chứng minh hiệu cho việc chụp ảnh không phụ thuộc chuyển động tim giai đoạn đến cuối tâm trương nhịp tim thấp trung bình Do giảm thiểu thời gian quét với lớp thu thập song song, vùng phủ tồn thể tích tim với lớp mỏng (bộ chuẩn trực 4x1 mm) khoảng thời gian lần nín thở trở nên có thực Độ phân giải ngang tăng lên gộp chung với khả phát xuất sắc mức tương phản thấp hệ thống CT đại cho phép chụp CT động mạch vành độ phân giải cao Trong đó, nghiên cứu lâm sàng tiềm CT đa lớp khơng phát mà cịn biểu thị đặc trưng mỡ, sợi vơi hóa động mạch vành theo mật độ CT chúng Mặc cho tiến hứa hẹn, cịn khó khăn lâm sàng và giới hạn cho hệ thống CT lớp Độ phân giải vô hướng nghĩa cho ứng dụng thơng thường chưa hồn tồn đạt được, độ phân giải ngang xấp xỉ 1mm chưa hoàn toàn phù hợp với độ phân giải mặt phẳng cỡ 0.5 mm Cho nghiên cứu lâu dài, chụp CT động mạch ngoại vi, lớp dày (bộ chuẩn trực độ dày 2.5mm) phải chọn thời gian quét chấp nhận Thời gian quét thường dài cho CT động mạch hoàn toàn chu kỳ động mạch Cho máy chụp CT động mạch cho vòng Willis (động mạch cung cấp máu cho não), cho thực thể, vùng quét xấp xỉ 100mm phải bao phủ Với quét lớp chuẩn trực độ rộng 1mm dùng bước 1.5 thời gian giàn xoay 0.5 giây cần xấp xỉ giây, không đủ nhanh để tránh lớp phủ tĩnh mạch giả sử vịng tuần hồn máu não giây Trong khám tim, stents hay động mạch vơi hóa nghiêm trọng đến chưa thể quan sát hoàn toàn chịu "giãn nở", chủ yếu tượng thể tích phần hệ độ phân giải ngang chưa đủ tốt Cho bệnh nhân có nhịp tim cao hơn, việc lựa chọn cẩn thận khoảng tái cấu trúc riêng biệt cho động mạch vành trái phải bắt buộc, đầu cho phân tích khơng đảm bảo cho trường hợp Thời gian quét xấp xỉ 40 giây để bao phủ hết tồn thể tích tim (12 cm) với chuẩn trực x 1mm nằm khoảng nín thở đơi vấn đề cho bệnh nhân hợp tác hoàn toàn Kết việc cần nhiều lớp song song với chuẩn trực nhỏ milimet cho ứng dụng lâm sàng thông thường bước trình hướng tới quét CT đa lớp nghĩa, dẫn tới đời hệ thống CT 16 lớp năm 2001 Để cải tiến độ phân giải thời gian chụp ảnh tim cách ổn định lâm sàng, thời gian giàn xoay giảm 0.42 giây Trong tổng quan chương này, tập trung vào sở kỹ thuật CT đa lớp, với chúng áp dụng để thiết lập hệ thống quét lớp 16 lớp Chúng đưa hình tổng quan thuộc tính hệ thống thiết kế nhận dạng, phân biệt nhận dạng mảng cố định mảng thích nghi Chúng thảo luận liều hiệu cách ngắn gọn kĩ thuật giảm liều khám Chúng mô tả kĩ thuật quét đa lớp xoắn ốc kĩ thuật tái tạo ảnh Chúng tơi góc hình nón tia đo khơng cần quan tâm thiết lập hệ thống CT lớp Chúng giới thiệu kiểu tái tạo đa lớp xoắn ốc mới, phương pháp nội suy lọc z, phương pháp làm chuẩn cho hầu hết máy quét lớp, kể hãng sản xuất khác Chúng tơi minh họa chùm tia hình chóp xem xét cho hệ thống 16 lớp, dẫn tới phương pháp tái tạo ảnh chia ngăn đơn lớp cải tiến, tái tạo thích nghi đa mặt phẳng hay chiếu chiều ngược Chúng tơi nói thêm chi tiết điện tâm đồ dạng cửa quét xoắn ốc với tốc độ giàn quay tăng lên Chúng thảo luận ngắn gọn ứng dụng lâm sàng kết thúc với nhìn vào tiềm xa đường phát triển CT y tế Thiết kế đầu dò, liều sử dụng hiệu liều, mơ hình giảm liều 2.1 Thiết kế đầu dị Cho mục đích điều trị, phải có chiều rộng lớp khác để tối ưu thỏa hiệp tốc độ quét, độ phân giải ngang nhiễu ảnh cho ứng dụng Với đầu dò CT đơn lớp, chiều rộng lớp chuẩn trực khác đạt chuẩn trực trước bệnh nhân chùm tia X Một mơ hình đầu dị CT M lớp bao gồm M hàng đầu dò: cho M = 2, tất nhiên, chiều rộng lớp khác nhận biết chuẩn trực trước bệnh nhân Cho trường hợp M lớn 2, nguyên tắc thiết kế đơn giản đạt đến giới hạn Nó phải thay mơ hình có tính mềm dẻo u cầu nhiều M hàng đầu dò để lúc thu thập M lớp Tín hiệu hàng đầu dị gộp khác tùy theo chùm tia chuẩn trực chọn Cho hệ thống CT lớp thiết lập, hai loại đầu dò khác thường sử dụng Mảng đầu dò cố định gồm phần tử đầu dị với kích cỡ chiều ngang Một ví dụ tiêu biểu (GE light-speed) có 16 hàng đầu dò, hàng định nghĩa chiều rộng lớp chuẩn trực 1.25mm tâm chuyển động quay Tổng vùng phủ chiều ngang 20mm tâm vô hướng; phóng đại hình học, đầu dị thực tế chiều có rộng xấp xỉ gấp đơi Bằng việc chuẩn trực trước bệnh nhân gộp chung tín hiệu hàng đầu dò độc lập, chiều rộng lớp sau (đo tâm vơ hướng) nhận thấy: 4x1.25mm; 4x2.5mm; 4x3.75mm; 4x5mm Mảng đầu dị thích nghi bao gồm hàng đầu dị với kích thước khác chiều ngang Ví dụ tiêu biểu (Seimens SOMATOM Senstation 4) có hàng đầu dò Chiều rộng chúng chiều ngang khoảng từ đến 5mm (tại tâm vô hướng) cho phép chiều rộng lớp chuẩn trực sau: 2x0.5mm; 4x1mm; 4x2.5mm; 2x8mm; 2x10mm (hình 1.1b) Mảng đầu dị thích nghi thiết kế để tối ưu hiệu liều, độ rộng hàng đầu dò làm cho phù hợp với chùm tia chuẩn trực sẵn có vết cắt khơng cần thiết vùng chết loại bỏ Sự lựa chọn chiều rộng lớp chuẩn trực xác định độ phân giải ngang nội lần quét Trong chế độ "bước chụp" trục, số nhân chiều rộng chuẩn trực hàng đầu dị đạt cách thêm vào tín hiệu đầu dị suốt q trình tái cấu trúc ảnh Trong chế độ xoắn ốc, chiều rộng lớp hiệu quả, định nghĩa toàn chiều rộng nửa cực đại mặt cắt độ nhạy lớp xoắn ốc, điều chỉnh độc lập trình nội suy xoắn ốc suốt trình tái cấu trúc ảnh; nhiên, từ liệu tương đương lát hẹp cho độ chi tiết có tương phản cao hay đầu vào cho xử lý 3D sau lớp rộng cho thông tin tương phản thấp và/hoặc tổng quan in phim tham chiếu Hình 1: Ví dụ mảng đầu dị cố định mảng đầu dị thích nghi sử dụng hệ thống CT lớp 16 lớp thương mại Những hệ thống CT 16 lớp giới thiệu gần dây thường có mảng đầu dị thích nghi Ví dụ tiêu biểu (Siemens SOMATOM Sensation 16) dùng 24 hàng đầu dò 16 hàng xác định độ rộng lớp chuẩn trực 0.75mm tâm vô hướng, hàng phía ngồi hai bên xác định chiều rộng lớp chuẩn trực 1.5mm Tổng vùng phủ chiều ngang 24mm tâm vô hướng Bằng gộp chung phù hợp tín hiệu hàng nhận, 12 16 lớp với chiều rộng chuẩn trực 0.75 1.6 mm thu thập song song Một thiết kế tương tự (GE Lightspeed 16) cung cấp 16 lớp với chiều rộng lớp chuẩn trực 0.625 mm 1.25mm 2.2 Liều hiệu liều Hình 2: Mặt cắt liều cho hệ thống CT lớp 16 lớp với chiều rộng chuẩn trực hàng đầu dị Đóng góp tương đối vùng nửa tối biểu thị liều lãng phí, giảm tăng số lượng lớp thu thập song song Với hệ thống quét CT đa lớp tăng liều định so với CT đơn lớp khơng tránh khỏi tính ngun lý vật lý Mặt cắt liều chuẩn trực hình thang theo chiều ngang Điều hệ điểm tiêu cự có chiều dài hữu hạn chuẩn trực trước bệnh nhân Bên phía cao nguyên (cạnh song song) hình thang, tia X phát từ tồn diện tích điểm tiêu cự chiếu sáng nhận Trong vùng nửa tối, có phần bị chặn chuẩn trực trước bệnh nhân Với CT đơn lớp, tồn mặt cắt liều hình thang đóng góp vào tín hiệu nhận chiều rộng lớp chuẩn trực xác định chiều rộng nửa cực đại hình thang Với CT đa lớp, vùng cao nguyên mặt cắt liều dùng để đảm bảo mức tín hiệu cho tất lớp nhận Vùng nửa tối phải bỏ qua chuẩn trực sau bệnh nhân nội tự chuẩn trực nội nhận đa lớp, thể liều "lãng phí" Những đóng góp liên quan vùng nửa tối tăng lên giảm chiều rộng lớp, giảm tăng số lượng lớp thu thập song song Điều minh họa hình 1.2, hình vẽ so sánh mặt cắt liều "chiều rộng tối thiểu" cho hệ thống CT lớp hệ thống CT 16 lớp tương ứng có chiều rộng chuẩn trực lớp nhận Một cách tương ứng, tận dụng liều hệ thống CT lớp tiêu biểu (SOMATOM Sensation 4, Siemens, Forchheim, Đức) 70% với chuẩn trực 85% cho chuẩn trực 4x2.5mm Một hệ thống CT 16 so sánh (SOMATOM Sensation 16) có tận dụng liều 76% 82%, cho chuẩn trực 16x0.75mm 85 89% cho chuẩn trực 16x1.5mm phụ thuộc vào kích thước điểm tiêu cự (lần lượt lớn nhỏ) Một cách định lượng lâm sàng thích hợp cho liều thước đo liều chụp cắt lớp vi tính có trọng số(CTDI w), đo đạc sử dụng đo Lucite 16cm cho đầu đo Lucite 32cm cho thân CTDI w xác định 1/3 giá trị CTDI tâm cộng với 2/3 vùng ngồi đo Hình 1.3 thể CTDIw cho đo 32cm thân hàm tổng chiều rộng chuẩn trực đầu dò cho hệ thống CT lớp hệ thống CT 16 lớp Với 16 lớp thu thập liệu song song, chuẩn trực phụ mức mm có sẵn hiệu liều hợp lý sẵn sàng cho qt thơng thường Hình 3: CTDIw đo thể 32 cm hàm tổng chiều rộng lớp chuẩn trực lớp đầu dò cho hệ thống CT lớp 16 lớp 2.3 Mơ hình giảm liểu Khả quan trọng cho giảm liều đáp ứng liều với kích thước bệnh nhân Như "qui tắc ngón tay cái" (rule of thumb - quy tắc thừa nhận rộng rãi khơng chứng minh), liều cần thiết để trì nhiễu ảnh không đổi phải tăng gấp đôi đường kính thể bệnh nhân tăng thêm 4cm Một cách tương ứng, cho bệnh nhân nhỏ kích thước trung bình 4cm, liều nửa chuẩn hiệu cho chất lượng ảnh đầy đủ, liều lớn quét cho bệnh nhi Hầu hết nhà sản xuất máy CT đưa phương thức chuyên dụng cho bệnh nhi, ví dụ liều khuyến nghị theo cân nặng 10 Hình 15: a: Mặt cắt độ nhạy lớp cho độ rộng lớp 2mm đạt phép quét với chuẩn trực 16x0.75mm bước 0.5 (bàn dịch 12mm/s) (bàn dịch 24mm/s) bước 1.5 (bàn dịch 36mm/s) Đường điểm tính, chấm trịn đo b: Độ rộng nửa cực đại cho lớp danh định 0.75-, 1-,1.5- 2mm, đo hàm bước xoắn ốc Với máy CT đo, chiều rộng lớp biến đổi không đáng kể bước 29 Hình 16: Hình dựng nhiều mặt phẳng đo trục z tâm vô hướng, quét chuẩn trực 16x0.75mm bước 0.75, 1, 1.25, 1.5 Độc lập với bước, tất hình trụ giảm xuống đường kính 0.6mm khắc phục hình dựng khơng phụ thuộc nhiễu hình học, cung cấp tính tồn vẹn ảnh chiều 3.6.3.Thuộc tính Tổng kết lại, quét đa lớp xoắn ốc ửu dụng tái cấu trúc đa mặt phẳng thích nghi đặc trưng thuộc tính sau: Hình khối chóp tia đo đưa vào tính tốn, ảnh hưởng tia hình nón hạn chế cách hiệu Tái cấu trúc đa mặt phẳng thích nghi mở rộng cho hệ thống CT y tế lên tới 64 hàng Độ rộng lớp hiệu (độ rộng nửa cực đại mặt cắt độ nhạy lớp xoắn ốc) độc lập với bước xoắn ốc, bước chọn từ 0.51.5 Cho phép chuẩn trực dải chiều rộng lóp khác phù hợp cho tái cấu trúc ảnh cũ Nhiễu ảnh cho mAs hiệu cố định không phụ thuộc vào bước xoắn ốc Liều cho mAs hiệu cố định không phụ thuộc vào bước xoắn ốc với liều phép quét với mAs 30 CT đa lớp đồng điện tim cho ứng dụng vùng tim-ngực 4.1 Điện tâm đồ kích hoạt điện tâm đồ cửa Một ứng dụng thú vị CT đa lớp khả cho ảnh tim giải phẫu tim-ngực mà khơng có ảnh hưởng chuyển động Cho phép khảo sát đồng điện tim giải phẫu tim-ngực, quét trục điện tâm đồ kích hoạt quét xoắn ốc điện tâm đồ dùng Trong quét trục điện tim kích hoạt, thể tích tim bao phủ lần quét trục liên tiếp kỹ thuật "bước chụp" Cho lần quét trục, số lượng ảnh tương ứng với số lượng lớp nhận hoạt động Một khoảng liệu quét phần thu thập với độ lệch tạm thời đặt trước liên quan tới sóng R tín hiệu điện tim bệnh nhân, tín hiệu tương đối (dưới dạng phần trăm khoảng thời gian RR) tuyệt đối (ở dạng ms) xi ngược Với điện tim cửa truyền thống, thể thích tim bao phủ liên tục lần quét xoắn ốc Tín hiệu điện tim bệnh nhân ghi lại song song phép lựa chọn lại đoạn liệu dùng cho tái cấu trúc ảnh Chỉ có liệu quét thu pha tim định trước, thường pha tâm trương, dùng cho tái cấu trúc ảnh Phần liệu đóng góp cho ảnh bắt đầu với độ lệch người dùng định liên quan đến bắt đầu sóng R, tương tự quét trục điện tim kích hoạt Độ phân giải thời gian ảnh cải tiến đến T rot/(2N) cách sử dụng liệu quét N chu kỳ tim liên tiếp cho tái cấu trúc ảnh T rot thời gian quay máy quét CT Sự tái cấu trúc ảnh pha tim khác thực dịch điểm bắt đầu đoạn liệu dùng cho tái cấu trúc ảnh liên quan đến sóng R Với điểm bắt đầu cho trước, ngăn xếp ảnh vị trí z khác bao phủ phần nhỏ thể tích tai tái cấu trúc nhờ thu liệu đa lớp Điện tim kích hoạt tiềm có lợi liều bệnh nhân nhỏ liệu quét thu thập pha tim chọn trước Có nghĩa là, tất nhiên, nhạy với rối loạn nhịp tim so với điện tim cửa Hơn nữa, khơng tạo vùng phủ thể tích liên tục với lớp xếp chồng hay tái cấu trúc ảnh pha khác chu kỳ tim để đánh giá chức 31 4.2 CT xoắn ốc điện tim cửa lớp: tái cấu trúc thích nghi thể tích tim Một số phương pháp tái cấu trúc chuyên dùng cho CT điện tim cửa xoắn ốc giới thiệu với máy quét CT lớp Một ví dụ điển hình thuật tốn thích nghi thể tích tim, dùng máy quét lớp SOMATOM Senstion Tái cấu trúc tích nghi thể tích tim gồm hai bước gộp tái cấu trúc quét phần tối ưu cho độ phân giải thời gian với đặt trọng số đa lớp xoắn ốc để bù vào chuyển động theo trục z bàn bệnh nhân suốt trình quét xoắn ốc để đưa mặt cắt độ nhạy lớp định nghĩa tốt Suốt trình trọng số đa lớp xoắn ốc - bước tái cấu trúc - đoạn liệu quét phần "đơn lớp" tạo cho ảnh sử dụng phép quay phần liệu quét đa lớp xoắn ốc Quá trình đặt trọng số đa lớp xoắn ốc minh hoạ hình 1.17 Đoạn liệu quét bắt đầu với độ lệch người dùng đặt liên hệ với điểm bắt đầu sóng R Cho góc chiếu đoạn liệu phép nội suy tuyến tính thực liệu hai lớp đầu dò gần với mặt phẳng ảnh mong muốn Góc chóp tia đo bỏ qua, tia đối xử chúng qua mặt phẳng thẳng góc với trục z Phụ thuộc vào nhịp tim bệnh nhân lúc đo, đoạn liệu phần chia tự động chia thành hai đoạn Tại nhịp tim ngưỡng định, đoạn liệu đa lớp xoắn ốc liên tiếp từ chu kỳ tim sử dụng, cho kết độ phân giải thời gian nửa thời gian giàn xoay (T rot/2) cho đối tượng tâm Ở nhịp tim cao hơn, hai đoạn liệu từ hai chu kỳ tim liên tiếp đóng góp cho đoạn liệu phần Trong trường hợp đó, độ phân giải thời gian biến thiên Trot/4 Trot/2 phụ thuộc vào nhịp tim bệnh nhân, thời gian chu kỳ bệnh nhân thời gian giàn xoay cần phải bỏ đồng Cho T rot = 0.5s, ngưỡng cho tái cấu trúc hai đoạn 65bpm, cho nhịp tim cao độ phân giải thời gian biến đổi 125 250 ms Độ phân giải thời gian cải tiến chi phí độ phân giải ngang giảm sử dụng phương pháp tái cấu trúc nhiều đoạn giảm chất lượng ảnh khảo sát tim làm mờ mảng bám hẹp mạch vành Thêm nữa, phương pháp nhiều đoạn gặp phải hạn chế nhịp tim bệnh nhân bị rối loạn trình khảo sát Như hệ quả, phương pháp thể tích tim thích nghi bị giới hạn hai đoạn tối đa Sử dụng thích nghi thể tích tim, 32 mặt cắt độ nhạy lớp hẹp định nghĩa trước cho tất nhịp tim liên quan lâm sàng Hình 17:Cách nội suy xoắn ốc điện tim cửa cho máy quetst lớp sử dụng đoạn liệu đa lớp cho tái cấu trúc ảnh Vị trí trục z lớp đầu dị thay đổi tuyến tính tương bệnh nhân so bước xoắn ốc số Cho góc chiếu, với liệu quét phần, phép nội suy tuyến tính thực với liệu hai hàng đầu dò gần tiếp cận với mặt phẳng ảnh mong muốn Nội suy xoắn ốc định cho vài góc chiếu Ở cùng, tín hiệu điện tim tương ứng 4.3 CT xoắn ốc điện tim cửa 16 lớp: thích nghi thể tích tim mở rộng Tái cấu trúc thích nghi thể tích tim tái cấu trúc điện tim cửa đa lớp xoắn ốc sử dụng từ trước bỏ qua góc nón tia đo Trong phần 1.3.2, chứng minh làm xác chóp trở thành bắt buộc cho CT mục đích thơng thường với nhiều lớp hơn; với việc tang số lượng lớp thu song song, câu hỏi làm xác góc nón đưa cho CT tim Ảnh hưởng góc chóp thấy rõ cấu trúc độ phân giải cao chúng tăng với tăng khoảng cách đối tượng tới tâm vơ hướng Bởi tim thường đặt tâm cách hiệu không chứa cấu trúc mở rộng độ phân giải cao, ảnh hưởng góc nón nghiêm trọng khơng mong muốn cho số lượng lớp lớn Dữ liệu CT mơ đo tim giống hình người với động mạch vành cải thiện độ tương phản chứa mảng sơ vữa ống hẹp dùng để khám phá hạn chế phương pháp thích nghi thể tích tim để quét với số lượng lớn lớp Hình 1.18 33 thể hai phần dọc theo động mạch vành trái phải đo tim toán học: "ảnh lý tưởng" coi điểm đo chất lượng Hình 1.19a thể hình dựng lại nhiều mặt phẳng dọc theo động mạch vành trái động mạch vành phải, hình đầu phép tái cấu trúc thích nghi thể tích tim cho hình dạng máy CT ảo với chuẩn trực 4x1mm, thời gian quay 0.5s bước p=0.375 (bàn dịch 3mm/s) Nhiễu thực tế thêm vào để mô liệu CT, ảnh với độ rộng lớp hiệu 1.3mm bước tăng 0.6mm tái cấu trúc sử dụng nhân chuẩn tín hiệu điện tim tương tượng 55 nhịp phút Hình dựng nhiều mặt phẳng chứng minh chất lượng ảnh lâm sàng thông thường cho hệ thống CT lớp sẵn có minh họa hạn chế hiệu chúng: mảng bám vành tách biệt phân loại dựa theo mật độ CT chúng, vùng mạch bị hẹp bị nở ảnh hưởng từ máy móc Hình cải cách đa phẳng thể hình 1.17b phương pháp tích nghi thể tích tim áp dụng để quét liệu mô máy quét CT hình học với chuẩn trực 16x0.75mm, thời gian quay 0.42s bước 0.28 (bàn dịch 8mm/s) Ảnh với độ rộng lớp hiệu 1mm bước tăng 0.5mm tái cấu trúc sử dụng điện tim nhân tạo 55 nhịp phút Cải cách đa phẳng khơng bị ảnh hưởng góc nón, chứng minh làm xác góc nón khơng cần thiết Thay vào đó, chiều rộng lớp nhỏ lấy mẫu trục cải tiến so với phép quét với chuẩn trực 4x1mm, vùng hẹp thể mẽo hình khối giảm ảnh hưởng nở Một phiên mở rộng thích nghi thể tích tim triển khai máy quét CT 16 lớp SOMATOM Sensation 16 Những sửa đổi phương pháp thích nghi thể tích tim đưa làm xác góc nón, điều nghiên cứu, giữ cho hệ thống CT tương lai với nhiều 16 lớp 34 Hình 18: Hai phần chéo dọc theo động mạch vành trái phải mơ hình tốn học đo tim Một vài hệ thống CT 16 lớp đưa giảm thời gian xoay xuống 0.4s để tăng độ phân giải thời gian ứng dụng tim mạch Sử dụng thích nghi thể tích tim với Trot=0.42s ngưỡng cho tái cấu trúc hai đoạn 71 nhịp phút Dưới 71 nhịp phút, độ phân giải thời gian 210ms, nhịp cao biến đổi 105 210ms (nhìn hình 1.20) Bước lọc cuối (chiều z chiều ngang) áp dụng cho ảnh thể tích tim thích nghi gốc Hình khối chiều rộng hàm lọc lựa chọn được; mặt cắt độ nhạy lớp khác chiều rộng lớp khác điều chỉnh tương tự cho qt xoắn ốc mục đích thơng thường Cho chuẩn trực 16x0.75mm, chuẩn trực giao thức chuẩn cho điện tim cửa chụp động mạch vành, chiểu rộng lớp danh định 0.75, 1, 1.5, mm phù hợp cho tái cấu trúc cũ Cho chuẩn trực 16x1.5mm, chuẩn trực khuyến cáo cho điện tim cửa chấm điểm canxi, độ rộng lớp danh định 2, 3, 5mm chọn 35 Hình 19: Hình dựng nhiều mặt phẳng dọc theo động mạch vành phải trái mơ hình tốn học đo tim cho máy quét CT ảo với a: chuẩn trực 4x1mm b: chuẩn trực 16x0.75mm Tái cấu trúc thích nghi thể tích tim liệu CT bỏ qua góc nón tia đo 36 4.4 Những hạn chế bước Cho chu kỳ tim, ngăn ảnh vị trí khác trục z bao phủ phần nhỏ thể tích trái tim tái cấu trúc, ảnh đại diện hộp hình 1.17 Để giữ nguyên toàn bao phủ thể tích, thể tích hình ảnh tái cấu trúc vịng tuần hồn tim liên tiếp phải khớp theo chiều ngang Như hệ quả, bước xoắn ốc phải gới hạn cho khảo sát CT điện tim cửa đa lớp tim Nếu bàn di chuyển nhanh, khoảng hở ảnh vùng thể tích xảy ra, khoảng hở phải đóng lại nội suy xa mát phân giải ngang lớn giảm chất lượng mặt cắt độ nhạy lớp Trong lý thuyết, bước xoắn ốc đáp ứng với nhịp tim bệnh nhân Cho việc sử dụng ổn định lâm sàng dễ dàng nhất, nhiên, giá trị bước cố định cho tất lần khảo sát ưa thích Tốc độ di chuyển bàn chứng minh không nên vượt 3mm/s cho quét tim với phương pháp thích nghi thể tích tim chuẩn trực 4x1mm Thời gian để bao phủ toàn thể tích tim (~12cm) xấp xỉ 40s, thời gian gới hạn lần quét lần giữ nhịp thở bệnh nhân Quét điện tim cửa toàn lồng ngực đại động mạch với chuẩn trực 4x1mm thực thời gian quét cho phép Cho hệ thống CT 16 lớp, tốc độ bàn dịch 8mm/s không nên bị vượt cho chuẩn trực 16x0.75mm, cho thời gian xoay 0.5 hay 0.42s Những lần quét độ phân giải z đo với thời gian xoay 0.42s, độ rộng lớp tái cấu trúc 0.75mm bàn dịch với 8mm/s sử dụng tín hiệu điện tim nhân tạo với 55, 70, 80 90 nhịp phút chứng minh độc lập nhịp tim tất hình trụ bị giảm xuống đường kính 0.6 0,7mm giải Hình dựng nhiều mặt phẳng đo thể hình 1.21 Với độ phân giải mặt phẳng xấp xỉ 0.5mm độ phân giải ngang 0.6mm, mục tiêu độ phân giải vô hướng đạt cho quét tim mạch với công nghệ 16 lớp đại Thời gian để bao phủ tồn thể tích tim (xấp xỉ 12 cm) với chuẩn trực 16x0.75 xấp xỉ 15s Bao phủ toàn lồng ngực (30cm) với chuẩn trực 16x0.75mm cỡ 38s, với chuẩn trực 16x1.5mm xấp xỉ 19s Khảo sát điện tim cửa hình thái học tim ngực mở rộng nên thực với hệ thống CT 16 lớp, mở dải ứng dụng hưởng lợi ích từ giảm thiểu co bóp tim mạch Sự khó 37 khăn điển hình gây truyền co bóp tim mạch tránh khỏi, ví dụ màng nắp nhân tạo phẫu tích động mạch chủ lớn dần Sự hạn chế co bóp tim mạch làm thẩm định đoạn phổi chứa tim cho phép loại trừ đáng tin cậy tác ngoại vi phổi động mạch đoạn đoạn mạch đánh giá xác khối u phổi nhỏ Trong nghiên cứu thông thường lồng ngực không đồng với điện tim bệnh nhân, di chuyển tim thường coi đánh giá động mạch bỏ qua Hình 20: Độ phân giải thời gian cho đối tượng tâm hàm nhịp tim cho phương pháp tái cấu trúc thích nghi thể tích tim dùng thời gian quay 0.5- 0.42s Với thời gian quay 0.42s, độ phân giải thời gian đạt đến tối ưu 105ms 81 nhịp/phút Điều quan trọng lâm sàng, khơng có theo dõi beta-blocker nhịp tim chủ yếu 75-85 nhịp/phút 38 Hình 21: Hình dựng nhiều mặt đo quét với chuẩn trực 16x0.75mm, thời gian xoay 0.42s, bàn dịch 8mm/s Những ảnh xếp chồng với chiều rộng lớp 0.75mm bước tăng 0.4mm tái cấu trúc sử dụng tái cấu trúc thích nghi thể tích tim tín hiệu điện tim nhân tạo 55, 70, 80 90 nhịp phút Không phụ thuộc vào nhịp tim, tất hình trụ đường kính giảm xuống 0.6- tới 0.7-mm giải Triển vọng tương lai CT y tế Thế hệ hệ thống CT 16 lớp cho phép ảnh vô hướng nghĩa ảo hóa ứng dụng Như hệ quả, dự phân biện đọ phân giải ngang độ phân gải mặt phẳng trở thành dư thừa, lớp trục truyền thống ưu lâm sàng Nó thay quan sát tương tác trineer khai ảnh thể tích vơ hướng, với lớp quan sát hướng tùy ý sử dụng cho lên phim hay lưu trữ minh chứng phân tích Độ phân giải cải tiến song hành với thời gian quét giảm, thự tế khảo sát bệnh nhân khơng có khả hợp tác giảm lượng thuốc tương phản cần dùng, yêu cầu phương thức tương phản tối ưu Những ứng dụng lâm sàng phát triển kết tăng thời gian quét lên nhiều, ví dụ khảo sát CT chụp mạch hoàn toàn pha động mạch Một phép chụp mạch vòng tròn Willis với chuẩn trực 39 16x0.75mm, thời gian xoay 0.5s bước 1.5 cần 3.5s cho khoảng quét 100mm (bàn dịch 36mm/s) Chụp mạch vùng ngực-bụng với chuẩn trực gần milimet cần xấp xỉ 17s cho khoảng quét 600mm (xem hình 1.22 cho ví dụ bệnh nhân có triệu chứng Leriche) Cho phép chụp mạch động mạch thận, độ dịch chuyển bàn giảm tới 24mm/s (bước 1) để dùng đầu ống tia tốt cho bệnh nhân béo phì; tổng thời gian cho vùng quét 250 mm với chuẩn trực 16x0.75 không dài 11s Khảo sát toàn vùng ngực (350mm) với chuẩn trực 16x0.75mm, thời gian xoay 0.5s mà bước 1.375 (bàn dịch 33mm/s) xong 11s; vậy, phép quét đơn giản tăng cường chất lượn đạt thời gian nín thở cho khớp tối ưu ảnh thể tích Quét tim điện tim cửa có lợi tăng thời độ phân giải thời gian tăng độ phân giải không gian Đặc trưng phân lại mảng bám vành xuất vài loại tiến vào lâm sàng thường ngày hệ việc tăng sức mạnh phương pháp Một nghiên cứu gần cho chụp động mạch vành với hệ thống 16 lớp 59 bệnh nhân chứng minh 86% đặc tính 95% độ nạy Khơng bệnh nhân phải loại trừ Hình 1.23 thể ví dụ bệnh nhân với vài bệnh động mạch vành nhịp tim xấp xỉ 60 nhịp phút suốt q trình qt Hình 22: Bệnh nhân ví dụ: triệu chứng Leriche, quét với chuẩn trực 16x0.75mm 40 Với độ phân giải không gian 0.5x0.5x.06mm3, CT 16 lớp đặt thang điểm phân giải không gian cho chụp ảnh động mạch vành không xâm lấn Ảnh hưởng chuyển động bệnh nhân với nhịp tim cao để lại thử thách quan trọng cho CT động mạch vành đa lớp, chất lượng ảnh phân tích đặt hầu hết trường hợp quản trị khóa beta Độ phân giải thời gian tăng lên mong muốn tương lai để không cần chuẩn bị trước bệnh nhân, yêu cầu tăng tốc độ giàn quay tăng số đoạn phương pháp tái cấu trúc cho hiệu cao lâm sàng Rõ ràng, nỗ lực phát triển đáng kể cần để giữ tăng lên bền vừng lực máy móc (~17G cho thời gian quay 0.42s, 33G cho thời gian quay 0.3s) tăng tốc độ truyền liệu Thời gian quay 0.2s (năng lực máy móc > 75G) yêu cầu để cung cấp độ phân giải thời gian 100ms không phụ thuộc vào nhịp tim xuất để vượt qua giới hạn máy móc Một giải pháp thay tăng tốc độ quay nhiều xem xét lại mơ hình máy qt với nhiều ống tia nhiều nhận mô tả lần thời kỳ đầu CT Cho CT mục đích thơng thường, thấy tăng lên đáng kể số lớp thu thập song song Kết lợi ích lâm sàng, tất nhiên, khơng bền vững phải xem xét cẩn thận điều kiện nỗ lực công nghệ Tiềm phát triển xa độ phân giải không gian phải giữ lại cho ứng dụng đặc biệt tăng lên chắn liều để áp dựng cho tỉ số tín hiệu nhiễu đủ dùng Nó phải theo với phát triển ống tia X mạnh tạo tia Thay tăng cừng số lượng thơng số qt mà khơng có liên quan lâm sàng đáng ngờ, giới thiệu nhận diện tích đủ lớp để bao phủ tồn tim hay toàn não phép quét trục (vùng quét ~120mm) mang dến chất lượng cho CT y tế Với hệ thống này, quét thể tích động trở nên khả thi dải ứng dụng mới, nghiên cứu chức hay thể tích phép gộp, nảy sinh Cơng nghệ nhận diện tích phát triển, chưa có giải pháp thương mại đáp ứng yêu cầu cao CT y tế liên quan đến dải động hệ thống thu nhận đọc liệu nhanh Thí nghiệm với cơng nghệ nhận phẳng CsJ-aSi thức dùng cho chụp mạch nhanh ốc thông bị giới hạn độ phân giải tương phản thấp tốc độ quét Do nội phân rã tín hiệu chậm nhận phẳng, thời gian quay cần 41 thiết 20s để thu số lượng hiệu phép chiếu (600) Nói theo cách khác, độ phân giải tương phản cao tuyệt vời kích thước điểm ảnh nhận nhỏ, với liều yêu cầu phòng ngừa cho khảo sát đối tượng lớn Kết thí nghiệm giới hạn cho đối tượng nhỏ độ tương phản cao khớp, tai hay tiêu mạch tiêm chất tương phản Hình 1.24 thể mẫu cài đặt liền vào nhận phẳng bên giàn xoay tiêu chuẩn (SOMATOM Sensation 16) Bộ nhận bao phủ vùng tầm nhìn 25x25x18cm3, kích thước điểm ảnh 250x250micro mét, tất đo tâm quay Hình 23: Ví dụ bệnh nhân: vài bệnh động mạch vành Hình 1.25 thể hình dựng nhiều mặt phẳng VRT tiêu tay, chứng tỏ độ phân giải không gian xuất sắc Tổ hợp nhận diện tích với chất lượng hiệu tốc độ giàn quay nhanh mơ hình cơng nghệ hứa hẹn cho hệ thống CT ý tế Do hạn chế công nghệ tại, tất nhiên, hệ thống náy có khả khơng sẵn có tương lai gần 42 Hình 24: Lắp đặt chuẩn kết hợp đầu dị phẳng vào giàn xoay chuẩn Hình 25: Hình dựng nhiều mặt VRTs tiêu tay, quét với mẫu CT đầu dò phẳng 43 ... sai lệch từ CT xoắn ốc đơn lớp, mặt cắt độ nhạy lớp xoắn ốc cho nội suy đa lớp tuyến tính 180 độ khơng cần thiết phải nhỏ tương ứng cho nội suy đa 15 lớp tuyến tính 360 độ Nội suy đa lớp tuyến... điện tim cho ứng dụng vùng tim-ngực 30 4.1 Điện tâm đồ kích hoạt điện tâm đồ cửa 30 4.2 CT xoắn ốc điện tim cửa lớp: tái cấu trúc thích nghi thể tích 30 4.3 CT xoắn ốc điện tim cửa 16 lớp: ... gian chụp ảnh tim cách ổn định lâm sàng, thời gian giàn xoay giảm 0.42 giây Trong tổng quan chương này, tập trung vào sở kỹ thuật CT đa lớp, với chúng áp dụng để thiết lập hệ thống quét lớp 16 lớp