NGUYÊN LÝ CỦA CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH
PGS.TS. Hà Hoàng Kiệm, BV 103
1. Nguyên lý cơ bản
1.1. Nguyên lý
Chụp cắt lớp vi tính còn được gọi là chụp CTscanner (computed tomography). Hình ảnh phim chụp cắt lớp vi tính được tạo ra dựa trên nguyên lý tạo ảnh kỹ thuật số. Nguyên lý này có thể được hiểu một cách đơn giản như sau: trên mặt cắt của một cấu trúc được chia ra rất nhiều đơn vị thể tích liên tiếp nhau, mỗi đơn vị thể tích sẽ được hiện lên trên ảnh như một điểm nhỏ gọi là điểm ảnh (pixel).
Hình 1. Điểm ảnh (pixel).
Mỗi điểm ảnh là một đơn vị thể tích có chiều rộng (x) và chiều cao (y)
Các đơn vị thể tích được mã hoá các thông số về đặc điểm tỉ trọng, vị trí (toạ độ) và được máy tính ghi lại. Sau đó máy tính dựng lại hình ảnh của mặt cắt dựa trên các thông số đã ghi của các đơn vị thể tích để tạo ra hình ảnh của cấu trúc trên lớp cắt. Phương pháp này cho phép phân biệt các cấu trúc cơ thể trên cùng một mặt phẳng có độ chênh lệch tỉ trọng 0,5%. Nếu số điểm ảnh càng nhiều (các đơn vị thể tích càng nhỏ) thì hình ảnh càng mịn (ảnh càng nét). Số lượng điểm ảnh được gọi là độ phân giải của ảnh. Như vậy độ phân giải càng cao thì ảnh càng nét, cho phép phân biệt ranh giới giữa các cấu trúc càng rõ và cho phép phát hiện được các tổn thương có cấu trúc nhỏ.
1.2. Các thế hệ máy
1967 Housfield (Anh) dựa trên nguyên lý tạo ảnh đã thiết kế được một thiết bị dùng tia X-quang để đo những vật thể thí nghiệm bằng các chất nhân tạo và lập được chương trình cho máy tính ghi nhớ và tổng hợp kết quả.
1.10.1971 Housfield và Ambrose (Anh) đã cho ra đời chiếc máy chụp cắt lớp vi tính sọ não đầu tiên. Thời gian chụp và tính toán cho một quang ảnh lúc này cần 2 ngày.
1974 Ledley (Mỹ) hoàn thành chiếc máy chụp cắt lớp vi tính (CT scanner) toàn thân đầu tiên, thời gian chụp một quang ảnh mất vài phút.
1977 trên thị trường thế giới xuất hiện loại máy chụp CTscan với thời gian chụp một quang ảnh chỉ 20 giây. Cho đến nay đã có 4 thế hệ máy chụp CTscan ra đời.
+ Máy thế hệ 1: máy có một đầu dò, sử dụng nguyên tắc quay và tịnh tiến. Chùm tia X-quang cực nhỏ chiếu qua cơ thể tới đầu dò để thu nhận kết quả. Bóng phát tia X phải quay quanh cơ thể 180o để hoàn thành một lớp cắt. Khi quay 1o thì phát tia và quét ngang cơ thể để đo, một quang ảnh mất vài phút.
+ Máy thế hệ 2: máy có nhiều đầu dò, sử dụng theo nguyên tắc quay và tịnh tiến. Chùm tia X-quang có góc mở 10o, đối diện có một nhóm 5-50 đầu dò. Do chùm tia X rộng hơn, nên giảm được số lần quét ngang. Thời gian chụp một quang ảnh từ 15-20 giây.
+ Máy thế hệ 3: máy có nhiều đầu dò (200-600 đầu dò), sử dụng nguyên tắc quay đơn thuần. Chùm tia X có góc mở rộng hơn, chùm hết phần đầu dò quay cùng chiều với bóng phát tia và ghi kết quả. Thời gian chụp một quang ảnh từ 1-4 giây, độ mỏng lớp cắt đạt 2mm.
+ Máy thế hệ 4: máy có hệ thống đầu dò tĩnh, cố định vào 360o của đường tròn, số lượng đầu dò lên tới 1000. Bóng phát tia X-quang quay quanh trục cơ thể và phát tia. Thời gian chụp một quang ảnh đạt tới 1 giây, thuận lợi cho khảo sát các tạng chuyển động. Loại máy cực nhanh với thời gian cần cho một quang ảnh chỉ 0,1 giây, hoặc chụp cine CTscan được dùng trong chẩn đoán tim mạch.
Hình 2. Máy chụp cắt lớp vi tính.
1.3. CT xoắn ốc
Thuật ngữ “CT xoắn ốc” (helical hay spiral CT) được dùng để chỉ các máy CT có thể chụp theo chế độ xoắn. Cho đến thời điểm hiện nay, tất cả các máy CT đều có thể đồng thời chụp theo hai chế độ: Cắt trục (axial) và cắt xoắn ốc. Cắt trục là khi bóng quay, bàn di chuyển từng nấc và bóng sẽ phát tia khi bàn dừng chuyển động. Chế độ cắt trục thường phục vụ cho các kỹ thuật xạ trị, GammaKnife và CyberKnife với mục đích là hình ảnh sau chụp có độ chính xác cao, không chịu ảnh hưởng chuyển động của bệnh nhân. Nhược điểm của chế độ này là chụp chậm, theo từng nấc chuyển động của bàn, bắt đầu từ đỉnh cho tới đáy của cơ quan thăm khám, bờ ngoài của hình ảnh dựng 2D hay 3D có dạng bậc thang. Cắt xoắn ốc là khi bóng quay và phát tia, bàn di chuyển liên tục, quỹ đạo của bóng so với cơ thể bệnh nhân là một đường xoắn ốc, tương tự như việc gọt vỏ một quả cam. Ưu điểm của cắt xoắn ốc là tốc độ chụp nhanh, khắc phục được nhiễu ảnh do cử động (hô hấp, nhu động...), đường ranh giới của hình ảnh dựng liên tục, không bị mấp mô.
Hình 3. Chụp CT xoắn ốc.
1.4. Máy chụp cắt lớp vi tính đa lát cắt - MSCT (Multislice Computed Tomography)
Máy chụp cắt lớp vi tính đa lát cắt là các máy được tăng số dãy đầu dò phát tia X trong hệ thống phát tia, làm tăng số hình và độ mỏng thu được trong cùng một đơn vị thời gian chụp. Hiện nay có các loại máy chụp máy chụp cắt lớp đa lát cắt từ 2, 4 ,8 ,16 ,32 ,64 ,128, 256 đến 320 lát cắt.
Các máy chụp CTscan của các hãng khác nhau có các ưu thế phần mềm dựng hình khác nhau giúp cho chất lượng hình ảnh khác nhau, tuy nhiên điều quan trọng vẫn phụ thuộc vào vận tốc quét và độ dày lát cắt:
Vận tốc quét càng cao thì thời gian chụp càng nhanh, bệnh nhân không phải nhịn thở lâu hoặc nhịn thở nhiều lần khi chụp hình, hoặc ở những bệnh nhân hôn mê hay chấn thương đầu, không thể nằm yên theo yêu cầu của nhân viên kỹ thuật được, thì buộc phải chọn thời điểm bệnh nhân nằm yên khoảng 10 giây là có thể chụp xong sọ não (Đây cũng là ưu thế của CTscan so với chụp cộng hưởng từ (MRI)).
Độ dày lát cắt có vai trò rất quan trọng, lát cắt càng mỏng, càng sát gần nhau thì hình ảnh lấy được càng nhiều, tầm soát càng hiệu quả, không bỏ sót tổn thương. Và cũng nhờ vậy mà việc tái tạo lại hình ảnh các cơ quan trong cơ thể cũng rõ nét, sắc hơn, thậm chí ngày nay người ta còn gọi là “Volume CT”, nghĩa là không còn khảo sát từng lát nữa mà có thể đánh giá cả một thể tích khối cơ thể.
Máy C.T Scan 64 lát cắt với 64 dãy đầu dò, mỗi lần quét 64 lát, cùng với vận tốc cao, mội lần chụp sọ chỉ mất 8giây, ngực 15giây (phù hợp khả năng nhịn thở của người bệnh), chụp từ bụng xuống hết hai chân chỉ hết 35giây. Nhịp tim trung bình của người từ 60- 80 lần/ phút, vì thế chỉ có máy nhiều dãy đầu dò mới có thể quét hết quả tim và mạch vành nuôi tim chỉ trong vòng một nhịp đập mà không bị ảnh hưởng do sự co bóp liên tục của tim. Với 64 dãy đầu dò cùng với khả năng cắt mỏng trung bình 0,625mm (có khả năng chụp ở chế độ lát cắt mỏng đến 0,3mm), máy có thể phát hiện tổn thương từng millimet trong cơ thể. Ốc tai hình con ốc sên nằm gọn ở tai trong thấy được với lát cắt mỏng 0,3mm.
Hình 4. Hình ảnh 3D của tim và mạch vành (hình trái) và hình ảnh ốc tai chụp bằng máy CTscan 64 lát cắt.
2. Đơn vị thể tích, đơn vị ảnh, tỉ trọng
Mỗi lớp cắt được chia nhiều đơn vị thể tích có bề mặt vuông mỗi cạnh 0,5-2 mm và dày 1-10 mm. Mỗi đơn vị thể tích sẽ hiện lên ảnh là một điểm nhỏ (điểm ảnh). Tổng hợp các điểm ảnh tạo thành một quang ảnh. Dựa vào độ hấp thu tia X của từng đơn vị thể tích, máy tính sẽ tính ra tỉ trọng trung bình của mỗi đơn vị thể tích và được ghi lại. Các cấu trúc hấp thu càng nhiều tia X thì tỉ trọng càng cao. Dựa vào hệ số suy giảm tuyến tính của chùm tia X, người ta tính ra tỉ trọng của cấu trúc theo đơn vị Housfield (đơn vị H) theo công thức:
N(h) = [m(x) - m(H2O)] x K / m (H2O)
N(h) là trị số tỉ trọng tính bằng đơn vị Housfield của cấu trúc x.
m(x) là hệ số suy giảm tuyến tính của quang tuyến X khi đi qua đơn vị thể tích x.
m(H2O) là hệ số suy giảm tuyến tính của quang tuyến X khi đi qua đơn vị thể tích nước tinh khiết.
K là hệ số 1000 theo Housfield đưa ra và đã được chấp nhận.
Theo công thức trên người ta tính được:
Nước có trọng lượng 1g/cm3 = 0 đơn vị H
Không khí có trọng lượng 0,003g/cm3 = -1000 đơn vị H
Xương đặc có trọng lượng 1,7g/cm3 = +17 000 đơn vị H
3. Bậc thang xám
Để phân tích những số đo của các cấu trúc cơ thể trên một lớp cắt, cần biến chúng thành ảnh. Vì mắt thường chỉ phân biệt được dưới 20 bậc thang xám từ đen đến trắng, nên ảnh chụp CTscan thường có 14-16 bậc thang xám khác nhau. Như vậy, ảnh CTscan không phải là ảnh tia X, mà là ảnh được tái tạo lại từ bộ nhớ của máy tính.
4. Đọc phim CTscan
4.1. Phim chụp CTscan không dùng thuốc cản quang
Phim chụp CTscan cho hình ảnh của các lớp cắt theo những mặt phẳng khác nhau do thầy thuốc tự chọn. Chẳng hạn: lớp cắt ngang, lớp cắt nghiêng, lớp cắt dọc. Những máy sản xuất gần đây còn cho phép hiện ảnh không gian ba chiều. Điều này đặc biệt có ích khi cần khảo sát các khoang. Các ảnh này đặc biệt quý cho các phẫu thuật viên sọ não.
+ Đánh giá các cấu trúc trên các lớp cắt bằng số đo trung bình theo đơn vị tỉ trọng Housfield để nhận xét. Ta có ba loại cấu trúc dựa theo tỉ trọng:
- Cấu trúc tăng tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng cao hơn mô lành cùng loại của bệnh nhân.
- Cấu trúc giảm tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng thấp hơn mô lành cùng loại của bệnh nhân.
- Cấu trúc đồng tỉ trọng: khi cấu trúc có số đo tỉ trọng ngang bằng mô lành cùng loại của bệnh nhân.
+ Những biến đổi chính:
- Cấu trúc dịch: dịch trong các nang thận, dịch thấm có tỉ trọng gần với tỉ trọng nước. Tỉ trọng này phụ thuộc nhiều vào lượng protein có trong dịch. Dịch nang là dịch vô mạch, nên tỉ trọng sẽ không đổi khi tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch.
- Dịch tiết hoặc dịch viêm có lượng albumin cao trên 30g/l, có thể đạt tỉ trọng 20-30 đơn vị H.
- Máu, ổ máu tụ: tỉ trọng phụ thuộc nhiều vào lượng albumin của các phân tử hữu hình. Máu mới có tỉ trọng 55 đơn vị H, khi các thành phần hữu hình tan hết, tỉ trọng giảm xuống 15-20 đơn vị H. Máu cục có tỉ trọng cao hơn hẳn máu trong tuần hoàn. Hiện tượng tăng tỉ trọng của ổ máu tụ chỉ tồn tại đến ngày thứ 7 sau chảy máu, sau đó tỉ trọng trở nên cân bằng với mô mềm. Sau 2 tuần, tỉ trọng thấp hơn mô mềm. Những ổ máu tụ lớn, đến giai đoạn muộn do fibrin lắng đọng tạo nên một bao xung quanh, bên trong là dịch lỏng, trông giống như một nang dịch.
- Ổ áp xe: thông thường, dịch mủ có tỉ trọng 30 đơn vị H, tổ chức bao quanh giàu mạch máu, nên khi tiêm thuốc cản quang vào tĩnh mạch ta sẽ thấy một bao tăng tỉ trọng bao bọc quanh ổ áp xe. Tỉ trọng của mủ trong ổ áp xe theo thời gian sẽ giảm dần xuống gần bằng tỉ trọng của nước.
- Các ổ hoại tử: là ổ giảm tỉ trọng rõ.
4.2. Chụp CTscan có tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch
+ Chất cản quang dùng trong chụp CTscan khác với chụp X-quang thông thường, bao gồm:
- Dung dịch phải có độ cản quang ổn định, không lắng đọng hay kết tủa.
- Dung dịch cản quang phải có độ thẩm thấu cân bằng với độ thẩm thấu của cơ thể.
- Độ cản quang không được cao quá để tránh nhiễu ảnh.
+ Đánh giá tổn thương:
Những tổn thương giàu mạch máu sẽ tăng cản quang, như các khối u giàu mạch máu. Trái lại, những vùng không có mạch máu như các nang dịch, tỉ trọng không thay đổi, nhưng sẽ phân biệt rõ do tương phản với nhu mô lành ngấm thuốc cản cản quang.
Hình 5. Hình ảnh chụp Ctscanner sọ não.
Ảnh trái sọ não bình thường.
Ảnh phải một ổ sán não ở thùy chẩm phải (mũi tên).
Hình 6. Hình ảnh chụp Ctscanner sọ não.
Ảnh trái khối u não lớn thùy trán (khối giảm tỉ trọng). Ảnh phải sau tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch khối u ngấm thuốc đậm (nguồn ảnh Hà Hoàng Kiệm).
Hình 7. Hình ảnh chụp Ctscanner sọ não.
Ảnh trái chảy máu não vùng bao trong bên trái (khối tăng tỉ trong, xung quanh là hình ảnh giảm tỉ trọng của phù não). Ảnh phải nhồi máu não diện rộng vùng thái dương phải (vùng giảm tỉ trọng vùng thái dương phải đề đẩy đường giữa và não thất bên).
HÌNH ẢNH GIẢI PHẪU TRÊN CT SCAN BỤNG
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tài liệu tham khảo:
1. Hà Hoàng Kiệm. Thận học lâm sàng. chẩn đoán X-quang hệ thống thận-tiết niệu. Chụp cắt lớp vi tính. NXB YH 2010. trang 269-275.
2. Moeller TB, Reif E, “Pocket Atlas of Sectional Anatomy Computed Tomography and Magnetic Resonance Imaging”, Volume II, 3rd edition.
