Khảo sát và tính liều thiết bị xạ trị bệnh nhân ung thư

1CHÚ Ý Bạn đã download tài liệu này từ website www. bme.vn. Các bạn có quyền tự do sử dụng tài liệu này cho các mục đích học tập, nghiên cứu. Nếu bạn sử dụng những tài liệu này cho mục đích thương mại phải xin ý kiến của các tác giả. Nếu bạn không thể liên lạc trực tiếp với tác giả hãy liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ bmevn@bme.vn, chúng tôi sẽ giúp bạn. www.bme.vn 2ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA KHOA KHOA HOÏC ÖÙNG DUÏNG ---------------- LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP: MOÂ PHOÛNG TÍNH LIEÀU BÖÙC XAÏ MAÙY CHUÏP CAÉT LÔÙP ÑIEÄN TOAÙN (CT) GVHD: TS. HUYØNH QUANG LINH SVTH : LEÂ MINH ÑAÏT Email : lmdat27@yahoo.com Tp.Hoà Chí Minh, thaùng 01/2007 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHi LÔØI CAÛM ÔN Suoát thôøi gian hoïc taäp, reøn luyeän vaø nghieân cöùu taïi tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa thaønh phoá Hoà Chí Minh, em lu oân nhaän ñöôïc söï giuùp ñôõ cuûa raát nhieàu thaày coâ cuûa Tröôøng ôû taát caû caùc Khoa trong söï vun ñaép neàn kieán thöùc cho baûn thaân. Trong ngaønh hoïc, em luoân ñöôïc söï taän tình daïy baûo cuûa caùc thaày, coâ trong boä moân Vaät Lyù Kyõ Thuaät Y Sinh. Em xin traân troïng ghi nhôù coâng ôn:  Ban giaùm hieäu nhaø tröôøng ñaõ quan taâm taïo ñieàu kieän thuaän lôïi giuùp em hoïc taäp sôùm hoaøn thaønh ngaønh hoïc.  Caùc thaày coâ cuûa Khoa Khoa Hoïc ÖÙng Duïng vaø boä moân Vaät Lyù Kyõ Thuaät Y sinh ñaõ tröïc tieáp taän tình giaûng daïy, truyeàn ñaït nhöõng kieán thöùc cô baûn veà chuyeân moân, trang bò haønh trang quyù baùu ñeå em böôùc vaøo ñôøi.  Thaày Ts.Huyønh Quang Linh, ñaõ giuùp ñôõ trong suoát quaù trình hoïc taäp, coá vaán veà chuyeân moân giuùp em hoaøn thaønh moân hoïc luaän vaên toát nghieäp, vôùi ñeà taøi “MOÂ PHOÛNG TÍNH LIEÀU BÖÙC XAÏ MAÙY CHUÏP CAÉT LÔÙP ÑIEÄN TOAÙN (CT)”. Ñoàng thôøi, em xin chaân thaønh caûm ôn:  Baùc só Phan Thanh Haûi, giaùm ñoác Trung taâm chaån ñoaùn y khoa Medic Hoøa Haûo.  Baùc só Voõ Nguyeãn Thaønh Nhaân, cuøng taäp theå c aùc anh chò baùc só hieän ñang coâng taùc taïi phoøng CT, Trung taâm y khoa Medic Hoøa Haûo . ñaõ taïo ñieàu kieän cho em thu thaäp soá lieäu thöïc teá taïi phoøng CT, Trung taâm y khoa Medic Hoøa Haûo. Luaän vaên naøy ñaõ ñöôïc hoaøn thaønh vô ùi söï noå löïc cuûa baûn thaân. Kính lôøi caûm ôn Ba Meï, anh chò em trong gia ñình, baïn beø thaân höõu ñaõ giuùp ñôõ veà vaät chaát laãn tinh thaàn, taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho em hoaøn taát luaän vaên naøy. Trong thôøi gian ngaén, vieäc thöïc hieän luaän vaên khoâng theå traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt caû veà kieán thöùc laãn caùch trình baøy. Em mong muoán nhaän ñöôïc goùp yù töø quyù Thaày Coâ vaø caùc baïn. Vì kieán thöùc, kinh nghieäm vaø khaû n aêng baûn thaân coøn haïn cheá, em kính mong nhieàu söï ñoùng goùp yù kieán cuûa thaày coâ vaø baïn beø. Vôùi nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc ôû tröôøng, em mong muoán goùp moät phaàn coâng söùc cuûa mình ñeå xaây döïng xaõ hoäi, em seõ coá gaéng nhieàu hôn ñe å theâm nhieàu phuïc vuï vaø öùng duïng thöïc teá. Chaân thaønh caûm ôn. TP. Hoà Chí Minh, thaùng 01/2007 LEÂ MINH ÑAÏT LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHiv TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT Scanner) laø moät böôùc tieán caùch maïng trong kyõ thuaät chaån ñoaùn baèng böùc xaï X quang. Trong kyõ thuaät chuïp caét lôùp ñieän toaùn, aûnh taùi taïo töø caùc hình chieáu. Hình chieáu thu ñöôïc baèng caùch ño suy hao cuûa b öùc xaï qua vaät theå taïi caùc goùc khaùc nhau. Thieát bò chaån ñoaùn hình aûnh CT cho pheùp thu thaäp caùc soá lieäu beân trong cô theå beänh nhaân ñeå taùi taïo caáu truùc giaûi phaãu beänh nhaân 2D, 3D; töø ñoù xaùc ñònh caùc khoái u vaø coù caáu truùc giôùi haïn trong moãi aûnh cuûa beänh nhaân. Nhöõng hình aûnh naøy ñöôïc söû duïng ñeå quyeát ñònh caùc giaûi phaùp ñieàu trò cho beänh nhaân. Thieát bò MSCT16 cuûa haõng Toshiba ñang hoaït ñoäng ôû Trung taâm chaån ñoaùn y khoa MEDIC, TP.HCM laø thieát b ò CT hieän ñaïi theá heä môùi coù theå duøng ñeå xaùc ñònh chaån ñoaùn beänh naøo caàn ñeán hình aûnh coù chaát löôïng cao. Nhôø ñoä phaân giaûi cao, MSCT16 cho pheùp khaûo saùt toaøn boä cô theå vôùi caùc h ình aûnh chi tieát vaø roõ neùt , giuùp cho vieäc chaån ñoaùn caùc beänh lyù trong cô theå ñöôïc chính xaùc vaø roõ raøng. MSCT16 giuùp chaån ñoaùn caùc beänh lyù nhö ung thö, vieâm, nhieãm truøng,… Ngoaøi ra, vôùi öu ñieåm thôøi gian ghi hình nhanh, MSCT16 coù theå ghi hình caùc caáu truùc giaûi phaãu ñoäng nhö tim vaø maïch maùu. Do vaäy, cho ñeán nay MSCT16 laø kyõ thuaät chaån ñoaùn hieäu quaû ñoái vôùi caùc beänh lyù tim vaø maïch maùu nhö dò daïng maïch maùu, phình ñoäng maïch hoaëc heïp loøng ñoäng maïch. Do CT döïa treân cô sôû cuûa böùc xaï tia X neân caùc vaán ñeà lieân quan ñeán an toaøn böùc xaï cuõng raát caàn ñöôïc quan taâm. Phaàn hai cuûa luaän vaên ñeà caäp ñeán tính toaùn lieàu toái öu cho chuïp aûnh CT vôùi caùc vaán ñeà lieân quan ñeán böùc xaï, lieàu löôïng böùc xaï, haáp thuï,… cuõng nhö phaàn moâ phoûng tính lieàu haáp thuï khi chuïp CT. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHv MUÏC LUÏC Ñeà muïc Trang LÔØI CAÛM ÔN ................................ ................................ ................................ .................. i TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN ................................ ................................ ................................ iv MUÏC LUÏC................................ ................................ ................................ ....................... v DANH SAÙCH CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT ................................ ................................ ............ viii 1. CHÖÔNG 1. MÔÛ ÑAÀU ................................ ................................ ........................ 1 phaàn i : toång quan veà maùy ct ................................ ................................ .................... 3 2. CHÖÔNG 2. CÔ SÔÛ VAÄT LYÙ ................................ ................................ ............. 4 2.1. TOÅNG QUAN ................................ ................................ ................................ ..... 5 2.1.1. Giôùi thieäu ................................ ................................ ................................ ........ 5 2.1.2. Lòch söû phaùt trieån [1] ................................ ................................ ......................... 6 2.1.3. Thu nhaän döõ lieäu ................................ ................................ ............................. 8 2.1.4. Taùi taïo aûnh ................................ ................................ ................................ ...... 8 2.1.5. Soá CT vaø ñôn vò Hounsfield[1] ................................ ................................ ....... 9 2.2. MAÙY CHUÏP CAÉT LÔÙP ÑIEÄN TOAÙN ÑA LAÙT (MSCT) ................................ 10 2.2.1. Caáu truùc ñaàu doø trong heä thoáng MSCT [1] ................................ .................... 12 2.2.2. Heä thoáng thu nhaän döõ lieäu cuûa MSCT ................................ ......................... 13 3. CHÖÔNG 3. CAÁU TAÏO MAÙY MSCT 16 ................................ ......................... 15 3.1. SÔ ÑOÀ TOÅNG QUAÙT CUÛA HEÄ THOÁNG MSCT 16 [4] ................................ ..... 17 3.2. CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG [4] ................................ ....................... 17 3.2.1. Heä thoáng phaân phoái ñieän aùp ................................ ................................ ......... 17 3.2.2. Khoái daøn quay Gantry ................................ ................................ .................. 17 3.2.3. Baøn naâng beänh nhaân ................................ ................................ ..................... 20 3.2.4. Baûng ñieàu khieån queùt ................................ ................................ ................... 21 3.2.5. Heä thoáng xoay rotor ................................ ................................ ...................... 22 3.2.6. Khoái heä thoáng taïo vaø löu aûnh ................................ ................................ ....... 22 4. CHÖÔNG 4. PHAÀN MEÀM GIAO DIEÄN NGÖÔØI DUØNG ............................... 28 4.1.1. Phaàn meàm ñieàu khieån thu nhaän aûnh ................................ ............................ 30 4.1.2. Phaàn meàm xöû lyù aûnh ................................ ................................ ..................... 32 4.1.3. Heä thoáng eFilm chuaån DICOM ................................ ................................ .... 32 5. CHÖÔNG 5. VAÄN HAØNH MAÙY MSCT ................................ .......................... 33 5.1. QUY TRÌNH CHUÏP AÛNH ................................ ................................ ................. 35 5.1.1. Chuaån bò beänh nhaân ................................ ................................ ...................... 35 5.1.2. Tieán haønh chuïp ................................ ................................ ............................. 35 5.1.3. Quy trình chuïp aûnh CT Tim ................................ ................................ .......... 36 5.2. GIAI ÑOAÏN TAÙI TAÏO HÌNH AÛNH ................................ ................................ . 36 5.2.1. Sô ñoà khoái ................................ ................................ ................................ ..... 36 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHvi 5.2.2. Nhöõng öùùng duïng laâm saøng ................................ ................................ ........... 37 6. CHÖÔNG 6. CAÙC HÖ HOÛNG THÖÔØNG GAËP BAÛO TRÌ – SÖÛA CHÖÕA .... 38 6.1. CAÙC VAÁN ÑEÀ ÔÛ PHAÀN CÖÙNG ................................ ................................ ........ 39 6.2. ÔÛ HEÄ THOÁNG MAÙY TÍNH ................................ ................................ ............... 40 PHAÀN ii. MOÂ PHOÛNG LIEÀU BÖÙC XAÏ ÔÛ MAÙY ct ................................ ............... 41 7. CHÖÔNG 7. CÔ SÔÛ VAÄT LYÙ PHOÙNG XAï ................................ ..................... 42 7.1. TÖÔNG TAÙC CUÛA TIA X VÔÙI VAÄT CHAÁT [11]................................ ............... 43 7.1.1. Hieäu öùng quang ñieän ................................ ................................ .................... 43 7.1.2. Taùn xaï Rayleigh................................ ................................ ............................ 43 7.1.3. Taùn xaï Compton ................................ ................................ ........................... 44 7.1.4. Söï suy giaûm cuûa tia X khi ñi qua moâi tröôøng vaät c haát ................................ 44 7.2. BÖÙC XAÏ ION HOÙA VAØ CAÙC ÑÔN VÒ ÑO LIEÀU [3] ................................ ........ 45 7.2.1. Lieàu löôïng chieáu (exposure), kyù hieäu:X [3] ................................ .................. 45 7.2.2. Lieàu haáp thuï (absorbed dose), kyù hieäu: D [3] ................................ ................ 45 7.2.3. Lieàu töông ñöông (equivalent dose), kyù hieäu: H [3]................................ ...... 46 7.2.4. Lieàu hieäu duïng (effective dose) [2]................................ ................................ 47 7.2.5. Lieàu töông ñöông tích luõy cuûa moâ hoaëc cô quan [2] ................................ ..... 48 8. CHÖÔNG 8. LIEÀU BÖÙC XAÏ ÔÛ MAÙY MSCT ................................ .................. 49 8.1. GIÔÙI THIEÄU[5] ................................ ................................ ................................ .... 50 8.2. LIEÀU BÖÙC XAÏ ÔÛ MAÙY CT[7,8,9,10] ................................ ................................ .... 50 8.2.1. Chæ soá lieàu ôû maùy CT (CTDI - Computed Tomography Dose Index) ................................ ................................ ................................ ... 50 8.2.2. Giaù trò lieàu theo chieàu daøi queùt (Dose Length Product (DLP))................................ ................................ ................................ ............ 52 8.3. ÑO LIEÀU [12]................................ ................................ ................................ ........ 52 8.3.1. Ghi ño böùc xaï ion hoùa ................................ ................................ ................... 52 8.3.2. Ghi nhaän böùc xaï ôû maùy CT ................................ ................................ .......... 52 8.4. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN LIEÀU CHIEÁU [5] ................................ ....... 54 8.4.1. Caùc yeáu toá thuoäc veà phaàn cöùng ................................ ................................ ... 54 8.4.2. Caùc yeáu toá thuoäc veà ngöôøi söû duïng maùy ................................ ..................... 54 8.4.3. Hieäu suaát hình hoïc (geometric effective) ................................ .................... 55 8.4.4. Hieäu suaát hình hoïc truïc Z ................................ ................................ ............. 55 8.4.5. Hieäu suaát maûng ñaàu doø (detector array geometr ic effeciency) ................................ ................................ ................................ .... 57 8.5. LIEÀU CHIEÁU ÔÛ CHEÁ ÑOÄ QUEÙT XOAÉN OÁC ( HELICAL SCAN)[5]................. 58 8.5.1. Giaù trò pitch ................................ ................................ ................................ ... 58 8.5.2. Vôùi giaù trò mAs laø khoâng ñoåi ................................ ................................ ........ 58 8.5.3. Vôùi giaù trò ‘ Effective mAs’ laø khoâng ñoåi ................................ .................... 59 8.5.4. Pheùp noäi suy cho voøng xoay ôû cheá ñoä queùt xoaén oác ................................ ... 59 8.6. TOÁI ÖU HOÙA LIEÀU CHIEÁU [5]................................ ................................ ........... 60 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHvii 8.6.1. Ñieàu khieån doøng phaùt töï ñoäng ................................ ................................ ...... 60 8.6.2. Moät chaát löôïng aûnh thích hôïp ................................ ................................ ....... 62 8.6.3. CT vôùi heä tim maïch ................................ ................................ ...................... 63 8.7. CAÙC THOÂNG SOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN LIEÀU ÔÛ CT ................................ ........ 63 8.7.1. Naêng löôïng chuøm tia (Beam Energy) ................................ .......................... 64 8.7.2. Maät ñoä naêng löôïng (mAs) ................................ ................................ ............ 64 8.7.3. Giaù trò pitch ôû cheá ñoä queùt xoaén oác ................................ ............................. 64 8.7.4. Heä tröïc chuaån chuøm tia X cho heä thoáng maùy CT ñôn laùt ........................... 64 8.7.5. Heä tröïc chuaån chuøm tia X cho heä thoáng maùy CT ña laùt ............................. 64 8.7.6. Kích thöôùc beänh nhaân ................................ ................................ ................... 65 8.7.7. Nhöõng taùc ñoäng giaùn tieáp ................................ ................................ ............. 65 8.8. CAÙC THOÂNG SOÁ COÙ THEÅ THAY ÑOÅI ÑEÅ GIAÛM LIE ÀU .............................. 65 8.8.1. Giaûm giaù trò mAs................................ ................................ ........................... 65 8.8.2. Taêng giaù trò Pitch................................ ................................ ........................... 66 8.8.3. Thay ñoåi giaù trò mAs theo theå traïng ngöôøi beänh ................................ ......... 66 8.8.4. Giaûm naêng löôïng chuøm tia ................................ ................................ ........... 66 8.8.5. Nhöõng chöùc naêng khaùc duøng ñeå giaûm lieàu. ................................ ................. 66 9. CHÖÔNG 9. AN TOAØN VAØ KIEÅM SOAÙT BÖÙC XAÏ ................................ ...... 68 9.1. CAÙC HIEÄU ÖÙNG SINH HOÏC CUÛA BÖÙC XAÏ ION HOÙA[2] ............................. 68 9.1.1. Cô cheá taùc duïng cuûa böùc xaï ion hoùa ................................ ............................ 68 9.1.2. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu öùng sinh hoïc c uûa böùc xaï ion hoùa69 9.2. BAÛO VEÄ BEÄNH NHAÂN [2] ................................ ................................ .................. 71 9.2.1. Chæ ñænh ñuùng ................................ ................................ ................................ 72 9.2.2. Taän giaûm lieàu chieáu ................................ ................................ ...................... 72 9.2.3. Baûo veä caùc cô quan nhaïy caûm vôùi phoùng xaï ................................ ............... 72 10. TÍNH LIEÀU BÖÙC XAÏ................................ ................................ ........................ 74 10.1. GIÔÙI THIEÄU ................................ ................................ ................................ ....... 74 10.2. CHÖÔNG TRÌNH MOÂ PHOÛNG ................................ ................................ ........ 75 11. 81 11.1. KEÁT LUAÄN ................................ ................................ ................................ ......... 81 11.2. HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN CUÛA ÑEÀ TAØI ................................ .............................. 82 12. PHUÏ LUÏC 1 ................................ ................................ ................................ ........ 84 13. PHUÏ LUÏC 2 ................................ ................................ ................................ .......... 1 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy ch uïp caét lôùp ñieän toaùn (CT) . www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD: Ts. HUYØNH QUANG LINHviii DANH SAÙCH CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT STT TÖØ VIEÁT TAÉT NGHÓA TIEÁNG ANH 1 ADMC Array Detector Module Card 2 ADM Array Detector Module 3 AECs Automatic exposure control systems 4 APM Anode Power Module 5 CIRS Common Image Reconstruction System 6 CT Computed Tomography 7 CTDI Computed Tomography Dose Index 8 DAS Data Acquisition System 9 DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine 10 DLP Dose Length Product 11 DMB DMS Motherboard 12 DSP Digital Signal Processing 13 FOV Field of View 14 HIS Hospital Information System 15 HU Hounsfield units 16 KPM Cathode Power Module 17 LAN Local Area Network 18 LED Liquid Emission Display 19 MDCT Multi Detector Computed Tomography 20 MPR Multi – Planar - Reformatted 21 MSCT Multi – Slice Computed Tomography 22 NIC Network Interface Card 23 PACS Picture archiving and Communication System 24 PMMA Polymethyl methacrylic 25 RCOM Rotor Communication 26 ROI Region of Interest 27 RSNA Radiological Society of North America 28 US UltraSound LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH1 1. CHÖÔNG 1. MÔÛ ÑAÀU Traûi qua gaàn 4 thaäp kyû hình thaønh vaø phaùt trieån, maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (Computed tomography – CT) ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong chaån ñoaùn hình aûnh y hoïc. Laø coâng cuï chaån ñoaùn trong nhieàu lónh vöïc laâm saøng nhö chaån ñoaùn ung thö, caùc vaán ñeà xöông khôùp, toån thöông moâ meàm beân trong cô theå, cuõng nhö chaán thöông vuøng ñaàu,… Trong kyõ thuaät chuïp caét lôùp duøng tia X, aûnh taùi taïo töø caùc hình chieáu. Hình chieáu thu ñöôïc baèng caùch ño suy hao cuûa böùc xaï qua vaät theå taïi caùc goùc khaùc nhau. Thieát bò chaån ñoaùn hình aûnh CT cho pheùp thu thaäp caùc soá lieäu beân trong cô theå beänh nhaân ñeå taùi taïo caáu truùc giaûi phaãu beänh nhaân 2D, 3D; töø ñoù xaùc ñònh caùc khoái u vaø coù caáu truùc giôùi haïn trong moãi aûnh cuûa beänh nhaân. Nhöõng hình aûnh naøy ñöôïc söû duïng ñeå quyeát ñònh caùc giaûi phaùp ñieàu trò cho beänh nhaân. CT ñöôïc toång hôïp töø caùc lónh vöïc khaùc nhau cuûa khoa hoïc nhö toaùn hoïc, cô hoïc, vaät lyù, ñieän töû, tin hoïc ñeå öùng duïng vaøo y hoïc, chaån ñoaùn beänh. Cô sôû vaät lyù cuûa CT laø caùc cô cheá phaùt böùc xaï tia X, töông taùc naêng löôïng chuøm tia böùc xaï vôùi moâ soáng, suy giaûm naêng löôïng. Neàn taûng ñaàu tieân cuûa toaùn hoïc ñöôïc öùng duïng vaøo lónh vöïc CT chính laø caùc thuaät toaùn bieán ñoåi Radon (nhaø toaùn hoïc Radon xaây döïn g naêm 1917). Tieáp theo laø caùc pheùp toaùn khaùc nhö pheùp loïc bieán ñoåi ngöôïc (filtered back projection), caùc thuaät toaùn Ram-Lak (Ramachandran and Lakshminarayanan, 1970), Shepp-Logan (Shepp and Logan, 1974), Cosine, Hamming, Hann,… [6] Caùc thieát bò cô hoïc, ñieän töû cuûa CT ñoøi hoûi ñoä chính xaùc cao , voøng xoay vôùi toác ñoä nhanh, ñaàu phaùt tia X vôùi naêng löôïng cao,… Töông töï nhö caùc thieát bò chuïp X quang thoâng thöôøng nhöng phöông phaùp chuïp caét lôùp ñieän toaøn ñoøi hoûi naêng löôïng chuøm tia X lôùn hôn nhieàu, do ñoù ñaàu phaùt tia X hoaït ñoäng ôû ñieän leân ñeán haøng traêm Kv. Beân caïnh ñoù, caùc thoâng tin veà aûnh chuïp ôû daïng kó thuaät soá, vì vaäy khoâng theå thieáu söùc maïnh cuûa maùy tính ñeå xöû lyù aûnh theo caùc yeâu caàu khaùc nhau. Caùc vaán ñeà taêng ñoä töông phaûn giöõa caùc moâ, cô quan, ñoä saùng, xem aûnh döôùi nhieàu goùc ñoä khaùc nhau,… taát caû ñeàu ñöôïc caùc phaàn meàm giaûi quyeát. ÔÛ nöôùc ta hieän nay, haàu heát caùc beänh vieän lôùn ñeàu ñaõ trang bò maùy CT phuïc vuï coâng taùc chaån ñoaùn hình aûnh. Nhöng vieäc nghieân cöùu caùc vaán ñeà lieân quan ñeán maùy CT coøn raát ít. Haàu heát chæ döøng laïi ôû möùc giôùi thieäu veà moät soá tính naêng, lôïi ích cuûa chaån ñoaùn hình aûnh baèng maùy CT . Vôùi caùc beänh vieän caùc vaán ñeà baûo trì vaø söûa chöõa thieát bò CT haàu nhö phuï thuoäc nhieàu vaøo caùc ñoái taùc cung caáp trang thieát bò naøy.Vôùi sinh vieân thì ñaây laø ñeà taøi heát söùc môùi meû vaø raát roäng . Treân cô sôû ñoù muïc tieâu cuûa luaän vaên seõ nghieân cöùu moät soá vaán ñeà sau: LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH2  Phaàn I: Toång quan veà maùy CT.  Cô sôû vaät lyù cuûa thieát bò chaån ñoaùn hình aûnh CT . AÛnh taùi taïo töø caùc hình chieáu. Hình chieáu thu ñöôïc baèng caùch ño suy hao cuûa böùc xaï qua vaät theå taïi caùc goùc khaùc nhau.  Caáu taïo maùy MSCT16 (Multi - Slice Computed Tomography 16 ). Vôùi heä thoáng ñaàu doø löôïng töû 40 haøng coù khaû naêng thöïc hieän queùt vôùi cheá ñoä 16x0.5 mm, thôøi gian xoay ganty 0.5s /voøng, MSCT16 theå hieän laø moät ch uaån trong kyõ thuaät chaån ñoaùn aûnh. Caùc vaán ñeà lieân quan ñeán heä thoáng phaàn cöùng cuûa maùy CT seõ ñöôïc ñeà caäp ñeán nhö: heä thoáng phaân phoái ñieän aùp, gantry, baøn naâng beänh nhaân, khoái ñieàu khieån trung taâm, khoái xöû lyù aûnh, hieån thò, löu tröõ.  Heä thoáng phaàn meàm thu nhaän aûnh, xöû lyù aûnh CT . Caùc chöùc naêng queùt aûnh, xöû lyù aûnh, quaûn lyù döõ lieäu beänh nhaân.  Vaän haønh maùy CT: quy trình chuïp aûnh, xöû lyù aûnh.  Moät soá hö hoûng, baûo trì maùy.  Do CT hoaït ñoäng treân cô sôû böùc xaï tia X neân caùc vaán ñeà lieân quan ñeán an toaøn phoùng xaï cuõng caàn ñöôïc quan taâm. Phaàn II seõ ñeà caäp caùc vaán ñeà lieân quan ñeán lieàu löôïng böùc xaï, lieàu löôïng haáp thuï ôû maùy CT, cuõng nhö moâ phoûng tính lieàu böùc xaï.  Caùc khaùi nieäm veà lieàu böùc xaï, lieàu haáp thuï, lieàu hieäu duïng .  Heä thoáng ñieàu khieån doøng töï ñoäng .  Töông quan giöõa lieàu böùc xaï vôùi chaát löôïng aûnh.  Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï, tính toaùn caùc giaù trò nhö chæ soá lieàu ôû maùy CT (CTDI), giaù trò lieàu theo chieàu daøi vuøng ñöôïc queùt DLP.  Lieân heä töø thöïc teá (soá lieäu thu thaäp taïi phoøng CT, trung taâm chaån ñoaùn y khoa medic Hoøa Haûo). LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH3 PHAÀN I : TOÅNG QUAN VEÀ MAÙY CT CHÖÔNG 2. CÔ SÔÛ VAÄT LYÙ ................................ ................................ ....................... 4 CHÖÔNG 3. CAÁU TAÏO MAÙY MSCT 16 ................................ ................................ ... 15 CHÖÔNG 4. PHAÀN MEÀM GIAO DIEÄN NGÖÔØI DUØNG ................................ .......... 28 CHÖÔNG 5. VAÄN HAØNH MAÙY MSCT ................................ ................................ ..... 33 CHÖÔNG 6. CAÙC HÖ HOÛNG THÖÔØNG GAËP BAÛO TRÌ – SÖÛA CHÖÕA................ 38 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH4 2. CHÖÔNG 2. CÔ SÔÛ VAÄT LYÙ CHÖÔNG 2 : CÔ SÔÛ VAÄT LYÙ LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH5 2.1. TOÅNG QUAN 2.1.1. Giôùi thieäu Chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT Scanner) laø moät böôùc tieán caùch maïng trong kyõ thuaät chaån ñoaùn baèng böùc xaï X quang [1]. Coâng ngheä CT cho pheùp thu thaäp caùc soá lieäu beân trong cô theå beänh nhaân ñeå taùi taïo caáu truùc giaûi phaãu beänh nhaân 2D, 3D; töø ñoù xaùc ñònh caùc khoái u vaø coù caáu truùc giôùi haïn trong moãi aûnh cuûa beänh nha ân. Nhöõng hình aûnh naøy ñöôïc söû duïng ñeå quyeát ñònh caùc giaûi phaùp ñieàu trò cho beänh nhaân. Hình 2.1. Moâ hình chuyeån ñoåi Fourier (cô sôû cuûa xöû lyù aûnh CT) Trong kyõ thuaät chuïp caét lôùp duøng tia X, aûnh taùi taïo töø caùc hình chieáu. Hình chieáu thu ñöôïc baèng caùch ño suy hao cuûa böùc xaï qua vaät theå taïi caùc goùc khaùc nhau. AÛnh goác coù theå xem laø caùc ñöôøng cheùo qua vaät theå trong ñoù caùc giaù trò cöôøng ñoä bieåu dieãn maät ñoä cuûa vaät theå. [1] Hình 2.2. Bieåu dieãn taùi taïo aûnh trong chuïp caét lôùp nhôø boä phaùt vaø caùc ñaàu doø. Caùc hình chieáu thu thaäp baèng thieát bò phaàn cöùng chuy eân duïng vaø sau ñoù aûnh beân trong cuûa vaät theå ñöôïc taùi taïo baèng pheùp bieán ñoåi Fourier ngöôïc. Ñieàu naøy cho pheùp quan saùt caáu truùc beân trong cô theå hay caùc vaät theå môø khoâng thaáy baèng maét thöôøng. Ñeå thöïc hieän pheùp chieáu noùi treân, heä thoáng phaûi coù boä phaùt vaø caùc boä thu. Boä phaùt vaø caùc boä thu phaûi quay xung quanh vaät theå ñeå t hu thoâng soá hình chieáu cuûa vaät theå treân caùc höôùng caùc nhau. Caùc thoâng soá naøy truyeàn veà boä xöû lyù ñeå taùi taïo hình aûnh cuûa vaät theå nhờ caùc thuaät toaùn taùi taïo ảnh ngược. Ñaây chính laø cô sôû ñeå baùc só coù theå chaån ñoaùn caùc beänh lyù, tieàn ñeà cho vieäc ñieàu trò beänh moät caùch hieäu quaû nhaát. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH6 2.1.2. Lòch söû phaùt trieån [1] i ) Theá heä ñaàu tieân CT laø söï keát hôïp cuûa caùc co âng ngheä khaùc nhau bao goàm phaàn cöùng maùy tính, heä thoáng ñoäng cô ñieàu khieån, caùc ñaàu doø tia X, phaàn meàm (caùc thuaät toaùn taùi taïo aûnh, giao dieän ngöôøi duøng), heä thoáng maùy phaùt tia X. Theá heä maùy CT ñaàu tieân söû duïng heä thoáng chuøm phaùt tia daïng xoay/dòch chuyeån ( rotate/translate, pencil beam system). Chæ coù 2 ñaàu doø ñöôïc söû duïng ñeå ño giaù trò chuøm tia X truyeàn qua beänh nhaân taïi 2 laùt caét khaùc nhau. Thu nhaän moät loaït caùc hình chieáu vaø chieàu tia trong moät pheùp chieáu ôû caùc goùc ñoä khaùc nhau. Chuøm tia ôû theá heä ñaàu tieân naøy coù daïng song song. Heä thoáng phaùt tia X vaø thu nhaän tín hieäu töø beänh nhaân chuyeån ñoäng tuyeán tính ngang qua tröôøng nhìn ( FOV - Field of view), caàn 160 tia song song ñeå queùt heát 24 cm FOV. Sau khi thöïc hieän heát laàn queùt ñaàu tieân, heä thoáng seõ xoay nheï ñeå thöïc hieän coâng vieäc queùt tieáp theo. Caàn phaûi thöïc hieän 180 pheùp chieáu vôùi böôùc nhaûy 10 => caàn coù toång coäng 180 x 160 = 28800 tia chieáu. Hình 2.5. Theá heä CT 1&2 Thuaän lôïi cuûa heá heä ñaàu tieân: Vôùi chuøm tia daïng pencil, chæ duøng 2 ñaàu doø ñeå ño chuøm tia X truyeàn qua seõ laøm giaûm raát nhieàu hieän töôïng taùn xaï. Do caùc tia taùn x aï seõ khoâng ñöôïc 2 ñaàu doø ghi nhaän. ii ) Theá heä thöù hai: xoay/dòch chuyeån, chuøm reõ quaït vôùi goùc môû nhoû Söï tieán boä lôùn nhaát cuûa CT theá heä thöù 2 laø söï keát hôïp moät daõy goàm 30 ñaàu doø tuyeán tính vôùi nhau. Vôùi goùc môû töông ñoái khoaûng nhoû 10 0, heä thoáng hoaït ñoäng nhanh hôn 30 laàn so vôùi theá heä ñaàu tieân. Thôøi gian caàn cho moãi laùt khoaûng 18 giaây, nhanh hôn 15 laàn so vôùi theá heä ñaàu tieân. iii ) Theá heä thöù ba: xoay/xoay, chuøm reõ quaït goùc môû roäng Soá löôïng ñaàu doø taêng leân ñaùng keå ( hôn 800 ñaàu doø) caøng veà sau naøy soá löôïng ñaàu doø taêng leân gaáp nhieàu laàn, goùc môû roäng hôn tröôùc cho pheùp chuøm tia X ñuû taàm soaùt toaøn boä cô theå beänh nhaân. Do caùc ñaàu doø vaø maïch ñieän töû khaù ñaét tieàn daãn ñeán giaù thaønh maùy CT theá heä naøy khaù cao. OÁng phaùt tia X vaø heä thoáng ñaàu doø cuøng xoay xung quanh beänh nhaân, beänh nhaân khoâng caàn dòch chuyeån theo truïc Z. Do LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH7 khoâng coù söï dòch chuyeån neân thôøi gian queùt veà cô baûn ñöôïc giaûm bôùt. ÔÛ theá heä naø y, thôøi gian queùt ngaén hôn 5 giaây /voøng. Hình 2.6. Theá heä CT thöù 3 iv ) Theá heä thöù tö: xoay/coá ñònh Theá heä naøy ñöôïc thieát keá ñeå giaûi quyeát vaán ñeà nhieãu voøng (ring artifact). Heä thoáng ñaàu doø ñöôïc thieát keá coá ñònh thaønh moät vo øng troøn bao quanh ngöôøi beänh nhaân vaø ñöôïc ñaët trong gantry. Nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñaàu doø khaù coàng keành, trong khi chuøm tia khoâng theå cuøng phaùt bao quaùt moät voøng 360 0. Hình 2.7. Theá heä CT thöù 4 v ) Theá heä thöù 5: maùy phaùt chuøm electron (Ebeam) Hình 2.8. Theá heä CT thöù 5 Phaàn cöùng thieát keá quaù coàng keành, deã phaùt sinh loãi kyõ thuaät khi hoaït ñoäng. Hieän nay theá heä naøy haàu nhö khoâng coøn ñöôïc söû duïng. vi ) Theá heä thöù saùu: maùy CT xoaén oác (Helical CT) LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH8 Hình 2.9. Theá heä CT thöù 6 Coù söï tieán boä hôn caùc theá heä tröôùc, cho pheùp döïng hình 3D. Tuy nhieân, do ñaàu doø chæ laø loaïi ñôn daõy neân toác ñoä queùt khaù chaäm. Ñaây laø tieàn ñeà cho th eá heä maùy CT keá tieáp – MSCT. vii ) Theá heä thöù 7: Maùy CT vôùi ñaàu doø ña maûng (Multiple Detector Array) Hình 2.10. Theá heä CT thöù 7 Vôùi ñaàu doø ña maûng thôøi gian ghi nhaän tín hieäu nhanh hôn, lieàu chieáu theo ñoù ñöôïc giaûm xuoáng. Hình aûnh thu ñöôïc roõ hôn, töø c aùc laùt caét deã daøng taùi taïo 3D, aûnh taùi taïo mòn hôn. 2.1.3. Thu nhaän döõ lieäu Moãi tia böùc xaï truyeàn qua cô theå beänh nhaân taïi moät thôøi ñieåm seõ ñöôïc moät ñaàu doø thu nhaän laïi vaø chuyeån sang tín hieäu soá . Moät loaït caùc tia cuøng truye àn qua theo cuøng höôùng ñöôïc goïi laø pheùp chieáu ( projection hoaëc view). Hai pheùp chieáu thöôøng ñöôïc söû duïng trong chuïp aûnh caét lôùp vi tính laø pheùp chieáu song song vaø pheùp chieáu daïng reõ quaït. Ha àu heát caùc maùy CT ngaøy nay ñeàu söû duïng pheùp chieáu daïng reõ quaït ñeå thu nhaän tín hieäu vaø taùi taïo laïi. Ñieàu naøy seõ thu ñöôïc nhöõng tín hieäu truyeàn qua cô theå ngöôøi beänh vôùi nhieàu goùc ñoä khaùc nhau . Hình 2.11. Sô ñoà taïo vaø thu nhaän döõ lieäu 2.1.4. Taùi taïo aûnh OÁng phaùt tia X Baøn ñôõ beänh nhaân Heä thoáng taùi taïo aûnh Ñieàu khieån trung taâm Heä thoáng thu nhaän tín hieäu Gantr y Nguoàn cao aùp Rotor Xöû lyù vaø löu tröõ aûnhIn phim Voøng xoay LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH9 Hình 2.12. Moâ hình Sinogram Taùi taïo aûnh laø thuaät toaùn chuyeån ñoåi caùc sinogram sang caùc taám aûnh 2 chieàu. Kyõ thuaät taùi taïo aûnh phoå bieán nhaát laø pheùp loïc bieán ñoåi ngöôïc (filtered back projection). Vôùi phöông phaùp naøy, caùc döõ lieäu seõ keát hôïp vôùi moät boä loïc vaø öùng vôùi moãi goùc nhìn ñöôïc theâm vaøo moät löôùi hình vuoâng taïi caùc goùc töông öùng vôùi goùc thu nhaän döõ lieäu. Caùc boä loïc thöôøng ñöôïc söû duïng laø Ram -Lak (Ramachandran and Lakshminarayanan, 1970), Shepp-Logan (Shepp and Logan, 1974), Cosine, Hamming, Hann,... Taát caû nhaèm mang laïi nhieàu ích lôïi nhö giaûm nhieãu, taêng ñoä phaân giaûi khoâng gian. Vaø ñaây laø keát quaû aûnh taùi taïo töø aûnh Sinogram. [ 6] Hình 2.13. Boä loïc trong CT Kích thöôùc pixel = FOV/kích thöôùc ma traän aûnh. Kích thöôùc ma traän aûnh 512x512, 1024x1024, … Kích thöôùc ma traän caøng lôùn (kích thöôùc pixel caøng nhoû) seõ caøng taêng ñoä phaân giaûi khoâng gian aûnh. Hình 2.14. Pixel aûnh vaø hình taùi taïo 3D Hình aûnh 3D chính laø söï keát hôïp noäi suy töø nhieàu laùt caét 2D , thoâng qua giaù trò töông phaûn HU (*) ñeå phaân bieät caùc caáu truùc giaûi phaãu cuûa cô theå. Hình aûnh 3D ñaëc bieät coù ích ñoái vôùi chaån ñoaùn tim maïch, maïch maùu, vuøng naõo. Coù theå löu laïi thaønh phim theo caùc chuaån video, thuaän lôïi cho chaån ñoaùn. 2.1.5. Soá CT vaø ñôn vò Hounsfield[1] Sau khi taùi taïo aûnh, moãi pixel aûnh ñöôïc theå hi eän bôûi soá ñieåm ñoäng (precision floating point number) vôùi ñoä chính xaùc cao. Ñieåm ñoäng naøy ñöôïc söû duïng cho vieäc tính toaùn nhöng ít ñöôïc duøng cho hieån thò aûnh. Haàu heát phaàn cöùng maùy tính hieån thò duøng moät soá nguyeân aûnh. Do ñoù , sau khi taùi taïo aûnh CT, nhöng tröôùc khi löu tröõ vaø hieån thò, soá aûnh CT bình thöôøng ñöôïc caét xeùn ñeå coù giaù trò nguyeân. Soá CT(x,y) trong moãi pixel (x,y) cuûa aûnh ñöôïc chuyeån ñoåi coù giaù trò: Duøng boä loïc LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH10 water water μ μy)μ(x,1,000y)CT(x,  (*) Vôùi ñôn vò quy öôùc laø Hounsfield, vieát taét laø HU. Trong ñoù  yx, laø soá ñieåm ñoäng cuûa pixel (x,y) tröôùc khi chuyeån ñoåi; water heä soá suy giaûm cuûa nöôùc (0,195). Soá CT coù giaù trò trong khoaûng -1,000 -> +1,000 Maät ñoä moâ coù yù nghóa lôùn ñoái vôùi soá CT do chuùng aûnh höôûng ñeán heä soá suy giaûm cuûa chuøm tia khi ñi qua moâ /toå chöùc. Quaù trình taùi taïo aûnh chính laø söï thay ñoåi giaù trò CT hay soá CT cuûa caùc aûnh sinogram trong giôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh bôûi maùy tính. Caùc theá heä maùy CT tröôùc ñaây duøng heä 12 bit vôùi 4096 giaù trò, ngaøy nay, caùc theá heä maùy môùi söû duïng heä 16 bit coù taàm giaù trò 0 – 65535. Maét ngöôøi chæ coù theå caûm nhaän giaù trò giôùi haïn cuûa möùc gray – scale. Vôùi aûnh vuøng ngöïc: Möùc 400HU – 40HU khoâng nhìn thaáy chi tieát phoåi. Möùc 1000HU – 700HU theå hieän chi tieát cuûa phoåi toát nhöng xöông vaø moâ meàm thì khoâng coøn thaáy nöõa. Hình 2.15. Soá CT & moái quan heä giöõa soá CT vaø ñoä saùng cuûa aûnh 2.2. MAÙY CHUÏP CAÉT LÔÙP ÑIEÄN TOAÙN ÑA LAÙT (MSCT) Baûng 2.1. Löôïc söû quaù trình phaùt trieån cuûa MSCT Naêm Quaù trình phaùt trieån 1971 Nhaø nghieân cöùu Godfrey Hounsfeld phaùt minh ra maùy CT ñaàu tieân. 1985 Kyõ thuaät tònh tieán voøng ra ñôøi. 1989 Coâng ty Siemens (Ñöùc) giôùi thieäu maùy CT xoaén oác ñaàu tieân. 1991 Coâng ty Elscint (Haifa, Israel) giôùi thieäu maùy CT 2 laùt caét ( Dual Slice CT). 1995 Xaây döïng moâ hình maùy CT thôøi gian xoay döôùi 1s/voøng. 1999 Maùy CT 4 laùt caét ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu. 2001 Maùy CT 4 laùt caét thöông maïi ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu ôû India 2002 Maùy CT 16 laùt caét ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu. 2003 Maùy CT 16 laùt caét thöông maïi ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu ôû India LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH11 2003 Phaùt trieån theá heä maùy CT 32 laùt caét. 2003 Coâng ty Toshiba phaùt trieån theá heä maùy CT 256 laùt caét 2003 Nghieân cöùu ñaàu doø daïng phaúng ( Flat panel detector) 2003 Phaùt trieån theá heä maùy queùt vôùi thôøi gian nhoû hôn 0.4 s/voøng xoay. 2003 Nghieân cöùu theá heä maùy CT phaùt chuøm tia hình noùn ( Cone Beam CT) Trôû laïi naêm 1971, vôùi maùy CT ñaàu tieân, ñeå queùt moät ñoaïn naõo coù chieàu daøi 10 cm maát ñeán 40 phuùt, moãi laùt caét xoay 1800 ñöôïc thöïc hieän trong 4 phuùt. Ñeán ngaøy hoâm sau aûnh taùi taïo môùi hoaøn thaønh. Gaàn 30 naêm sau ñoù, moät maùy MSCT 16 laùt chæ maát döôùi 0.5 giaây cho moät voøng xoay, aûnh taùi taïo ch æ maát vaøi mili giaây. Toaøn boä chieàu daøi cô theå vôùi moãi laùt 1 mm chæ maát chöa ñaày 1 phuùt ñeå hoaøn thaønh. MSCT baét ñaàu töø 1988, vôùi söï phaùt trieån cuûa coäng ngheä voøng xoay. Ñaàu phaùt tia X vaø heä thoáng ñaàu doø xoay lieân tuïc xung quanh ngöôøi beänh trong khi ñoù beänh nhaân lieân tuïc ñöôïc baøn ñôõ di chuyeån theo truïc Z. Döõ lieäu ñöôïc thu nhaän lieân tuïc vaø coâng vieäc taùi taïo hình aûnh cuõng ñöôïc tieán haønh ñoàng thôøi. MSCT baét ñaàu maïnh meõ töø 1992 khi Elscint giôùi thieäu maùy queùt 2 laùt caét ñaàu tieân (CT Dual slice). Nöûa sau naêm 1998, taïi RSNA (Radiological Society of North America), 4 nhaø saûn xuaát lôùn cuøng giôùi thieäu theá heä MSCT mới (GE Lightspeed, Picker MX 8000. Toshiba Aquilon Multi, Siemens Volume Zoom) , moät söï ñoät phaù trong lòch söû y hoïc. MSCT laø heä thoáng maùy CT ñaëc bieät vôùi nhieàu daõy ñaàu doø thu nhaän cuøng luùc caùc döõ lieäu cuûa caùc laùt caét ôû nhöõng vò trí khaùc nhau. MSCT theå hieän khaû naêng tuyeät vôøi veà caùc caáu truùc giaûi phaãu bình thöôøng, khoâng bình thöôøng cuõng nhö beänh lyù. MSCT ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong chaån ñoaùn hình aûnh töø caùc hình aûnh 3 chieàu ñeán aûnh caét lôùp ñieän toaùn huyønh quang. Vôùi goùc queùt roäng, ñoä phaân giaûi khoâng gian cao vaø theå hieän caùc khoái theå tích (voxel) ñaúng höôùng chính xaùc. Chính ñieàu naøy giuùp cho MSCT ngaøy caøng ñöôïc öa chuoäng hôn so vôùi kyõ thuaät queùt CT ñôn laùt. Hình 2.16. Moâ hình MSCT Vôùi coâng ngheä maûng ñaàu doø, voøng xoay lieân tuïc xung quanh beänh nhaân , keát quaû seõ laø: SDCT & MDCT LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH12 Hình 2.17. Moâ hình MSCT Giaù trò pitch trong MSCT Coù hai loaïi ñònh nghóa Pitch trong MSCT Pitchx = Xtiachuøm roängBeà xoayvoøngmoãitrong baøncuûachuyeånBöôùc Pitchd = doøñaàu roängBeà xoayvoøngmoãitrong baøncuûachuyeånBöôùc Ví duï: Pitchx = 1 20 20  = Collimator Pitch Pitchd = 4 5 20  = Detector Pitch Collimator Pitch = N PitchDetector Hình 2.18. Giaù trò Pitch trong CT 2.2.1. Caáu truùc ñaàu doø trong heä thoáng MSCT[1] Hình 2.19. Caáu truùc ñaàu doø LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH13 MDCT (Multidetector Computed Tomography ) laø söï keát hôïp nhieàu ñaàu doø thaønh moät maûng. Hình 2.20. So saùnh giöõa ñaàu doø ñôn vaø ña maûng Beà daøy cuûa laùt caét ñöôïc xaùc ñònh bôûi beà roäng cuûa ñaàu doø; beà roäng cuûa heä thoáng ñaàu doø chính laø söï keát hôïp cuûa caùc ñaàu doø ñôn laïi vôùi nhau, khi ñoù tín hieäu thu ñöôïc laø toåâng tín hieäu thu ñöôïc töø chính caùc ñaàu doø keát hôïp naøy. Heä tröïc chuaån duøng ñeå ñieàu chænh chuøm phaùt tia ñeå giaûm caùc chuøm tia loe ra khoâng mong muoán. Tuøy coâng ngheä cuûa moãi nhaø saûn coù xuaát khaùc nhau, coù theå tham khaûo döôùi ñaây (heä thoáng MSCT16). Hình 2.21. Heä thoáng ñaàu doø cuûa caùc coâng ty khaùc nhau 2.2.2. Heä thoáng thu nhaän döõ lieäu cuûa MSCT Hình 2.22. Sô ñoà khoái heä thoáng thu tín hieäu MDCT - ñaây chính laø thaønh phaàn coù söï khaùc bieät lôùn nhaát so vôùi caùc theá heä tröôùc ñoù. Baûng 2.2. Nhöõng tieán boä cuûa MSCT 1 Thôøi gian queùt vaø thu nhaän nhanh hôn. 2 Söû duïng nhieàu ñaàu doø thu nhaän döõ lieäu ñoàng thôøi. 3 Toác ñoä xoay cuûa Gantry nhoû hôn 1 giaây. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH14 4 Toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa baøn nhanh hôn. 5 Vuøng giaûi phaãu quan saùt roäng hôn. 6 Heä thoáng phaùt tia X beàn hôn do taûn nhieät toát hôn. 7 Döõ lieäu vaø coâng vieäc xöû lyù lôùn hôn. Baûng 2.3. So saùnh moät soá thoâng soá cuûa heä thoáng MSCT16 ôû moät soá nhaø saûn xuaát. Caùc ñaëc tröng cuûa maùy MSCT16 GE Lightspeed Plus Philips MX 8000 IDT Siemens MX 8000 16 Toshiba Aquition16 Chieàu daøi maûng ñaàu doø 20 (mm) 20 24 32 Beà roäng laùt caét moûng nhaát 0.63 x 16 (mm) 0.73 x 16 0.75 x 16 0.5 x 16 Thôøi gian xoay nhoû nhaát ñaït ñöôïc 0.5 (s) 0.4 0.4 0.4 Hai ñieàu quan troïng maø MSCT mang laïi laø: Toác ñoä queùt nhanh hôn: giaûm caù c aûnh nhieãu do caùc chuyeån ñoäng töø beänh nhaân (hoaït ñoä thôû, caùc cöû ñoäng cuûa cô theå, nhòp ñaäp cuûa tim,…). Ñaëc bieät raát coù ích khi chuïp aûnh CT cho caùc em beù do khoâng caàn phaûi tieâm thuoác meâ (giuùp beù naèm im). Döõ lieäu thu nhaän töø MSCT deã daøng taùi taïo theå tích hôn so vôùi CT ñôn laùt. Theâm vaøo ñoù, MSCT cung caáp nhöõng böùc vôùi tính chaát ñaúng höôùng (Isotropic), ñieàu naøy laøm cho caáu truùc aûnh gioáng heät nhau ôû taát caû caùc chieàu. Ñaëc tröng naøy raát quan troïng ñoái vôùi aûnh 3 chieàu, aûnh giaû haàu nhö ñöôïc khöû ñi vaø caùc chi tieát giaûi phaãu theå hieän raát toát. Hình 2.23. AÛnh Isotropic Baûng 2.4. Thoâng soá kyõ thuaät maùy MSCT Thoâng soá Chi tieát kyõ thuaät Chu trình queùt Giaûm ñaùng keå thôøi gian queùt moät ñöôøng Giaûm aûnh giaû Nhieàu truïc Z ñöôïc quan taâm trong moät thôøi gian ngaén Ñoä phaân giaûi aûnh cao Naâng cao ñoä phaân giaûi thôøi gian vaø khoâng gian AÛnh 3D ñaúng höôùng (Isotropic 3D voxels) Laùt caét moûng, ñònh höôùng ñeán töøng vuøng nhoû caàn quan taâm. Laùt caét sieâu moûng Khoaûng 1 mm hoaëc nhoû hôn (0,5mm). nghieân cöùu theo töøng hôi thôû (Single breathhold studies) Vuøng dieän tích nhoû theo töøng laùt caé t ñöôïc queùt theo chu kyø hôi thôû. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH15 Giaûm töông phaûn tónh maïch Thôøi gian queùt nhanh hôn cho pheùp gi aûm töông phaûn tónh maïch, coù theå söû duïng chaát caûn quang. OÁng phaùt tia toát hôn Vuøng queùt roäng hôn vôùi laùt caét moûng hôn maø khoâng caàn taêng giaù trò kV. AÛnh 3 chieàu AÛnh taùi taïo vôùi ñoä phaân giaûi khoâng gian toá t hôn. Queùt theo thôøi gian thöïc Thôøi gian queùt cuõng nhö thu nhaän döõ lieäu nhanh taïo thuaän lôïi cho vieäc aûnh tim maïch, heä thoá ng cô xöông khôùp. 3. CHÖÔNG 3. CAÁU TAÏO MAÙY MSCT 16 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH16 CHÖÔNG 3 : CAÁU TAÏO MAÙY MSCT16 LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH17 3.1. SÔ ÑOÀ TOÅNG QUAÙT CUÛA HEÄ THOÁNG MSCT 16[4] “Traõi qua hôn 20 naêm ñoåi môùi vaø phaùt trieån, Aquilion 16 ñaõ giaønh ñöôïc khaù nhieàu giaûi thöôûng. Aquilion 16 ñöùng ñaàu trong soá caùc thieát bò CT chaån ñoaùn hình aûnh, cung caáp khaû naêng thu nhaän döõ lieäu (theo theå tích) vôùi toác ñoä cao vaø ñoä ph aân giaûi khoâng gian tuyeät vôø i. Aquilion 16 ñöôïc xaây döïng treân cô sôû keát hôïp töø caùc vaá n ñeà thöïc teá laâm saøng vôùi caùc baùc só chuyeân ngaønh töø khaép nôi treân theá giôùi. Vôùi heä thoáng ñaàu doø löôïng töû 40 haøng coù khaû naêng thöïc hieän queùt vôùi cheá ñoä 16x0.5 mm, thôøi gian xoay ganty 0.5s, Aquilion 16 ñöôïc xem nhö moät chuaån trong kyõ thuaät chaån ñoaùn aûnh ”.[13] Heä thoáng maùy chuïp caét lôùp bao goàm:  Heä thoáng phaân phoái ñieän aùp (Power supply).  Khoái daøn quay (Gantry).  Baøn naâng beänh nhaân (Patient couch).  Khoái ñieàu khieån heä thoáng (System control).  Khoái heä thoáng aûnh (Imaging system).  Khoái hieån thò vaø ghi aûnh (Display and recording system ).  Heä thoáng löu tröõ (Storage system). 3.2. CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG[4] 3.2.1. Heä thoáng phaân phoái ñieän aùp Maùy MSCT16 cuûa haõng Toshiba trang bò taïi trung taâm chaån ñoaùn y khoa Medic söû duïng nguoàn ñieän xoay chieàu 3 pha 400V thoâng qua heä thoáng oån a ùp töï ñoäng vôùi ñoä chính xaùc cao, ñaûm baûo khoâng bò suït aùp khi hoaït ñoäng. Sau khi nguoàn ñöa vaøo boä phaän rotor thoâng qua choåi queùt seõ ñöôïc truyeàn vaøo boä taïo aùp cao theá ñeå cung caáp cho oáng phaùt tia X. Nguoàn ñieän naøy seõ cung caáp naêng löôïng ñeå xoay heä thoáng phaùt tia X. Nguoàn nuoâi cuûa caùc bo maïch ñieän töû söû duïng nguoàn ñieän moät chieàu bieán ñoåi töø nguoàn xoay chieàu moät pha. Khoái ñieän aùp cao theá cung caáp cho hai cöïc (Anode vaø Cathode). Vôùi heä thoáng daây caùp daãn ñieän ñöôïc thieát keá vôùi ñoä an toaøn ñieän cao, ñoä beàn nhieät, cô hoïc. Nhöõng khu vöïc coù ñieän aùp cao theá ñeàu ñöôïc kyù hieäu baèng chöõ HV (High Volt). 3.2.2. Khoái daøn quay Gantry Laø boä phaän coù kích thöôùc lôùn nhaát cuûa maùy CT, bao goàm oáng phaùt tia X, oáng tröïc chuaån, heä thoáng thu nhaän tín hieäu, khoái DAS, caùc thaønh phaàn maïch ñieän töû khaùc, vaø khoái cô hoïc ca àn ñeå naâng ñôõ toaøn boä heä thoáng vaø c huyeån ñoäng xoay. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH18 Gantry Stand unit (Thaønh phaàn coá ñònh) Tilt drive unit (Ñoäng cô laøm nghieâng gantry) Tilt detection unit (Ñònh vò goùc nghieâng) Tilt guide unit (Höôùng daãn nghieâng gantry) Electrical components unit and terminals (Thaønh phaàn ñieän, thieát bò ñaàu cuoái) Main frame unit (Thaønh phaàn chính) Slip ring unit (Boä phaän xoay, tònh tieán) Rotation drive unit (Ñoäng cô xoay voøng) Electrical components unit (Caùc thaønh phaàn ñieän) X-ray beam control unit (Ñôn vò ñieàu khieån chuøm tia X) X-ray tube mounting unit (giaù ñôõ oáng phaùt tia X) Wedge filter unit (Boä phaän loïc tia) Slit unit (Khe hôû phaùt tia) Electrical components unit (Caùc thaønh phaàn ñieän cao aùp) Covers (Voû boïc) FRP covers (Voû boïc ngoaøi) Operation sections (thaønh phaàn ñieàu khieån) Display section (Hieån thò thoâng soá vò trí ganty , baøn naâng) Safety switches (Coâng taéc an toaøn ñieän) Hình 3.2. Gantry Boä phaän coá ñònh heä thoáng: ñaây laø khoái naâng ñôõ vaø coá ñònh heä thoáng, chuû yeáu laø caùc thaønh phaàn cô khí. Caùc thaønh phaàn ñieän vaø thieát bò ñaàu cuoái. Heä thoáng ñöôïc coá ñònh vöõng chaét vôùi saøn nhaø ñaûm baûo khoâng bò rung nhòp khi khoái rotor xoay vôùi toác ñoä 0,5s/voøng. Hình 3.3. Khoái naâng ñôõ[4] Boä phaän chính: goàm caùc voøng tröôït (slip ring unit), khoái ñieàu khieån xoay, choåi queùt (brush section) ñeå cung caáp ñieän. Nguoàn ñieän sau khi ñöôïc truyeàn vaøo nhôø choåi queùt seõ ñöôïc chuyeån ñeán khoái taïo ñieän aùp cao theá cuûa khoái phaùt tia X. Khoái tín hieäu quang vaø ñieàu kieån thu nhaän tín hieäu quang , khoái truyeàn vaø nhaän tín hieäu, naêng löôïng giöõa phaàn ñoäng vaø tónh. Khoái giaûi nhieät cho oáng phaùt tia X. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH19 Hình 3.4. Beân trong Gantry[4] Taát caû boä cao aùp, khoái taûn nhieät, heä thoáng ñaàu doø naèm treân rotor, xoay lieân tuïc quanh beänh nhaân. Ngoaøi ra, treâ n rotor coøn coù theâm caùc khoái sa ét ñeå taïo caân baèng khi quay do caùc khoái heä thoáng coù khoái löôïng khoâng baèng nhau. Hình 3.5. Beân ngoaøi Gantry[4] Hình 3.6. Baûng ñieàu chænh treân Gantry [4] Baûng ñieàu chænh gantry ñöôïc söû duïng ñeå kích hoaït vaïch daáu laser, nghieâng gantry, vaø ñieàu khieån caùc chuyeån ñoäng baøn beänh nhaân. Töø baûng ñieàu khieån naøy, ngöôøi y taù coù theå thao taùc ñöa beänh nhaân vaøo vò trí chuïp CT nhanh choùng. Caùc thoâng soá veà ñoä nghieâng, vò trí töông ñoái theo truïc Z, ñoä cao baøn naâng ñöôïc hieån thò tröïc quan treân baûng ñieàu khieån Gantry. Caùc thoâng soá naøy cuõng coù theå ñöôïc ñieàu chænh töø phaàn meàm ñieåu khieån trung taâm. LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH20 Hình 3.7. Caáu truùc beân trong cuûa Gantry (maùy Philips MX 8000 IDT) 3.2.3. Baøn naâng beänh nhaân Baøn ñôõ beänh nhaân goàm ba phaàn chính: Boä phaän coá ñònh goàm heä thoáng naâng ñôõ cô hoïc, heä thoáng loø xo, caùc board maïch ñieän töû ñieàu khieån baøn. Baøn coù theå di chuyeån leân cao, xuoáng thaáp, veà tröôùc cuõng nhö ra sau. Boä phaän di ñoäng (ñoäng cô laên tröôït), beänh nhaân tröïc tieáp naèm leân coù theå tröôït veà phía tröôùc, cuõng nhö veà phía sau . Ñieàu kieän tieân quyeát phaûi di chuyeån chính xaùc ñeán töøng mm. Boä phaän baøn ñôõ ñöôïc laøm baèng nhöïa plastic coù ñoä beàn cô hoïc cao. Khoâng gaây ra nhieãu aûnh do kim loaïi. Caùc maïch ñieän töû ñieàu khieån baøn naâng, ñieàu khieån ñoäng cô. Hình 3.8. Baøn naâng Hình 3.9.Ñieàu khieån cô hoïc beân trong baøn [4] LVTN: Moâ phoûng tính lieàu böùc xaï maùy chuïp caét lôùp ñieän toaùn (CT). www.bme.vn SVTH: LEÂ MINH ÑAÏT GVHD:Ts. HUYØNH QUAN G LINH21 Hình 3.10. Caáu truùc maïch ñieän töû cuûa baøn (maùy Philips MX 8000 IDT) 3.2.4. Baûng ñieàu khieån queùt Hình 3.11. Baøn phím ñieàu khieån Veà cô baûn ñaây laø baøn phím bình thöôøng cuûa caùc maùy vi tính, nhöng coù theâm caùc phím ñieàu khieån coâng vieäc queùt aûnh. Ñaây chính laø söï khaùc