BÁO cáo điện tử y SINH đề tài nghiên cứu tìm hiểu về PET CT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO: ĐIỆN TỬ Y SINH Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu PET/CT Sinh viên thực : Giảng viên hướng dẫn: Hồ Nguyễn Quốc Việt 17DT1 Hồ Tấn Nhân 17DT1 Nguyễn Văn Phòng Mục lục Mục lục Giới thiệu sơ lược PET/CT 1.1 Sự đời lịch sử phát triển máy PET/CT 1.2 Tìm hiểu sơ lượt máy PET/CT 1.2.1 Định nghĩa máy PET/CT .4 1.2.2 Một số ưu điểm vượt trội kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh PET/CT 1.2.3 Những hạn chế máy PET/CT 1.3 Ứng dụng máy PET/CT Nguyên lý vận hành PET/CT 2.1 Nguyên tắt hoạt động máy PET 2.2 Nguyên lý ghi hình PET/CT 2.3 Quy trình ghi hình 10 Nghiên cứu tìm hiểu sâu PET/CT 11 3.1 Hệ ghi đo phóng xạ 11 3.1.1 Đầu dò (Detector) .11 3.1.2 Nguồn cao áp (Hight voltage) 12 3.1.3 Bao định hướng (Collimators) 12 3.1.4 Bộ phận khuếch đại (Amplifier) 12 3.1.5 Máy phân tích phổ lượng xạ (Spectrometer) 13 3.1.6 Thể kết .14 3.1.6.1 Đếm xung 14 3.1.6.2 Đo dịng trung bình 14 3.2 Cấu tạo máy PET/CT 15 3.2.1 Cấu tạo máy PET .18 3.2.2 Cấu tạo CT SCAN .20 3.3 Kiến trúc PET / CT 22 Tài liệu tham khảo: 26 Giới thiệu sơ lược PET/CT 1.1 Sự đời lịch sử phát triển máy PET/CT Từ năm 1980, PET bắt đầu ứng dụng rộng rãi lâm sàng Nhưng đến cuối thập niên 90 kỷ trước (sau 1997) nhờ phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ lĩnh vực chế tạo đầu dò (detector) nhậy gồm tinh thể BGO (Bismuth Germanat Oxy) hay LSO (Litetium Oxyorthosilicate) sản xuất dược chất phóng xạ với hợp chất hữu khác nhau, đời tổ hợp PET/CT gắn máy PET với CTscanner, kỹ thuật tạo bước đột phá chẩn đoán bệnh nghiên cứu khoa học Từ đó, PET/CT giúp khắc phục số khó khăn, hạn chế SPECT tim mạch học, mở triển vọng cho chuyên ngành thần kinh, tâm thần, đặc biệt mang lại lợi ích lớn ung thư lâm sàng nghiên cứu sinh bệnh học ung thư Sở dĩ đạt hiệu hình ảnh PET/CT với dược chất phóng xạ thích hợp cung cấp thông tin hấp thu, vận chuyển chuyển hóa phân tử sinh học acid amin, protein, gen, tế bào, mô phủ tạng Nhờ đó, từ hình ảnh PET/CT nắm bắt thông tin chức liên quan đến sinh bệnh học phân tử, tế bào mô ung thư chế tác dụng tác nhân điều trị… Cho đến nay, ứng dụng PET/CT ung thư học rộng rãi kể lâm sàng nghiên cứu sinh bệnh học ung thư Kỹ thuật PET/CT đời mang lại lợi ích to lớn hình ảnh PET/CT giúp xác định sớm tính chất, đặc điểm khối u di nó, cung cấp thơng tin xác để xếp giai đoạn bệnh, phát sớm tái phát bệnh sau điều trị, đánh giá đáp ứng điều trị lựa chọn phương thức phác đồ điều trị thích hợp Đặc biệt dùng hình ảnh PET/CT mơ lập kế hoạch xạ trị, kỹ thuật xạ trị điều biến liều (Intensitive moderation radiotherapy: IMRT) 1.2 Tìm hiểu sơ lượt máy PET/CT 1.2.1 Định nghĩa máy PET/CT PET/CT kết hợp phương pháp PET CT để mang lại hình ảnh lý tưởng cho phép bác sĩ chẩn đốn sớm, tồn diện tổn thương bệnh lý từ định phương pháp điều trị hiệu cho bệnh nhân  PET (Positron Emission Tomography – ghi hình cắt lớp positron) cung cấp thông tin chức quan thể  CT (Computed Tomography - chụp cắt lớp vi tính) cung cấp hình ảnh giải phẫu cấu trúc thể Đây kỹ thuật chụp hình sử dụng thuốc phóng xạ, cho phép khai thác tối ưu lợi PET xác định hoạt tính tổ chức kết hợp với thơng tin xác định vị trí, biến đổi cấu trúc tổn thương hình ảnh CT.Bằng cách kết hợp thông tin chức chuyển hóa của thể giải phẫu, chụp PET/CT cung cấp hình ảnh chi tiết mơ ung thư với độ xác cao PET/CT trở nên phổ biến phương pháp đánh giá tổng thể giai đoạn ung thư Các nghiên cứu lâm sàng cho thấy PET/CT làm thay đổi định điều trị 30% - 40% bệnh nhân ung thư Dựa vào hình ảnh PET/CT, độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đoán giai đoạn ung thư trước sau điều trị cải thiện rõ rệt so với sử dụng CT đơn PET/CT xác từ 10-15% so với sử dụng PET riêng rẽ xác định giai đoạn ung thư Tăng độ xác gắn liền với thuận tiện mức độ tin tưởng bác sỹ thông tin chuyển hóa kết hợp với biến đổi cấu trúc, khu trú tổn thương hình ảnh PET/CT 1.2.2 Một số ưu điểm vượt trội kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh PET/CT  Giúp Chẩn đốn nhanh, xác, với độ nhạy độ đặc hiệu cao việc xác định vị trí ung thư nguyên phát mà phương pháp chẩn đốn hình ảnh chụp cắt lớp vi tính (CT),chụp cộng hưởng từ (MRI),siêu âm… khơng đánh giá  Được qt tồn thân, phát bất thường chuyển hóa, ghi hình ảnh bệnh lý sớm, cịn nhỏ chí chưa có thay đổi cấu trúc giúp cho việc chẩn đốn bệnh ung thư sớm xác  Chụp PET/CT cịn phát bất ổn Tim mạch hệ Thần kinh  Đánh giá xác hiệu q trình điều trị  Phát triệt để tổn thương ung thư lại hay tái phát sau điều trị  Định hướng cho xạ trị, đảm bảo hiệu cao đồng thời hạn chế tối đa tổn thương cho mô lành lân cận So với kỹ thuật hình ảnh thơng thường chụp cộng hưởng từ MRI, chụp X-quang, siêu âm mức độ chẩn đốn xác ung thư PET-CT vào khoảng 80-90%, cịn khoảng 10-20% lầm lẫn PET-CT lầm lẫn ung thư với bệnh lao, nhiễm nấm Phương pháp chụp PET-CT chẩn đốn ung thư với độ xác cao lại khơng thể phân biệt loại ung thư ví dụ như: ung thư phổi loại tế bào nhỏ loại không tế bào nhỏ… 1.2.3 Những hạn chế máy PET/CT  Chi phí lần chụp cao, khoảng 20 đến 30 triệu/ lần chụp  Thời gian chuẩn bị tiến hành chụp lâu  Chụp PET/CT phương pháp áp dụng cho bệnh nhân ung thư (cần phải hướng dẫn từ y bác sỹ)  Trước chụp cần tiêm liều lượng nhỏ phóng xạ vào thể, nguy xạ thấp song có rủi ro  Có thể dị ứng nhẹ với dược chất phóng xạ xảy  Kết chụp PET/CT gây dương tính giả âm tính giả số trường hợp (so với kết giải phẫu bệnh)  Phụ nữ có thai cho bú khuyến cáo không nên áp dụng phương pháp 1.3 Ứng dụng máy PET/CT  Giúp chẩn đốn xác vị trí tình trạng chức bệnh lý quan khảo sát  Giúp tiên lượng hiệu điều trị góp phần chọn lựa phương pháp điều trị tốt cho bệnh lý  Với hình ảnh PET/CT, bác sĩ có thêm thơng tin cần thiết xác bệnh ung thư cịn giai đoạn sớm, từ giúp chẩn đoán bệnh sớm đưa phác đồ điều trị hợp lý  Ưu điểm rõ rệt PET/CT: phát hiện, phân biệt (bằng hình ảnh định tính định lượng) tổn thương ác tính (với đặc điểm tăng chuyển hóa tích tụ dược chất phóng xạ tế bào) với bệnh lý lành tính (thường khơng bắt giữ bắt giữ dược chất phóng xạ thấp) - PET/CT phân biệt tổ chức hoại tử, xơ hóa sau điều trị với khối u ác tính cịn tồn dư với tổn thương tái phát Đây hạn chế phương pháp chẩn đốn hình ảnh thơng thường CT MRI - PET/CT sử dụng theo dõi kết điều trị hóa chất và/hoặc xạ trị số ung thư Dựa vào hình ảnh PET/CT, độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đoán giai đoạn ung thư trước, sau điều trị cải thiện rõ rệt so với sử dụng phương pháp chẩn đốn hình ảnh đơn Hình ảnh ung thư phổi Hình ảnh ung thư thực quản PET/CT cung cấp cho bác sĩ thơng tin chức năng, chuyển hóa giải phẫu thể người bệnh Những lĩnh vực mà PET/CT cho nhiều lợi điểm thần kinh, tim mạch đặc biệt lĩnh vực ung bứu Nguyên lý vận hành PET/CT 2.1 Nguyên tắt hoạt động máy PET Nguyên tắc hoạt động PET dựa vào học thuyết phóng xạ, y học hạt nhân Đầu tiên người bệnh truyền chất phóng xạ FDG ( thành phần tổng hợp Glucoza với đồng vị phóng xạ ), khối u phận hấp thụ nhiều Gluco thể, sau khoảng thời gian định (thông thường 60 phút ) nồng độ Glucoza ( tức FDG ta truyền vào thể người bệnh ) tế bào ung thư nhiều Ở đấy, nguyên tử phóng xạ phát positron (hạt điện tử mang điện dương) đoạn ngắn gặp điện tử thể có nhiều điện tử Khi positron gặp điện tử cặp hạt - phản hạt hủy phát hai photon thẳng, ngược chiều Các photon có lượng lớn, vào cỡ tia gamma nên xuyên qua thể, bay thẳng ngồi Nếu bố trí hai detector nhấp nháy hai đầu đối diện, hai detector thu đồng thời hai photon hủy cặp positron - điện tử tạo Chỉ có hai photon đồng thời đến hai detector cặp đối diện, hai detector ghi nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý Nếu có tế bào ung thư thể cho vùng màu đặc trưng phân biệt hẳn với mô lành Như qua vùng màu ta xác định đươc xác vị trị, di khối u thể bệnh nhân từ đưa kết chẩn đoán phương thức điều trị tốt Còn thành phần FDG thể bệnh nhân sau chuyển hố hồn tồn thành phần đường Glucoze hấp thụ vào thể Các hạt nhân phóng xạ dùng PET phải hạt nhân có thời gian sống ngắn, thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2 phút) 18F (~110 phút) Do thời gian sống ngắn nên phải chế tạo chất phóng xạ chỗ gần nơi đặt máy PET Cách chế tạo phổ biến dùng máy gia tốc điện tử nhỏ bắn phá điện tử lượng cao vào chất để tạo chất phóng xạ Hình :Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy PET Máy Cyclotron sản xuất đồng vị phóng xạ có đời sống ngắn 2.2 Nguyên lý ghi hình PET/CT Khác với phương pháp chẩn đốn hình ảnh cấu trúc, giải phẫu nhờ chụp cắt lớp vi tính (CT) hay cộng hưởng từ (MRI), PET ghi lại hình ảnh định tính định lượng trình sinh - bệnh lý chuyển hóa bệnh lý thơng qua dƣợc chất phóng xạ đánh dấu Về nguyên lý, đồng vị phóng xạ phát positron dùng làm chất đánh dấu chụp hình PET: Positron mang điện tích dương phát từ hạt nhân nguyên tử quãng đường ngắn trước kết hợp với electron mô vào trạng thái kích thích gọi Positronium, Positronium tồn ngắn, gần chuyển thành photon phát tia gamma có lượng 511keV phát theo hai chiều ngược trục với điểm xuất phát (hiện tượng hủy hạt) Một cặp photon di chuyển theo chiều trái ngược phát detector đặt vòng detector Vòng detector lắp đặt nhiều cặp detector để ghi nhận đồng thời nhiều cặp photon tạo từ vị trí đối tượng cần chụp hình Mỗi cặp ghi nhận mẫu liệu thơ mã hóa, truyền máy tính xử lý thuật toán chuyên dụng cuối cho kết hình ảnh quan cần khảo sát Kể từ ứng dụng lâm sàng năm 1998, hệ thống PET cải tiến không ngừng công nghệ nhằm đạt độ nhạy cao, tăng độ phân giải, giảm thời gian ghi hình Cơ chế chụp PET/CT Để khắc phục hạn chế, đặc biệt việc xác định vị trí tổn thương PET, mơ hình PET/CT đời từ năm 1992 PET/CT cung cấp thơng tin sinh lý- chuyển hóa mà hình ảnh giải phẫu hệ thống Các nghiên cứu lâm sàng cho thấy hình ảnh PET/CT có giá trị chẩn đốn xác thơng tin từ PET hay CT riêng rẽ 2.3 Quy trình ghi hình Để chụp PET/CT, bệnh nhân tiêm tĩnh mạch liều thuốc có phóng xạ positron (hoặc tùy vào hạt nhân phóng xạ mà sử dụng đường uống hít vào): Tiêm DCPX 18FDG với liều 0,1 – 0,2 mCi/kg, trung bình 10 mCi – 15mCi Sau tiêm thuốc có phóng xạ, thể phóng tia gamma Thơng thường, khoảng 60 phút để đánh dấu phóng xạ qua thể bạn để hấp thụ quan mô nghiên cứu Sau đó, bệnh nhân qt hình định hướng (scout scan) toàn thân để xác định phần chụp CT PET (1) Bệnh nhân chụp CT (2) nhằm mục đích xác định độ suy giảm mơ quan thể khu trú, đối chiếu vị trí tổn 11 thương với hình ảnh PET Tiếp theo bệnh nhân ghi hình PET (3) Sử dụng hệ số suy giảm có từ phần chụp CT để hiệu chỉnh tán xạ hiệu ứng suy giảm, hình ảnh PET CT đƣợc trình bày riêng biệt (4) Trộn hình tạo nên hình ảnh kết hợp PET CT (5) Nhờ bất thường chuyển hóa tết bào ghi nhận, trước có thay đổi cấu trúc Mơ hình quy trình ghi hình Lưu ý: Đối với bệnh nhân đái đường phụ nữ mang thai cho bú bác sĩ tư vấn, hướng dẫn cách chuẩn bị phù hợp Bệnh nhân nên uống nhiều nước trước sau chụp Nghiên cứu tìm hiểu sâu PET/CT 3.1 Hệ ghi đo phóng xạ Máy quét PET / CT thương mại năm nhà cung cấp thiết bị hình ảnh y tế chính: (a) Discovery LS (GE Healthcare) (b) Discovery ST (GE Health care) (c) Gemini (Hệ thống Y tế Philips) (d) Tiểu sử (Giải pháp Y tế Siemens) (e) SceptreP3 (Hệ thống Y tế Hitachi) (f) Aquiduo (Tập đồn Y tế Toshiba)  Vị trí thể điều trị liệu pháp từ xa, máy quét CT có lỗ khoan lớn chưa đưa vào thiết kế PET / CT Các nhà cung cấp áp dụng thiết kế khác ghế dài bệnh nhân để giảm thiểu trọng lượng liên quan đến độ võng xuống pallet tiến qua đường hầm Bốn giải pháp khác cho hệ thống xử lý bệnh nhân (PHS) giúp giảm thiểu độ lệch dọc thay đổi pallet tiến vào đường hầm máy quét Các thiết kế bao gồm : (a) giường với điểm cơng xơn cố định, nơi tồn cụm ghế dài di chuyển ray gắn sàn (Biograph SceptreP3) (b) giường vị trí kép với vị trí cho CT vị trí cho PET (Discovery LS ST) (c) ghế dài dành cho bệnh nhân có khả hỗ trợ xuyên suốt đường hầm (Gemini) (d) ghế dài cố định với máy quét di chuyển ray gắn sàn (Aquiduo)  Máy quét cắt lớp phát xạ positron đương đại (PET) thường thực với thiết bị điện tử mặt trước tương tự cường độ tương tác quy mô lớn để giảm tiêu thụ điện năng, khơng gian, tiếng ồn chi phí Xử lý tương tự mang lại kết tuyệt vời ứng dụng chuyên dụng, cung cấp tính linh hoạt cho q trình xử lý tín hiệu thơng minh phép đo xác với tinh thể soi nhanh, Mục tiêu thiết kế máy quét Sherbrooke PET / máy chụp cắt lớp vi tính (CT) là:  Đạt độ phân giải mm hình ảnh phát xạ (PET) truyền (CT) sử dụng kênh dị  Để đếm phân biệt photon tia X riêng lẻ chế độ CT Các yêu cầu đáp ứng tốt cách lấy mẫu tín hiệu tương tự từ kênh dị riêng lẻ sớm tốt, sử dụng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số (ADC) kỹ thuật số có sẵn, b, 100 MHz, tốc độ cao Xử lý mảng cổng lập trình trường (FPGA) Lõi đơn vị xử lý bao gồm Xilinx SpartanIIe chứa tới 16 kênh riêng lẻ Kiến trúc ban đầu thiết kế cho 1024 kênh, tính mơ đun cho phép mở rộng hệ thống lên đến 10 K kênh Kiến trúc song song hỗ trợ tốc độ đếm vượt triệu lần truy cập / s / máy soi chế độ CT lên đến 100 K kiện / giây / máy quét chế độ PET, với cửa sổ thời gian trùng hợp nhỏ 10 ns toàn chiều rộng nửa tối đa Hình :Ngun lí hoạt động máy PET/CT 3.2.1 Cấu tạo máy PET Máy dò PET bao gồm loạt hàng nghìn tinh thể chiếu sáng hàng trăm ống nhân quang (PMT) xếp theo hình trịn xung quanh bệnh nhân Các tinh thể xạ hình chuyển đổi xạ gamma thành ánh sáng phát khuếch đại PMT  Tín hiệu so với Photon ngẫu nhiên "Tiếng ồn" Các nhà sản xuất thiết bị hình ảnh PET tiếp tục cải thiện hiệu suất chẩn đoán Trọng tâm họ tăng độ xác thời gian xác định vị trí phát photon tia gamma Các tia gamma ngẫu nhiên tồn môi trường hệ thống chụp ảnh PET phải phân biệt photon ngẫu nhiên với cặp photon tạo thể Để làm điều này, hệ thống phải phát cặp photon tương quan theo thời gian hay nói cách đơn giản diện hai proton tạo lúc chuyển động ngược chiều Hệ thống thực điều cách phân tích vị trí cặp photon chạm vào dãy máy dị hình trịn để đảm bảo chúng di chuyển theo hướng ngược Hệ thống phải đo xác cặp photon chạm vào máy dò để đảm bảo chúng tạo gần lúc Sử dụng thông tin này, hệ thống PET phân biệt nhiễu photon ngẫu nhiên từ tín hiệu mong muốn Hình :Sơ đồ khối hệ thống PET Biểu đồ cho thấy nhiều nhóm máy thu có chung phân biệt thời gian  Phát cường độ tín hiệu Photon để địa hóa kiện Để giảm chi phí độ phức tạp, hầu hết hệ thống PET đại có nhiều tinh thể soi sáng PMT Do chênh lệch số lượng tinh thể PMT, hệ thống phải xác định xem tinh thể số nhiều tinh thể lấp lánh bị đập photon Nó thực điều cách phân tích cường độ tín hiệu từ đầu PMT vùng lân cận tinh thể quan tâm Tín hiệu từ đầu PMT chuyển đổi thành điện áp khuếch đại khuếch đại nhiễu thấp (LNA) Tín hiệu PMT tạo xung có tốc độ cơng nhanh phân rã chậm Cường độ tín hiệu từ PMT xác định cách tích phân kỹ thuật số vùng xung miền thời gian Hệ thống sử dụng khuếch đại có độ lợi thay đổi (VGA) sau LNA để bù đắp cho thay đổi độ nhạy PMT Hình :Mạch LNA Mạch Cascode LNA bao gồm Input Stage nguồn chung tải nguồn Output Stage chung Input Stage Cascode LNA đến từ tín hiệu vào RF in input stage tạo nên output stage mà khơng có tín hiệu đầu RF out Điểm hoạt động thiên vị DC chọn từ biểu liệu để thể hiệu suất nhiệt ổn định số tiếng ồn tối thiểu cho dịng xả IDS = 18 mA bóng bán dẫn ATF54143 Mạch phân cực bao gồm mạng điện trở R7, R8 R9 phân áp cung cấp điện áp DC cụ thể, 530 mV Cổng bóng bán dẫn Q1 570 mV Cổng bóng bán dẫn Q2 Điện áp cung cấp DC VDD chọn volt cấu trúc liên kết khuếch đại Cascode cần nhiều điện áp cung cấp DC cấu trúc liên kết khác tụ điện C3, C4, C7 C8 tụ điện rẽ nhánh có chức ngắt tín hiệu AC xuống đất, đó, nhiễu AC có điện áp nguồn DC lượng RF từ bóng bán dẫn bị loại bỏ tạo DC tinh khiết nhiều phân cực điện áp đến Cổng bóng bán dẫn Điện trở R5 cung cấp giới hạn dòng điện chiều cho Cổng thiết bị Q1 điều quan trọng thiết bị điều khiển tới PSAT.Các tụ điện C5 C6 tụ điện phụ cung cấp đường dẫn cho tín hiệu RF chuyển sang mặt đất Các điện trở R6 R10 cung cấp kết thúc tần số thấp quan trọng cho thiết bị cải thiện độ ổn định tần số thấp Điện trở R9 sử dụng để chặn tín hiệu RF để lập đường dẫn RF (hoạt động cuộn cảm RF) truyền điện áp phân cực DC đến Cổng thiết bị Cuộn cảm L1 cuộn cảm RF Các tụ điện C1 C12 tụ điện Khối DC giá trị tính tốn để hiển thị điện trở 0,5 ohm đường dẫn RF 32 MHz Nó áp dụng điện trở shunt R1 R2 cho đầu vào đầu Cascode LNA, thành phần ổn định Cascode LNA tần số cao cách thêm suy hao vào trở kháng đầu vào trở kháng đầu Cascode LNA Để đạt độ ổn định lớn Cascode LNA, kỹ thuật phản hồi song song điện dung áp dụng tụ C9 tăng độ ổn định tần số cao Ngoài ra, ổn định tần số cao tăng lên nhiều mạch cách thêm vào cuộn cảm L2 nguồn cảm ứng thối hóa Cascode LNA thiết kế để có điốt Pin tích hợp cổng đầu vào để xử lý mức công suất xung RF đầu vào cao suốt thời gian truyền hệ thống MRI Kỹ thuật bảo vệ sử dụng điốt Pin shunt nối đất đầu vào Cascode LNA Độ lợi LNA VGA kết hợp khoảng 40dB với phạm vi độ lợi khoảng 20dB Các khuếch đại sử dụng thường có tiếng ồn từ vài nV / √Hz trở xuống, với băng thông phạm vi 100kHz đến 1GHz Bộ khuếch đại phản hồi dòng điện sử dụng để cung cấp tốc độ cao giảm thiểu công suất Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) mật độ cao với độ phân giải 10-bit đến 12-bit sử dụng để điều khiển độ lợi VGA Đầu VGA đưa qua lọc thông thấp, bù offset, sau chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số chuyển đổi tín hiệu tương tự-kỹ thuật số (ADC) 10-bit đến 12-bit tốc độ 50Msps đến 100Msps Các mẫu ADC thường xử lý phân biệt mảng cổng lập trình trường (FPGA) xử lý nhiều đầu ADC Do đó, ADC có đầu LVDS nối tiếp ADC kép với bus đầu CMOS ghép kênh hữu ích số trường hợp để giảm độ phức tạp kết nối nhiễu kỹ thuật số Như nói trên, thơng tin tín hiệu kỹ thuật số từ nhiều PMT sử dụng để tính tốn vị trí vụ công photon cụ thể  Phát thời gian công Photon Thật không may, độ phân giải thời gian đầu máy thu số hóa khơng đủ để xác định thơng tin xác thời gian bay cho hình ảnh nâng cao chí trùng hợp gần hai lần cơng photon Vì lý này, hệ thống PET sử dụng so sánh tốc độ cực cao Các tín hiệu từ số (thường bốn nhiều hơn) PMT gần vật lý tổng hợp tín hiệu kết hợp điều khiển đầu vào so sánh tốc độ cực cao DAC tạo điện áp tham chiếu so sánh để bù cho khoảng lệch DC Cần có độ xác cực cao để tính tốn thời gian bay, đó, dấu thời gian kỹ thuật số tạo cách sử dụng tín hiệu đầu so sánh đồng hồ tốc độ cực cao Bằng cách này, thông tin thời gian so sánh cho nhiều PMT phân tách mặt vật lý khoảng cách đáng kể  Tạo hình ảnh Cặp photon xác định đường xảy va chạm Đây gọi dịng phản hồi (LOR) Bằng cách phân tích hàng chục nghìn LOR, xử lý tín hiệu hình ảnh phụ trợ hiển thị hoạt động va chạm dạng hình ảnh 3-D Trong số hệ thống PET, dấu thời gian hai kiện photon công sử dụng để xác định xem hai lần cơng có đủ gần với thời gian để hệ thống tính tín hiệu hợp lệ hay không Việc xác minh LOR thách thức yêu cầu độ xác thời gian vài nano giây Các hệ thống PET hơn, hiệu suất cao sử dụng dấu thời gian hai kiện công photon để xác định vị trí gần vị trí va chạm LOR Kỹ thuật cải thiện chất lượng hình ảnh Các hệ thống PET tính tốn vị trí vụ va chạm khoảng ~ 10cm cách tính tốn thời gian bay photon vịng 100 giây Tính tốn đặt nhu cầu lớn đáng kể độ xác thời gian hệ thống 3.2.2 Cấu tạo CT SCAN Phần cứng tổng quát CT scanner bao gồm: T: Tube bóng Xquang Có chức phát tia X Khác với bóng Xquang thơng thường khe phát tia X cho chùm tia mỏng cường độ tia chuẩn D: Detectors cảm biến chạy tia X Nhằm cảm nhận mức độ hấp thụ chùm tia X quang phát từ bóng Số lượng chất lượng cảm biến ảnh hưởng nhiều đến hình ảnh máy CT R: Là hệ thống gồm ray, động cơ, khung, Nhằm tạo chuyển động quay cho bóng detectors Hệ thống bàn: Gồm mạch điều khiển, động bước, bàn cho bệnh nhân nằm Có chức dịch chuyển cao thấp, lui tiến theo chế độ điều khiển xác Xử lý trung tâm Hệ thống điều khiển thị hình ảnh: Nhìn vẻ ngồi giống hệ thống máy tính thơng thường Tại người lệnh điều khiển cho máy thực hoàn toàn phần mềm hệ điều hành Các tín hiệu hình ảnh quản lý thơng tin bệnh nhân xử lý Máy rửa phim: Hoạt động máy rửa phim số thông thường Nguyên lý hoạt động bản: Bóng X quang phát chùm tia cố định cường độ độ dày Khi qua vật mẫu (bệnh nhân), cường độ tia X bị hấp thụ phần hay toàn phần Các cảm biến dãy detector cảm nhận thay đổi cường độ hay nói định lượng hấp thụ Các tín hiệu từ cảm biến chuyển xử lý ảnh Ở số hóa, số thuật tốn phức tạp xử lý dựng ảnh hiển thị hình máy tính 3.3 Kiến trúc PET / CT Kiến trúc PET / CT đề xuất, mơ tả Hình 3, bao gồm ba hệ thống Hệ thống thu thập liệu (DASS) bao gồm thiết bị đầu cuối tương tự, chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC), xử lý tín hiệu kỹ thuật số, giám sát thiên vị APD 500-V, điều khiển đồng hồ nguồn Hệ thống máy dò trùng hợp (CDSS) thực phân loại liệu hàng ngày để xác định trùng hợp Cuối cùng, phần mềm xử lý hình ảnh thực việc chuẩn hóa liệu, hiệu chỉnh cuộn lại để tái tạo hình ảnh chụp cắt lớp Trong DASS, cảm biến có kênh xử lý liệu riêng bao gồm tinh thể soi sáng APD, CSP theo sau lọc khử cưa, ADC xử lý dựa mảng cổng lập trình trường (FPGA) (Hình ) Hình Kiến trúc cấp cao máy quét PET / CT hai phương thức chế độ xem bùng nổ kiến trúc bo mạch DASS Để thực tất tính tốn cần thiết cho việc xử lý liệu PET CT chuyên nghiệp, kiến trúc FPGA quan trọng Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số dựa XC2S300E Spartan-IIE Xilinx Inc FPGA bao gồm 64 kb RAM phân phối, bốn vịng khóa trễ 93–300 K cổng tương đương FPGA xử lý tần số xung nhịp vượt 200 MHz, đủ cho giai đoạn đầu hệ thống nguyên mẫu FPGA ưa chuộng xử lý tín hiệu kỹ thuật số có khả thực tác vụ tính tốn phân tán đơn giản chi phí cho I / O thấp Kiến trúc ACQuisition FPGA (Hình 4, bùng nổ từ Hình 3) bao gồm 16 điều khiển ADC chạy tự dựa 150-B cục vào trước (FIFO), số điều khiển cổng I / O dò mức Khi máy dò mức phát tín hiệu có đủ lượng, FIFO cục lưu trữ tới 150 mẫu dạng khung thu nhận Độ dài thu dựa thời gian imum tối thiểu cần thiết để lấy mẫu cạnh tăng tín hiệu máy soi chiếu chậm - BGO - đầu CSP Khi kết thúc lấy mẫu liệu, máy trạng thái hữu hạn chuyển liệu từ FIFO đến RAM chính, nơi điểm chun nghiệp khác diễn Trong trường hợp tinh thể nhiều lớp, quy trình bao gồm xác định thời gian tạo dấu thời gian tính tốn lượng Sau đó, DOI thực cách xác định tinh thể tương tác cách sử dụng phương pháp lý thuyết tín hiệu Hình Hình chiếu bùng nổ FPGA thu nhận (hệ thống DASS), hiển thị khối xử lý kỹ thuật số khác Hình Bộ điều chỉnh thiên vị APD giám sát điện áp Phần quan trọng độ xác hệ thống trùng hợp Đối với máy quét PET 1024 cảm biến, 16 bảng DASS phân bổ xung quanh đường vòng bảng đồng hóa xác để cung cấp dấu thời gian xác Ba yếu tố ảnh hưởng đến độ xác: độ trễ thành phần dây cáp gây ra; thời gian tăng thời gian giảm tín hiệu đồng hồ; tiếng ồn Kiến trúc đề xuất để khắc phục vấn đề cung cấp nguồn đồng hồ tần số thấp, độ rung thấp, độ xác cao (16 MHz) cho tồn hệ thống thơng qua logic kết hợp phát tích cực điện áp thấp có sẵn (LVPECL) đệm nằm CDSS (Hình 6) Khả chống ồn đảm bảo cách sử dụng phân phối xung nhịp vi sai hệ thống Trên bo mạch DASS, tổng hợp tần số LVPECL vi sai nhân 16 MHz với 100 MHz cần thiết Sau đó, đệm trễ khơng điện áp thấp cung cấp xung nhịp 100 MHz cho tất FPGA ADC Với cấu trúc liên kết vậy, độ lệch xung nhịp lý thuyết tồi tệ thành phần bo mạch DASS khác 850 ps, giá trị điển hình không vượt 200 ps Từ kiện lưu với dấu thời gian địa dò, độ lệch đồng hồ kênh dò khác ước tính cách phân tích phân bố thời gian trùng hợp cho cặp dò Hiệu chuẩn phần mềm thực để sửa sai lệch thời gian dư bắt nguồn từ độ dài cáp độ trễ thành phần Hình Phân phối đồng hồ cho máy quét 1024 kênh Tài liệu tham khảo: (PDF) Architecture of a dual-modality, high-resolution, fully digital positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) scanner for small animal imaging (researchgate.net) (PDF) History and future technical innovation in positron emission tomography (researchgate.net) https://123docz.net/document/1118065-y-hoc-hat-nhan-pdf.htm (PDF) Attenuation correction for a combined 3D PET/CT scanner (researchgate.net) (PDF) A Combined PET/CT scanner for clinical oncology (researchgate.net) https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/ 4/4680.html https://thietbiytenhapkhau.com.vn/tong-quan-ve-nguyen-ly-va-cau-tao-maychup-cat-lop-ct-scanner https://www.thaythuoccuaban.com/phanmem-sach-ebook-dongy/ebook/y-hochat-nhat-va-ky-thuat-xa-tri.pdf ... hình ảnh PET/ CT 1.2.3 Những hạn chế m? ?y PET/ CT 1.3 Ứng dụng m? ?y PET/ CT Nguyên lý vận hành PET/ CT 2.1 Nguyên tắt hoạt động m? ?y PET 2.2 Nguyên lý... Giới thiệu sơ lược PET/ CT 1.1 Sự đời lịch sử phát triển m? ?y PET/ CT 1.2 Tìm hiểu sơ lượt m? ?y PET/ CT 1.2.1 Định nghĩa m? ?y PET/ CT .4 1.2.2 Một... dùng hình ảnh PET/ CT mơ lập kế hoạch xạ trị, kỹ thuật xạ trị điều biến liều (Intensitive moderation radiotherapy: IMRT) 1.2 Tìm hiểu sơ lượt m? ?y PET/ CT 1.2.1 Định nghĩa m? ?y PET/ CT PET/ CT kết hợp