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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
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 cầnánh sáng, không cần phim, chủ yếu là tự động điều khiển đo, xử lý bằng máytính. Đặc biệt trong y học, các phép chụp ảnh phổ biến hiện nay như: Chụpcắt lớp tia X, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp siêu âm thường và siêu âmDoppler… 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 lớptia 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 làlần đầu tiên con người tìm ra cách nhìn thấy được các bộ phận (xương) bên trongmà 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 mộtphương pháp không thể thiếu trong chẩn đoán y học, bệnh viện nào cũng có phòngX quang. Tuy nhiên, với nguyên tắc chụp X quang thông thường, ta thấy thông tin từảnh X quang có nhiều hạn chế. Ví du,ï chiếu chùm tia X qua bàn tay và đặttấm phim dưới bàn tay. Có thể hình dung chùm tia X gồm nhiều tia rất mảnh, mỗitia 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 quabàn 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 dođoạn 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 bìnhdọc theo đoạn đường mà tia X đã đi qua. Ảnh có được là ảnh haichiều, nhìn vết đencủa đốt xương ngón tay trên phim ta phán đoán được đốt xương có cân đối ở giữangón tay hay không; còn cao hay thấp, cong lên hay cong xuống thì không biếtđược. Nhiều trường hợp phải chụp hai, ba kiểu ảnh theo các hướng khác nhau mớixác định được vị trí một chi tiết trên ảnh. Chụp cắt lớp tia X Nhận thấy những hạnchế của cách chụp X quangthông thường, hai nhà khoahọc là A.M.Cormack vàG.N.Hounsfield (giải Nobel Yhọc năm 1979) đã tìm cáchchụp ảnh tia X sao cho đođược không chỉø mật độ vậtchất trung bình theo đường đixuyên qua vật mà là cả mật độvật chất ở từng thể tích nhỏ cỡmilimet 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 mộtmặt cắt (một lớp cắt có bề dày khoảng 1 mm), rồi căn cứ vào mật độ vật chất đođược, tô màu cho từng thể tích phần tử sẽ có được ảnh cắt lớp. Ví dụ, phần tử thểtích nào có (đo được) mật độ vật chất lớn, ta tô màu đen đậm; phần tử thể tích nàocó 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 chiềucủa vật. Nhưng làm thế nào đo được mật độ vật chất ở từng thể tích phần tử củavật? Về nguyên tắc, người ta chiếu vào vật cần nghiên cứu, ví dụ đầu người, mộttia X thật mảnh theo một hướng nhất định, rồi bố trí đêtectơ để đo, biết được tia Xchiếu theo hướng đó bị hấp thụ mạnh/yếu như thế nào, tức là biết được mật độ vậtchất tổng cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theo một hướng. Người ta lần lượtthay đổi hướng chiếu, nói cách khác là quét tia X theo những hướng khác nhau, đểlần lượt thu được mật độ vật chất tổng cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theonhững hướng khác nhau đó. Từ những số liệu thu được, người ta tính toán ra mậtđộ vật chất của từng thể tích phần tử. Muốn vậy, phải xây dựng những thuật toánphức tạp, phải thực hiện một khối lượng tính toán rất lớn, phải dùng máy tính tốcđộ cao mới thực hiện nhanh được. Vì thế, người ta đặt tên là phép chụp ảnh cắt lớpcó sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là CT (computer aided tomography haycomputed 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 ...