Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu và tìm hiểu về
kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số
trong máy chụp mạch

ngành: Xử lý thông tin và truyền thông
m số:
Trần tấn dũng

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS nguyễn thị hoàng lan

Hà Nội 2006


MC LC
Đề mục

Trang

Trang bìa
Lời cảm ơn
mục lục
Lời nói đầu
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Chơng 1: Tìm hiểu về thiết bị chẩn đoán hình

ảnh trong thiết bị y tế.
1.1 Giới thiệu chung
1.2 Một số thiết bị chẩn đoán hình ảnh
1.2.1 Máy X quang thờng Conventional X ray Equipment
1.2.1.1 Nguyên lý
1.2.1.2 Ưu điểm và nhợc điểm của máy X quang thờng
1.2.2 Máy chụp cắt lớp điện toán Computed Tomography Scanner
1.2.2.1 Nguyên lý
1.2.2.2. u điểm và nhợc điểm của máy cắt lớp điện toán
1.2.3. Máy cộng hởng từ Magnetic Resonance Imaging MRI
1.2.3.1. Nguyên lý
1.2.3.2. u điểm và nhợc điểm của máy cộng hởng từ
1.2.4. Máy siêu âm Untrasound System
1.2.4.1. Nguyên lý
1.2.3.2. u điểm và nhợc điểm của máy siêu âm
1.3 Nhận xét:
chơng II: Máy chụp mạch và kỹ thuật xoá nền
ảnh chụp mạch số - DSA.
2.1 Máy chụp mạch (Angiography)
2.1.1. Giới thiệu máy chụp mạch
2.1.2. Các loại thiết bị chụp mạch khác có sử dụng kỹ thuật xoá
nền ảnh số
2.1.2.1 Chụp mạch cắt lớp điện toán ( Computed Tomography
Angiography - CTA)

1
3
4
5
5

7
7
7
8
10
10
12
13
13
17
18
18
19
20
21
21
21
24
24


2.1.2.2. Chụp mạch cộng hởng từ (Magnetic Resonance
Angiography MRA)
2.2. Tìm hiểu kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số - DSA.
2.2.1. Phép trừ ảnh
2.2.2. Phép trừ tuyến tính ( Linear Subtraction)
2.2.3. Phép trừ loga
2.2.4. Nhận xét
Chơng III: Nghiên cứu và tìm hiểu các giải


26
28
28
29
29
30
31

pháp cải thiện ảnh chụp mạch số trong máy
chụp mạch
3.1 Một số vấn đề cải thiện ảnh trong máy chụp mạch ứng dụng
kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số:
3.1.1. Giải pháp không gian phân giải trong chụp mạch bằng
phơng pháp xoá nền
3.1.2. Nhiễu trong chụp mạch bằng phơng pháp xoá nền
3.1.3. Nhiễu hệ thống trong chụp mạch bằng phơng pháp xoá nền
3.1.4. Các phơng pháp cải thiện đặc tính nhiễu
3.1.4.1. Việc di chuyển của các điểm sáng
3.1.4.2. Vai trò của độ mở video camera
3.1.4.3. Sự tích hợp ảnh
3.1.4.4. Lọc nhiễu nền
3.2. Sự điều chỉnh cử động phía sau trong kỹ thuật xoá nền DSA
3.2.1. Giới thiệu chung
3.2.2. Mạch cử động và các giải pháp có thể
3.2.3. Điều chỉnh cử động phía sau: bớc khởi đầu
3.2.4. Hiệu chỉnh cử động phía sau: Các kỹ thuật
3.2.5. Nhận xét
3.2.6. Kết luận và đề xuất các giải pháp trong chụp mạch ứng dụng
kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số để giảm các mạch cử động
Kết luận

TI LIU THAM KHO
Tóm tắt luận văn

31
31
31
33
34
34
35
36
36
37
37
38
45
49
60
71
75
76
78


1

Lời nói đầu
Ngày nay, cùng với sự phát triển nh vũ bão của khoa học - công nghệ,
các thiết bị y tế cũng tiến những bớc dài, cho ra đời nhiều máy hiện đại, trợ
giúp đắc lực cho các bác sĩ trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh. Các máy

chẩn đoán hình ảnh trong lĩnh vực thiết bị y tế đóng một vai trò vô cùng quan
trọng nh: Máy X- quang thờng quy, máy chụp cắt lớp điện toán, máy cộng
hởng từ hạt nhân, máy chụp mạch, máy siêu âm...
Máy chụp mạch là một trong những thiết bị ứng dụng rất nhiều kỹ thuật
tiên tiến, thực hiện đợc nhiều chức năng thăm khám và điều trị bệnh phức tạp
về tim và hệ mạch máu, giúp giảm thiểu việc phẫu thuật đối với bệnh nhân.
Trong máy chụp mạch thì hệ thống xử lý ảnh đóng một vai trò vô cùng quan
trọng mà kỹ thuật Xoá nền ảnh chụp mạch số - DSA(Digital Subtraction
Angiography) là xơng sống của hệ thống. Việc ứng dụng kỹ thuật Xoá nền
ảnh chụp mạch số là một bớc tiến quyết định khả năng thăm khám đa dạng
và can thiệp chuẩn xác trong máy chụp mạch.
ứng dụng và phát triển kỹ thuật Xoá nền ảnh chụp mạch số là cách khai
thác tối đa khả năng chẩn đoán và điều trị của máy chụp mạch. Chính vì vậy
mà em đã mạnh dạn chọn đề tài "Nghiên cứu và tìm hiểu về kỹ thuật xoá
nền ảnh chụp mạch số trong máy chụp mạch" làm đề tài cho luận văn tốt
nghiệp của em, đây là kỹ thuật cơ bản hiện nay để chẩn đoán hình ảnh mạch
máu. Trên cơ sở nghiên cứu và tìm hiểu, luận văn sẽ tổng hợp tài liệu cũng
nh kinh nghiệm của nhiều chuyên gia trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh
mạch máu để đa ra các nhận xét, đánh giá cũng nh các giải pháp nhằm cải
thiện ảnh chụp mạch và tìm hiểu ứng dụng kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số
để dựng ảnh 3D.


2

Nội dung luận văn đợc trình bày bao gồm các chơng sau:
Chơng

1:


Tìm

hiểu

về

thiết

bị

chẩn

đoán

hình

ảnh

trong thiết bị y tế.
Chơng 2: Máy chụp mạch và kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số.
Chơng 3:Nghiên cứu và tìm hiểu các giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch
số và ứng dụng kỹ thuật xóa nền để dựng ảnh 3D trong máy chụp mạch
Mặc dù đã rất cố gắng nhng do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu và do
đây là một kỹ thuật rất phức tạp nên đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu sót. Em
kính mong nhận đợc sự hớng dẫn, góp ý và chỉ bảo thêm của các thầy cô
giáo và các bạn để giúp em hoàn thiện đề tài này.


3


Danh mục từ viết tắt sử dụng trong tiểu luận
Số
TT

Từ viết
tắt

Giải nghĩa

1

CTS

Computed Tomography Scanner

2

CTA

Computed Tomography Angiography

3

CC

Correlation Coefficient

4

CBC


Coincident Bit Counting

5

DSA

Digital Subtraction Angiography

6

DSC

Deterministic Sign Change

7

DRR

Digitally Recontructed Radiographs

8

EHD

Energy of the Histogram of Differences

9

ENT


Entropy of the Histogram of Differences

10

FID

Free Induction Decline

11

MRI

Magnetic Resonance Imaging

12

MAC

Minimal Artifacts Criterion

13

MRA

Magnetic Resonance Angiography

14

NCC


Normalized Cross - Correlation

15

PC

Phase Correlation

16

SAVD

Sum of the Absolute Values of Differences

17

SSD

Sum of the Squared Differences

18

SPC

Sum of Positive Differences

19

SIR


Sampling Importence Resampling

20

SDT

Sum of the Absolute Values of Differences Above a Threshold

21

SSC

Stochastic Sign - Change

22

RF

Radio Frequency

23

VOD

Variance of Differences


4


Danh mc cỏc hỡnh v trong lun vn
Hỡnh 1.1

nh chp X quang thng .........................................................8

Hỡnh 1.2

nh chp nóo ca mỏy ct lp .................................................10

Hỡnh 1.3

Hỡnh hc ca nh hỡnh chiu quột bng tia X.........................11

Hỡnh 1.4.

Trng thỏi ca cỏc ht nhõn trong t trng ngoi Bo v s

hỡnh thnh vect t hoỏ M. ...........................................................................14
Hỡnh 1.5.
tuyn

Trng thỏi ca vect t hoỏ khi cú tỏc ng ca xung vụ
....................................................................................................15

Hỡnh 1.6.

Quỏ trỡnh n hi ......................................................................16

Hỡnh 1.7.


nh chp vựng bng ca mỏy MRI ........................................17

Hỡnh 1.8.

nh siờu õm vựng bng ca mỏy siờu õm ...............................18

Hỡnh 2.1

Biểu đồ minh hoạ cho quá trình chụp mạch xoá nền.............21

Hỡnh 2.2

Minh hoạ cho kỹ thuật DSA .....................................................22


5

Chơng 1:
Tìm hiểu về thiết bị chẩn đoán hình ảnh
trong thiết bị y tế.
1.1 Giới thiệu chung về ảnh y tế:
Việc nghiên cứu về quá trình tái tạo ảnh y tế liên quan đến các hiện tợng
tơng tác, của tất cả các dạng bức xạ đối với mô và liên quan đến quá trình
phát triển của các công nghệ tích hợp, để thu đợc các thông tin hữu dụng từ
các quá trình quan sát về các hiện tợng tơng tác này. Các thông tin cụ thể
thờng đợc hiển thị dới dạng hình ảnh. Các dạng ảnh có thể là ảnh đơn giản
nh ảnh đen trắng đợc tạo ra thông qua việc ứng dụng của Rơngen hay phức
tạp hơn là các ảnh chụp cắt lớp, ảnh chụp mạch, ảnh siêu âm
Các quá trình tạo ảnh y tế từ xa đến nay đều có thể phân chia thành hai
bớc xử lý nh sau[1] :

-

Thu thập dữ liệu liên quan tới các tơng tác của một vài dạng bức xạ
đối với mô.

-

Biến đổi các dữ liệu này vào trong ảnh( Hoặc trong một tập ảnh)
thông qua các phơng pháp toán học và các công cụ tính toán.

Do các ảnh y tế hiện đại đợc tạo ra bởi các quá trình xử lý và tái tạo lại
hoặc xây dựng lại một ảnh từ cơ sở dữ liệu tơng tác của các mô với các bức
xạ nên quá trình này thờng đợc gọi là quá trình tái tạo và các ảnh này đợc
gọi là các ảnh tái tạo lại.
Các loại ảnh y tế:
ảnh chụp X quang:
Với trờng hợp sử dụng máy X quang thế hệ đầu tiên, chúng ta có thể thấy
rằng các tia X đợc chiếu trực tiếp từ bóng X quang tới cơ thể con ngời. Sau
khi truyền qua cơ thể con ngời, các tia X đợc các bác sĩ chẩn đoán quan sát


6

trực tiếp theo hai cách. Đó là sử dụng một tấm gơng chắn chùm tia thay cho
hệ thống phim hoặc cách thứ hai là sử dụng các loại phim chụp X quang.
Với cơ chế quan sát trực tiếp thì các nhà vật lý học y tế đã nhận ra rằng bản
thân bác sĩ cũng bị tiếp nhận một lợng tia X tơng ứng với bệnh nhân mà
đôi khi liều lợng của tia X còn ảnh hởng lớn hơn đối với bác sĩ. Chính vì
vậy, phơng pháp này đợc dần thay đổi và thay vào đó là một hệ thống
casette đựng phim X quang. Phim đợc rửa sẽ tạo nên một ảnh đen trắng về

cơ cấu cơ thể ngời bệnh với cơ chế là suy hao của chùm tia X, vùng có mô
mềm sẽ có mầu đen, còn vùng có xơng sẽ có màu trắng hơn. Cho đến hiện
nay chúng ta đã sử dụng một hệ thống cảm nhận tia X quang, với hệ thống
này thì ảnh thu đã đợc số hoá và chất lợng cũng nh công dụng đã đợc
cải tiến rất nhiều.
ảnh siêu âm:
Một ví dụ khác về các ảnh kinh điển là quá trình tạo ảnh siêu âm. Theo
phơng pháp này, năng lợng sóng siêu âm dới dạng xung đợc truyền vào
cơ thể ngời bệnh, và các tín hiệu dội lại đợc ghi nhận bằng cùng một đầu dò
mà ta gọi là đầu dò siêu âm. Bằng việc di chuyển đầu dò siêu âm tạo ra các
góc khác nhau thì tín hiệu dội ngợc đợc ghi lại một cách tuần tự và ảnh của
một vùng cắt ngang cơ thể đợc hiển thị trực tiếp trên màn hình theo dõi. Các
ảnh siêu âm là ánh xạ của các cờng độ sóng dội ngợc lại và các kết quả trực
tiếp của các tơng tác của xung sóng siêu âm đối với mô
ảnh chụp cắt lớp:
Sau một thời gian sử dụng tia X trong quá trình tạo ảnh y tế, các nhà
nghiên cứu đã đa ra một phơng pháp trong việc sử dụng tia X để tạo ảnh
cắt lớp. Thông qua việc thu nhận các hình chiếu của mỗi lần thực hiện chụp tia
X ứng với góc quay riêng biệt thì các hình chiếu này sau đó đợc tổ hợp lại để
tạo ra các ảnh chụp cắt lớp riêng biệt.


7

ảnh cộng hởng từ:
Một ví dụ quá trình tạo ảnh kiểu kinh điển là quá trình tạo ảnh bằng nguồn
bức xạ. Đây là một trong các loại ảnh đợc tạo bởi nguyên ký hoàn toàn khác
so với ảnh sử dụng tia X. Trong phơng pháp này, ảnh đợc tạo nên bởi các
hạt nhân Hydro( H+) dới tác động của từ trờng và xung radio kích thích.


1.2 Một số các thiết bị chẩn đoán hình ảnh:
Trong phần này sẽ tìm hiểu và giới thiệu về một số thiết bị chẩn đoán
hình ảnh liên quan đến các loại ảnh đã trình bày ở phần 1.1.
1.2.1 Máy X quang thờng Conventional X ray Equipment:
1.2.1.1 Nguyên lý :
Máy X quang là thiết bị tạo ảnh về cấu trúc bên trong của đối tợng
nghiên cứu trên cơ sở ứng dụng tính chất lý hoá của tia Rơnghen (tia X)[1].
Chùm tia X khi xuyên qua một vật thể (ví dụ cơ thể ngời bệnh) sẽ bị suy
giảm. Sự suy giảm này không đồng đều mà khác nhau, phụ thuộc vào khả
năng hấp thụ tia X của vật chất và đợc đánh giá bởi công thức LamberBeer[1]:

I = I 0 .e àps

(1.1)

Trong đó: I0: Năng lợng chùm tia tới
I: Năng lợng chùm tia sau khi đi qua đối tợng
s: Chiều dày của đối tợng
p: Mật độ vật chất trung bình của đối tợng
à: Hệ số suy giảm khối lợng. Hệ số à biểu thị cấu trúc vật
chất của các đối tợng và phụ thuộc vào năng lợng bức xạ.


8

Hình 1.1: ảnh chụp X quang thờng
Chùm tia X đã đợc biến đổi sau khi xuyên qua vật thể, sẽ tác động vào
một vật hiện hình, từ đó tạo ra một hình ảnh tổng thành của toàn bộ thể tích
đợc tia X chiếu qua.
1.2.1.2 Ưu điểm và nhợc điểm của máy X quang thờng:

Có hai phơng pháp thăm khám bằng tia X đó là chiếu và chụp. Hai
phơng pháp này khác nhau về nguyên tắc, có những u nhợc điểm nhất định
và bổ sung cho nhau.
Chụp X quang:
Hình ảnh đợc ghi lại trên phim dùng cho việc chẩn đoán. Phơng pháp
này có những u điểm sau:
- Có thể đạt đợc độ phân giải cao nhờ áp dụng những tham số kỹ thuật
thích hợp nh trị số điện áp kV, dòng điện mA...
- Có thể thay đổi độ đối quang trong phạm vi rộng bằng cách sử dụng
cờng độ chiếu xạ thích hợp.
- Không bị gò bó bởi thời gian.
- Giảm liều tia đối với ngời bệnh do thời gian chụp rất ngắn.
- Giảm liều tia đối với ngời vận hành do có thể đứng ngoài khu vực ảnh
hởng của tia.


9

- Cuối cùng, có thể lu trữ ảnh lâu dài, tiện lợi cho việc theo dõi, đánh
giá sự tiến triển của căn bệnh...
Chiếu X quang:
ảnh X quang đợc ghi nhận và đánh giá bởi ngời vận hành. Những u
điểm của phơng pháp này nh sau:
- Việc chẩn đoán nhanh chóng tức thời.
- Có thể định vị ngời bệnh ở t thế thích hợp nhất sao cho hớng chiếu
và kích thớc chùm tia X tạo đợc ảnh tốt nhất.
- Có thể điều chỉnh tức thời công suất phát xạ phù hợp với từng đối tợng
thăm khám.
- Thích hợp với việc quan sát những tổ chức động nh sự co bóp của tim
và các mao mạch lớn.

- Thích hợp với việc quan sát và thực hiện các thủ thuật nh tháo lồng, bó
xơng, lấy dị vật.
Nh vậy có thể nói hai phơng pháp trên có những u nhợc điểm nhất
định so với nhau, chúng đợc ứng dụng trong những thăm khám các đối tợng
khác nhau và trong các hoàn cảnh khác nhau tuỳ theo chỉ định của thầy thuốc,
chúng song song tồn tại và hỗ trợ nhau.
Hạn chế:
Máy X quang truyền thống có những hạn chế nhất định: ảnh X quang là
ảnh xếp chồng, mặt khác độ phân giải và độ đối quang của ảnh cha thật cao
nên khó thăm khám những bộ phận nằm sâu trong cơ thể nh phát hiện khối u
trong sọ não, những khuyết tật trong mao mạch, đặc biệt trong giai đoạn đầu
khi những triệu chứng còn cha rõ rệt. Hơn nữa tia X là tia có hại cho cơ thể,
vì vậy việc thăm khám bằng máy X quang không thể áp dụng cho mọi đối
tợng.


10

1.2.2 Máy chụp cắt lớp điện toán Computed Tomography Scanner:
1.2.2.1 Nguyên lý[1,3]:
Máy chụp cắt lớp điện toán là một thiết bị tạo ảnh số, công cụ cao cấp
trong hệ thống kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh y học. Nó đợc dùng để thu thập
và tái tạo hình ảnh các lớp cắt thuộc nhiều bộ phận khác nhau của cơ thể. Máy
chụp cắt lớp điện toán cũng ứng dụng nguồn bức xạ X quang và thuộc tính suy
giảm của tia X khi xuyên qua các vật thể có độ hấp thụ khác nhau.
Khi bức xạ quang tuyến xuyên qua 1 lớp và vuông góc với trục của cơ
thể ngời, tới một bộ phát hiện ( Detecter) gồm nhiều tế bào ghi nhỏ để đo
bức xạ quang tuyến đã bị suy yếu khi đi qua các vùng khác nhau của cơ thể.
Hai bộ phận này (nguồn phát tia bóng X quang và thiết bị đo bộ phát hiện)
liên kết hữu cơ với nhau, quay quanh cơ thể. Những dữ liệu đo đợc sẽ đợc

ghi vào bộ nhớ. Khi đó hệ thống sẽ xử lý dữ liệu và tái tạo lại hình ảnh của các
lớp cắt.

Hình 1.2: ảnh chụp não của máy cắt lớp
Một phơng pháp thu nhận ảnh bằng hình chiếu điển hình đó là dùng
phép biến đổi RADON:
-

Cứ mỗi tia cắt qua vật thể là một hình chiếu một chiều của một lát cắt
ngang của đối tợng.


11

-

Mỗi Pixel thu đợc tại bộ phát hiện chính là tổng số các tia X thu đợc
dọc theo đờng truyền từ nguồn phát tới nguồn thu.

-

Xoay nguồn thu xung quanh vật cần quan sát, thì thu đợc hình chiếu
dới nhiều góc độ khác nhau.

-

Mục đích của việc khôi phục ảnh là phải thu đợc ảnh của các mặt cắt
của vật quan sát từ các hình chiếu của chúng.
Phép biến đổi Radon[3]:
Biến đổi Radon của một hàm f(x,y) kí hiệu là g(s,), đợc định nghĩa


nh sau: Biến đổi Radon là tích phân đờng dọc theo đờng thẳng nghiêng
một góc so với trục y và cách tâm một khoảng là s .
Công thức toán học của nó đợc viết nh sau:


g(s,)=Rf=





với

f ( x , y ) ( x . cos + y sin s ) dxdy (1.2)

R là kí hiệu của toán tử biến đổi Radon, cũng đợc gọi là toán tử chiếu.
Hàm g(s,), là biến đổi Radon của f(x,y), là hình chiếu một chiều của
f(x,y) tại góc .
s

g(s,)
y

0

u

s

X

f(x,y)
X-rays source

Hình 1.3. Hình học của ảnh hình chiếu quét bằng tia X[3]


12

Về lý thuyết có 3 phơng pháp tái tạo ảnh:
Chiếu lại (Back Projection)
Chiếu lặp lại (Iterative Back Projection)
Lọc và chiếu lại (Filtered Back Projection).
Trong 3 phơng pháp trên, phơng pháp lọc và chiếu lại còn đợc gọi là
phơng pháp phân tích, nó đợc ứng dụng hầu hết các máy cắt lớp điện toán
hiện đại. Trong đó chỉ sử dụng một thuật toán - một hàm lọc( Filter Function),
để hiệu chỉnh dữ liệu thô với mục đích loại bỏ nhiễu nền trớc khi chúng đợc
chiếu lại vào ma trận để tái tạo ảnh.
1.2.2.2 u điểm và nhợc điểm của máy cắt lớp điện toán:
Sự khác biệt cơ bản giữa X quang thông thờng và máy cắt lớp điện toán
ở chỗ: Trong máy X quang thông thờng, chùm tia X phát xạ từ bóng X quang
đi xuyên qua toàn bộ bề dày của phần cơ thể cần xét nghiệm rồi thâm nhập
vào phim. Trên đờng chiếu, chùm tia này bị suy giảm không chỉ bởi một mà
nhiều bộ phận khác nhau, do vậy hình ảnh trên phim là kết quả của sự suy
giảm tia X tổng hợp và có thể xem nh do nhiều ảnh chồng lên nhau. Kết quả
ảnh bị mờ và không có chiều sâu. Trái lại trong máy cắt lớp điện toán khả
năng làm suy giảm đối với tia X (còn gọi là độ suy giảm tuyến tính cục bộ)

của từng phần tử nhỏ bé (còn gọi là nguyên tố thể tích Voxel) nằm trong lớp
cắt đợc đo và tính toán riêng rẽ, những số liệu này sau đó đợc dùng để tái
tạo ảnh. Nh vậy sẽ loại trừ hiện tợng chồng ảnh lên nhau trên đờng chiếu.
Trong máy X quang thông thờng thì hớng quan sát trùng với phơng chiếu,
còn trong máy cắt lớp điện toán thì hớng quan sát vuông góc với phơng
chiếu. Chính vì vậy ta có thể đa ra một số u và nhợc điểm của máy cắt lớp
điện toán so với máy X quang thông thờng.
u điểm của máy cắt lớp điện toán so với máy X quang thông thờng:
- Hình ảnh rõ nét không có hiện tợng nhiều hình chồng lên nhau.
- Khả năng phân giải ở những mô mềm cao hơn nhiều.


13

- Có thể tính đợc hệ số suy giảm của từng phần tử trên ảnh một cách
chính xác nên có thể đánh giá đợc sự thay đổi cả về lợng và chất của đối
tợng đang xét nghiệm.
- Nhờ việc ứng dụng kỹ thuật số nên có thể xử lý tái tạo ảnh theo nhiều
kiểu một cách nhanh chóng, ví dụ nh: dựng lại ảnh theo các mặt phẳng, dựng
ảnh trong không gian 3 chiều, đo khoảng cách tiết diện - thể tích, tính toán
chỉ số cắt lớp (đơn vị biểu thị độ suy giảm tuyến tính). Phơng tiện lu trữ ảnh
đa dạng hơn và có thể truyền ảnh đi xa
Nhợc điểm của máy cắt lớp điện toán so với máy X quang thông
thờng:
- Chỉ có thể chụp ở một số t thế, khả năng linh hoạt và cơ động kém.
- Thời gian chụp dài hơn, ngời bệnh chịu nhiều liều lợng tia X hơn.
- Khả năng chiếu kết hợp với các thủ thuật kém.
- Chi phí đầu t và vận hành cao.
1.2.3. Máy cộng hởng từ Magnetic Resonance Imaging MRI:
1.2.3.1. Nguyên lý[1,2]:

Hiện tợng cộng hởng từ hạt nhân chính là sự tơng tác có chọn lựa của
các hạt nhân nguyên tử đặt trong từ trờng không đổi với thành phần từ tính
của sóng điện từ đi qua. Hiện tợng này chỉ có thể khảo sát chính xác trên cơ
sở cơ học lợng tử. Điều này khá phức tạp và không thực sự cần thiết, ở đây ta
chỉ đề cập một số vấn đề cần thiết làm cơ sở để nghiên cứu nguyên lý hoạt
động của thiết bị chụp cắt lớp cộng hởng từ hạt nhân.
Hạt nhân các nguyên tử đều có điện tích. Hạt nhân nguyên tử của một số
nguyên tố hoá học (không phải tất cả các nguyên tố hoá học) có mômen động
lợng riêng (mômen động lợng spin). Sự quay của hạt nhân với điện tích


dơng dẫn đến sự xuất hiện từ trờng đợc đặc trng bởi mômen từ m p và làm
cho hạt nhân nguyên tử có thể đợc coi nh một lỡng cực từ.
Khi không có từ trờng ngoài, các lỡng cực từ định hớng bất kỳ trong


14

không gian. Khi đặt một mẫu vật chứa các nguyên tử có hạt nhân có mômen
từ riêng (chẳng hạn nh proton) vào từ trờng không đổi B0, thì các lỡng cực
từ sẽ định hớng chủ yếu theo từ trờng này làm xuất hiện véctơ từ hoá
Khi không có

Khi có từ trờng ngoài

từ trờng ngoài

N

M (t)

.

Z

M

B0

Y
X

S
Hình 1.4. Trạng thái của các hạt nhân trong


từ trờng ngoài B0 và sự hình thành véctơ từ hoá M [2]
Xét trờng hợp khi có thể bỏ qua các hiện tợng phân tán và giữa véctơ


m

p

của mỗi lỡng cực riêng biệt với véctơ cờng độ từ trờng ngoài

H



tồn

tại một góc nào đó. Trong trờng hợp này lỡng cực sẽ bắt đầu quay, phơng
trình mô tả chuyển động quay hoàn toàn tơng đơng với phơng trình tiến
động của vật rắn quanh một trục cố định khi có ngoại lực tác dụng. Tần số tiến
động sẽ là:
= H

(1.3)

Tần số đợc gọi là tần số Larmor . Tính chất quan trọng nhất của nó
trong các bài toán chẩn đoán là sự tỷ lệ thuận của nó với cờng độ từ trờng


bên ngoài H . Rõ ràng là có thể điều khiển tần số tiến động bằng cách




thay đổi H . Chẳng hạn nếu để H phụ thuộc vào toạ độ thì có thể định vị
các khu vực trong cơ thể với tần số xác định.


15

Giả thiết véctơ B0 đợc hớng theo dọc trục Oz của một hệ quy chiếu thí
nghiệm cố định. Khi này, thành phần theo trục Z của véctơ từ hoá là Mz có giá
trị M0, thành phần này thờng đợc gọi là véctơ từ hoá dọc. Thành phần Mx,
My gọi là véctơ từ hoá ngang khi này bằng 0.
Để kích hoạt sự tiến động của các hạt nhân với mục đích sau đó ghi nhận
tín hiệu cộng hởng từ hạt nhân phát ra ta sử dụng xung vô tuyến H(t) có tần
số



0

. Khi chịu tác động của xung vô tuyến, véctơ M(t ) dịch chuyển lệch

khỏi trục Oz hớng về phía trục Oy và không rời khỏi mặt phẳng Oyz. Góc
lệch sau thời gian sẽ là:
= 1

(1.4)

Góc này thờng đợc chọn bằng /2 hoặc bằng cách tạo độ rộng hoặc
biên độ tơng ứng cho xung kích động cao tần. Khi H = H(t) là xung với độ
rộng hữu hạn , có thể xác định góc theo công thức sau:


= H 1 (t)dt

(1.5)

o

Z

Z
B0

Z

Xung RF



M





M


M

X

X

Khi không có
xung RF

Y

Y

Y

Khi có xung RF
tác động

X

Khi xung RF 900
tác động

Hình 1.5. Trạng thái của véctơ từ hoá khi có
tác động của xung vô tuyến [2]


16



Khi không còn các tác động khác lên véctơ M ngoài từ trờng bên ngoài,


véctơ M sẽ quay dần về hớng véctơ B0, sự quay về, còn gọi là sự dãn hồi này
có hai thời gian đặc trng là T1 và T2.
Z

M

Y
X

Hình 1.6. Quá trình dãn hồi[2]
Hằng số thời gian T1 đặc trng cho quá trình giảm về giá trị ở trạng thái
cân bằng của thành phần Mz. Thời gian này đợc gọi là thời gian dãn hồi spin
- mạng. Hằng số thời gian T2 đặc trng cho quá trình dãn hồi về vị trí cân
bằng của véctơ từ hoá ngang Mxy đợc gọi là thời gian dãn hồi spin - spin.
Nhìn chung T2 T1. Véctơ từ hoá trong mặt phẳng xy trở về 0 trớc khi véctơ
từ hoá dọc tăng dần đến giá trị cân bằng.
Quá trình dãn hồi sẽ kích hoạt cuộn dây của thiết bị thu (anten) tạo ra
một tín hiệu cao tần cảm ứng, tín hiệu này đợc gọi là tín hiệu suy giảm cảm
ứng tự do FID (Free Induction Decline). Biên độ của tín hiệu này (chính xác
hơn là tỷ lệ của biên độ FID so với biên độ của tín hiệu kích động) mang
thông tin về lợng proton của chất đang xét tại khu vực kích động hay mật độ
proton. Dựa vào tốc độ suy giảm của tín hiệu suy giảm cảm ứng tự do có thể
xác định thời gian dãn hồi T2 đặc trng cho thành phần hoá học của chất đang
xét. Sự tăng của thành phần Z trong véctơ từ hoá cho ta thông tin về thời gian
dãn hồi spin - mạng T1.


17

Hình 1.7: ảnh chụp vùng bụng của máy cộng hởng từ
Việc thu nhận tín hiệu CHTHN đợc thực hiện bởi cuộn thu (đóng vai trò
anten). Sơ đồ thực hiện kỹ thuật việc thu và xử lý FID thờng gọi là bộ tách
sóng cầu phơng. Tính toán và thực tế chỉ ra rằng tín hiệu CHTHN nhận đợc
bởi cuộn thu và đợc xử lý bằng bộ tách sóng cầu phơng chính là biến đổi

Fourier của mật độ proton trong chất đang khảo sát. Do đó bằng cách thay đổi
trờng gradient có thể thông qua thực nghiệm tìm đợc ảnh của hàm mật độ
proton, sau đó dùng biến đổi Fourier ngợc xác định mật độ proton, cũng
chính là mật độ mô trong cơ thể.
1.2.3.2 u điểm và nhợc điểm của máy cộng hởng từ:
Ưu điểm của phơng pháp tạo ảnh cộng hởng từ:
- Tạo đợc ảnh có độ phân giải và tơng phản rất cao đối với mô mềm
mà các phơng pháp khác cha đạt đợc.
- Có thể tạo ảnh lớp cắt với góc độ bất kỳ và bản chất không gian 3 chiều
của phơng pháp tái tạo ảnh.
- Không dùng các bộ phận chuyển động và bộ phát hiện phức tạp nh
trong máy Computer Tomography Scanner.
- Không sử dụng bức xạ có hại.
- Khi chụp mạch không cần dùng chất cản quang.
Nhợc điểm của phơng pháp tạo ảnh cộng hởng từ:
- Thời gian tái tạo ảnh dài.


18

- Chi phí đầu t lớn.
- Buồng máy phải có bộ chắn cao tần.
- Chi phí vận hành cao, đặc biệt loại máy sử dụng nam châm siêu dẫn
phải định kỳ nạp chất làm lạnh.
- Đòi hỏi nghiêm ngặt về điều kiện lắp đặt và môi trờng.
Đặc biệt phơng pháp này sẽ không áp dụng cho những bệnh nhân có
kim loại trong cơ thể ( đặt máy tạo nhịp, gia cố xơng bằng kim loại,).
1.2.4. Máy siêu âm Untrasound System :
1.2.4.1. Nguyên lý[1]:
Cơ sở tạo ảnh bằng phơng pháp siêu âm là sự phản hồi của sóng âm từ

các cơ quan nội tạng trong cơ thể. Tần số của sóng âm trong các thiết bị siêu
âm chẩn đoán từ 1Mhz 10Mhz và sóng âm đợc ứng dụng là sóng dọc có
thể lan truyền trong môi trờng của rắn - lỏng khí. Thiết bị tạo nên sóng âm
gọi là đầu dò siêu âm.

Hình1.8: ảnh siêu âm vùng bụng của máy siêu âm
Sự phản hồi của sóng âm từ các cơ quan nội tạng trong cơ thể phụ thuộc
vào :
- Tốc độ lan truyền của sóng âm trong môi trờng.
- Trở kháng âm của môi trờng.
- Sự hấp thụ của các cơ quan nội tạng.
- Cấu trúc hình học của các cơ quan nội tạng.


19

Đầu dò máy siêu âm thực hiện cả chức năng: phát và thu sóng siêu âm.
Khi phát đầu dò biến đổi các xung điện áp thành sóng siêu âm, sóng siêu âm
đợc phát ra dới dạng chùm tia. Để hội tụ chùm tia tại những độ sâu nhất
định ngời ta dùng những thấu kính âm thanh. Khi thu, sóng siêu âm đập vào
đối tợng thăm khám nó sẽ dội ngợc lại đầu dò và sẽ đợc đầu dò biến đổi
thành điện áp. Với những đầu dò có tần số cao thì độ phân giải sẽ cao và độ
xuyên sâu của chùm tia sóng âm sẽ thấp. Với những đầu dò có tần số thấp thì
độ phân giải sẽ thấp và độ xuyên sâu của chùm tia sóng âm sẽ cao. Chính vì
vậy, tuỳ vào chức năng thăm khám mà có thể chọn đầu dò thích hợp
1.2.3.2 u điểm và nhợc điểm của máy siêu âm:
Ưu điểm của phơng pháp tạo ảnh siêu âm :
- Siêu âm là phơng pháp chẩn đoán không xâm nhập, nên tránh đợc
nguồn bức xạ nh máy X quang.
- Không đòi hỏi tốn nhiều thời gian

- Hình ảnh tạo ra là hình ảnh tức thời. Một số hình ảnh bệnh lý có thể
nhận biết một cách trực tiếp ( sỏi mật, sự thay đổi kích thớc và độ đồng nhất
của một số cơ quan vốn đồng nhất nh: gan, thận, mât, tuyến giáp, tuyến
tuỵ,...)
- Trong chẩn đoán tim mạch, những mạch máu lớn cũng có thể đợc hiển
thị đợc bằng máy siêu âm thông dụng. Hơn nữa với sự bổ xung của phơng
pháp Doppler chẩn đoán siêu âm đã đạt đợc những thành tựu lớn trong lĩnh
vực chẩn đoán tim (kích thớc, độ dày thành mạch, chức năng van, chuyển
động của mạch máu...), có thể đo đợc lu tốc của dòng trong mạch máu và
hiển thị hớng dòng chảy....
- Máy gọn, nhẹ dễ cơ động có thể thăm khám tại giờng bệnh.
- Chi phí đầu t và vận hành thấp.
- Có thể kết hợp làm thủ thuật sinh thiết.
Nhợc điểm của phơng pháp tạo ảnh siêu âm :


20

- Độ phân giải và độ nhạy thấp.
- Chẩn đoán bằng siêu âm không thích hợp với các cấu trúc có chứa khí
nh phổi, dạ dày hoặc cấu trúc nằm ẩn trong xơng nh não.
- Không có tín hiệu từ chất lỏng tĩnh.
- Tín hiệu quá yếu từ các cơ quan nằm sâu hoặc đối với các bệnh nhân
quá béo.
- Có bóng của âm sau những vùng chứa khí.
- Hiện tợng tán xạ sóng âm đôi khi dẫn đến kết quả sai lầm.
1.3 Nhận xét:
Để bổ khuyết cho những hạn chế của máy X quang truyền thống, trong
vài thập kỷ gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát minh ra hàng loạt thiết bị
chẩn đoán hình ảnh mới nh siêu âm, chụp cắt lớp máy tính, chụp cộng hởng

từ... Những thiết bị này đang ngày càng đợc sử dụng rộng rãi, tuy nhiên
chúng cũng có những hạn chế, ví dụ nh chi phí đầu t thiết bị và chi phí cho
một xét nghiệm bằng máy chụp cắt lớp điện toán cao hơn nhiều lần so với
máy X quang truyền thống, vì vậy chúng chỉ bổ sung mà không loại trừ nhau.
Máy X quang đã và vẫn là một thiết bị chẩn đoán hình ảnh quan trọng trong y
tế. Chính vì những u điểm của máy X quang thông thờng mà việc ứng dụng
và phát triển dựa trên máy X quang là yêu cầu cũng nh đòi hỏi mà ngành y tế
đã đặt ra.
Máy chụp mạch dùng kỹ thuật Xoá nền ảnh chụp mạch số - DSA( Digital
Subtraction Angiography) ra đời nh một tất yếu.Việc nghiên cứu máy chụp
mạch cũng nh kỹ thuật xoá nền ảnh chụp mạch số sẽ đợc trình bày ở
chơng 2 của luận văn này.


21

chơng II:
Máy chụp mạch và
kỹ thuật Xoá nền ảnh chụp mạch số
2.1.

Máy chụp mạch( Agiography):

2.1.1. Giới thiệu máy chụp mạch :
Mạch máu là những cấu trúc nhỏ, nhằng nhịt, nếu chụp X quang thông
thờng thì rất khó phân biệt các tổ chức xung quanh. Vì vậy cần có thiết bị
chụp và phơng pháp tạo ảnh đặc biệt. Theo truyền thống, chụp mạch đợc sử
dụng để chẩn đoán bệnh lý của các mạch máu nh hẹp, tắc mạch máu Máy
chụp mạch thực chất là một hệ thống X quang số nhng có thêm phần xử lý
ảnh với kỹ thuật xoá nền ảnh chup mạch số - DSA ( Digital Subtraction

Angiography) để làm nổi rõ mạch máu. Hình vẽ dới đây (2.1) minh hoạ cho
quá trình chụp mạch dùng kỹ thuật xoá nền.
(Nồng độ cản quang)
Tiêm

chụp ảnh nền

chụp ảnh cản quang

(Time)
Hình 2.1: Biểu đồ minh hoạ cho quá trình chụp mạch dùng
kỹ thuật xoá nền


22

Bộ
DETECTER

Bóng
X quang

Hình 2.2: Minh hoạ cho kỹ thuật DSA[13]
Quá trình chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá nền[15]:
- Tiêm thuốc cản quang vào mao mạch và khi thuốc cản quang bắt đầu
lan truyền đến vùng mao mạch cần thăm khám thì chụp ảnh nền trong đó có
hình ảnh của mao mạch cần quan tâm( Nhng cha ngấm thuốc cản quang)
- Khi nồng độ thuốc cản quang tại toàn bộ vùng mao mạch cần quan tâm
đạt mức tối đa, chụp tiếp ảnh cùng một khu vực nh ảnh nền ( Với mao mạch
đã ngấm thuốc cản quang)

- Đem hai hình ảnh trừ đi nhau ta sẽ có ảnh đã xoá nền.
Sự phát triển của các phơng pháp chụp tĩnh mạch khác nhau[10]:
Chụp tĩnh mạch: Một chất cản quang đợc tiêm vào trong mạch và việc
chụp phim đợc tiến hành vào một thời điểm thích hợp sau khi tiêm. Cấu trúc
của mạch cùng với cấu trúc xơng và các phần mềm sẽ đợc nhìn rõ hơn nhờ
sự tơng phản.
Chụp tĩnh mạch tách phim có các tính năng khác biệt đợc tạo ra,
xơng và phần mềm đợc tách riêng bằng một phim che. Phơng pháp này
liên quan đến việc thay đổi các phim nh AOT và phim Puck. Việc chụp phim