Chụp cắt lớp tia X pptx

Chụp cắt lớp tia X Ở thời đại kỹ thuật số, người ta đã tạo ra các kiểu chụp ảnh không cần ánh sáng, không cần phim, chủ yếu là tự động điều khiển đo, xử lý bằng máy tính. Đặc biệt trong y học, các phép chụp ảnh phổ biến hiện nay như: Chụp cắt lớp tia X, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp siêu âm thường và siêu âm Doppler… là những cách chụp ảnh kỹ thuật số tiêu biểu. Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về nguyên tắc và ứng dụng của chụp cắt lớp tia X. Chụp X quang thông thường - Bước đột phá đã hơn 100 năm Năm 1895, nhà vật lý nổi tiếng người Đức Rontgen côngbố đã tìmthấymột loạitia (chưabiết là tiagìnên gọilà tiaX) cónhiều tínhnăngkỳ lạ,đặcbiệtnhấtlà nóxuyênqua được nhiều vật mà ánh sáng không xuyên qua được. Trong công bố đó, Rontgen đã đưa ra một bức ảnh đầy ấn tượng chụp chính bàn tay của vợ mình, phần da thịt thì hầu như trong suốt, còn các đốt xương hiện rõ, mầu đen đậm, đặc biệt thấy cả hình dạng của chiếc nhẫn vàng đeo ở ngón tay. Bức ảnh làm chấn động cả thế giớilúc bấygiờ vìđó là lần đầu tiên con người tìm ra cách nhìn thấy được các bộ phận (xương) bên trong mà cơ thể vẫn nguyên vẹn,người vẫn sống bình thường. Phương pháp chụp Xquang phát triển từ đó và cho đến nay, đây vẫn là một phươngphápkhôngthể thiếu trong chẩnđoányhọc, bệnhviện nàocũng có phòng X quang. Tuy nhiên, với nguyên tắc chụp X quang thông thường, ta thấy thông tin từ ảnh X quang có nhiều hạn chế. Ví du,ï chiếu chùm tia X qua bàn tay và đặt tấm phim dưới bàn tay. Có thể hình dung chùm tia X gồm nhiều tia rất mảnh, mỗi tiađi thẳngxuyênqua bàntay và đếnphim,tácdụng vàomộtđiểmtrên tấmphim. Nếu tia đó đi qua bàn tay ở chỗ chỉ có da, thịt thì tia đó còn mạnh (cường độ lớn), tác dụng mạnh lên phim, điểm tương ứng trên phim đen đậm. Nếu tia đó đi qua bàntaychỗ cóxương,vìxương cómậtđộ vậtchất(khốilượng riêng,tỷ trọng) lớn, hấp thụ mạnh tia X, nên khi ra khỏi bàn tay, tia đó bị yếu, tác dụng yếu lên phim, điểm tương ứng trên phim nhạt. Như vậy, những chỗ đậm, nhạt trên phim là do đoạnđườngtươngứngxuyên quabàn tayhấpthụ íthaynhiều tiaX.Nói cáchkhác, nhìnnhữngchỗ đen,trắngtrênphim,tachỉ suyrađược mậtđộ vậtchất trungbình dọctheo đoạnđườngmàtiaXđã điqua.Ảnhcóđượclàảnhhaichiều,nhìn vếtđen của đốt xương ngón tay trên phim ta phán đoán được đốt xương cócân đối ở giữa ngón tay hay không; còn cao hay thấp, cong lên hay cong xuống thì không biết được.Nhiềutrường hợpphảichụphai,bakiểu ảnh theo cáchướng khác nhau mới xác định đượcvị trí một chitiết trênảnh. Chụp cắt lớp tia X Nhận thấy những hạn chế của cách chụp X quang thông thường, hai nhà khoa học là A.M.Cormack v à G.N.Hounsfield (giải Nobel Y học năm 1979) đã tìm cá ch chụp ảnh tia X sao cho đ o được không chỉø mật độ vậ t chất trung bình theo đường đ i xuyên qua vật mà là cả mật độ vậtchấtở từng thể tíchnhỏ c ỡ milimet khối (mm3) của vật, gọi là thể tích phần tử (volume element hay voxel). Nếulàm được như vậy thì bằng cách vẽ những thể tích phần tử đó nằm theo mộ t mặt cắt (một lớp cắt có bề dày khoảng 1 mm), rồi căn cứ vào mật độ vật chất đ o được, tô màu cho từng thể tích phần tử sẽ có được ảnh cắt lớp. Ví dụ, phần tử th ể tíchnàocó (đođược) mậtđộ vậtchấtlớn,ta tômàu đenđậm;phầntử thể tíchnà o có mật độ vật chất nhỏ, tô màu đen nhạt, từ đó sẽ có được ảnh cắt lớp đen trắ ng. Nếuvẽ được trong không gianlần lượtcác ảnh cắtlớpđó, sẽ cóđượcảnh bachiề u của vật. Nhưng làm thế nào đo được mật độ vật chất ở từng thể tích phần tử củ a vật? Về nguyên tắc, người ta chiếu vào vật cần nghiên cứu, ví dụ đầu người, mộ t tiaX thậtmảnh theo một hướng nhất định, rồi bố trí đêtectơ để đo, biết đượctia X chiếutheohướngđó bị hấpthụ mạnh/yếunhư thế nào, tức làbiết đượcmậtđộ vậ t chấttổngcộngcủacácthể tíchphầntử nằmdọctheomột hướng.Ngườitalần lượ t thay đổi hướng chiếu, nói cách khác làquét tia X theo những hướng khác nhau, để lầnlượt thuđượcmật độ vật chấttổngcộng củacác thể tíchphầntử nằmdọc theo những hướng khác nhau đó. Từ những số liệuthu được, người ta tính toánra mậ t độ vật chất của từng thể tích phần tử. Muốn vậy, phải xây dựng những thuật toá n phức tạp, phải thực hiện một khối lượng tính toán rất lớn, phải dùng máy tính tố c độ caomớithực hiệnnhanhđược.Vìthế, ngườitađặttênlàphépchụpảnhcắtlớ p có sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là CT (computer aided tomography hay computed tomography). Ở giai đoạn đầu, muốn có được một ảnh cắt lớp phải xoay ống phát tia X và đêtectơ trong 9 ngày để làm 28.000 phép đo lấy số liệu nhập vào máy tính, tính trong hai tiếng rưỡi mới có được một ảnh cắt lớp hiện lên màn hình CRT và phải dùng máy ảnh phim để chụp lại ảnh hiện trên màn hình. Ngày nay, để chụp ảnh CT, người ta bố trí đồng thời nhiều ống phát tia X, nhiều đêtectơ bán dẫn vây kín cả một vòng quanh chỗ cần chụp, chỉ trong 2 giây đã thu được số liệu để tính ra mật độ vật chất của khoảng 2 triệu thể tích phần tử, kích thướ c mỗichiềucủa một thể tíchphầntử có thể nhỏ đến0,3mm, máytínhnhỏ kèm theo cóthể tínhrấtnhanh kếtquả để hiện ảnh lêngầnnhư tức thời.Còn màu sắc cóth ể chọn tuỳ ý để hình ảnh hiện lên vừa rõ ràng, vừa gần với thực tế. Ví du, chụp đầ u thì nơi nào có mật độ vật chất ứng với xương sẽ gán cho màu trắng, ứng với má u cho màu đỏ, ứng với não cho màu xám… Như vậy, qua cách chụp ảnh CT tia X, ta thấy quy trình của một phép chụp ảnh kỹ thuật số là: 1) Chia vật cần chụp ảnh ra thành từng thể tích nhỏ, gọi là thể tích phần tử (tưởng tượng theo toán học). Vị tr í mỗi thể tích phần tử được xác định bởi các toạ độ xi,yj, zk; 2) Tiến hành các phé p đo để xác định đặc điểmcủa từng thể tích phần tử. Ví du, đốivới trường hợp chụ p ảnhCTtia Xxácđịnhmật độ vật chấtxcủa phầntử thể tíchđó (tỷ lệ với độ hấpthụ tia X). Nói cách khác, ở trường hợp CT tia X, thu thập tất cả số liệu xijk đối với thể tích phần tử có vị tríxi,yj, zk; 3) Vẽ trong không gian các thể tíchphần tử có các vị trí xi,yj,zkvàtheo xijk tô màu cho các phần tử thể tích. Vẽ trong không gian rất khó, để có được hình ảnh trong mặt phẳng thường phảivẽ từnglớp.Vídụ,vẽ lớpcắtứngvớiviệccắtvậtmộtláttheozk,lúcđó lấytất cả các số liệu về mật độ vật chất ứng với các thể tích phần tử có xi và yj khác nhau nhưng cùng một zk,tacóđượchình ảnh một látcắt vớizk. Vídụ chụpCT tiaX đầu người,chọntrụcztheohướngtừ cổ lênđỉnhđầuvà zklàtoạ độ ngangvớihaimắt, vẽ ra ta có ảnh cắt một lớp ngang qua mắt của đầu. Ta thấy, rõ ràng là chỉ có máy tính mới trợ giúp được cách chụp ảnhnày, đúngtheo nghĩa củahai chữ CT. . của chụp cắt lớp tia X. Chụp X quang thông thường - Bước đột phá đã hơn 100 năm Năm 1895, nhà vật lý nổi tiếng người Đức Rontgen côngbố đã tìmthấymột loạitia (chưabiết là tiagìnên gọilà tiaX). Đặc biệt trong y học, các phép chụp ảnh phổ biến hiện nay như: Chụp cắt lớp tia X, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp siêu âm thường và siêu âm Doppler… là những cách chụp ảnh kỹ thuật số tiêu biểu. Dưới. hợpphảichụphai,bakiểu ảnh theo cáchướng khác nhau mới x c định đượcvị trí một chitiết trênảnh. Chụp cắt lớp tia X Nhận thấy những hạn chế của cách chụp X quang thông thường, hai nhà khoa học là A.M.Cormack