CT đa mức năng lượng trong chẩn đoán bệnh lý tim mạch

CT đa mức năng lượng là gì?

CT đa mức năng lượng (multi‑energy CT hay spectral CT) là kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính hiện đại, cho phép thu nhận tín hiệu tia X tại nhiều mức năng lượng đồng thời. Thay vì chỉ đo tổng năng lượng photon như CT truyền thống (EID‑CT), ở công nghệ này mỗi photon được ghi nhận theo từng mức năng lượng khác nhau, cho phép phân tích phổ tín hiệu và phân biệt vật chất chính xác trên ảnh.

Công nghệ này có thể được triển khai dưới hai dạng chính:

1. Dual‑energy CT (DECT) – ghi nhận dữ liệu ở hai mức năng lượng X‑ray (ví dụ: 80 kVp và 140 kVp), được áp dụng thông qua hai nguồn phát tia hoặc kỹ thuật chuyển đổi năng lượng nhanh tại đầu phát/phúc hợp detector. Đây là hình thức phổ biến, cung cấp dữ liệu spectral đơn giản, đủ để tách biệt các mô và chất tương phản như nước, canxi, i‑ốt.
2. Photon‑counting CT (PCCT) – một bước tiến xa hơn, sử dụng detector bán dẫn (PCD) như CdTe hoặc silicon, ghi nhận chính xác từng photon tia X và phân loại theo nhiều mức năng lượng (multi‑bin). PCCT tạo ra ảnh đa năng lượng liên tục với độ phân giải cao và khả năng phân giải vật chất vượt trội so với DECT và CT truyền thống

Hình ảnh chụp CT đa mức năng lượng của động mạch vành và tâm thất trái ở bệnh nhân đã từng can thiệp động mạch vành qua da (PCI).

Ghi chú: 

• (A): Hình ảnh cho thấy chụp động mạch vành phổ ở bệnh nhân bị thuyên tắc phổi mạn tính được hiển thị bằng hình ảnh động 3D 
• (B) MPR kéo dài dọc theo đường lòng mạch trung tâm của nhánh trung gian (IM) với stent gần (mũi tên trong ( A )),
• (C) Ảnh tưới máu khi nghỉ lần đầu (phổ đơn sắc + 40 KeV với lớp phủ tưới máu được mã hóa màu, 
• (D)Lớp phủ của hình ảnh thể tích 3D với giải phẫu của động mạch vành và bản đồ tưới máu được mã hóa màu. 

Hình ảnh cho thấy tình trạng tái hẹp đáng kể trong stent (mũi tên đầu trong ( B )) gây ra sự chậm trễ/khuyết tật tưới máu theo từng đoạn trong quá trình tưới máu lần đầu khi nghỉ (mũi tên đầu trong ( C )). Sự tương ứng giữa tình trạng tái hẹp và khiếm khuyết tưới máu được hiển thị trong ( D ) (mũi tên đầu). 

Quá trình quét được thực hiện trên máy quét CT đếm photon nguồn kép toàn thân thương mại (NAEOTOM Alpha, Siemens Healthineers, Erlangen, Đức), với độ dày lát cắt 0,2/0,4 mm, gia số tái tạo 0,1/0,2 mm, FOV 140–160 mm, ma trận độ phân giải 512 × 512/1024 × 1024 pixel trên các tái tạo trục nguồn với bộ lọc hạt nhân Bv48-60-72 (hạt nhân mạch máu sắc nét trung bình) và với cường độ tối đa của Tái tạo lặp lại lượng tử (QIR 4); quá trình quét được thực hiện với cổng ECG hồi cứu có điều chế dòng điện ống. Độ phân giải không gian được hiển thị là 0,10/0,20 mm. 

Viết tắt: PCCT = CT đếm photon; PCI = can thiệp mạch vành qua da; ECG = điện tâm đồ.

Nguyên lý hoạt động của CT đa mức năng lượng

CT đa mức năng lượng (DECT) hoạt động dựa trên nguyên lý: các mô trong cơ thể hấp thụ tia X khác nhau ở các mức năng lượng khác nhau. Hệ thống DECT sử dụng hai phổ năng lượng tia X riêng biệt – thường là năng lượng thấp (~80 kVp) và năng lượng cao (~140 kVp) – để thu được hai bộ dữ liệu hình ảnh đồng thời. Sự khác biệt trong hệ số suy giảm năng lượng giữa các mô cho phép phân biệt chính xác các chất có mật độ tương tự nhau (như canxi, i-ốt, hoặc acid uric), điều mà CT đơn năng lượng không làm được.

Dữ liệu thu được sẽ được xử lý để tạo ra các hình ảnh giả lập như: ảnh không cản quang ảo (virtual non-contrast), bản đồ phân bố vật chất (material decomposition maps), và hình ảnh tăng tương phản mô đích. Nhờ đó, DECT không chỉ cải thiện khả năng chẩn đoán mà còn giảm nhu cầu sử dụng chất cản quang và bức xạ cho người bệnh.

Xem thêm:

• CT đếm photon tim mạch thay đổi cả kết quả chẩn đoán và hướng điều trị
  

Tiềm năng của CT đa mức năng lượng trong chẩn đoán bệnh lý tim mạch

Tóm tắt các ứng dụng CV tiềm năng của CT đa mức năng lượng

Ghi chú: CT = chụp cắt lớp vi tính; CV = tim mạch; ECV = thể tích ngoại bào; LAA = tiểu nhĩ trái; MonoE = chụp ảnh đơn năng lượng; TC = tương phản thực; TNC = không tương phản thực; VNC = không tương phản ảo.

Công nghệ CT đa mức năng lượng đang mở ra những khả năng chẩn đoán tim mạch vượt trội nhờ tận dụng dữ liệu phân tách theo phổ năng lượng X‑ray khác nhau. Dưới đây là các ứng dụng nổi bật được nghiên cứu khoa học chứng thực:

Chụp ảnh không cản quang ảo (VNC) và định lượng điểm vôi hóa: DECT có khả năng loại bỏ tín hiệu iod để tạo ảnh "không cản quang ảo" (VNC), tương tự như ảnh không tiêm thuốc cản quang thật sự. Trên cơ sở này, DECT cho phép đánh giá vôi hóa thành động mạch vành (CAC) hoặc van động mạch chủ (AVC) mà không cần scan riêng biệt. Các nghiên cứu thống kê cho thấy điểm CAC và AVC tính từ VNC tương quan rất cao với Agatston score trên ảnh không tiêm iod tiêu chuẩn – correlation coefficients ≥ 0.9. Tuy nhiên do phương pháp Agatston dựa trên ảnh chụp 120 kVp, nên khi dùng VNC từ DECT cần hiệu chỉnh bằng hệ số tỷ lệ phù hợp.

Giảm nhiễu do vôi hóa (“blooming artifact”): Hiện tượng blooming do canxi gây ra thường làm sai lệch đánh giá lòng mạch trong CTA thông thường. DECT có thể tái tạo hình ảnh mono‑kinh độ năng lượng (VMI) phù hợp để giảm ảnh hưởng của canxi đặc, từ đó cho phép đánh giá lòng mạch chính xác hơn với thuốc cản quang.

Ước tính thể tích ngoại bào (ECV) trong cơ tim: ECV là chỉ báo cho thấy mức độ xơ hóa hoặc phù nề mô kẽ. Ban đầu ECV được đo bằng MRI T1 mapping, hiện DECT đã chứng minh có thể tính toán ECV chính xác thông qua bản đồ iodine với kỹ thuật trừ HU trên mức năng lượng khác nhau, mà không cần chụp không cản quang và scan trễ riêng biệt.

Chụp năng lượng đơn (Monoenergetic Imaging – MI) giảm liều iod: DECT có thể xây dựng hình ảnh mono-kinh độ ở các mức năng lượng khác nhau, ví dụ 40 keV cải thiện tương phản iod. Điều này cho phép sử dụng liều iod thấp hơn đáng kể mà vẫn giữ chất lượng hình ảnh cao – một nghiên cứu cho thấy đủ chất lượng CTA cho đánh giá van động mạch chủ khi chỉ dùng 25 mL iod với mức kVp tối ưu.

Giảm nhiễu kim loại (metal‑artifact): Khi đặt stent hoặc trang thiết bị cấy ghép (như máy tạo nhịp, máy khử rung), photon năng lượng thấp dễ bị suy yếu, gây vệt nhiễu. DECT cho phép tái tạo ảnh dựa trên photon năng lượng cao, giúp giảm nhiễu kim loại, đồng thời cung cấp ảnh về lòng mạch rõ hơn để theo dõi stent hiệu quả.

CT tưới máu cơ tim (CTP) cải thiện độ chính xác: DECT cho phép lập bản đồ iot trong cơ tim, phản chiếu tưới máu thực tế. Trong trường hợp cứng chùm tia (beam hardening) do gần động mạch chủ, CT đơn mức thường cho kết quả dương tính giả. DECT với kVp cao giúp giảm hiệu ứng này và nâng cao độ chính xác của CTP phân vùng tim.

Phát hiện huyết khối nhĩ trái (LAA): Một khiếm khuyết lấp đầy ở LAA có thể là huyết khối nếu vẫn tồn tại ở ảnh chụp chậm. Tuy vậy, DECT với phân tích mô có thể xác định chắc chắn huyết khối chỉ bằng một lần quét có cản quang, tăng độ đặc hiệu và tiết kiệm thời gian.

MECT/DECT mở ra một bước tiến lớn trong chẩn đoán bệnh tim mạch nhờ khả năng phân tách vật liệu, tạo ảnh iodine map, VNC reconstruction, monoenergetic imaging và giảm nhiễu kim loại. Dù hiệu quả lâm sàng đầy hứa hẹn, các chuyên gia vẫn khuyến nghị cần thêm các nghiên cứu lâm sàng quy mô lớn để xác định rõ giá trị thêm của thuật toán quang phổ trong từng trường hợp bệnh cụ thể.

Kết luận

CT đa mức năng lượng không chỉ đơn thuần là một công nghệ hình ảnh mới, mà là một công cụ tối ưu hóa trong chẩn đoán tim mạch hiện đại. Nhờ khả năng cung cấp hình ảnh giàu thông tin, phân tích vật chất chính xác và hạn chế tác động phụ từ thuốc cản quang, kỹ thuật này đang góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán. Với sự kết hợp giữa công nghệ và lâm sàng, CT đa mức năng lượng chính là cánh tay nối dài giúp bác sĩ tiếp cận bệnh lý nhanh hơn, chính xác hơn và an toàn hơn cho người bệnh.