Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tạo Hình 3D Từ Ảnh Chụp Cắt Lớp Trong Y Tế

Tài liệu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu kỹ thuật tạo hình 3d từ ảnh chụp cắt lớp trong y tế, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Phạm Văn Hưng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Tảo
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tạo Hình 3D Từ Ảnh Chụp Cắt Lớp Trong Y Tế
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: ẢNH Y TẾ VÀ TÁI TẠO HÌNH ẢNH 3D
• 1.1. Ảnh y tế
• 1.2. Ảnh cắt lớp
• 1.2.1. Lịch sử ra đời
• 1.2.2. Nguyên lý chụp CTscanner (computed tomography)
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TÁI TẠO HÌNH 3D TỪ ẢNH CHỤP CẮT LỚP
• 2.1. Tổng quan về kỹ thuật tái cấu trúc mô hình 3D từ ảnh cắt lớp
• 2.1.1. Cấu trúc mô hình 3D
• 2.1.2. Phương pháp tổng quát tái cấu mô hình 3D từ tập ảnh cắt lớp
• 2.2. Các kỹ thuật áp dụng tái cấu trúc mô hình 3D
• 2.2.1. Các kỹ thuật áp dụng trong tiền xử lý ảnh cắt lớp
• 2.2.2. Phân lớp và xác định biên đối tượng cần tái cấu trúc 3D
• 2.2.3. Xác định tập đỉnh và tập mặt khi tái cấu trúc mô hình 3D
• 2.3. Một số kỹ thuật nâng cao chất lượng mô hình 3 chiều khi tái cấu trúc
• 2.3.1. Kỹ thuật nội suy nâng cao mô hình tái cấu trúc
• 2.3.2. Một số phương pháp nội suy
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG
• 3.1. Yêu cầu thực nghiệm, ứng dụng
• 3.2. Công cụ và các bước thực hiện chương trình
• 3.3. Một số kết quả thực nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Tạo Hình 3D Từ Ảnh Cắt Lớp Y Tế

Ứng dụng Công nghệ thông tin trong y học đã mang lại hiệu quả to lớn. Sự ra đời của các thiết bị chẩn đoán hình ảnh như máy chụp cắt lớp vi tính (CT-Scanner), máy chụp cộng hưởng từ (MRI) giúp bác sĩ nâng cao chất lượng chẩn đoán và tiên lượng bệnh. Các thiết bị này tạo ra dữ liệu hình ảnh 3 chiều của đối tượng khảo sát, sau đó được xử lý để xây dựng lại mô hình. Việc tạo dựng hình ảnh 3 chiều mang lại hình ảnh trực quan, giúp bác sĩ có cái nhìn chi tiết về các tổn thương và cấu trúc giải phẫu. Trên thế giới, việc tái tạo ảnh 3D đã phát triển trong vài chục năm gần đây, với nhiều phần mềm thương mại đắt tiền. Tại Việt Nam, nghiên cứu về phần mềm xử lý hình ảnh y tế còn mới mẻ. Vì vậy, bài toán "Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình 3D từ ảnh chụp cắt lớp trong y tế" là thực tiễn và ý nghĩa, cần được đầu tư. Luận văn này bao gồm các chương về ảnh y tế, kỹ thuật tái tạo và ứng dụng.

1.1. Giới Thiệu Về Ảnh Cắt Lớp Vi Tính CT

Ảnh cắt lớp vi tính (CT) là một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh quan trọng trong y học hiện đại. Nó sử dụng tia X để tạo ra hình ảnh cắt lớp của cơ thể, cho phép bác sĩ quan sát các cơ quan và mô một cách chi tiết. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm so với X-quang thông thường, bao gồm khả năng tạo ra hình ảnh 3D và độ phân giải cao hơn. Theo tài liệu gốc, CT scanners dựa trên các nguyên lý ghi hình khác nhau nhưng đều mang lại dữ liệu là thông tin hình ảnh 3 chiều của đối tượng khảo sát.

1.2. Vai Trò Của Hình Ảnh 3D Trong Chẩn Đoán Y Khoa

Hình ảnh 3D ngày càng đóng vai trò quan trọng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Nó cung cấp cho bác sĩ một cái nhìn trực quan và toàn diện về cơ thể bệnh nhân, giúp họ dễ dàng phát hiện các bất thường và lập kế hoạch điều trị hiệu quả hơn. Việc tạo hình 3D từ ảnh chụp cắt lớp cho phép bác sĩ có thể xem các cấu trúc giải phẫu từ nhiều góc độ khác nhau, điều này đặc biệt hữu ích trong phẫu thuật và các thủ thuật xâm lấn tối thiểu.

II. Thách Thức Khi Tái Tạo Mô Hình 3D Từ Ảnh CT Scan

Mặc dù có nhiều ưu điểm, quá trình tái tạo mô hình 3D từ ảnh CT scan cũng gặp phải không ít thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là chất lượng ảnh đầu vào. Ảnh CT scan thường bị nhiễu và có độ phân giải hạn chế, điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình 3D được tạo ra. Ngoài ra, quá trình phân đoạn ảnh (segmentation) để xác định các đối tượng cần tái tạo cũng rất phức tạp và tốn thời gian. Theo tài liệu gốc, việc nghiên cứu thuật giải tạo dựng hình ảnh ba chiều cụ thể là từ ảnh chụp cắt lớp trong y khoa nhằm xây dựng lý thuyết và ứng dụng phục vụ trong công tác chuẩn đoán, điều trị bệnh tốt hơn.

2.1. Vấn Đề Về Chất Lượng Ảnh CT Đầu Vào Nhiễu Độ Phân Giải

Chất lượng ảnh CT đầu vào là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình 3D. Nhiễu và độ phân giải thấp có thể làm mờ ranh giới giữa các cấu trúc giải phẫu, gây khó khăn cho quá trình phân đoạn. Các kỹ thuật tiền xử lý ảnh, như lọc nhiễu và tăng cường độ tương phản, có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng ảnh CT, tuy nhiên, cần phải cẩn thận để không làm mất đi các chi tiết quan trọng.

2.2. Khó Khăn Trong Phân Đoạn Ảnh Y Tế Segmentation

Phân đoạn ảnh y tế là quá trình xác định và tách biệt các đối tượng quan tâm (ví dụ: xương, mạch máu, khối u) trong ảnh CT. Đây là một bước quan trọng trong quá trình tái tạo mô hình 3D, nhưng cũng là một trong những bước khó khăn nhất. Có nhiều phương pháp phân đoạn khác nhau, bao gồm phương pháp thủ công, bán tự động và tự động. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào chất lượng ảnh, loại đối tượng cần phân đoạn và mục đích sử dụng.

III. Phương Pháp Dựng Hình 3D Y Tế Từ Ảnh Cắt Lớp CT MRI

Có nhiều phương pháp dựng hình 3D y tế từ ảnh cắt lớp CT/MRI. Các phương pháp này có thể được chia thành hai loại chính: phương pháp dựa trên bề mặt (surface-based) và phương pháp dựa trên thể tích (volume-based). Phương pháp dựa trên bề mặt tạo ra mô hình 3D bằng cách trích xuất bề mặt của các đối tượng quan tâm từ ảnh cắt lớp. Phương pháp dựa trên thể tích tạo ra mô hình 3D bằng cách gán giá trị cho mỗi voxel (phần tử thể tích) trong không gian 3D. Theo tài liệu gốc, “Việc tạo dựng hình ảnh 3 chiều sẽ mang lại những hình ảnh trực quan, những góc nhìn của một hay nhiều bộ phận liên quan; giúp cho bác sỹ có cái nhìn chi tiết của các tổn thương, các cấu trúc giải phẫu, từ đó đem lại hiệu quả cho công tác chẩn đoán và điều trị bệnh.”

3.1. Kỹ Thuật Tái Tạo Bề Mặt Surface Reconstruction

Kỹ thuật tái tạo bề mặt là một phương pháp phổ biến để dựng hình 3D từ ảnh cắt lớp. Phương pháp này bao gồm các bước chính: phân đoạn ảnh, trích xuất biên và tạo lưới đa giác. Sau khi phân đoạn ảnh, biên của các đối tượng quan tâm được trích xuất. Sau đó, một lưới đa giác (thường là lưới tam giác) được tạo ra để mô tả bề mặt của đối tượng. Lưới đa giác có thể được hiển thị và thao tác trong không gian 3D.

3.2. Phương Pháp Dựng Hình Dựa Trên Thể Tích Volume Rendering

Phương pháp dựng hình dựa trên thể tích là một phương pháp trực tiếp tạo ra hình ảnh 3D từ dữ liệu thể tích mà không cần trích xuất bề mặt trung gian. Phương pháp này gán giá trị cho mỗi voxel trong không gian 3D, sau đó sử dụng các kỹ thuật visualization để hiển thị hình ảnh 3D. Phương pháp dựng hình dựa trên thể tích có thể tạo ra hình ảnh chi tiết và chân thực hơn so với phương pháp tái tạo bề mặt, nhưng đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán hơn.

IV. Ứng Dụng Của Tạo Hình 3D Từ Ảnh Y Tế Trong Y Học

Tạo hình 3D từ ảnh y tế có rất nhiều ứng dụng trong y học, bao gồm lập kế hoạch phẫu thuật, mô phỏng phẫu thuật, chẩn đoán bệnh và giáo dục y khoa. Trong lập kế hoạch phẫu thuật, mô hình 3D có thể được sử dụng để giúp bác sĩ hình dung rõ hơn về cấu trúc giải phẫu và xác định phương pháp phẫu thuật phù hợp. Trong mô phỏng phẫu thuật, mô hình 3D có thể được sử dụng để cho phép bác sĩ thực hành các thủ thuật phẫu thuật trước khi thực hiện trên bệnh nhân thực tế. Ngoài ra, các phần mềm thương mại tái tạo ảnh 3 chiều từ các lát cắt như: 3D-Doctor, eFilm, Vitrea2, DICOMWork… và cài đặt trên hệ thống máy tính của các hãng sản xuất thiết bị với giá thành cao.

4.1. Lập Kế Hoạch Và Mô Phỏng Phẫu Thuật 3D

Mô hình 3D được tạo ra từ ảnh CT hoặc MRI có thể được sử dụng để lập kế hoạch và mô phỏng phẫu thuật. Bác sĩ có thể sử dụng mô hình 3D để xác định vị trí và kích thước của các khối u, đánh giá mức độ xâm lấn và lập kế hoạch cắt bỏ khối u một cách an toàn và hiệu quả nhất. Ngoài ra, mô hình 3D cũng có thể được sử dụng để mô phỏng các thủ thuật phẫu thuật phức tạp, cho phép bác sĩ thực hành và cải thiện kỹ năng của mình.

4.2. Hỗ Trợ Chẩn Đoán Bệnh Và Giáo Dục Y Khoa

Hình ảnh 3D cung cấp cho bác sĩ một cái nhìn trực quan và toàn diện về cơ thể bệnh nhân, giúp họ dễ dàng phát hiện các bất thường và chẩn đoán bệnh chính xác hơn. Ví dụ, hình ảnh 3D có thể được sử dụng để phát hiện các khối u nhỏ, đánh giá mức độ tổn thương của xương và khớp, và xác định các dị tật bẩm sinh. Ngoài ra, mô hình 3D cũng có thể được sử dụng trong giáo dục y khoa để giúp sinh viên y khoa hiểu rõ hơn về cấu trúc giải phẫu và các bệnh lý.

V. Tiềm Năng Phát Triển Của Kỹ Thuật Tạo Hình 3D Y Tế Tương Lai

Kỹ thuật tạo hình 3D y tế đang phát triển rất nhanh chóng và có tiềm năng to lớn trong tương lai. Với sự phát triển của các thuật toán xử lý ảnh, máy tính và phần mềm, mô hình 3D sẽ ngày càng chính xác và chi tiết hơn. Đồng thời, các ứng dụng của tạo hình 3D y tế cũng sẽ ngày càng đa dạng và phong phú hơn. Một trong những hướng phát triển quan trọng của tạo hình 3D y tế là tích hợp với công nghệ thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR).

5.1. Tích Hợp Tạo Hình 3D Với VR AR Trong Y Học

Việc tích hợp tạo hình 3D với VR/AR sẽ cho phép bác sĩ và bệnh nhân tương tác với mô hình 3D một cách trực quan và sống động hơn. Bác sĩ có thể sử dụng VR/AR để mô phỏng phẫu thuật và lập kế hoạch điều trị. Bệnh nhân có thể sử dụng VR/AR để tìm hiểu về bệnh tình của mình và xem mô hình 3D của cơ thể mình.

5.2. In 3D Y Tế Tạo Mẫu Giải Phẫu Cá Nhân Hóa

In 3D y tế là một lĩnh vực đầy hứa hẹn, cho phép tạo ra các mẫu giải phẫu cá nhân hóa dựa trên ảnh CT hoặc MRI. Các mẫu giải phẫu này có thể được sử dụng để lập kế hoạch phẫu thuật, huấn luyện phẫu thuật và giáo dục bệnh nhân. Ví dụ, một mẫu xương 3D có thể được in để giúp bác sĩ hình dung rõ hơn về cấu trúc xương và lập kế hoạch phẫu thuật chỉnh hình.

VI. Kết Luận Về Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tạo Hình 3D Từ Ảnh

Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình 3D từ ảnh chụp cắt lớp trong y tế mang lại những giá trị to lớn trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Luận văn này đã trình bày tổng quan về kỹ thuật, phương pháp và ứng dụng của tạo hình 3D y tế. Mặc dù còn nhiều thách thức, kỹ thuật này có tiềm năng phát triển rất lớn và sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong y học tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán xử lý ảnh, phần mềm và phần cứng sẽ giúp nâng cao độ chính xác, hiệu quả và tính ứng dụng của tạo hình 3D y tế.

6.1. Tóm Tắt Các Kỹ Thuật Và Phương Pháp Đã Nghiên Cứu

Luận văn đã tập trung vào các kỹ thuật tái tạo bề mặt và dựng hình dựa trên thể tích, đồng thời đánh giá ưu và nhược điểm của từng phương pháp. Các kỹ thuật tiền xử lý ảnh, phân đoạn ảnh và tạo lưới đa giác cũng được nghiên cứu và áp dụng để cải thiện chất lượng mô hình 3D.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Cho Kỹ Thuật Tạo Hình 3D

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào phát triển các thuật toán phân đoạn ảnh tự động và chính xác hơn, tích hợp tạo hình 3D với VR/AR và phát triển các ứng dụng mới của in 3D y tế. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp đánh giá chất lượng mô hình 3D và so sánh hiệu quả của các phương pháp tạo hình 3D khác nhau cũng rất quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 ẢNH Y TẾ VÀ TÁI TẠO HÌNH ẢNH 3D 1.1 Ảnh y tế Ảnh y tế là kĩ thuật và quá trình được sử dụng để tái tạo ra hình ảnh cơ thể con người hoặc bộ phận cơ thể người phục vụ cho mục đích lâm sàng và cận lâm sàng nhu cầu chẩn đoán, kiểm tra bệnh hoặc khoa học y tế (bao gồm cả giải phẫu và sinh lý). Hình ảnh y tế đề cập đến một số kỹ thuật có thể được sử dụng như là phương pháp không xâm lấn nhìn vào bên trong cơ thể. Y học hiện đại chẩn đoán bệnh dựa vào các triệu chứng lâm sàng (chẩn đoán lâm sàng) và các triệu chứng cận lâm sàng. Trong chẩn đoán cận lâm sàng thì chẩn đoán dựa trên hình ảnh thu được từ những thiết bị chẩn đoán hình ảnh y học[10] (máy y tế) ngày càng chiếm một vai trò quan trọng.

Nhất là ngày nay với sự trợ giúp các thiết bị, máy y tế hiện đại, công nghệ cao có các phần mềm tin học hỗ trợ giúp cho tái hiện lại hình ảnh bên trong cơ thể bệnh nhân để phân biệt các bộ phận và phát hiện các tổn thương. Nó có thể được sử dụng để hỗ trợ chẩn đoán hoặc điều trị các bệnh nội khoa khác nhau. Ngày nay, công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lý, điều hành và ứng dụng thành công trong công tác khám chữa bệnh tại các bệnh viên như chụp cắt lớp, siêu âm, mổ nội soi v.Chẩn đoán hình ảnh y khoa góp phần quan trọng nâng cao tính chính xác, kịp thời và hiệu quả cao trong chẩn đoán bệnh. Các phương pháp chẩn đoán hình ảnh rất phong phú như chẩn đoán qua hình ảnh X quang, hình ảnh siêu âm, nội soi, hình ảnh chụp cắt lớp vi tính, hình ảnh chụp cộng hưởng từ.

Một số ảnh y tế qua các phương pháp chẩn đoán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Ảnh chụp X-Quang và ảnh siêu âm Hình 1. Ảnh chụp cắt lớp vi tính (Computed tomography - CT) Điều đáng quan tâm ở đây là những hình ảnh này không phải là các định dạng ảnh thông thường như: jpg, bitmap, gif. mà nó được định dạng theo chuẩn.

Từ các hình ảnh có được qua các phương pháp không xâm lấn, các bác sĩ sẽ có thể để chẩn đoán, điều trị và chữa bệnh mà không gây ra bất kỳ tác dụng phụ có hại. Việc sử dụng các hình ảnh y tế đã cho phép các bác sĩ để xem được các bộ phận các tạng hay tổn thương bên trong bệnh nhân mà không cần phải đến phẫu thuật mở. Hình ảnh y tế cũng giúp chúng ta tìm hiểu thêm về sinh học thần kinh, hành vi của con người và mang đến cho các nhà khoa học từ sinh học, hóa học, vật lý liên kết với nhau và các công nghệ phát triển, thường có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.2 Ảnh cắt lớp 1.1 Lịch sử ra đời Thiết bị chụp cắt lớp vi tính (CLVT) - Còn gọi là chụp cắt lớp điện toán ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 5 đời là kết quả của nhiều phát minh quan trọng về vật lý và toán học có liên quan từ nhiều năm trước: - Năm 1917, nhà toán học người Đức tên là Radon đã tìm ra cơ sở toán học của việc tái tạo cấu trúc của một vật thể 3 chiều trong không gian dựa trên vô số những hình chiếu của vật thể đó. - Năm 1963, Cormack là một kỹ sư vật lý người Mỹ phát minh ra nguyên lý tái tạo cấu trúc vật thể theo phương pháp chiếu xạ bằng Cobalt 60.

- Năm 1967, dựa trên nguyên tắc vật lý trên đây của Cormack, một kỹ sư người Anh tên là Hounsfield đã tái tạo thành công cấu trúc của vật thể bằng phương pháp chiếu qua vật thể bức xạ tia X (tia Roentgen).3 Godfrey Hounsfield, Nobel Prize in Physiology or Medicine, 1979 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.4 Bản phác thảo về máy chụp cắt lớp vi tính của Sir Godfrey Hounsfield Hình 1.5 Máy chụp cắt lớp vi tính đầu tiên Năm 1970, Nhận thấy các hạn chế của phương pháp chụp X quang thông thường và kỹ thuật chụp tomography, kết hợp với hiểu biết về tia X đã được nghiên cứu trước đó, Sir Godfrey Hounsfield và Cormack độc lập nghiên cứu và tìm ra kỹ thuật chụp của máy CT. Ứng dụng đầu tiên của máy CT là chụp não. Nhờ phát minh này, họ đã cùng nhau chia sẻ giải thưởng Nobel năm 1979. ROBERT LEDLEY phát triển máy CT toàn thân đầu tiên trên thế giới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.6 Máy CT toàn hân đầu tiên được phát triển Quá trình phát triển: Năm 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.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. Năm 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. Và đến năm 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.

- CT thế hệ 1: chùm tia song song; nguồn, detector tịnh tiến và quay: 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 1800 để hoàn thành một lớp cắt. Khi quay 10 thì phát tia và quét ngang cơ thể để đo, một quang ảnh mất vài phút.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.7 Máy CT thế hệ thứ I - CT thế hệ 2: chùm tia xẻ quạt; mảng detector tuyến tính; nguồn, detector tịnh tiến: máy có nhiều đầu dò, sử dụng theo nguyên tắc quay và tịnh tiến. Chùm tia X- quang có góc mở 100, 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 Hình 1.8 Máy CT thế hệ thứ II - CT thế hệ 3: chùm tia xẻ quạt; cung detector; nguồn, detector chỉ quay: 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.9 Máy CT thế hệ thứ III - CT thế hệ 4: chùm tia xẻ quạt; vòng detector; nguồn quay: máy có hệ thống đầu dò tĩnh, cố định vào 3600 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.10 Máy CT thế hệ thứ IV 1.2 Nguyên lý chụp CTscanner (computed tomography)  Nguyên lý chung Nguyên lý chụp CLVT dựa trên phép đo tỷ trọng[21]. Trong cơ thể con người mỗi cơ quan khác nhau sẽ có khả năng hấp thụ tia X khác nhau. Căn cứ vào việc tính toán chỉ số hấp thụ này (dựa trên đo và tính toán hệ số suy giảm cường độ tia X Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 10 sau khi đi qua phần cơ thể) bằng các đầu dò (Detector) mà máy tính tạo ra được hình ảnh của cơ quan cần thăm khám.

Nguyên lý tạo ảnh của chụp CLVT[18] là dựa trên công nghệ kỹ thuật số. Các lát cắt ngang qua vùng cơ thể cần được khảo sát được phân tích thành nhiều khối nhỏ. Các khối riêng lẻ này được gọi là các phần tử thể tích hay khối thể tích mô. Thành phần, độ dày của của khối thể tích mô cùng với tính chất chùm tia X sẽ xác định mức độ hấp thu tia X của các khối này.11 Nguyên lý chụp CLVT và độ phân giải ảnh kỹ thuật số Các dữ liệu số về sự hấp thu tia X của các khối thể tích mô được máy tính chuyển thành các độ xám khác nhau của các phần tử hình hay điểm ảnh trên hình.

Trong một đơn vị thể tích nếu có số các đơn vị ảnh càng nhiều (Pixel) thì độ phân giải của nó càng cao. Pixel aspect ratio PAR=x/y=4:3 x: pixel width y: pixel height Hình 1.12 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 11 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. Thành phần chính của máy CT là một bóng phát tia X và bộ phận thu nhận tín hiệu (detectors), được đặt trong một khoang máy hình tròn (gantry) ở vị trí đối diện nhau và có thể quay quanh cơ thể bệnh nhân.

Bóng phát tia X được coi là “trái tim” của máy. Một chùm tia X rất hẹp phát ra từ bóng, xuyên qua một phần cơ thể và được bộ phận thu nhận tín hiệu tiếp nhận. Bộ phận tiếp nhận này bao gồm một hay nhiều dãy đầu thu, được cấu tạo bằng các tinh thể nhấp nháy hay các buồng ion hóa, cho phép lượng hóa sự suy giảm của tia X sau khi đi qua cơ thể. Độ nhạy của các đầu thu cao hơn rất nhiều so với phim X-quang.