Máy chụp cắt lớp: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại

Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Bác sĩ chuyên khoa I Trần Công Trình - Bác sĩ Chẩn đoán hình ảnh - Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Central Park. Bác sĩ có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh.

Hiện nay, máy chụp cắt lớp vi tính được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Vậy nguyên lý hoạt động máy chụp cắt lớp vi tính như thế nào, phân loại máy chụp cắt lớp có mấy loại?

Máy chụp cắt lớp vi tính (gọi tắt là máy chụp cắt lớp, hay còn gọi là máy chụp CT scan) là thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại sử dụng tia X để chiếu xuyên qua các mô mềm bên trong cơ thể nhằm mục đích tái tạo những hình ảnh từ hình chiếu thu được.

Dưới sự hỗ trợ của các thuật toán trên máy tính, máy chụp cắt lớp sẽ tạo ra từng lớp cắt hình ảnh một cách rõ ràng, chi tiết và sắc nét nhờ độ tương phản cực cao.

Cũng sử dụng tia X giống máy chụp X quang, tuy nhiên gọi là máy chụp cắt lớp vi tính vì hệ thống đầu dò để phát tia X được tăng số dãy lên nhằm mục đích thu được nhiều hình ảnh chụp cắt lớp hơn và có độ mỏng hơn, kết hợp với phần mềm dựng hình trên máy tính để tạo ra nhiều lát cắt hình ảnh rõ nét. Hiện nay, máy chụp cắt lớp có số lát cắt từ 2, 4, 8, 16, 32, 64 cho đến 128, 256 và 512.

Tùy vào mỗi đơn vị sản xuất, máy chụp cắt lớp của mỗi hãng sẽ có tốc độ quét và độ dày của lát cắt khác nhau, cùng với phần mềm dựng hình sẽ cho ra chất lượng hình ảnh khác nhau, cụ thể:

• Tốc độ quét: Tốc độ quét càng cao nghĩa là thời gian chụp càng nhanh, người bệnh không cần nín thở lâu hoặc nhiều lần khi chụp.
• Độ dày lát cắt: Các lát cắt càng mỏng thì càng khít nhau, sẽ thu được nhiều hình ảnh hơn, rõ nét hơn, tầm soát tốt hơn vì giúp hạn chế việc bỏ sót các tổn thương.

Máy chụp cắt lớp có cấu tạo gồm các bộ phận sau:

• Bộ phận phát tia X: Bộ phận phát tia X có cấu tạo chính là bóng X quang (T - Tube) để phát ra chùm tia X mỏng có cường độ chuẩn đến các bộ phận, cơ quan trong cơ thể cần kiểm tra.
• Bộ phận xử lý: Bộ phận xử lý có cấu tạo chính là cảm biến nhạy tia X (D - Detectors) có tác dụng hấp thụ chùm tia X được phát ra từ bóng X quang xuyên qua cơ thể để tiếp nhận và xử lý hình ảnh trên hệ thống máy tính. Tùy vào mỗi máy chụp cắt lớp, chất lượng và số lượng cảm biến khác nhau sẽ cho hình ảnh khác nhau. Để bóng X quang và detectors có thể chuyển động quay được, máy còn có hệ thống khung, ray và động cơ, ...
• Hệ thống bàn: Hệ thống bàn gồm bàn nằm cho bệnh nhân, mạch điều khiển, động cơ bước. Hệ thống bàn có tác dụng di chuyển tới lui, cao thấp lệnh điều khiển của hệ thống và trung tâm xử lý.
• Hệ thống điều khiển và hiển thị hình ảnh: Hệ thống này của máy chụp cắt lớp trông giống tương đối với máy tính nhưng có tác dụng điều khiển máy chụp và quản lý, hiển thị hình ảnh thu được và xử lý, cũng như thông tin của người bệnh để các bác sĩ căn cứ vào kết quả đưa ra chẩn đoán.
• Máy in phim: Giống với các máy rửa phim số thông thường khác, hình ảnh chụp được sẽ được máy in phim ra, làm kết quả để các bác sĩ dựa vào chẩn đoán.

Nguyên lý hoạt động máy chụp cắt lớp vi tính cũng tương tự như máy chụp X quang nhưng được cải tiến hơn và được hiểu như sau:

• Người bệnh nằm trên bàn trượt và được đưa vào trong máy chụp.
• Máy phát ra chùm tia X để quét qua cơ thể và đến cơ quan, bộ phận cần được kiểm tra.
• Bộ phận tiếp nhận và xử lý tín hiệu chuyển đổi, tái tạo hình ảnh và hiển thị trên màn hình máy tính chuyên dùng trong chụp cắt lớp.

Hiện nay, máy chụp cắt lớp đã được cải tiến rất nhiều để rút ngắn thời gian chụp, đồng thời thu được hình ảnh rõ nét và chi tiết hơn, giúp chẩn đoán và tầm soát tốt hơn. Phân loại máy chụp cắt lớp qua các thế hệ đời máy dựa vào hệ thống quét, số lượng và vị trí của các cảm biến.

4.1. Máy chụp cắt lớp thế hệ 1

Máy chụp cắt lớp thế hệ 1 có đặc điểm như sau:

• Cấu trúc: Bộ thu gồm 1 đầu dò, chùm tia X phát ra hẹp và song song dạng bút chì.
• Phương thức quét: Khi phát ra tia X, bóng X quang của máy và đầu dò dịch chuyển theo hướng song song và vuông góc với chùm tia, bao phủ toàn bộ mặt phẳng lớp cắt. Toàn bộ hệ thống quét quay một góc, sau đó tiếp tục dịch chuyển song song, phát và thu tia X đều đặn trong một khoảng cách, lặp lại quá trình cho đến khi thu nhận đủ số lượng tín hiệu để tái tạo hình ảnh.

Hiện nay, máy chụp cắt lớp thế hệ 1 đã không còn được sử dụng do thời gian chụp kéo dài, bóng X-quang có công suất hạn chế, tốc độ chuyển động không cao.

4.2. Máy chụp cắt lớp thế hệ 2

Máy chụp cắt lớp thế hệ 2 có đặc điểm như sau:

• Cấu trúc: Chùm đầu dò của máy có số lượng khoảng từ 20 - 30 chiếc, được bố trí liền nhau, phát ra chùm tia quét có hình quạt.
• Phương thức quét: Khi phát ra tia X, hệ thống dịch chuyển theo hai hướng tịnh tiến và song song để sử dụng tia X hiệu quả hơn, nhiều phép chiếu hơn, số góc quay và khoảng giữa hai lần chiếu tăng lên, tổng số lần quay của hệ thống và bước quét phẳng giảm xuống. Thời gian chụp và tái tạo hình ảnh của mỗi lớp cắt mất từ 10 - 60 giây.

4.3. Máy chụp cắt lớp thế hệ thứ 3

Máy chụp cắt lớp thế hệ thứ 3 có đặc điểm sau:

• Cấu trúc: Số lượng đầu dò của máy tăng lên vài trăm cái và được bố trí cố định với bóng X quang, nằm trên vòng cung đối diện, phát ra chùm tia X hình rẻ quạt góc 30 - 60 độ.
• Phương thức quét: Khi phát ra tia X, hệ thống đo thực hiện một kiểu chuyển động quay duy nhất, đó là sẽ quay quanh đối tượng 360 độ liên tục để chụp mỗi lớp cắt. Nhờ đó, thời gian chụp cắt lớp ngắn và sử dụng tia X hiệu quả.

4.4. Máy chụp cắt lớp thế hệ thứ 4

Máy chụp cắt lớp thế hệ thứ 4 có đặc điểm như sau:

• Cấu trúc: Hệ thống đầu dò tập hợp nhiều đầu dò và bố trí trên cùng một vòng tròn quanh khoang bệnh nhân, tách biệt hoàn toàn với bóng X quang. Khi phát ra tia X, bóng X quang và đầu dò cùng thực hiện dịch chuyển và cùng quay.
• Phương thức quét: Khi phát ra tia X, bóng X quang quay tròn xung quanh bệnh nhân và phát ra chùm tia hình rẻ quạt, bao trùm toàn bộ khu vực cần chụp. Máy chụp cắt lớp thế hệ thứ 4 có thời gian chụp nhanh, chỉ mất vài giây, độ nhiễu ảnh thấp.

Máy chụp cắt lớp là thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại cho phép quan sát và tầm soát rõ cấu trúc từng lớp của bộ phận bên trong cơ thể, nhờ đó giúp phát hiện những tổn thương và bệnh lý.