Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I Đề tài Chụp cắt lớp vi tính Họ và tên Nguyễn Mậu Thuyết Lớp KT DTTT 02 – K58 MSSV 20133849 Viện GVHD Điện tử Viễn thông TS Nguyễn Thái Hà Hà Nội, tháng 1 năm 2017 CHƯƠNG 11 CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH (CT) J GELEIJNS Leiden University Medical Centre, Leiden, Netherlands 11 1 Giới thiệu Sau khi được giới thiệu lâm sàng năm 1971, chụp cắt lớp vi tính (CT) đã phát triển từ phương thức chụp X quang,.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG ************* BÁO CÁO CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I Đề tài: Chụp cắt lớp vi tính Họ tên: Lớp: MSSV: Viện: Nguyễn Mậu Thuyết KT DTTT 02 – K58 20133849 Điện tử - Viễn thông GVHD: TS Nguyễn Thái Hà Hà Nội, tháng năm 2017 CHƯƠNG 11: CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH (CT) J GELEIJNS Leiden University Medical Centre, Leiden, Netherlands 11.1 Giới thiệu: Sau giới thiệu lâm sàng năm 1971, chụp cắt lớp vi tính (CT) phát triển từ phương thức chụp X-quang, bị giới hạn ảnh cắt trục não chụp Rơngen thần kinh sang phương thức khơng gian 3-D với tồn hình ảnh thể, tiện lợi cho loạt ứng dụng ung thư, X quang mạch máu, chụp X-quang tim mạch, chấn thương X-quang can thiệp CT áp dụng cho nghiên cứu chẩn đoán, theo dõi bệnh nhân, lập kế hoạch xạ trị việc kiểm tra phận khỏe mạnh thể với nguy cụ thể 11.2 Nguyên lý chụp CT: 11.2.1 Phương pháp chiếu X quang, suy giảm thu nhận ảnh từ mặt cắt đường truyền tia X: Quá trình thu ảnh CT liên quan đến việc đo số lượng lớn mặt cắt đường truyền tia X qua bệnh nhân Hình ảnh từ mặt cắt thu cách sử dụng cung đầu dò, hay gọi máy dò theo dãy, bao gồm từ 800 đến 900 đầu dò Quay vòng ống phát tia X cung đầu dị xung quanh bệnh nhân, ta thu lượng lớn mặt cắt Việc sử dụng hàng chục chí hàng trăm đầu đị liên kết dọc theo trục quay giúp ta thu mặt cắt cách nhanh chóng (hình 11.1) Mặt cắt đường truyền tia X thu lại sử dụng để tái tạo ảnh CT, ma trận điểm ảnh (pixel) (xem phần 11.3) Hình 11.1: Hình ảnh CT thu lại cho thấy đường truyền tia X qua bệnh nhân việc sử dụng máy dò theo dãy (a) với ống tia X máy dò quay vòng (b) nhiều đầu dò (c) Các giá trị gán cho điểm ảnh ảnh CT liên quan tới suy giảm mô tương ứng, cụ thể với hệ số suy giảm tuyến tính μ (m -1) (xem phần 2.3.1) Hệ số suy giảm tuyến tính phụ thuộc vào thành phần vật liệu tia X qua Mật độ vật liệu lượng photon, định luật Beer: Với I(x) cường độ chùm tia X bị suy giảm, I0 cường độ chùm tia X không bị suy giảm x độ dày lớp vật liệu Lưu ý định luật Beer mô tả suy giảm chùm tia sơ cấp mà không đo cường độ xạ tán xạ tạo Để sử dụng cho chùm tia X đa mức lượng, định luật Beer nên ứng dụng tất mức lượng photon quang phổ tia X Tuy nhiên, phương pháp chiếu ngược (bên dưới) phát triển thuật toán tái tạo ảnh CT, định luật khơng áp dụng được; thay vào đó, có giải pháp thiết thực giả định định luật Beer áp dụng cách sử dụng giá trị đại diện cho lượng photon trung bình quang phổ tia X Giả định gây thiếu xác việc tái tạo hình ảnh CT dẫn đến làm cứng chùm tia X Khi chùm tia X truyền qua bệnh nhân, mô khác có hệ số suy giảm tuyến tính khác Nếu đường truyền tia X qua bệnh nhân có độ dày từ đến d, cường độ tia X bị suy giảm, truyền qua khoảng d, biểu thị dạng: Ảnh CT bao gồm ma trận điểm ảnh, bệnh nhân quét qua coi tạo nên từ ma trận hệ số suy giảm tuyến tính khác nhau, cịn gọi phần tử thể tích (voxels) Hình 11.2 cho ta ma trận (4 x 4) đơn giản, phép đo truyền dọc theo đường Phương trình cho suy giảm biểu thị dạng: Hình 11.2: Nguyên tắc suy giảm chùm tia X ma trận x Mỗi phần tử ma trận nguyên tắc có hệ số suy giảm tuyến tính khác Có thể thấy liệu cần thiết cho chụp CT cường độ chùm tia X bị suy giảm không bị suy giảm, tương ứng với I(d) I0, cường độ đo Kỹ thuật tái tạo hình ảnh áp dụng từ ma trận hệ số suy giảm tuyến tính, làm sở cho hình ảnh CT 11.2.2 Đợn vị Hounsfield: Trong ảnh CT, ma trận hệ số suy giảm tuyến tính xây dựng lại (μ vật liệu ) chuyển thành ma trận tương ứng đơn vị Hounsfield (HU vật liệu), HU có mối liên hệ với hệ số suy giảm tuyến tính nước nhiệt độ phịng: Ta thấy HUnước = (μvật liệu = μnước), HUkhông khí = -1000 (μvật liệu = 0) HU = liên kết với 0,1% hệ số suy giảm tuyến tính nước Bảng 11.1 hiển thị giá trị tiêu biểu cho mô thể Từ định nghĩa HU, với tất chất trừ nước khơng khí, thay đổi giá trị HU xảy chúng xác định giá trị điện áp ống phát tia khác Lý là, hàm lượng photon, chất khác thể mối quan hệ phi tuyến tính hệ số suy giảm tuyến tính với hệ số nước khác Bảng 11.1 Các giá trị HU đặc trưng phạm vi giá trị mô vật liệu khác nhau: Vật Chất Xương nhỏ Gan Máu Thận Cơ Não, Chất xám Não, Chất trắng Nước Mỡ Phổi Khơng khí HU +1000 (+300 đến +2500) +60 ( +50 đến +70) +55 (+50 đến 60) +30 (+20 đến +40) +25 (+10 đến +40) +35 (+30 đến 40) +25 (+20 đến 30) -90 (-100 đến -80) -750 (-950 đến -600) -1000 ( Giá trị thực HU phụ thuộc vào thành phần mô vật liệu, điện áp ống Rơnghen nhiệt độ ) Độ sâu bit tối thiểu gán cho điểm ảnh 12, cho phép tạo quy mô Hounsfield có phạm vi từ -1024 HU +3071 HU, bao gồm mô lâm sàng cần thiết Quy mô Hounsfield rộng với độ sâu 14 bit hữu ích cho việc mở rộng quy mơ HU lên đến +15359 HU, làm cho tương thích với vật liệu có mật độ hệ số suy giảm tuyến tính cao Hình ảnh CT thường nhìn hình sử dụng cửa sổ bậc thang xám bit cho 256 giá trị màu xám Mỗi giá trị điểm ảnh HU chịu ánh xạ tuyến tính tới “cửa sổ” có giá trị bit Độ rộng cửa sổ cho biết phạm vi HU đặc trưng giá trị ánh xạ (sắp xếp từ màu trắng tới màu đen) mức cửa sổ xác định giá trị trung tâm HU độ rộng cửa sổ chọn Chỉ đạt hình ảnh tối ưu mơ cách rõ nét có độ rộng mức cửa sổ thích hợp Do đó, người ta sử dụng cửa sổ có độ rộng mức khác để nhìn mơ mềm, mơ phổi xương Cửa sổ bậc thang xám xác định mức độ rộng cửa sổ, phù hợp với chức chẩn đoán Trong thực hành lâm sàng, độ lệch giá trị HU dự kiến giá trị quan sát xảy Nguyên nhân dẫn đến khơng xác phụ thuộc giá trị HU vào lọc tái thiết, phạm vi quan sát (FOV) vị trí phạm vi quan sát Ngồi ra, vật thu ảnh có ảnh hưởng đến độ xác giá trị HU Khi thực nghiên cứu lâm sàng theo trục dọc thể, nên ý, với máy quét, giá trị HU cho loại mơ định thay đổi theo thời gian Trong nghiên cứu đa trung tâm có liên quan đến máy quét CT khác nhau, có biến đổi đáng kể giá trị HU thu Do đó, hình ảnh định lượng CT đòi hỏi phải đặc biệt ý thường xuyên bổ sung hiệu chuẩn cho máy chụp CT 11.3 Hệ thống ảnh CT: 11.3.1 Cấu hình phận thu nhận ảnh lịch sử tại: Sau nghiên cứu lâm sàng phát triển thập niên 1970, CT phát triển nhanh chóng phương thức thu lại hình ảnh khơng thể thiếu chụp X quang chẩn đoán (bảng 11.2) Thật ấn tượng để nhận hầu hết công nghệ CT đại sử dụng thực hành lâm sàng biết đến từ cuối năm 1983 (Hình 11.3) Sự phát triển CT đa dãy đầu dò (MDCT) CT đa nguồn mô tả sáng chế Hoa Kỳ từ năm 1980 [11.1] Sáng chế mơ tả tác giả gọi " Máy quét X quang cắt lớp tốc độ cao với nhiều mục đích” Trong việc tạo kỹ thuật CT xoắn ốc (được mô tả Ref [11.2]), sáng chế cho biết "bộ máy cho phép quét xoắn ốc thực chuyển động liên tục bàn bệnh nhân" Từ điểm nhìn bệnh nhân, đường mà tia X liên tục quay có dạng xoắn ốc Hình 11.3 CT đa nguồn đa đầu dò (trái) CT xoắn ốc (phải) Người ta tạo CT thể tích sử dụng máy qt có khả chụp tồn hình ảnh khối thể vòng chưa đầy giây qua việc thiết lập công nghệ tái tạo ảnh động không gian vào năm 1980 bệnh viện Mayo Clinic Hoa Kỳ Máy quét sử dụng 14 ống tia X 14 bóng tăng sáng có hiệu suất cao phạm vi độ phân giải, tiêu chuẩn đo Hiện nay, hầu hết máy quét máy quét MDCT xoắn ốc, nhiên công nghệ nguồn kép CT thể tích sử dụng với quy mơ rộng 11.3.2 Dàn quay bàn bệnh nhân: Dàn quay chứa tất thành phần mà hệ thống yêu cầu để ghi lại hình ảnh sau quét bệnh nhân Hình ảnh sau quét ghi lại góc độ khác nhau, thành phần gắn phận hỗ trợ dàn quay để luân chuyển Các ống tia X với máy phát điện cao áp hệ thống ống làm mát, ống chuẩn trực, lọc tia, dãy đầu dò hệ thống thu liệu gắn Cấu trúc kỹ thuật thành phần phức tạp, chúng chịu lực ly tâm lớn xảy trình quay nhanh dàn quay Điện áp cung cấp cho dàn quay vịng trượt Thơng tin ghi lại thường truyền từ dàn quay tới máy tính công nghệ truyền không dây Việc thiết kế cấu trúc kỹ thuật bàn nằm, với dàn quay, quan trọng cho việc thu nhận liệu cách xác tốc độ quay cao Bàn nằm có khả chịu trọng lượng lớn mà khơng bị uốn cong Vị trí bệnh nhân bàn đầu trước hay chân trước, nằm ngửa nghiêng; vị trí thường ghi lại liệu quét Bảng 11.2 Tổng quan khác công nghệ chụp CT: Cơng nghệ CT Cấu hình đầu dị Hình dạng độ rộng chùm tia Chuyển động ống tia X đầu dò Độ dày chùm tia Máy quét CT lâm sàng đầu tiên, 1974 Một đầu dị đơn Chùm tia hình bút chì, với chuyển đổi ống tia X đầu dò bước chuyển động nhỏ Một dãy đầu dò Chùm tia hình với hàng trăm quạt, với bao đầu dị phủ đầy đủ FOV Ống tia X đầu dị dịch chuyển góc nhỏ Sự tịnh tiến bàn theo nấc nhỏ Ống tia X đầu dị quay góc 3600 Như CT Scanner xoắn ốc Như Như Nhiều vòng quay liên tục ống tia X đầu dò Sự dịch chuyển liên tục bàn bệnh nhân MDCT xoắn ốc, 1998 ( đa lát cắt) Nhiều dãy đầu dò (4- 64 kênh hoạt động) Như Như Như chùm tia hình quạt, với chùm bao phủ đầy đủ FOV Nhiều vòng quay liên tục ống tia X hai máy dò Vòng quay đơn liên tục ống tia X đầu dò Như Máy CT cắt trục Nguồn kép, Hai đầu dò MDCT xoắn ốc với nhiều dãy đầu dò (32- 64 kênh hoạt động) CT thể tích, Nhiều dãy đầu dò với gần 320 2007 kênh hoạt động ( cắt lớp khối thể tích) Chùm tia hình nón, bao phủ đầy đủ tích FOV Bao phủ (160 mm) phạm vi chiều dọc chùm tia hình nón 11.3.3 Ống tia X máy phát điện: Do dòng tia X cao cần thiết cho CT, nên ống tia X sử dụng anot làm Vonfram thiết kế để chịu nhiệt độ nóng chảy lớn Với chu kì thu nhận liên tục buộc phải sử dụng hệ thống làm mát dầu nước lưu thông qua trao đổi nhiệt 11.3.4 Bộ chuẩn trực lọc: Tia X nên chuẩn trực với kích thước mong muốn Độ rộng chùm tia theo trục dọc thể nhỏ; đó, chùm tia X chuẩn trực thường nhắc đến chùm hình quạt Trong mặt phẳng vng góc với bàn chuyển động, cịn gọi x-y mặt phẳng trục, chùm tia định hình để làm hẹp dải động tín hiệu ghi lại đầu dò Bộ lọc định hình chùm tia sử dụng để làm cứng chùm tia theo mong muốn 11.3.5 Đầu dị: Các đặc tính vật lý thiết yếu đầu dò CT khả phát tốt phản ứng nhanh với ánh sáng dịu Hiện nay, đầu dò bán dẫn sử dụng, chúng có khả phát gần 100% so với áp suất cao, đầu dò xenon sử dụng trước có khả phát khoảng 70% Đầu dị bán dẫn gồm có lớp phát quang (scintillator), có nghĩa tia X tương tác với đầu dò tạo ánh sáng Ánh sáng chuyển thành tín hiệu điện, photodiode gắn vào mặt sau scintillator, phải có suốt tốt để đảm bảo phát tối ưu Thông thường, lưới antiscatter gắn mặt trước đầu dị, gồm mảnh nhỏ vật liệu có độ suy giảm cao (ví dụ vonfram) xếp dọc theo trục dọc (z) máy CT scanner, tạo thành lưới antiscatter 1-D Một hàng detector bao gồm hàng ngàn del phân cách vách ngăn để ngăn ánh sáng tạo del không bị phát del lân cận Những vách ngăn dải lưới antiscatter nhỏ tốt chúng làm giảm vùng hiệu đầu dị tới làm giảm phát tia X Hình 11.4 cho thấy module đầu dị CT 4, 16, 64 320 lát cắt Các đầu dị CT hồn chỉnh gồm nhiều module đầu dị gắn cạnh dọc theo vịng cung Hình 11.4: Module đầu dò CT 4, 16, 64 320 lát cắt ( trái) Đầu dị CT hồn chỉnh gồm nhiều module đầu dò (phải) Đầu dò CT làm cong mặt phẳng trục (x-y) hình hộp chữ nhật dọc theo trục dọc (z) Trong hầu hết del sử dụng để đo lường truyền tải liệu ảnh (cường độ suy yếu I (d)), del FOV sử dụng để đo cường độ không bị suy yếu chùm tia X (I (0)) Như vậy, hệ số I (d) / I (0) từ phương trình (11.2) dễ dàng ghi lại Kích thước nhỏ đối tượng (d) bên bệnh nhân xử lý tái tạo ảnh phụ thuộc vào số lượng kích thước del dọc theo cung đầu dị, kích thước del dọc theo trục z, kích thước tiêu điểm ống tia X Số lượng tối thiểu del cung đầu dò gồm FOV cụ thể nên vào khoảng 2FOV / d, để xử lý đối tượng, d, tái tạo hình ảnh Khoảng 800 del phải có độ phân giải không gian 1mm cho FOV 400 mm tái tạo hình ảnh Độ phân giải khơng gian cải thiện q trình thu nhận với góc xoay 360º xếp đơn giản del Bằng cách dịch chuyển del khoảng cách phần tư kích thước chúng, độ phân giải không gian mặt lý thuyết đạt gấp hai lần Do đó, thay đổi cụm đầu dò thường thực máy quét CT Như quy tắc, số góc chiếu cần thiết xấp xỉ số lượng del yêu cầu Với dãy đầu dò có 800-1000 del, FOV 400 mm, độ phân giải khơng gian tốt so với mm đạt 10 Hình 11.9: Phép chiếu lọc ngược liên tiếp sử dụng để đạt tái tạo tốt miền khơng gian Các hình ảnh kết hợp với nhau, tương ứng, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 256 1024 phép lọc ngược góc độ khác Khơng gian ảnh thường biểu diễn lưới chuyên dùng Không gian ảnh 2D xác định ƒ(x, y), (x, y) tọa độ Descartes Một phép chiếu đơn 1D không gian ảnh 2-D với tia cách song song mang lại đường không gian Radon, chẳng hạn phép chiếu p (t, θ), t khoảng cách từ tia chiếu X tới tâm đường tròn hay gốc tọa độ θ góc chiếu (hình 11,10) Định lý lát cắt trung tâm, hay định lý lát cắt Fourier, nói FT phép chiếu song song không gian ảnh góc chiếu θ mang lại đường khơng gian Fourier 2-D, F(u, v), cong góc θ (khơng gian Fourier 2-D đơi cịn gọi 15 khơng gian k) Điều thể sau Tại góc chiếu θ = 0, phép chiếu p (x, 0) đường tương ứng không gian Radon mô tả sau: FT 1-D x, chiếu p(x, 0) chiếu góc θ = cho bởi: Và FT 2-D F(u, v) không gian ảnh 2-D ƒ(x, y) v = là: Như rõ ràng FT 1-D x cho góc chiếu θ = với FT 2-D F(u, v) không gian ảnh 2-D ƒ(x, y) v = 0: Hình 11.10: Tọa độ Descartes (x, y) cho không gian ảnh ƒ Các tọa độ áp dụng cho phép chiếu p, t khoảng cách từ tia chiếu X tới tâm đường tròn, θ góc chiếu 16 Kết luận khái quát cho góc chiếu θ cung cấp chứng cho định lý lát cắt trung tâm Việc tái tạo ảnh vậy, mặt lý thuyết, thành đạt việc xây dựng không gian Fourier 2-D F (u, v) từ nhiều FT 1-D ảnh sau chiếu theo nhiều góc độ khác nhau, sau từ FT nghịch đảo 2D không gian Fourier 2-D thành không gian ảnh 2-D Việc lấy mẫu không gian Fourier 2-D từ FT 1-D cho ta không gian Fourier 2-D tọa độ cực Trước nghịch đảo FT 2-D vào không gian ảnh, điểm phân bổ không gian Fourier 2-D cực chuyển thành điểm phân bổ không gian Fourier 2-D Descartes Việc chuyển đổi từ hệ tọa độ cực sang hệ tọa độ Descartes dẫn đến nhiễu ảnh tái tạo, thực tế mẫu phân tích không gian Fourier 2-D đặc xung quanh điểm gốc (tần số thấp), thưa dần xa gốc (cao tần số) (hình 11.11) Hình 11.11: CT scan cho mẫu điểm phân bổ tọa độ cực không gian Fourier 2-D Sự chuyển đổi thành mẫu điểm phân bổ tọa độ Descartes phức tạp, đặc biệt tần số cao (thêm từ điểm gốc) Việc tái tạo lại hình ảnh xác thực tế đạt với cách trình bày phương pháp lọc chiếu ngược Phương pháp lọc chiếu ngược bắt đầu với FT 1-D khơng gian ảnh, tạo khơng gian Fourier tương ứng, việc lấy 17 mẫu không gian Fourier 2-D F (u, v) biểu diễn lưới điện cực cách sử dụng tọa độ chuyển đổi: Tái tạo hình ảnh – phương pháp lọc chiếu ngược – thể hiện: P (ω, θ) FT 1-D phép chiếu 1-D góc θ, | ω | gọi lọc dốc miền tần số Trong thực tế, lọc khác sử dụng việc tái tạo hình ảnh, tùy thuộc vào đặc tính ảnh Các lọc phương pháp lọc chiếu ngược mặt lý thuyết cho ta tái tạo tối ưu gọi lọc Ramachandran-Lakshminarayanan, Ram-Lak lọc dốc Tạo độ phân giải không gian tối ưu ảnh tái tạo Tuy nhiên, có nhiễu ảnh tương đối cao Lý thuyết lọc 'tối ưu' thực hành lâm sàng gọi lọc sắc nét lọc xương Thông thường, lọc sử dụng để giảm nhiễu ảnh tái tạo; lọc cung cấp vài roll- off tần số cao Một roll-off vừa phải yêu cầu với lọc Shepp-Logan, cho hình ảnh nhiễu độ phân giải tương phản thấp tốt độ phân giải không gian hình ảnh tái tạo; lọc gọi lọc bình thường Thậm chí roll-off mạnh tần số cao dẫn đến giảm thêm nhiễu, độ phân giải tương phản thấp tốt hơn, độ phân giải không gian thấp đáng kể Bộ lọc ứng dụng lâm sàng gọi lọc mô mềm CT scan cung cấp nhiều lọc tái thiết tối ưu hóa cho mục đích lâm sàng cụ thể Có thể tái tạo lại hình ảnh từ CT scan đơn với lọc tái tạo khác nhau, để tối ưu hóa tưởng tượng, ví dụ, xương mơ mềm Các kỹ thuật tái tạo khác tái tạo đại số lặp lặp lại sử dụng CT Tái đại số hấp dẫn; nhiên, tái tạo đại số thông qua giải phương trình khơng khả thi thực hành lâm sàng, ma trận lớn (512×512) sử dụng ảnh y tế mâu thuẫn phương trình từ lỗi đo lường nhiễu 18 Sự tái tạo lặp lặp lại (thống kê) thường sử dụng CT Việc tái tạo lặp lặp lại phổ biến ảnh y tế, thường xuyên sử dụng y học hạt nhân Kỹ thuật lặp lặp lại cung cấp lợi ích tiềm CT, bao gồm việc loại bỏ nhiễu ảnh (đặc biệt góc chiếu sử dụng), hiệu suất tốt liều thấp CT Tuy nhiên, ảnh tái tạo lặp lặp lại bị ảnh hưởng nhiễu khơng có mặt ảnh phương pháp lọc chiếu ngược, chẳng hạn mơ hình cưa overshoot miền trình chuyển đổi cường độ sắc nét Lặp lặp lại thuật toán tái tạo trở nên phổ biến máy quét CT thương mại tạo hình ảnh bị nhiễu thấp 11.5 Sự thu nhận ảnh: 11.5.1 Scan projection radiograph – SPR: Chuỗi ảnh thu nhận từ quét CT đặt trước SPR 2-D, nhà sản xuất gọi scoutview, topogram scanogram SPR thu lại với ống X quang tĩnh (không xoay), chùm tia chuẩn trực hình quạt bàn chuyển động Ống tia X cố định, đặt mặt trước bên SPR bệnh nhân Một hai SPR thu nhận trước CT scan Vị trí bắt đầu cho SPR xác định tia X suốt trình định vị bệnh nhân bàn trước CT scan, với trợ giúp đèn định vị laser gắn bên bên dàn quay Mức độ SPR xác định trước thu nhận ảnh CT cụ thể điều chỉnh cho bệnh nhân SPR hoạt động điện áp trung gian (120 kV) dòng thấp (50-100 mA) Việc tiếp xúc với xạ kèm với bệnh nhân nhỏ so với tiếp xúc xạ từ CT scan Chất lượng hình ảnh, đặc biệt độ phân giải khơng gian SPR khiêm tốn so với X quang lâm sàng SPR dùng để xác định vị trí bắt đầu kết thúc chuỗi thu nhận ảnh CT (Hình 11,12) Hệ thống kiểm sốt phơi sáng tự động (AEC) cho phép CT lấy thông tin việc chiếu tia X qua bệnh nhân từ SPR, cường độ dòng tối ưu hàm vị trí theo chiều dọc ống tia X tương đối tính với bệnh nhân Nó gọi trục z ống điều biến dịng 19 Hình 11.12 SPR cho CT não, CT ngực CT cột sống thắt lung Kỹ thuật viên lựa chọn phạm vi quét tối ưu CT radiograph, FOV ( đánh dấu màu vàng), đo góc (chỉ với phần đầu) Hình 11.13 cho thấy thích hợp mAs AEC bốn cấp độ CT xoắn ốc mAs tăng lên vùng suy giảm tia X cao giảm vùng có độ suy giảm thấp AEC CT bù lại khác biệt suy giảm tia X góc chiếu khác Nó gọi trục x-y ống điều biến dịng Hình 11.13 SPR sử dụng để đạt AEC CT scan Các giá trị mAs định bốn cấp độ, trình thu nhận ảnh xoắn ốc, mAs liên tục tối ưu hóa cấp phạm vi quét 11.5.2 CT scan cắt trục: 20 CT cắt trục liên quan đến việc thu lại hình ảnh sau quét với ống phát tia quay bàn nằm Sự thu nhận hình ảnh cắt trục thường thực với góc quay 360º ống phát tia X, để tăng thời gian phân tích nên giảm đến góc nhỏ “180º + góc hình quạt “ Góc quay mở rộng, ví dụ, việc thu nhận hình ảnh góc 720º để nâng cao độ phân giải tương phản thấp cách dùng mAs lớn CT scan hoàn chỉnh bao gồm việc thu lại hình ảnh cắt trục liên tiếp để bao phủ thể tích liên quan với mặt lâm sàng Bằng cách dịch chuyển bàn ( “step”) sau lần thu lại hình ảnh cắt trục (“shoot”) Nó gọi thu lại hình ảnh bước nhảy phát tia Thường, tịnh tiến bàn với độ dày lát cắt, thu lại ảnh cắt trục liên tiếp tái tạo hình ảnh cắt trục tiếp giáp Hình 11.14 (trái) cho thấy hình dạng thu lại CT cắt trục 11.5.3 CT scan xoắn ốc: CT scan xoắn ốc giới thiệu vào năm 1989, theo việc thu lại hình ảnh với ống phát tia X quay kết hợp với bàn chuyển động Sự đời CT scan xoắn ốc cải thiện đáng kể hiệu suất CT Ưu CT scan xoắn ốc thời gian quét ngắn ảnh 3-D thích hợp cho thơng tin thể tích qt Nhược điểm CT scan xoắn ốc gây nhiễu ảnh Hình 11.14 mơ tả việc thu lại ảnh CT xoắn ốc (bên phải) Quỹ đạo tròn ống phát tia biến thành đường xoắn ốc theo quan điểm bệnh nhân Quét xoắn ốc cho phép thu lại hình ảnh phần lớn thể tích giữ thở điều kiện tiên cho chất lượng ảnh CT chụp động mạch Bàn nằm tịnh tiến tương độ dày chùm tia (trong CT lát cắt đơn với độ dày lát cắt): tỷ lệ tịnh tiến bàn với góc quay 360° tương độ dày chùm danh định CT xoắn ốc gọi hệ số Pitch Thời gian quay máy quét CT đơn lát cắt 12s độ dày lát cắt (độ dày chùm danh định) hầu hết ứng dụng lâm sàng 5-10 mm 21 Hình 11.14 Hình ảnh CT cắt thu lại (trái) CT xoắn ốc (phải) 11.5.4 MDCT scan: Sau mười năm giới thiệu CT xoắn ốc, bước nhảy công nghệ CT cung cấp nhiều ứng dụng lâm sàng mới: việc giới thiệu máy quét MDCT (xem phần 11.3) với 64 mảng đầu dò hoạt động liền kề, cho phép thực đồng thời số lớn phép chiếu qua bệnh nhân Đồng thời, giảm thời gian quay vịng xuống 0.3-0.4s, giúp qt gần toàn thể người trưởng thành thời gian giữ thở với độ dày lát cắt mm Thu lại hình ảnh máy quét MDCT thường dùng chế độ xoắn ốc Trường hợp ngoại lệ, CT có độ phân giải cao với phổi, bước, phát tia CT cho điểm canxi mạch vành CT chụp động mạch vành 11.5.5 CT tim mạch: CT tim dựa đồng hình ảnh tái tạo với tín hiệu điện tâm đồ (ECG) lựa chọn giai đoạn tim nghỉ ngơi tốt Hình 11.15 cho thấy hình ảnh tái tạo tim giai đoạn khác 22 Hình 11.15: Sự tái tạo hình ảnh tim giai đoạn khác Trong ví dụ này, giai đoạn tim tương ứng với 70% khoảng rủi ro cho kết chuyển động tự tốt Lưu ý khác biệt độ nhòe động mạch vành giai đoạn tim khác Trong trường hợp này, giai đoạn tim tương ứng với 70% khoảng rủi ro cho kết chuyển động tự tốt (70% đánh dấu bắt đầu) Tái tạo hình ảnh tim mạch cách tái tạo tín hiệu ECG gated trước tái tạo tín hiệu ECG triggered sau Việc tái tạo cách lựa chọn giai đoạn tim trước dựa đăng ký liệu thơ tín hiệu ECG nhiều chu kỳ tim Thay cho việc tái tạo tín hiệu ECG gated trước u cầu thu nhận bước nhảy phát tia sau Một lợi việc thu nhận giảm liều cho bệnh nhân Một số máy CT cho phép quét toàn trái tim nhịp tim đơn giai đoạn tim nghỉ ngơi chọn trước Hai ví dụ đáng ý bao gồm máy CT scanner nguồn kép tốc độ cao có khả thực việc 23 thu nhận hình ảnh xoắn ốc tồn trái tim, máy CT scanner chùm tia hình nón rộng thực việc thu nhận hình ảnh tồn trái tim vòng quay Các kỹ thuật " nhịp tim đơn “có khả giảm liều đáng kể 11.5.6 CT huỳnh quang phương thức can thiệp: CT động dùng cho hình ảnh can thiệp có hướng dẫn, sử dụng kỹ thuật gọi CT huỳnh quang Kỹ thuật phát triển CT, chẳng hạn ống tia X liên tục quay, thời gian quay ngắn phần cứng đủ nhanh để tái tạo ảnh thời gian thực, làm tiền đề cho kỹ thuật CT huỳnh quang Phần cứng bổ sung cần thiết cho CT huỳnh quang bao gồm thiết bị cho phép máy quét hoạt động từ bên buồng máy, hình theo dõi cho phép hiển thị hình ảnh phịng máy Hình 11.16 cho thấy phương án cắt trục sử dụng để đánh dấu lỗ thủng; điểm đánh dấu da xác định lối vào cho mũi kim mục tiêu đường Lưu ý nhiễu lỗ thủng hình ảnh CT huỳnh quang cao nhiều so với kế hoạch chẩn đốn Trong q trình CT huỳnh quang, chất lượng hình ảnh khiêm tốn thường vừa đủ phương thức thực nên dùng ống dòng thấp để giảm tiếp xúc bệnh nhân nhân viên Hình 11.16 Hình ảnh quét tạo lối tới mục tiêu cho mũi kim (bên trái) Trong trình CT huỳnh quang dẫn lỗ thủng, vị trí mũi kim nhìn thấy xác (bên phải) 24 Số lượng định lâm sàng cho MDCT huỳnh quang tăng lên đặn Liều vào da bệnh nhân cần giám sát để đảm bảo ảnh hưởng với da không xảy Nhân viên có mặt phịng q trình CT huỳnh quang cần bảo hộ để chống lại tiếp xúc với xạ phân tán cách mặc áo chì trì khoảng cách đảm bảo với máy quét Các nhân viên điều khiển phải tuân thủ biện pháp phòng ngừa tương tự chiếu huỳnh quang thông thường, với số lượng chiếu CT tốt thời gian chiếu ngắn tốt Các biện pháp giảm thiểu tiếp xúc với xạ bệnh nhân nhân viên: Liều thấp cắt trục đơn đủ để có thơng tin trạng thái phương thức; CT huỳnh quang nên áp dụng cắt trục không cung cấp đầy đủ thông tin CT có chất cản quang Chất cản quang người đưa vào bên lòng mạch cấu trúc khoang tự nhiên Ví dụ, CT chụp động mạch, i-ốt tiêm vào tĩnh mạch để tăng độ tương phản thành mạch máu mạch máu ( hình 11.17 (trái)) Trong số nghiên cứu ổ bụng, dung dịch iốt loãng đưa vào qua đường tiêu hóa trước quét để tăng cường độ tương phản đường tiêu hóa Trong CT colonography, khí bơm vào qua trực tràng để tăng cường độ tương phản đại tràng mô xung quanh (Hình 11.17 (bên phải)) 25 Hình 11.17 CT chụp động mạch ảnh 3-D, i-ốt tiêm vào tĩnh mạch để tăng độ tương phản thành mạch máu mạch máu (trái) CT colonography, khí thổi phồng qua trực tràng (bên phải) 11.5.7 Ứng dụng đặc biệt: Các ứng dụng đặc biệt CT bao gồm việc CT dùng để lập kế hoạch điều trị xạ trị ứng dụng thử nghiệm nhiều chụp ảnh CT lượng kép nghiên cứu CT thể tích động Đối với ứng dụng lập kế hoạch điều trị xạ trị CT, bệnh nhân quét vị trí cần điều trị, sử dụng bàn phẳng Máy quét đường kính lớn cung cấp dàn quay mở đủ lớn cho phép qt vị trí bệnh nhân Theo dõi vị trí bệnh nhân liên kết xác hệ thống laser với điều cần thiết Lập đồ giá trị HU mật độ electron đòi hỏi phải hiệu chỉnh cẩn thận nhà vật lý y tế Chụp ảnh CT lượng kép yêu cầu chụp ảnh khối thể tích ảnh hưởng hai ống điện áp Lọc nêm chùm tia sử dụng để tối ưu hóa lựa chọn hai phổ tia X CT lượng kép hứa hẹn cải thiện khác biệt mô định bệnh lý, bao gồm khác biệt xác sỏi tiết niệu có khơng chứa axit uric Các ứng dụng khác bao gồm việc cải thiện tính rõ ràng ảnh gân bàn tay bàn 26 chân, hỗ trợ cho việc loại bỏ hình ảnh xương tái tạo ảnh CT chụp động mạch Một số máy quét cho phép chụp ảnh CT động (còn gọi CT 4-D), nơi khối thể tích có tính nghiêm trọng theo dõi hàm thời gian Nghiên cứu sử dụng để hình dung chuyển động khớp xương tăng độ tương phản quan (truyền dịch chụp CT động mạch động) Hình 11.18 ví dụ nghiên cứu chụp CT động mạch động toàn não với máy qt CT thể tích Hình 11.18: Chụp CT động mạch động não với máy quét CT thể tích bao phủ tồn não (Aquilion ONE, Toshiba) Trong ảnh này, thời gian xử lý làm tăng độ tương phản mạch máu làm cho động mạch tĩnh mạch phải tuân theo pha Trong thời gian nghiên cứu CT động, với CT huỳnh quang, nhận viên điều khiển cần biết liều da tích tụ nhanh chóng Liều da bệnh nhân nên trì mức Gy để tránh phản ứng với da ban đỏ rụng lông 27 REFERENCES [11.1] BERNINGER, W.H., REDINGTON , R.W., Multiple Purpose High Speed Tomographic X-Ray Scanner, Patent #4196352, General Electric Company, USA (1980) [11.2] MORI., I., Computerized Tomographic Apparatus Utilizing a Radiation Source, US Patent #4630202 (1986) [11.3] INTE RNATIONAL ELECT ROTECHNICAL COMMISSION , Evaluation and Routine Testing in Medical Imaging Departments – Part 3-5: Acceptance Tests – Imaging Performance of Computed Tomography X ray Equipment, Rep IEC 61223-3-5, IEC, Geneva (2004) BIBLIOGRAPHY BUZUG, T.M., Computed Tomography: From Photon Statistics to Modern Cone Beam CT, Springer-Verlag, Berlin and Heidelberg (2008) HSIEH, J., Computed Tomography: Principles, Design, Artefacts, and Recent Advances, 2nd edn, SPIE Press, Bellingham, Washington, DC (2009) INTERNATIONAL ATO MIC ENERGY AGENCY, Quality Assurance Programme for Computed Tomography: Diagnostic and Therapy Applications, IAEA Human Health Series No 19, IAEA, Vienna (2012) KAK, A.C., SLANEY, M., Principles of Computerized Tomographic Imaging, IEEE Press, New York (1988), http://www.slaney.org/pct/ (accessed on 23 August 2012) KALENDER, W.A., Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, 2nd edn, Publicis Corporate, Erlangen (2005) 28 NAGEL, H.D., (Ed.), Radiation Exposure in Computed Tomography: Fundamentals, Influencing Parameters, Dose Assessment, Optimisation, Scanner Data, Terminology, 4th edn, CTB Publications, Hamburg (2002) 29 ...CHƯƠNG 11: CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH (CT) J GELEIJNS Leiden University Medical Centre, Leiden, Netherlands 11.1 Giới thiệu: Sau giới thiệu lâm sàng năm 1971, chụp cắt lớp vi tính (CT) phát triển... tục tối ưu hóa cấp phạm vi quét 11.5.2 CT scan cắt trục: 20 CT cắt trục liên quan đến vi? ??c thu lại hình ảnh sau quét với ống phát tia quay bàn nằm Sự thu nhận hình ảnh cắt trục thường thực với... ứng dụng khác bao gồm vi? ??c cải thiện tính rõ ràng ảnh gân bàn tay bàn 26 chân, hỗ trợ cho vi? ??c loại bỏ hình ảnh xương tái tạo ảnh CT chụp động mạch Một số máy quét cho phép chụp ảnh CT động (còn