2.2.1. Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp.
Trong những hệ thống CT khác nhau, thông thường việc giảm thời gian quét tạo ảnh bằng cách mở rộng chùm tia của hệ thống đo sẽ kéo theo việc gia tăng cường độ phát xạ X quang thứ cấp tại lối vào các phần tử cảm biến. Đặc biệt với hai loại cấu trúc thuộc thế hệ máy CT 3 và 4, chùm tia X đều bao phủ cả lớp cắt, cần phải có biện pháp giảm thiểu lượng bức xạ thứ cấp thâm nhập vào các cảm biến để tránh gây nhiễu. Trong cấu trúc chùm tia rẻ quạt, có thể dễ dàng thực hiện điều này bằng cách bố trí một hộp chuẩn trực (collimator-diaphram) ngay trước mặt hệ thống cảm biến, hướng hội tụ của hộ chuẩn trực này về phía điểm hội tụ bóng và hộp chuẩn trực này được gắn cố định và cùng quay với hệ thống đo quay quanh bệnh nhân.
Hình 2. 28 Hạn chế bức xạ thứ cấp dùng bộ chuẩn trực trong máy quét thế hệ thứ tư và thứ năm.
Tuy nhiên đối với cấu trúc cảm biến vòng, với hình khối bức xạ thông thường thì không thể bố trí hộp trực chuẩn cố định trước mặt hệ thống vòng cảm biến được vì như vậy hướng hội tụ của hộp chuẩn trực sẽ vào tâm quay chứ không vào điểm hội tụ như yêu cầu. Bởi vậy cần phải chế tạo loại hộp chuẩn trực sao cho luôn hướng về điểm hội tụ. Cấu trúc của hộp chuẩn trực như vậy rất phức tạp và đòi hỏi độ chính xác rất cao. Điều này rất khó thực hiện trong thực tế, bởi vậy ngưới ta chọn giải pháp mở rộng khoảng cách giữa bệnh nhân và cảm biến để giảm sự bức xạ thứ cấp. Tuy nhiên sự bức xạ thứ cấp này không thể giảm tới mức rất thấp được do hạn chế về kích thước của thiết bị [8].
49
2.2.2 Chất lượng tia X– hiệu ứng làm cứng tia.
Về mặt lý thuyết, việc đo độ suy giảm bức xạ được thực hiện tốt nhất với nguồn bức xạ đơn sắc - nguồn bức xạ chỉ bao gồm lượng tử đồng mức năng lượng. Trong thực tế chỉ có chất đồng vị phóng xạ được xem là đáp ứng thuộc tính này. Tuy nhiên không có chất đồng vị nào lại có năng lượng lượng tử đủ cao để thích hợp với việc tạo ảnh trong CT (60-80 keV).
Bởi vậy người ta phải dùng tia X làm nguồn bức xạ trong máy CT. Tuy vậy năng lượng bức xạ từ a-nốt bóng Xquang không phải là đơn sắc, phụ thuộc vào trị số điện áp cao thế kV, nó nằm trong giải từ vài keV tới 100-150 keV. Phổ bức xạ điển hình của bóng X quang dùng trong CT được minh hoạ trên hình 2.29 b và 2.29 c. Khi xuyên qua đối tượng các thành phần khác nhau của phổ năng lượng của chùm tia sẽ suy giảm với những mức độ khác nhau, vì vậy định luật về sự suy giảm biểu diễn trong phương trình đơn giản (1.1) chỉ có thể áp dụng cho các thành phần cá biệt. Trên thực tế, đối với vật chất đồng nhất ta có phương trình :
𝐽 = ∫ 𝐽0(𝐸). 𝑒−𝜇(𝐸)𝑥𝑑𝐸(2.1)
Với các vật chất không đồng nhất ta lại có phương trình:
𝐽 = ∫ 𝐽0(𝐸). 𝑒− ∫(𝑥,𝐸)𝑑𝑥𝑑𝐸(2.2)
Trong đó:
Jo và phụ thuộc vào năng lượng lượng tử (E) và còn phụ thuộc vào vị trí (x) dọc theo chùm tia.
Trong các phương trình trên chưa tính đến một tham số nữa: độ nhậy của hệ thống cảm biến cũng thay đổi theo thành phần của phổ.
50
Hình 2. 29 Hệ số suy giảm bằng nhau khi tia X là đơn sắc (a) hoặc khi có dùng thêm phụ kiện để làm đồng đều khoảng cách truyền tia (c). Hệ số suy giảm thay
đổi khi phổ tia X rộng và đường truyền khác nhau (b).
Thành phần năng lượng của chùm tia sau khi xuyên qua một đối tượng với loại vật chất đã biết ví dụ như nước, sẽ phụ thuộc vào bề dày của đối tượng (hình 2.29 b). Nói cách khác hệ số suy giảm tuyến tính xác định bởi công thức (2.1) đối với vật chất
cùng loại sẽ giảm khi bề dầy của đối tượng tăng. Những thành phần bức xạ mềm- năng lượng thấp sẽ bị suy giảm nhiều hơn so với những thành phần cứng – năng lượng cao. Bởi vậy năng lượng trung bình của phổ bức xạ sẽ di dịch về phía mức năng lượng cao hơn sau khi đi xuyên qua môi trường suy giảm. Quá trình này (dịch mức năng lượng) gọi là quá trình làm cứng tia.
Do hiệu ứng làm cứng tia bức xạ khiến cho kết quả đo độ suy giảm bị sai lệch cho dù đối tượng là loại vật chất đồng nhất, ví dụ đối tượng có dạng hình e-lip thì số đo tương ứng với phép chiếu theo chiều trục nhỏ sẽ khác với số đo theo chiều trục lớn. Do vậy cần phải hiệu chỉnh chúng bởi các biện pháp trước khi tạo ảnh.
Ban đầu các nhà sản suất sử dụng những phương tiện lọc thích hợp, lọc bớt các bức xạ mềm và sử dụng các phương pháp bù sai lệch bằng cách đưa đối tượng vào môi trường có thuộc tính tương tự như đối tượng. Do cả hai phương pháp trên đều có nhiều hạn chế, người ta chuyển sang dùng phương pháp hiệu chỉnh hiệu ứng cứng tia bằng cách hiệu chỉnh tín hiệu chỉ thuần tuý dùng phép tính toán, mặc dù có phải tăng
51
chi phí cho các mạch điện tử đo lường do giải tín hiệu tại cảm biến lúc này rất rộng [3].
2.2.7. Các kiểu quét, chụp của máy CT hiện nay.
a. Quét cắt lớp thông thường : (Normal Scan) :
Là kiểu quét mà 3 quá trình: quay giàn quay để thu thập dữ liệu cho một lớp cắt, bàn bệnh nhân dịch chuyển một khoảng cách bằng bề dầy lớp cắt và hiển thị ảnh được tiến hành tuần tự và lặp lại cho các lớp cắt liền kề. Giàn quay quay liên tục trong khi bàn dịch chuyển nhưng không phát tia X.
Hình 2. 30 Mô tả kiểu quét cắt lớp thông thường.
Đây là cách quét phổ thông thường thấy ở tất cả các thế hệ máy, đặc biệt là thế hệ máy thứ ba. Trong quá trình quét, sau khi quét xong lớp thứ nhất, máy sẽ ngừng phát tia X và bàn bệnh nhân dịch chuyển để quét lớp thứ hai.
b. Quét nhanh ( Rapid Scan / Cluster Scan / Scan & Scan ).
Là kiểu quét mà 2 quá trình: quay giàn quay, bàn bệnh nhân dịch chuyển được tiến hành tuần tự và lặp lại cho các lớp cắt liền kề. Việc hiển thị ảnh được thực hiện trong khi quét lớp tiếp theo. Giàn quay quay liên tục trong khi bàn dịch chuyển nhưng không phát tia X. Kiểu quét này cho phép tạo ảnh được nhiều lớp cắt trong cùng một khoảng thời gian so với kiểu quét thông thường do vậy thích hợp với việc thăm khám vùng bụng khi bệnh nhân cần nín thở hoặc thăm khám có dùng thuốc cản quang.
52
Hình 2. 31 : Kiểu quét nhanh / quét cụm: quét và dịch chuyển bàn tuần tự. c. Quét xoắn ốc (Spiral Scan / Helical Scan / Volume Scan).
Là kiểu quét mà giàn quay quay liên tục theo một chiều, bàn bệnh nhân liên tục dịch chuyển với tốc độ cố định và tia X liên tục phát để tạo ảnh. Khả năng của kiểu quét xoắn ốc là có thể tái tạo trực tiếp hình ảnh 3 chiều và có thể đưa ra được hình ảnh nhiều lát cắt liên tiếp, trong đó không cần bệnh nhân phải ngừng thở khi quét.
Kiểu quét xoắn ốc được đưa ra trên lý thuyết từ những năm 1980, tuy nhiên, chỉ khi công nghệ vòng trượt và công nghệ quét đa dãy đầu dò ra đời (1989) , người ta mới thực hiện được kiểu quét xoắn ốc. Do vậy kiểu quét xoắn ốc được áp dụng trên các máy thế hệ thứ tư và các máy thế hệ mới là chủ yếu.
Ở những máy kiểu cuối của thế hệ thứ 3, kiểu quét xoắn ốc đã được thực hiện, tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức hai một dãy đầu dò, và người ta gọi kiểu quét ở những máy này là kiểu quét xoắn ốc đơn dãy đầu dò.Singleslice Computed Tomography (SSCT)
hoặc Single Row Spiral .
Ở các máy thế hệ thứ tư trở đi, công nghệ phát triển cho phép quét xoắn ốc liên tiếp đa dãy đầu dò, thậm chí lên tới 320 dãy đầu dò, bởi vậy người ta gọi kiểu quét ở những máy này là : chụp cắt lớp đa dãy đầu dò. Multislice Computed Tomography
53
Hình 2. 32 Quét đơn lát cắt và quét đa lát cắt.
Một số thông số đặc trưng cho kiểu quét xoắn ốc :
1. Tốc độ dịch chuyển bàn bệnh nhân: khoảng cách bàn di chuyển trong 1 giây hoặc 1 vòng quay.
2. Khoảng cách di chuyển bàn bệnh nhân (khoảng cách quét cắt lớp) bằng tốc độ bàn x thời gian quét. Ví dụ tốc độ bàn là 10mm/s, thời gian quét 15s, khoảng cách bàn dịch chuyển sẽ là 150mm. Hiện tại nhiều máy CT xoắn ốc có thể đạt khoảng cách tới 1000mm.
3. Độ dầy lớp cắt phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của bàn bệnh nhân và bề dầy chùm tia X như minh hoạ trên hình 4.2.
4. Trong 3 trường hợp ví dụ trên, bề dầy lớp cắt giảm khi tốc độ dịch chuyển bàn bệnh nhân giảm từ mức lớn hơn đến mức nhỏ hơn bề dầy chùm tia X. Hiện tại, các máy CT quét xoắn ốc có thể tạo ảnh cắt lớp có bề dầy từ 1 - 10 mm.
2.3. Một số dòng máy CT-Scanner hiện đại.
2.3.1. Máy CT-Scanner Definition SOMATOM Flash – Siements.
a. Cấu hình máy.
1. Sử dụng hai bóng X-quang nguồn riêng.
2. Đầu dò : 2 mảng Stellar Detector.
54
4. Tốc độ chụp một lát cắt tối đa : 1.25 giây / lát cắt.
5. Tốc độ quay (chu kì) : 0.28s / vòng.
6. Độ trễ phân giải ảnh động : 75 ms, Nhịp tim độc lập.
7. Nguồn điện : Hai nguồn, mỗi nguồn có công suất 200kW.
8. Bước điện thế kV : 70 ; 80 ; 100 ; 120 ; 140 kV.
9. Độ phân giải đẳng hướng : 0.33 mm.
10. Độ phân giải mặt ngang : 0.3 mm.
11. Tốc độ quét tối đa : 458 mm/s cho chế độ chụp quét nhanh.
12. Sức tải của giường bệnh nhân : 307 kg.
13. Bán kính trong của giàn : 780 mm.
14. Liều lượng tia X trong chế độ quét nhanh : dưới 1 mSv
b. Ưu điểm.
Sử dụng nguồn X-quang kép độc lập kèm 2 mảng đầu dò độc lập, máy có thời gian chụp ảnh nhanh, và có ưu thế về độ nét của ảnh do có thể thực hiện nhiều phép chiếu trong cùng một đơn vị thời gian so với các máy CT khác.
Tốc độ quay của giàn quay hiện tại là cao nhất trong số các máy CT đang có trên thế giới, và liều lượng khi chụp quét nhanh chỉ là dưới 1 mSv, điều này khiến bệnh nhân có thể chụp nhiều lượt quét nhanh mà không vượt quá giới hạn liều 20 mSv / năm. Với hai nguồn X-quang và 2 mảng đầu dò Stellar, máy Somatom cho độ phân giải không gian cao, đặc biệt cho phép chụp được hình ảnh của tim đang rung tâm nhĩ ở một số bệnh nhân tim bằng chế độ chụp xoắn ốc nhanh. Các phần tử đầu dò Stellar siêu nhỏ cho phép tạo các lát cắt siêu mỏng cỡ 1-3 mm, cho phép chụp ảnh rõ nét động mạch ở các bệnh nhân béo phì.
Máy sử dụng công nghệ Selective Photon Shield, công nghệ này cho phép thu thập tín hiệu ngay cả khi tín hiệu ở mức thấp, hỗ trợ cho việc tái tạo ảnh. Đồng thời công nghệ này cũng giảm đáng kể liều lượng tia X mà bệnh nhân hứng chịu trong quá trình chụp [22].
Hiện tại, đây là dòng máy CT-Scanner mới nhất của hãng Siements. Dưới đây là hình ảnh về cấu trúc của máy và hình ảnh về máy.
55
Hình 2. 33 Máy Definition SOMATOM Flash
Hình 2. 34 Cấu trúc cơ bản của máy Somatom.
2.3.2. Dòng máy CT-Revolution VCT Light Speed – GE.
a. Cấu hình máy.
1. Sử dụng nguồn đơn bóng X-quang.
2. Đầu dò : 1 mảng Gemstone Clarity Detector.
3. Số lát cắt trong cùng thời gian : 256 lát.
4. Tốc độ chụp một lát cắt tối đa : 1.0 giây / lát cắt.
5. Tốc độ quay (chu kì) : 0.25s / vòng.
6. Độ trễ phân giải ảnh động : 60 ms, Nhịp tim độc lập.
7. Nguồn điện : Nguồn đơn có công suất 215 kW.
56
9. Độ phân giải đẳng hướng : 0.35 mm.
10. Độ phân giải mặt ngang : 0.35 mm.
11. Tốc độ quét tối đa : 370 mm/s cho chế độ chụp quét nhanh.
12. Sức tải của giường bệnh nhân : 405 kg.
13. Bán kính trong của giàn : 800 mm.
14. Liều lượng tia X trong chế độ quét nhanh : dưới 1 mSv.
15. Công nghệ giảm liều : ASIR-V tích hợp cùng công nghệ tái tạo ảnh Model Base – VEO, giảm liều tới 82%.
b. Tính ưu việt.
Máy CT mới của GE có khả năng giảm thiểu ảnh giả do kim loại và cho phép chụp CT mà không cần thuốc an thần. Thiết bị này cũng cung cấp các tiện ích cho một số đối tượng bệnh nhân nhạy cảm như trẻ em, người bị suy thận, người bị chấn thương và đột quỵ. Độ phân giải thời gian cực nhanh cho phép thiết bị có thể chụp hình tim mạch với độ phân giải cao trong một nhịp đập, không phụ thuộc nhịp tim, không cần dùng thuốc ức chế beta (beta-blocker). Thiết bị này cũng cung cấp các thông tin lâm sàng cần thiết về độ tưới máu và chức năng cơ tim cũng như động mạch vành với chỉ một lần tiêm chất cản quang.
Thiết bị này giúp thực hiện một ca chụp CT tim mạch (CT-A) trong thời gian nhỏ hơn 1 giây và liều nhỏ hơn 1mSv.
Hệ thống Whisper ổ để giảm tiếng ồn âm thanh trong quá trình quay của giàn hơn 50%. Trong tương lai có thể giảm thời gian cho một vòng quay xuống 0,2 giây / vòng quay, và chuyển đổi cực nhanh điện áp kV.
Vòng trượt tiếp xúc để truyền dữ liệu đến và đi luân phiên từ giàn quay thông qua công nghệ RF với tốc độ truyền tải 40 Gbps.
57
Hình 2. 35 Máy CT-Revolution của hãng General Electric
Đối với khoa ung bướu, máy CT-Revolution cho phép chẩn đoán toàn bộ cơ quan với liều chiếu thấp và theo dõi các cơ quan nội tạng như gan, thận và tụy trong chế độ chụp hình động. Với khoa thần kinh, thiết bị này hỗ trợ đánh giá tình trạng đột quỵ một cách toàn diện và nhanh chóng với chế độ đánh giá độ tưới máu não và CT tim mạch ở liều rất thấp. Cảm biến Gemstone Clarity sử dụng các vi mạch siêu nhỏ (micro-circuitry) để giám nhiễu điện trong hình ảnh. Revolution cũng sử dụng chuẩn trực 3-D để giảm thiểu độ tán xạ tia X.
58
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DI CHUYỂN BÀN VÀ GANTRY CỦA MÁY CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH TẠI KHOA CHẨN ĐOÁN
HÌNH ẢNH BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH BẮC GIANG
Chương này sẽ trình bày về hệ thống di chuyển bàn bệnh nhân và gantry của máy Philips CT MX8000 D hiện được đặt tại khoa chẩn đoán hình ảnh của bệnh viện đa khoa tỉnh Bắc Giang. Trong hệ thống di chuyển máy CT sử dụng rất nhiều động cơ do đó trong chương này sẽ mô phỏng mạch điều khiển động cơ bước.
3.1. Nghiên cứu hệ thống bàn và gantry trong thực tế
59
Hình 3. 2 Sơ đồ khối của máy CT- SCANNER trong thực tế
3.1.1. Bàn điều khiển
Hình 3. 3 Bàn điều khiển máy CT
Bàn điều khiển được thiết kế tương đối đơn giản, tiện ích cho người dùng, có màu sắc và kiểu dáng đồng bộ với Gantry và bàn bệnh nhân, được thiết kế để giảm thiểu tối đa tiếng ồn từ hệ thống máy tính và hệ thống quạt, thân thiện với người sử dụng.
60
Nhìn vào một bàn điều khiển ta có thể thấy các phần chính : monitor, bàn phím, chuột ba phím bấm, hộp điều khiển ( CT-box ), bàn và các giá chứa các trạm làm việc của thiết bị.
Máy CT MX8000 D có hỗ trợ hai loại khe cắm cho cả màn hình CRT và màn hình LCD nên chúng ta có thể linh hoạt sử dụng loại màn hình nào cũng được. Chuột được