Moderator
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, công nghệ CAD/CAM/CAE được ứng dụng ngày càng sâu rộng trên rất nhiều lĩnh vực của đời sống, trong đó ứng dụng trong y học đã mạng lại hiệu quả rất cao trong chuẩn đoán hình ảnh và chế tạo các bộ phận giả thay thế cho con người. Các ứng dụng của kỹ thuật quang học trong công nghệ ngược (Reverse Engineering) để chuẩn đoán và điều trị y khoa có thể kể đến:
- Chuẩn đoán bằng hình ảnh
- Điều trị nha khoa
- Phẫu thuật thay thế đầu gối
- Phẫu thuật thay tim nhân tạo
1. Chuẩn đoán hình ảnh
Đây là phương pháp sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn và cực ngắn chiếu xuyên qua vật thể để thu hình ảnh (khác với các phương pháp dùng trong cơ khí là thu ảnh bằng ánh sáng phản xạ) mặt cắt ngang của vật.
Có hai dạng ảnh sử dụng là: Chụp cắt lớp bằng máy tính (Computerized Tomography_CT) và chụp ảnh bằng cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging_MRI). Đây là hai phương pháp tiên tiến nhất cho chuẩn đoán hình ảnh y khoa và các ứng dụng của kỹ thuật ngược
1.1 CT là một công nghệ hiện đại cho phép xây dựng lại cấu trúc 3D của vật thể từ dữ liệu ảnh 2D. Ra đời từ đầu thập niên 70, công nghệ này thực sự đã làm nên một cuộc cách mạng trong chuẩn đoán hình ảnh y khoa, đặc biệt là các chuẩn đoán khó thuộc các mô mền và cơ quan nội tạng con người.
CT là phương pháp không phá hủy cho phép hiện thị một cách trực quan cấu trúc 3 chiều bên trong của một đối tượng. Công nghệ cho phép sử dụng tia X để tạo ảnh mặt cắt ngang 2D xoay quanh một trục của đối tượng.
Các phân tử vật chất ở các mức trạng thái khác nhau có khả năng hấp thụ năng lượng khác nhau nên chùm tia đi qua sẽ có mức năng lượng thay đổi.Trên cơ sở đó bằng việc chiếu một chùm mỏng tia X (hoặc Y) xuyên qua một mặt phẳng của đối tượng từ nhiều góc độ khác nhau và đo số lượng các bức xạ đi qua dọc theo những phương khác nhau, mật độ suy giảm của chùm tia sau đó được hình thành cho bề mặt mà chùm tia quét qua. Đó chính là cơ sở của ảnh mặt cắt ngang thể hiện cấu trúc vật chất bề mặt mà chùm tai đi qua.
CT được sử dụng nhiều cho các ứng dụng y học, tuy nhiên, hiện tại nó còn được mở rộng và thích nghi đa dạng trong công nghiệp và các công việc mô hình hóa 3D khác.Ngày nay, công nghiệp cắt lớp bằng máy tính CT và các công nghệ liên quan ( digital computer laminography) có tính thương mại cao và chuyên dụng cho các ứng dụng công nghiệp. Những thiết bị chụp X quang và vi cắt lớp chính xác có thể giải quyết được những chi tiết nhỏ cỡ vài phần mười mi-crong, thậm trí tạo ảnh từ những vật liệu có mật độ phân tử tương đối cao. Nó phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau, từ đá cứng, xương, gốm, kim loại cho đến các mô mềm.
2.2. MRI là công nghệ tạo ảnh trạng thái đối tượng bằng việc sử dụng từ tính và sóng điện từ, cho ảnh mặt cắt ngang của cơ thể người mà không sử dụng bức xạ trực tiếp. Đây là phương pháp cho ảnh chất lượng cao. Nguyên lý của phương pháp này là đặt cơ thể trong một trường điện từ mạnh, điều chỉnh tần số dao động điện từ, từng proton có trong cơ thể sẽ hấp thu năng lượng khác nhau chuyển mức trạng thái và phát ra tín hiệu bằng các bức xạ. Những tín hiệu này được thu và xử lý để xây dựng ảnh cắt ngang. So với CT, MRI cho chất lượng ảnh cao hơn khi phân tích tình trạng các mô mền trong cơ thể như : cơ quan nội tạng, tổ chức cơ, gân , dây chằng, sụn của nhiều bộ phận trong cơ thể
- Chuẩn đoán bằng hình ảnh
- Điều trị nha khoa
- Phẫu thuật thay thế đầu gối
- Phẫu thuật thay tim nhân tạo
1. Chuẩn đoán hình ảnh
Đây là phương pháp sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn và cực ngắn chiếu xuyên qua vật thể để thu hình ảnh (khác với các phương pháp dùng trong cơ khí là thu ảnh bằng ánh sáng phản xạ) mặt cắt ngang của vật.
Có hai dạng ảnh sử dụng là: Chụp cắt lớp bằng máy tính (Computerized Tomography_CT) và chụp ảnh bằng cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging_MRI). Đây là hai phương pháp tiên tiến nhất cho chuẩn đoán hình ảnh y khoa và các ứng dụng của kỹ thuật ngược
1.1 CT là một công nghệ hiện đại cho phép xây dựng lại cấu trúc 3D của vật thể từ dữ liệu ảnh 2D. Ra đời từ đầu thập niên 70, công nghệ này thực sự đã làm nên một cuộc cách mạng trong chuẩn đoán hình ảnh y khoa, đặc biệt là các chuẩn đoán khó thuộc các mô mền và cơ quan nội tạng con người.
CT là phương pháp không phá hủy cho phép hiện thị một cách trực quan cấu trúc 3 chiều bên trong của một đối tượng. Công nghệ cho phép sử dụng tia X để tạo ảnh mặt cắt ngang 2D xoay quanh một trục của đối tượng.
Các phân tử vật chất ở các mức trạng thái khác nhau có khả năng hấp thụ năng lượng khác nhau nên chùm tia đi qua sẽ có mức năng lượng thay đổi.Trên cơ sở đó bằng việc chiếu một chùm mỏng tia X (hoặc Y) xuyên qua một mặt phẳng của đối tượng từ nhiều góc độ khác nhau và đo số lượng các bức xạ đi qua dọc theo những phương khác nhau, mật độ suy giảm của chùm tia sau đó được hình thành cho bề mặt mà chùm tia quét qua. Đó chính là cơ sở của ảnh mặt cắt ngang thể hiện cấu trúc vật chất bề mặt mà chùm tai đi qua.
CT được sử dụng nhiều cho các ứng dụng y học, tuy nhiên, hiện tại nó còn được mở rộng và thích nghi đa dạng trong công nghiệp và các công việc mô hình hóa 3D khác.Ngày nay, công nghiệp cắt lớp bằng máy tính CT và các công nghệ liên quan ( digital computer laminography) có tính thương mại cao và chuyên dụng cho các ứng dụng công nghiệp. Những thiết bị chụp X quang và vi cắt lớp chính xác có thể giải quyết được những chi tiết nhỏ cỡ vài phần mười mi-crong, thậm trí tạo ảnh từ những vật liệu có mật độ phân tử tương đối cao. Nó phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau, từ đá cứng, xương, gốm, kim loại cho đến các mô mềm.
2.2. MRI là công nghệ tạo ảnh trạng thái đối tượng bằng việc sử dụng từ tính và sóng điện từ, cho ảnh mặt cắt ngang của cơ thể người mà không sử dụng bức xạ trực tiếp. Đây là phương pháp cho ảnh chất lượng cao. Nguyên lý của phương pháp này là đặt cơ thể trong một trường điện từ mạnh, điều chỉnh tần số dao động điện từ, từng proton có trong cơ thể sẽ hấp thu năng lượng khác nhau chuyển mức trạng thái và phát ra tín hiệu bằng các bức xạ. Những tín hiệu này được thu và xử lý để xây dựng ảnh cắt ngang. So với CT, MRI cho chất lượng ảnh cao hơn khi phân tích tình trạng các mô mền trong cơ thể như : cơ quan nội tạng, tổ chức cơ, gân , dây chằng, sụn của nhiều bộ phận trong cơ thể
Hinh1. Nguyên lý làm việc của thiết bị quét cắt lớp bằng máy tính