Nguyên Lý Tạo Ảnh Và Xử Lý Hình Ảnh Y Học - Cao Đẳng Y Tế Hà Nội.pdf

TRƯỜNG CAO ĐẢNG Y TẾ HÀ NỘI KHOA Y Bộ MÔN HÌNH ẢNH Y HỌC NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH VÃ XỬ LÝ HÌNH ẤNH Y học Ths Cao Văn Chính Hà Nội, năm 2021 1 Nội dung chi tiết học phần TT Tên các bài trong môn học Lý thuyế[.]

TRƯỜNG CAO ĐẢNG Y TẾ HÀ NỘI

Nội dung chi tiết học phần

thuyết Chương 1 Nguyên lý tạo ảnh và xử lý ảnh X quang

2 Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh X quang 5

3 Các yêu tô ảnh hưởng đên ảnh X quang và phương pháp xử lý ảnh

X quang

2

Chương 2 Nguyên lý tạo ảnh và xử lý ảnh cắt lóp vi tính

2 Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh cắt lóp vi tính 2

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ảnh cắt lóp vi tính và phương pháp xử

lý ảnh cắt lóp vi tính

2

Chương 3 Nguyên lý tạo ảnh và xử lý ảnh cộng hưổng từ

2 Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh cộng hưởng từ 3

3 Các yếu tố ảnh hưởng sự tương phản của ảnh cộng hưởng từ và

phương pháp xử lý ảnh cộng hưởng từ

2

Chưong 4 Nguyên lý tạo ảnh siêu âm

1 Nguyên lý tạoảnh siêu âm và nhiễu ảnh trên siêu âm 2

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu dò siêu âm 2

3 Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh siêu âm 1

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH

VÀ XỬ LÝ ẢNH X QUANG

BÀI 1 NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH X QUANG

Thời gian: 3 giờ lýthuyết

Mục tiêu của bài

- Kiến thúc:

1 Trình bày được nguyên lýtạo tia X và ứng dụng củatiaX trong y học

2 Trình bày được các quá trìnhtương tác củatiaX với vật chất

3 Trình bày được nguyên lýtạo ảnh X quang

1.1.1 Hiệu ứng bức xạ tia Katốt

Năm 1895 nhà bác học Đức Wilhelm Konrat Roentgen đã tìm thấy một bức xạ

đi xuyên qua vật chất khi ông đang làm thí nghiệm, loại tia mới này được ông đặt tên

là tiaX Đe kỷ niệm nhà bác học đã tìm ra nó người ta thường gọi nó là tia Rơnghen.Năm 1925, Quốc tế đã chấp nhận Rơnghen là tên đợn vịđo liều lượng tia X

Năm 1901 nhà bác học W.Ronghen đã được tăng giải thưởng Nobel

Vào năm 1837 Michael Faraday nghiên cứu sự phát quang khi phóng điện ạua các chất khí khác nhau Sau đó M.Faraday nghiên cứu sự phóng điện qua những ống

thủy tinh chứa khí ở áp suất thấp

Năm 1877 Crookes tạo ra ống thủy tinh chứa khí có áp suất rất thấp gọi là ốngCrookes (hình 1.1)

Khi nghiên cứu tia katốt, ông đã phát hiện: Tia katốt bị lệch hướng trong từ trường và điện trường Ông rút ra kết luận tia katốt là một dòng hạt mang điện tích

âm, có thểbị lệch bởi mộttrường điện từ quay được hội tụ bởi điện cực lồi

Ông cũng nhận thấy rằng những hạt này là nóng cơ thể ở những nơi chúng rọi

tới (Thực raCrookes đã phát hiện được tia X nhưng ôngkhông chứng minh được)

Năm 1892 Heinrich Hertz đã nhận thấy tia katốt có thể đi qua thủy tinh của mộtống chân không, do vậy ông đã tin rằng tiakatốt là một dạng của sóng điệntừ

Thời gian này Rơnghen làm việc ở trường đại học Tổng hợp Wuerzburg ở Đức

Một điều kiện khá may mắn là Rơnghen rất chú ý tới việc chụp ảnh Do vậy ngày

8/11/1895 ông đã nhận thấy một số vật phát quang trong vùng lân cận của một ốngCrookes, ống này được ông cung cấp một dòng điện nhờ một cuộn cảm ứng nối với

một bộ pin Khi xem xét những vật thể mà nó phát quang, ông nhận thấy chúng được phủ một lóp hóa chất đặc biệt Tất nhiên tia katốt trong ống là nguyên nhân của sự

phát quang

Ngày28/12/1895 Rơnghenđãbáo cáo lần đầu tiên về phát minhnày

Năm 1895 nhiều nhà bác học đã nghiên cứu về tia âm cực Và họ đặt các câu

hỏi:

Tia âm cực là gì? Nó là một dòng hạt nhưkết luận củaCrookes hay là sóngđiện

từ như quan niệm củaHertz?

Sự hiểubiết về tiaX thời gian này còn rất hạn chế vìđiều kiện thí nghiệm không

đầy đủ

Đen năm 1911 bằng thí nghiệm nổi tiếng của mình Milikan mới chứng minh

được sự tồn tại của điện tử và công trình này được tặng giải thưởng Nobel năm 1923.Người ta dùng một ống thủy tinh có hai cực A và K, bên trong chứa khí áp suất thấp khoảng HP mmHg

Ở hai đầu katốt K và anốt A khi đặt một điện thế một chiều, khoảng vài nghìn

vol, sẽ quan sát được hiện tượng phóng điện trong khí kém Lúc này khí trong ống sẽ

phát sáng (hình 1.2)

Hình 1.2 Sự phóng điện qua chất khí

Khi quan sát kỳ dọc theo ống ta thấy sự phát sáng không đều và có những khoảng sáng tối:

1: là khoảng sáng thứ nhất bao quanh âmcực

2: là khoảng tối Crookes

bóng đen của lá kim loại đó Như vậy rõ ràng là từ âm cực đã phát ra một loại tia mà

người ta gọi là tia âm cực

Đe tìm hiểu bản chất tia âm cực, các nhà khoa học như Cruc (Crookes), Peranh

(Perrin), Tômxơn (Thomson) đã làm nhiều thí nghiệm và đã tìm thấy một sổ tính chất

quan trọng của tia âm cực như sau:

Vận tốc của tia âm cực được Tômxơn đo năm 1894 có giá trị bằng 1,9.105 m/s

So sánh với vận tốc ánh sáng c = 3.108 m/s thì vận tốc của tia âm cực nhỏ hơn rất nhiều Do vậy không thể đồng nhất tia âm cực với ánh sáng được

- Tia âm cực có khả năng làm quay một chong chóng nhỏ nếu chong chóng đó

trên đường đi của tia âm cực Điều đó chứng tỏ tia âm cực là mộtchùm hạt, đã truyền động năng của mình cho chong chóng quay

- Tia âm cực bị lệch hướng dưới tác dụng của điện trường và từtrường

- Khi đo độ lệch của tia âm cực dưới tác dụng đồng thời của điện trường và từ

trường, năm 1897 Tômxơn đã xác định được tỷ sô~ của các hạt tạo nên tia âm cực:

e _ ,,

-Z- = 0,175.1011 culông/kgme

Ta nhớ rằng trước đó khi nghiên cứu về sự dẫn điện của dụng dịch và các định

luật về điện phân của Faraday và định luật Avôgadrô, người ta đã chứng minh được

sự tồn tại của một nguyên tố điện tích, nghĩa là một điện tích (hay điện tích của ion

hóa trị một) là e và xác định được giátrị:

1F

e= IN ~ 1’6.1019 culông/kg

Trong đó: 1F: là 1 Faraday = 9,6522.104 culông

N: số Avôgadrô = 6,059.1023 nguyên tử, là số nguyên tử chứa trong

một nguyên tử gam của mội nguyên tố

Do đó, người ta có thể xác định được khối lượng của các hạt tạo nên trên âm

cực Ket quả cho thấy các hạt tạo nên trên âm cực mang điện tích âm, có khối lượng nhở hơn hàng nghìn lần so với khối lượng của nguyên từ Như vậy không thể nhầm

tia cực âm với các ion âm được

Ta thấy tia âm cực thực chất là một chuỗi hạt mang điện tích âm có khối lượng nhở hơn khối lượng nguyên tử hàng nghìn lần

1.1.2 Phương pháp tạo tia X và bản chất của tia X

Sơ đồ nguồn phátxạ tia Ronghen được chỉ ra trên hình 1.3:

Hình 1.3 Sơ đồ nguồn bức xạ Rơnghen

Cơ chế phát xạ Rơnghen được giải thích như sau:

Khi katôt được nung nóng đủ mức nó phát ra các nhiệt điện tử Dưới tác động của điện trường mạnh giữaAnôt và katôt(do hiệu điện thế cao gây ra), các nhiệt điện

tử này chuyển động về phía Anôt làm bằng kim loại nặng (như vonfram) với vận tốc

và gia tốc rất lớn tới đập vào Anôt và dừng lại đột ngột Từ Anôt phát ra chùm tiaRơnghen theo mọi hướng Để định hướngchùm tia, người ta sử dụng nhiều giải pháp

kỳ thuậtkhác nhau (Anôtđặt nghiêng, bóng bọc chì kín có cửa sổ xác định)

Tia Rơnghen không nhìn thấy bằng mắt thường, nó có đặc tính làm phát quang một số chất, nó cũng có tác dụng lêm kính ảnh và gây ra sự ion hóa trong các chất khí

Tất cả những đặc tính này đã được dử dụng để phát hiện vá nghiên cứu về tia Ronghen

Tia Rơnghen có bản chất là sóngđiện từ như ánh sáng nhưng có bước sóng nhỏ hon nhiều so với bước sóng ánh sáng, bước sóng rất ngắn nằm trong khoảng 10” mđến 10'8 m (ngắn hon bước sóngtia tử ngoại).

Bước sóng nhỏ nhất củatiaX:

Với:

8: năng lượng tia X

Eđ Là động năng của e khi đập vào đối catot

u : hiệu điện thế giữa anốtvà catot

V : vận tốc e khi đập vào đối catot

Vo : vận tốc của e khi rời catot (thường Vo = 0)

Ta có thể so sánh bước sóng tia Ronghen trong dải sóng điện từ sauđây:

Bức xạTiaGamma(g)

Bước sóng X

< 0,0012nm (lnm=10’9m=10-6mm)0,0012 + 12nm

Ta nhận thấymồi vùng sóng có những đặc tính đặc trưng riêng Khi tần số tăng(

bước sóng giảm) thì những tính chất hạt của bức xạ cũng tăng Ta cũng chú ý là tuy

có cùng bản chất là sóng điện từ nhưng giữa các vùng sóng đó có một sự khác nhau

Cũng tưong tự như ánh sáng, tia Ronghen cũng có tính chất sóng mà ta có thể

phát hiện được điều đó nhờ các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ

Ta biết các tia Rơnghen xuất hiện khi các điện tử bị hãm đột ngột do va chạm

với các nguyên tử củachất làm đối âm cực Khi đó xuất hiệnhai loại bức xạ Ronghen

- Có khả năng ion hóa không khí và các chất khí

- Tác dụng sinh học rấtmạnh: hủy hoại tế bào, diệtvikhuẩn,

1.1.4 ứng dụng của tia X trong y học

Từ khi Wilhelm Conrad Rõntgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đoán cấu trúc

lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩthuật khác để chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh nên còn được gọi là Khoa chẩn đoán hình ảnh.

Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng cũng có thể giúp ích tìm racác bệnh về phần mềm Một vài ví dụ như khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi nhưlà viêm phổi, ung thư phổi hay phù

nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể phát hiện ra tắc ruột (tắc thực quản), tràn khí

(từ thủng ruột), tràn dịch (trong khoang bụng)

Trong vài trường họp, sử dụng X quang còn gây tranh cãi, như là sởi mật (ít khi cản quang) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn) Hơn nữa, các tư thế chụp X quang truyền thống ít sử dụng trong việc tạo hình các phần mềmnhư não hay cơ Việc tạo hình cho phần mềm được thay thế bằng kĩ thuật chụp cắt lớp vitính

computed axial tomography, CAT hay CT scanning) hoặc tạo hình bang chụp cộnghưởng từ (MRI) hay siêu âm

Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật soi trực tiếp thời gian thực, như thămkhám thành mạch máu hay nghiên cứu độ cản quang củacác tạng rồng nội tạng (chất

lỏng càn quang trong cácquai ruột lớn hay nhỏ) bằng cách sử dụng máychiếu huỳnhquang Hình ảnh giải phẫu mạch máu cũng như các can thiệp y tế qua hệ thống động

mạch đều dựa vào các máy soi X quang để định vị các thương tổntiềm tàng và có thểchữa trị

Xạ trị tia X, là một can thiệp y tế, hiện nay dùng chuyên biệt cho ung thư, dùng

các tiaX có năng lượng mạnh

1.2 Phân loại bức xạ tia X

1.2.1 Bức xạ đặc trưng (bức xạ rời rạc: là sự chênh lệch năng lượng liên kết giữa 2

quỹ đạo khi điện tử chuyển mức)

Mồi tia X - quang được tạo ra khi có một electron trong chùm electron bay tớiAnốt và tương tác với nguyên tử của nó Sự tương tác này làm cho electron ở quỹ đạo năng lượng thấp K của nguyên tử chuyển lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn L, M , sau đó nó quay lại quỳ đạo cũ và phát ra phôtôn năng lượng, gọi là bức xạ đặc

trưng (Characteristic Radiation) (X đặc trưng) có năng lượng xác định theo công

thức:

Các mức năng lượng Ka, Kp được minh hoạ trên hình 1.4 tượng trưng cho sự

chuyểnđổi năng lượng giữa các quỹ đạo khác nhau trong nguyên tử

Bức xạ đặc trưng được ứng dụng trong chụp các mô mềm như chụp vú

thành năng lượng tia X.

Bức xạ hãm chứa hầu hết năng lượng tia X, vì vậy nó rất quan trọng trong các ứng dụng y học dựa trên cơ sở sự hấp thụ năng lượng hay đúng hơn là trong phép đo lường liên quan tới bước sóng, như là trong các nghiên cứu tinh thể học sử dụng tia X

Mối liên hệ giữa điện thế anốt và năng lượng phôtôn bức xạ được chỉ ra trên

hình 1.4 Khi tăng điện áp anốt ở điều kiện dòng tia không đổi sẽ làm tăng năng

lượng các electron trong chùm Thực tế, năng lượng của electron khi đập vào anốt

được cho bởi biểu thức:

ở đây e là điện tích electron (e= -1.602 X 10'19 C)

Ee được tính theođơnvị eV

1 eV là năng lượng thu được từ một electron được tăng tốcbởi điện áp IV

Mặt khác, khi electron tương tác với nguyên tử của anốt sẽ tạo ra tiaX có năng lượng phù hợp với cơ học lượng tử theo công thức:

Ở đây h là hằng số Planck (h= 6.625 X 10 34 Js); f là tần số của phôtôn Từ

những phân tích trên cho thấy: tia X không thể có năng lượng lớn hơn năng lượng của electron sinh ra nó trong tương tác Như vậy năng lượng tia X hãm không thể vượt quágiá trị e Va và được giới hạn bởi điện áp anốt

Khi va chạm các điện tử bị hãm đột ngột và do chuyển động có gia tốc của hạtmang điện dẫn đến sự xuất hiện trường điện từ và do đó bức xạ hãm có phổ liên tục

Sự phân bố năng lượng (hay cường độ) theo bước sóng có cực đại tại một bước sóng xác định nào đó.

Hình 1.5 Sự phân hổ I(k) với đổi âm cực bằng Vonfram với các điện áp khác nhau

Cường độ giảm dần về phía bước sóng lớn và tiệm cận đến giá trị Ă, —>00

1.2.3 Bức xạ tổng họp

Bức xạ tổng họp là sự kết hợp giữa bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng, số lượng

tia X-đặc trưng trong phổ bứcxạ tổng họp phụ thuộc vào trị số kv

Xét vói anôt là tungsten:

- Chất lượng là năng lượng toàn bộ của chùmtia X

- Số lượng là số photon có trong chùm tia X

Chất lượng và số lượng của chùm tiaX chịu tác động của nhiều tham số và yếu

tố trong đó chủ yếu là kVp, mA, mAs, dạnệ sóng chỉnh lưu, tấm lọc

+ Sự thay đổi của kVp ảnh hưởng đến số lượng của cả hai loại bức xạ, nhưng chỉ ảnh hưởng đến chất lượng của bức xạ hãm

+ Sự thay đổi mA, mAs chỉ ảnh hưởng đến số lượng của hai loại bứcxạ.

+ Sự thay đổi loại nguồn chỉnh lưu sẽ ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng

bức xạ liên tục và chỉ ảnh hưởngđến số lượng củabức xạ đặctrưng

+Tấm lọc sẽ làm tăng chất lượng và làm giảm số lượng bức xạ hãm cũng nhưbức xạđặctrưng

2 Quá trình tưong tác của tia X vói vật chất

2.1 Sự hấp thụ tia X của vật chất

Ảnh X - quang trong y học được tạo thành bằng việctác động chùm tia X tới cơ

thể bệnh nhân và đo lượng tia xuyên qua Lượng tia X - quang bị hấp thụ bởi cơ thể

được xác định từ độ chênh lệch giữa năng lượng bức xạ chiếu tới và năng lượng xuyên qua Sự hấp thụ tia X là cơ sở kỹ thuậtđể khảo sát đánh giá các bộ phận khác nhau của cơ thể dưới tác dụng của tia X Ví dụ, các phần tử xương hấp thụ nhiềutia

X - quang hơn các phần tử cơ và vì vậy có thể phân biệt chúng dễ dàng nhờ tác động

của tia X

Từ phân tích sự hấp thụ tia X của vật chất đã được chỉ ra trên đây, ta có thể xây dựng biểu thức định lượng biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ I(s) và độ suy giảmtuyến tính p(s)

Hình 1.7 Sơ đồ biêu diên mối tương quan I(s) theo p(.v)

Trong quá trình tương tác với vật chât, cường độ chùm tia X trên một đơn vịdiện tích bề mặt vuông góc với phương truyền sẽ giảm đi Trong những điều kiệnnhất định có thể coi sự suy giảm nàytỷ lệthuận với quãng đường đi Đe dẫn ra công

thức cơbản về sự thay đổi của cường độ J, ta xét một chùm tiachiếu đến với cường độ

không đổi L trênmặt phân giới A-A’ (hình 1.7)

Với những giả thiết ban đầunhư trên hình vẽ, ta có:

Hệ số g( s) trong (2.4) được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính tổng quát, trong đó dấu trừ lấy từđiều kiện p dương Hệ số này là hàmsố của 3 toạ độ không gian (x, y, z)= (Si, S2, S3) tạo thành vectơ bán kính ố Đại lượng dJ(s) đặc trưng cho sự thay đổi cường độ tiaX qua độ dày ds Hệ số p(s) là đại lượng đặc trưng cơ bản cho cấu trúc vật chất, được xác định nhờ các phương pháp chụp cắt lóp máy tính và được dùng làm cơ sở trong việc tái tạo hình ảnh chụp cắt lóp, có thể biểu diễn theo công thức

gơ)=p p(s) (2.5)

Trong đó p là hằng số tỷ lệ, gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính (cm2/g); p(s) là mật

độ vật chất trung bình theo bề dày s (g/cm3)

Tiến hành lấy tích phân biểuthức (2.4) ta được :

dụng một điện thế anốt cao cờ 200kV Trên bảng 1.1 cho thấy giá trị mật độ của các

mô mềm không khác nhau nhiều Hơn nữa, các giá trị p cũng gầnbằng nhau, nên rất

khó nhận được giá trị độ tương phản lớn giữa các mô mềm khi sử dụng tiaX Ngoài

ra, cường độ tia X phátra từ nước lớn hơn nhiều so với phát ra từ xương, điều này cónghĩa là xương hấp thụ năng lượng X - quang nhiều hơn nước Các cường độ tia X -

quang càng khác nhau khi chiếu lên phim sẽ cho hình ảnh có độ tương phản càngtốt

Bảng 1.1 Mật độ của một so dạng vật chất sinh học thông thường

« — — Ă Dạng vật chât Mật độ (g/cm 2 )

2.2 Các hiệu úng xảy ra trong quá trình tuông tác

Khi tia X đi xuyên qua lóp vật chất, phôtôn năng luợnglớn sẽ truyền năng lượng của nó cho lóp vật chất đó và sản phẩm tạo ra là các hạt vi mô tích điện (electron,pozitron ) có năng lượng lớn Các hạtvi mô này sẽ ion hoá vật chất Vì vậy, người

ta nói tia X đã gián tiếp ion hoá vật chất

Quátrình tương tác của tia X với vật chất diễn ra thông qua 3 hiệu ứng cơ bản

sau:

2.2.1 Hiệu ứng quang điện

Đây là hiện tượng các điện tử bị bứt ra khởi một lóp điện tử nào đó của nguyên

tử do nhận được năng lượng của chùm tia X chiếu tới Đồng thời với quá trình này,các electron ở các lóp ngoài sẽ chuyển vào chiếm chỗ và phát ra các phôtôn thứ cấp

có năng lượng được xác định theo công thức:

Xác suất xảyra hiệuứng quang điện phụ thuộc vào số nguyên tử z của vậtchất

hấp thụ và giảm khi năng lượng của phôtôn tới tăng lên

2.2.2 Hiệu ứng tạo cặp

Với các phôtôn có năng lượng cao cỡ 1.02MeV trở lên thì sẽ gâyra hiệu ứng tạo

cặp Khi tương tác với vật chất, chúng tiến gần đến hạt nhân có so z lớn, tương tácvới trường hạt nhân và biến mất, đồng thời xuất hiện các cặp pozitron - electron với

hệ thức năng lượng của quá trình tạo cặp là:

hiện tán xạ không kết họp hay hiệu ứng Compton, trong đó phôtôn nhường năng

lượng của mình cho điện tử (điện tử giật), sau đó truyền qua vật chất với năng lượng nhở hơn Có thể mô tả quá trình trên theo biểu thức:

Cơ chế của quátrình này diễn ranhưsau:

Chùm tia Rơnghen phát ra với cường độ đồng đều, được chiếu lên một tiết diện

đủ bao quát đối tượng nghiên cứu Sau khi đi qua đốitượng, tia này sẽbị hấp thụ

khác nhau đối với mồi phần tử củathiếtdiện Chùm tialó ra lúc nàỵchứa đựng ảnh

ẩn của đối tượng, sẽ được khôi phục lại trên phim hiện hình trựctiếp hay hiển thị trênmàn hình nhờ các thiết bị xử lý đầu cuối Chùm tiabị hấp thụ tỷ lệ số lượng nguyên

tử của đối tượng nó truyền qua

Bằng các kỳ thuật khác nhau người ta có thể làm cho hình ảnh rõ nét, cho phép phân tích cấu trúc của từng lóp vật chất nằm song song trong đối tượng nghiên cứu Phương pháp phân tích cấu trúc vĩ mô này là cơ sở của kỹ thuật chần đoán bằng tia

Roughen (chuyên ngành chẩn đoán hình ảnh) trong ngành Ytế

3.2 Nguyên lý tạo ảnh X quang co điển

Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của cơ thể thì suy giảm do bị

hấp thụ bởi các cấu trúc Sựsuy giảm này phụ thuộc vào độ dày, mật độ của các cấu

trúc mà nó đi qua do vậy tác động của chùm tia còn lại tới bộ phận thu nhận là

cassette đựng film, dùng máy rửa hoặc rửa tay qua các hoạt chất khác nhau trong

buồng tối để hiện tiềnảnh từ tấm film

3.3 Nguyên lý tạo ảnh X quang kỳ thuật số

Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của cơ thể thì suy giảm do bị

hấp thụ bởi các cấu trúc Sựsuy giảm này phụ thuộc vào độ dày, mật độ của các cấu

trúc mà nó đi qua do vậy tác động của chùm tia còn lại tới bộ phận thu nhận là các tấm nhận ảnh CR hoặc DR, các máy tính sẽ xử lý tín hiệu và tạo ảnh Các ảnh nhận được dễ dàng được xử lý, lưu trữ, truyền ảnh giúp thuận tiện cho theo dõi và chẩn đoán bệnh

Hình Mô tả quá trình tạo ảnh và sựkhác nhau cơ bảngiữa X quang cổ điển-CR-DR

BÀI 2 CẤU TRÚC HỆ THÓNG TẠO ẢNH VÀ THU NHẬN ẢNH X QUANG

Thời gian: 5 giờ lý thuyết

Mục tiêu của bài

- Kiến thức:

1 Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trò của bóng X quang

2 Trình bày được vai trò củahệ thống cao thế đối với quátrình tạo ảnh X quang

3 Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trò của hệ thống định vị và tạodạng chùm tia

4 Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trò của hệ thống thu nhận ảnh

Bóng X quang có thể xem như dạng đặc biệt của điốt chỉnh lưu chân không

Trên hình 1.9 minh hoạ cấu trúc đơn giản của một bóng X quang Bóng X quang gồmcác bộ phận chủ yếu sau:

- Nguồnbức xạ điện tử (catốt)

- Nguồn phát xạ tia X (anốt) là vật cản trên đường đi của chùm tia điện tử Diện

tích nơi chùmtia điện tử bắn vào gọi làđiểm hội tụ- đó chính 1 à nguồn phát xạ tia X

- Vở thuỷ tinh (vỏ trong) bao quanh anốt và catốt, đã được hút chân không để tạo áp lực âm loạitrừ các phân tử khí cảntrở trên đường đi của chùm tia điện tử

- Vỏ bóng (vỏ ngoài) thường làm bằng họp kim nhôm phủ chì để ngăn ngừa tia

X bức xạ theo những hướng không mong muốn có hại cho môi trường xung quanh và còn có tác dụng tản nhiệt Ngoài ra trên vỏ còn bố trí cửa thoát tia X, nơi ghép vớihộp chuẩntrực và vị trí các đầu nối

Hình 1.9 Cẩu tạo của bóng X quang phát tỉa X

b Chức năng

BóngX quang là linh kiện thiết yếu trong các thiếtbị X quang, có nhiệm vụ phát

c Trạng thái bão hòa và hiệu ứng điện tích không gian

Khi catốt được nung nóng, tại bề mặt của nó sẽ bức xạ ra chùm tia điện tử (electron) Khả năng bức xạ phụ thuộc vào nhiệtđộ (dòng sợi đốt) và diện tíchbề mặt phát xạ (cấu trúc của catốt) Đám mây điện tích âm bao quanh catốt do các điện tử tạo

nên gọi là điện tích không gian

Khi đặt một hiệu điện thế một chiều vào giữa anốt và catốt trong đó anốt mangđiện thế dương so với catốt thì điện tử sẽ chuyển động về phía anốt và tạo nên dòng

điện chạy trong bóng X quang

Nếu ta duy trì nhiệt độ catốt ở một giá trị nào đó (do dòng sợi đốtquyết định) thì

số lượng điện tử bức xạ ra sẽ không đổi Khi tăng điện thế anốt, số lượng điện tử dịch

chuyển về anốt sẽ tăng theo khiến cho dòng bóngtăng Trạng thái làm việc này được gọi là trạng thái dưới mức bão hoà, trong đó điện áp và dòng điện của bóng X quang phụ thuộc nhau

Khi điện áp anốt tăng tới mộtgiátrị,tại đó toàn bộ số lượng điện tử bức xạ được hút hết về phía anốt, lúc này bóng X quang làm việc ở trạng thái được gọi là trạngthái bão hoà Ke từ mức đó trở lên, việc thay đổi điện áp anốt không làm thay đổi dòng điện qua bóng, nghĩa là dòng điện qua bóng và điện áp biến đổi độc lập vớinhau, bóng X quang lúc này làm việc ở trạng thái trên mức bão hoà Đây chính là trạng thái mong muốn đối với người sử dụng thiếtbị X quang

Tuy nhiên, trong thực tế, không phải lúc nào cũng đạt được trạngthái này Thực

tế đã chứng tỏ rằng, chỉ ở phạm vi dòng của bóng X quang tương đối thấp (dưới lOOmA) thì dề dàng đạt được trạng thái làm việc trên bão hoà ngay cả khi điện áp

anốt còn tương đối thấp (khoảng 40kV) Còn khi bóng hoạt động với dòng lớn hơnthì dù với điện áp anốt đã khá cao, một số lượng điện tử bức xạ không được hút về

anốt mà tạo thành một đám mây điện tử bao quanh bề mặt catốt Chúng làm cho dòng

điện qua bóng X quang thay đổi theo điện áp anốt, tạo nên một hiệu ứng gọi làhiệu

ứng điện tích không gian

Ví dụ dưới đây biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của một bóng

X quang (ứng với dòng sợi đốt cố định) khi bóng làm việc trong trạng thái dưới mức bão hoà nghĩa là dưới tác động của hiệu ứng điện tích không gian

Bảng 1.2 Quan hệgiữa điện áp và dòng điện

Điện áp (kV) Dòng điện (mA)

tích không gian (gọi là mạch bù điện tích không gian) sao cho trong suốt giải điện áp

làm việc vẫn có thể điềuchỉnh độclập giữa điện áp kv và dòng điện mA

Hiện nay hai loại bóng được ứng dụng phổ biến trong thiết bị X quang là:

- Bóng X quang anốt cố định

-BóngX quang anốt quay

Dưới đây sẽ nghiên cứu kỹ hơn cấu trúc của từng loại bóng X quang

1.1.2 Bóng X quang Anode cố định

Theo nguyên lýcơ bản, để tạo ratiaX cần hội tụ đủ 3 điềukiện:

- Nguồnphóng âm điện tử (thác electron)

- Tốc độ di chuyển dòng điện tử (điệntrường)

- Bia chắn

Cấu tạo bóng đèn X quang là một bóng thủy tinh được hút chân không mà bên trong nó gồm có:

a Nguồn bức xạ điện tử-Cathode (âm cực)'.

Catốt bao gồm sợi đốt và giá đỡ bằng kim loại để đờ sợi đốt đồng thời còn tạo

khe hội tụ Sợi đốt được chế tạo bởi dây vonfram có nhiệt độ nóng chảy rất cao(3360°C) Sợi đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng Để hội

tụ chùmtia điện tử người ta đặt sợi đốt trong một khe của giá đờ và chùm tia điện từbức xạ từ sợi đốt qua khe này Kích thước, hình dạng của sợi đốt và khe được thiếtkế

và chế tạo theo những yêu cầu kỳ thuật rất khắt khe và sợi đốt được đặt cẩn thận

trong khe sao cho chùm tia điệntử tập trung (hội tụ) tại một 1 điểm với diện tích rấtnhỏ trên bề mặt anốt Diện tích mà tia điện tử hội tụtới gọi làđiểm hội tụ, đó chính là nguồn phát xạ tia X Điểm hội tụ thường có dạng chữ nhật, chiều dài bằng 3 - 4 lầnchiều rộng và diện tích của điểm hội tụ khoảng 1 - 2mm2 (tiêu điểm nhở) tới 10 -

15mm2 (tiêuđiểm lớn)

Catốt có hai loại: hội tụ đơn và hội tụkép

+ Loại catốt hội tụđơn chỉ gồm một sợi đốtvà mộtkhe bứcxạ

+ Loại hội tụ kép gồm có hai sợi đốt đặt trong hai khe bức xạ tương ứng với haidiện tích to và nhỏ Hai khe này lại được bố trí kề nhau trong mặt phang đứng hoặc

ngang Khe hội tụ nhỏ ứng với công suất bức xạ thấp (mA thấp), được sử dụng đểchụp những đối tượng có độ hấp thụtia thấp chẳng hạn người gầy, trẻ em hoặc những

bộ phận ở phần nông của cơ thể, trong trường hợp này ngườita dùng dòng điện nhỏ nhưng với thời gian kéo dài hơn Trái lại, khe hội tụ lớn ứng với công suất bức xạ cao(mA cao) được dùng cho những đối tượng có độ hấp thụ tia cao như người bệnh béo

hoặc các bộ phận dày của cơthể Khi đó người ta dùng dòng điện lớn nhưng với thờigian chụpngắn

Nguồnđiện cấp cho sợi đốt lànguồn điện áp thấp cờvài chục V với dòng từ vài

A đến 10A Đe đảm bảo độ cách điện cao và làm nguội, biến thế cấp điện cho sợi đốt thường được đặt trong thùng cao thế cùng vớibiến thế cao thế

b Nguồn bức xạ tỉa X -Anode (dương cực):

Có nhiệm vụ hứng chùm tia điện tử bắn vào, rồi phát xạ chùm tia X Chùm tia

này phải càng tập trung càng tốt để tạo được hình ảnh rõ Anốt gồm một miếng

vonfram dày khoảng 2mm, hình chừ nhật hoặc tròn có diện tích lớn hơn diện tích

điểm hội tụ một chút Miếng vonfram này được gắn vào một giá đờ bằng đồng dầygiúp cho việc tản nhiệt được nhanh

Be mặtAnot nằm dốc chéo so vớitrục dọc củabóng (6° đến20°) nên chùm tiaX

sẽ vuông góc trục bóng

c Vỏ trong- Vỏ thủy tinh

Có dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đờ Anot và Catot, đã được hút

chân không để chùm điện tử đi theo đườngthẳng và không bị các phần tử khí cản trở

Được chế tạo từ loại thủy tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách điện cao, có sự đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu được áp lực chân

không lớn

d Vỏ ngoài- Vỏ bóng

+ Chỉ cho tia X bứcxạ qua cửa sổ.

+ Hấp thụ tia X theo các hướng có hại cho người bệnh và môi trường xung quanh

+ Chống điện giật

Vỏ ngoài được chế tạo từ nhôm, hợp kim nhôm hoặc thép, bề mặt trong của vỏ

được tráng một lớp chì đủ dầy để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra xung quanh (trừ cửa sổ) tới mức cho phép không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và cho môi

trường xung quanh

e Lọc tia mềm

Khi phát xạ từ điểm hội tụ trên anốt, chùm tia X bao gồm nhiều bước sóng khác nhau Trong sổ này, những bước sóng dài nhất sẽbị hấp thụ bởi da và các mô mềm ở phần nông của cơthể nên chúng chỉ làm tăng liều lượng tia X trong cơ thể mà không

cải thiệnđược chất lượng hình ảnh vì chúng không xâm nhập tới phim Do vậy, cầnphải lọc bỏ những bước sóng cóhại này đi trước khi chùm tia X tới bệnh nhân Thựcchất, chùm tia X sau khi đi qua vỏ thuỷ tinh, lóp dầu bao quanh vỏ và cửa sổ được

chế tạo bằng chất dẻo, các bước sóng dài đã bị lọc bớt Việc lọc này được gọi là lọc nội bộ (tương đương với độ dày Imm nhôm) Khi cần thiết người ta bổ sung thêm

một lóp nhôm nữa tại cửa sổ bóng sao cho bề dày lóp lọc tổng cộng tương đươngvới

lá nhôm có bề dầy khoảng 1 - 2mm

f Dầu tản nhiệt

Vùng không gian giữa vỏ kim loại và vỏ thủy tinh được đổ đầy một loại dầu đặcbiệt xem như vậtliệu cách ly bầu thủy tinh chân không với nguồn cao thế vàtải nhiệt(do tổn hao công suất trong dây quấn và trong lõi thép máy biến áp sinh ra) từ bầu

thủy tinh ra bên ngoài, dầu này còn được gọi là dầu biến áp hay dầu tản nhiệt Mặt

tiếp xúc giữa lóp dầu và lóp vỏ chì được quét một loại vật liệu đặc biệt có nhiệm vụgiữ cho lóp chì không bị oxi hóa Buồngchứa dầu được bổ sung một hệ co giãn đảm bảo áp suất dầu không tăng lên khidầu giãn nở do nhiệt

Ví dụ với một loại bóng khi thể tích dầu tăng từ 11 đến 1,31 (tương ứng với nhiệt

độ dầu là 70°C) thì công tắc tác động đóng mạch phát tín hiệu cảnh báo (còi hoặc đèn

nhấp nháy)

Hộp chứa dầu tàn nhiệt được tiếp mát với đất để ngăn điện từ chuyển động trong

không gian chứa dầu Trong quá trình bảo dưỡng máy X quang các kĩ sư sẽ kiểm tra

chất lượng dầu để thay thế, bổ sung lượng dầu phù họp

g Phạm vi ứng dụng

- Vì trong bóng X quang Anot cố định, chùm tia điện tử luôn bắn vào một điếm

cố định trên bề mặt Anot Do vậy làm cho nhiệt độ tại điểm này tăng lên Điều nàylàm hạn chế việc tăng công suất phát xạ (mA của bóng)

- Vì vậy ngày nay loại bóng Anot cố định chỉ còn được dùng trong các thiết bị X quang nhỏ, di động hoặc trong máyX quang răng có dòng tối đa khoảng lOOmA

Hình 1.10 Cẩu trúc bóng Xquang anốt cố định

Anỗt

Diem hội tụ tóc bé Điểm hội t

tóc lớn

Hình 1.11. Độ nghiêng khác nhau của 2 anot

1.1.3 Bóng X quang Anode quay

Để khắc phục được những nhược điểm của bóng X quang Anot cố định, người

ta đã chế tạo ra loại bóng X quang Anot quay KhiAnot quay với tốc độ lớn, chùm tia

điện tử bắn vào Anot không phải tại một điểm cố định mà trên cả hình vành khăn,

hon nữa hình vành khăn này lại quay nhiều vòng trong suốt thời gian phát tia Vì vậy

diện tích điểm hội tụhay nói cách khác diện tích phát xạ tia X nhỏ hơn diện tích tản

nhiệt rất nhiều Nhờ có diện tích tản nhiệt lớn, bóng X quang Anot quay có thể hoạt động với dòng lớn Do vậy tăng được công suất phát xạtiaX (mA)

Bóng X quang anốt quay được minh hoạ trên hình 1.12 Nó cũng có những bộ phận có cấu trúc tương tự như ở bóng X quang anốt cố định, đó là: catốt cũng có hailoại: hội tụ đơn và kép; vỏ thuỷ tinh (vỏ trong), vỏ ngoài và việc lọc sơ bộ chùm tia X tương tự nhưđối với các loại bóng anốt cố định

Sự khác nhau cơ bản ở cấu trúc của catốt và anốtnhư sau:

Cách điện catốt

Cách điện anốt

Hình 1.12 Cẩu trúc bóngXquang anổt quay

■Hình 1.13 Bóng X Quang Anot quay

a Nguồn bức xạ điện tử-Catot

Trong bóng X quang Anot cố định, chùm tia điện tử trùng với trục dọc bóng trong khi đó bóng X quang Anot quay chùm tia này lại đi song song, cách một

khoảng

b Nguồn bức xạ tia X-Anot

Đúng như tên gọi của bóng, anốt không đứng yên mà quay với tốc độ lớn 3000-

9000 vòng/phút (50 - 150 vòng/s) Nghĩa là thời gian chụp xảy ra trong vòng o.ls thì

Anot quay 5 vòng

Anốt gồm một đĩa được chế tạo bởi vonfram hoặc bằng môlipđen phủ vonfram

hoặc phủ họp kim vonfram - gecmani Đĩa này được gắn vào một đế môlipđen để cách nhiệt với rôto Mặt kia của đế môlipđen được gắn với rôto của động cơ Mặt đĩa

tuỳ theo loại bóng Trục của rôto có gắn một vòng bi, để bôi trơn vòng bi này được

mạ bạc hoặc chì chứ không tra dầu vì sẽ làm hỏng độ chân không của bóng Tốc độ

quay của anốt thường từ 3000 - 9000 vòng/phút Với tốc độ thấp, nguồn điện cấp cho

động cơ là nguôn AC 50Hz, đê đạt được tôc độ cao, người ta phải sử dụng bộ biên tần tạo nguồn AC có tần số tới 150Hz Anốt, rôto, vòng bi được đặt trong vỏ thủytinh Bên ngoài, sát với rôto là các cuộn dây và lõi sắt của stato Muốn bóng làm việc bình thường, anốt phải quay và nhanh chóng đạt được tốc độ yêu cầu (ví dụ sau khoảng Is) do vậy trong thiết bị X quang người ta đã thiết kế các mạch bảo vệ và tăng tốc anốt

Hình 1.14 Cẩu tạo Anot, bóng X quang anot quay

""v,-Hình 1.15 Hình dạng các loại Anot quay

c Vỏ trong

- Có dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đờ Anot và Catot, đã được

hút chân không để chùm điện tử đitheođường thẳng và không bị các phần tử khí cảntrở

- Được chế tạo từ loại thủy tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệtcao, có độ cách

điện cao, có sự đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu được áp lực chân

không lớn

d Vỏ ngoài- Vỏ bóng

Thường bằng hợp kim nhôm phủ chì để ngăn ngừa tia X bức xạ theo những

hướng không mong muốn có hại cho môi trườngxung quanh và còn có tác dụng tản

nhiệt Ngoài ra trên vỏ còn bố trí cửa sổ tia X nơi ghép nối với hộp chuẩn trực và vịtrí các đầu nối.

e Phạm vi ứng dụng

Được dùng hầu hết các hệ thống máy X quang hiện đại, công suất từ loại thấp

như trong các máy di động (dòng khoảng lOOmA) đến trung bình (300-600mA) và

lớn(800-1000mA)

f Các tham số của bóng X Quang

- Điện áp đặt anốt (kV): Chỉ số kv ghi trên bóng là giá trị điện áp đỉnh cực đại

100kVmax; 125kVmax; 150kVmax Giá trị này phụ thuộc vào độ chân không trong bóng

- Dòng qua bóng: dòng qua bóng có liên quan trực tiếp đến công suất của bóng phát

tia Trên bóng X quang thường người ta ghi tiêu điểm củabóng, từ tiêu điểm ta suy ra

công suất cựcđại củabóng, có những nước ghi trựctiếp công suất trên bóng

Ví dụ:

+BóngX quang Toshiba E7239X focus: 0,6; l,2mm:

Tiêuđiểmbé: 0,6mm công suất 21kW

Tiêuđiểm lớn: l,2mm công suất43kW

+ Bóng X quang Liên Xô 2-30 11 - 150: Bóng này là loại hội tụ kép có 2 tóc

đốt

Tóc bé: công suất 2kW

Tóc lớn: công suất 30kW

+BóngX quang Shimadzu 0,7/l,2Ư161C-25:

Tiêuđiểmbé: 0,7mm công suất 14,4kW

Tiêuđiểm lớn: l,2mm công suất 23kW

g Đặc tính tóc đèn X quang

Là quan hệ giữa điện áp đốt tóc (Uđ) và dòng đốt tóc (Iđ): uđ = f(Iđ) Ở mỗi loại bóng X quang quan hệ này là khác nhau, nhưng sự khác nhau này là không đáng kể Giá trị dòng tóc đèn cực đại trên đồ thị làgiá trị cực đại tuyệt đối cho phép Trong khi

sử dụng không điều chỉnh dòng tóc đèn vượt quá giá trị cho phép

Tuôi thọ của bóng X quang phụ thuộc khánhiêu vào các yêutô sau:

+ Dòngđốttóc đèn

+Nhiệt độ tóc đèn

+ Thời gian phát tia

Ở chế độ chụp nhiệt độ tóc đèn tăngrất cao

4.2 4,3 4.4 4.5 4.6 4.7 4,8 4,9 5.0 5,1

Hình 1.16 Đồ thị biêu diên điện áp đốt và dòng đốt

Trong quá trình sử dụng kim loại volfram bốc hơi làm cho độ chân không trong bóng giảm dẫn đến tóc đèn sẽ cháy Đe kéo dài tuổi thọ cho bóng X quang dải hoạt động dòng tóc đèn kể cả giá trị cao, giá trị thấp cần được điều chỉnh hết sức cẩn thận

Với cách làm này sẽ kéo dài được tuổi thọ của tócđèn

h Đặc tỉnh phát xạ

Đặc tính phát xạ là quan hệ giữa dòng đốt tóc và dòng qua bóng X quang với

các giá trị điện áp trên anốt là không đổi

Khi điện áp trên bóng tăng, dòng qua bóng tăng theo mặc dù dòng đốt làkhôngđổi Muốn cho dòng qua bóng không thay đổi ứng với các giá trị kv khác nhau taphải thayđổi dòng đốt theo các giá trị kv tương ứng Chúng ta có cácmạch bù, mạch

bù ởđây khôngphải là bù theo chiều tăng mà còn bù theo chiều giảm

i Đặc tỉnh về nhiệt

Lượng nhiệt dựtrừ hoặc độ dự trữ nhiệt của bóng được định nghĩa làHƯ (Heat

Unit) hoặcJ (Joule)

kv: điện áp cực đại đặt lên bóng phát tia

mA: là dòng qua bóng phát tia

Đối với các mạch chỉnh lưu, chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha cảsóng

HU = kV.mA.s

HU/s = kV.mAĐây là thông số quan trọng của bóng X quang

- Đối với các bóng có dòng 200 -ỉ- 300 mAhệ số tỏa nhiệt là 140 kHƯ

- Đối với các bóng có dòng 500 700 mA hệ số tỏa nhiệt là 1400 kHU

1 kHU = 1000 HU

1 HU =0,71 J 11=1,33 HU

Hệ số tỏa nhiệt của anốt còn phụ thuộc vào điện áp chỉnh lưu đặt lên anot bóng

X quang

- Đối với các máy 'A sóng, 1 pha, 1 phacả sóng:

Hình 1.18 Hình dạng bóng Xquang Anot quay hoàn chỉnh

Ví dụ: nếu chế độ chụp 200mA, 85kV thời gian o,ls thì lượng nhiệt sản sinh ra

ở anot là 1700 HU

Điều kiện để cho một bóng X quang hoạt động tốt thì bóng phải đảm bảo 3 điềukiện:

- Bóng phải đảm bảo độ chân không tốt

- Phải có điện áp gia tốc cho điện tử đủ lớn, điện áp này đặt giữa anốt và katốt

- Phải có nguồn bức xạ điện tử ở katốt

1.2 Hệ thống cao thế

1.2.1 Máy biến thế

Máy biến áp có cấu tạo chung gồm bộ phận chính ta có thể dễ dàng nhận

thấy đó chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy

Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gông Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông

là phần nối liền giữacác trụ để tạo thành một mạch từ kín Lõi thép của máy biến áp

được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo

bằng các vật liệu dần từ tốt Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung

để đặt dây cuốn Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao

thường được cấutạo bởi các lá thép permalloy ghép lại

Dây quấn hay cuộn dây: thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài

bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra Với biến áp quấn

bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp

Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệmvụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể Nl > N2 hoặc ngược lại

Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất

liệu khác nhau Chúng thường được làm từ nhựa, gồ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp

thùng và thùng Nắp thùng để đậytrênthùng

Phân loại máybiến áp: Cũng giống nhưnhiều các thiếtbị điện khác, tacũng cónhiều cách để phân loại máybiến áp

Theo cấu tạo tasẽ phân chiathành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha

Theo chức năng có máy biến áp hạ thế vàmáy biến áp tăngthế

Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,

Theo mối quan hệ cuộn dây ta chiathành biếnáp tự ngẫu và biến áp cảm ứng

Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp

hàn, máy biến áp xung,

1.2.2 Chỉnh lưu cao thế

Bóng X quang chỉ dẫn dòng một chiều từ anốt đến katốt Vì vậy cần phải chỉnhlưu điện áp cao thế xoay chiều thành một chiều để làm nguồn cấp cho bóng hoạtđộng Hiện nay có ba loại chỉnh lưu cao thế dùng phổ biến là:

- Chỉnh lưu một pha nửa sóng

- Chỉnh lưu một pha cả sóng

- Chỉnh lưu ba phacả sóng

a Chỉnh lưu cao the 1 pha nửa sóng

Đây là loại chỉnh lưu đon giản nhất Sơ đồ mạch điện và các dạng sóng đặc trư­

ng cho điệnáp chỉnh lưu, dòng điện và năng lượng tia X được minh hoạ trên 1.23

Thực chất, nó chính là loại tự chỉnh lưu - bóng X quang kiêm luôn chức năng chỉnhdòng Nó chỉ làm việc trong nửa chu kỳ khi điện thế anốt là dương so với catốt, còn

trong nửa chu kỳ còn lại, bóng không dẫn dòng

Hình 1.24.Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

- Nhữngưu điểmcơbản của loại chỉnh lưu này nhưsau:

+ Kích thước nhỏ

+ Trọng lượng nhẹ

+ Đơn giản, dễchế tạo

+ Giá thành thấp

Tuy nhiên, chỉnhlưu loại nàycũng có những nhược điểmsau đây:

+ Trị số điện áp tối đa (điện áp đỉnh kVp) trong nửa chu kỳ bóng dẫn dòng nhỏ

hơn trị số kVp trong nửa chu kỳ còn lại một lượng là AkV = IR; trong đó I là dòng bóng còn R là điện trở trong của các cuộn dây biến áp cao thế Khi dòng bóng tăng

thì AkV cũngtăng theovà có thể lêntới 20 30kV

Do vậy công suất của bóngX quang phụ thuộc vào kVp trong nửa chu kỳ có ích,

còn các vấn đề cách điện, kích thước, trọng lượng của khối cao thế lại liên quan đến nửa chu kỳ không tải, điều này làm giảm hiệu suất của khối cao thế, nên trị số dòng

lớn nhất của bóng X quang trong kiểu chỉnh lưu này bị giới hạn trong phạm vi từ 60

-100mA (để AkV không quá lớn)

+ Trị số dòng đỉnh và trị số dòng trung bình của bóng X quang chênh lệch rất

nhiều Người ta đã tính toán được rằng: Ip = 3Itb- Dòng trung bình Itb là dòng quyết

định công suất phát xạ tia X và nhiệt toả ra trong cả quá trình chụp Trong khi đó Ip

lại quyêt định nhiệt độ của điêm hội tụ Do sự chênh lệch này, dòng của bóng X

quang Itb bị hạn chế sao cho dòng đỉnh của nó không quá lớn có thể làm cho điểm hội

tụ quá nóng tới mức bức xạ điện tử (bức xạ thứ cấp) hoặc bị nóng chảy

+ Công suất phát xạ tia X và nhiệt độ của anốt do công suất của bóng quyết

định Neu công suất này quá cao (hoặc Itb hoặc kv quá lớn) có thể làm cho anốt quá nóng dẫn tới bức xạ điện tử thứ cấp Khi đó trong nửa chu kỳ âm, catốt dương hơn anốt, chùm điện tử do anốt bức xạ sẽ chạy về phía catốt tạo nên dòng điện ngược, làm

catốt nóng lên thêm Sự tăng nhiệt này của catốt (không phải do thay đổi dòng sợi

đốt) làm tăng dòng của bóng Ket quả anốt lại nóng thêm lên và bức xạ điện từnhiềuhơn nữa Vòng phản hồi dương về nhiệt này tiếp diễn có thể dẫn tới làm hỏng bóng

Chính vì vậy, công suất phát xạ tiaX trong kiểu chỉnh lưu một phanửa chu kỳ bị hạn

chế

+ Nếu phải dùng cáp cao thế để nối giữa biến thế và bóng thì điện áp giữa ruột

và vỏ cáp biến thiêngiữa hai giá trị đỉnh (ví dụ: -50kV ov +50kV) do vậy cáp

phải có độ cách điện rất cao so với cáp trong các kiểu chỉnh lưu khác Đe loại bỏ

nhược điểm này, người ta thường bố trí biến thế cao thế và bóng liền kề nhau và đặt chúng vào trong mộtthùng chứa, đôi khi thùng này còn được gọi là đầu bóng

- Phạm vi sử dụng

Do những ưu điểm và nhược điểm cơ bản nói trên, ngày nay loại chỉnh lưu nửa

chu kỳ chỉ được ứng dụng trong các máy X quang loại nhỏ, di động hoặc máy X quang răng Những máy này thường dùng loại bóng X quang anốt cố định, hội tụ đơn

và dòng tối đa tới 601Ĩ1A và kv khoảng lOOkV

h Chỉnh lưu cao thế 1 pha cả sóng

Loại chỉnh lưu một pha cả chu kỳ nhằm khắc phục những nhược điểm cơ bản của loại chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ Sơ đồ mạch điện và các dạng sóng đặc trưng

cho điện áp chỉnh lưu, dòng điện và năng lượng tia X được minh hoạ trên hình 1.24 Trong loại chỉnh lưu này, cảhai nửa chu kỳ của dòng điện xoay chiều (cà chu kỳ) đều được sử dụng Nhờđó đã tăng đáng kể công suất phát xạ tia X, hiệu suất của khối cao thế và mở rộngphạm vi ứng dụng của thiết bị

Hình 1.25 Mạch chỉnh lưu 1 pha cả chu kỳ

- Nguyên lýhoạt động

Mạch chỉnh lưu thuộc loại chỉnh lưu cầu gồm 4 điốt Di, D2, D3, D4 Trong một

nửa chu kỳ, D1 và D3 thông, trong nửa chu kỳ còn lại D2 và D4 thông do vậy luôn có

dòng chạy trong bóng X quang trong cả hai nửa chu kỳ của nguồn AC Dòng điện đi

qua đồng hồ chỉ thị là dòng xoay chiều nên muốn đo giá trị của nó bằng những đồng

hồ điện tử chỉ kim hoặc đồng hồ hiện số cần phải chỉnh lưu dòng điện này thành dòng

một chiều nhờ sử dụng các cầu chỉnh lưu Những điốt chỉnh lưu trong mạch điệnchỉnh lưu một pha cả chu kỳ cũng như trong mạch điện chỉnh lưu 3 pha là loại điốt

cao thế, chúng phải đạt được các chỉ tiêu cơ bản sau:

+ Chịu được dòng tải đủ lớn-1 thuận từ hàng trămtới Í.OOOmA

+ Sụt áp trên điốt phải nằm trong giới hạn cho phép cờ dưới mười kv

+ Chịu được điện áp ngược từ vài chục tới hàng trăm kv tuỳtheo loại mạch ứngdụng

Trước đây, trongnhững thiết bị X quang cổ điển, người ta sử dụng những bóng

điốt điện tử chân không rất cồng kềnh, nặng nề, mạch nung sợi đốt rất phức tạp, tuổi thọ thấp

Ngày nay, nhờ sự phát triển của công nghệ vật liệu bán dẫn, trong các máy X

quang hiện đại, điốt bán dẫn được dùng phổ biến, chúng có những ưu điểm cơ bản

sau:

+ Sụt áp trên điốt khá nhỏ

+ Chịu dòng tải lớn cỡ 1 OOOmA

+ Chịu được điện áp ngược rấtlớn

+ Hoạt động tin cậy, tuổi thọ cao

+ Kích thước và trọng lượng nhỏ

+ Không đòi hỏi nguồn nung sợi đốt

Các điốt vẽ trên hình 1.25 chỉ là những ký hiệu quy ước Thực chất, đó là những cột điốt nối tiếp nhau, mồi cột gồm vài chục tấm điốtriêng lẻ ghép lại, hai đầu cột có

lò xo để nén chúng lại với nhau Mồi tấm hình chữ nhật hoặc tròn có tiết diện khoảng0,8 - lem2 dày khoảng 0,4mm Mỗi cột chịu được dòng tải từ vài trăm đến khoảng

1.OOOmA và điện áp ngược tới vài chục kv

- Đặc trưng của chỉnh lưu một pha cả chu kỳ

Bóng X quang dẫn dòng trong cả hai nửa chu kỳ nên kv trong cả hai nửa chu kỳ

biến thiên như nhau Cũng do bóng X quang thông trong cả hai nửa chu kỳ nên trị số dòng đỉnh Ip khác biệt dòng trungbình Itb ít hơn so với sự khác biệt trong kiểu chỉnhlưu nửa chu kỳ: Ip = l,5Itb Do vậy có thể dùng dòng Itb cao hơn và tăng công suất

phát xạ tia X

Điện thế anốt luôn luôn dương so với catốt nên không còn nguy cơ của vòng hồi

tiếp dương về nhiệtdo sự bức xạ điện tử thứ cấp gây ra Điện thế kv giữa ruột và vỏcáp cao thế luôn chỉ thấp hơn hoặc bằng một nửa kVp nên yêu cầu về độ cách điện đối với cáp cao thế thấphơn, cho phép có thể dùng cáp nối giữa biến thế và bóng

- Những ưu, nhược điểm củachỉnh lưu caothế mộtphacả chu kỳ

Như đã phân tích ở trên, ta thấy loại chỉnh lưu một pha cả chu kỳ so với loạichỉnh lưu nửa chu kỳ có những ưuđiểm sau:

+ Công suất phát xạ tiaXcao hơn

+ Hiệu suất sử dụng bóng X quang lớn hơn

Tuy nhiên,nó cũng tồn tại những nhược điểm như:

+ Cấu tạo phức tạp hơn

+ Kích thước lớn hơn.

+ Trọng lượng nặng và giáthành cao hơn

- Phạm vi ứng dụng

Nhờ có những ưu điểm nói trên, kiểu chỉnh lưu một pha cả chu kỳ được ứng

dụng chủ yếu trong các thiết bị X quang loại lớn, lắp đặt cố định, đáp ứng được

những yêu cầu chụp chiếu thông thường và một số kỹ thuật chụp chiếu đặc biệt

Dòng điện và điện áp cực đại của bóng X quang trong kiểu chỉnh lưu loại này đạt tới khoang 500mA và 120 - 13ổkV tương ưng

Đôi khi, kiểu chỉnh lưu này cũng được ứng dụng ở trong các máy X quang di

động công suất tương đối lớn Hiển nhiên, những bóng X quang sử dụng trong các thiết bị X quang nói trên thuộc loại anốt quay

c Chỉnh lưu cao thế 3 pha cả sóng

Năng lượng tia X tỷ lệ với tích của dòng điện mA và thời gian chụp s, thường gọi là mAs Trong hai loại chỉnh lưu trên vì mA còn thấp nên phải kéo dài thời gian

chụp dẫn tới nhoè ảnh do sự vận động của một số bộ phận cơ thể như tim, phổi, đặcbiệt đối với trẻ em Nhằm khắc phục nhược điểm này cần nâng cao hơn nữa công suất phát xạ để có thể rút ngắn giai đoạn phát tia xuống còn cờ ms Việc này đượcthực hiện nhờ ứng dụng kiểu chỉnh lưu ba pha

- Nguyên lý hoạt động

Trên hình 1.26 là mạch điện đơn giản hoá của loại chỉnh lưu ba pha trong đó các cuộn dây sơ cấp được nối thành hình tam giác và được cấp điện từ nguồn điện 3 pha còn bên phía thứ cấp các cuộn dây thuộc các pha A, B, c tương ứng được đấu thành

hình sao, cụm chỉnh lưu gồm 6 điốt đấu thành từng cặp liên tiếp Dạng sóng điện áp,

dòng điện chỉnh lưu và năng lượng tiaX cũng được minh hoạtrên hình 1.26

Nguyên lýhoạt động của mạch điện như sau:

Như đã biết, trong nguồn cấp điện ba pha, điện áp tại các pha biến đổi không

đồng bộ mà lệch nhau Giả sử trong nửa chu kỳ dương khi điện áp trên phaA đạt giátrị cực đại thì phải sau đó một thời gian tương ứng với góc pha bằng 60° thì điện áp

trên pha B mới đạt tới giá trị lớn nhất rồi sau đó tới điện áp trên pha c Trong nửa

chu kỳ âm sự biến đổi cũng diễn ra tương tự, nhưng lúc này cực tính của điện áp là

âm so với điểm trung tính (điểm nối chung) Do vậy trong cả chu kỳ sẽ xuất hiện 6 đỉnh điện áp dương hoặc âm, mồi đỉnh cách nhau một góc pha bằng 60° Nhờ mạch

điện chỉnh lưu trên hình vẽ 1.26 bóng X quang luôn được cấp điện từ một cặp cuộn

dây có điện áp cao hơn pha còn lại Vì điện áp trên các pha tăng và giảm liên tiếp nhau nên bóng X quang sẽ được cấp điện lần lượt từ tổ họp các cặp pha AB hoặc BC

hoặc CA

Trong nửa chu kỳ dương, giả sử trong khoảng thời gian điện áp trên phaA là lớn

nhất rồi đến pha B, còn điện áp trên pha c là nhỏ nhất, mạch điện chỉnh lưu hoạt động nhưsau:

Dòng điện từ pha A qua điốt D1, qua bóng X quang, điốt D4 về pha B Tiếp đến trong khoảng điện áp trên phaA giảm, khi này điện áp trên pha B là cực đại, rồi đến pha c còn điện áp trên pha A là nhỏ nhất Lúc này dòng điện từ B qua D3, bóng X

quang, Dô rồi về pha c Sau đó đến khoảng pha c và A hoạt động, còn pha B nghỉ, dòng điện từ c qua D5 qua bóng X quang, quaD2 trở về A

Trong nửa chu kỳ âm, quá trình diễn ra tương tự, nhưng lúc này cực tính giữa

Khi A và B hoạt động thì dòng điện từ B qua D3, bóng X quang, D2 về A.

Khi B và c hoạt động, dòng điện qua D5, bóng Xquang, D4 về B

Khi c và A hoạt động, dòng điện qua D1, bóng X quang, Dôvề c

Tổng hợp hoạt động của các mạch chỉnh lưu tương ứng với các cặp pha trong cả chu kỳ, tacó thể đi tới kết luận sau: mạchchỉnh lưu 3 phacả chu kỳ có thể được xemnhư làtổ họp của 3 mạchchỉnh lưu một pha cả chu kỳ Đó là:

Pha A, B với cầu Di, D2, D3, D4

Pha B, c với cầu D3, D4, D5, Dô

Pha c,Avới cầuD5, Dó, Di, D2

Trong thực tế, mạch chỉnh lưu ba pha phức tạp hơn Trên hình 1.27 là một mạch

ứng dụng trong máy X quang CGR TRIPLUNIX 1000 Trong đó, các cuộn dây pha phía thứ cấp được chia làm hai nửa: Al, A2 thuộc pha A, Bl, B2 thuộc pha B và C1, C2, thuộc pha c Điểm giữa của chúng được nối đất thông qua điốt Nhờ vậy sẽ giảm nhu cầu về cách điện và khả năng chịu điện áp cao thế nói chung của khối caothếđi

một nửa Trongmạch sử dụng tới 12điổt

Hình 1.26 Mạch chỉnh lưu 3 pha cả chu kỳ

- Đặc trưng cơ bản

Dựa trên sự phân tích nguyên lý hoạt động ta thấy: trong một chu kỳ điện áp

xoay chiều ba pha, có 6 nửa chu kỳ điện áp chỉnh lưuđặt vào bóng Xquang, hơn nữa

những nửa chu kỳ này không kế tiếp nhau như trong kiểu chỉnh lưu một pha cả chu

kỳ mà xếp chồng một phần lên nhau Đây là một điểm khác biệt cơ bản giữa 2 kiểu

chỉnh lưu Do vậy, điện áp tại anốt bóng X quang không lúc nào sụt xuống mức ov

như trong kiểu chỉnh lưu một pha mà chỉ biến đổi từ cực đại xuống một trị số nhất định nào đó Trị số AkV khi này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: cấu tạobiến thế cao thế, sự cân bằng giữa các pha, độ méo dạng của điện áp pha , thông thường AkV bằng khoảng 20% trị số đỉnh

Hình 1.27.Mạch chỉnh lưu ba pha thực tế

Bằng một số biện pháp đặc biệt, người ta có thể giảm mức độ “gợn sóng” này

xuống thấp hơn nữa Phổ biến trong số các biện pháp này là:

+ Dùng tụlọc cao thế mắc song song với bóng X quang

+ Bổ sung thêm 3 cuộn dây thứcấp nữa (hình 1.27) Như vậy phía thứ cấp sẽ có

6 cuộn dây độc lập với nhau, trong đó 3 cuộn dây đấu thành hình sao 3 cuộn còn lại

đấu thành hình tam giác Trong mạch sử dụng 12 điốt chỉnh lưu Nhờ cách bố trí này,

trong một chu kỳ điện áp sẽ có 12 nửa chu kỳ đặt vào bóng X quang nên “gọn sóng”

điện áp chỉnh lưu cao thế trongkiểu mạch này giảm xuống chỉ còn 3% Hiển nhiên,

khi điện áp chỉnh lưu caothế bằng phang hơn, sự khác biệt giữa trị số dòng đỉnh Ip và dòng trung bình Itb trong kiểu chỉnh lưu này thấphơn trong kiểu chỉnh lưu một pha cà chu kỳ rấtnhiều

-Ưu, nhược điểm

Kiểu chỉnh lưu 3 pha có các ưu điểm cơ bản sau:

+ So với kiểu chỉnh lưu một pha cả chu kỳ, trong kiểu chỉnh lưu 3 pha, dòng tải phân phối đều trong cả 3 pha, sự chênh lệch giữa Ip và Itb ít hơn do vậy có thể tăng dòng của bóng X quang tới cỡ 1.OOOmA khiến cho công suất phát xạ tia X tăng lên

rấtnhiều

+ Với cùng một trị số mAs, ta có thể rút ngắn thời gian chụp do vậy có thể nâng

cao chất lượng ảnh khi chụp những đối tượng vận động như phổi, tim nhờ giảm nhoè ảnh do di động, mặt khác do công suất phát xạ cao nên có thể kéo dài khoảng cách giữa tiêu điểm phát xạ (bóng X quang) và phim nên có thể giảm độ méo dạng

hình học nghĩa là ảnh chụp có kích thước gần với kích thước thật

+ Do có thể duy trì điện áp chỉnh lưu cao thế gần như không đổi trong suốt quá trình chụp, kết họp với việc sử dụng những mạch thời gian điện tử thích họp, có thểgiảm thời gian chụp xuống tới mức tối thiểu cỡ l,0ms

Tuy nhiên,mạch chỉnh lưu kiểu này vẫn có một số nhược điểm sau:

+ Cấu tạo của khối cao thế bao gồm biến thế chỉnh lưu và các phụ kiện khác như: công tắc, đầu nối, mạchbảo vệ đều phức tạp

+ Chi phí cao.

- Phạm vi ứng dụng

Do có những ưu, nhược điểm trên, kiểu chỉnh lưu 3 phađược ứng dụng chủ yếu trong các thiết bị X quang cờ lớn lắp đặt cố định trong các buồng chụp X quang hiệnđại, tinh vi kết họp sử dụng nhiều thiếtbị chuyên dụng khác như đèn tăng quang, hệ thống truyền hình, máy thay phim tự động

Như vậy, ta có thê thây ngay một điêu là dạng sóng điện áp và dòng điện trong loại chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ bị gián đoạn, trong loại một pha cả chu kỳ tuy

không gián đoạn nhưng có thời điểm tụt xuống trị số 0 Còn trong loại ba pha các dạng sóng này liên tục và ít biến đổi trị số nhất Vì vậy năng lượng tia X cao nhất trong loại bapha vàthấp nhấttrong loại một pha nửa chukỳ

Ngoài những mạch chủ yếu trên, trong khối cao thế còn có các mạch phụ trợ đe kiếm tra và đo điện áp, dòng điện

- Điều khiểntham số trong thiếtbị X quang

Khi tiến hành chụp, chiếu X quang, người sử dụng phải kiểm soát được liều

lượng tia X sao cho phù hợp với từng đối tượng và bệnh lý để thu được ảnh có chất

lượng tốt nhất Liều lượng tia X quyết định bởi các tham số sau:

+ Trị số điệnáp caothếkv

+ Trị số dòng điện bóng X quang mA

+ Thời gian chụp s

Vì vậy trong bất kỳ máy X quang nào, dù loại truyền thống hay cao tần, đơn

giản hay phức tạp đều cầnphải cóba loại mạchđể điều khiển, đo lường và chỉ thị các

tham số cơ bảntrên

2 Hệ thống định vị và tạo dạng chùm tia

Như đã đề cập ở trên, muốn có ảnh X quang chất lượng cao, ngoài việc lựa chọn

các tham số liên quan tới công suất phát tianhư kV, mA, s, còncần thiết phải khu trú

chùm tia X vào vùng cần thăm khám, phải bố trí sao cho khoảng cách giữa bóng và

phim thích họp với từng loại xét nghiệm, phải loại bỏ ảnh hưởng của phát xạ thứ

cấp Những điều này có thể thực hiện nhờcác thiết bị tạo dạng và định vị chùmtia

X như hộpchuẩn trực, lưới, bàn bệnh nhân và cột bóng

2.1 Hộp chuẩn trực

Với mục đích tăng độ đối quang nghĩa là tăng chất lượng ảnh và giảm liều tia

tác động vào người bệnh, cần phải xử lý chùm tia X phát ra từ bóng X quang Hộp

chuẩntrực và lưới được dùng với mục đích npy

Hộp chuẩn trực, còn gọi là diaphragm, là một dụng cụ đặt giữa bóngX quang và

người bệnh có chức năng giới hạn chùm tia theo một kích thước do người vận hành

2.2 Lưói chống mò’ (lọc tia mềm)

Lưới có chức năng chống tia phát xạ thứ cấp từ đối tượng chụp tác động lên

phim, nó được đặt giữa người bệnh và catxet

Lưới có cấu trúc gồm các dải băng chì rất mảnh xếp song song với nhau và

hướng về điểm hội tụ, chen giữa các dải chì này là vật liệu có độ hấp thụ tia không

đáng kể như nhôm, bakêlit sao cho chùm tia bức xạ chính (sơ cấp) có thể truyền qua trong khi phần lớn lượng tia bức xạ thứ cấp bị hấp thụ Trên hình 1.45 minh hoạ cấu

trúc của lưới vàtác dụng hấp thụ tia bứcxạ thứ cấp của nó

Hình 1.45 Cơ chế ngẫn tia bức xạ thứ cấp của lưới

Có hai loại lưới là lưới cố định và lưới chuyển động

Lưới ban đầu có cấu tạo đơn giản nhưng trên ảnh còn lưu lại bóng mờ của các dải chì, điều này thực chất không ảnh hưởng nhiều tới việc chẩn đoán vì người đọc

phim đã được biết trước Với ảnh đòi hỏi chất lượng cao, nhiều chi tiết thì phải sử dụng loại lưới chuyển động để loại bỏ ảnh hưởng này Loại lưới chuyển động kết hợpgiữa lưới với một cơ cấu dịch chuyển được gọi là lưới Bucky hay lưới Plotter -

Buckỵ Khi có lệnh chuẩn bị chụp lưới được đưa vào trạng thái chuyển động đu đưavới tốc độ cao, khi chụp hình ảnh của các dải chì sẽ được làm mờ đi Đẻ đáp ứng vớicác nhu cầu thămkhám khác nhau, các nhà sản xuất đã chế tạo ra một số loại lưới có

những chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau như số lượng dải chì trên lem (thường từ 20 đến

40), tỷ lệ giữa chiều cao của dải chì (hoặc bề dày tấm lưới) với khoảng cáchgiữa hai

dải chì thường có 3 giá trị là: 5/1, 10/1 và 15/1 Các tỷ lệ nàỵ ứng với các mức năng lượng bức xạ tia X khác nhau có nghĩa là ứng với các trị sổ kv khác nhau: với kv

thấp dùng loại lưới có tỷ lệ thấp và ngược lại Khoảng cách từ tiêu điểm tới phim(FF) cũng cần được chọn tương ứng với các giá trị trên: 60 - 80cm, 100 - 120cm và 150cm

Lưới cố định hiện nay (lưới Lysholin) là loại lưới rất mỏng (dưới 3mm) Lưới

này nhẹ, dễ sử dụng, không cần phải di động và cũng không để lại vết trên phim, có

thể dùng chụp đứng, chụp tại giường bệnh nhân nhưng rất mỏng manh, dễ hư hỏng

Lưới nói chung là phụ kiện đắt tiền và dễ bị hư hỏng và mất tác dụng nếu bịcong, vênh Một khi lưới đã bị hỏng thì không thể sửa chữa, tuy vậy, nếu được bảo quản tốt thì lưới có thể dùng được lâu dài Nếu không được lắp sẵn vào thiết bị thì cần phải bảo quản lưới cẩn thận trong bao bì bằng chất dẻo

Catxet dùng đặt phim hoặc tấm tạo ảnh để lắp vào khay bàn chụp Đó là một hộp dẹt chứa phim và hai tấm bìa tăng quang, hai tấm này dính vào hai mặt của catxet (chụp X quang thường quy) hoặc chứa tấm tạo ảnh IP (chụp X quang CR) Hai mặt catxet gắn với nhau bởi bản lề và có khoá để cố định Catxet hoàn toàn kín không cho ánh sáng lọt vào nhưng lại cho phép tia X xuyên qua Mặt trên của catxet đối diện với

bóng X quang phải đồng chất để không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh và

thường được làm bằng nhôm hoặc chất dẻo

2.3 Bàn bệnh nhân và cột bóng

2.3.1 Bàn bệnh nhân

Bàn bệnh nhân và cột hay giá treo bóng phải phối hợp với nhau sao cho có thểthăm khám được mọi vùng trên cơ thể từ đầu, ngực, bụng tới chi với các tư thế khác

nhau như nằm, ngồi, đứng, chéo nghiêng và có thể cả tư thế nằm dốc đầu nữa Hình

1.45 biểu diễnmột cụmbàn bệnh nhân và cộtbóng

Khoảng cách từ bóng tới phim phải điều chỉnh được theo yêu cầu trong khoảng

1 - l,5m

Hình 1.46 Bàn bênh nhân và cỏt bónợ

Bàn bệnh nhân phải có kết cấu vững chắc, chịu được tải trọng không dưới 150kg, có thể định vị tại các góc khác nhau từ khoảng -30° đến +90° so với mặt phang ngang Mặt bàn phải trong suốt với tia X, có thể di chuyển theo chiều dọc vàngang Phía dưới mặt bàn có thể lắp hộp catxet và lưới Bàn bệnh nhân có thể điều

khiển bằng tay, bằng động cơ điện hoặc điều khiển từ xa Các tư thế và vị trí của bàn cũng như mặt bàn phải được cố định bằng chốt hoặc phanh từ điện Có nhiều kiểu bàn bệnh nhân phù hợp với chức năng thăm khám khác nhau, bàn có thể định vị tạinhiều tư thế dùng trong xét nghiệm đa năng

2.3.2 Cột bóng

Cột và giá treo bóng cũng rất đa dạng, có loại cột lắp đặt cố định, có loại dichuyển trên ray, giá treo bóng có loại gắn cố định, có loại di chuyển theo thanh ray trên trần hoặctường

Cột được nối với bóng X quang thông qua cần bóng Kết Cấu của cột và cần

bóng phải đảm bảo sao cho bóng có thể di chuyển lên xuống, ra vào và quay trong

phạm vi góc 180°

Một tiêu chuẩn quan trọng là cột bóng phải có hệ thống đối trọng sao cho bóng

di chuyển nhẹ nhàng, không rung động tại bất kỳ vị trí nào Vị trí cột và bóng cũng

phải được cố định bằng chốthoặc phanh từ điện

hiển thị, quản lí thông tin, lưu trữ, in ấn, thậm chí là truyềntải qua mạng nội bộ hoặc internet, bởi hệ thống máy tính, thiết bị phụ trợ, cổng giao tiếp và các phần mềm tiện

ích (PACs- Picture Archiving & Communications systems)

X quang số hiện nay có 2 kỳ thuật phổ biến đó là X quang bán so (computed radiography) vàX quang số (direct radiography)

3.1 Khái niệm X quang kỳ thuật số CR (Computed Radiography)

X quang bán số CRĐây là hệ thống gần giống X quang cổ điển: máy phát tia

X quang bình thường và phim/bìa tăng quang được thay bằng tấm tạo ảnh (Imaging plate) có tráng lóp Phosphor lưu trữ (storage) và kích thích phát sáng

(photostimulable luminescence) Tấm tạo ảnh khi được tia X chiếu lên sẽ tạo nên 1

tiền ảnh (latent image), sau đó tấm tạo ảnh này sẽ phát quang lần 2 khi quét bởi 1 tia laser trong máy kỳ thuật số hóa (digitizer), anh sáng này được bat lay (capture) và cho ra hình kỹ thuật số tức là có sự chuyển đổi từ hình analog ra digital Hình này sẽ được chuyển qua máy chủ để xử lý Tấm ảnh sẽ được xóa bởi nguồn ánh sáng trắng

Tia X khi xuyên qua tổ chức thăm khám sẽ đến tẩm tạo ảnh IP (ImagePlate)

đặt trong cassette và được tấm tạo ảnh thu nhận, về mặt cấu trúc, bộ phận thu nhận

số hoá được cấu tạo trên chất nền silic, gồm 2 lóp khác nhau:

- Lớp đầu tiên có tác dụng chuyến năng lượng của tỉa X (photon X):

+ Những photon X có thể được chuyển trực tiếp thành năng lượng điện nhờ cấu tạobởi chất bán dẫn, những bộ phát hiện selen hoạt động theo dạng này

+ Những photon X có thể được chuyển thành quang năng nếu chất này được cấu tạobởi một bộ phận nhấp nháy

+ Bộ phận này được Cấu tạo bởi các ống hình kim dẫn ánh sáng nên không làm

nhũng tín hiệu quang này bị khuyếch tán trên đường tới lớp đọc thông tin (phim có lóp cảm nhận ở đầu tận cùng gọi tắt là TFT

- Lóp thứ hai có tác dụng đọc các năng lượng tới thu nhận được:

+ Những năng lượng này được đọc trong từng đơn vị ảnh (gọi là pixel) bởi các điôt

quang điện hoặc bằng các điện dung khi năng lượng thu nhận được là năng lượng

điện

+ Các pixel này được hình thành bởi một đầu đọc điện được sắp xếp thành hàng và

cột rải rác trên lóp silic vô định hình

+ Sự sắp xếp thông tin theo các hàng và các cột này được thực hiện nhờ máy tính

Hệ thống này cho phép chuyển cường độ tín hiệu điện thu được thành các giá trị tỉ lệ tương đương qua đó tạo nên hình ảnh

Hình Cấu tạo tấm thu nhận ảnh IP

Dữ liệu từ tấm IP (tiền ảnh) sẽ được chuyển đến máy đọc ảnh và xóa dữ liệu:

- Tấm tạo ảnh đã nhiễm tia X (exposed) được quét bởi một chùm tia leser ánh

sáng đỏ trong khi tấm tạo ảnh này đang di chuyển rất chính xác vào bộ phận đọc

phospho

- Tia phát sáng kích thích tạo ảnh (PSL) giải phóng tia sáng leser được hội tụ vào

ống photo multiplier (PMT) thông qua bộ hướng dẫn hội tụ ánh sáng và được dịch

chuyển thànhtín hiệu điện

Hình Máy đọc ảnh CR

Tín hiệu điện này được số hóa thành hình ảnh và chuyển tới bộ phận xử lý

ảnh Tại đây KTV sẽ lựachọn, căn chỉnh để có được hình ảnh tốt nhất có giá trị chochẩn đoán.

Cuối cùng dữ liệu sau khi xử lý sẽ được lưu trữ trên máy hoặc in thành phim qua hệ thống in phim khô:

- Cấu tạo phim khô: Là loại phim X quang thế hệ mới Được phủ một lớp chất lỏng đặc biệtđược in bằng hệ thống nhiệt

- Công dụng của phim khô: Tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao Không cómùi khó chịu Không xếp vào những vật liệu đã nhiễm xạ ( không hấp thụ tiaX)

Sau khi đọc xong dữ liệu, bộ phận đọc, xóa dữ liệu sẽ xóa dữ liệu số cũ (ảnh tiềm tàng) bằng ánh sáng trắng, tạo ra tấm tạo ảnh mới.

4 Hệ thống thu nhận ảnh kỹ thuật số DR

4.1 Khái niệm X quang DR (Digital Radiography)

So với X quang cổ điển (screen/film radiography), hệ thống CR đã cho

nhiều ưu điểm vượt trội Nhưng có những đặc điểm mang tính cố hữu mà phươngpháp này không thể khắc phục được, chẳng hạn như sự nhoè ảnh do chấtphát quang,

sự mất dữ liệu trong quá trình thu ảnh, việc sử dụng các thiết bị trung gian (tấm IP,

CRReader) Vì vậy, hệ thong X quang kỳ thuật số trực tiếp DR (direct radiography)

là một giải pháp hoàn hảo, khắc phục được cácyếutốtrên

Hình 1: Lịch sử ra đời của DR

Kỹ thuật này giống máy chụp ảnh kỹ thuật số, vì cũng dùng nguyên tắc tương

tự là bảng cảm ứng và cho hình ngay sau khi chụp Nguyên tắc tạo ảnh là nhờ bảng

cảm ứng (Sensor panel) cấu tạo do sự kết họp của lóp nhấp nháy (Scintillator) gồmcác lóp cesiumiodide/thallium và tấm phim mỏng transistor (TFT) với silicon vô định

hình (amorphous silicon) Bảng cảm ứng này thay thế cặp phim/bìa tăng quang cổ

điển, sau khi được phô xạ, sẽ chuyển hình và hiển thị trên màn hình máy tính sau khoảng 5 giây và có thể chụp tiếp ngay không cần xóa như CR Ngày nay, nhờ sự

phát triển của ngành điện tử và kỹ thuật số: máy X quang đã được sản xuất với công nghệ mới hiện đại như: máy X-quang cao tần, máy CT scanner, máy X-quang chụp

tuyến vú, máy X quang chụpmạchxóa nền DSA

4.2 Quy trình hoạt động của hệ thống DR

Dựa vào nguyên lý phát tia X củamáy XQ TT

Trong DR, ảnh được tạo ra một cách trực tiếp mà không phải qua thiết bị đọc

ảnh trung gian như CR Điều này có thể được thực hiện nhờ vào cấu tạo đặc biệt củađầu dò của DR Đầu dò DR là loại đầu dò ảnh số phang (ílat-pannel digital images

detector) sử dụng công nghệ ma trận hoạt động (active matrix) Đầu dò là một bảng phẳng có kích thước như tấm phim thường, gồm những ô đơnvị được cấu tạo từ các

transistor hiệu ứng trường TFT dạng mỏng (thin-film transistor) hoặc các diode làm

từ các vật liệu bán dẫn sợi tinh thể hoặc vật liệu bán dẫn vô định hình thường dùng là

Silicon vô định hình (a- Si) và Selenium (a-Se) đặt vào bảng cảm ứng Sensor panel

cấu tạo do sự kết họp của chất nhấp nháy (Scintillator) gồm các lớp Secium iodide/thallium và tấm phim mỏng Transistor hiệu ứng trường (TFT) với Silicon vô định

hình (a-Si) hoặc Selenium (a-Se) Bảng cảm ứng này thay thế tấm IP của CR hay bìa tăng quang cổ điển Sau khi phô xạ bức xạ ion hóa, sẽ chuyển hình và hiển thị hìnhtrên màn hình máy tính sau 3-5 giây và có thể chụp tiếp ngay không cầnxóa

Báng cảm ứng Sensor panel có khả năng chụp lại nhiều lần và có dải phô xạ

rộng hơn phim XQ quy ước và CR nên không sợ hư phim do tia quá yếu hay tia quá mạnh Hầu như không có trường hợp chụp lại

Hiện nay có hai loại đầu dò DR thông dụng dựa trên hai phương pháp tạo ảnhXquang trênmảng phang (flat-pannel):

+ Phương pháp trực tiếp: Chuyển trực tiếp năng lượng tia X thành tín hiệu điện

Hệ thông thông tin

va lưu trữ ảnh PACS Hiền thị

- DR có bảng cảm ứng sử dụng gần như vĩnh viễn, CR có những tấm tạo ảnh có

tuổi thọ và có thể bị hao mòn sau một thời gian

- DR không can cassette, có thể ghi tên trực tiếp tên bệnh nhân nhờ máy điện toán chủ, CR can cassette, và phải có máy ID station để ghi lý lịch bệnhnhân

- DR cho ảnh ngay, được sử dụng để làm máy soi X quang kỳ thuật số (Digital fluoroscopy) cho hình tức thì, CR chỉ cho hình sau khi quét bởi laser

- Nhưng DR thường có bảng cảm ứng cố định, chỉ dùng cho 1 máy X quang, CR cónhiều cassettes nên có thể sử dụng cho nhiều phòng

- DR hiện đại hon CR và đang còn tiếp tục nghiên cứu để đạt mức tối ưu

- DR gọn nhẹ hon CR Do đó có thể tạo hệ thống X quang số di động với DR

- Chi phí cho DR cao hơn CR Chất lượng hình do DR &CR tương đương

5 Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh y học PACS (Picture Archiving and Communication Systems)

PACS (hệ thong lưu trữ và truyền hình ảnh) là một công nghệ hình ảnh y tế

cung cấp nơi lưu trữ, truy xuất, quản lý, phân phối và trình chiếu hình ảnh Điều này

giảm thiểu hình thức in phim truyền thống tại các cơ sở y tế Hệ thống PACS cho

phép thu, lưutrữ, xem và chia sẻ tất cả các loại hình ảnh phục vụ y tế

Định dạng phổ biến để lưu trữ và truyền hình ảnh PACS là DICOM (Hình ảnh

kỹ thuật số và Truyền thông trong Y học) Việc sử dụng DICOM giúp dễ dàng kết nối hệ thống PACS với hệ thống Thông tin Quang tuyến (RIS) và nhiều hệ thống hình ảnh y tế khác Không chỉ vậy, nó còn cho phép kết nối và chuyển dữ liệu đến

các hệ thống tại nhiều cơsởchăm sóc sức khỏe khác

Hầu hết PACS xử lý hình ảnh từ các công cụ hình ảnh y tếkhác nhau, bao gồm

siêu âm (US), cộng hưởng từ (MR), chụp ảnh hạt nhân, chụp cắt lóp phát xạ positron

(PET), chụp cắt lớp vi tính (CT), nội soi (ES), chụp nhũ ảnh (MG), kỹ thuật số chụp

X quang (DR), chụp X quang (CR), mô bệnh học, nhãn khoa, vv Các loại định dạng

hình ảnh khác luôn được bổ sung Các khu vực lâm sàng ngoài quang tuyến như tim mạch, ung thư, chỉnh hình, và thậm chí phòng thí nghiệm đang tạo ra những hình ảnh

y tế có thể được đưa vào PACS

Hệ thống PACS có khả năng truy cập kịp thời và hiệu quả hình ảnh, chẩn đoán và dữ liệu liên quan Nó phá vỡ các rào cản vật lý và thời gian liên quan đến việc truy xuất, phân phối và hiển thị hình ảnh dựatrên phim truyền thống

DICOM images

Acquisition Modality

DICOM images

Acquisition Modality

LỢI ÍCH CỦA PACS

Thuy thế bản in ra giấy: Hệ thống PACS thay thế hoàn toàn hệ thống phimtruyền thống thành hệ thống lưu trữ hình ảnh y tế dưới định dạng Dicom có thể dễ dàng lưu trữ và chia sẻ cho các bác sỹ Ngoài ra, hệ thống có thể ghi kết quả ra đĩa

CD trả cho bệnh nhận, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường

Truy cập từ xa: Hệ thống PACS là cơ sở cho việc ứng dụng và triển khai các

mô hình chẩn đoán từ xa (Tele-Radiology), Bệnh án điện tử (EMR), Y học từ xa

(Tele-Medicine) - giải pháp giúp tận dụng triệt để nguồn nhân lực chất lượng cao

trong y tế PACS là một trong những hệ thống có vai trò quan trọng cho các giải phápđó

Nen tảng tích họp hình ảnh điện tử: Nano PACS dựa vào cấu trúc 2 chiều

trên máy chủ để đưa ra kết quả một cách nhanh và chuẩn xác nhất Hình ảnh hiển thị

rõ nét Sau khi thực hiện các chỉ định, bác sỹ có thể thấy ngay được phân tích kết quả của bệnh nhân để đưa ra hướng điều trị tiếp theo

Tái tạo hình ảnh 3D: Hệ thống sẽ xử lý hình ảnh trên Work Station 5K và cung cấp nhiều web xem ảnh khác nhau như: web xem ảnh DICOM với thanh hiển

thị, web xem ảnh DICOM với hình nhở đại diện, web xem ảnh DICOM với các loại

thước đo

Với những lợi ích không nhỏ mà PACS đem lại, hiện nay các bệnh viện, phòngkhám, cơ sở y tế đềuáp dụng hệ thống này vào việc quản lýchẩn đoán hình ảnh