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) : chùm tia X truyền qua

I0 : chùm tia X tới

µ : hệ số tắt dần

x : 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 tăngliều 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 xạgóp 50-90% lượng tia X tới đầu đo)

• Lớp tổ chức mỏng (nhũ ảnh): E nhỏđộ 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: tiêu hóa

• Iodine: 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: số CT = 0

Mỡ: số CT < 0

Còn lại: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