Chụp ct là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu chung về chụp CT

Chụp cắt lớp vi tính (Computed Tomography – CT) là kỹ thuật hình ảnh y khoa sử dụng chùm tia X quét liên tục quanh cơ thể bệnh nhân để thu dữ liệu xuyên qua các lớp mô. Công nghệ CT cho phép tái tạo ảnh cắt ngang (axial) hoặc ảnh lập thể (3D) với độ phân giải tổ chức cao, thể hiện rõ sự khác biệt về mật độ và thành phần sinh học giữa xương, mô mềm, mạch máu và khí. Độ phân giải không gian của CT có thể đạt đến dưới 0,5 mm, đáp ứng nhu cầu chẩn đoán chi tiết tổn thương nhỏ.

Thiết bị CT hiện đại bao gồm nguồn tia X công suất cao, bộ đầu dò (detector) cảm biến đa hàng (multi-slice), hệ thống máy tính hiệu năng lớn và phần mềm tái tạo ảnh. Trong mỗi vòng quay, nguồn tia X phát chùm tia hình nêm qua vùng khảo sát, detector thu tín hiệu suy giảm cường độ tia X sau khi đi qua mô, chuyển đổi thành tín hiệu số. Hệ thống máy tính sử dụng dữ liệu này để tính toán ma trận giá trị suy giảm μ(x,y) và tạo ảnh lát cắt thể hiện cường độ hấp thu khác biệt giữa các cấu trúc.

CT đóng vai trò quan trọng trong chẩn đoán ung thư, tai biến mạch máu não, chấn thương sọ não, bệnh lý phổi và tim mạch. Khả năng quét nhanh (giảm chuyển động bệnh nhân) và tái tạo ba chiều hỗ trợ lập kế hoạch phẫu thuật, định vị tổn thương và theo dõi đáp ứng điều trị. Ví dụ, CT ngực độ liều thấp dùng sàng lọc ung thư phổi có thể phát hiện nốt phổi nhỏ <5 mm, giúp tăng khả năng điều trị kịp thời.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cơ bản của CT dựa trên đo giá trị suy giảm cường độ tia X trong mô theo định luật Beer–Lambert: cường độ I sau khi đi qua vật liệu có độ dày d và hệ số suy giảm μ thỏa mãn $I=I_0e^{-\mu d}$. Bằng cách thay đổi góc chiếu và đo nhiều đường đi qua mô, ta thu được dữ liệu suy giảm p_θ(t) với θ là góc quay và t là vị trí detector.

Tái tạo ảnh sử dụng biến đổi Radon đảo ngược, trong đó mỗi giá trị p_θ(t) tương ứng một tích phân dọc đường thẳng. Kỹ thuật Filtered Back Projection (FBP) áp dụng phép lọc tần số trên dữ liệu p_θ(t) trước khi thực hiện back projection, giúp loại bỏ artefact và tăng độ sắc nét. Công thức tổng quát:

$f(x,y)=\int_{0}^{\pi}[p_\theta(t)\ast h(t)]\,d\theta$ trong đó h(t) là bộ lọc Ramp hoặc Shepp–Logan.

Trong quá trình quét, bệnh nhân nằm cố định trên bàn trượt chuyển động đồng bộ với đầu quét để chùm tia X phủ khắp vùng khảo sát liên tục. Thiết bị CT đa dãy (MDCT) sử dụng detector nhiều hàng cho phép thu đồng thời nhiều lát cắt, tăng tốc độ quét và giảm artefact do chuyển động.

Các kiểu chụp CT

• CT liều thấp (Low-dose CT): điều chỉnh điện áp (80–100 kVp) và dòng điện (mAs thấp) để giảm liều bức xạ, chủ yếu dùng sàng lọc ung thư phổi và theo dõi chuyển đổi nốt phổi. Chất lượng ảnh được duy trì bằng thuật toán tái tạo giảm nhiễu.
• CT đa dãy (Multi-detector CT, MDCT): sử dụng detector 16–320 hàng, cho phép quét toàn bộ khoang ngực hoặc bụng trong vài giây, tạo ảnh 3D chính xác. Ứng dụng nổi bật là CT mạch vành (CCTA) đánh giá tắc nghẽn mạch vành với độ phân giải không gian 0,3 mm.
• Helical/Spiral CT: bàn trượt chuyển động liên tục trong khi đầu tia X quay liên tục, tạo dữ liệu dạng xoắn ốc. Helical CT giảm artefact chuyển động, cho phép quét nhanh vùng dài (từ cổ đến bụng) trong một chu kỳ hít vào duy nhất.
• SPECT/CT và PET/CT: kết hợp CT với chụp cắt lớp phát xạ phóng xạ (Single-Photon Emission Computed Tomography hoặc Positron Emission Tomography) để đồng thời thu dữ liệu cấu trúc và chức năng. Thông tin PET/CT hỗ trợ xác định vị trí và mức độ chuyển hóa khối u.

Thuật toán tái tạo ảnh

Hai thuật toán chính dùng trong CT là Filtered Back Projection (FBP) và Iterative Reconstruction (IR). FBP nhanh, dễ triển khai nhưng nhạy cảm với nhiễu hạt (quantum noise) và artefact do beam hardening. IR cải thiện chất lượng ảnh và giảm liều bằng cách lặp lại ước tính ảnh, so sánh với dữ liệu thu thô và điều chỉnh biên bằng mô hình thống kê.

Thuật toán	Đặc điểm	Ưu điểm	Nhược điểm
Filtered Back Projection	FBP sử dụng phép lọc nhanh và back projection	Thời gian tái tạo ngắn, tính toán đơn giản	Nhiễu cao, dễ có artefact
Iterative Reconstruction	IR so sánh lặp dữ liệu thô với mô hình ảnh	Giảm nhiễu, giảm liều bức xạ	Tốn thời gian tính toán, yêu cầu phần cứng mạnh

Phiên bản IR thế hệ mới như Model-Based IR và Deep Learning IR sử dụng mô hình vật lý chi tiết và mạng nơ-ron sâu để tăng tốc độ tái tạo và cải thiện chất lượng hơn nữa, cho phép giữ chi tiết mô mềm dù giảm liều đến 50–70%.

Liều bức xạ và an toàn

Liều bức xạ trong chụp CT được đo bằng đơn vị millisievert (mSv), phụ thuộc vào điện áp ống tia X (kVp), dòng điện (mAs), độ dài vùng quét và thuật toán tái tạo. Ví dụ CT ngực tiêu chuẩn có liều khoảng 7–8 mSv, trong khi CT liều thấp sàng lọc ung thư phổi giảm xuống còn 1–2 mSv bằng cách hạ xuống 80–100 kVp và dùng Iterative Reconstruction để bù nhiễu (NCBI).

Nguyên tắc ALARA (As Low As Reasonably Achievable) do FDA và ICRP khuyến nghị yêu cầu kỹ thuật viên phải tối ưu thông số để giữ mức liều thấp nhất có thể mà vẫn đảm bảo chất lượng ảnh. Đối với trẻ em và phụ nữ mang thai, nên cân nhắc chỉ định thay thế bằng MRI hoặc siêu âm để tránh nguy cơ bức xạ lên mô nhạy cảm.

Loại CT	Khoảng liều (mSv)	Phân loại
CT ngực tiêu chuẩn	7–8	liều trung bình
CT liều thấp	1–2	liều thấp
CT bụng – chậu	8–10	liều trung bình cao

Chất cản quang trong CT

Chất cản quang iodinated dạng tan nước (như iohexol, iopamidol) tăng hấp thu tia X nhờ số hiệu nguyên tử cao của iod, giúp phân biệt mạch máu, nhu mô và tổn thương khối u. Liều khuyến cáo thường 1–2 mL/kg, tiêm tĩnh mạch với tốc độ 2–5 mL/s, theo dõi chức năng thận và tránh suy thận cấp sau tiêm (RadiologyInfo).

CT động mạch vành (CCTA) sử dụng liều cản quang pha động mạch để đánh giá mức độ tắc hẹp động mạch. Pha muộn (late phase) quét sau 3–5 phút hỗ trợ phân biệt mô hoại tử và xơ vữa dưới lớp vôi hóa.

• Phương pháp tiêm bolus: đánh giá pha động nhanh.
• Phương pháp infusion: duy trì nồng độ cản quang ổn định.

Ứng dụng lâm sàng chính

• Chấn thương cấp: đánh giá xuất huyết nội sọ, gãy xương phức tạp, tổn thương tạng đặc (AAEM).
• Ung thư: định vị khối u, giai đoạn hóa trị, đánh giá tái phát; CT mô phỏng dùng trong lập kế hoạch xạ trị.
• Tim mạch: CT động mạch vành, đánh giá mạch ngoại biên, khảo sát phình động mạch chủ.
• Tiêu hóa – Tiết niệu: CT đại tràng ảo, nhìn rõ polyp ruột già; CT niệu quản khảo sát sỏi thận.

CT mạch máu (CT angiography) cho phép khảo sát mạch não, mạch phổi và mạch ngoại vi, hỗ trợ can thiệp mạch máu ít xâm lấn.

Hạn chế và artefact

CT thường kém phân biệt mô mềm so với MRI, rủi ro bức xạ và phản ứng thuốc cản quang. Artefact phổ biến gồm:

• Beam hardening: vệt xám quanh vật liệu đậm đặc (xương, kim loại).
• Streak artefact kim loại: do implant, răng sắt gây nhiễu sọc.
• Motion artefact: mờ do bệnh nhân chuyển động, đặc biệt ở trẻ em và bệnh nhân đau.

Các giải pháp giảm artefact bao gồm tăng điện áp, dùng thuật toán khử metal artefact và hướng dẫn bệnh nhân thở nín hay gây mê nhẹ.

Tiêu chuẩn và hướng dẫn vận hành

• ACR–SPR Practice Parameter for Adult CT Angiography: khuyến nghị quy trình, liều và kỹ thuật chụp (ACR).
• IEC 60601–2–44: yêu cầu an toàn thiết bị CT, bảo vệ bệnh nhân và nhân viên.
• WHO Guidelines on Use of Medical Imaging: nguyên tắc lựa chọn kỹ thuật hình ảnh phù hợp.

Tương lai và công nghệ mới

Photon-counting CT sử dụng detector đếm photon đơn lẻ, cho độ phân giải quang phổ năng lượng cao, giảm nhiễu và liều bức xạ. Công nghệ này hứa hẹn phân biệt vật liệu và cản quang đa pha chính xác hơn (PMC).

AI tích hợp hỗ trợ tự động phân đoạn mô, định lượng khối u, phát hiện bất thường và tối ưu liều. Deep learning tái tạo ảnh thế hệ mới giảm artefact và cải thiện chất lượng mô mềm ngay cả ở liều thấp.

Tài liệu tham khảo

• Hounsfield, G. N. (1973). “Computed Medical Imaging.” Science, 220(4604), 117–134.
• Kalender, W. A. (2011). Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications. Publicis.
• McCollough, C. H., et al. (2015). “Strategies for Reducing Radiation Dose in CT.” Radiology, 276(1), 89–113.
• FDA. (2020). “Medical Imaging.” fda.gov.
• ICRP. (2007). “The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection.” ICRP Publication 103.
• RadiologyInfo. (n.d.). “CT Scan.” radiologyinfo.org.
• NCBI. (2010). “Low-Dose CT for Lung Cancer Screening.” PMC.
• PMC. (2020). “Photon-Counting CT: Technical Background and Clinical Prospects.” PMC.