Ở thời đại kỹ thuật số, người ta đã tạo ra các kiểu chụp ảnh không cần ánh sáng, không cần phim, chủ yếu là tự động điều khiển đo, xử lý bằng máy tính.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Chụp cắt lớp tia X
- Chụp cắt lớp tia X
Ở thời đại kỹ thuật số, người ta đã tạo ra các kiểu chụp ảnh không cần
ánh sáng, không cần phim, chủ yếu là tự động điều khiển đo, xử lý bằng máy
tính. Đặc biệt trong y học, các phép chụp ảnh phổ biến hiện nay như: Chụp
cắt lớp tia X, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp siêu âm thường và siêu âm
Doppler… là những cách chụp ảnh kỹ thuật số tiêu biểu.
Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về nguyên tắc và ứng dụng của chụp cắt lớp
tia X.
Chụp X quang thông thường - Bước đột phá đã hơn 100 năm
Năm 1895, nhà vật lý nổi tiếng người Đức Rontgen
công bố đã tìm thấy một loại tia (chưa biết là tia gì nên gọi là
tia X) có nhiều tính năng kỳ lạ, đặc biệt nhất là nó xuyên qua
được nhiều vật mà ánh sáng không xuyên qua được.
Trong công bố đó, Rontgen đã đưa ra một bức ảnh đầy ấn
tượng chụp chính bàn tay của vợ mình, phần da thịt thì hầu
như trong suốt, còn các đốt xương hiện rõ, mầu đen đậm,
đặc biệt thấy cả hình dạng của chiếc nhẫn vàng đeo ở ngón
tay.
Bức ảnh làm chấn động cả thế giới lúc bấy giờ vì đó là
- lần đầu tiên con người tìm ra cách nhìn thấy được các bộ phận (xương) bên trong
mà cơ thể vẫn nguyên vẹn, người vẫn sống bình thường.
Phương pháp chụp X quang phát triển từ đó và cho đến nay, đây vẫn là một
phương pháp không thể thiếu trong chẩn đoán y học, bệnh viện nào cũng có phòng
X quang.
Tuy nhiên, với nguyên tắc chụp X quang thông thường, ta thấy thông tin từ
ảnh X quang có nhiều hạn chế. Ví du,ï chiếu chùm tia X qua bàn tay và đặt
tấm phim dưới bàn tay. Có thể hình dung chùm tia X gồm nhiều tia rất mảnh, mỗi
tia đi thẳng xuyên qua bàn tay và đến phim, tác dụng vào một điểm trên tấm phim.
Nếu tia đó đi qua bàn tay ở chỗ chỉ có da, thịt thì tia đó còn mạnh (cường độ lớn),
tác dụng mạnh lên phim, điểm tương ứng trên phim đen đậm. Nếu tia đó đi qua
bàn tay chỗ có xương, vì xương có mật độ vật chất (khối lượng riêng, tỷ trọng) lớn,
hấp thụ mạnh tia X, nên khi ra khỏi bàn tay, tia đó bị yếu, tác dụng yếu lên phim,
điểm tương ứng trên phim nhạt. Như vậy, những chỗ đậm, nhạt trên phim là do
đoạn đường tương ứng xuyên qua bàn tay hấp thụ ít hay nhiều tia X. Nói cách khác,
nhìn những chỗ đen, trắng trên phim, ta chỉ suy ra được mật độ vật chất trung bình
dọc theo đoạn đường mà tia X đã đi qua. Ảnh có được là ảnh haichiều, nhìn vết đen
của đốt xương ngón tay trên phim ta phán đoán được đốt xương có cân đối ở giữa
ngón tay hay không; còn cao hay thấp, cong lên hay cong xuống thì không biết
được. Nhiều trường hợp phải chụp hai, ba kiểu ảnh theo các hướng khác nhau mới
xác định được vị trí một chi tiết trên ảnh.
Chụp cắt lớp tia X
- Nhận thấy những hạn
chế của cách chụp X quang
thông thường, hai nhà khoa
học là A.M.Cormack và
G.N.Hounsfield (giải Nobel Y
học năm 1979) đã tìm cách
chụp ảnh tia X sao cho đo
được không chỉø mật độ vật
chất trung bình theo đường đi
xuyên qua vật mà là cả mật độ
vật chất ở từng thể tích nhỏ cỡ
milimet khối (mm3) của vật, gọi là thể tích phần tử (volume element hay voxel).
Nếulàm được như vậy thì bằng cách vẽ những thể tích phần tử đó nằm theo một
mặt cắt (một lớp cắt có bề dày khoảng 1 mm), rồi căn cứ vào mật độ vật chất đo
được, tô màu cho từng thể tích phần tử sẽ có được ảnh cắt lớp. Ví dụ, phần tử thể
tích nào có (đo được) mật độ vật chất lớn, ta tô màu đen đậm; phần tử thể tích nào
có mật độ vật chất nhỏ, tô màu đen nhạt, từ đó sẽ có được ảnh cắt lớp đen trắng.
Nếu vẽ được trong không gian lần lượt các ảnh cắt lớp đó, sẽ có được ảnh ba chiều
của vật. Nhưng làm thế nào đo được mật độ vật chất ở từng thể tích phần tử của
vật?
Về nguyên tắc, người ta chiếu vào vật cần nghiên cứu, ví dụ đầu người, một
tia X thật mảnh theo một hướng nhất định, rồi bố trí đêtectơ để đo, biết được tia X
chiếu theo hướng đó bị hấp thụ mạnh/yếu như thế nào, tức là biết được mật độ vật
chất tổng cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theo một hướng. Người ta lần lượt
thay đổi hướng chiếu, nói cách khác là quét tia X theo những hướng khác nhau, để
lần lượt thu được mật độ vật chất tổng cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theo
những hướng khác nhau đó. Từ những số liệu thu được, người ta tính toán ra mật
độ vật chất của từng thể tích phần tử. Muốn vậy, phải xây dựng những thuật toán
- phức tạp, phải thực hiện một khối lượng tính toán rất lớn, phải dùng máy tính tốc
độ cao mới thực hiện nhanh được. Vì thế, người ta đặt tên là phép chụp ảnh cắt lớp
có sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là CT (computer aided tomography hay
computed tomography).
Ở giai đoạn đầu, muốn có
được một ảnh cắt lớp phải xoay
ống phát tia X và đêtectơ trong 9
ngày để làm 28.000 phép đo lấy
số liệu nhập vào máy tính, tính
trong hai tiếng rưỡi mới có được
một ảnh cắt lớp hiện lên màn
hình CRT và phải dùng máy ảnh
phim để chụp lại ảnh hiện trên
màn hình. Ngày nay, để chụp ảnh
CT, người ta bố trí đồng thời
nhiều ống phát tia X, nhiều
đêtectơ bán dẫn vây kín cả một
vòng quanh chỗ cần chụp, chỉ
trong 2 giây đã thu được số liệu
để tính ra mật độ vật chất của khoảng 2 triệu thể tích phần tử, kích thước
mỗi chiều của một thể tích phần tử có thể nhỏ đến 0,3 mm, máy tính nhỏ kèm theo
có thể tính rất nhanh kết quả để hiện ảnh lên gần như tức thời. Còn màu sắc có thể
chọn tuỳ ý để hình ảnh hiện lên vừa rõ ràng, vừa gần với thực tế. Ví du, chụp đầu
thì nơi nào có mật độ vật chất ứng với xương sẽ gán cho màu trắng, ứng với máu
cho màu đỏ, ứng với não cho màu xám… Như vậy, qua cách chụp ảnh CT tia X, ta
thấy quy trình của một phép chụp ảnh kỹ thuật số là: 1) Chia vật cần chụp ảnh ra
thành từng thể tích nhỏ, gọi là thể tích phần tử (tưởng tượng theo toán học). Vị trí
mỗi thể tích phần tử được xác định bởi các toạ độ xi,yj, zk; 2) Tiến hành các phép
đo để xác định đặc điểm của từng thể tích phần tử. Ví du, đối với trường hợp chụp
- ảnh CT tia X xác định mật độ vật chất x của phần tử thể tích đó (tỷ lệ với độ hấp thụ
tia X). Nói cách khác, ở trường hợp CT tia X, thu thập tất cả số liệu xijk đối với thể
tích phần tử có vị trí xi,yj, zk; 3) Vẽ trong không gian các thể tích phần tử có các vị
trí xi,yj, zk và theo xijk tô màu cho các phần tử thể tích.
Vẽ trong không gian rất khó, để có được hình ảnh trong mặt phẳng thường
phải vẽ từng lớp. Ví dụ, vẽ lớp cắt ứng với việc cắt vật một lát theo zk, lúc đó lấy tất
cả các số liệu về mật độ vật chất ứng với các thể tích phần tử có xi và yj khác nhau
nhưng cùng một zk, ta có được hình ảnh một lát cắt với zk. Ví dụ chụp CT tia X đầu
người, chọn trục z theo hướng từ cổ lên đỉnh đầu và zk là toạ độ ngang với hai mắt,
vẽ ra ta có ảnh cắt một lớp ngang qua mắt của đầu. Ta thấy, rõ ràng là chỉ có máy
tính mới trợ giúp được cách chụp ảnh này, đúng theo nghĩa của hai chữ CT.
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
