TỔNG QUAN CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH ppsx

- Các chất tương phản đã được sử dụng như Bismuth, các muối Iode, không khí được dùng để tăng đối quang cho một số tạng trong cơ thể đã được xử dụng từ những năm 1930.. Trong khuôn khổ đ

TỔNG QUAN CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH

Mục tiêu học tập

1 Trình bày được lịch sử phát triển của ngành Chẩn đoán hình ảnh (CĐHA)

2 Phân tích được nguyên lý vật lý của các kỹ thuật X quang, Siêu âm, trình bày được sơ lược nguyên lý Cắt lớp vi tính và Cộng hưởng từ

I Lịch sử phát triển của ngành chẩn đoán hình ảnh

Ngày 8 tháng 11 năm 1895, Wilhelm Conrad Rontgen (1845 - 1923) - giáo sư vật

lý lý thuyết Đại học Wuzburrg, Đức, đã công bố khám phá ra tia X, Rontgen đã được trao giải Nobel Vật lý đầu tiên và được xem là ông tổ của ngành chẩn đoán hình ảnh hiện đại

Phim X quang đầu tiên là tấm kính tráng nhũ tương muối bạc, sau nhiều năm được thay thế bằng phim tráng nhũ tương 2 mặt cảm thụ tia X

Trong những thập kỷ từ 1910 - 1920, Bucky - Potter đã cải thiện chất lượng hình ảnh nhờ xóa được các tia khuyếch tán bằng lưới chống mờ Coolidge, Bowers tạo

ra bóng có dương cực quay, tăng tuổi thọ cho bóng X quang

Vấn đề tương phản luôn được nghiên cứu để cải thiện chất lượng hình ảnh:

- Tương phản tự nhiên có 4 đậm độ cơ bản: calci, nước, mỡ, không khí

- Các chất tương phản đã được sử dụng như Bismuth, các muối Iode, không khí được dùng để tăng đối quang cho một số tạng trong cơ thể đã được xử dụng từ những năm 1930

- Khắc phục các chi tiết nằm ở các độ sâu khác nhau bằng chụp nghiêng, chụp chếch, chụp cắt lớp thực hiện giữa năm 1930

- Năm 1950 bóng tăng sáng và tự động hóa chương trình thăm khám ở trong buồng có ánh sáng, truyền hình, quay phim, chụp ảnh

- Năm 1958, siêu âm bắt đầu áp dụng khám sản phụ sau đó khám bụng

- Năm 1970 phát triển chụp cắt lớp vi tính (CLVT), đến năm 1979 Hounsfield nhận giải Nobel Y học Đầu tiên ứng dụng CLVT cho đầu, sọ não sau đó toàn cơ thể

Nhờ kỹ thuật số hóa đã mở ra cho hình ảnh X quang một hướng mới, X quang số hóa Phim thường chuyển thành phim in bằng tia Laser là tiền đề cho môn Chẩn đoán hình ảnh hiện đại ra đời Đáng kể là X quang can thiệp hay X quang điều trị cho phép xác định chính xác vị trí chọc dò sinh thiết, dẫn lưu các nang, ổ áp xe, tụ dịch, nong mở các động mạch, đặt các Stent, bịt tắc các nhánh mạch máu đang chảy hoặc mạch nuôi cấp máu cho u

- Hình ảnh Cộng hưởng từ xuất hiện là một cuộc cách mạng trong chẩn đoán hình ảnh Đến tháng 11 năm 2003 Lauterbur và Mansfield được giải thưởng Nobel Y học

Bác sĩ chẩn đoán hình ảnh hiện nay không những phải biết vận hành, sử dụng nhiều loại máy móc hiện đại, mà phải có kiến thức cơ bản không những về y khoa

mà còn về lý sinh, vật lý, tin học Sau hơn 100 năm X quang đã trở thành một ngành rộng với kiến thức hiện đại, đòi hỏi nhiều kỹ năng, kỹ xảo Với hình ảnh X quang mới, các nhà lâm sàng cũng phải nắm được các vấn đề cơ bản, cũng phải được đào tạo lại cách đọc phim với hình ảnh mới

Trong khuôn khổ đào tạo chính quy trên thế giới hiện nay của ngành Chẩn đoán hình ảnh (CĐHA) (Radiology, Diagnostic Imaging, Imagerie Médicale) bao gồm các môn học:

- X quang thường quy hay quy ước (Conventional Radiology) gồm các kỹ thuật chẩn đoán dùng tia X từ thời Rontgen ứng dụng cho đến nay vẫn còn một vai trò

nhất định trong chẩn đoán hàng ngày Một vấn đề thời sự gắn liền với X quang thường quy là X quang kỹ thuật số (Computed Radiography) đang được cập nhật nhằm số hoá các hình ảnh X quang để lưu trữ, xử lý như các ảnh kỹ thuật số khác

- Siêu âm hay siêu âm cắt lớp (Ultrasound, Sonography, Echographie, Echotomographie) bao gồm các kỹ thuật siêu âm cổ điển và hiện đại, yếu tố vật lý

cơ bản là áp dụng sóng siêu âm

- Cắt lớp vi tính hay Cắt lớp điện toán (Computed Tomography Scanner - CT, Tomodensitométrie - TDM, Scanographie) Ứng dụng đo tỉ trọng của mô sau khi tia X đi xuyên qua cơ thể, nhờ máy vi tính thu thập dữ liệu, tái tạo ảnh nhờ kỹ thuật số

- Cộng hưởng từ trước đây còn gọi là cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging) Phối hợp sự tính toán của máy vi tính và sự cộng hưởng từ trường có trong nhân H+ của nước trong các mô của cơ thể để tạo ảnh

- Chụp mạch máu và X quang can thiệp (Angiography and Interventional Radiography): Bằng cách đưa các catheter qua đường các mạch máu ta có thể bơm thuốc cản quang để chụp hoặc để can thiệp điều trị một số bệnh Cũng từ thập kỷ

1970, kỹ thuật số ra đời phát triển nhanh chóng, đã tạo tiền đề cho CĐHA nói chung và chụp mạch máu nói riêng có những thành tựu mới Do đó kỹ thuật số hóa hình ảnh thay thế dần các kỹ thuật quy ước, chụp mạch máu có tên mới là “Chụp mạch máu số hóa xóa nền” (Digital Subtraction Angiography - DSA)

Qua hình ảnh số hóa, việc xác định xâm nhập vào các mạch máu nhỏ trong cơ thể trở nên dễ dàng và chính xác hơn, nhờ đó các nhà X quang có thể mượn đường các catheter để đưa hóa chất và các vật liệu khác vào tiêu điểm cần can thiệp để điều trị, đó là X quang can thiệp Chính lĩnh vực này, mà ngày nay người ta có xu hướng xếp khoa CĐHA vào cụm các khoa lâm sàng, chứ không hẳn là khoa Cận lâm sàng như trước

Ngoài ra còn có một số bộ phận chẩn đoán bằng hình ảnh, nhưng không thuộc khoa CĐHA như Nội soi, chụp Nhấp nháy đồng vị phóng xạ (Scintigraphy, Positron Emission Tomography -PET, Single Photon Emission Computed Tomography - SPECT)

II Các cơ sở vật lý của CĐHA

1 X quang quy ước

1.1 Cơ chế phát sinh ra tia X

Tia X được tạo ra nhờ chuyển đổi năng lượng từ các hạt electron thành các photon năng lượng (quang năng) bên trong bóng phát tia X, dạng năng lượng mới này được điều chỉnh qua các thông số về điện như: điện thế - KV, cường độ dòng điện - mA, thời gian phát tia X - sec

- Bóng X quang: là một bóng thủy tinh, bên trong là chân không (bóng Coolidge)

Có hai cực:

Cực âm: (cathode) được cấu tạo bằng cuộn dây tungsten đặt trong một thanh kim loại có hình chiếc tách được đốt nóng lên bởi nguồn điện từ 6 – 10 vôn, có chức năng cơ bản là tạo ra các hạt điện tử (electron), rồi tập trung lại thành luồng hướng vào đích là cực dương

Cực dương: (anode) hay đối âm cực là thanh kim loại rắn, có độ nóng chảy cao, có

số nguyên tử Z lớn như bạch kim (74), wolffram, tungsten - rhenium, molybdenum, Rhodium nối với cực dương của dòng điện có hai chức năng cơ bản

là chuyển năng lượng điện thành bức xạ tia X và tải nhiệt

- Sản xuất ra tia X: Khi đốt nóng âm cực tạo ra các hạt điện tử (HĐT), dưới tác

dụng của độ chênh điện thế cao ít nhất là 40.000volt, các HĐT bị lực hút kéo về dương cực với vận tốc rất lớn Khi các HĐT va chạm với cực dương tạo ra nhiệt năng (99%) và bức xạ tia X (< 1%)

Lực gia tốc của các HĐT phụ thuộc vào hiệu số điện thế của dòng điện được tính bằng KV và chất lượng của chùm HĐT phụ thuộc vào cường độ dòng điện tính bằng mA

- Bản chất của tia X: là một bức xạ điện từ, gồm các sóng dao động theo chu kỳ

hình sin, cùng nhóm với các sóng vô tuyến điện, ánh sáng, các bức xạ I ông hoá

như tia vũ trụ, tia Gamma, các bức xạ đồng vị Trong số phổ sóng điện từ này ta thấy ở cực cao là tai Hồng ngoại 7200 A0, tiếp đến là ánh sáng trắng 3900 A0, ở cực thấp là tia Vũ trụ, tia X bước sóng từ 5A0 - 0,01 A0, A0 = 10-6cm, tia Gamma có bước sóng từ 0,01 – 0,0001A0

+ Số lượng tia sẽ giảm đi theo tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách

+ Tia có tác dụng sinh học ứng dụng trong xạ trị liệu, thận trọng đối với các dòng

tế bào non, tủy xương tạo huyết, thủy tinh thể, bào thai kỳ đầu

1.2 Cơ chế tạo ảnh X quang

- Nguyên lý chiếu X quang cổ điển:

+ Ứng dụng tính chất đâm xuyên qua cơ chất của tia X

+ Tính chất suy giảm chùm tia X sau khi đi qua các cơ chất khác nhau

+ Tích chất kích sáng muối kim loại trên màn huỳnh quang

+ Nguyên lý hình chiếu trong không gian ba chiều, cho phép phân tích được hình ánh sáng tối bình thường, bệnh lý các cơ quan trong cơ thể trong buồng tối

- Nguyên lý chiếu X quang tăng ánh sáng truyền hình:

Với nguyên tắc như trên, nhưng thay màn huỳnh quang bằng bóng tăng độ sáng Làm tăng sáng lên hàng ngàn lần, cho phép chiếu được trong buồng ánh sáng thường

- Nguyên lý chụp X quang thường quy:

+ Ứng dụng tích chất đâm xuyên qua cơ chất của tia X

+ Nhờ tác dụng của tia X lên nhủ tương có muối Bạc trên phim

+ Với kỹ thuật tráng rữa phim và hiệu ứng suy giảm tia X khác nhau sau khi qua các mô khác nhau, ta có hình ảnh trắng đen, xáp trên phim Độ tương phản của trắng và đen có được ta gọi là độ đối quang (contrast)

- Nguyên lý chụp Cắt lớp cổ điển:

+ Thay vì bóng X quang và phim cố định trong chụp thường quy, trong chụp cắt lớp cổ điển có sự di chuyển đồng bộ ngược chiều giữa bóng và phim để xóa các chi tiết trên và dưới lớp cắt Ngày nay người ta bỏ phương pháp này, vì độ phân giải trên hình ảnh rất thấp chất lượng không cao

1.3 Chất lượng của hình ảnh X quang

Chất lượng hình ảnh Y học nói chung, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp ghi hình, đặc điểm của thiết bị, người vận hành kỹ thuật Chất lượng hình ảnh phụ thuộc vào 5 yếu tố sau: độ tương phản, hình mờ, hình nhiễu (noise), ảnh giả (artifact), hình biến dạng Riêng hành ảnh X quang có hai yếu tố quan trọng:

- Độ tương phản (contrast): tức là độ đối quang, do sự khác nhau giữa vùng sáng

và vùng đen trên phim, nó phụ thuộc vào kỹ thuật chụp và người quan sát Ta biết rằng sau khi đi xuyên qua cơ thể tia X bị hấp thụ và bị suy giảm một cách khác nhau, vì vậy sự tác dụng lên nhũ tương trên phim cũng khác nhau: nơi nào không

bị suy giảm sẽ tạo nên vùng đen, nơi nào bị suy giảm nhiều tạo nên vùng trắng Tương tự ta có những vùng xám nhiều hay ít tùy thuộc vào hệ số hấp thụ, và xuất hiện thuật ngữ “nấc thang xám” (gray scale) Trong hình ảnh X quang thường quy

có 4 nấc cơ bản là đen của không khí, xám sẫm của mỡ, xám nhạt của nước và mô nềm, trắng của xương

- Sự rõ nét của hình ảnh (sharpness): là sự phân biệt giữa các đường khác nhau

trên phim, độ rõ nét càng cao đường bờ càng rõ Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như:

+ Kích thước tiêu điểm phát tia, nếu càng nhỏ độ nét càng cao và ngược lại

+ Khoảng cách vật phim, càng gần phim càng rõ và ngược lại

+ Sự cố định của vật tạo cho hình ảnh rõ nét, nếu chuyển động tạo hình mờ

+ Thời gian chụp, càng ngắn hạn chế được sự chuyển động, hình ảnh càng rõ

1.4 Cách đọc phim X quang gồm 2 giai đoạn

- Phân tích hình ảnh: là động tác quan sát, mô tả về:

+ Tư thế bệnh nhân

+ Phương pháp chụp

+ Hình dáng, kích thước, vị trí, tính chất của hình ảnh bình thường hoặc bất thường khi so sánh với giải phẫu X quang, tập hợp thành các triệu chứng, hội chứng Trong giai đoạn này cần tránh sai lầm hoặc bỏ sót, do đó cần quan sát tỉ mỉ

- Tổng hợp các dấu hiệu: là giai đoạn tổng kết, đối chiếu các dấu hiệu nói trên với

triệu chứng lâm sàng, các xét nghiệm khác Để hướng đến chẩn đoán gần đúng với

giải phẫu bệnh nhất Giai đoạn này rất phụ thuộc vào kỹ năng của từng nhà chẩn đoán hình ảnh học

1.5 Các hình ảnh cơ bản của X quang thường quy

- Tăng độ cản quang (hyperdensity): khi ta thấy một vùng trắng hơn so với mức

bình thường với chính nó

- Giảm độ cản quang (hypodensity): còn gọi là hình quá sáng, biểu hiện một vùng

xám hơn mức bình thường của nó

- Hình khuyết: có thể gặp trong các trạng rỗng, là hình xâm nhập vào lòng ống tiêu

hóa hoặc trong các xương của cơ thể làm cho thuốc cản quang không ngấm được

Do các nguyên nhân sau:

+ Chèn ép từ bên ngoài: gây ra triệu chứng đầy đủ khu trú, việc chẩn đoán sẽ dựa trên

góc nối để phân biệt khối u ở trong hay ở ngoài thành ống, u ở trong thành góc nối

là góc nhọn; ở ngoài thành là góc tù Dựa trên tâm của cung tròn so với thành: tâm

ở trong là trong thành, tâm ở ngoài là ngoài thành

- Hình lồi: là hình xâm lấn vào trong thành ống tiêu hóa, tương ừng là các ổ loét

hay túi thừa tạo nên cái túi và thuốc cản quang sẽ chui vào Ta dễ thấy hình này khi chụp tiếp tuyến hay chụp nghiêng

- Hình hơi dịch: hơi nằm trên và mức dịch nằm ngang, hình này chỉ thấy khi chùm

tia đi song song với mức dịch, cho dù ở bất kỳ trước thế nào

2 Siêu âm cắt lớp

2.1 Cơ sở vật lý của siêu âm

- Cơ chế phát sóng âm: Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng từ điện

thành các sóng xung tương tự như phát xạ tia X, phát ra từ các đầu dò, có cấu trúc

cơ bản là gốm áp điện (piezo-electric) Sóng âm thanh chỉ truyền qua vật chất mà không truyền qua được chân không, vì không có hiện tượng rung

Một trong những đặc điểm cơ bản nhất là tần số sóng âm phụ thuộc vào bản chất của vật có độ rung khác nhau Đơn vị đo tần số là Hertz, tức là số chu kỳ dao động trong một giây

- Bản chất của Siêu âm: để hiểu được siêu âm ta phải hiểu âm thanh, đó là những

dao động sóng hình sin có tần số từ 20Hz - 20.000Hz nếu sóng âm tần số thấp < 20Hz gọi là Hạ âm, > 20.000Hz gọi Siêu âm Trong lĩnh vực Y tế người ta dùng sóng âm với tần số từ 2 MHz đến 20 MHz (1 MHz = 109Hz) tùy theo yêu cầu thăm khám

- Tính chất của Siêu âm:

+ Sự lan tuyền của sóng âm - Sự suy giảm và hấp thu:

Trong môi trường có cấu trúc đồng nhất, sóng âm lan truyền theo đường thẳng, và

bị mất năng lượng dần gọi là suy giảm Sự suy giảm theo luật nghịch đạo của bình phương khoảng cách Sự hấp thu quan trọng của năng lượng âm gặp vật chất tạo nhiệt Tuy nhiên sự mất năng lượng trong siêu âm không giống bức xạ tia X, vì ở đây còn có hiệu ứng quang từ hoặc hiệu ứng Compton Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào độ cứng và tỷ trọng của môi trường vật chất xuyên qua, trong cơ thể người: mỡ 1450; nước 1480; mô mềm 1540; xương 4100 m/s

+ Sự phản xạ hay phản hồi:

Trong môi trường có cấu trúc không đồng nhất, một phần sóng âm sẽ phản hồi ở mặt phẳng thẳng góc với chùm sóng âm tạo nên âm dội hay âm vang (echo), phần còn lại sẽ lan truyền theo hướng của chùm sóng âm phát ra Như vậy, ở đường ranh giới giữa hai môi trường có trở kháng âm (acoustic impedance), ký hiệu là Z,

Z khác nhau tùy thuộc cấu trúc của vật chất đặc biệt là số nguyên tử Sóng phản hồi sẽ thu nhận bởi đầu dò, sau đó được xử lý trong máy và truyền ảnh lên màn hình (display), hoặc ghi lại trên phim, giấy in hoặc trên băng đĩa từ Tất nhiên các sóng phản hồi không được thu nhận bởi đầu dò sẽ bị biến mất theo luật suy giảm

+ Sự khúc xạ, nhiễu âm:

Khi chùm sóng đi qua mặt phẳng phân cách với một góc nhỏ, chùm âm phát ra sẽ

bị thụt lùi một khoảng so với chùm âm tới còn gọi là nhiễu âm Chính điều này sẽ tạo ra ảnh giả

- Đầu dò (Transducer - Probe): làm nhiệm vụ vừa phát vừa thu sóng âm phản hồi

Nó bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện (piezo-eletric), khi có dòng điện xoay chiều tần số cao khích thích vào miếng gốm này làm cho nó co giãn và phát

ra xung siêu âm Ngược lại khi miếng áp điện rung lên do sóng siêu âm dội trở về

sẽ tạo ra một xung động Sóng siêu âm lan truyền vào các mô trong cơ thể, gặp các mặt phẳng sẽ gặp các sóng âm dội trở về Mỗi âm dội mà đầu dò thu nhận được sẽ chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu này sẽ được chuyển thành tín hiệu trên màn hình, và tất cả chùm sóng âm quét tạo nên hình ảnh siêu âm

Tùy theo máy và hãng sản xuất, các đầu dò quét được nhờ một hệ thống cơ khí hay điện tử, với chùm thăm dò theo hình chữ nhật hay rẽ quạt

+ Đầu dò quét cơ học:

Trong đầu dò có bộ chuyển động được gắn với tinh thể gốm áp điện hoặc một tấm gương phản âm Chức năng của bộ này giống như một bộ đèn pha quét ánh sáng chùm đơn, chuyển động nhờ một bánh xe hoặc một chuyển động kế Các dao động sóng sẽ phản chiếu nhờ tấm gương

+ Đầu dò quét điện tử:

Các tinh thể gốm áp điện được xếp thành một dãy theo chiều ngang (tuyến tính), được mở ra một cửa sổ (aperture) nhỏ lớn phụ thuộc vào số lượng tinh thể, chiều rộng của chùm sóng âm khi phát ra