1

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT SPECT/ CT TRÊN
CƠ SỞ THIẾT BỊ CT CÔNG NGHIỆP MỘT NGUỒN - MỘT ĐẦU DÒ
QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

PHẠM VĂN ĐẠO, ĐẶNG NGUYÊN TUẤN, ĐẶNG NGUYỄN THẾ DUY,
BÙI TRỌNG DUY, PHAN QUỐC MINH
Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật Hạt nhân trong Công nghiệp. 13 Đinh Tiên Hoàng, Đà Lạt, Lâm Đồng.
E-mail: [email protected]

Tóm tắt: Đề tài “Nghiên cứu phát triển kỹ thuật SPECT/CT trên cơ sở thiết bị CT công nghiệp
một nguồn – 1 đầu dò quy mô phòng thí nghiệm” là nghiên cứu tiếp sau đề tài “Nghiên cứu chế
tạo thử nghiệm thiết bị CT công nghiệp loại 1 nguồn – 1 đầu dò quy mô phòng thí nghiệm”. Đề
tài được đặt ra với mục tiêu chính là nghiên cứu tiếp cận kỹ thuật SPECT phục vụ hướng nghiên
cứu về hình ảnh hạt nhân của Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp, xây
dựng cấu hình thiết bị và phần mềm tái tạo hình ảnh SPECT/CT. Với mức độ và kinh phí của đề
tài, sản phẩm của đề tài được đặt ra là một cấu hình thiết bị SPECT (2 đầu dò) kết hợp CT (1
nguồn - 1 đầu dò) có thể chụp ảnh SPECT/CT ở trạng thái tĩnh. Hình ảnh SPECT/CT được tái tạo
bằng 3 phương pháp là Chiếu ngược có lọc (FBP), Đại số (ART) và Tối đa hóa kỳ vọng (EM).
Hình ảnh SPECT được hiệu chỉnh hấp thụ thông qua hệ số hấp thụ tuyến tính từ hình ảnh CT
được ứng dụng với thuật toán Đại số (ART).

Keywords: SPECT/CT, SPECT, chuẩn đoán hình ảnh
I. GIỚI THIỆU
Kỹ thuật SPECT/CT là sự kết hợp giữa hai kỹ thuật tái tạo hình ảnh SPECT (Single
Photon Emission Computed Tomography) và CT (Computed Tomography). Do những đặc tính
ưu việt của kỹ thuật này nên chúng đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi không những
trong y học mà còn trong các ngành khác như công nghiệp, sinh học, nghiên cứu khoa học …
Mỗi kỹ thuật có những ưu điểm riêng và mục đích sử dụng khác nhau, trong khi CT cung cấp

ứng. Các tín hiệu này là cơ sở để tái tạo hình ảnh trên máy tính thông qua phần mềm được hỗ trợ
các thuật toán về ma trận.
Đối với CT
Xét trường hợp một chùm bức xạ có
cường độ ban đầu I
0
thì cường độ chùm bức
xạ sau khi đi qua đối tượng như sau:


 dsyxf
eII
),(
0
(1)

Với s là quãng đường chùm bức xạ đi
qua trong đối tượng tại vi trí có hệ số hấp thụ
f(x,y). Tổng tia (ray sum) tại t
1
được cho bởi
công thức:









)(),(
1
tPyxf



(4)
Hình 2: Vật thể f(x,y) và hình chiếu của nó P

(t
1
)
tại góc xoay
Hình
1
:

Nguyên
lý c
ủa chụp cắt lớp điện toán CT,
SPECT 3
Hình ảnh tái tạo là tập hợp các giá trị của f(x,y, các giá trị này thu được từ áp dụng thuật
toán tái tạo hình ảnh với tập hợp các số liệu đo
)(tP

θ
(t) sẽ thấp hơn so với hình chiếu lý tưởng P
θ
(t), sự suy giảm
này phụ thuộc chủ yếu vào mật độ vật chất giữa nguồn phát và đầu dò bức xạ. Mức độ hấp thụ có
thể định tính bằng một hệ số truyền qua TF(t’,s’,

) là một phần của các bức xạ truyền qua một độ
dày có hệ số hấp thụ không đồng nhất tại góc xoay

. Hệ số này được tính toán như sau:
 











,
,,,,,
),exp),,(
s
dsstfstTF



Sự ảnh hưởng của hấp thụ đến
hình ảnh SPECT

4
1
1
,,,,
),,(
1
),(










M
i
i
stTF
M
yxC


(6)
Với M là số góc chiếu

exp.),(
1 1
 
 




















(7)
Phương pháp tái tạo và hiệu chỉnh hình ảnh SPECT bằng thuật toán đại số (ART) được
thực hiện như sau:
 Bước 1: Ước đoán giá trị C
jk_old
(ban đầu)

1 1
_

(8)
 Bước 3: Tính phân bố nguồn dựa trên công thức tái tạo đại số

   
jk
q
k
jk
ttAS
z
oldjk
z
newjk
W
W
PP
CC
j

1
2
_
1
_




thuật SPECT phục vụ hướng nghiên cứu về
hình ảnh hạt nhân của Trung tâm Ứng dụng kỹ
thuật hạt nhân trong công nghiệp, xây dựng cấu
hình thiết bị và phần mềm tái tạo hình ảnh
SPECT, dựa trên thiết bị CT cấu hình 1 nguồn
– 1 đầu dò của đề tài cấp cơ sở năm 2008, sản
phẩm của đề tài theo thuyết minh được kỳ vọng
như sau:
Cấu hình CT:
- Nguồn phóng xạ: Cs-137, hoạt độ 20 -
50mCi
- Dectector NaI(Tl) kích thước 1,5 x 1,5 inch (1
detector)
- Kích thước hình ảnh tối đa: 256 x 256 pixel
- Đường kính vật thể tối đa: 600 mm
- Dải mật độ: 0 – 7.8g/cm
3

- Tốc độ chụp/lát cắt/vật thể lớn nhất: 3 giờ
Cấu hình SPECT:
Được sử dụng chung phần cứng cơ khí
với cấu hình CT (chỉ cần xoay một góc 180
0
),
cấu hình SPECT (đo vật thể trên toàn bộ 360
0
)
không cần nguồn phóng xạ, thay vào đó là một
detector khác cho phép thiết bị chỉ cần xoay 180
0

ình
7:

Phantom
th
ử nghiệm SPECT/CT2. Kết quả thực nghiệm
a. Thí nghiệm 1
Thử nghiệm chụp ảnh SPECT/CT đầu
tiên được thực hiện trên một phantom với cấu
trúc như hình 7. Bên trong có 2 ống PVC nhỏ
hơn, độ dày của hai ống PVC nhỏ là 2 mm
Kết quả
Phantom được chụp cắt lớp CT với
nguồn Cs-137 hoạt độ 20mCi. Có 64 hình
chiếu và 121 phép đo/ hình chiếu, bước dịch
chuyển 1mm/ phép đo, góc xoay 2.815
0
/ hình
chiếu (viết tắt: 64x121, 1mm, 2.815
0
). Hình
8(a) bên dưới là hình ảnh CT tái tạo của
phantom.
Sau khi kết thúc việc chụp ảnh CT, 200Ci hòa tan trong 100 ml nước được rót đầy vào
hai ống nhựa PVC nhỏ. Sau đó chụp ảnh SPECT của phantom với phép đo (64x121, 1mm,
2.815
0

vào, phóng xạ sẽ có phân bố không đồng đều trong nước chiếm chỗ trong ống nhựa ABS chứa đá
granite. Phantom sau đó được chụp ảnh SPECT với phép đo (128x256, 1mm, 1.4
0
) với mỗi đầu
dò. Hình ảnh SPECT sau khi tái tạo bằng thuật toán EM thì được hiệu chỉnh hấp thụ bằng các giá
trị hấp thụ tuyến tính từ hình ảnh CT. Hình 10(b) và hình 10(c) là hình ảnh SPECT tái tạo bằng
thuật toán EM trước và sau khi hiệu chỉnh hấp thụ. Hình 11 biểu diễn hình ảnh kết hợp
SPECT/CT.
Hình 9: Hình ảnh SPECT/CT với SPECT đã được hiệu chỉnh hấp thụ.
Hình
10
:

(a) Hình
ảnh
CT tái t
ạo bằng thuật toán EM
, (b) và (c) Hình
ảnh SPECT
trư
ớc v
à sau khi hi
ệu chỉnh hấp thụ8
IV. KẾT LUẬN
Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp cơ sở “Nghiên cứu phát triển kỹ
thuật SPECT/CT trên cơ sở thiết bị CT công nghiệp một nguồn – 1 đầu dò quy mô phòng thí
nghiệm” đã tiếp cận và ứng dụng được kỹ thuật SPECT trong việc xác định phân bố chất đánh

2008; 36:1–10.
[5] Báo cáo đề tài CS/10/06-01: Nghiên cứu phát triển kỹ thuật SPECT/CT trên cơ sở thiết bị CT công
nghiệp một nguồn – một detector quy mô phòng thí nghiệm
10
RESEARCH FOR DEVELOPING CT/SPECT TECHNQUE UTILIZING
THE LAB-SCALED OF INDUSTRIAL ONE SOURCE – ONE
DECTECTOR CT SYSTEM.

PHAM VAN DAO, DANG NGUYEN TUAN, DANG NGUYEN THE DUY, BUI TRONG
DUY, PHAN QUOC MINH
Center for Applications of Nuclear Technique in Industry. 13 Dinh Tien Hoang, Da Lat, Lam Dong.
E-mail: [email protected]

Abstract: The “Research for developing CT/SPECT technique utilizing the lab-scaled of industrial
one source – one detector CT system” is the continued project following the “Design and
fabrication of a lab-scaled of industrial one source – one detector CT system”. The main aim of this
project is to approach the SPECT technique for the development of the imaging technique research
in the Centre for Applications of nuclear technique in industry (CANTI); fabricate and set up a
hardware configuration; develop the image reconstruction software for CT/SPECT. Since the
project budget is limited, the main product of this project is an associated hardware configuration
of SPECT and CT (2 detector for SPECT and one source – one detector for CT) which can be taken
SPECT/CT image in static condition. The SPECT/CT images can be reconstructed either by
Filtered back projection (FBP) or Algebraic reconstruction technique (ART) or Expectation
Maximization (EM) algorithms.

Keywords: SPECT/CT, SPECT, Diagnostic imaging