Máy xạ hình dùng để ghi sự phân bố dược chất phóng xạ (DCPX) của cơ quan nào đó theo không gian. Tùy theo sự phát triển của kỹ thuật mà hiện nay có các loại máy xạ hình sau đây:
Xạ hình vạch thẳng
Xạ hình vạch thẳng dùng để ghi sự phân bố theo không gian cường độ phóng xạ, chẳng hạn hình ảnh tuyến giáp, gan, thận.
Các khối chính của máy xạ hình vạch thẳng bao gồm:
• Ống đếm phóng xạ có bao định hướng, giúp cho ống đếm dù có kích thước thế
nào cũng chỉ ghi cường độ phóng xạ tại một điểm có kích thước nhỏ tùy theo độ phân giải của ống chuẩn trực.
• Các bộ khuếch đại tín hiệu.
• Bộ phân tích biên độ tín hiệu để chọn bức xạ theo yêu cầu.
• Bộ điều khiển ghi, chuyển động đồng bộ với ống đếm. Vị trí nào có phóng xạ
lớn thì ghi nhiều vạch, vị trí nào có phóng xạ thấp thì ghi ít vạch. Để tạo ra hình ảnh hai chiều, ống đếm phải chuyển động trên bề mặt cơ quan theo những đường dích dắc. Đối với những thế hệ máy mới, người ta đưa vào các màu biểu hiện cho cường độ phóng xạ, thường là 6 hoặc 9 màu.
Xạ hình vạch thẳng cho kết quả sự phân bố phóng xạ theo không gian hai chiều trên giấy. Kết quả không lưu được và máy tính không xử lý định lượng. Xạ hình vạch thẳng làm việc chậm, để quét một cơ quan lớn như gan có thể mất hàng giờ.
Gamma camera
Gamma camera cho phép ghi hình ảnh hai chiều sự phân bố đồng vị phóng xạ trong cơ quan cần nghiên cứu [5].
+ Một đầu dò bức xạ có kích thước lớn, thường có đường kính 30-40cm. Độ dày của tinh thể thích hợp để đo các tia bức xạ có năng lượng thấp như tia bức xạ phát ra từ DCPX Tc-99m. Trong đầu dò này ngoài việc cung cấp tín hiệu về năng lượng của bức xạ, còn cho ta biết toạ độ của bức xạ đó trong không gian hai chiều. Hệ thống ống chuẩn trực tùy thuộc mục đích của phương pháp chẩn đoán.
+ Bộ khuếch đại tín hiệu; bộ phận tính; máy tính điện tử. + Hệ thống cơ học để điều khiển chuyển động của đầu dò.
Những tín hiệu từ đầu dò sau khi được khuếch đại, chọn lọc được đưa vào máy tính. Máy tính điều khiển việc lưu giữ thông tin, hiện hình ảnh hai chiều và xử lý kết quả.
Về phần mềm: gamma camera được gắn với máy tính, có phần mềm chuyên dụng để thu nhận, xử lý kết quả.
+ Thu nhận dữ liệu: các tín hiệu thu nhận được từ đầu dò được đưa vào hệ thống thu nhận dữ liệu để mã hoá và truyền vào máy tính. Khi chuyển động quét của đầu dò kết thúc, trong bộ nhớ máy tính đã ghi nhận được các số đo hoạt độ phóng xạ của các điểm, là cơ sở để tái tạo hình bẳng bằng phần mềm thích hợp. Tái tạo ảnh được dựa vào các thuật toán về ma trận. Hiểu một cách đơn giản , ma trận là một tập hợp số được phân bổ trên một cấu trúc gồm các hàng và cột. Mỗi ô như vậy là một đơn vị của ma trận và được gọi là đơn vị thể tích cơ bản (volume element) hay là voxel. Từ mỗi voxel tạo ra một đơn vị ảnh cơ bản (picture element) gọi là pixel. Tổng các đơn vị ảnh cơ bản hình thành quang ảnh (photo image). Ma trận thu nhận ảnh có đơn vị thể tích cơ bản càng lớn thì kích thước các lớp cắt càng mỏng, ảnh thu được càng chi tiết. Ma trận thu nhận hình ảnh có thể có kích thước là 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, 512x512 pixels, ma trận có kích thước càng lớn thì độ phân giải càng tốt. Song số hình ảnh thu nhận được vào bộ nhớ của máy tính sẽ bị hạn chế, nhất là trong các trường hợp muốn
theo dõi quá trình động học của cơ quan nào đó. Số đếm có thể thu nhận được trên một hình ảnh, số đếm càng lớn, chất lượng hình ảnh càng đẹp.
+ Xử lý kết quả: hình ảnh sau khi thu nhận sẽ được tự động lưu vào đĩa cứng. Sau đó có thể đem hình ảnh ra để xử lý. Các thao tác trong xử lý có thể là:
• Vẽ vùng quan tâm (Region of Interesting - ROI).
• Tính tổng hoạt độ phóng xạ trong vùng quan tâm, toàn bộ hình ảnh.
• Tạo các đường từ vùng quan tâm.
• Xử lý các phép toán học từ hình ảnh.
+ Hiện kết quả: kết quả sau khi xử lý được hiện lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Có thể hiện hình ảnh động, hình ảnh cố định các đường tạo ra từ các vùng ROI, các tham số và kết quả từ các phép toán trên hình ảnh.
Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có thể chỉ thị và tạo ra hình ảnh đẹp, kết quả tổng hợp của phương pháp chẩn đoán. Với những máy gamma camera đầu tiên người ta cho chụp ảnh lấy ngay để đưa ra kết quả.
Hiện nay các thiết bị như in phim, in màu ra giấy hoặc hoà mạng được sử dụng để các thầy thuốc trong khoa, trong viện, các cơ sở khác có thể cùng tham khảo kết quả chẩn đoán.
Máy cắt lớp phóng xạ
Nguyên tắc cắt lớp: các máy ghi hình phẳng chỉ ghi được hình ảnh hai chiều trong khi đồng vị phóng xạ trong cơ thể phân bố theo không gian ba chiều. Để có được thông tin về chiều sâu người ta phải chụp thêm các ảnh phẳng với các góc khác nhau. Máy cắt lớp phóng xạ (SPECT- single photon emission computerized tomograph) là máy
gamma camera có thể quay 3600 quanh bệnh nhân. Tuy mật độ chùm photon phát ra
đơn photon. Mỗi vị trí của đầu dò thu nhận có được một hình ảnh hai chiều. Để tạo hình ảnh ba chiều, sau khi thu nhận người ta dùng kỹ thuật tái tạo (reconstruction). Việc tái tạo ảnh dựa vào phần mềm chuyên dụng. SPECT cho phép tăng độ chính xác chẩn đoán, thời gian ghi hình ít hơn so với gamma camera. Máy có thể quét toàn thân để chụp hình ảnh toàn bộ cơ thể. Đầu dò (Detector) Bảng điều khiển ADC Máy tính Khối xử lý mảng Khối hiển thị Motor
Điều khiển bằng tay
Thiết bị ngoại vi
Điều khiển bằng tay
Giường BN
Gantry
Hình 2.6: Sơ đồ khối tổng quát của máy SPECT
Cấu tạo máy cắt lớp, phần cứng gồm có:
+ Đầu dò có cấu tạo và hoạt động giống như Gamma Camera, có các tham số chất lượng cao hơn, có hệ thống tự điều chỉnh. Từ trước đến nay các đầu dò của SPECT vẫn thường dùng tinh thể NaI(Tl). Bức xạ phát ra từ tinh thể phát quang được khuếch đại bởi ống nhân quang và các mạch điện tử khác. Đầu dò là thiết bị đặc biệt quan trọng, nó quyết định chất lượng hình ảnh SPECT. Để có hình ảnh tốt, đầu dò cần có độ phân giải cao, độ nhạy lớn, collimator thích hợp, khoảng cách từ đầu dò đến mô tạng ghi hình ngắn nhất. Để tăng độ phân giải người ta tạo ra loại SPECT hai hoặc ba đầu dò.
+ Khung máy hoạt động với 4 bậc tự do, có thể di chuyển cả dàn quay sang phải, sang trái trong chế độ chụp toàn thân. Giá quay tròn cho phép đầu dò gắn với thân máy
cũng quay tròn 3600 quanh bệnh nhân một cách dễ dàng. Dàn nâng có thể nâng lên
hoặc hạ xuống làm cho đầu dò xa hoặc gần bệnh nhân. Cả hệ thống đầu dò gắn với khung máy có thể tự động thực hiện quay với tốc độ đặt trước. Cũng có thể sử dụng bàn điều khiển bằng tay (Remote Control Unit).
+ Máy tính có tốc độ xử lý nhanh, ổ cứng với dung lượng lớn, bộ nhớ có dung lượng lớn hơn để xử lý tái tạo hình ảnh, hiển thị kết quả với hình ảnh có độ phân giải và chất lượng màu sắc cao hơn. Thiết bị xử lý trung tâm có nhiệm vụ điều khiển, đồng bộ hoạt động của các thiết bị, và đặc biệt là nó được tích hợp các phần mềm, cho phép thực hiện các chức năng lưu giữ và xử lý thông tin, xử lý và hiển thị ảnh, thực hiện các lệnh do người sử dụng đưa vào... Nó còn cho phép kết nối với các thiết bị mở rộng khác như: bộ nhớ ngoài (ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm) kết nối mạng Internet, máy in...
+ Hệ thống điều khiển chuyển động tròn và chuyển động dọc theo chiều dài cơ thể. Đây là phần đặc biệt khác của máy cắt lớp. Hệ thống này điều khiển đầu dò tự động quay quanh cơ thể bệnh nhân và dừng lại thu nhận hình ảnh. Số lượng hình ảnh khi quay một vòng quanh bệnh nhân tùy thuộc vào chế độ đặt do người sử dụng đặt cho
máy (32, 64, 128 hình ảnh...). Hệ thống điều khiển còn có thể tạo ra quỹ đạo quay tròn hay elíp bằng cách điều khiển giường bệnh nhân ở mỗi vị trí khác nhau. Ngoài ra nó cũng có thể điều khiển giường bệnh nhân chạy trên bề mặt đầu dò đặt cố định, đồng thời có phần mềm để hiệu chỉnh bề rộng đầu dò trong trường hợp đầu dò hình tròn.
+ Thiết bị xuất kết quả hình ảnh gồm có máy in màu, máy in phim.
Hiện nay người ta kết hợp ghi hình SPECT với CT tạo ra máy SPECT/CT, tức là ghép hai loại đầu dò trên cùng một máy và dùng chung hệ thống ghi nhận lưu giữ tín hiệu, các kỹ thuật xử lý của máy tính. Hệ thống này cho hình ảnh như ghép chồng hình ảnh CT với xạ hình nên cho phép vừa xác định chính xác vị trí giải phẫu (nhờ CT) các tổn thương vừa đánh giá được chức năng (nhờ xạ hình). Hình ảnh thu được có cả ưu điểm của CT và SPECT.
Phần mềm trong máy cắt lớp thực hiện các chức năng sau:
+ Thu nhận dữ liệu, xử lý ảnh, cho phép ghi hình các cơ quan, xử lý hình ảnh, lưu trữ, in, truyền ảnh qua internet.
+ Phần mềm ghi hình tim mạch: có cổng điện tim và không có cổng điện tim, tái tạo ảnh ba chiều. Có thể ghi hình tĩnh, ghi hình động, ghi hình cắt lớp, ghi hình bể máu (blood pool) đánh giá chức năng tim (phân số tống máu, vận động vùng, hiệu suất tống máu...).
+ Có phần mềm ghi hình phổi, ghi hình tuyến giáp, phần mềm ghi hình thận, gan- đường mật, ghi hình não...
+ Xử lý kết quả: ngoài những phương pháp xử lý kết quả như máy Gamma Camera, trong máy cắt lớp còn có thêm phần mềm để tái tạo hình ảnh. Để sử dụng phần mềm này, người sử dụng phải có kinh nghiệm lựa chọn các tham số khi xử lý kết quả (tần số cắt bỏ, hệ số hiệu chỉnh sự suy giảm khi bức xạ đi qua bề dày khác nhau...) để có được hình ảnh trung thực của cơ quan cần nghiên cứu.
Một số điểm cần chú ý khi làm việc với máy cắt lớp phóng xạ:
• Thường xuyên kiểm tra chất lượng của máy theo các chương trình của máy để
đảm bảo máy làm việc đúng.
• Đặt chế độ thu nhận, xử lý kết quả hợp lý, dùng ống chuẩn trực hợp lý.
• Sử dụng chương trình hợp lý (nguồn phóng xạ, vị trí ống đếm, thời gian thu
nhận sau khi tiêm phóng xạ, chương trình thu nhận, chương trình xử lý kết quả, các hình ảnh kết quả đưa ra, bố trí hình ảnh kết quả...).
Hình 2.7: Nguyên tắc ghi nhận ảnh của SPECT Hiển thị vị trí xảy ra tương tác Xung logic Mạch định vị Mạch phân tích biên độ xung Tinh thể NaI(Tl) Nguồn phát
Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ nguồn phát ra và chiếu ảnh gamma vào bề mặt tinh thể. Tinh thể phát sáng hấp thụ ảnh gamma và chuyển nó sang ảnh ánh sáng. Ảnh ánh sáng này có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh trực tiếp từ trạng thái này. Do đó sẽ phải khuếch đại các chùm ánh sáng này bằng việc cho đi qua dãy ống nhân quang (PMT). Ống nhân quang nằm đằng sau tinh thể phát sáng nhận ánh sáng này chuyển thành các xung điện và khuếch đại các xung điện này. Sau đó các xung này sẽ được phân tích và được hiển thị qua bộ phân tích chiều cao xung (PHA – Pulse Hieght Analyzer). Nếu xung nằm trong phạm vi cửa sổ được lựa chọn, nó sẽ truyền qua bộ phân tích chiều cao xung và được ghi lại trên bộ nhớ máy tính để cho các phân tích quan sát và xử lý sau này [34].
2.4. Máy SPECT tại Khoa Y Học Hạt Nhân, Bệnh viện Chợ Rẫy
SPECT ( Single Photon Emission Computed Tomography ) là một thiết bị chụp ảnh cắt lớp bằng bức xạ hạt nhân dựa trên kỹ thuật đánh dấu phóng xạ.
SPECT chính là phương thức tạo ảnh cao hơn so với gamma camera.
Nguyên tắc chụp ảnh của máy SPECT như sau: khi đưa một dược chất phóng xạ vào cơ thể bệnh nhân, sau một thời gian dược chất phóng xạ này tham gia quá trình sinh hoá trong cơ thể tạo ra sự phân bố phóng xạ trong cơ thể. Cơ thể sẽ phát ra các bức xạ gamma đi đến camera nhấp nháy (một bộ phận chính trong máy SPECT) ghi nhận. Dữ liệu ghi nhận từ camera được xử lý bởi máy tính để tạo ra hình ảnh về sự phân bố phóng xạ đó.
Máy tính kết nối với máy SPECT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc: thu nhận, xử lý, hiển thị những ảnh số cho biết sự phân bố phóng xạ trong cơ thể. Ngoài ra máy tính còn hỗ trợ việc truy cập thông tin của bệnh nhân, của bệnh viện và kết nối với các hệ thống khác.
bố, từ đó bác sĩ chẩn đoán được tình trạng hoạt động sinh hoá của cơ quan trong cơ thể bình thường hay bất thường. Nên ảnh thu được bởi máy ghi hình SPECT là ảnh ở cấp phân tử, chức năng và sinh hoá giúp phát hiện sớm hơn các chẩn đoán dựa trên hình ảnh cấu trúc giải phẩu học (ảnh X –quang, siêu âm, MRI).
Hiện nay, tại bệnh viện Chợ Rẫy có hai loại máy SPECT: SPECT một đầu dò và SPECT hai đầu dò, tạo điều kiện linh hoạt trong quá trình thăm khám chữa bệnh.
Đầu dò
SPECT một đầu dò: Linh hoạt trong chụp tổng quát với khả năng tiếp cận hết
sức dễ dàng với bệnh nhân trên cáng và xe lăn. Đặc trưng của hệ thống này là gantry mở đa năng, khả năng chỉnh nghiêng đầu thu, tự động đánh dấu cơ thể trong chụp SPECT và chụp toàn thân.
Hình 2.8: Máy SPECT một đầu dò
Máy SPECT hai đầu dò: Tối đa hóa chất lượng hình ảnh trong chụp toàn thân
đồng thời tăng năng suất thăm khám trong mọi kiểu chụp. Máy hai đầu dò có thể biến đổi cho cấu hình đầu dò ở các góc 1800, 900 và 760, tạo ra các ứng dụng thăm khám tối ưu trong chụp tổng quát tim mạch, u bướu, thần kinh, tim mạch v.v…Thuận tiện trong việc chụp bệnh nhân trên cáng, trên xe lăn, kể cả trong tư thế đứng.
Hình 2.9: Máy SPECT/CT hai đầu dò