Mô phỏng tính liều bức xạ máy chụp cắt lớp điện toán (CT)

Chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner) là một bước tiến cách mạng trong kỹ thuật chẩn đoán bằng bức xạ X quang. Trong kỹ thuật chụp cắt lớp điện toán, ảnh tái tạo từ các hình chiếu.

Bạn đã download tài liệu này từ website www bme.vn Các bạn có quyền tựdo sử dụng tài liệu này cho các mục đích học tập, nghiên cứu Nếu bạn sử dụngnhững tài liệu này cho mục đích thương mại phải xin ý kiến của các tác giả Nếubạn không thể liên lạc trực tiếp với tác giả h ãy liên hệ với chúng tôi theo địa chỉbmevn@bme.vn, chúng tôi sẽ giúp bạn.

www.bme.vn

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

- -LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP:

MÔ PHỎNG TÍNH LIỀU BỨC XẠMÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN (CT)

GVHD: TS HUỲNH QUANG LINHSVTH : LÊ MINH ĐẠT

Email : lmdat27@yahoo.com

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 01/2007

LỜI CẢM ƠN

Suốt thời gian học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường Đại Học BáchKhoa thành phố Hồ Chí Minh, em lu ôn nhận được sự giúp đỡ của rất nhiều thầy côcủa Trường ở tất cả các Khoa trong sự vun đắp nền kiến thức cho bản thân Trongngành học, em luôn được sự tận tình dạy bảo của các thầy, cô trong bộ môn Vật LýKỹ Thuật Y Sinh.

Em xin trân trọng ghi nhớ công ơn:

 Ban giám hiệu nhà trường đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi giúp emhọc tập sớm hoàn thành ngành học.

 Các thầy cô của Khoa Khoa Học Ứng Dụng và bộ môn Vật Lý Kỹ ThuậtY sinh đã trực tiếp tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức cơ bản

về chuyên môn, trang bị hành trang quý báu để em bước vào đời.

 Thầy Ts.Huỳnh Quang Linh, đã giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, cốvấn về chuyên môn giúp em hoàn thành môn học luận văn tốt nghiệp,với đề tài “MÔ PHỎNG TÍNH LIỀU BỨC XẠ MÁY CHỤP CẮT LỚPĐIỆN TOÁN (CT)”.

Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn:

 Bác sĩ Phan Thanh Hải, giám đốc Trung tâm chẩn đoán y khoa MedicHòa Hảo.

 Bác sĩ Võ Nguyễn Thành Nhân, cùng tập thể c ác anh chị bác sĩ hiện đang

công tác tại phòng CT, Trung tâm y khoa Medic Hòa Hảo

đã tạo điều kiện cho em thu thập số liệu thực tế tại phòng CT, Trung tâm y khoaMedic Hòa Hảo.

Luận văn này đã được hoàn thành với sự nổ lực của bản thân Kính lời cảmơn Ba Mẹ, anh chị em trong gia đình, bạn bè thân hữu đã giúp đỡ về vật chất lẫntinh thần, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất luận văn này.

Trong thời gian ngắn, việc thực hiện luận văn không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót cả về kiến thức lẫn cách trình bày Em mong muốn nhận được góp ý từquý Thầy Cô và các bạn.

Vì kiến thức, kinh nghiệm và khả n ăng bản thân còn hạn chế, em kính mongnhiều sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè Với những kiến thức đã học ởtrường, em mong muốn góp một phần công sức của mình để xây dựng xã hội, em sẽcố gắng nhiều hơn để thêm nhiều phục vụ và ứng dụng thực tế.

Chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, tháng 01/2007

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner) là một bước tiến cách mạng trong kỹ

thuật chẩn đoán bằng bức xạ X quang Trong kỹ thuật chụp cắt lớp điện toán, ảnhtái tạo từ các hình chiếu Hình chiếu thu được bằng cách đo suy hao của b ức xạ quavật thể tại các góc khác nhau Thiết bị chẩn đoán hình ảnh CT cho phép thu thậpcác số liệu bên trong cơ thể bệnh nhân để tái tạo cấu trúc giải phẫu bệnh nhân 2D,3D; từ đó xác định các khối u và có cấu trúc giới hạn trong mỗi ảnh của bệnh nhân.Những hình ảnh này được sử dụng để quyết định các giải pháp điều trị cho bệnhnhân.

Thiết bị MSCT16 của hãng Toshiba đang hoạt động ở Trung tâm chẩn đoán ykhoa MEDIC, TP.HCM là thiết bị CT hiện đại thế hệ mới có thể dùng để xác địnhchẩn đoán bệnh nào cần đến hình ảnh có chất lượng cao Nhờ độ phân giải cao,MSCT16 cho phép khảo sát toàn bộ cơ thể với các h ình ảnh chi tiết và rõ nét, giúpcho việc chẩn đoán các bệnh lý trong cơ thể được chính xác và rõ ràng.

MSCT16 giúp chẩn đoán các bệnh lý như ung thư, viêm, nhiễm trùng,…Ngoài ra, với ưu điểm thời gian ghi hình nhanh, MSCT16 có thể ghi hình các cấutrúc giải phẫu động như tim và mạch máu Do vậy, cho đến nay MSCT16 là kỹthuật chẩn đoán hiệu quả đối với các bệnh lý tim và mạch máu như dị dạng mạchmáu, phình động mạch hoặc hẹp lòng động mạch.

Do CT dựa trên cơ sở của bức xạ tia X nên các vấn đề liên quan đến an toànbức xạ cũng rất cần được quan tâm Phần hai của luận văn đề cập đến tính toán liềutối ưu cho chụp ảnh CT với các vấn đề liên quan đến bức xạ, liều lượng bức xạ, hấpthụ,… cũng như phần mô phỏng tính liều hấp thụ khi chụp CT.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

1 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

phần i : tổng quan về máy ct 3

2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VẬT LÝ 4

2.1 TỔNG QUAN 5

2.1.1 Giới thiệu 5

2.1.2 Lịch sử phát triển[1] 6

2.1.3 Thu nhận dữ liệu 8

2.1.4 Tái tạo ảnh 8

2.1.5 Số CT và đơn vị Hounsfield[1] 9

2.2 MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN ĐA LÁT (MSCT) 10

2.2.1 Cấu trúc đầu dò trong hệ thống MSCT[1] 12

2.2.2 Hệ thống thu nhận dữ liệu của MSCT 13

3 CHƯƠNG 3 CẤU TẠO MÁY MSCT 16 15

3.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG MSCT 16[4] 17

3.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG[4] 17

3.2.1 Hệ thống phân phối điện áp 17

3.2.2 Khối dàn quay Gantry 17

3.2.3 Bàn nâng bệnh nhân 20

3.2.4 Bảng điều khiển quét 21

3.2.5 Hệ thống xoay rotor 22

3.2.6 Khối hệ thống tạo và lưu ảnh 22

4 CHƯƠNG 4 PHẦN MỀM GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG 28

4.1.1 Phần mềm điều khiển thu nhận ảnh 30

4.1.2 Phần mềm xử lý ảnh 32

4.1.3 Hệ thống eFilm chuẩn DICOM 32

5 CHƯƠNG 5 VẬN HÀNH MÁY MSCT 33

5.1 QUY TRÌNH CHỤP ẢNH 35

5.1.1 Chuẩn bị bệnh nhân 35

5.1.2 Tiến hành chụp 35

5.1.3 Quy trình chụp ảnh CT Tim 36

5.2.2 Những ứùng dụng lâm sàng 37

6 CHƯƠNG 6 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP BẢO TRÌ – SỬA CHỮA 38

6.1 CÁC VẤN ĐỀ Ở PHẦN CỨNG 39

6.2 Ở HỆ THỐNG MÁY TÍNH 40

PHẦN ii MÔ PHỎNG LIỀU BỨC XẠ Ở MÁY ct 41

7 CHƯƠNG 7 CƠ SỞ VẬT LÝ PHÓNG XAï 42

7.1 TƯƠNG TÁC CỦA TIA X VỚI VẬT CHẤT[11] 43

7.1.1 Hiệu ứng quang điện 43

7.1.2 Tán xạ Rayleigh 43

7.1.3 Tán xạ Compton 44

7.1.4 Sự suy giảm của tia X khi đi qua môi trường vật c hất 44

7.2 BỨC XẠ ION HÓA VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO LIỀU[3] 45

7.2.1 Liều lượng chiếu (exposure), ký hiệu:X[3] 45

7.2.2 Liều hấp thụ (absorbed dose), ký hiệu: D[3] 45

7.2.3 Liều tương đương (equivalent dose), ký hiệu: H[3] 46

7.2.4 Liều hiệu dụng (effective dose)[2] 47

7.2.5 Liều tương đương tích lũy của mô hoặc cơ quan[2] 48

8 CHƯƠNG 8 LIỀU BỨC XẠ Ở MÁY MSCT 49

8.1 GIỚI THIỆU[5] 50

8.2 LIỀU BỨC XẠ Ở MÁY CT[7,8,9,10] 50

8.2.1 Chỉ số liều ở máy CT (CTDI - Computed TomographyDose Index) 50

8.2.2 Giá trị liều theo chiều dài quét (Dose Length Product(DLP)) 52

8.3 ĐO LIỀU [12] 52

8.3.1 Ghi đo bức xạ ion hóa 52

8.3.2 Ghi nhận bức xạ ở máy CT 52

8.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LIỀU CHIẾU[5] 54

8.4.1 Các yếu tố thuộc về phần cứng 54

8.4.2 Các yếu tố thuộc về người sử dụng máy 54

8.4.3 Hiệu suất hình học (geometric effective) 55

8.4.4 Hiệu suất hình học trục Z 55

8.4.5 Hiệu suất mảng đầu dò (detector array geometr iceffeciency) 57

8.5 LIỀU CHIẾU Ở CHẾ ĐỘ QUÉT XOẮN ỐC ( HELICAL SCAN)[5] 58

8.5.1 Giá trị pitch 58

8.5.2 Với giá trị mAs là không đổi 58

8.5.3 Với giá trị ‘ Effective mAs’ là không đổi 59

8.5.4 Phép nội suy cho vòng xoay ở chế độ quét xoắn ốc 59

8.6 TỐI ƯU HÓA LIỀU CHIẾU[5] 60

8.6.1 Điều khiển dòng phát tự động 60

8.6.2 Một chất lượng ảnh thích hợp 62

8.6.3 CT với hệ tim mạch 63

8.7 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LIỀU Ở CT 63

8.7.1 Năng lượng chùm tia (Beam Energy) 64

8.7.2 Mật độ năng lượng (mAs) 64

8.7.3 Giá trị pitch ở chế độ quét xoắn ốc 64

8.7.4 Hệ trực chuẩn chùm tia X cho hệ thống máy CT đơn lát 64

8.7.5 Hệ trực chuẩn chùm tia X cho hệ thống máy CT đa lát 64

8.7.6 Kích thước bệnh nhân 65

8.7.7 Những tác động gián tiếp 65

8.8 CÁC THÔNG SỐ CÓ THỂ THAY ĐỔI ĐỂ GIẢM LIE ÀU 65

8.8.1 Giảm giá trị mAs 65

8.8.2 Tăng giá trị Pitch 66

8.8.3 Thay đổi giá trị mAs theo thể trạng người bệnh 66

8.8.4 Giảm năng lượng chùm tia 66

8.8.5 Những chức năng khác dùng để giảm liều 66

9 CHƯƠNG 9 AN TOÀN VÀ KIỂM SOÁT BỨC XẠ 68

9.1 CÁC HIỆU ỨNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ ION HÓA[2] 68

9.1.1 Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa 68

9.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học c ủa bức xạ ionhóa699.2 BẢO VỆ BỆNH NHÂN[2] 71

9.2.1 Chỉ đỉnh đúng 72

9.2.2 Tận giảm liều chiếu 72

9.2.3 Bảo vệ các cơ quan nhạy cảm với phóng xạ 72

10 TÍNH LIỀU BỨC XẠ 74

10.1 GIỚI THIỆU 74

10.2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 75

11 8111.1 KẾT LUẬN 81

11.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 82

12 PHỤ LỤC 1 84

13 PHỤ LỤC 2 1

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

1.CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

Trải qua gần 4 thập kỷ hình thành và phát triển, máy chụp cắt lớp điện toán

(Computed tomography – CT) đã được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán hình ảnh y

học Là công cụ chẩn đoán trong nhiều lĩnh vực lâm sàng như chẩn đoán ung thư,các vấn đề xương khớp, tổn thương mô mềm bên trong cơ thể, cũng như chấn thươngvùng đầu,…

Trong kỹ thuật chụp cắt lớp dùng tia X, ảnh tái tạo từ các hình chiếu Hìnhchiếu thu được bằng cách đo suy hao của bức xạ qua vật thể tại các góc khác nhau.Thiết bị chẩn đoán hình ảnh CT cho phép thu thập các số liệu bên trong cơ thể bệnhnhân để tái tạo cấu trúc giải phẫu bệnh nhân 2D, 3D; từ đó xác định các khối u vàcó cấu trúc giới hạn trong mỗi ảnh của bệnh nhân Những hình ảnh này được sửdụng để quyết định các giải pháp điều trị cho bệnh nhân.

CT được tổng hợp từ các lĩnh vực khác nhau của khoa học như toán học, cơhọc, vật lý, điện tử, tin học để ứng dụng vào y học, chẩn đoán bệnh Cơ sở vật lýcủa CT là các cơ chế phát bức xạ tia X, tương tác năng lượng chùm tia bức xạ vớimô sống, suy giảm năng lượng Nền tảng đầu tiên của toán học được ứng dụng vàolĩnh vực CT chính là các thuật toán biến đổi Radon (nhà toán học Radon xây dựn g

năm 1917) Tiếp theo là các phép toán khác như phép lọc biến đổi ngược (filteredback projection), các thuật toán Ram-Lak (Ramachandran and Lakshminarayanan,1970), Shepp-Logan (Shepp and Logan, 1974), Cosine, Hamming, Hann,…[6] Cácthiết bị cơ học, điện tử của CT đòi hỏi độ chính xác cao , vòng xoay với tốc độnhanh, đầu phát tia X với năng lượng cao,… Tương tự như các thiết bị chụp X quangthông thường nhưng phương pháp chụp cắt lớp điện toàn đòi hỏi năng lượng chùmtia X lớn hơn nhiều, do đó đầu phát tia X hoạt động ở điện lên đến hàng trăm Kv.Bên cạnh đó, các thông tin về ảnh chụp ở dạng kĩ thuật số, vì vậy không thể thiếusức mạnh của máy tính để xử lý ảnh theo các yêu cầu khác nhau Các vấn đề tăngđộ tương phản giữa các mô, cơ quan, độ sáng, xem ảnh dưới nhiều góc độ khácnhau,… tất cả đều được các phần mềm giải quyết.

Ở nước ta hiện nay, hầu hết các bệnh viện lớn đều đã trang bị máy CT phụcvụ công tác chẩn đoán hình ảnh Nhưng việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đếnmáy CT còn rất ít Hầu hết chỉ dừng lại ở mức giới thiệu về một số tính năng, lợi íchcủa chẩn đoán hình ảnh bằng máy CT Với các bệnh viện các vấn đề bảo trì và sửachữa thiết bị CT hầu như phụ thuộc nhiều vào các đối tác cung cấp trang thiết bịnày.Với sinh viên thì đây là đề tài hết sức mới mẻ và rất rộng Trên cơ sở đó mụctiêu của luận văn sẽ nghiên cứu một số vấn đề sau:

 Phần I: Tổng quan về máy CT.

 Cơ sở vật lý của thiết bị chẩn đoán hình ảnh CT Ảnh tái tạo từ các hìnhchiếu Hình chiếu thu được bằng cách đo suy hao của bức xạ qua vật thể tại các góckhác nhau.

 Cấu tạo máy MSCT16 (Multi - Slice Computed Tomography 16) Với

hệ thống đầu dò lượng tử 40 hàng có khả năng thực hiện quét với chế độ 16x0.5mm, thời gian xoay ganty 0.5s/vòng, MSCT16 thể hiện là một chuẩn trong kỹ thuậtchẩn đoán ảnh Các vấn đề liên quan đến hệ thống phần cứng của máy CT sẽ đượcđề cập đến như: hệ thống phân phối điện áp, gantry, bàn nâng bệnh nhân, khối điềukhiển trung tâm, khối xử lý ảnh, hiển thị, lưu trữ.

 Hệ thống phần mềm thu nhận ảnh, xử lý ảnh CT Các chức năng quétảnh, xử lý ảnh, quản lý dữ liệu bệnh nhân.

 Vận hành máy CT: quy trình chụp ảnh, xử lý ảnh. Một số hư hỏng, bảo trì máy.

 Do CT hoạt động trên cơ sở bức xạ tia X nên các vấn đề liên quan đếnan toàn phóng xạ cũng cần được quan tâm Phần II sẽ đề cập các vấn đề liên quanđến liều lượng bức xạ, liều lượng hấp thụ ở máy CT, cũng như mô phỏng tính liềubức xạ.

 Các khái niệm về liều bức xạ, liều hấp thụ, liều hiệu dụng  Hệ thống điều khiển dòng tự động

 Tương quan giữa liều bức xạ với chất lượng ảnh.

 Mô phỏng tính liều bức xạ, tính toán các giá trị như chỉ số liều ở máyCT (CTDI), giá trị liều theo chiều dài vùng được quét DLP.

 Liên hệ từ thực tế (số liệu thu thập tại phòng CT, trung tâm chẩnđoán y khoa medic Hòa Hảo).

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CT

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VẬT LÝ 4

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO MÁY MSCT 16 15

CHƯƠNG 4 PHẦN MỀM GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG 28

CHƯƠNG 5 VẬN HÀNH MÁY MSCT 33

CHƯƠNG 6 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP BẢO TRÌ – SỬA CHỮA 38

2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VẬT LÝ

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ VẬT LÝ

2.1 TỔNG QUAN

2.1.1 Giới thiệu

Chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner) là một bước tiến cách mạng trong kỹ

thuật chẩn đoán bằng bức xạ X quang[1] Công nghệ CT cho phép thu thập các sốliệu bên trong cơ thể bệnh nhân để tái tạo cấu trúc giải phẫu bệnh nhân 2D, 3D; từđó xác định các khối u và có cấu trúc giới hạn trong mỗi ảnh của bệnh nha ân Nhữnghình ảnh này được sử dụng để quyết định các giải pháp điều trị cho bệnh nhân.

Hình 2.1 Mô hình chuyển đổi Fourier (cơ sở của xử lý ảnh CT)

Trong kỹ thuật chụp cắt lớp dùng tia X, ảnh tái tạo từ các hình chiếu Hìnhchiếu thu được bằng cách đo suy hao của bức xạ qua vật thể tại các góc khác nhau.Ảnh gốc có thể xem là các đường chéo qua vật thể trong đó các giá trị cường độbiểu diễn mật độ của vật thể.[1]

Hình 2.2 Biểu diễn tái tạo ảnh trong chụp cắt lớp nhờ bộ phát và các đầu dò.

Các hình chiếu thu thập bằng thiết bị phần cứng chuy ên dụng và sau đó ảnhbên trong của vật thể được tái tạo bằng phép biến đổi Fourier ngược Điều này chophép quan sát cấu trúc bên trong cơ thể hay các vật thể mờ không thấy bằng mắtthường.

Để thực hiện phép chiếu nói trên, hệ thống phải có bộ phát và các bộ thu Bộphát và các bộ thu phải quay xung quanh vật thể để t hu thông số hình chiếu của vậtthể trên các hướng các nhau Các thông số này truyền về bộ xử lý để tái tạo hìnhảnh của vật thể nhờ các thuật toán tái tạo ảnh ngược.

Đây chính là cơ sở để bác sĩ có thể chẩn đoán các bệnh lý, tiền đề cho việcđiều trị bệnh một cách hiệu quả nhất.

2.1.2 Lịch sử phát triển[1]

i ) Thế hệ đầu tiên

CT là sự kết hợp của các công nghệ khác nhau bao gồm phần cứng máy tính,hệ thống động cơ điều khiển, các đầu dò tia X, phần mềm (các thuật toán tái tạoảnh, giao diện người dùng), hệ thống máy phát tia X Thế hệ máy CT đầu tiên sử

dụng hệ thống chùm phát tia dạng xoay/dịch chuyển ( rotate/translate, pencil beamsystem) Chỉ có 2 đầu dò được sử dụng để đo giá trị chùm tia X truyền qua bệnh

nhân tại 2 lát cắt khác nhau Thu nhận một loạt các hình chiếu và chiều tia trongmột phép chiếu ở các góc độ khác nhau Chùm tia ở thế hệ đầu tiên này có dạngsong song Hệ thống phát tia X và thu nhận tín hiệu từ bệnh nhân chuyển động

tuyến tính ngang qua trường nhìn ( FOV - Field of view), cần 160 tia song song đểquét hết 24 cm FOV Sau khi thực hiện hết lần quét đầu tiên, hệ thống sẽ xoay nhẹ

để thực hiện công việc quét tiếp theo Cần phải thực hiện 180 phép chiếu với bướcnhảy 10=> cần có tổng cộng 180 x 160 = 28800 tia chiếu.

Hình 2.5 Thế hệ CT 1&2

Thuận lợi của hế hệ đầu tiên: Với chùm tia dạng pencil, chỉ dùng 2 đầu dò đểđo chùm tia X truyền qua sẽ làm giảm rất nhiều hiện tượng tán xạ Do các tia tán x ạsẽ không được 2 đầu dò ghi nhận.

ii ) Thế hệ thứ hai: xoay/dịch chuyển, chùm rẽ quạt với góc mở nhỏ

Sự tiến bộ lớn nhất của CT thế hệ thứ 2 là sự kết hợp một dãy gồm 30 đầu dòtuyến tính với nhau Với góc mở tương đối khoảng nhỏ 100, hệ thống hoạt độngnhanh hơn 30 lần so với thế hệ đầu tiên Thời gian cần cho mỗi lát khoảng 18 giây,nhanh hơn 15 lần so với thế hệ đầu tiên.

iii ) Thế hệ thứ ba: xoay/xoay, chùm rẽ quạt góc mở rộng

Số lượng đầu dò tăng lên đáng kể ( hơn 800 đầu dò) càng về sau này số lượngđầu dò tăng lên gấp nhiều lần, góc mở rộng hơn trước cho phép chùm tia X đủ tầmsoát toàn bộ cơ thể bệnh nhân Do các đầu dò và mạch điện tử khá đắt tiền dẫn đếngiá thành máy CT thế hệ này khá cao Ống phát tia X và hệ thống đầu dò cùngxoay xung quanh bệnh nhân, bệnh nhân không cần dịch chuyển theo trục Z Do

không có sự dịch chuyển nên thời gian quét về cơ bản được giảm bớt Ở thế hệ nà y,thời gian quét ngắn hơn 5 giây/vòng.

Hình 2.6 Thế hệ CT thứ 3

iv ) Thế hệ thứ tư: xoay/cố định

Thế hệ này được thiết kế để giải quyết vấn đề nhiễu vòng (ring artifact) Hệ

thống đầu dò được thiết kế cố định thành một vo øng tròn bao quanh người bệnh nhânvà được đặt trong gantry.

Nhược điểm của hệ thống đầu dò khá cồng kềnh, trong khi chùm tia khôngthể cùng phát bao quát một vòng 3600.

Hình 2.9 Thế hệ CT thứ 6

Có sự tiến bộ hơn các thế hệ trước, cho phép dựng hình 3D Tuy nhiên, dođầu dò chỉ là loại đơn dãy nên tốc độ quét khá chậm Đây là tiền đề cho th ế hệmáy CT kế tiếp – MSCT.

vii ) Thế hệ thứ 7: Máy CT với đầu dò đa mảng (Multiple Detector Array)

Hình 2.10 Thế hệ CT thứ 7

Với đầu dò đa mảng thời gian ghi nhận tín hiệu nhanh hơn, liều chiếu theo đóđược giảm xuống Hình ảnh thu được rõ hơn, từ c ác lát cắt dễ dàng tái tạo 3D, ảnhtái tạo mịn hơn.

2.1.3 Thu nhận dữ liệu

Mỗi tia bức xạ truyền qua cơ thể bệnh nhân tại một thời điểm sẽ được mộtđầu dò thu nhận lại và chuyển sang tín hiệu số Một loạt các tia cùng truyền qua

theo cùng hướng được gọi là phép chiếu ( projection hoặc view) Hai phép chiếu

thường được sử dụng trong chụp ảnh cắt lớp vi tính là phép chiếu song song và phépchiếu dạng rẽ quạt Hầu hết các máy CT ngày nay đều sử dụng phép chiếu dạng rẽquạt để thu nhận tín hiệu và tái tạo lại Điều này sẽ thu được những tín hiệu truyềnqua cơ thể người bệnh với nhiều góc độ khác nhau

Hình 2.11 Sơ đồ tạo và thu nhận dữ liệu

2.1.4 Tái tạo ảnh

Ống phát tia X

Bàn đỡ bệnhnhân

Hệthống tái tạo

Hệ thốngthu nhận tín

yNguồncao ápRotor

Xử lý và lưutrữ ảnhIn phim

Vòng xoay

Hình 2.12 Mô hình Sinogram

Tái tạo ảnh là thuật toán chuyển đổi các sinogram sang các tấm ảnh 2 chiều.

Kỹ thuật tái tạo ảnh phổ biến nhất là phép lọc biến đổi ngược (filtered backprojection) Với phương pháp này, các dữ liệu sẽ kết hợp với một bộ lọc và ứng với

mỗi góc nhìn được thêm vào một lưới hình vuông tại các góc tương ứng với góc thu

nhận dữ liệu Các bộ lọc thường được sử dụng là Ram -Lak (Ramachandran andLakshminarayanan, 1970), Shepp-Logan (Shepp and Logan, 1974), Cosine,

Hamming, Hann, Tất cả nhằm mang lại nhiều ích lợi như giảm nhiễu, tăng độphân giải không gian Và đây là kết quả ảnh tái tạo từ ảnh Sinogram.[ 6]

Hình 2.13 Bộ lọc trong CTKích thước pixel = FOV/kích thước ma trận ảnh.

Kích thước ma trận ảnh 512x512, 1024x1024, … Kích thước ma trận càng lớn(kích thước pixel càng nhỏ) sẽ càng tăng độ phân giải không gian ảnh.

Hình 2.14 Pixel ảnh và hình tái tạo 3D

Hình ảnh 3D chính là sự kết hợp nội suy từ nhiều lát cắt 2D , thông qua giá trịtương phản HU (*) để phân biệt các cấu trúc giải phẫu của cơ thể Hình ảnh 3D đặcbiệt có ích đối với chẩn đoán tim mạch, mạch máu, vùng não.

Có thể lưu lại thành phim theo các chuẩn video, thuận lợi cho chẩn đoán.

2.1.5 Số CT và đơn vị Hounsfield[1]

Sau khi tái tạo ảnh, mỗi pixel ảnh được thể hi ện bởi số điểm động (precisionfloating point number) với độ chính xác cao Điểm động này được sử dụng cho việc

tính toán nhưng ít được dùng cho hiển thị ảnh Hầu hết phần cứng máy tính hiển thịdùng một số nguyên ảnh Do đó, sau khi tái tạo ảnh CT, nhưng trước khi lưu trữ vàhiển thị, số ảnh CT bình thường được cắt xén để có giá trị nguyên Số CT(x,y) trongmỗi pixel (x,y) của ảnh được chuyển đổi có giá trị:

Dùng bộ lọc

Với đơn vị quy ước là Hounsfield, viết tắt là HU.

Trong đó  x,y là số điểm động của pixel (x,y) trước khi chuyển đổi;

 hệ số suy giảm của nước (0,195).

Số CT có giá trị trong khoảng -1,000 -> +1,000

Mật độ mô có ý nghĩa lớn đối với số CT do chúng ảnh hưởng đến hệ số suygiảm của chùm tia khi đi qua mô/tổ chức Quá trình tái tạo ảnh chính là sự thay đổigiá trị CT hay số CT của các ảnh sinogram trong giới hạn được xác định bởi máytính Các thế hệ máy CT trước đây dùng hệ 12 bit với 4096 giá trị, ngày nay, các thếhệ máy mới sử dụng hệ 16 bit có tầm giá trị 0 – 65535.

Mắt người chỉ có thể cảm nhận giá trị giới hạn của mức gray – scale.

Với ảnh vùng ngực:

Mức 400HU – 40HU không nhìn thấy chi tiết phổi.

Mức 1000HU – 700HU thể hiện chi tiết của phổi tốt nhưng xương và mômềm thì không còn thấy nữa.

Hình 2.15 Số CT & mối quan hệ giữa số CT và độ sáng của ảnh

2.2 MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN ĐA LÁT (MSCT)

Bảng 2.1 Lược sử quá trình phát triển của MSCT

Năm Quá trình phát triển

1971 Nhà nghiên cứu Godfrey Hounsfeld phát minh ra máy CT đầu tiên.1985 Kỹ thuật tịnh tiến vòng ra đời.

1989 Công ty Siemens (Đức) giới thiệu máy CT xoắn ốc đầu tiên.

1991 Công ty Elscint (Haifa, Israel) giới thiệu máy CT 2 lát cắt ( Dual Slice CT).

1995 Xây dựng mô hình máy CT thời gian xoay dưới 1s/vòng.1999 Máy CT 4 lát cắt đầu tiên được giới thiệu.

2001 Máy CT 4 lát cắt thương mại đầu tiên được giới thiệu ở India2002 Máy CT 16 lát cắt đầu tiên được giới thiệu.

2003 Máy CT 16 lát cắt thương mại đầu tiên được giới thiệu ở India

2003 Phát triển thế hệ máy CT 32 lát cắt.

2003 Công ty Toshiba phát triển thế hệ máy CT 256 lát cắt

2003 Nghiên cứu đầu dò dạng phẳng ( Flat panel detector)

2003 Phát triển thế hệ máy quét với thời gian nhỏ hơn 0.4 s/vòng xoay.

2003 Nghiên cứu thế hệ máy CT phát chùm tia hình nón ( Cone Beam CT)

Trở lại năm 1971, với máy CT đầu tiên, để quét một đoạn não có chiều dài10 cm mất đến 40 phút, mỗi lát cắt xoay 1800 được thực hiện trong 4 phút Đến ngàyhôm sau ảnh tái tạo mới hoàn thành Gần 30 năm sau đó, một máy MSCT 16 lát chỉmất dưới 0.5 giây cho một vòng xoay, ảnh tái tạo ch ỉ mất vài mili giây Toàn bộchiều dài cơ thể với mỗi lát 1 mm chỉ mất chưa đầy 1 phút để hoàn thành MSCTbắt đầu từ 1988, với sự phát triển của cộng nghệ vòng xoay Đầu phát tia X và hệthống đầu dò xoay liên tục xung quanh người bệnh trong khi đó bệnh nhân liên tụcđược bàn đỡ di chuyển theo trục Z Dữ liệu được thu nhận liên tục và công việc táitạo hình ảnh cũng được tiến hành đồng thời.

MSCT bắt đầu mạnh mẽ từ 1992 khi Elscint giới thiệu máy quét 2 lát cắt đầu

tiên (CT Dual slice) Nửa sau năm 1998, tại RSNA (Radiological Society of NorthAmerica), 4 nhà sản xuất lớn cùng giới thiệu thế hệ MSCT mới (GE Lightspeed,

Picker MX 8000 Toshiba Aquilon Multi, Siemens Volume Zoom) , một sự đột phátrong lịch sử y học.

MSCT là hệ thống máy CT đặc biệt với nhiều dãy đầu dò thu nhận cùng lúccác dữ liệu của các lát cắt ở những vị trí khác nhau MSCT thể hiện khả năng tuyệtvời về các cấu trúc giải phẫu bình thường, không bình thường cũng như bệnh lý.MSCT được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán hình ảnh từ các hình ảnh 3 chiềuđến ảnh cắt lớp điện toán huỳnh quang Với góc quét rộng, độ phân giải không gian

cao và thể hiện các khối thể tích (voxel) đẳng hướng chính xác Chính điều này giúp

cho MSCT ngày càng được ưa chuộng hơn so với kỹ thuật quét CT đơn lát.

Hình 2.16 Mô hình MSCT

Với công nghệ mảng đầu dò, vòng xoay liên tục xung quanh bệnh nhân , kếtquả sẽ là:

SDCT & MDCT

Hình 2.17 Mô hình MSCT

Giá trị pitch trong MSCT

Có hai loại định nghĩa Pitch trong MSCTPitchx =

Xtiachùm rộngBề

xoayvòngmỗitrong bàncủachuyểnBước

Pitchd =

dòđầu rộngBề

xoayvòngmỗitrong bàncủachuyểnBước

 = Detector PitchCollimator Pitch =

Hình 2.18 Giá trị Pitch trong CT

2.2.1 Cấu trúc đầu dò trong hệ thống MSCT[1]

Hình 2.19 Cấu trúc đầu dò

MDCT (Multidetector Computed Tomography ) là sự kết hợp nhiều đầu dò

thành một mảng.

Hình 2.20 So sánh giữa đầu dò đơn và đa mảng

Bề dày của lát cắt được xác định bởi bề rộng của đầu dò; bề rộng của hệthống đầu dò chính là sự kết hợp của các đầu dò đơn lại với nhau, khi đó tín hiệuthu được là tổâng tín hiệu thu được từ chính các đầu dò kết hợp này Hệ trực chuẩndùng để điều chỉnh chùm phát tia để giảm các chùm tia loe ra không mong muốn.Tùy công nghệ của mỗi nhà sản có xuất khác nhau, có thể tham khảo dưới đây (hệthống MSCT16).

Hình 2.21 Hệ thống đầu dò của các công ty khác nhau

2.2.2 Hệ thống thu nhận dữ liệu của MSCT

Hình 2.22 Sơ đồ khối hệ thống thu tín hiệu

MDCT - đây chính là thành phần có sự khác biệt lớn nhất so với các thế hệtrước đó.

Bảng 2.2 Những tiến bộ của MSCT

1 Thời gian quét và thu nhận nhanh hơn.

2 Sử dụng nhiều đầu dò thu nhận dữ liệu đồng thời.

4 Tốc độ chuyển động của bàn nhanh hơn.5 Vùng giải phẫu quan sát rộng hơn.

6 Hệ thống phát tia X bền hơn do tản nhiệt tốt hơn.7 Dữ liệu và công việc xử lý lớn hơn.

Bảng 2.3 So sánh một số thông số của hệ thống MSCT16 ở một số nhà sản xuất.

Các đặc trưng của máy

MSCT16 GE LightspeedPlus Philips MX8000 IDT SiemensMX 8000 16 ToshibaAquition16

Bề rộng lát cắt mỏng nhất 0.63 x 16 (mm) 0.73 x 16 0.75 x 16 0.5 x 16Thời gian xoay nhỏ nhất

Hai điều quan trọng mà MSCT mang lại là:

Tốc độ quét nhanh hơn: giảm các ảnh nhiễu do các chuyển động từ bệnhnhân (hoạt độ thở, các cử động của cơ thể, nhịp đập của tim,…) Đặc biệt rất có íchkhi chụp ảnh CT cho các em bé do không cần phải tiêm thuốc mê (giúp bé nằm im).Dữ liệu thu nhận từ MSCT dễ dàng tái tạo thể tích hơn so với CT đơn lát.

Thêm vào đó, MSCT cung cấp những bức với tính chất đẳng hướng

(Isotropic), điều này làm cho cấu trúc ảnh giống hệt nhau ở tất cả các chiều Đặc

trưng này rất quan trọng đối với ảnh 3 chiều, ảnh giả hầu như được khử đi và các chitiết giải phẫu thể hiện rất tốt.

Hình 2.23 Ảnh IsotropicBảng 2.4 Thông số kỹ thuật máy MSCT

Thông sốChi tiết kỹ thuật

Chu trình quét Giảm đáng kể thời gian quét một đường

Giảm ảnh giả Nhiều trục Z được quan tâm trong một thời gianngắn

Độ phân giải ảnh cao Nâng cao độ phân giải thời gian và không gianẢnh 3D đẳng hướng

(Single breathhold studies)

Vùng diện tích nhỏ theo từng lát cắ t được quét theochu kỳ hơi thở.

Giảm tương phản tĩnh mạch Thời gian quét nhanh hơn cho phép gi ảm tươngphản tĩnh mạch, có thể sử dụng chất cản quang.Ống phát tia tốt hơn Vùng quét rộng hơn với lát cắt mỏng hơn mà không

cần tăng giá trị kV.

Ảnh 3 chiều Ảnh tái tạo với độ phân giải không gian tốt hơn.Quét theo thời gian thực Thời gian quét cũng như thu nhận dữ liệu nhanh tạo

thuận lợi cho việc ảnh tim mạch, hệ thố ng cơ xươngkhớp.

3 CHƯƠNG 3 CẤU TẠO MÁY MSCT 16

CHƯƠNG 3 : CẤU TẠO MÁY MSCT16

3.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG MSCT 16[4]

“Trãi qua hơn 20 năm đổi mới và phát triển, Aquilion 16 đã giành được khánhiều giải thưởng Aquilion 16 đứng đầu trong số các thiết bị CT chẩn đoán hìnhảnh, cung cấp khả năng thu nhận dữ liệu (theo thể tích) với tốc độ cao và độ ph ângiải không gian tuyệt vời.

Aquilion 16 được xây dựng trên cơ sở kết hợp từ các vấ n đề thực tế lâm sàngvới các bác sĩ chuyên ngành từ khắp nơi trên thế giới Với hệ thống đầu dò lượng tử40 hàng có khả năng thực hiện quét với chế độ 16x0.5 mm, thời gian xoay ganty0.5s, Aquilion 16 được xem như một chuẩn trong kỹ thuật chẩn đoán ảnh ”.[13]

Hệ thống máy chụp cắt lớp bao gồm:

 Hệ thống phân phối điện áp (Power supply).

 Khối dàn quay (Gantry).

 Bàn nâng bệnh nhân (Patient couch).

 Khối điều khiển hệ thống (System control).

 Khối hệ thống ảnh (Imaging system).

 Khối hiển thị và ghi ảnh (Display and recording system).

 Hệ thống lưu trữ (Storage system).

3.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG[4]

3.2.1 Hệ thống phân phối điện áp

Máy MSCT16 của hãng Toshiba trang bị tại trung tâm chẩn đoán y khoaMedic sử dụng nguồn điện xoay chiều 3 pha 400V thông qua hệ thống ổn áp tựđộng với độ chính xác cao, đảm bảo không bị sụt áp khi hoạt động Sau khi nguồnđưa vào bộ phận rotor thông qua chổi quét sẽ được truyền vào bộ tạo áp cao thế đểcung cấp cho ống phát tia X Nguồn điện này sẽ cung cấp năng lượng để xoay hệthống phát tia X.

Nguồn nuôi của các bo mạch điện tử sử dụng nguồn điện một chiều biến đổitừ nguồn xoay chiều một pha.

Khối điện áp cao thế cung cấp cho hai cực (Anode và Cathode) Với hệ thống

dây cáp dẫn điện được thiết kế với độ an toàn điện cao, độ bền nhiệt, cơ học.

Những khu vực có điện áp cao thế đều được ký hiệu bằng chữ HV (High Volt).

3.2.2 Khối dàn quay Gantry

Là bộ phận có kích thước lớn nhất của máy CT, bao gồm ống phát tia X, ốngtrực chuẩn, hệ thống thu nhận tín hiệu, khối DAS, các thành phần mạch điện tửkhác, và khối cơ học cần để nâng đỡ toàn bộ hệ thống và c huyển động xoay.

Gantry Stand unit(Thành phần cố định)

Tilt drive unit

(Động cơ làm nghiêng gantry)Tilt detection unit

(Định vị góc nghiêng)Tilt guide unit

(Hướng dẫn nghiêng gantry)

Electrical components unit and terminals(Thành phần điện, thiết bị đầu cuối)Main frame unit

(Thành phần chính) Slip ring unit(Bộ phận xoay, tịnh tiến)Rotation drive unit(Động cơ xoay vòng)Electrical components unit(Các thành phần điện)X-ray beam control unit

(Đơn vị điều khiểnchùm tia X)

X-ray tube mounting unit(giá đỡ ống phát tia X)

Wedge filter unit(Bộ phận lọc tia)

Slit unit(Khe hở phát tia)Electrical components unit(Các thành phần điện cao áp)Covers

(Vỏ bọc)

FRP covers(Vỏ bọc ngoài)Operation sections(thành phần điều khiển)

Bộ phận cố định hệ thống: đây là khối nâng đỡ và cố định hệ thống, chủ

yếu là các thành phần cơ khí Các thành phần điện và thiết bị đầu cuối Hệ thốngđược cố định vững chắt với sàn nhà đảm bảo không bị rung nhịp khi khối rotor xoayvới tốc độ 0,5s/vòng.

Hình 3.3 Khối nâng đỡ[4]

Bộ phận chính: gồm các vòng trượt (slip ring unit), khối điều khiển xoay,

chổi quét (brush section) để cung cấp điện Nguồn điện sau khi được truyền vào nhờ

chổi quét sẽ được chuyển đến khối tạo điện áp cao thế của khối phát tia X.

Khối tín hiệu quang và điều kiển thu nhận tín hiệu quang , khối truyền vànhận tín hiệu, năng lượng giữa phần động và tĩnh.

Khối giải nhiệt cho ống phát tia X.

Hình 3.4 Bên trong Gantry[4]

Tất cả bộ cao áp, khối tản nhiệt, hệ thống đầu dò nằm trên rotor, xoay liêntục quanh bệnh nhân Ngoài ra, trê n rotor còn có thêm các khối sắt để tạo cân bằngkhi quay do các khối hệ thống có khối lượng không bằng nhau.

Hình 3.5 Bên ngoài Gantry[4]

Hình 3.6 Bảng điều chỉnh trên Gantry[4]

Bảng điều chỉnh gantry được sử dụng để kích hoạt vạch dấu laser, nghiênggantry, và điều khiển các chuyển động bàn bệnh nhân Từ bảng điều khiển này,người y tá có thể thao tác đưa bệnh nhân vào vị trí chụp CT nhanh chóng Các thôngsố về độ nghiêng, vị trí tương đối theo trục Z, độ cao bàn nâng được hiển thị trựcquan trên bảng điều khiển Gantry Các thông số này cũng có thể được điều chỉnh từphần mềm điểu khiển trung tâm.

Hình 3.7 Cấu trúc bên trong của Gantry (máy Philips MX 8000 IDT)

3.2.3 Bàn nâng bệnh nhân

Bàn đỡ bệnh nhân gồm ba phần chính:

Bộ phận cố định gồm hệ thống nâng đỡ cơ học, hệ thống lò xo, các boardmạch điện tử điều khiển bàn Bàn có thể di chuyển lên cao, xuống thấp, về trướccũng như ra sau.

Bộ phận di động (động cơ lăn trượt), bệnh nhân trực tiếp nằm lên có thể trượtvề phía trước, cũng như về phía sau Điều kiện tiên quyết phải di chuyển chính xácđến từng mm Bộ phận bàn đỡ được làm bằng nhựa plastic có độ bền cơ học cao.Không gây ra nhiễu ảnh do kim loại.

Các mạch điện tử điều khiển bàn nâng, điều khiển động cơ.

Hình 3.8 Bàn nâng

Hình 3.9.Điều khiển cơ học bên trong bàn[4]

Hình 3.10 Cấu trúc mạch điện tử của bàn (máy Philips MX 8000 IDT)

3.2.4 Bảng điều khiển quét

Hình 3.11 Bàn phím điều khiển

Về cơ bản đây là bàn phím bình thường của các máy vi tính, nhưng có thêmcác phím điều khiển công việc quét ảnh Đây chính là sự khác biệt của máyToshiba với các hãng khác (chẳng hạn Philips – có bàn điều khiển riêng biệt) Cócác nút điều khiển như

Hình 3.12 Điều khiển quét

Power lamp: Báo hiệu hệ thống đang mở.

Emergency stop button: Dừng hệ thống trong trường hợp khẩn cấp.

Movement (gantry/couch) key (only for the scan keyboard) : phím di chuyển(gantry/bàn bệnh nhân) (chỉ có ở bàn phím quét ảnh).

Talk key (only for the scan keyboard): Phím cho phép nói chuyện với be änhnhân Hoạt động khi được nhấn và giữ.

Exposure lamp (only for the scan keyboard) :Đèn này sẽ sáng trong suốt quátrình quét.

Scan start key (only for the scan keyboard) : Khi phím này sáng cho biết hệthống sẵn sàng hoạt động quét Khi nhấ n phím này lúc đèn sáng quá trình quét đượcthực hiện blinking indicate

Scan interruption (abort) key (only for the scan keyboard) : Khi hệ thống đanghoạt động, muốn ngừng quá trình quét ngay thì nhấn phím này.

Delay time setting knob (only for the scan keyboard): Được sử dụng để xáclập thời gian giữa lần phát thông báo (bằng âm thanh) và lúc ống phát tia X phát tia,mặc định bằng 0 giây.

Speaker volume control (only for the scan keyboard): Điều khiển âm lượngtrong phòng máy.

Hình 3.13 Điều khiển di chuyển ảnh

3.2.5 Hệ thống xoay rotor

Hình 3.14 Đường truyền điện áp (máy Philips MX 8000 IDT)

Sử dụng hệ thống chổi quét cung cấp điện áp, vòng xoay liên tục.

Do điện áp đặt vào hai đầu điện cực rất cao nên vấn đề chống nhiễu điện từrất quan trọng Để đảm bảo tín hiệu thu nhận bị nhiễu ít nhất thì cần phải làm tốtcông tác chống nhiễu Các vòng nam châm vĩnh cửu được lắp dặt ba o lấy các dâydẫn điện cũng như lấy dẫn tín hiệu.

3.2.6 Khối hệ thống tạo và lưu ảnh

Bao gồm nguồn phát tia X, các đầu dò và hệ thống chuyển đổi dữ liệu.

3.2.6.1 Ống phát tia X

Các máy quét CT đều sử dụng ống phát tia X từ bức xạ hãm như là mộtnguồn phóng xạ Đặc trưng của các ống phát này là được sử dụng trong ảnh chẩnđoán và tia X được tạo bởi sự gia tốc của chùm tia electron đập vào tấm bia cựcdương Từ cực dương sẽ phát ra tia X thành từng chùm trực chuẩn được gọi là tiêu

điểm (focal spot) Hầu hết các hệ thống có 2 vị trí của tiêu điểm, xấp xỉ 0.5x1.5 mm

và 1.0x2.5 mm Một ống chuẩn trực được dùng để điều khiển bề rộng của chùm tia.Chính điều này sẽ điều khiển bề rộng của ảnh thu nhận ở mỗi lát cắt.

Hình 3.15 ống phát tia X (máy Philips MX 8000 IDT)

Năng lượng cần cho ống phát tia X vào khoảng 80kV - 150 kV với dòng vàokhoảng 80 – 500 mA Các thông số này được điều chỉnh tùy thuộc vào vị trí chẩnđoán (đầu, ngực, bụng hay toàn thân,…)

Giá trị kV thể hiện khả năng xuyên sâu của chùm tia; giá trị mA t hể hiện mậtđộ chùm tia X.

Phổ năng lượng tia X phát ra vào khoảng 30 – 120 keV Công suất đạtkhoảng 750 kW trong khi các máy X quang thông thường công suất chỉ khoảng vàikW Tất cả đều sử dụng máy phát cao tần thông thường là 5 – 50 kHz Một vài hệthống quét xoắn ốc dùng máy phát đặt cố định bên trong gan try cần điện áp cao 120kV, trong khi các loại máy phát xoay có điện áp thấp hơn (khoảng 480 V) Do hiệusuất phát tia X từ bức xạ hãm không cao, thường kèm theo quá trình sinh nhiệt rấtlớn làm nóng cực dương Điều này ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của bộ phát Dođó, vấn đề quan trọng là tải nhiệt cho cực dương.

Hình 3.16 Hệ thống trực chuẩn và tải nhiệt (máy Philips MX 8000 IDT)

Bộ trực chuẩn thường được làm bằng hợp kim chịu nhiệt tố t như Stungten.Cường độ của chùm tia X bị suy giảm do hấp thụ và tán xạ khi nó đi qua cơthể bệnh nhân Độ suy giảm phụ thuộc vào phổ năng lượng của tia X và mật độkhối lượng các mô của bệnh nhân Cường độ truyền qua đ ược cho bởi:

  0

Thuật toán tái tạo cần giá trị này với nhiều đường khác nhau của chùm tia rẽquạt với các góc khác nhau Với giá trị L biết trước, I0 cân chỉnh từ hệ thống, do đósẽ xác định được giá trị này nhờ vào việc xác định It.

Ở đây để đơn giản có thể hình dung thuật toán như sau: ứng với mỗi pixel sẽlà một giá trị μ(x,y), pixel nào có giá trị μ(x,y) lớn nhất sẽ có màu đậm nhất vàgiảm dần khi giá trị μ(x,y) giảm.

Hình3.17 Ma trận giá trị μ(x,y)

Hình 3.18 Ma trận giá trị μ(x,y)

Ứng với các cấu trúc mô khác nhau sẽ có giá trị μ(x,y) khác nhau, khi đó cóthể hình tượng như sau:

Hình 3.19 Ma trận giá trị μ(x,y)

3.2.6.2 Sơ đồ khối của hệ thống phát tia X

Hình 3.20 Sơ đồ khối ống phát tia X (máy Philips MX 8000 IDT)

Có 4 phần lớn đó là

 Khối tạo năng lượng cực dương (Anode Power Module).

 Khối tạo năng lượng cực âm (Cathode Power Module).

 Hệ thống mạch điện tử điều khiển ( System Control Board).

 Khối điều chỉnh liều (Dose Modulation).

Ngoài ra còn có hệ thống bơm tải nhiệt để làm nguội ống phát tia X Chất tảinhiệt là các loại dầu tải nhiệt, cách điện tốt Ở đây không dùng nước do hơi ẩm củanước sẽ ảnh hưởng không tốt đến hệ thống mạch điện tử, tạo các gỉ sét cho các thiếtbị cơ khí.

3.2.6.3 Đầu dò tia X

Đầu dò tia X sử dụng trong hệ thống CT phải có hiệu suất cao trong khi liềuchiếu bệnh nhân lại thấp, tầm hoạt động rộng, rất ổn định theo thời gian, thay đổi

về nhiệt độ nhỏ Ba hệ số hiệu suất quan trọng là hiệu suất hình học ( geometricefficiency), hiệu suất lượng tử (bắt ảnh) (quantum (also called capture) efficiency ) và

hiệu suất chuyển đổi (conversion efficiency) Hiệu suất hình học nói đến vùng diện

tích các đầu dò nhận ra tia bức xạ trong tổng vùng bị chiếu Vách ngăn g iữa các đầudò sẽ làm giảm sự tán xạ của các tia bức xạ, đồng thời cũng làm giảm giá trị này.

Hiệu suất lượng tử: tỉ số giữa tia X tác dụng trực tiếp lên các đầu dò mà nó hấp thuvới tín hiệu thu được Hiệu suất chuyển đổi: khả năng chuyển tín hiệu do tia x gây

ra thành tín hiệu điện Tổng ba giá trị trên sẽ là hiệu suất của đầu dò, thông thườngvào khoảng 0.45 – 0.85 Giá trị càng nhỏ hơn 1 sẽ cho thấy hệ thống đầu dò nàykhông lý tưởng và kết quả phải tăng liều chiếu nếu chất lượng hình ảnh được xemlà vấn đề hàng đầu Hiệu suất liều chiếu thường được dùng biểu thị hiệu suất đầudò.

Đầu dò rắn:

Đầu dò rắn bao gồm một dãy các tinh thể nhấ p nháy và các tế bào quang

điện (photodiode) Các tinh thể nhấp nháy này thông thường chế tạo từ Cadmiumtungstate (CdWO4) hoặc vật liệu gốm sứ, các thế hệ trước (máy CT đơn lát) sử dụng

tinh thể bismuth kết hợp với ống nh ân quang Các đầu dò rắn có hiệu suất lượng tửvà chuyển đổi rất cao, tầm hoạt động rộng.

Đầu dò khí

Các đầu dò khí ion hóa gồm một dãy các khoan rỗng ( chamber) chứa khí nén

(thông thường là xenon ở điều kiện áp suất 30 atm) Nguồn điện áp cao được đặt

vào miếng tungsten nhỏ đặt trong khoan rỗng ( chamber) để thu nhận các ion sinh ra

do tác dụng của tia bức xạ Loại này rất ổn định , tầm hoạt động rộng; tuy nhiên,thường có hiệu suất lượng tử thấp hơn đầu dò rắn.

Hệ thống máy Toshiba Aquilion 16 sử dụng đầu dò lượng tử ( quantumdetector), có tất cả 40 hàng song song nhau với 35,840 đầu dò độ phân giải cao Mỗi

chu kỳ xoay quét tối đa được 32 mm chiều dài theo trục Z Lát cắt mỏng nhất đạtđược 0,5 mm dùng trong chụp mạch máu.

Hình 3.21 Hệ thống đầu dò

Ở hình 3.21a, với thiết kế như hình vẽ bên trái của cho thấy diện tích bịchiếm chỗ lớn hơn nhiều so với kiểu thiết kế mới sau này – hình bên phải

Vì hệ thống xoay liên tục nên được thiết kế tuyệt đối cân bằng, ở bất kỳ vị trínào hệ thống cũng có thể đứng yên dễ dàng cũng như sẵn sàng xoay khi được tácđộng.

3.2.6.4 Khối ghi nhận dữ liệu, xử lý số liệu và hiển thị ảnh

Khối xử lý (Common Processor Module (CPM)) cung cấp các tính năng sau:

 Xử lý dữ liệu. Hệ thống bô nhớ

 Các điều khiển ngắt (Interrupt controller)

 Bộ định thời

 Bộ chuyển đổi A/D Giao tiếp tuần tự Hệ thống giám sát

 Hệ thống truyền dẫn tín hiệu, điện.

Tia X truyền qua đập vào đầu dò sẽ kích thích các tinh thể nhạy sáng phát raánh sáng được thu nhận bởi các tế bào quang điện chuyển đến bộ ASIC xử lý thôtrước khi truyền ra ngoài.

Quy tắc làm việc của khối thu nhận dữ liệu được mô tả như sau, ứng với hệthống MSCT 4 Slice có tất cả 896 đơn vị đầu dò Ở đây các đầu dò được chia thànhcác bó cụm riêng biệt và khối DAS cũng vậy; điề u này thuận tiện cho việc thu nhậnvà xử lý tín hiệu Tương ứng với mỗi bó cụm DAS sẽ là số lượng xác định các đầudò.

Hình 3.22 Quy tắc thu nhận tín hiệu[4]

Dữ liệu thô (draw – data) sau khi được thu nhận sẽ được máy tí nh xử lý để

tái tạo ảnh Khác với các xử lý thông thường của máy tính cá nhân, ở đây sẽ đượcxử lý trực tiếp bằng phần cứng.

Sau khi khởi động hệ thống MSCT các thuật toán biến đổi sẽ được nạp vàophần cứng, cụ thể ở đây chính là các đơn vị xử lý DSP DSP làm nhiệm vụ tính toáncác phép biến đổi Fourier, Fourier ngược, và các phép toán ma trận Phương thức

giao tiếp ở đây theo cách xử lý song song ( hình 3.23) Dữ liệu thô được “đổ” liên

tục vào các MARS, và liên tục được các khối DSP của MARS xử lý Cấu trúc củamỗi MARS được mô tả dưới đây:

Hình 3.23 MARS[4]

MARS gồm hai phần: 3 khối DSP (18 đơn vị xử lý) và 1 khối điều khiển Dữliệu ở MARS trước được “đổ “ vào DSP điều khiển lưu trữ ở ROM và SDRAM, dưới

sự điều khiển của hệ thống điều khiển (system controller) dữ liệu sẽ được “phân

luồng” vào các DSP xử lý Sau khi hoàn tất xử lý sẽ được chuyển đến MARS kếtiếp.

Khác với cách xử lý của họ máy tính thông thường (Pentium chẳng hạn – xửlý số liệu đồ họa) ở đây phần cứng DSP trực tiếp xử lý tín hiệu số trên cơ sở cácthuật toán biến đổi Fourier, ma trận, tích phân,… điều na øy cho phép tăng tốc độ xửlý dữ liệu Trên thực tế, hầu như ngay sau khi chụp ảnh hệ thống sẽ cho kết quảngay lập tức.

Với cách xử lý song song nên trong khi thực hiện quét ảnh CT cho bệnh nhân,kỹ thuật viên hoặc bác sĩ có thể tiến hành công việc xử lý dữ liệu ở những bệnhnhân trước đó.

Hình 3.24 Xử lý tín hiệu[4]

3.2.6.5 Hệ thống lưu trữ (Storage system).

Tất cả dữ liệu thô và dữ liệu đã được xử lý đều được lưu trữ vào đĩa cứng củamáy tính trung tâm Công nghệ RAID phát huy thế mạnh tối đa Tốc độ ghi – đọccủa đĩa rất nhanh, dữ liệu liên tục được ghi vào tất cả các đĩa đảm bảo an toàn vàchính xác.

Hệ thống kết nối và phân phối dữ liệu đến cá c trạm làm việc (WorkStation)

để xử lý ảnh chuyên dùng phục vụ cùng lúc nhiều bác sĩ chẩn đoán nhiều bệnhnhân cùng lúc.

3.2.6.6 Hệ thống máy in film

Hình 3.25 Máy in

Với việc người bác sĩ đã quen chẩn đoán bệnh thông qua một tấm ảnh CT vàcó vẻ dễ dàng hơn khi nhìn trực tiếp trên máy tính, nên một máy in film là khôngthể thiếu Cộng với hệ thống mạng chưa hoàn chỉnh cho việc truyền tải ảnh quamạng ở khoảng cách xa gặp nhiều khó khăn Máy in film tỏ ra có nhiều thuận lợihơn cả.

4 CHƯƠNG 4 PHẦN MỀM GIAO DIỆNNGƯỜI DÙNG

CHƯƠNG 4 : PHẦN MỀM GIAO DIỆNNGƯỜI DÙNG

4.1.1 Phần mềm điều khiển thu nhận ảnh

Phần mềm điều khiển việc thu nhận ảnh của máy Toshiba đi kèm với máy.Giao diện chính của chương trình quét ảnh CT với đầy đủ các chức năng quétảnh, xử lý ảnh, quản lý dữ liệu bệnh nhân.

Hình 4.1 Giao diện chương trình quét[4]

Chi tiết với từng mô đun của chương trình

Hình 4.2.Các module chương trình quét[4]

Cửa sổ quét (scan window) được tạo bởi nhiều cửa sổ, các nút, và các trình

đơn như thể hiện ở trên, có thể dùng chuột để vào ca ùc cửa sổ, nút và các trình đơnđó.

Thanh công cụ tiêu đề (title bar) chứa tên các ứng dụng Nó cũng được sử

dụng để di chuyển toàn bộ cửa sổ bằng cách nháy và kéo nó khi nhấn nút chuột trái.

Thanh công cụ quét (scan toolbar) chứa các nút lối tắt mà tất cả các chức

năng của chúng có trong các trình đơn.

Hộp công cụ quét (scan toolbox), được đặt trên cạnh trái phía trên của cửa sổ,

hộp này được sử dụng để khởi động quá trình quét; s au đó thì hoạt động quét được

điều khiển từ bảng điều khiển quét ( scan control panel)

Cửa sổ trạng thái (status window) hiển thị trạng thái quét hiện hành.Màn hình phim chủ (masterfilm monitor) thông báo tình trạng in film.

Thanh công cụ đồ hoạ (graphic toolbar) có các nút lối tắt cho các lựa chọn

đồ họa.

Vùng xem ảnh (image viewing area) hiển thị các ảnh theo yêu cầu quan sát

và xử lý ảnh

Thanh trượt ảnh (image slider) cuộn các ảnh vào và ra khỏi vùng xem ảnh,

cũng giống như một thanh cuộn hoạt động trong một môi trường máy tính cá nhânPC.

Nút dữ liệu bệnh nhân bắt đầu xác lập một cơ sở dữ liệu ảnh bệnh nhân mới.Nó mở ra một mẫu các chi tiết bệnh nhân để được điền vào khi bắt đầu nghiên cứu

và tiếp tục với lựa chọn các giao thức quét (scan protocol), sơ đồ và các hoạt động

Lựa chọn các giao thức quét cũng như trình tự quét, cài đặt hoặc thay đổigiao thức quét,… Danh sách các ảnh biểu hiện các vùng cơ thể được hiển thị để lựachọn Sau khi lựa chọn vùng cơ thể và giao thức cụ thể, các thông số của nó sẽ đượchiển thị và quá trình quét có thể được bắt đầu

Có thể hiển thị giao thức quét hiện thời Sau đó giá trị các thông số có thểđược thay đổi cho các lần quét kế tiếp.

CT chức năng tim là ứng dụng tạo ảnh dòng máu mà nó phân tích hiểu biếtvề thuốc cản quang đã tiêm vào cơ thể nhằm mục đích xác định thông tin dòng máuchức năng ở vùng cần quan tâm.

Thuốc cản quang tĩnh mạch được tiêm vào bệnh nhân và vùng quan tâmđược quét nhắc lại theo các khoảng thời gian xác định Tăng độ đậm đơn vịHounsfield được đánh dấu cho một điểm ảnh không gian 3 chiều theo thời gian tạonên những đường cong tỷ trọng – thời gian đặc trưng tổ chức Thực hiện các phép đotừ các đường cong tỷ trọng - thời gian và các đường cong được người sử dụn g lựachọn để tạo ra các bức ảnh chức năng thông số khác nhau.

Hình 4.3 Mô đun xử lý ảnh[4]

Các chức năng xử lý ảnh chi tiết

Hình 4.4 Mô đun xử lý ảnh[4]

Khi cần can thiệp hay thiết lập các thông số cho chương trình hay dùng phầnmềm để kiểm tra hoạt động của phần cứng, các bảng mạch điện tử ta kích hoạt mụctiện ích sau

4.1.2 Phần mềm xử lý ảnh

Một thành phần hết sức quan trọng trong lĩnh vực chuẩn đoán bệnh bằng hìnhảnh chính là phần mềm xử lý ảnh.

Vitrea 2 là một trạm làm việc (workstation) chẩn đoán bệnh thông qua hình

ảnh Vitrea 2 cho phép xử lý, phân tích, xem lại, trao đổi thông tin ảnh kỹ thuật sốđa chiều theo chuẩn DICOM từ các nguồn ảnh như CT , MR, DR, CR, XA, US, NM,PET,… thiết bị phần cứng đi kèm phải có tốc độ xử lý cao.

Thế mạnh của Vitrea 2 là xử lý ảnh tim mạch, các ca hẹp động mạch vành,phình động mạch, hẹp van tim,…

Hình 4.6 Phần mềm Vitrea 2

4.1.3 Hệ thống eFilm chuẩn DICOM

Chương trình quản lý dữ liệu hình ảnh theo chuẩn DICOM Thông thường cácnguồn ảnh lấy từ các máy CT, US, MRI,…

Đây là thành phần phụ của mạng máy tính PACS, cho phép gửi và nhận hìnhảnh cũng như lưu trữ chúng lâu dài theo thời gian Đọc thông tin từ hình ảnh và ghithông tin bệnh nhân vào ảnh một cách dễ dàng Hệ thống dễ dàng chia sẻ thông tinvới các hệ thống hình ảnh số hóa khác theo chuẩn DICOM.

Hệ thống cho phép người thầy thuốc có thể truy xuất dễ dàng thông tin bệnh

nhân Có thể theo Họ tên, theo mã số (ID), theo ngày tháng,… dễ dàng chuyển dữ

liệu sang các trạm xử lý hình ảnh khác, chuyển hình ảnh từ chuẩn DICOM sang cácchuẩn hình ảnh thông thường như GIF, JPEG,…

Hệ thống bao gồm các thành phần sau:

 Hệ thống đĩa lưu trữ, thành phần cơ bản chính là hệ thống đĩa cứng dạng

RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks – Hệ thống đĩa dự phòng – RAIDcung cấp những kỹ thuật kết nối ổ đĩa thành dãy Dữ liệu sẽ được ghi qua tất cả cácổ đĩa Điều này giúp cải tiến tốc độ và an toàn dữ liệu ) Việc truy xuất dữ liệu được

thực hiện nhanh chóng, chính xác. Hệ thống quản lý bộ nhớ.

 Hệ thống quản lý máy in Quản lý và điều khiển các tác vụ trong ấn ảnh

với giao diện đồ họa (GUI - Graphical User Interface), nguồn ảnh từ nhiều nguồn

khác nhau gửi đến cũng như phâ n phối việc in ảnh nhờ nhiều máy in khác nhau.