máy chụp cắt lớp điện toán (ct)

MỤC LỤC Bảng Phân công Nguyên lý máy Cấu tạo Chức phận Vận hành máy ứng dụng câu hỏi [Type text] Page 1.Công Việc Tên Việc Thành viên Nguyên lý máy CT Hằng, Tân, Trung Cấu tạo phận Hằng, Tân, Hiếu Chức Hằng, Tân, Trung, Đạt Sơ đồ khối điều khiển Trung, Tân, Hiếu Sơ đồ khối vận hành Trung, Hiếu, Đạt Mô hình mô Hiếu, Đạt Ứng dụng Hằng, Đạt [Type text] Page 2.Nguyên lý máy CT: 2.1 Lịch sử đời của CT Vào khoảng những năm 20 của thể kỷ trước (1920), nhà khoa học nghiên cứu kỹ thuật chụp X-quang theo từng lớp của thể, nghiên cứu đó đã dẫn đến sự hình thành của thuật ngữ tomography Nhưng mãi đến những năm 70 thì kỹ thuật chụp CT mới chính thức được công bố dần hoàn thiện Chụp cắt lớp điện toán kĩ thuật được Godfrey Hounsfield, nhà khoa học người Anh sáng tạo năm 1972 nhận giải Nobel Y học năm 1979 Lúc ông vừa tròn 60 tuổi Ðây kĩ thuật X-quang đặc biệt cho phép nghiên cứu những hình ảnh cắt lớp phần mô khác của thể sống nhờ dụng cụ đặc biệt gọi scanner (thuật ngữ chính thức được Hounsfield dùng năm 1980) 2.2 Ý tưởng và nguyên tắc hoạt động của máy CT [Type text] Page Phương pháp chụp CT dùng đầu đèn để phát chùm tia X có độ dày nhỏ xuyên qua thể ở nhiều góc độ khác Qua đó hệ thống đầu dò được bố trí ở phía đối diện se thu lại cường độ hấp thụ của tia X qua mô khác tái tạo lại thành ảnh lát cắt chiều của đối tượng chụp Cơ sở vật lý của CT chính hiện tượng hấp thụ xạ tia X của thể Tia X được tạo dòng electron từ dây tóc bị đốt nóng đập vào dương cực làm bằng vật liệu Tungsten, hay Vonfram môi trường chân không Có hai loại tia X: tia X xạ hãm (Bremsstrahlung) tia X đặc trưng (Characteristic X-ray) Thông thường, người ta dùng tia X xạ hãm ở khoảng lượng thích hợp (thường từ 25 keV đến 120 keV) Đầu đèn phát tia X gồm cực cathode bia anode được đặt bóng chân không, phần được gọi tim đèn hai đầu của nó đều có hệ thống cáp dẫn để cấp nguồn cao thế Toàn cấu trúc được đặt vỏ máy kèm với hệ thống tản nhiệt [Type text] Page của nó bao gồm phần nắp cao su có thể giãn nở, hệ thống động làm quay anode hệ thống bơm dầu tản nhiệt ngập toàn buồng máy Dưới hiệu điện thế lớn, electron ở phía cathode se bị bắn về bia anode, với xác xuất nhỏ se xảy hiện tượng electron qua phân tử bia anode se bị lực hút của điện tích dương làm giảm tốc đổi hướng bay đồng thời sinh sóng điện từ ở bước sóng khoảng 10-8-10-12m hay gọi tia X.Chỉ có khoảng 1% lượng điện từ hệ thống cao thế được chuyển hoá thành tia X, 99% lại phần lớn sinh nhiệt Lượng nhiệt khổng lồ cần phải được giải phóng nhanh chóng để đảm bảo hoạt động của máy Ngoài ,có xác suất electron va chạm với nguyên tử ở lớp của phân tử bia anode làm nguyên tử rời khỏi liên kết Một nguyên tử ở lớp se chiếm vị trí lỗ trống vừa tạo thành Sự chuyển mức lượng se sinh sóng điện từ ở bước sóng tia X Chúng được gọi tia X đặc trưng Khi tia X qua mô khác của thể nó se bị hấp thụ khác nhau, nhờ đó ta thu lại cường độ tia ta se có thể tạo lại ảnh của đối tượng được chụp Sự khác biệt rõ giữa X-quang CT cũng chính ở bước thu nhận xử lý dữ liệu Về nguyên lý tạo ảnh của CT, hệ thống máy tính se sử dụng những thuật toán phức tạp để ghi lại cường độ tia X bị hấp thụ ứng với góc chụp của nó Sau đó dữ liệu se được tính toán xếp lại thành ma trận điểm Cường độ cao thấp thu được se được chia theo thang xám ứng với điểm tối sáng ảnh hiển thị Để đánh giá độ hấp thụ tia X, người ta se gán cho mô hệ số hấp thụ khác nhau, thông thường, mô hấp thụ tia X mạnh se có trọng số lơn ngược lại Toàn đối tượng chụp se được chia thành voxel, qua đó hệ số hấp thụ khác se rải rác tương ứng voxel Chính voxel se trở thành pixel ảnh được tái tạo [Type text] Page [Type text] Page 3.Cấu tạo,chúc và sơ đồ khối bộ phận Để khảo sát cấu trúc của máy CT trước hết nên nhìn lại trình tiến hoá của hệ thống CT Nhìn chung, nếu ta chia thế hệ CT theo cách bố trí, vận hành đầu đèn đầu dò thì ta có thể phân chúng thành thế hệ Tuy giữa tạo về mặt biệt.Thực tế những phần chính thế hệ máy có sự khác biệt về cấu nguyên lý không có sự khác hệ thống CT hiện đại vẫn bao gồm là: Bàn bệnh Hệ thống nối • Giàn quay(gantry) nhân máy tính điều khiển, lưu trữ, kết • • Bàn bệnh nhân có khả di chuyển bệnh nhân vào vùng quét với tốc độ chính xác tới từng mm Bàn cũng có khả nâng lên hạ xuống để tiện việc di chuyển của bệnh nhân Bên cạnh đó bàn cũng được thiết kế với tư thế nằm thoải mái để giảm căng thẳng cho bệnh nhân Thông thường bàn cũng có chế độ điều khiển bằng tay tự động Hệ thống điều khiển bàn bệnh nhân: [Type text] Page Từ máy chủ điều khiển trung tâm se phân thành phận máy chủ phần động nằm phần xoay của gantry máy chủ phần tĩnh nằm phần khung của khoang máy Bàn bệnh nhân se máy chủ phần tĩnh trực tiếp điều khiển Bộ phận máy tính điều khiển chính não của toàn hệ thống CT Các máy tính đảm nhận công việc phải có cấu hình mạnh thường được cài sẵn phần mềm chương trình ứng dụng tương ứng với hệ thống phần cứng của máy Máy chủ phần tĩnh se đảm nhận điều khiển chuyển động bàn bệnh nhân, gantry, tản nhiệt đầu đèn, cảm biến theo dõi vận hành, hệ thống đèn định vị cũng hệ thống kiểm tra báo lỗi của toàn hệ thống máy chủ phần động se điều khiển phận liên quan tới chế độ chụp hệ thống nguồn cao thế, lựa chọn tim đèn, điều khiển collimator, hệ thống thu dữ liệu Bộ não se điều khiển ghi lại tất hoạt động của máy Với những hãng khác nhau, phận điều khiển có thể có đôi chút khác biệt nhìn chung chúng đều có những phận như: • Các khối nguồn hệ thống tạo, điều khiển nguồn cao thế: cung cấp nguồn cao thế cho đầu đèn nguồn nuôi cho toàn hệ thống Đối với biến áp cao thế, loại biến áp tăng áp với nguồn vào 220V 380V áp điện thế chiều cỡ 40kV tới 150kV Nguồn điện lưới se qua khối nguồn để cấp lượng điện cho phận khác của máy, hình minh hoạ nguồn điện cấp cho hệ thống đầu đèn • kV selector se đảm nhận việc lựa chọn mức điện thế ứng với chế độ chụp của hệ thống [Type text] Page Exposure timer se ghi lại thời gian chịu liều của bệnh nhân đồng kiểm soát thời gian phát tia • High voltage transformer se tạo nguồn cao thế cung cấp cho tim đèn • Bridge rectifier se chính lưu dòng để tạo dòng chiều cao thế • Các khối mA stabilizer, mA selector, Focal spot selector se điều khiển việc lựa chọn tim đèn vết hội tụ của tim đèn Hệ thống máy CT cần phải có sự phối hợp chính xác của nhiều phận với nhau.Vì thế máy se có hệ thống điều khiển học đảm nhận việc đồng hoá chuyển động của bàn bệnh nhân giàn quay cũng phối hợp với hệ thống khác kiểm soát hệ thống vận hành Hệ thống đó hệ thống tản nhiệt điều khiển tốc độ xoay anode, tốc độ bơm của động tản nhiệt, tốc độ quạt tản nhiệt CT hệ thống kỹ thuật yêu cầu độ chính xác tính an toàn cao, tất hoạt động của chúng se được theo dõi bởi hệ thống kiểm tra báo động lỗi Hệ thống se kết nối với tất hệ thống khác se phát phát lệnh báo lỗi dừng máy nếu phát hiện lỗi ở phận của máy trước vận hành Các lỗi phát hiện có thể được báo bằng còi bằng cửa sổ hiển thị phần mềm chính vì thế hệ thống giao tiếp với người điều khiển hết sức được trú trọng Đối với hệ thống đầu dò dữ liệu thu được se được mạch chuyển đổi tín hiệu chuyển thành tín hiệu số để qua đó chúng se được xử lý bởi mạch tích chập để loại bỏ nhiễu cũng loại dữ liệu dưới ngưỡng Sau đó dữ liệu se được tái tạo dưới dạng ma trận để chuyển thành ảnh theo cường độ Khối xử lý ảnh se cho phép ta thực hiện thao tác điều chỉnh độ tương phản, làm rõ, làm trơn, khoanh vùng nhận diện ảnh khối chuyển đổi trước hệ thống lưu trữ se thực hiện nén dữ liệu dưới nhiều chuẩn ảnh khác tuỳ theo mục đích sử dụng [Type text] Page Hình cho ta thấy sự kết nối của hệ thống tái tạo ảnh với khối: • • • Hệ thống hiển thị in xuất kết Lưu trữ dữ liệu xử lý ảnh sau chụp Ngoài ngày có khối kết nối với hệ thống DICOM, PACS để phục vụ nhu cầu truyền tải hội chẩn bệnh từ xa Bộ phận quan trọng cuối của hệ thống CT chính giàn quay Giàn quay phận đặc biệt quan trọng đối với hệ thông CT, nó chứa phận gồm đầu đèn, dãy đầu đò kèm theo hệ thống mạch thu dữ liệu mạch điều khiển Bộ phận quan trọng không thể thiếu đó hệ thống đầu đèn Phần tử chính đảm nhận công việc tạo tia X chính tim đèn Bên cathode anode [Type text] Page 10 Đầu cathode bao gồm sợi đối gắn điện cực phụ (điện cực Wehnelt), điện cực gọi chén hội tụ, se vừa đồng thời làm giá đỡ vừa tạo khe hội tụ cho chùm electron bay về phía anode Để electron có thể hội tụ tốt, người ta se cung cấp điện thế âm, điện thế se đủ để tạo nên từ trường điều khiển đường bay của electron Bên cạnh đó để nâng hiệu suất electron bay về anode, người ta se hút chân không tim đèn để loại bỏ phần tử khí cản trở đường của electron Thực tế vận hành, người ta thấy rằng cathode se cho hiệu ứng tạo electron tốt nếu nó đã được đốt nóng ở nhiệt độ thích hợp Điều cũng dẫn tới vấn đề khác nếu làm việc lâu dưới môi trường thế sợi đốt se bị bốc dần tạo phần tử dẫn điện tích luỹ làm giảm độ chân không chí có thể tạo hồ quang hết sức nguy hiểm Để khắc phục điều tim đèn hiện đại người ta thường làm sợi đốt bằng hợp kim Vonfram với 1-2% Thôri Bên cạnh đó người ta sử dụng sợi đốt đặt chén hội tụ tương ứng với kích thước to nhỏ.Mục đích chính của việc dùng sợi to, nhỏ để giảm tải cho cathode mà phụ thuộc vào yêu cầu của đối tượng chụp Các bạn có thể thấy rõ hình, ứng với từng sợi to, nhỏ thì cũng có vết hội tụ to nhỏ khác Và chính vết se cho ảnh với độ phân giải khác Về phía anode, hầu tất hệ thống CT hiện đại đều sử dụng anode dạng đĩa quay Đây chế tản nhiệt hiệu đồng thời giảm thiểu nguy anode bị bào mòn va đập của electron Thông thường vật liệu làm đĩa anode thường hợp kim của W Mo, ưu điểm của hợp kim độ bền nhiệt cao độ nhám bề mặt thấp Đĩa anode se được gắn vào trục làm bằng Mo để cách nhiệt với phần roto của động Phần roto se xoay nhờ từ trường cảm ứng từ cuộn dây Stator đạt sát thành tim đèn Theo tìm hiểu, tốc độ quay của anode khoảng 3000-9000 vòng/phút Rìa của đĩa anode se được vát xéo góc từ 7-20º để hướng chùm tia về phía cửa số phát tia, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới trường chiếu (FOV) độ phân giải của ảnh [Type text] Page 11 Khi tia X chiếu vào thể, tất chúng đều có hiệu việc tạo ảnh Một số se bị tán xạ vẫn đến được hệ thống đầu dò gây nên sự sai lệch ảnh Số khác se bị tán xạ bị hấp thụ không thể cho được ảnh, những tia thế se gây liều vô ích lên bệnh nhân Để giảm thiểu tia bị lệch hướng, người ta se đặt phía trước dãy đầu dò hệ thống lưới (grid) thường làm bằng chì để hấp thụ tia có phương tới không vuông góc với mặt đầu dò Nguyên nhân chính gây tia không xuyên qua được thể để tạo ảnh cường độ của chúng không đủ lớn.Có nhiều cách để hạn chế tia X cường độ thấp Một số đó cách đốt nóng cathode để tạo nhiều electron Phương pháp khác xử dụng hệ thống chuẩn trực (collimator) được làm bằng nhôm để vừa hấp thụ tia có cường độ thấp vừa điều khiển kích thước tia lọt qua để lựa chọn độ dày lát cắt Một phương pháp khác nữa tăng hiệu điện thế cấp cho đầu đèn để gián tiếp tăng cường độ của chùm tia Người ta gián tiếp giảm liệu cho bệnh nhân nhờ sự dụng hệ thống thu dữ liệu đa đầu dò Thay vì sử dụng đầu dò đơn tinh thể trước đây, người ta se sử dụng đầu dò có kích thước (chiều dài) bé để thành nhiều dãy đầu dò Ngày sự tiến của công nghệ đã cho phép số lượng dãy dầu dò ngày tăng lên, từ 2->4->8->16>32->64 Việc sử dụng nhiều dãy đầu dò không giúp ta chụp được nhiều lát cắt mỗi lần chụp mà bên cạnh đó, việc lát cắt mỏng dần se cho ảnh hiển thị chi tiết với ý nghĩa chẩn đoán cao [Type text] Page 12 Bảng cho thấy ưu điểm vượt trội của CT đa lát cắt so với CT đơn lát cắt Hệ thống đầu dò phổ biến hiện gồm loại: Loại thứ đầu dò buồng ion hoá, loại đầu dò se có buồng được bơm đầy khí trơ, thường Xe với áp suất cao Bức xạ tia X vào buồng se ion hoá chất khí tạo thành điện tử trái dấu di chuyển về cực để hình thành tín hiệu điện • Loại lại đầu dò nhấp nháy, tinh thể nhấp nháy thường chất bán dẫn có khả nhận photon tia X để chuyển thành ánh sáng khả kiến Tín hiệu nháy sáng của tinh thể se được cảm biến quang ghi lại • Thực tế, hầu hết máy CT thế hệ thứ sử dụng đầu dò buồng ion hoá, tất máy CT thế hệ thứ số máy CT thế hệ thứ đặc biệt thì sử dụng đầu dò nhấp nháy [Type text] Page 13 4.Vận Hành: Phần vận hành mô hình: (hình) Phần vận hành phần mêm: Hình ảnh bạn thấy ở chính giao diện chính của phần mềm điều khiển mô hình mô của .*giới thiệu sơ bộ chức của các phím menu (hình ảnh) Mô hình mô thực tế không có khả chụp ảnh, nó vận hành phối hợp bàn gantry đồng thời cho hiển thị ảnh từ sở dữ liệu có sẵn theo chế độ chụp Thực tế muốn có được ảnh hiển thị thì dữ liệu chụp thu từ đầu dõ se phải qua hệ thống thu nhận chuyển đổi dữ liệu phức tạp [Type text] Page 14 Câu hỏi: [Type text] Cách calib máy CT? Khi gantry quay tim đèn phát lần? vì máy CT thực có hai hình ? Tia X xuyên qua bàn bệnh nhân có ảnh hưởng gì? Cách truyền dữ liệu vào máy tính? So sánh chụp standar henical? vì phải sử dụng nhiều góc chiếu,mô tả thuật toán tạo ảnh? Page 15 ... text] Page Từ máy chủ điều khiển trung tâm se phân thành phận máy chủ phần động nằm phần xoay của gantry máy chủ phần tĩnh nằm phần khung của khoang máy Bàn bệnh nhân se máy chủ phần... ngữ tomography Nhưng mãi đến những năm 70 thì kỹ thuật chụp CT mới chính thức được công bố dần hoàn thiện Chụp cắt lớp điện toán kĩ thuật được Godfrey Hounsfield, nhà khoa học người... 2->4->8->16>32->64 Việc sử dụng nhiều dãy đầu dò không giúp ta chụp được nhiều lát cắt mỗi lần chụp mà bên cạnh đó, việc lát cắt mỏng dần se cho ảnh hiển thị chi tiết với ý nghĩa chẩn