Máy chụp CT (cắt lớp vi tính): Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Máy chụp CT đang được ứng dụng rộng rãi tại các cơ sở y tế. Thông qua hình ảnh chụp CT, bác sĩ có thể chẩn đoán và đưa ra phác đồ điều trị hiệu quả với từng trường hợp người bệnh. Vậy máy chụp cắt lớp vi tính có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào?

Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Ths Nguyễn Hoàng Vũ – Trung tâm Chẩn đoán Hình ảnh & Điện quang Can thiệp, Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh TP.HCM

Hiện có nhiều loại máy CT scanner khác nhau, mỗi loại có các ưu điểm riêng. Tùy vào nhu cầu thăm khám, điều trị, người bệnh có thể được bác sĩ chỉ định loại máy phù hợp.

Máy chụp CT là gì?

Máy chụp CT (máy chụp cắt lớp vi tính hay máy CT scanner) là thiết bị chẩn đoán hình ảnh dùng tia X chiếu xuyên qua những mô mềm trong cơ thể nhằm tái tạo các hình ảnh từ hình chiếu thu được. Bằng những thuật toán đã được cài đặt sẵn, máy chụp CT tạo ra từng lớp cắt hình ảnh một cách chi tiết, rõ ràng, sắc nét cùng độ tương phản cực cao.

Sở dĩ có tên máy chụp cắt lớp vi tính vì hệ thống dãy đầu dò nhận tia X được gia tăng số dãy nhằm mục đích tạo độ dày của lát cắt mỏng hơn, kết hợp với phần mềm dựng hình trên máy tính để cho ra nhiều hình ảnh chi tiết, rõ nét.

Máy chụp CT có nhiều loại từ 1 cho đến đa lát cắt. So với máy 1 lát cắt, máy đa lát cắt được gia tăng số dãy đầu dò nhận tia X trong hệ thống nhận tia ‘Detectors’. Nhờ đó trong cùng một thời gian chụp, máy chụp CT đa lát cắt có khả năng cho ra nhiều lát cắt với độ dày lát cắt mỏng, gia tăng số lượng hình ảnh. Tùy vào tốc độ quét và độ dày lát cắt mà từng loại máy chụp CT sẽ có những ưu thế về phần mềm dựng hình, chất lượng hình ảnh khác nhau:

• Tốc độ quét càng cao thì thời gian chụp càng nhanh. Điều này giúp người bệnh không phải nhịn thở lâu hay nhiều lần trong lúc chụp. Người bệnh cũng không cần nằm bất động lâu khi thực hiện kỹ thuật chụp CT.
• Lát cắt càng mỏng, càng khít nhau thì càng thu được nhiều hình ảnh, tránh bỏ sót các tổn thương, nâng cao hiệu quả tầm soát. Điều này giúp cho việc tái tạo hình ảnh những cơ quan trong cơ thể trở nên sắc nét, rõ ràng hơn.

Cấu tạo máy chụp cắt lớp vi tính

Hầu hết máy chụp CT đều có chung cấu tạo về phần cứng tổng quát, bao gồm:(1)

• T (Tube) – bóng X-quang: Bóng này có chức năng phát ra tia X với những chùm tia mỏng, cường độ tia chuẩn hơn nhiều so với bóng thông thường.
• D (Detectors) – cảm biến nhạy tia X: Bộ phận này có tác dụng cảm nhận mức độ hấp thụ của chùm tia X-quang phát ra từ bóng. Tùy vào chất lượng và số lượng của các cảm biến, hình ảnh từ máy chụp cắt lớp vi tính sẽ khác nhau.
• Hệ thống động cơ, khung, ray…: Đây là bộ phận có vai trò tạo chuyển động quay cho bóng X-quang và detectors.
• Hệ thống bàn: Bao gồm bàn cho người bệnh nằm, mạch điều khiển, động cơ bước (step motor)… với chức năng tiến lùi, dịch chuyển cao thấp theo chế độ điều khiển của trung tâm xử lý.
• Hệ thống hiển thị hình ảnh, điều khiển: Hình dáng ngoài khá giống với hệ thống máy tính thông thường, thế nhưng lại là nơi chứa bộ điều khiển cho máy chụp. Hệ thống hiển thị hình ảnh, điều khiển cũng quản lý mọi tín hiệu hình ảnh và thông tin của người bệnh.
• Máy rửa phim: Cơ chế hoạt động của máy này giống với hầu hết các loại máy rửa phim thông thường.

Nguyên lý hoạt động của máy chụp CT

Hoạt động của máy chụp CT tuân theo nguyên lý sau đây:(2)

• Bóng X-quang phát chùm tia có sự cố định về độ dày và cường độ
• Chùm tia này được hấp thụ một phần hay toàn phần khi đi qua cơ thể. Cảm biến có trên dãy detectors định hướng được sự hấp thụ đó.
• Tín hiệu từ cảm biến được chuyển về bộ phận xử lý ảnh, tiếp đó được số hóa thông qua thuật toán được cài đặt sẵn để cho ra hình ảnh hiển thị trên màn hình của máy tính.

Phân loại máy chụp cắt lớp vi tính

Đến nay, đã có nhiều thế hệ máy chụp CT được sản xuất, ứng dụng vào y học với nhiều cải tiến trong hệ thống quét nhằm giúp làm giảm thời gian tạo ảnh. Những thế hệ máy CT scanner này đều có các ưu nhược điểm riêng, thường khác nhau về số lượng, cách bố trí cảm biến.

1. Máy chụp cắt lớp thế hệ 1

Một số thông tin về máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ 1:

• Bộ thu: 1 đầu dò, chùm tia X hẹp, song song dạng bút chì.
• Phương thức quét: Bóng X-quang cùng đầu dò dịch chuyển song song vuông góc với chùm tia, bao trùm lấy toàn bộ mặt phẳng lớp cắt. Toàn bộ hệ thống quay một góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song, tia X đều đặn phát và thu trong một khoảng cách. Quá trình này lặp lại cho đến khi đủ số lượng tín hiệu để tiến hành tái tạo ảnh.

Hiện nay, máy chụp CT thế hệ 1 hầu như không còn được ứng dụng vì thời gian chụp quá dài, máy không thể chuyển động với vận tốc cao và công suất của bóng X-quang có nhiều điểm hạn chế.

2. Máy chụp cắt lớp thế hệ 2

Một số thông tin về máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ 2:

• Cấu trúc: Dùng 1 chùm đầu dò khoảng 20 – 30 chiếc được bố trí liền kề nhau, chùm tia quét có hình quạt.
• Phương pháp quét: Hệ thống đo thực hiện hai loại dịch chuyển, bao gồm: song song và tịnh tiến để giúp nguồn bức xạ tia X được dùng hiệu quả hơn, thực hiện được nhiều phép chiếu, gia tăng góc quay cũng như khoảng cách giữa hai lần chiếu, làm giảm tổng số lần quay của hệ thống đo, bước quét phẳng. Thời gian để tạo ảnh cho mỗi lớp cắt rơi vào khoảng 10 – 60 giây.

3. Máy chụp cắt lớp thế hệ 3

Một số thông tin về máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ 3:

• Cấu trúc: Số lượng đầu dò gia tăng lên vài chục hoặc vài trăm, những đầu dò được bố trí trên một vòng cung đối diện, gắn cố định với bóng X-quang, cùng thực hiện chuyển động quay. Chùm tia X phát ra dạng hình rẻ quạt theo góc 30 – 60 độ.
• Phương pháp quét: Mỗi lớp cắt hệ thống đo quay quanh đối tượng với góc 360 độ. Hệ thống chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay liên tục, giúp rút ngắn thời gian chụp xuống chỉ vài giây và tối ưu hóa liều tia X.

4. Máy chụp cắt lớp thế hệ 4

Một số thông tin về máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ 4:

• Cấu trúc: Hệ thống đầu dò hoàn toàn tách biệt với bóng X-quang. Vì hệ thống đầu dò là tập hợp của nhiều đầu dò cùng được bố trí trên một vòng tròn quanh khoang người bệnh.
• Phương pháp quét: Chỉ có bóng X-quang quay tròn xung quanh người bệnh để phát ra chùm tia hình rẻ quạt bao phủ vùng cần tiến hành chụp.

Loại máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ thứ 4 có thời gian chụp ngắn trong khoảng vài giây và không bị nhiễu ảnh như máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ thứ 3. Thế nhưng hiện dòng máy chụp cắt lớp vi tính thế hệ thứ 4 chỉ được vài hãng sản xuất nên ít được dùng.

Các loại máy chụp CT scanner lát cắt

Dưới đây là các loại máy chụp CT scanner lát cắt điển hình:

1. Máy CT scanner 2 lát cắt

Máy chụp CT 2 lát cắt mang đến hình ảnh chất lượng, giảm liều tia X đến cơ thể người bệnh. Nhìn chung, hệ thống máy bao gồm: cảm biến 2 dãy thu nhận 2 lát cắt/vòng quay, vòng trượt điện áp thấp và khung máy chính, bóng tia X, máy phát hiệu điện thế và tần số cao, mạng hình ảnh, in phim và lưu trữ… Ở một số dòng máy chụp CT 2 lát cắt, vòng trượt xoay liên tục quanh người bệnh bao gồm máy phát, đầu dò, bóng phát tia và hệ thống thu thập số liệu.

Ngày nay, các máy chụp cắt lớp vi tính 2 lát cắt được thiết kế nhỏ gọn hơn, kiểm soát được liều tia tối ưu và có giao thức quét liều thấp phù hợp với trẻ em. Những dòng máy chụp CT 2 lát cắt hiện đại cho ra hình ảnh có chất lượng được nâng cao, phát hiện những cấu trúc giải phẫu nhỏ.

2. Máy CT scanner 32 lát cắt

Các máy chụp cắt lớp vi tính 32 lát cắt ngày nay là dòng máy có những thiết kế mới từ phần cứng cho đến công nghệ xử lý hình ảnh, giao diện sử dụng… Nhìn chung, hệ thống máy bao gồm: khoang máy, đầu thu, bóng phát tia X, bộ phát cao thế, bàn người bệnh, bộ điều khiển, tái tạo, xử lý, hiển thị hình ảnh…

Máy chụp CT 32 lát cắt được ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng, giúp bác sĩ phát hiện bệnh lý ở sọ não, mô mềm, xương, chậu, bụng, đầu mặt cổ ngực, mạch máu chi, mạch máu não, mạch máu tạng… Các máy chụp CT 32 lát cắt hiện đại có những chức năng như: giảm liều trong quá trình quét, tái tạo và xử lý ảnh 3D, theo dõi và báo cáo liều tia, có thể chụp cho trẻ nhỏ, chụp xóa xương tự động, chụp nha khoa toàn hàm…

3. Máy CT scanner 64 lát cắt

Máy chụp cắt lớp vi tính 64 lát cắt có liều bức xạ an toàn với 64 dãy đầu dò. Máy có tính năng tự động giảm liều tia, phát sinh ít bức xạ, quá đó làm giảm đáng kể liều tia trên người bệnh. Hệ thống đầu thu bao gồm 64 dãy thể rắn, độ bao phủ của đầu thu rộng 40 mm. Vòng quay nhanh nhất khoảng 0,35 giây/vòng và độ dày lát cắt mỏng nhất là 0,625 mm.

Trong một vòng quay, máy chụp CT 64 dãy thu được cùng lúc 64 lát cắt với tốc độ 0,35 giây/vòng quay giúp rút ngắn thời gian chụp, giảm thời gian người bệnh cần nín thở khi chụp. Chỉ trong vòng 5 nhịp tim, máy có thể cung cấp hình ảnh chụp CT cho việc khảo sát động mạch vành, cơ tim và các buồng tim. Máy giúp khảo sát toàn bộ cơ thể (từ đầu đến chân) khi bị chấn thương trong vòng 10 giây. Với phần mềm khảo sát tưới máu, máy chụp cắt lớp vi tính 64 lát cắt có khả năng cung cấp dữ liệu để đánh giá ung thư nguyên phát, tầm soát sự di căn của khối u, theo dõi hiệu quả chữa trị…

4. Máy CT scanner 128 lát cắt

Máy chụp CT 128 lát cắt có khả năng thu nhận cùng lúc 128 lát cắt trong khoảng thời gian chụp ngắn. Máy chụp cắt lớp vi tính 128 lát cắt chuyển động một vòng quay mất chưa đến ⅓ giây nên rút ngắn đáng kể thời gian thăm khám. Máy cũng có khả năng thu nhận và xử lý hình ảnh mạnh và nhanh chóng. Trung bình chỉ mất khoảng vài phút để hoàn thành quy trình chụp CT 128 lát cắt. Ứng dụng máy chụp CT 128 lát cắt giúp bác sĩ chẩn đoán được một số bệnh lý liên quan đến vùng đầu mặt cổ, sọ xoang, thần kinh, mạch máu tạng, tim, chi, ngực, xương khớp, vùng bụng chậu, mô mềm, ung thư…

5. Máy CT scanner 512 lát cắt

Nhìn chung, hệ thống máy chính của máy chụp CT 512 lát cắt gồm có khoang máy, hệ thống đầu thu, bộ phát cao thế, bóng X-quang, các thông số chụp/quét và chất lượng hình ảnh, bàn người bệnh, trạm làm việc độc lập – máy chủ xử lý ảnh, hệ thống điều khiển, vận hành, tái tạo và xử lý hình máy chính. Máy có các ứng dụng chụp tổng quát, phần mềm/chức năng xử lý ảnh nâng cao, thiết bị phụ trợ.

Máy chụp CT 512 lát cắt có thời gian chụp rất nhanh mà vẫn cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao, sắc nét… giúp bác sĩ dễ dàng phát hiện những bệnh lý phức tạp. Máy được ứng dụng trong chẩn đoán, chữa trị các bệnh tim mạch, cơ xương khớp, thần kinh, những bệnh lý trong lồng ngực, ổ bụng, ung thư…

6. Máy CT scanner 768 lát cắt

Máy chụp CT 768 lát cắt có khả năng tái tạo 768 lát cắt, giúp bác sĩ đánh giá những vấn đề, tổn thương nhỏ nhất mà các máy chụp CT thông thường không phát hiện được. Hệ thống Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh đang ứng dụng máy chụp CT 768 lát cắt có tốc độ chụp lên đến 458 mm/giây, độ phân giải thời gian vật lý ở mức 75 ms. Máy chụp cắt lớp CT 768 lát cắt còn được trang bị bộ lọc tia Tin filter giúp làm giảm liều tia X ảnh hưởng đến cơ thể. Liều bức xạ hiệu quả là khoảng 1 – 1,5 millisieverts. Đây là liều bức xạ thấp hơn liều bức xạ nền mà người bình thường nhận được trong 6 tháng.

Hệ thống máy chụp cắt lớp vi tính 768 lát cắt có thể được ứng dụng trong việc đánh giá các bệnh lý tim mạch, nhi khoa, ung thư, hô hấp… Khi có nhu cầu chụp CT để tầm soát những vấn đề sức khỏe bất thường, người bệnh có thể đến Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh thăm khám. Tùy vào tình hình sức khỏe, bác sĩ có thể chỉ định kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh phù hợp, trong đó có chụp CT 768 lát cắt.

7. Máy CT scanner 1975 lát cắt

Máy chụp CT 1975 lát cắt là hệ thống chụp cắt lớp vi tính rất cao cấp, có số lượng lát cắt lớn nhất trên thế giới (cụ thể là 1975 lát cắt), có tốc độ chụp nhanh nhất thế giới (cụ thể là 0,23 giây/độ phân giải thời gian 19,5 mili giây). Máy chụp CT 1975 lát cắt ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) cao nhất thế giới, giúp bác sĩ phân biệt, phát hiện sớm và nhanh chóng các tổn thương siêu nhỏ (chỉ 0,23 mm), mô tả được đặc điểm của mô, tổn thương, làm giảm xảo ảnh kim loại trên những cơ quan và trường hợp ứng dụng lâm sàng khác nhau.

Hệ thống máy chụp CT 1975 lát cắt có độ bao phủ đầu thu 16 cm (ở mỗi vòng quay có thể thu hình được 16 cm theo chiều dọc của cơ thể). Điều này giúp nhanh chóng thu hình một vùng rộng của cơ thể, bất kể tình trạng của người bệnh có thể gây cản trở (chẳng hạn như người bệnh bị béo phì mức độ nặng). Máy còn có khả năng làm giảm liều xạ lên đến 96%, đảm bảo mức độ cao nhất cho người bệnh (kể cả trẻ em). Hệ thống Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh là cơ sở y tế đầu tiên ở Việt Nam và khu vực Đông Nam Á sở hữu máy chụp CT 1975 lát cắt.

Để đặt lịch thăm khám, điều trị bệnh tại Hệ thống Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh, Quý khách vui lòng liên hệ:

Máy chụp CT là thiết bị hiện đại, có công dụng hữu ích trong việc chẩn đoán, chữa trị nhiều bệnh lý. Người bệnh nên chụp CT ở cơ sở y tế uy tín để nhận được kết quả chính xác, đảm bảo an toàn và chẩn đoán đúng bệnh.