Transcript Tạo ảnh bằng tia X

TẠO ẢNH BẰNG TIA X
1. Dẫn nhập
2. Tia X chẩn đoán: bóng tia X
của cơ thể
3. Tương tác của tia X với cơ thể
4. Tạo ảnh tia X
5. Chất cản quang
6. Tạo tia X
7. Đầu đo tia X
8. Chụp nhũ ảnh
9. X quang số hóa
10. CT
11. Ứng dụng
1. Dẫn nhập:
• Lịch sử 106 năm
• Cái nhìn thoáng qua rẻ và tiện dụng
• Phổ biến nhất:
Mỹ: 80% dân số chụp ít nhất
một phim X quang hàng năm
• CT + MRI có sức mạnh lớn
(2 giải Nobel sinh lý học hoặc
y học 1979 và 2003)
Allan M. Cormack (trên) và Godfrey N. Hounsfield (dưới)
đoạt giải Nobel 1979 do phát triển kỹ thuật CT
2. Tia X chẩn đoán: bóng tia X của cơ thể
* Bản chất của tạo ảnh X quang:
Bóng của tia X
Vùng sáng: ít tia X tới hơn
Vùng tối: nhiều tia X tới hơn
Các quá trình vật lý khi tia X đi vào cơ thể:
•
•
•
•
•
Phản xạ
Tán xạ
Hấp thụ
Huỳnh quang
Truyền qua
Ảnh tia X dựa trên sự truyền qua
Huỳnh quang tia X dựa trên sự huỳnh quang
* Phân biệt tia X và tia γ trong vật lý y học:
• Tia X: photon phổ liên tục từ bóng phát tia X
• Tia γ: photon năng lượng đặc trưng từ các đồng vị phóng xạ
3. Tương tác của tia X với cơ thể:
• Ba hiệu ứng:
Quang điện (năng lượng < 100 keV, chủ yếu < 25 keV)
Compton (nặng lượng > 25 keV)
Tạo cặp (năng lượng > 2 MeV)
Hiệu ứng quang điện:
• Photon tới tương tác với điện tử
lớp trong:
Tia X bị hấp thụ hoàn toàn,
còn điện tử được giải phóng,
trở thành quang điện tử, trước
khi bị tái hấp thụ
• Quỹ đạo trống được tái lấp đầy
nhờ bắt điện tử. Năng lượng dư
được giải phóng dưới dạng tia X
đặc trưng.
• Góp phần tạo ảnh tia X
Hiệu ứng phụ thuộc vào nguyên tố hóa học trong cơ thể
• Xác suất hiệu ứng tỷ lệ với Z3, trong đó Z là nguyên tử số (số proton
trong nhân)
• Trong cơ thể, các nguyên tố có Z thấp:
carbon (6), ni-tơ (7), oxy (8), hydro (1),
nước (7,42), cơ (7,46), mỡ (5,92)
Mô mềm (7,4)
Xương (11,6 - 13,8) vì 10% là canxi (20)
• Chì (82) hấp thụ tia X rất mạnh, nên thường
dùng để che chắn
Sự hấp thụ trong xương lớn hơn
mô mềm tới (12,7/7,4)3 = 5 lần
• Khi E tăng, xác suất hiệu ứng quang
điện giảm. Khi E tia X trùng với năng
lượng giải phóng điện tử, nó được gọi
là giới hạn hấp thụ. Giới hạn hấp thụ
do Z qui định
• Người chụp X quang cần chọn năng
lượng tia X trùng với giới hạn hấp thụ
của đầu thu hoặc chất cản quang
Hiệu ứng Compton:
• Khi E tăng (> 25 keV), hiệu ứng
Compton trở nên quan trọng.
• Photon giải phóng điện tử lớp
ngoài và bị tán xạ khỏi hướng ban
đầu (tán xạ).
• Nguyên tử bị ion hóa, tạo điện tử tự do.
• Tia X tán xạ có thể tiếp tục gây hiệu ứng
Compton với các nguyên tử khác.
• Không tạo ảnh. Làm giảm độ tương phản. Cần ngăn chặn!
Hiệu ứng tạo cặp:
• Khi E > 2m0c2: tia X tương tác
với trường hạt nhân và tạo cặp
(e+, e-).
• E > 2 MeV
• Cặp (e+, e-) có thể gây các hiệu
ứng thứ cấp
• Không góp phần tạo ảnh tia X
Sự suy giảm tia X:
• Do tương tác với vật chất, tia X tắt dần
• Quy luật: I(x) = I0 exp(-µx)
I(x)
I0
µ
x
:
:
:
:
chùm tia X truyền qua
chùm tia X tới
hệ số tắt dần
kích thước mẫu
• Trong cơ thể, các lớp tổ chức có hệ số tắt dần khác nhau:
I(x) = I0 exp[-(µ1x1 + µ2x2 + µ3x3 + …)]
4. Các yếu tố cơ bản để tạo ảnh tia X:
• Ba yếu tố căn bản quyết định chất lượng ảnh:
độ tương phản
độ phân giải (không gian)
độ nhòe (ồn)
• Các yếu tố bổ sung:
sự hấp thụ (hiệu ứng quang điện)
sự tán xạ (hiệu ứng Compton)
chất lượng ảnh
liều hấp thụ (nguy cơ)
• Sự cân bằng tối ưu: liều thấp & tia X truyền qua đủ tạo ảnh tốt
Sự tương phản:
• Sự khác nhau tính theo % giữa
các tín hiệu tia X tại 2 vị trí xét:
C = (I1 - I2)/I1 = 1 - exp[-(µ2 - µ1)x2]
• Các yếu tố ảnh hưởng:
Vai trò của năng lượng tia X:
Năng lượng lớn: tia X truyền qua tốt hơn
• Lớp tổ chức dày (lồng ngực): E cần
đủ lớn
E nhỏ quá: tia X bị hấp thụ hoặc tán
xạ trước khi tới đầu đo (chỉ tăng
liều gây hại)
E lớn quá: h/ư Compton chiếm ưu
thế: tia X bị tán xạ, không tạo ảnh
mà làm giảm độ tương phản (tán xạ
góp 50-90% lượng tia X tới đầu đo)
• Lớp tổ chức mỏng (nhũ ảnh): E nhỏ
độ tương phản tốt (ít tán xạ)
liều thấp
Giảm tia tán xạ?
• Lớp không khí giữa bệnh nhân và đầu đo
• Lưới chì giữa bệnh nhân và đầu đo
Độ nhòe (ồn):
• Số lượng tia X tới đầu đo
quyết định ồn:
Tr/bình ± Độ lệch chuẩn
lượng tia X lớn: ảnh ít nhòe
• Tăng lượng tia tới đầu đo:
Tăng cường độ chùm tia (tăng mA)
Tăng thời gian chiếu tia
Dùng đầu đo chất lượng tốt
Hai giải pháp trước làm tăng liều!
Độ phân giải không gian:
• K/cách nhỏ nhất giữa 2 điểm
còn phân biệt được
• T/chất tia X và đầu đo, hình học
dùng tạo ảnh quyết định độ phân
giải
(cử động!)
• Thông thường 1 mm; có thể 0,1 mm
5. Chất cản quang:
• Để tăng độ tương phản
• Barium (Z=56) và Iodine (Z=53)
Không độc
Hấp thụ mạnh
Giới hạn hấp thụ 37,4 và 33,2 keV
(vùng tia X chẩn đoán thông dụng)
• Barium:
• Iodine:
tiêu hóa
tiết niệu
tuần hoàn
6. Tạo tia X:
• Bóng phát tia X:
Cực âm: phát điện tử tự do
Điện tử gia tốc, đập vào cực
dương, tạo ra tia X
• Tia X hãm:
e bị hãm trong trường hạt nhân,
mất năng lượng và lệch hướng.
phần E dư phát xạ tia X (hãm)
* Tia X đặc trưng:
Tia X va chạm với e lớp trong,
giải phóng nó. E lớp ngoài sẽ
nhảy vào chỗ trống và phát tia X
(đặc trưng)
• Đặc trưng cho loại nguyên tử
cấu trúc nên anode
Cường độ và điện thế?
• Cường độ (mA):
Số lượng e, do đó
số lượng photon tia X
• Điện thế (kV):
năng lượng của một photon
tia X (keV)
Anode (cực dương):
• Tiêu chí:
tạo tia X có năng lượng thích hợp
nhiệt độ nóng chảy cao
tản nhiệt tốt
• Anode quay
• Tungsten:
năng lượng lớn
chụp lồng ngực
• Molybdenum:
năng lượng nhỏ (giới hạn hấp thụ 20 keV)
chụp chi trên; nhũ ảnh
7. Đầu đo:
• Phim
• Màn huỳnh quang
• Màn hình
8. Chụp nhũ ảnh:
• Tia X năng lượng thấp
• Đè nhũ:
Giảm liều tia X (giảm x)
Tăng độ phân giải (không nhòe
do cử động)
Các lớp mô ít chồng lên nhau
Ít tạo sự tán xạ (tăng độ tương phản)
9. X quang xóa nền:
• Do sự hấp thụ khá tương đồng
giữa các mô mềm nên thông tin
giải phẫu có thể chìm trong nền.
• Dùng chất màu tạo tương phản khi
chụp mạch, nhưng nền vẫn rõ
• Dùng kỹ thuật máy tính: số hóa trừ
Chụp mạch trước và sau khi tiêm chích
Số hóa ảnh
Ảnh sau - ảnh trước: xóa nền.
10. X quang cắt lớp điện toán (CT):
• X quang thông thường: ảnh 2 chiều
• CT: ảnh 3 chiều
• Bóng phát và đầu thu quay tròn
* Máy CT biểu diễn sự hấp thụ tia X bằng số CT
Số CT = [(µmô - µnước)/µmô ] x 1000
[Số CT] = Hounsfield
Nước:
Mỡ:
Còn lại:
số CT = 0
số CT < 0
số CT > 0
Nhược điểm của CT: vẫn là phương pháp tạo ảnh bằng tia X
• Suy cho cùng, ảnh CT cũng chỉ là
bản đồ hệ số tắt dần hoặc mật độ.
Nó là phép đo giải phẫu không đủ
nhạy trong một số trường hợp
• CT truyền thống bị hình học quét
giới hạn
Việc tạo hình theo các mặt cắt khác
do máy tính thực hiện với độ phân giải
thấp hơn