..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
MÁY CT-SCANNER 16 DÃY TẠI BỆNH VIỆN HỮU NGHỊ
VIỆT ĐỨC, BỘ Y TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
MÁY CT-SCANNER 16 DÃY TẠI BỆNH VIỆN HỮU NGHỊ
VIỆT ĐỨC, BỘ Y TẾ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT Y SINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM THÀNH CÔNG

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan, những gì tơi viết trong luận văn này là do sự tìm tịi và
nghiên cứu của bản thân. Các số liệu trong luận văn là có thực, mọi kết quả nghiên
cứu cũng như ý tưởng của tác giả đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể, rõ ràng.
Luận văn này cho đến nay vẫn chưa được ai bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng
bảo vệ luận văn thạc sĩ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện
thông tin nào.
Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi cam đoan.

3


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................3
MỤC LỤC HÌNH VẼ .................................................................................................4
MỤC LỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỤP CẮT LỚP MÁY TÍNH CT SCANNER ...8
1.1. Kiến thức chung về chụp cắt lớp vi tính ..........................................................8
1.1.1. Q trình ra đời và lịch sử phát triển ........................................................8
1.2 Các thế hệ máy CT-Scanner. .............................................................................9
1.2.1 Thế hệ máy CT thứ nhất.............................................................................9
1.2.2. Thế hệ máy CT thứ hai............................................................................10
1.2.3. Thế hệ máy CT thứ ba. ............................................................................11
1.2.4. Thế hệ máy CT thứ tư. ............................................................................12
1.2.5. Thế hệ máy CT thứ năm..........................................................................12
1.3. Nguyên lý cơ bản của phương pháp chụp ảnh CT. ........................................13
1.3.1. Mơ hình cơ sở..........................................................................................13

1.3.2. Thang đo độ suy giảm tuyến tính của tia X. ...........................................16
1.3.3. Cơ sở tạo ảnh. ..........................................................................................18
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO MÁY CT SCANNER ..................................................22
2.1. Cấu tạo cơ bản một máy CT-Scanner ........................................................22
2.1.2. Giàn quay. ...............................................................................................23
2.1.3. Giàn quay của máy CT thế hệ thư ba và thứ tư. .....................................25
2.1.4. Ống tia X (Bóng X-quang)......................................................................28
2.1.5. Bộ chuẩn trực (Colimator). .....................................................................30
2.1.6. Bộ điều khiển hình dạng chùm tia X.......................................................33
2.1.7. Đầu dò. ....................................................................................................34
2.1.8. Hệ thống thu thập và tích luỹ dữ liệu. .....................................................39
1


2.1.9. Bàn bệnh nhân (Patien Couch)................................................................42
2.1.10. Hệ thống máy tính. ................................................................................43
2.1.11. Hệ thống nguồn cao áp..........................................................................45
2.1.12. Bàn điều khiển.......................................................................................47
2.1.13. Máy in phim LASER. ...........................................................................48
2.2. Một số đặc điểm của các máy CT hiện đại. ...................................................49
2.2.1. Hạn chế ảnh hưởng của bức xạ thứ cấp. .................................................49
2.2.2 Chất lượng tia X– hiệu ứng làm cứng tia. ................................................50
2.2.7. Các kiểu quét, chụp của máy CT hiện nay..............................................52
2.3. Một số dòng máy CT-Scanner hiện đại. ........................................................55
2.3.1. Máy CT-Scanner Definition SOMATOM Flash – Siements. .................55
2.3.2. Dòng máy CT-Revolution VCT Light Speed – GE. ...............................57
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ
DỤNG CỦA THIẾT BỊ CẮT LỚP 16 DÃY TẠI BỆNH VIỆN HN VIỆT ĐỨC ...59
3.1. Giới thiệu bệnh viện hữu nghị Việt Đức ........................................................59
3.2. Giới thiệu về máy CT Scanner GE Health Optima CT540 sử dụng tại Bệnh

viện Hữu nghị Việt Đức ........................................................................................60
3.3. Các phương pháp phân tích và đánh giá hiệu quả đầu tư đối với thiết bị y tế
...............................................................................................................................62
3.3.1. Phương pháp thẩm định tài chính dự án đầu tư. .....................................64
3.3.2. Phương pháp đánh giá hiệu quả đầu tư dựa theo doanh thu ...................75
3.4. Kết luận ..........................................................................................................82
Danh mục tài liệu tham khảo. ...................................................................................83

2


MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Mơ tả phương thức quét của máy CT thế hệ thứ nhất .............................10
Hình 1. 2: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ hai. .........................................10
Hình 1. 3: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ ba. ..........................................11
Hình 1. 4: Máy Somatom của hãng Siemens sử dụng 2 nguồn bức xạ tia X. ..........12
Hình 1. 5: Máy CT thế hệ thứ năm. ..........................................................................13
Hình 1. 6: Mơ hình hệ thống CT đơn giản nhất. (1967). ..........................................14
Hình 1. 7: Ngun tố thể tích Voxel và nguyên tố ảnh pixel....................................15
Hình 1. 8: Bảng Trị Số CT của nước, khơng khí và các cơ quan nội tạng. ..............17
Hình 1. 9: Tạo ảnh bằng tái tạo đơn giản (a) và Tái tạo ảnh có ứng dụng của hàm
lọc cùng thuật tốn convolution (b). ........................................................19
Hình 1. 10: Các hệ toạ độ trong máy CT chùm tia song song. .................................20
Hình 2. 1. Hệ thống máy CT-Scanner thực tế. ..........................................................22
Hình 2. 2. Mơ hình hệ thống máy CT-Scanner. ........................................................23
Hình 2. 3: Bên trong giàn quay của máy CT-Scanner. .............................................24
Hình 2. 4: Hai loại vịng trượt hình đĩa và hình trụ...................................................27
Hình 2. 5: Hai phương thức tiếp điện vòng trượt. A: tiếp điện áp thấp, B: tiếp điện
áp cao .......................................................................................................27
Hình 2. 6: (A) : Vòng Trượt; (B) : Chổi quét của hãng Picker International (Hoa

Kỳ) ; (C) : Chổi quét của hãng Venturetec Mechatronic (Đức) ..............28
Hình 2. 7: Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của 1 ống tia X. .................................29
Hình 2. 8: Một ống tia X trong thực tế. .....................................................................30
Hình 2. 9: Thứ tự sắp xếp bộ chuẩn trực trong máy CT. ..........................................30
Hình 2. 10: Chuẩn trực pre-patien đặt kèm ống tia X. ..............................................31
Hình 2. 11: Chuẩn trực trước bệnh nhân Pre-patien. ................................................32
Hình 2. 12: Hai loại lưới chuẩn trực sau bệnh nhân post-patien...............................33
Hình 2. 13: Bố trí bóng X quang, cụm đầu dò và các bộ chuẩn trực để tạo chùm tia
X hình rẻ quạt, có thể điều khiển độ dầy và khử tia phát xạ thứ cấp. .....34
Hình 2. 14: Đầu dị khí Xenon. .................................................................................35

4


Hình 2. 15: Cấu trúc đầu dị khí Xenon. ...................................................................36
Hình 2. 16: Cấu trúc đầu dị chất rắn. .......................................................................37
Hình 2. 17: Mảng đầu dị...........................................................................................39
Hình 2. 18: một phần của mảng đầu dị (phóng to)...................................................40
Hình 2. 19: Sơ đồ khối hệ thống tích luỹ dữ liệu DAS. ............................................40
Hình 2. 20: Hệ thống tích luỹ dữ liệu DAS đặt ngay phía dưới mảng đầu dị. .........41
Hình 2. 21: Bàn bệnh nhân và giàn quay. .................................................................42
Hình 2. 22: Mơ hình hệ thống máy tính của máy CT. ...............................................44
Hình 2. 23: Mơ hình nguồn cao thế của máy CT. .....................................................45
Hình 2. 24: Phần chính của hệ thống cao áp nhìn từ vỏ ngồi (a) và bên trong (b). 46
Hình 2. 25: Vỏ ngồi cùng của bộ cao áp trong máy CT. .........................................46
Hình 2. 26: Biến thế cao áp trong bộ cao áp. ............................................................47
Hình 2. 27: Bàn điều khiển của hệ thống CT-Scanner..............................................47
Hình 2. 28: Hạn chế bức xạ thứ cấp dùng bộ chuẩn trực trong máy quét thế hệ thứ
tư và thứ năm. ..........................................................................................49
Hình 2. 29: Hệ số suy giảm bằng nhau khi tia X là đơn sắc (a) hoặc khi có dùng

thêm phụ kiện để làm đồng đều khoảng cách truyền tia (c). Hệ số suy
giảm thay đổi khi phổ tia X rộng và đường truyền khác nhau (b). .........51
Hình 2. 30: Mơ tả kiểu qt cắt lớp thơng thường. ...................................................52
Hình 2. 31: Kiểu quét nhanh / quét cụm: quét và dịch chuyển bàn tuần tự. .............53
Hình 2. 32: Quét đơn lát cắt và quét đa lát cắt. .........................................................54
Hình 2. 33: Máy Definition SOMATOM Flash ........................................................56
Hình 2. 34: Cấu trúc cơ bản của máy Somatom. ......................................................56
Hình 2. 35: Máy CT-Revolution của hãng General Electric. ...................................58
Hình 3. 1. Hình ảnh máy CT Scanner Optima CT540 được chọn đầu tư .................62
Hình 3. 2. Quy trình đánh giá đầu tư dự án...............................................................64

5


MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1. Các chi phí phải chi đối với một ca chụp CT Scnaner loại có thuốc và
khơng thuốc .............................................................................................76
Bảng 3. 2. Giá trị tính lãi theo năm cần trả cho nhà đầu tư ......................................80
Bảng 3. 3. Phương án phân tích tài chính cho q trình trả nợ vay và thu hồi vốn ..81

6


LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học, kỹ thuật và
công nghệ; nhiều vật tư, trang thiết bị y tế được ứng dụng, mua sắm nhiều
trong các bệnh viện. Với cơ chế tự chủ trong bệnh viện, đội ngũ nhân viên kỹ
thuật không những giỏi về chun mơn mà cịn giỏi về quản lý trang thiết bị y
tế, tư vấn cho lãnh đạo bệnh viện về hiệu quả đầu tư trang thiết bị y tế; việc
đầu tư trang thiết bị y tế hiệu quả giúp giảm ngân sách nhà nước, nâng cao

chất lượng khám chữa bệnh cho bệnh nhân, tăng thu nhập cho người lao
động; bệnh viện qua đó huy động sự đóng góp của cộng đồng xã hội để phát
triển các hoạt động sự nghiệp. Đó cũng chính là động lực để tơi thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả sử dụng máy CT-Scanner
16 dãy tại Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức, Bộ Y tế.”
Do cịn có nhiều hạn chế về mặt kiến thức và thời gian nên đề tài vẫn
cịn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp của thầy cơ và
các bạn để đề tài của tơi có thể được hồn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Phạm Thành Công - Giảng
viên Viện Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; các thầy
cô giáo trong bộ môn Điện Tử Y Sinh đã tận tình giúp đỡ tơi trong suốt thời
gian thực hiện đề tài, để tơi có thể hồn thành đề tài đúng tiến độ và đảm bảo
kết quả đã đề ra. Tôi xin chân thành cảm ơn.

7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỤP CẮT LỚP MÁY
TÍNH CT SCANNER
Chương này sẽ đưa ra kiến thức chung nhất về lịch sử phát triển cũng như
những vấn đề liên quan đến máy chụp cắt lớp vi tính CT SCANNER

1.1. Kiến thức chung về chụp cắt lớp vi tính
1.1.1. Q trình ra đời và lịch sử phát triển
Chụp cắt lớp máy tính CT – Scanner có tên gọi đầy đủ là computer
tomography Scanner, đây chính là một phương pháp khảo sát cấu trúc của đối tượng
cần nghiên cứu theo từng lớp cắt, dựa trên đặc tính tương tác giữa các trường vật lý
hoặc các hạt cơ bản chuyển động với cấu trúc của đối tượng cần nghiên cứu. Từ
những tín hiệu thu được qua quá trình khảo sát và các thuật tốn khơi phục ảnh,
chúng ta có thể khơi phục lại cấu trúc của đối tượng theo các mức độ chính xác

khác nhau.
Vào năm 1895, trong quá trình nghiên cứu sự phóng điện ở khí kém, nhà bác
học Rơnghen người Đức đã phát hiện thấy một loại tia có khả năng đâm xuyên qua
lớp vật chất, làm đen kính ảnh... được đặt tên là tia X và thường gọi là tia Rơnghen.
Tia Rơnghen đã được đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt
trong ngành y tế, sự ra đời của máy chụp X-Quang đã hỗ trợ các bác sỹ rất nhiều
trong cơng tác chẩn đốn và điều trị. Tuy nhiên, các máy chụp X- Quang thơng
thường có độ phân giải không cao, ảnh thu được lại là xếp chồng các ảnh của các
thành phần có tia X đi qua.
Để giải quyết vấn đề này người ta đi tìm một phương pháp mới để có thể thu
được những bức ảnh X-Quang rõ nét và dễ dàng quan sát hơn. Năm 1967,
G.Hounsfield - nhà khoa học Anh quốc và Cormack - nhà vật lý người Mỹ bắt đầu
tiến hành thực nghiệm cơ sở quét lớp sọ não và khởi đầu sản xuất thử máy quét lớp
sọ não EMI. Bắt đầu từ đây các nghiên cứu và các thiết kế về thiết bị chụp cắt lớp

8


được ra đời và không ngừng được cải tiến nhằm nâng cao: chất lượng ảnh, độ tương
phản hình ảnh, độ phân giải và giảm liều lượng tia X lên cơ thể bệnh nhân.
Như vậy, trong hơn 40 năm phát triển từ lý thuyết đến thực tiễn, máy chụp
cắt lớp điện tốn đã được phát triển và ngày càng hồn thiện về công nghệ. Trải qua
5 thế hệ máy, máy đã dần trở thành cơng cụ chẩn đốn hình ảnh ưu việt và được
đánh giá là một trong 10 phát minh lớn nhất thế kỷ XX. Ngày nay, máy CT đã được
lắp đặt ở rất nhiều bệnh viện trên thế giới và tương đối phổ biến.

1.2 Các thế hệ máy CT-Scanner.
1.2.1 Thế hệ máy CT thứ nhất.
Cấu trúc : Hệ thống của máy CT thế hệ thứ nhất ở mức khá đơn giản, chỉ bao
gồm một đầu dò, chùm tia phát ra hẹp và song song dạng thẳng có kích thước cỡ

một chiếc bút chì.
Phương thức qt : Bóng X-quang và đầu dò được gắn cố định, dịch chuyển
song song theo hướng vng góc với chùm tia và bao trùm tồn bộ mặt phẳng lớp
cắt. Sau đó tồn bộ hệ thống này quay một góc rồi lặp lại q trình dịch chuyển
song song. Quá trình tiếp diễn cho tới khi số lượng tín hiệu thu được đủ lớn để tái
tạo ảnh.
Hệ thống này hiện tại gần như đã bị loại bỏ trong ứng dụng vì hiệu suất sử
dụng rất kém, thời gian để tạo được ảnh có khi mất gần nửa ngày. Do chỉ có một
đầu dị và sử dụng tia X có dạng song song, bởi vậy khơng tận dụng hết được hiệu
suất của bóng X quang, trong khi bức xạ tia X từ anode có thể bao trùm một góc
6,28 rad thì chùm tia bức xạ dùng để chụp chỉ bao trùm một góc 10−4 rad. Mặt khác

do cần thiết phải tạo liều bức xạ tại cảm biến đầu dị đủ lớn để đo nên máy khó lịng
dịch chuyển với tốc độ cao.

Với hệ thống này, việc tái tạo ảnh có nhanh cũng phải mất đến cỡ 10 phút,
bởi vậy trong thời đoạn đầu của máy CT, loại máy này chỉ dùng để chụp các cơ
quan tĩnh như xương và sọ não.

9


Hình 1. 1: Mơ tả phương thức qt của máy CT thế hệ thứ nhất
1.2.2. Thế hệ máy CT thứ hai.
Cấu trúc : Thay vì dùng một đầu dị như ở thế hệ thứ nhất, máy dùng một
chùm đầu dò khoảng 20 – 30 chiếc bố trí kề nhau trong hướng qt, chùm tia có
dạng hình quạt. ( Hình 1.2 ).
Phương thức quét : Máy thế hệ thứ hai vẫn có chùm tia chưa bao trùm hết
được tồn bộ lát cắt ở cơ thể người, bởi vậy hệ thống vẫn thực hiện hai loại dịch
chuyển là song song và quay để thực hiện các phép chiếu.


Hình 1. 2: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ hai.
Với cách bố trí hệ thống đo này, nguồn bức xạ tia X từ bóng X quang được
sử dụng hiệu quả hơn nhiều, có thể thực hiện được nhiều phép chiếu tương ứng với
số lượng cảm biến và thu được nhiều dữ liệu đo đồng thời, vì vậy góc quay và

10


khoảng dịch chuyển giữa hai lần chiếu theo mặt phẳng ngang sẽ tăng, kết quả giảm
tổng số bước quét phẳng và số lần quay của hệ thống đo. Tuy vậy với hệ thống này,
tuỳ thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp cắt trong khoảng từ 10 – 60
giây. Tuy nhiên do quán tính cơ học khi chuyển động ngang hoặc quay, việc giảm
thời gian tạo ảnh xuống thấp nữa đối với hệ thống đo này không thể thực hiện được.
1.2.3. Thế hệ máy CT thứ ba.
Cấu trúc: Số lượng đầu dò tăng lên hàng trăm chiếc được chế tạo ở dạng
mảng đầu dò, hệ thống đầu dị được gắn cố định với bóng X quang. Bóng X quang
phát chùm tia X có hình rẻ quạt với góc từ 30 − 60𝑜𝑜 tuỳ theo số lượng đầu dò, tuy

nhiên chùm tia X và hệ thống đầu dò bao trùm toàn bộ lát cắt.

Phương thức quét: Hệ thống đo quay quanh đối tượng một góc 360 độ.
Trong quá trình quay, tia X được phát thành xung tại những góc cố định hoặc phát
liên tục.

Hình 1. 3: Phương thức quét của máy CT thế hệ thứ ba.
Với cấu trúc này, nguồn bức xạ tia X được sử dụng tối ưu hơn, hệ thống chỉ
thực hiện chuyển động quay và quay liên tục nên thời gian chụp giảm xuống rõ rệt
chỉ còn cỡ 5 – 10 giây. Giảm thiểu liều lượng bức xạ mà bệnh nhân phải chịu trong
quá trình chụp.


11


Khả năng quét: quét được nhiều lớp cắt trong thời gian ngắn, nhưng các lớp
cắt được chụp không liên tục.
1.2.4. Thế hệ máy CT thứ tư.
Cấu trúc: Mảng đầu dò và bóng X quang vẫn được gắn cố định, tuy nhiên
các nhà sản xuất đã làm một hệ thống kép gồm hai bóng X quang và 2 mảng đầu dị
hoạt động cùng lúc. Điển hình là hãng Siemens.
Phương thức quét : không thay đổi so với máy thế hệ thứ ba.
Ưu điểm : thời gian chụp rất ngắn, cỡ chừng 1-5 giây. Ở máy Somatom của
Siemens sản xuất đầu năm 2014, thời gian chụp một lát cắt ở ngực một người lớn
chỉ mất 1 giây, giúp cho bệnh nhân không phải ngừng thở trong quá trình chụp.
Thế hệ máy thứ tư có sử dụng thêm các cơng nghệ mới về vi mạch và cảm
biến, do vậy nhiễu được giảm, không cịn nhiễu hình trịn (ring artifact) như thường
xảy ra với các máy thế hệ thứ ba.

Hình 1. 4: Máy Somatom của hãng Siemens sử dụng 2 nguồn bức xạ tia X.
1.2.5. Thế hệ máy CT thứ năm.
Cấu trúc : Khác với những máy thuộc thế hệ trước, bóng X quang và đầu dò
gắn chặt với nhau, cùng dịch chuyển hoặc quay. Máy thế hệ thứ năm có hệ thống
đầu dị tách biệt với bóng X quang - đó là một tập hợp rất nhiều đầu dị, bố trí trên
một vịng tròn bao quanh khoang bệnh nhân và các đầu dò được cố định trên vòng

12


trịn này. Bóng X quang được tách rời, và có khả năng quay 360 độ liên tục không
cần ngừng để đảo chiều.

Phương pháp qt: Bóng X quang quay trịn quanh bệnh nhân, chùm tia phát
thành hình rẻ quạt bao phủ vùng cần khám nghiệm, các phần tử cảm biến đầu dị sẽ
được đóng / ngắt theo quy luật nhất định phù hợp với chuyển động quay của bóng.

Hình 1. 5: Máy CT thế hệ thứ năm.
Ưu điểm của loại máy thuộc thế hệ thứ năm: Thời gian chụp ngắn nhất tương
tự như đối với thế hệ thứ ba, cỡ một vài giây. Khơng bị nhiễu ảnh hình trịn (ring
artifact) như thường xẩy ra đối với máy thuộc thế hệ thứ ba. Tuy nhiên máy có cấu
trúc phức tạp vì số lượng đầu dò lớn hơn rất nhiều, số lượng đầu dị bao phủ kín
vịng trịn khoang bệnh nhân.
Hiện tại chưa có nhiều hãng có thể sản xuất loại máy này, chỉ có một vài
hãng như Toshiba, Picker… có thể sản xuất và sản phẩm thương mại chỉ chiếm 6%.

1.3. Nguyên lý cơ bản của phương pháp chụp ảnh CT.
1.3.1. Mô hình cơ sở.
Mơ hình cơ sở đơn giản nhất của một hệ thống chụp CT được miêu tả ở
hình1.6, hệ thống đó đơn giản chỉ bao gồm: 1 ống phát tia X, 1 bộ chuẩn trực

13


(Colimator), 1 đầu dò cảm biến duy nhất (Detector), bộ đo lường điện tử, máy tính,
màn hình hiển thị.

Hình 1. 6: Mơ hình hệ thống CT đơn giản nhất. (1967).
Cơ sở để tạo ra ảnh CT đó chính là việc dùng đầu dò cảm biến ghi nhận lại
tia X sau khi đi qua lát cắt, để tính tốn độ suy hao của tia X, từ đó có thể đưa ra
những hình ảnh quy ước theo thang màu.
Theo mơ hình trên, ống phát tia X sẽ phát ra 1 chùm tia X, sau khi đi qua bộ
chuẩn trực colimator, chùm tia này chỉ là một chùm tia nhỏ, có độ dày cỡ 1 chiếc

bút chì. Giả sử ta cần chụp ảnh 1 lớp cắt của cơ thể, ta sẽ cho chùm tia trên đi xuyên
qua lớp cắt, tại nhiều hướng khác nhau. Tuy nhiên, ta sẽ lần lượt dịch chuyển hệ
thống ống X quang và đầu dò trên mặt phẳng tiết diện cắt, vng góc với chùm tia.
Đồng thời, cứ mỗi lần dịch chuyển, đầu dò sẽ ghi nhận tia X, biến đổi thành tín hiệu
điện thơng qua bộ đo lường điện sẽ ghi lại cường độ của tia X, sau đó đưa dữ liệu
về máy tính. Như vậy sau khi đã dịch chuyển qua toàn bộ tiết diện lớp cắt, một tập
hợp số liệu được ghi lại tương ứng với một tiết diện chéo ( lateral sections ), tập hợp
số liệu này được gọi là một phép chiếu (projection).
Trái ngược với X-quang cổ điển, để tạo được ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh
CT, ta cần nhiều phép chiếu. Hay nói đúng hơn là ta cần nhiều tập hợp dữ liệu như
trên ở nhiều hướng khác nhau. Những phép chiếu này được tạo ra bằng cách xoay
14


hệ thống đầu dò - ống phát xung quanh trục vng góc với mặt phẳng lớp cắt, mỗi
lần xoay ta chỉ xoay đi một góc nhỏ cỡ 1 độ. Sau khi xoay, ta lại thực hiện lần lượt
quy trình chiếu như trên để hoàn thành một phép chiếu. Lần lượt như vậy, các phép
chiếu được liên tiếp tạo ra cho đến khi cả hệ thống đã dịch chuyển 1 góc quay ít
nhất 180 độ.

Hình 1. 7: Ngun tố thể tích Voxel và nguyên tố ảnh pixel.
Trong quá trình đo, những số đo như vậy sẽ được mã hoá theo một dạng
thích hợp rồi truyền tới máy tính. Với kỹ thuật ngày nay, để tạo được một ảnh cần
tới hàng trăm phép chiếu và mỗi phép chiếu cần tới vài trăm số đo, như vậy tổng
cộng phải cần đến 100.000 – 1.000.000 số đo. Sau đó, dựa trên những số đo này,
máy tính sẽ tính ra những độ suy giảm và sự phân bố của những sự suy giảm này
trên tiết diện lớp cắt của đối tượng, những vùng có độ suy giảm cao sẽ được ấn định
giá trị cao và ngược lại.

15



Vì khả năng của máy tính chỉ có thể xử lý và tính tốn một số lượng giới hạn
số đo và độ suy giảm, nên cần phải giả thiết lớp cắt như là một tập hợp của rất nhiều
nguyên tố thể tích (volume elements – voxels) hình khối lập phương và độ suy giảm
tại mỗi phần tử này là hằng số 𝜇𝜇𝑖𝑖 (hình 1.7). Máy tính sẽ xử lý và tính tốn cho các
phần tử thể tích này. Tuy nhiên cần luôn nhớ rằng, trong thực tế, độ suy giảm tia X
luôn biến đổi ngay trong các nguyên tố thể tích riêng rẽ thuộc lớp cắt vì vậy trị số
suy giảm tính tốn chỉ là giá trị trung bình.
Đầu tiên, trong quá trình tạo ảnh, hình ảnh của lớp cắt chỉ được biểu hiện
dưới dạng những tập số liệu lưu giữ trong máy tính và khơng thể quan sát ngay
bằng mắt. Để có thể nhìn được, cách đơn giản nhất là tìm những giá trị độ suy giảm
đã được đã được bố trí theo đúng vị trí cịn gọi là ma trận điểm ảnh. Tuy nhiên để
hình dung ra tấm ảnh thông qua các số liệu về độ suy giảm quả là một việc rất khó
khăn vì số lượng các giá trị này rất lớn , thông thường một ma trận như vậy có từ
256 x 256 đến 512 x 512 hoặc có nhiều giá trị hơn với các ma trận cỡ lớn hơn nữa.
Cách biểu diễn này rất ít dùng có chăng chỉ đối với một phần của ảnh. Thông
thường, ma trận số này được chuyển đổi thành các mầu sắc trắng, xám, đen, hoặc
mầu để hiển thị trên màn hình và mắt người có thể phân biệt dễ dàng.
Trên thực tế, máy tính sẽ tính tốn các số liệu và đưa ra ma trận các giá trị độ
suy giảm cho mỗi điểm ảnh (pixel), từ đó đưa ra hình ảnh bằng cách gán màu cho
các giá trị độ suy giảm [3].
1.3.2. Thang đo độ suy giảm tuyến tính của tia X.
Để đánh giá độ suy giảm của một chất đồng chất đối với tia X đơn sắc, ta có
phương trình L’ambert :

Trong đó :

𝐽𝐽 = 𝐽𝐽𝑜𝑜 . 𝑒𝑒 −𝜇𝜇𝜇𝜇


(1.1)

𝐽𝐽 : Cường độ bức xạ tia X ló.

𝐽𝐽0 : Cường độ bức xạ tia X tới.

𝑥𝑥: Bề dày đối tượng.

16


𝜇𝜇 : Hệ số suy giảm tuyến tính của vật chất đối với tia X đơn sắc.

Trị số 𝜇𝜇 phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng lức xạ, bởi vậy chỉ có ứng dụng

hạn chế để đặc trưng hố khả năng làm suy giảm bức xạ tia X của đối tượng. Do
vậy trong công nghệ chụp ảnh cắt lớp điện tốn CT, thay vì sử dụng các trị số 𝜇𝜇 một

cách trực tiếp, người ta sử dụng một đơn vị đặc trưng gọi là chỉ số CT (CT number).
Chỉ số CT được tính bởi cơng thức sau :
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑖𝑖 =

𝜇𝜇𝑖𝑖 −𝜇𝜇𝑛𝑛ướ𝑐𝑐
𝜇𝜇𝑛𝑛ướ𝑐𝑐

.1000

(1.2)

Chỉ số CT có đơn vị là Hounsfield, viết tắt là HU.

Các trị số CT của nước, khơng khí, các cơ quan nội tạng của con người được minh
hoạ trên hình 1.8.

Hình 1. 8: Bảng Trị Số CT của nước, khơng khí và các cơ quan nội tạng.
Như vậy, trị số CT và độ suy giảm tuyến tính là hai đơn vị quan trọng trong
việc tạo ảnh CT. Công việc của máy tính chính là tìm ra trị số suy giảm tuyến tính,
từ đó tính ra các trị số CT rồi theo quy ước màu đưa ra ảnh cho từng pixel.Theo quy
ước, nước có trị số CT là 0, khơng khí có trị số CT là -1000

17


1.3.3. Cơ sở tạo ảnh.
a. Cơ sở lý thuyết chung.
Như đã phân tích chi tiết ở phần trên, máy CT có thể chụp ảnh quang tuyến
X nhưng lớp cắt ngang thuộc cơ thể mà những ảnh này không bị nhiễu gây ra bởi
các bóng của các lớp cận kề. Hơn nữa, trái với việc tạo ảnh quang tuyến cổ điển,
hình ảnh CT khơng cịn là ảnh xếp chồng. Điều mà nó tạo ra là biểu hiện được khả
năng làm suy giảm bức xạ tại chỗ của từng ảnh điểm – tức là thuộc tính vật lý của tế
bào sinh học được biểu hiện qua dạng mức xám.
Trong khi với phương pháp tạo ảnh quang tuyến X cổ điển, dù đã tạo được
ảnh sắc nét thì những hình ảnh của các lớp cận kề có mặt trong trường bức xạ cũng
vẫn đặt chồng vào ảnh của lớp cần quan tâm và trong một mức nào đó tạo ra bóng
nhiễu, trong máy CT thì những bóng này đã bị loại trừ vì điểm hội tụ và cảm biến
đo chỉ nằm trong mặt phẳng lớp cắt đang được nghiên cứu, và chùm tia bức xạ chỉ
cắt lớp này. Điều này có nghĩa là mỗi cấu trúc của mô trong lớp cắt tự tạo ra bóng
ảnh của mình. Nói cách khác, với một vị trí xác định của điểm hội tụ và cảm biến,
sự phân bố của cường độ đo được của tia X thâm nhập vào đối tượng chỉ cung cấp
thông tin về tổng của toàn bộ độ suy giảm đối với tia X khi xuyên qua đối tượng.
Để tạo ảnh từ những tập hợp dữ liệu bao gồm cường độ đã đo và các hướng

chiếu, ta cần phải thực hiện một số phép biến đổi từ phương trình (1.1) như sau :
Từ (1.1) ta có :
𝐽𝐽
= 𝑒𝑒 −𝜇𝜇𝜇𝜇
𝐽𝐽0

Lấy loga của hai vế rồi tính 𝜇𝜇 ta được :
𝜇𝜇 =

1

𝑥𝑥

𝑙𝑙𝑙𝑙

𝐽𝐽

𝐽𝐽0

(1.3)

Nếu chỉ đơn giản đặt chồng (superposition) những tín hiệu cường độ riêng rẽ
đã được xử lý như trên vào ma trận ảnh thì sẽ khơng đạt u cầu vì hình ảnh được
tạo ra như vậy vẫn cịn tồn tại những bóng mờ dàn trải (extensive blurring) (hình 1.9
a).
18


Để khử những bóng mờ này, phép chiếu sau khi đã được tiền xử lý, sẽ được
trộn (convoluted) với hàm lọc trước khi được xếp chồng trở lại vào ma trận ảnh

(hình 1.9 b).
Việc tái tạo ảnh theo các bước trên đây, ngày nay được áp dụng phổ biến
trong các máy CT, và được gọi là quá trình xử lý lọc. Q trình này đã chỉnh lý các
tín hiệu, biến đổi chúng từ tín hiệu mang nhiễu tách ra các phần nhiễu (âm) và tín
hiệu chuẩn (dương). Nếu hàm lọc được lựa chọn thích hợp thì hình ảnh tái tạo sẽ
khơng cịn bóng nhiễu mờ.
Đặc trưng của q trình xử lý lọc nhiễu là từng giá trị đo đều được chỉnh lý,
sửa đổi theo các mức độ khác nhau để phù hợp với từng ảnh điểm. Đây cũng là
điểm đặc trưng khác biệt giữa kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp điện toán CT với kỹ thuật
chụp ảnh X-quang cổ điển trong cơng nghệ xử lý chống nhiễu [4].

Hình 1. 9: Tạo ảnh bằng tái tạo đơn giản (a) và Tái tạo ảnh có ứng dụng của
hàm lọc cùng thuật tốn convolution (b).
b. Nguyên lý tái tạo ảnh trên thực tế.

19


Như ta đã biết, trên thực tế, để tạo ảnh CT, người ta phải coi lát cắt là một
ma trận các ngun tố thể tích (voxel) và từ đó tạo dựng ma trận điểm ảnh (pixel).
Mỗi điểm ảnh trong ma trận đó lại được đặc trưng bởi một hệ số suy giảm tuyến
tính 𝜇𝜇𝑖𝑖𝑖𝑖 . Như vậy ta cần tới tập hợp rất nhiều phép chiếu theo các phương khác
nhau, đối tượng chụp càng phức tạp thì càng cần nhiều các phép chiếu. Ta cần có
cơng thức tổng qt hơn cho việc tái tạo ảnh.
Tuy nhiên, những đối tượng có cấu q trúc tinh vi thì ít được tạo ảnh bằng
CT, vì chỉ có thể tạo được ảnh của đối tượng này với nhiều bóng mờ. Đứng về
phương diện lý thuyết thông tin, hệ thống đo thực hiện phép lọc thơng giai thấp và
vì vậy nó chỉ mơ phỏng đối tượng nào có mức đơ tinh vi nhất định. Vấn đề cần xác
định xem cần bao nhiêu phép chiếu sẽ được xem xét ở những phần sau: Bề dầy hữu
hạn của cảm biến và của hội tụ trong máy CT không nên xem như là nguyên nhân

làm giới hạn độ phân giải mà nên xem đó như là một điều kiện cần thiết để tái tạo
một ảnh CT rõ ràng.

Hình 1. 10: Các hệ toạ độ trong máy CT chùm tia song song.
Để phân tích nguyên lý tái tạo ảnh, ta sử dụng loại máy CT có cấu trúc đơn
giản nhất – loại máy có chùm tia song song. Tuy các loại máy phát chùm rẻ quạt và
hình cơn và cảm biến mảng vịng địi hỏi các thuật tốn phức tạp hơn, dù vậy chúng
vẫn dẫn xuất từ thuật toán áp dụng cho loại máy phát chùm tia song song bằng phép
biến đổi toạ độ.

20


Nguyên lý quét đơn giản được minh hoạ lại trên hình 1.10, trong đó một
phép chiếu (projection) được đặc trưng bởi vị trí 𝜂𝜂 trong hệ toạ độ 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 lệch một
góc 𝜑𝜑 so với hệ toạ độ gốc cố định Oxy.

Cường độ 𝐽𝐽 của tia X sau khi đâm xuyên qua lớp vật chất được cảm biến ghi

lại phụ thuộc vào góc chiếu 𝜑𝜑, vị trí 𝜂𝜂 và cường độ tia tới 𝐽𝐽0 :
𝐽𝐽 = 𝐽𝐽(𝜂𝜂, 𝜉𝜉 ) = 𝐽𝐽0 . 𝑒𝑒 − ∫ 𝜇𝜇𝜇𝜇𝜇𝜇

(1.4)

Thơng qua tồn bộ các giá trị 𝐽𝐽(𝜑𝜑, 𝜂𝜂) đo được có thể tính ra tổng hệ số suy

giảm 𝜇𝜇 trong lớp cắt. Giải phương trình tích phân trên sẽ tính được 𝜇𝜇. Tuy nhiên để

thuận tiện hơn, trước hết cần biến đổi phương trình (1.4) thành phương trình tích
phân tuyến tính bằng cách lập mối quan hệ giữa 𝐽𝐽(𝜑𝜑, 𝜂𝜂 ) và 𝐽𝐽0 rồi lấy loga hai vế :

𝑃𝑃𝑃𝑃(𝜂𝜂 ) = ln

𝐽𝐽0

𝐽𝐽(𝜑𝜑,𝜂𝜂)

= ∫ 𝜇𝜇. 𝑑𝑑𝑑𝑑(1.5)

Trong đó 𝑃𝑃𝑃𝑃(𝜂𝜂 ) là dữ liệu phép chiếu theo hướng 𝜑𝜑 và vị trí 𝜂𝜂.

Trong nhiều hệ thống máy CT, những phép tính loga này được thực hiện như

là một cơng đoạn của q trình tích luỹ dữ liệu và dữ liệu 𝑃𝑃𝑃𝑃(𝜂𝜂 ) được truyền tới

máy tính, vì vậy phép tính loga được xem như một phần trong quá trình xử lý dữ
liệu đo và hàm 𝑃𝑃𝑃𝑃 là một phép chiếu.

Có hai phương pháp khác nhau áp dụng cho việc giải phương trình tích phân

(1.5). Trong phương pháp đầu tiên, phương trình này được viết dưới dạng rời rạc,
tức là 𝜇𝜇𝜉𝜉 = ∑ 𝜇𝜇𝑖𝑖𝑖𝑖 , từ đó phương trình này được chuyển đổi thành một hệ phương

trình đại số tuyến tính, và sau khi giải hệ phương trình này, ta được các hệ số suy
giảm tuyến tính. Một phương pháp khác được sử dụng là phương pháp gần đúng.
Một máy tính sẽ thực hiện việc tính tốn tái tạo ảnh do khối lượng các phép
tính là rất lớn. Máy tính này cần có những phần tử tính tốn đặc biệt để đáp ứng yêu

cầu giải các thuật toán CT nhanh, do đó việc xử lý tái tạo ảnh sẽ được rút ngắn thời
gian [5].


21


CHƯƠNG 2: CẤU TẠO MÁY CT SCANNER
Chương này sẽ trình bày cấu tạo của một máy chụp cắt lớp vi tính và qua đó
cũng giới thiệu một số máy CT Scanner hiện đại.

2.1. Cấu tạo cơ bản một máy CT-Scanner
Tuy đã trải qua nhiều thế hệ máy, nhiều cải tiến khác nhau, tuy nhiên một hệ
thống máy CT-Scanner thông thường đều bao gồm những thiết bị thành phần cơ
bản sau :
1. Giàn quay (GANTRY).
2. Bàn bệnh nhân (PATIENT COUCH).
3. Bàn điều khiển (CONSOLE).
4. Hệ thống máy tính (COMPUTED SYSTEM).
5. Hệ thống cao thế (HIGH TENSION GENERATOR).
6. Máy in phim LASER.
7. Các phụ kiện kèm theo: Đĩa từ, nguồn dự phòng (UPS)

Hình 2. 1. Hệ thống máy CT-Scanner thực tế.
Một cách tổng quan, một hệ thống máy CT-Scanner được thể hiện ở hình 2.1 và
hình 2.2. Do hệ thống máy CT-Scanner đã trải qua nhiều thế hệ, có nhiều cải tiến và
nhiều bước đột phá về cơng nghệ, vì vậy mỗi thế hệ có một cấu trúc, một cấu tạo
riêng. Cấu tạo của từng bộ phận theo từng thế hệ máy sẽ được trình bày ở phần các
thế hệ máy CT-Scanner. Trong phần cấu tạo chung khó có thể đi vào chi tiết.
22


Hình 2. 2. Mơ hình hệ thống máy CT-Scanner.
2.1.2. Giàn quay.

Giàn quay là khối chứa nhiều thiết bị quan trọng nhất của hệ thống máy CTScanner bao gồm các khối thiết bị sau đây (hình 2.3):
1. Ống tia X (X-ray tube).
2. Bộ lọc tia, hệ thống chuẩn trực, và đầu dò tham chiếu.
3. Hệ thống chiếu sáng bên trong.
4. Hệ thống tản nhiệt cho ống tia X.
5. Hệ thống cao thế 75 kV.
6. Động cơ quay của giàn.
7. Bộ điều khiển quay.
8. DAS – Hệ thống tích luỹ dữ liệu.
9. Hệ thống mảng đầu dò (detector).
10. Vòng trượt (Slip ring) (tuỳ thế hệ máy)
11. Bộ điều khiển kiểm soát nhiệt độ đầu dò.
12. Hệ thống nguồn cao thế 75-150 kV.
23