Các thông số liều CT cụ thể: CTDI và DLP

2.2.2.1. Liều hấp thụ trung bình trong một lát cắt

Trong một lần chụp CT, một mặt hoặc lát cắt của cơ thể được chiếu xạ. Tuy nhiên, liều tia X gây nên cho cơ thể không giới hạn trong bề dày của một lát cắt mà mở rộng ra bên ngoài bề dày này do ảnh hưởng của chùm tia tán xạ. Chỉ số liều chụp cắt lớp CTDI (CT dose index) là tổng liều hấp thụ trong phạm vi bề dày các lát cắt và đóng góp liều do tán xạ xung quanh chùm tia gây ra.

Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn liều cho một lát cắt có độ rộng 10 mm. Phần liều do tán

xạ gây nên xung quanh lát cắt được tô sọc màu đỏ được cộng dồn vào diện tích bên trong bề dày lát cắt được tô sọc màu xanh.

Theo định nghĩa toán học, CTDI được tính bằng tổng liều hấp thụ phân bố dọc trục ghi hình z và được xác định bằng công thức [2] :

     D z dz h N CTDI col ) ( . 1 (2.11) Trong đó: D(z) là giá trị của liều hấp thụ trung bình tại một vị trí trên trục z.

N là số lát cắt.

Hcol là bề rộng của một lát cắt.

N.hcol là bề rộng danh định của chùm tia được dùng để thu thập dữ liệu. Có nhiều cách khác nhau để tính toán CTDI. Một trong số đó là xem xét sự khác biệt giữa các liều hấp thụ ở phía ngoài và các bộ phận phía trong của cơ thể bệnh nhân bằng một tổng trọng số của các giá trị CTDI. Công thức cho CTDI trọng số (CTDIw) đối với sự chênh lệch giữa phía trong và phía ngoài cơ thể này là[12] :

p c w CTDI CTDI CTDI 3 2 3 1   (2.12) Trong đó: CTDIc là giá trị CTDI tại tâm của phantom.

Quá trình quét CT bao gồm nhiều lát cắt tuần tự trong một vòng quét. Vì lý do này mà vận tốc di chuyển của giường bệnh phải được xem xét. Nếu giường di chuyển chậm, chùm X-ray sẽ có sự chồng chập lên nhau (hình 2.9). Hệ số pitch p được định nghĩa là nghịch đảo của hệ số nén (packing factor) được dùng để chỉ mức độ chồng chập của các lát cắt khác nhau.

Hình 2.8: Sự chồng chập của chùm tia X được xác định dọc theo trục z [12]

Nếu giường bệnh di chuyển nhanh (pitch = 1) thì không có sự chồng chập tia X. Nếu giường bệnh di chuyển chậm (pitch = 0,8) thì các chùm tia X chồng lên nhau 20% [12]

Quá trình quét xoắn ốc và quét tuần tự làm xuất hiện những khoảng trống giữa các lát cắt hoặc các lát cắt chồng chập lên nhau. Do đó, CTDIvol được định nghĩa như là CTDIw có tính đến sự hiệu chỉnh của hệ số pitch, và tính bằng công thức:

p CTDI

CTDIvol  w (2.13) CTDIvol mô tả liều trung bình cho bệnh nhân trong thể tích khảo sát cụ thể, đơn vị là mGy. CTDIvol được dùng để tính toán sự biến thiên của liều chiếu dọc trục z khi hệ số pitch khác 1 [2]

2.2.2.2. Tích liều chiều dài DLP

Để tính tổng liều hấp thụ đối với một lần ghi hình CT hoàn chỉnh người ta đưa ra khái niệm liều có tên là tích số liều chiều dài DLP (Dose length product), đơn vị là mGy.cm. DLP được tính bằng cách nhân CTDIvol của một lát cắt với tổng chiều dài quét L.

L CTDI

DLP vol. (2.14)

Hình 2.9: Minh họa tổng chiều dài quét L trong tính tích liều chiều dài DLP [12] 2.2.3.Liều hiệu dụng trong CT.

Theo như định nghĩa ban đầu thì liều hiệu dụng được định nghĩa là trọng số trung bình của liều tương đương HT đối với các mô và cơ quan xác định.



 wT HT

E . (2.15) Liều hiệu dụng không được đo trực tiếp bằng các phantom mà nó được ước lượng bằng nhiều cách khác nhau thông qua hệ số chuyển đổi. Một cách ước lượng thô liều hiệu dụng E đó là nhân DLP (Dose Length Product) với hệ số chuyển đổi trung bình k được cho trong bảng 2.5.

Bảng 2.5: Giá trị hệ số chuyển đổi k ứng với các vùng cơ thể theo độ tuổi (mSv/(mGy.cm)).

Vùng cơ thể Hệ số chuyển đổi (mSv/(mGy.cm))

0 tuổi 1 tuổi 5 tuổi 10 tuổi trưởng thành

Đầu cổ 0,013 0,0085 0,0057 0,0042 0,0031 Đầu 0,011 0,0067 0,004 0,0032 0,0021 Cổ 0,017 0,012 0,011 0,0079 0,0059 Ngực 0,039 0,026 0,018 0,013 0,014 Bụng chậu 0,049 0,03 0,02 0,015 0,015 Thân 0,044 0,028 0,19 0,014 0,015

Như vậy, chỉ cần lấy số liệu DLP nhân với hệ số chuyển đổi k từ bảng 2.5, chúng ta có thể tính được liều hiệu dụng cho vùng cơ thể bị chiếu xạ.

CHƯƠNG 3.THỰC NGHIỆM

Nội dung của chương này là tiến hành một số đo đạt thực nghiệm trên hình nộm giả người (phantom) để đánh giá chất lượng hình ảnh PET/CT và liều bức xạ khi thông số chụp hình CT được thay đổi với các mức điện áp cao thế khác nhau.

3.1. Thiết bị

Các thiết bị để tiến hành làm thực nghiệm thu thập dữ liệu gồm có:  Hình nộm giả người (Nema IEC Body Phantom)

 Máy đo hoạt độ phóng xạ (Capintec 25 PET)

 Máy ghi hình PET/CT (Biograph 64 True Point w. True V)  Dụng cụ pha chế liều, kim tiêm, xi lanh,…

3.1.1.Hình nộm giả người

Hình nộm dùng trong thực nghiệm này là NEMA IEC Body Phantom, với

các thông số cụ thể được cho trong bảng 3.1, và hình ảnh minh hoạ, hình 3.1. Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của phantom: NEMA IEC Body

Model ETC/IEC Body

Chiều dài bên trong 194 mm

Chiều dài toàn bộ 216 mm

Đường kính các quả cầu 37 mm, 28 mm, 22 mm, 17

mm, 13 mm và 10 mm Khoảng cách từ mặt dưới quả cầu đến đáy

phantom 100 mm

Thể tích của toàn bộ quả cầu (Torso) ~ 10 L

Bề dày của các quả cầu 1 mm

Kích thước của thanh hình trụ bên trong quả cầu

Đường kính trong 51 mm

Đường kính ngoài 44,5 mm

Chiều dài 203 mm

Các quả cầu nhỏ của phantom trong thực nghiệm này sẽ đóng vai trò là các điểm nóng (hot spot), tượng trưng cho các tổn thương là các khối hấp thu mạnh thuốc phóng xạ trong thực tế.

Hình 3.1: Hình nộm giả người (Phantom NEMA IEC Body) được dùng trong khóa

luận này để làm thực nghiệm thu thập số liệu đánh giá chất lượng hình ảnh PET/CT và liều bức xạ. Nguồn: bệnh viện Chợ Rẫy TP Hồ Chí Minh.

Và thể tích của các điểm nóng được cho cụ thể trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Thể tích của các quả cầu bên trong phantom: NEMA IEC Body

Quả cầu 37 mm 26,52 ml Quả cầu 28 mm 11,49 ml Quả cầu 22 mm 5,57 ml Quả cầu 17 mm 2,57 ml Quả cầu 13 mm 1,15 ml Quả cầu 10 mm 0,52 ml Thể tích tổng 45,25 ml

3.1.2.Máy đo hoạt độ phóng xạ (Capintec 25 PET)

Máy đo hoạt độ phóng xạ Capintec 25CRC PET được kiểm chuẩn định kỳ, với độ chính xác (accuracy) nằm trong giới hạn cho phép là  10%.

Hình 3.2: Máy đo liều CRC 25 PET.

3.1.3.Máy ghi hình PET/CT (Biograph 64 True Point w. True V)

Máy ghi hình PET/CT trong thực nghiệm này có các thông số kỹ thuật như cho trong bảng 3.3.

Bảng 3.3: Đặc điểm của máy PET/CT Biograph 64 True Point with TrueV

Đặc điểm kỹ thuật

Hệ PET/CT

Hãng sản xuất Siemens

Dòng máy Biograph 64 True Point with TrueV

Thời gian ghi hình PET/CT toàn thân 15 – 20 phút (3 phút/vị trí gường)

Máy PET

Dòng máy Biograph True Point with TrueV

Tinh thể đầu dò (PET detector) LSO Trường nhìn FOV (Field of view)

theo trục ghi hình 21,6 cm

Chế độ ghi hình 3 chiều

Đường kính thân máy (Bore) 70 cm

Máy CT

Dòng máy Sensation 64

Số lát cắt CT 64

Tốc độ vòng quay 0,33 giây/64 lát cắt CT Đường kính thân máy (Bore) 70 cm

3.1.4.Dụng cụ pha chế liều, kim tiêm, xi lanh,…

Một số dụng cụ khác gồm:

 Chậu nước, dung tích 15 lít để trộn đều đồng vị phóng xạ.  Xi lanh, kim tiêm để đưa đồng vị phóng xạ vào các quả cầu.

3.2. Chuẩn bị thực nghiệm

Để tạo ra sự tương phản hình ảnh hấp thu thuốc phóng xạ FDG giữa phần Torso, được xem là phông nền và các quả cầu tượng trưng cho các khối hấp thu mạnh FDG, gọi là điểm nóng, thì trong thí nghiệm này nồng độ phóng xạ (Concentration) được tính toán theo tỷ lệ sau:

 Nồng độ phóng xạ trong Torso (phông) là 0,1315 Ci/ml.  Nồng độ phóng xạ trong các quả cầu (tín hiệu) là 2,652 Ci/ml.  Tỷ số tín hiệu/phông (Signal to Noise Ratio, SNR) = 20,17 lần.

Khi đã có nồng độ phóng xạ thì ta lần lượt đưa vào hình nộm (Torso) và các quả cầu với thể tích tương ứng như đã cho trong bảng 3.1 và 3.2.

Hình 3.3: Hình ảnh minh hoạ giai đoạn tiêm thuốc phóng xạ vào phantom và các

quả cầu.

Phantom sau khi đã chuẩn bị sẽ được đưa lên máy ghi hình PET/CT, với các thông số cao thế chụp CT được thay đổi lần lượt là 80 kV, 100 kV, 120 kV và 140 kV. Trong đó thông số chụp thường qui hàng ngày được thực hiện tại đơn vị PET- CT và Cyclotron, Bệnh viện Chợ Rẫy là 120 kV, còn trong nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng hình ảnh PET/CT của khóa luận này, thông số cao thế CT sẽ được thay đổi lần lượt như đã đề cập bên trên. Cụ thể, như trình bày trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Thông số chụp CT và PET

Thông số chụp CT

Cao thế 80 kV, 100 kV, 120 kV và 140 kV

Dòng hiệu dụng 170 mAs

Thời gian ghi hình 5,63 s

Bề dày lát cắt 5,0 mm

Thông số chụp PET

Liều tiêm 1,435 mCi

Thuật toán tái tạo Vòng lặp

Bộ lọc tái tạo Gaussian

Độ phân giải FWHM tại 1 cm 2,0 mm

Vị trí đặt phantom sao cho tâm của phantom trùng với tâm của trường chụp CT và PET như minh hoạ trong hình 3.4.

Hình 3.4: Bố trí phantom trên bàn ghi hình, các đường laser màu đỏ dùng để cân

chỉnh vị trí trung tâm của phantom sao cho trùng với trường chụp của khoang máy CT và khoang máy PET.

3.3. Kết quả thực nghiệm

Mục tiêu của thực nghiệm là đánh giá chất lượng hình ảnh PET/CT và liều bức xạ thay đổi theo thông số chụp CT. Trong đó việc đánh giá chất lượng hình ảnh sẽ được thực hiện qua hai phương pháp là trực quan và đánh giá qua giá trị phân tích bán định lượng SUV (Standardized Uptake Value) đã được chuẩn hoá. Và việc

đánh giá liều bức xạ sẽ được thực hiện thông qua chỉ số CTDIVOL và chỉ số độ dài DLP.

3.3.1.Chất lượng hình ảnh theo thông số chụp

Hình ảnh thu được trên máy ghi hình PET/CT sau đó được hiển thị và phân tích bằng phần mềm đọc ảnh chuyên dụng True D. Kết quả thu được ứng với các thông số chụp CT khác nhau, lần lượt được trình bày trong các hình minh hoạ sau:

3.3.1.1. Hình ảnh PET/CT 80 kV

(A) ảnh CT (axial) (B) Ảnh PET (axial)

Hình 3.5: Hình ảnh PET/CT với thông số 80 kV; (A, D) ảnh CT theo trục axial và

coronal cho thấy tín hiệu nhiễu cao thể hiện qua độ mịn (Smooth) của hình ảnh, ngoài ra còn khó phân biệt các quả cầu theo hướng coronal (mũi tên màu đỏ).

3.3.1.2. Hình ảnh PET/CT 100 kV

(A) ảnh CT (axial) (B) Ảnh PET (axial)

Hình 3.6: Hình ảnh PET/CT với thông số 100 kV; (A, D) ảnh CT theo trục axial và

coronal cho thấy tín hiệu nhiễu đã giảm đi thể hiện qua độ mịn của hình ảnh so với ảnh 80 kV, và trên ảnh (D) các quả cầu trên ảnh coronal (mũi tên màu đỏ) cũng đã cải thiện hơn so với 80 kV.

3.3.1.3. Hình ảnh PET/CT 120 kV

(A) ảnh CT (axial) (B) Ảnh PET (axial)

Hình 3.7: Hình ảnh PET/CT với thông số 120 kV; (A, D) ảnh CT theo trục axial và

3.3.1.4. Hình ảnh PET/CT 140 kV

(A) ảnh CT (axial) (B) Ảnh PET (axial)

Hình 3.8: Hình ảnh PET/CT với thông số 140 kV; (A, D) ảnh CT theo trục axial và

coronal cho thấy tín hiệu rất rõ nét, có thể xác định được bề dày của các quả cầu. Tín hiệu nhiễu giảm, làm cho hình ảnh có độ mịn rất cao; và trên ảnh (D) các quả cầu trên ảnh coronal (mũi tên màu đỏ) cũng rõ nét.

3.3.2.Giá trị phân tích bán định lượng SUV

Trong đánh giá định lượng hình ảnh chuyển hoá PET/CT thì giá trị hấp thu chuẩn hoá SUV là công cụ phổ biến nhất được các nhà chuyên môn sử dụng trong phân tích hình ảnh. SUV là một tham số không có thứ nguyên, nó thể hiện mức độ hấp thu thuốc phóng xạ trên từng phần thể tích của vật thể cần quan tâm (trong thực nghiệm này là hình nộm, trong thực tế là cơ thể bệnh nhân). Ví dụ, với một thể tích hình nộm biết trước, hoạt độ phóng xạ biết trước và được trộn đều, đồng nhất thì giá

trị SUV trong bất kỳ phần thể tích nào của hình nộm cũng cho giá trị SUV = 1. Công thức tính SUV được cho bởi [11]

(3.1) Và trong thực nghiệm này cũng vậy, giá trị phân tích bán định lượng SUV cực đại (Max SUV) được dùng để đánh giá mức độ hấp thu thuốc phóng xạ trong các quả cầu với các thông số cao thế chụp CT khác nhau, thay đổi từ 80 đến 140 kV, kết quả thu được cho trong bảng sau:

Bảng 3.5: Giá trị Max SUV ứng với từng quả cầu và cao thế chụp CT khác nhau.

Đường kính quả cầu

Giá trị cao thế (kV) trong ghi hình PET/CT trên phantom

80 kV 100 kV 120 kV 140 kV

Max SUV Max SUV Max SUV Max SUV

37 mm 26,28 26,33 26,52 26,22 28 mm 25,42 26,07 25,76 26,09 22 mm 24,57 24,75 24,66 24,52 13 mm 19,33 18,2 17,89 19,24 10 mm 10,74 9,77 11,99 9,62 3.3.3.Giá trị liều bức xạ

Giả định phantom có hệ số chuyển đổi liều tương đương với hệ số chuyển đổi liều toàn thân k = 0,015 (mSv.mGy-1.cm-1), khi đó ta có bảng giá trị liều bức xạ (mSv) được cho trong bảng 3.6. Liều ECT cho bởi công thức ECT= k x DLP (mSv).

Bảng 3.6: Liều bức xạ của phantom từ phần chụp hình CT trong kỹ thuật PET/CT

Thông số chụp 80 kV 100 kV 120 kV 140 kV

Dòng (mAs) 130 134 140 137

CTDIvol (mGy) 2,36 5,28 9,45 14,46

DLP (mGy.cm) 61 137 245 375

3.4. Bàn luận

3.4.1.Chất lượng hình ảnh CT thay đổi theo cao thế (kV)

Với cùng một vật thể chụp là hình nộm và tất cả các thông số chụp đều giống nhau, ta thấy rằng, chất lượng hình ảnh thay đổi nhiều theo giá trị cao thế, với hình ảnh cao thế thấp (80 kV) thì tín hiệu nhiễu tăng làm cho hình ảnh không sắc nét so với các hình ảnh với cao thế cao hơn như 100 kV, 120 kV, và 140 kV. Điều này được giải thích như sau, khi chùm tia X có năng lượng càng cao thì khả năng đâm xuyên qua vật chất càng dễ dàng và mức độ suy giảm trong vật chất sẽ ít hơn, do vậy tín hiệu thu được cao hơn, cho hình ảnh sắc nét. Ngược lại chùm tia X năng lượng càng thấp thì suy giảm càng mạnh và nhiễu hình ảnh càng cao, như minh hoạ trong hình 3.9 và 3.10.

(A) ảnh CT (axial), cao thế 80 kV (B) ảnh CT (axial), cao thế 100 kV

Hình 3.9: Hình ảnh CT với các thông số chụp thay đổi từ 80 kV đến 140 kV. Rõ

ràng bằng mắt thường ta có thể đánh giá được độ sắc nét của từng hình ảnh, qua đó cho thấy điện thế càng cao, thì nhiễu càng giảm và hình ảnh càng sắc nét, mịn màng hơn. Tuy nhiên rất khó để phân biệt sự khác biệt giữa hình ảnh 120 kV và 140 kV.

(A) ảnh CT (axial), cao thế 80 kV (B) ảnh CT (axial), cao thế 120 kV

Hình 3.10: Hình ảnh CT với cùng một lát cắt nhưng có thông số chụp CT khác

nhau là 80 kV và 120 kV. Hình (B) 120 kV có thể quan sát rõ tất cả các quả cầu với bề dày của quả cầu có thể đo được. Tuy nhiên rất khó để phân biệt các quả cầu trên hình (A) 80 kV.

3.4.2.Mối tương quan giữa SUV và cao thế (kV)

Theo tác giả Ronald Boellaard [11] các yếu tố vật lý có thể ảnh hưởng đến giá trị SUV bao gồm :

Bảng 3.7: Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến giá trị SUV [11]

STT Yếu tố ảnh hưởng Nguyên nhân – hậu quả

1 Thông số cài đặt để ghi hình PET SUV tăng khi tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của PET thấp.

2 Thông số tái tạo ảnh PET SUV bị ảnh hưởng khi thay đổi thông số và thuật toán tái tạo ảnh.

Các thông số liều CT cụ thể: CTDI và DLP

Nguyên lý ghi hình của máy PET

Các phương pháp hiệu chỉnh sự suy giảm