hưởng của dòng điện lên cơ thể sống Sau khi khảo sát điện trong cơ thể như cách thức truyền thông tin giữa các tế bào trong cơ thể ở chương 1, bây giờ ta sẽ xét điện như một tác nhân vật lí có thể tác động lên cơ thể, gây nên kích thích thậm chí phá hủy mô và qua đó làm thay đổi trạng thái của chúng. Tác nhân vật lí lúc này đóng vai trò khác đối với cơ thể sống. Không chỉ đưa ra các tham số vật lí và các phương pháp để khám phá bản chất của cơ thể sống. Vật lí còn có khả năng tác động lên hệ thống đó. Những tác động đa dạng ngày càng tỏ ra hiệu quả đặc biệt. Chính vai trò này của vật lí tạo ra chuyên ngành riêng trong y học, chuyên ngành vật lí trị liệu Trong các tác nhân vật lí thì điện là tác nhân quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến nhất trong vật lí trị liệu. Cơ sở cho việc ứng dụng dòng điện trong vật lí trị liệu chính là tác dụng sinh lí của dòng điện đối với cơ thể sống. Mức độ tác dụng sinh lí của dòng điện phụ thuộc và cường độ dòng điện, nếu đấy là dòng một chiều, còn với dòng xung thì tần số cũng đóng vai trò đáng kể. Tùy theo cường độ của dòng điện chạy qua cơ thể sống, tác dụng sinh lí của dòng điện thể hiện trên những cung bậc hết sức khác nhau. Ở dòng có giá trị bé nhỏ hơn 10mA, dòng điện có tác dụng kích thích và tác dụng này từ lâu được xem là có lợi cho cơ thể trong nghiên cứu sinh lí cũng như trong điều trị. Với giá trị lớn hơn 10mA, ta phải hết sức chú ý đến tác động không mấy thuận lợi của dòng điện đối với cơ thể sống và khi dòng điện tới giá trị 25mA, mối nguy hiểm sự sống bắt đâu xuất hiện. Như vậy trước khi đi vào chi tiết, ta có một nhận xét khái quát: tác dụng của dòng điện đối với cơ thể là khá phức tạp, có thể có lợi mà cũng có thể có hại, cho nên cần phải được nghiên cứu kĩ lưỡng Nội dung chính
1.8 Chụp cắt lớp CT (Computed Tomography) 1.2 Chẩn đoán quang tuyếncắt lớp điện toán –Máy chụp cắtlớp điện toán/ CT Scanner 1.2.1 Nguyên lý hoạt động Máy chụp cắt lớp điện toán (CLĐT) thiết bị tạo ảnh số, công cụ cao cấp hệ thống kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh y học Nó dùng để thu thập tạo hỉnh ảnh lớp cắt thuộc nhiều phận khác thể Máy chụp CLĐT ứng dụng nguồn xạ X quang thuộc tính suy giảm tia X xuyên qua vật thể có độ hấp thụ khác Máy hoạt động theo nguyên lý sau: - Bức xạ quang tuyến xuyên qua lớp cắt mỏng (1- 10mm)và vnggóc với trục thể người, tới phát (detector) gồm nhiều tế bào ghi nhỏ để đo xạ quang tuyến bị suy yếu qua vùng khác thể - Hai phận (nguồn phát tia - bóng X quang thiết bị đo - phát hiện) liên kết hữu với nhau, quay quanh thể cho phép thực khoảng hàng ngàn phép đo trọng vòng quay 360°, liệu đo ghi vào nhớ - Hệ thống máy tính điện tử tính tốn, xử lý liệu tái tạo thành hình ảnh lớp cắt Hình 1.6 Mơ q trình cắt lớp vùng bụng Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography Hình 1.7 Ảnh tồn cảnh sọ não Hình 1.8 Ảnh cắt lớp sọ não Hình 1.9 Ảnh tồn cảnh vùng bụng Hình 1.10 Ảnh cắt lớp vùng bụng 1.2.2 Nguyên lý tái tạo ảnh Để hiểu nguyên lý tái tạo ảnh từ tập hợp liệu thu sau thực vòng quét, ta cần nắm số khái niệm sau: 1.2.2.1 Số hố ảnh - ngun tố ảnh Dùng kính lúp quan sát ảnh mặt báọ, ta thấy vơ số điểmcó màu sắc đậm nhạt khác nhau, độ phóng đại kính lớn chấm to, xa ngược lại Tương tự vậy, ảnh lớp cắt máy CLĐT tạo thực chất bao gồm vơ số chấm điêm có độ đậm nhạt khác Mỗi điểm nguyên tố ảnh (pixel) Chất lượng ảnh định chủ yếu hai yếu tố: mật độ nguyên tố ảnh – số lượng nguyên tố ảnh/ đơn vị diện tích độ phân giải đối quang - khả phân biệt mầu sắc ảnh điểm (với ảnh đen- trắng : bậc xám) Mật độ nguyên tố ảnh cao - ảnh mịn độ phân giải đối quang cao - ảnh sâu, sắc nét Để đánh giá chất lượng ảnh, người ta dùng tham số: ma trận ảnh - tập hợp nguyên tố ảnh theo chiều dọc ngang Một ma trận 320x320 gồm 320 hàng hàng có 320điểm Như vậy: - Ma trận 320x320 gồm 102.400 nguyên tố ảnh - Ma trận 512x512 gồm 262.144 nguyên tố ảnh 2 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography - Ma trận 1024x1024 gồm 1.048.576 nguyên tố ảnh Độ đậm nhạt nguyên tố ảnh tạo màu sắc ảnh Trong máy CLĐT, độ đậm nhạt biểu thị độ suy giảm tia X xuyên qua tế bào lượng hoá số đo: gọi số CT Nguyên tố thể tích - Độ suy giảm - Chỉ số CT Hình 1.11: Ngun tổ thể tích ma trận tái tạo ảnh Chia lớp cắt có độ đày đồng nhẩt thành nhiều phần tử, phần tử có khối tích, diện tích bề mặt, bề dày có độ hấp thụ tia X đồng Mỗi phần tử nhỏ bé gọi nguyên tố thể tích (Volume element - voxel - Hình 1.11) Vì cấu trúc lớp cắt khơng đồng nên chùm tía X chiếu qua chúng bị hấp thụ với mức độ khác nguyên tố thể tích Khả hấp thụ tia X nguyên tố thể tích biểu thị tham số gọi hệ số hấp thụ hay gọi hệ số suy giảm Hình 1.12: Quan hệ lượng tia tới tia ló Mối quan hệ lượng tia tới tia xuyên qua nguyên tố thể tích biểu thị phương trình sau (hình 1.12) Trong đó: I1 : Cường độ chùm tia xuyên qua I0 : Cường độ chùm tia tới e : Số logarit tự nhiên 3 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography : Hệ số hấp thụ d: Bề dày Khi chùm tia X xuyên qua không mà dãy nguyên tố thểtích liền kềnhau, nguyên tốnày có hệ sốhâp thụ tương ứng( quan hệ (hình 1.13) Trong phương trình ẩn số cần tìm Như ta biết tốn học, muốn tính n ẩn số độc lập cần phải lập giải hệ gồm n phương trình Ví dụ: Cần tính hệ số suy giảm nguyên tố thể tích xếp liền thành hình vng ta càn chiếu tia X lần: lần theo chiều dọc lần theo chiều ngang (hình 1.14) lập hệ phương trình sau : Hình 1.13 Thu thập liệu để tính tốn hệ số suy giảm tuyến tính Giải hệ phương trình tính trị số suy giảm Trong thực tế phải tăng số lần phát tia góc phát tia số lượng đầu dò số ngun tố thể tích khơng chi mà số lượng lớn (ví dụ 320x320 512x512) nên cần phải có hệ phương trình có số phương trình tương ứng với ẩn số - hệ số suy giảm cho nguyên tố thể tích Hệ số suy giảm biểu khả hấp thụ tia X tế bào, chuyển đổi thành đơn vị đo đặc trưng cho máy CLĐT gọi số CT 4 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography Chỉ số CT nguyên tổ thể tích hiển thị hình tương ứng với nguyên tố ảnh Tập hợp nguyên tố ảnh tạo nên tranh lớp cắt Chỉ số CT tính sau: (Hounsfield Unit) Còn trưòng hợp chất thử khơng khí-độ suy giảm khơng khí = : Dưới số CT tế bào số tổ chức thể người: Vật chất Chỉ số CT Xương/ canxi 60-1000 Máu đông 40-60 Chất màu xám 36 Chất màu trắng 24 Máu 12 Mỡ -100 Như ta thấy thang số CT nằm giải rộng Mỗi số CT tương ứng với mức xám hai cực trắng đen có 2000 mức xám phát Mắt người phân biệt 10 20 mức xám máy chụp CLĐT người ta phải thiết kế để điều chỉnh mức cửa sổ (Window Level-WL) độ rộng cửa sổ (Window Width-'WW) cho hiển thị tối ưu độ tương phản mơ hình 1.2.2.3 Các phương pháp tái tạo ảnh Từ khái niệm ta thấy mục tiêu việc tái tạo ảnh tính số CT nguyên tố ảnh ma trận ánh hiển thị ảnh điểm hình, cần giải hàng ngàn phương trình để tính hàng trăm ngàn số CT cho lớp cắt, nhiên nhờ máy tính mạnh mà ngày việc tái tạo ảnh lớp cắt chiếm từ vài giây đến vài chục giây Vê lý thuyết có phương pháp tái tạo ảnh sau: Chiếu lại (back projection) Chiếu lặp lại (iterative back projection) Lọc chiếu lại (filtered back projection) 5 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography Trong phương pháp trên, phương pháp lọc chiếu lại gọi phương pháp phân tích, ứng dụng hâu hêt máy CLĐT đại Trong sử dụng thuật tốnmột hàm lọc (filter function), để hiệu chỉnh liệu thô với mục đích loại bỏ nhiễu trước chúng chiếu lại vào ma trận để tái tạo ảnh 1.2.3 Cấu trúc máy CLĐT Một hệ thống máy CLĐT thường bao gồm thành phần sau (hình 1.16 1.17) Hình 1.16: Hệ thống máy chụp CLĐT Giàn quay (GANTRY) Bàn bệnh nhân (PATIENT COUCH) Khối điều khiển chuyển động Cơ học Hệ thống máy tính (COMPUTER SYSTEM) Bàn điều khiển (CONSOLE) 6 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện toán X-ray computed tomography Hệ thống tạo điều khiển cao (HIGH TENSION GENERATOR and CONTROLLER) Máy chụp nhiều hình (MULTIF ORMAT CAMERA) Ngồi ra, tuỳ theo nhu cầu máy có thêm phụ kiện : đĩa quang từ, máy chụp LASER, nguồn điện dự phòng (UPS), ổn áp.v.v Hình 1.17: Hình ảnh hệ thống máy CLĐT Sơ đồ khối hệ thốngmáy CLĐT vẽ hình 1.18 Dưới mơ tả vắn tắt nét vài phận chủ yếu nỏi 1.2.3.1 Giàn quay Là nơi chứa bóng X quang, đầu đo – cảm biến (detector) hệ thơng tích lũy liệu (Data Acquisition System - DAS) Để tạo lớp cắt chéo, giản quay điều chỉnh nghiêng so với mặt phẳng thẳng đứng góc +/- 15° -> +/- 30° tuỳ thuộc loại máy Góc nghiêng đặt tự động nhân cơng Phương pháp qt : Bóng XQ cụm đầu đo gắn với quay quanh người bệnh góc 360° (1 vòng tròn) để thực lớp cắt 7 Chương ĨIĨ: Máy chụp cắt lớp điện tốn X-ray computed tomography Hình 1.18: Sơ đồ khối hệ thống máy CLĐT Hầu hết máy CLĐT tại, khoảng 90%, thuộc hệ thứ loại máy chùm tia X từ bóng X quang phát theo dạng hình rẻ quạt bao trùm tồn vùng thăm khám, số lượng đầu đo tuỳ thuộc vào cấu trúc loại máy, phổ biến khoảng từ 600 đến 900 nên lượng tín hiệu thu lớn đủ để tạo hình ảnh rõ nét chi tiết Thời gian cho lớp cắt từ