Công nghệ thu nhận hình ảnh kỹ thuật số trong máy x quang chẩn đoán DR

Vì công suất tiêu hao điện rất lớn khoảng từ 10kW đến 150kW tùy từng loại máy X quang, vì vậy biến thế cấp nguồn dùng cho chức năng này là loại công suất lớn với dòng điện chạy trong cuộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ THU NHẬN HÌNH ẢNH KỸ THUẬT SỐ

TRONG MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN DR

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN: NGUYỄN HOÀNG ANH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60520203

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS NGUYỄN ĐỨC THUẬN

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Hoàng Anh hiện đang là học viên cao học lớp Kỹ thuật điện

tử K7 Viện Đại học Mở Hà Nội, tôi xin cam đoan rằng luận văn với đề tài “Công

ngh ệ thu nhận hình ảnh kỹ thuật số trong máy X quang chẩn đoán DR„ này là do

bản thân tôi nghiên cứu thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS.TS Nguyễn Đức Thuận Các số liệu và kết quả có được trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Tôi xin cam đoan và chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình!

NGƯỜI VIẾT LUẬN VĂN

Nguyễn Hoàng Anh

và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Quý thầy cô Khoa sau đại học – Viện Đại học mở Hà Nội đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhưng không tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Em rất mong được sự góp ý của Quý Thầy, Cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Thuật ngữ viết tắt

Danh sách bảng biểu

Danh sách các hình vẽ

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.2 PHÂN LOẠI MÁY X QUANG 4

1.2.1 Phân loại theo điện áp nguồn cung cấp 4

1.2.2 Phân loại theo điện áp chỉnh lưu cung cấp cho anốt bóng phát tia X 4

1.2.3 Phân loại theo công suất 4

1.2.4 Phân loại theo nhiệm vụ 4

1.2.5 Phân loại theo cấu tạo 5

1.2.6 Phân loại theo tần số 5

1.2.7 Phân loại theo vị trí lắp đặt 5

1.2.8 Phân loại theo công nghệ thu nhận ảnh 5

1.3 THIẾT BỊ TẠO TIA X 5

1.3.1 Bóng X quang 5

1.3.1.1 Nguyên lý hoạt động 5

1.3.1.2 Cấu tạo 6

1.3.2 Khối tạo điện áp cao thế 9

1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động 9

1.3.2.2 Cấu tạo 9

1.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ 14

1.4.1 Khái niệm chung 14

1.4.2 Mạch điều khiển điện áp cao thế (kVp) 14

1.4.2.1 Đặc điểm và yêu cầu 14

1.4.2.2 Cách thức thực hiện 15

1.4.3 Mạch điều khiển dòng cao thế 17

1.4.3.1 Đặc điểm và yêu cầu 17

1.4.3.2 Mạch điều khiển mA 18

1.4.4 Mạch điều khiển thời gian 22

1.4.4.1 Đặc điểm và yêu cầu 22

1.4.4.2 Mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian 23

1.4.4.3 Mạch điều khiển phát tia X theo mAs 23

1.4.4.4 Mạch thời gian tự động 24

1.5 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 24

1.5.1 Giới thiệu chung 24

1.5.2 Hộp chuẩn trực 25

1.5.3 Lưới 27

1.5.4 Bàn bệnh nhân và cột bóng X quang 29

1.5.4.1 Đặc điểm chung 29

1.5.4.2 Bàn bệnh nhân 30

1.5.4.3 Cột và giá treo bóng 31

1.6 THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH 32

Chương 2: CÔNG NGHỆ THU NHẬN HÌNH ẢNH KỸ THUẬT SỐ TRONG MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN DR 34

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 34

2.2 ĐẦU DÒ SỐ TRỰC TIẾP DR, CÔNG NGHỆ TFT (THIN FILM TRANSISTOR) 35

2.2.1 Cấu tạo 35

2.2.2 Sự tạo ảnh và đọc ảnh 38

2.3 ĐẦU DÒ SỐ GIÁN TIẾP DR, CÔNG NGHỆ CCD (CHARGE COUPLED DEVICE) 40

2.3.1 Cấu tạo 40

2.3.1.1 Tinh thể nhấp nháy 41

2.3.1.2 Mảng đi-ốt quang 42

2.3.1.3 Refresh light 46

2.3.2 Sự tạo ảnh và đọc ảnh 46

2.3.3 Các thông số và phần phụ khác 51

2.3.3.1 Điều hòa nhiệt độ cho detector 51

2.3.3.2 Bước tiền xử lý trên FDC 52

2.3.3.3 Kiểm soát liều 53

2.3.3.4 Hình ảnh về một số bảng mạch khác của FD10 57

2.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM 58

2.5 SO SÁNH CÔNG NGHỆ 58

2.5.1 Kích thước detector 58

2.5.2 Kích thước nguyên tố detector (điểm ảnh) và kích thước ma trận 58

2.5.3 Độ phân giải không gian 59

2.5.4 Chất lượng ảnh 62

Chương 3: QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH MÁY X QUANG 67

3.1 PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

3.1.1 Phạm vi áp dụng 67

3.1.2 Tài liệu tham khảo 67

3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG MÁY X QUANG 67

3.2.1 Kiểm tra bên ngoài 69

3.2.2 KiÓm tra kü thuËt 70

3.2.3 Kiểm tra đo lường 71

3.2.3.1 Kiểm tra điện cao áp đỉnh 71

3.2.3.2 Kiểm tra thời gian phát tia X 73

3.2.3.3 Kiểm tra cường độ dòng phát tia của bóng X quang 74

3.2.3.4 Kiểm tra thông số mAs 75

3.2.3.5 Xác định liều lối ra 76

3.2.3.6 Kiểm tra kích thước tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang 77

3.2.3.7 Kiểm tra độ đồng trục của chùm tia X 77

3.2.3.8 Kiểm tra độ trùng hợp giữa trường sáng và trường xạ 78

3.2.3.9 Đánh giá HVL và chiều dày tấm lọc tổng cộng của bóng X quang 79

3.2.4 Xử lý chung 80

3.3 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÁY X QUANG KỸ THUẬT SỐ DR TẠI MỘT SỐ CƠ SỞ Y TẾ TẠI VIỆT NAM (CÓ PHỤ LỤC 1 KÈM THEO) 80

1 Kiểm định máy X quang kỹ thuật số PHILIPS tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội 80

2 Kiểm định máy X quang kỹ thuật số SIEMENS tại Bệnh viện 199 – Bộ Công An 90

3 Kiểm định máy X quang kỹ thuật số TOSHIBA tại Bệnh viện 198 – Bộ Công An 99

4 Yêu cầu kỹ thuật của máy X quang kỹ thuật số theo Thông tư số: 28/2015/TT-BKHCN ngày 30 tháng 12 năm 2015 112

5 Kết quả kiểm định 113

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CR Computed Radiography X quang điện toán

CCD Charge Couple Device Ống tăng sáng

DR Direct Radiography X quang trực tiếp

FD Flat Panel Đầu dò thu nhận dạng tấm phẳng TFT Thin Film Transistor Transito phim mỏng

MTF Modulation Transfer Function Hàm chuyển điều biến

LUT Look Up Table Bảng tra cứu

FR Frame Request Yêu cầu khung

XW X ray Windown Cửa sổ tia X

DRZ Dark Reference Zone Vùng tối tham chiếu

AMUX Analog Multiplexor Bộ dồn kênh tương tự

FDC Flat Dectector Controller Khổi điều khiển đầu dò phẳng DIP Digital Image Processing Khối xử lý ảnh số

AF Application Factor Hệ số ứng dụng

AGL Average Gray Level Mức xám trung bình

MGL Maximum Gray Level Mức xám lớn nhất

HIS Hospital Information System Hệ thống thông tin bệnh viện RIS Radiographic Information System Hệ thống thông tin hình ảnh

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Quan hệ UA và IA chịu ảnh hưởng của hiệu ứng điện tích không gian 21 Bảng 2.1: Độ nhạy của detector phụ thuộc vào ứng dụng và kích thước trường chiếu……… 46 Bảng 2.2: Thời gian mở cửa sổ phát tia X và đọc dữ liệu của detector FD10…… 51 Bảng 2.3: Nhiệt độ của FD10 và FD20……….52 Bảng 2.4: So sánh giữa DR và X quang thường quy………66 Bảng 3.1: Bảng phân loại kích thước tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang ……77 Bảng 3.2: Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị X quang một pha ……….….79 Bảng 3.3: Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị X quang ba pha ……… … 79

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của bóng X quang……….……….… 6

Hình 1.2 Bóng X quang hai sợi đốt……… 7

Hình 1.3 Cấu tạo A-nốt quay……….8

Hình 1.4 Cấu tạo bóng X quang……… 9

Hình 1.5 Thùng cao thế……….10

Hình 1.6 Hai kiểu biến thế cao áp và kí hiệu quy ước……… 11

Hình 1.7 Biến thế tự ngẫu điều chỉnh từng nấc……….16

Hình 1.8 Biến thế tự ngẫu điều chỉnh liên tục……… 17

Hình 1.9 Sơ đồ khối các thành phần trong mạch điều khiển mA.……… 18

Hình1.10 Sơ đồ mạch điện bù tần số và chọn mA………19

Hình 1.11 Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian……… 21

Hình 1.12 Cấu trúc hộp chuẩn trực……… 25

Hình 1.13 Bóng X quang và hộp chuẩn trực……….26

Hình 1.14 Cấu trúc lưới tĩnh và lưới động………28

Hình 1.15 Lưới hội tụ………28

Hình 1.16 Bàn bệnh nhân và cột bóng X quang……… 30

Hình 1.17 Bàn bệnh nhân với các tư thế khác nhau……… 31

Hình 1.18 Sơ đồ khối quá trình chụp ảnh DR……… 32

Hình 1.19 Sơ đồ khối thu nhận ảnh trực tiếp………32

Hình 1.10 Sơ đồ khối thu nhận ảnh gián tiếp………33

Hình 2.1 Cấu tạo 3D đầu dò trực tiếp ……… 36

Hình 2.2 Các lớp của đầu dò trực tiếp……… 36

Hình 2.3 Mặt cắt ngang của một mảng đầu dò trực tiếp……… 37

Hình 2.4 Cấu trúc chi tiết của mỗi điểm ảnh……….37

Hình 2.5 Hệ thống DR làm giảm sự tán xạ điện tích………38

Hình 2.6 Sơ đồ quá trình đọc ảnh……… 39

Hình 2.7 Các lớp của detector FD10……….40

Hình 2.8 Hình ảnh 3D các lớp của detector FD10………41

Hình 2.9 Cấu trúc tinh thể CsI……… 42

Hình 2.10 Mảng các đi-ốt quang……… 42

Hình 2.11 Cấu trúc ma trận điểm ảnh……… 43

Hình 2.12 Một đi-ốt quang đơn (điểm ảnh), kích thước 184µ×184µ… 43

Hình 2.13 Cấu trúc hàng và cột trong của ma trận điểm ảnh……… …44

Hình 2.14 Chức năng của đoạn……… 45

Hình 2.15 Bảng Refresh light………47

Hình 2.16: Sơ đồ quá trình chuyển ánh sáng thành điện thế……….47

Hình 2.17 Biểu đồ định thời cho hoạt động của detector……… 49

Hình 2.18 Sơ đồ điều hòa nhiệt độ cho các detector……….51

Hình 2.19 Các bước tiền xử lý……….….52

Hình 2.20 Các bước kiểm soát liều……… 53

Hình 2.21 Mức xám hình ảnh của một hàng trong ảnh……….53

Hình 2.22 Đường cong nén sáng……… 56

Hình 2.23 Biều đồ giá trị của I phụ thuộc vào d và µ……… 56

Hình 2.24 Bảng mạch tương tự……….57

Hình 2.25 Tấm làm mát……… 57

Hình 2.26 Bảng giao diện……….57

Hình 2.27 Bảng mạch số……… 57

Hình 2.28 So sánh MTF của DR trực tiếp, gián tiếp, film – screen, CCD và CR…60 Hình 2.29 Dạng tín hiệu và đường mở rộng chức năng của DR trực tiếp và DR gián tiếp……….61

Hình 2.30 Điểm ảnh của một loại DR trực tiếp và DR gián tiếp ……….62

Hình 2.31 Tần số không gian phụ thuộc DQE……… 64

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học trên thế giới phát triển mạnh mẽ, có rất nhiều các phát minh khoa học được ứng dụng vào thực tế nhằm nâng cao đời sống vật chất, tinh thần của con người Đặc biệt là các phát minh về khoa học kỹ thuật ứng dụng trong y học, công nghệ chẩn đoán hình ảnh đã có những bước phát triển vượt bậc với sự xuất hiện của các kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh mới như CT, MRI Bên cạnh sự xuất hiện của các kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh mới, kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh xuất hiện đầu tiên là X quang cũng không ngừng phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn Sự xuất hiện của X quang kĩ thuật số đã đánh dấu sự phát triển vượt bậc của công nghệ chẩn đoán hình ảnh bằng máy X quang Ảnh tạo bởi máy X quang kĩ thuật số là ảnh dưới dạng số, có thể xử lý dễ dàng bằng các phương thức xử lý ảnh để tăng cường chất lượng ảnh Ngoài ra ảnh số này còn thuận tiện trong việc lưu trữ và truyền đi xa Công nghệ X quang kĩ thuật số bao gồm CR, CCD camera, DR

Trong thực tế hiện nay, các thiết bị y học hiện đại đã dần được đưa vào ứng dụng ở Việt Nam Những hệ thống máy móc thiết bị còn khá mới mẻ và tương đối khó sử dụng, thiết bị yêu cầu độ chính xác cao, bên cạnh đó, kỹ thuật ứng dụng và vận hành và kiểm tra thiết bị cũng không hề dễ dàng Với thực tế đó việc nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh là rất cần thiết, đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa công nghệ, đưa kỹ thuật hiện đại và chuyên sâu vào trong lĩnh vực y tế nước ta

Việc nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn

về các lý thuyết hình ảnh, tìm hiểu và tiếp cận các thiết bị chuyên dụng đã được ứng dụng rộng trên thế giới Từ mục đích như vậy, tôi lựa chọn đề tài “Công nghệ thu nhận hình ảnh kĩ thuật số trong máy X quang chẩn đoán DR ” Bản thân tôi khi nghiên cứu đề tài này với mục đích nâng cao trình độ kỹ thuật của bản thân từ đó áp dụng các kiến thức đã học vào công việc thực tế bản thân đang làm

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Máy X quang kĩ thuật số có nhiều loại như CR, CCD camera, DR Công nghệ

DR với tính năng vượt trội của đầu dò thu nhận ảnh và các phương pháp xử lý ảnh

đã chiếm ưu thế lớn so với các công nghệ còn lại và trở thành công nghệ hiện đại nhất của máy X quang kĩ thuật số Về cấu tạo, máy X quang ứng dụng công nghệ

DR có cấu tạo gần giống như máy X quang thường quy Điểm khác duy nhất và quan trọng nhất của máy X quang ứng dụng công nghệ DR và máy X quang thường quy và cũng là điểm khác nhau giữa các công nghệ của máy X quang kĩ thuật số, là phần thu nhận ảnh Phần thu nhận ảnh của máy X quang ứng dụng công nghệ DR được gọi là đầu dò thu nhận ảnh với công nghệ bản phẳng (Flat panel) Đầu dò thu nhận ảnh của máy X quang ứng dụng công nghệ DR có cấu tạo đặc biệt giúp cho việc thu nhận ảnh được nhanh chóng và ảnh thu được có chất lượng cao

Trong luận văn này chúng ta sẽ tìm hiểu từng phần của máy X quang ứng dụng công nghệ DR và quy trình kiểm tra máy X quang Đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Chương 2: Công nghệ thu nhận hình ảnh kĩ thuật số trong máy X-quang chẩn đoán DR

Chương 3: Quy trình kiểm định máy X quang

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Ngày 08 tháng 11 năm 1895, nhà bác học Đức, Wilhelm Corad Roentgen tình

cờ phát hiện một tia lạ trong phòng thí nghiệm Ông đặt tên cho tia đó là tia X (X có nghĩa là chưa biết rõ) Nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật, cho đến nay tia X đã

có những đóng góp to lớn trong nhiều lĩnh vực: Chụp ảnh y tế, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, kiểm tra vật liệu…

Trong các thí nghiệm đầu tiên với tia X Roentgen đã tạo ra một bức ảnh giải phẫu về bàn tay của vợ ông nhờ tia X ứng dụng của tia X trong y học đầu tiên ở Mỹ

là một cuộc thử nghiệm tại trường cao đẳng Dartmouth vào tháng 2 năm 1896 khi tạo ảnh một cánh tay bị gãy xương của một sinh viên

Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh nên được dùng để chụp ảnh các cơ quan của cơ thể., xương và vật thể lạ bên trong cơ thể Các bác sĩ sử dụng tia X để quan sát các cơ quan bên trong cơ thể mà không cần phải giải phẫu (chế độ soi X quang) Tuy nhiên tia X có khả năng gây Ion hóa hoặc các phản ứng có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người do đó điện áp cường độ và thời gian chụp ảnh y tế phải được kiểm soát cẩn thận để tránh gây hại cho sức khỏe con người

Máy X quang là một trong những ứng dụng lớn nhất của tia X Máy X quang được sử dụng để chụp ảnh các cơ quan, cấu trúc giải phẫu bên trong cơ thể Trải qua hơn một thế kỉ, kể từ khi tia X được phát hiện cho tới nay, nhiều tiến bộ khoa học – công nghệ đã được áp dụng vào việc chế tạo máy X quang như công nghệ vi xử lý,

kĩ thuật cao tần…đã làm thay đổi đáng kể bộ mặt của thiết bị Máy X quang đã phát triển qua nhiều thế hệ và ngày càng hoàn thiện để có thể thực hiện được nhiều chức năng chẩn đoán phong phú, đa dạng, chính xác, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công việc chẩn đoán hình ảnh

Thế hệ máy X quang hiện đại nhất hiện nay là X quang kĩ thuật số (Digital Radiography) Thực tế máy X quang kĩ thuật số đã có trước đây khoảng 20 năm với thế hệ đầu tiên là máy X quang điện toán CR (Computed Radiography) Một thời gian sau xuất hiện hệ thống ống tăng quang/máy ảnh CCD (II/CCD camera) thường

được dùng để chụp mạch xóa nền và một số thủ thuật X quang can thiệp khác Đến khoảng cuối thập niên 90 mới xuất hiện kĩ thuật X quang trực tiếp DR (Direct Radiography), cho ảnh X quang kĩ thuật số không cần qua Laser scan như CR hoặc CCD camera Cho đến nay, DR vẫn là thế hệ máy X quang hiện đại nhất: Máy X quang kĩ thuật số ứng dụng công nghệ DR

Cấu tạo của máy DR về cơ bản giống như máy X quang thường qui, bao gồm các khối sau:

• Thiết bị tạo tia X: Gồm bóng X quang và khối tạo điện áp cao thế một chiều

• Thiết bị điều khiển các tham số: Điện áp cao thế (KVp), dòng cao thế (mA)

và thời gian phát tia (s) và các thiết bị bảo đảm an toàn

• Các thiết bị phụ trợ: Thiết bị định dạng chùm tia (bộ chuẩn trực chùm tia), thiết bị định vị bệnh nhân…

Điểm khác nhau duy nhất của máy DR và máy X quang thường qui là thiết bị thu nhận ảnh DR không sử dụng phim để thu nhận ảnh mà sử dụng một detector thu nhận tín hiệu tia X sau khi qua bệnh nhân rồi chuyển chúng thành dạng số

1.2 PHÂN LOẠI MÁY X QUANG

* Máy X-Quang rất đa dạng trong ứng dụng thực tế, được phân loại theo nhiều phương thức:

1.2.1 Phân loại theo điện áp nguồn cung cấp

- Máy X-quang 1 pha

- Máy X-quang 2 pha

- Máy X-quang 3 pha

1.2.2 Phân loại theo điện áp chỉnh lưu cung cấp cho anốt bóng phát tia X

- Máy X-quang ½ sóng

- Máy X-quang cả sóng

1.2.3 Phân loại theo công suất

- Máy X-quang công suất nhỏ (dòng < 100 mA)

- Máy X-quang công suất TB (dòng < 500 mA)

- Máy X-quang công suất lớn (dòng < 1000 mA)

1.2.4 Phân loại theo nhiệm vụ

- Máy X-quang răng

- Máy X-quang tim mạch

- Máy X-quang phẫu thuật

- Máy X-quang nhũ

1.2.5 Phân loại theo cấu tạo

- Máy X-quang thường quy

- Máy X-quang tăng sáng truyền hình

1.2.6 Phân loại theo tần số

- Máy X-quang tần số thấp (f: 50-60 Hz)

- Máy X-quang tần số cao (f: 30-100KHz)

1.2.7 Phân loại theo vị trí lắp đặt

- Máy X-quang cố định

- Máy X-quang di động

1.2.8 Phân loại theo công nghệ thu nhận ảnh: có 3 loại

- Máy X-quang thường quy sử dụng phim thông thường

- Máy X-quang CR (Computed Radiography) sử dụng tấm tạo ảnh có tráng lớp Phosphor lưu trữ và kích thích phát sáng khi chiếu tia laser lên

- Máy X-quang DR (Digital Radiography) sử dụng tấm tạo ảnh phẳng (Flat panel)

* Sự phân loại trên chỉ có tính chất tương đối để định hướng phạm vi ứng dụng của máy theo nhu cầu và môi trường khác nhau Tùy theo nhu cầu ứng dụng, một

máy X-Quang có thể thuộc về một hoặc nhiều sự phân loại nói trên

1.3 THIẾT BỊ TẠO TIA X

• Khả năng thâm nhập – độ cứng của tia X có thể thay đổi trong dải rộng bằng cách thay đổi điện áp cấp cho bóng để đáp ứng được nhiều đối tượng và phương pháp thăm khám

• Mật độ bức xạ - liều lượng tia X có thể điều khiển trong phạm vi rộng thông quan dòng của bóng

• Kích thước của điểm hội tụ và sự phân bố năng lượng tại điểm hội phải tạo được độ tương phản và phân giải cao

tử phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ sợi đốt Cốc hội tụ xoay xung quanh sợi đốt để làm hội tụ chùm tia điện tử Cốc hội tụ được làm bằng Niken

Trong bóng X quang hiện đại thường có hai sợi đốt: một cái lớn, một cái nhỏ Sợi đốt lớn có công suất cao được dùng để chụp ảnh nhưng bộ phận lớn như: Lồng ngực, xương đùi…Sợi đốt nhỏ có công suất thấp dùng để chụp những cơ quan có kích thước nhỏ cần độ phân giải cao như xương ngón tay ngón chân…

- A-nốt cố định: Bao gồm một đĩa nhỏ bằng vonfram gắn vào một khối đồng

lớn Khối đồng có khả năng dẫn nhiệt tốt nhằm tăng khả năng dẫn nhiệt của anot Góc độ phát tia 100 – 200 Bóng X quang anot cố định được dùng trong các máy X quang công suất nhỏ

- A-nốt quay: Gồm một đĩa lớn bằng vonfram, quay được 3600 vòng/phút

Cạnh đĩa nghiêng một góc từ 6 đến 200 Trong lúc đĩa quay nhiệt độ được phân đều trên đĩa trong suốt thời gian phát tia Đường kính của đĩa xác định bề dài tổng cộng của bia tiêu điểm Bề dài càng lớn khả năng chịu nhiệt càng cao Tốc độ quay của anot có thể lên tới 9000 – 12000 vòng/phút Tốc độ càng cao, hệ số chịu nhiệt càng lớn Anot được điều khiển bằng một hệ thống cảm ứng điện từ gồm một bộ phận quay (rotor), một bộ phận tĩnh (stator) Một phần của motor bên ngoài vỏ thủy tinh của bóng đèn là phần tĩnh, bên trong là đĩa anot được nối với phần quay (rotor) Trục được làm bằng vật liệu Molypden

Hình 1.3 Cấu tạo Anot quay

• Vỏ trong

Thường là vỏ thủy tinh, bảo quanh Ca-tốt và A-nốt, được hút chân không để tạo

áp lực âm nhằm loại trừ các phân tử không khí cản trở trên đường đi của chùm tia điện tử

1.3.2.2 Cấu tạo

Khối cao thế bao gồm nguồn cấp điện, biến áp cao thế và chỉnh lưu cao thế Những linh kiện này được bố trí trong thùng cao thế để đảm bảo độ cách điện và tỏa nhiệt Hình 1.5 minh họa các khối bên trong của một thùng cao thế

• Biến áp cáo thế

Chức năng

Biến áp cao thế là loại biến thế tăng áp có chức năng biến đổi điện áp từ trị số điện áp nguồn (220V hoặc 380V nếu là nguồn điện lưới) lên tới cỡ 40 – 150kVp Công suất của biến áp cao thế phải đảm bảo công suất thiết kế của máy

Cấu tạo

Tùy theo nguồn điện cung cấp, biến áp cao thế có thể là một pha hoặc 3 pha Biến áp cao thế gồn có các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cuốn quanh lõi chế tạo bởi các là tôn Silic Bao quanh cuộn sơ cấp thường có một lớp vỏ bọc kim bằng đồng mỏng không khép kín Lớp vỏ này dùng với mục đích an toàn phòng khi các lớp cách điện bị hỏng, điện thế cao sẽ phóng qua lớp đồng này xuống đất Cuộn thứ cấp được chia làm hai nửa cân xứng Điểm giữa của chúng được nối đất Cách bố trí này làm giảm đi một nửa về yêu cầu cách điện Do vậy giảm được chi phí chế tạo biến thế và cáp cao thế Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp phải được cách điện thật tốt với nhau Tỷ số vòng dây giữa chúng bằng tỉ số giữa điện áp đầu vào và đầu ra:

1

2 1

2

V

V N

Cách điện trong khối cao thế

Để đảm bảo cách điện giữa các linh kiện trong khối cao thế, giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, giữa biến thế với chỉnh lưu cao thế và giữa các linh kiện với đất, có hai cách giải quyết sau:

- Đối với khối cao thế công suất lớn, tỏa nhiều nhiệt, toàn bộ linh kiện và cấu kiện của khối cao thế được nhúng vào trong thùng chứa dầu cao thế Ngoài tác dụng cách điện dầu còn có tác dụng làm mát những cấu kiện này bằng cách truyền nhiệt đối lưu từ bên trong biến thế ra môi trường xung quanh Khi nạp dầu phải hút hết khi trong thùng để dầu có thể thâm nhập vào toàn bộ các lỗ rỗng trong các linh kiện sao cho không còn bọt khí Sau đó thùng cao thế được đậy kín

- Đối với các máy loại nhỏ, di động, công suất tiêu hao không lớn, nhiệt lượng tỏa ra không nhiều, người ta có thể bố trí khối cao thế và bóng X quang vào chung trong một thùng Để cách điện người ta nhúng chúng vào chất dẻo khi đang ở dạng lỏng Sau đó chất dẻo khô đi tạo thành vật liệu cách điện rắn bao quanh các cấu kiện

chỉnh lưu cao thế là : Chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha cả sóng và chỉnh lưu ba pha

Chỉnh lưu cao thế một pha nửa sóng

Đây là loại chỉnh lưu đơn giản nhất Thực chất đây là loại tự chỉnh lưu – bóng X quang kiêm luôn chức năng đi-ốt chỉnh lưu, chỉ có dòng điện trong nửa chu kỳ dương (nửa sóng) khi điện thế a-nốt là dương so với ca-tốt, trong nửa chu kì âm còn lại, không có dòng qua bóng

Ưu điểm:

- Kích thước và khối lượng nhỏ,

- Đơn giản dễ chế tạo,

- Giá thành thấp

Nh ược điểm:

- Trị số điện áp tối đa (kVp – điện áp đỉnh) trong nửa chu kỳ dương nhỏ hơn trị

số kVp trong nửa chu kỳ âm một lượng là ∆kV=IAR

Trong đó IA là dòng cao thế, R là điện trở trong các cuộn dây biến áp cao thế Khi IA tăng thì ∆kV cũng tăng, ∆kV có thể lên tới 20 – 30kV Do vậy công suất của bóng X quang phụ thuộc vào kVp trong nửa chu kỳ dương, còn các vấn đề cách điện kèm theo là kích thước, trọng lượng của khối cao thế lại liên quan đến nửa chu kì âm (không tải) Điều này làm giảm hiệu suất của khối cao thế Để giảm ∆kV phải dòng cao thế Vì vậy trị số dòng cao thế lớn nhất trong kiểu chỉnh lưu này bị giới hạn trong phạm vi dưới 50mA

- Trị số dòng đỉnh (Iđ) và trị số dòng trung bình (Itb) của bóng X quang chênh lệch lớn Iđ=3Itb Dòng trung bình là dòng quyết định công suất phát tia X và nhiệt tỏa ra trong cả quá trình phát tia Trong khi đó dòng đỉnh lại quyết định nhiệt độ điểm hội tụ Sự chênh lệch đã hạn chế dòng trung bình của bóng X quang để sao cho dòng đỉnh của nó không quá cao có thể làm cho điểm hội tụ quá nóng tới mức tạo ra bức xạ điện tử thứ cấp hoặc bị nóng chảy, nghĩa là phải giới hạn công suất phát xạ tia X

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

và vỏ cáp ở giữa hai giá trị đỉnh Do vậy cáp cao thế phải có độ cách điện cao hơn so với cáp trong các kiểu chỉnh lưu khác Để loại bỏ nhược điểm này thông

thường không dùng cáp cao thế mà bố trí biến thế cao thế và bóng liền kề nhau trong một thùng cao thế

Chỉnh lưu cao thế một pha cả sóng

Loại chỉnh lưu một pha cả sóng được ứng dụng nhằm khắc phục những nhược điểm cơ bản của loại chỉnh lưu một pha nửa sóng Trong loại chỉnh lưu này cả hai nửa chu kỳ dương và âm của dòng điện xoay chiều (cả sóng) đếu được sử dụng Nhờ vậy làm tăng đáng kể công suất phát xạ tia X, hiệu suất của khối cao thế và mở rộng phạm vi ứng dụng của thiết bị

Ưu điểm: So với loại chỉnh lưu nửa sóng thì loại chỉnh lưu cả sóng có:

- Công suất phát xạ tia X cao hơn

- Hiệu suất sử dụng bóng X quang lớn hơn

Nh ược điểm:So với loại chỉnh lưu nửa sóng

- Cấu tạo phức tạp hơn

- Kích thước và trọng lượng lớn hơn

- Giá thành cao hơn

Chỉnh lưu cao thế ba pha

Liều lượng tia X tỉ lệ với mAs Trong 2 loại chỉnh lưu trên vì dòng cao thế (mA) còn thấp nên phải kéo dài thời gian chụp dẫn tới nhòe ảnh trong những trường hợp

có sự cử động tự nhiên cảu một số bộ phận cơ thể như tim phổi đặc biệt với trẻ em Hơn nữa trong những thủ thuật xét nghiệm quang tuyến đặc biệt như chụp mạch, số lượng ảnh cần thiết có thể lên tới vài chục ảnh trong một giây, do vậy phải rút ngắn thời gian chụp và tăng cường độ dòng chụp

Nhằm khắc phục nhưng nhược điểm này mạch điện chỉnh lưu cao thế 3 pha được ứng dụng để nâng cao công suất phát xạ và rút ngắn thời gian phát tia xuống còn cỡ ms Có 2 loại chỉnh lưu cao thế ba pha là: Chỉnh lưu cao thế 3 pha 6 xung và chỉnh lưu cao thế 3 pha 12 xung

Ưu điểm:

So với kiểu chỉnh lưu một pha, kiểu chỉnh lưu 3 pha dòng tải phân bố đều trong

cả 3 pha, sự chênh lệch giữa Iđ và Itb ít hơn Do vậy có thể chế tạo những máy có công suất phát xạ lớn Nhờ vậy có thể giảm thời gian phát tia để nâng cao chất lượng ảnh nhất là khi cần chụp những đối tượng vận động như tim phổi…

Nh ược điểm:

- Cấu tạo của máy phức tạp

- Khối tích và trọng lượng lớn

- Chi phí cao

1.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ

1.4.1 Khái niệm chung

Khi tiến hành xét nghiệm chẩn đoán X quang, người vận hành phải kiểm soát được liều lượng tia X sao cho phù hợp với từng đối tượng và bệnh lý để đạt được ảnh có chất lượng tốt nhất và đảm bảo an toàn cho người bệnh Liều lượng tia X được quyết định bởi các tham số sau:

- Trị số điện áp cáo thế - kVp

- Trị số dòng cao thế - mA

- Khoảng thời gian phát tia – s

Vì vậy trong bất kì máy X quang nào, dù loại truyền thống hay cao tần, dù đơn giản hay phức tạp đều cần phải có các loại mạch điện để điều khiển, đo lường và chỉ thị các tham số cơ bản trên

1.4.2 Mạch điều khiển điện áp cao thế (kVp)

1.4.2.1 Đặc điểm và yêu cầu

Điện áp cao thế cung cấp cho bóng X quang là một trong những tham số quyết định khả năng xâm nhập và công suất phát xạ tia X Trị số của nó nằm trong phạm

vi 40 – 150kVp Việc thay đổi trị số điện áp phải được thực hiện theo từng bước nhỏ, mỗi bước khoảng 1 – 2kVp Điện áp cao thế đưa ra từ phía thứ cấp biến áp cao thế Để ngăn ngừa sự phóng điện của điện cao thế trong không khí, biến áp cao thế phải được đặt vào trong thùng chứa đầy dầu cách điện cao thế (thùng cao thế) Do vậy để thay thổi trị số điện áp kVp ta chỉ có thể thay đổi trị số điện áp của nguồn cấp cho cuộn sơ cấp biến thế cao thế

1.4.2.2 Cách thức thực hiện

Trong mỗi máy X quang truyền thống sử dụng nguồn điện lưới AC thường có một hoặc hai biến thế - gọi là biến thế cấp nguồn, trong đó một biến thế dùng cho chức năng chụp còn biến thế kia dùng cho chức năng chiếu Phía sơ cấp của các máy này nối với nguồn điện AC Điện áp đầu ra của chúng – tức là điện áp nguồn cung cấp cho máy biến thế cao thế, phải có thể thay đổi để tạo ra điện áp cao thế cần thiết bằng cách thay đổi tỉ số vòng dây giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp

Biến thế cấp nguồn là loại biến thế tự cảm ứng, thường được gọi là biến thế tự ngẫu, chỉ gồm có một cuộn dây với nhiều đầu ra, điện áp lối vào và ra nối với biến thế tại các điểm khác nhau Có 2 loại biến thế cấp nguồn được chế tạo phù hợp với chưc năng chụp và chiếu

• Chế độ chụp

Việc điều khiển trị số kV phải thực hiện trước khi phát tia (đặt giá trị kV trước khi bấm công tắc chụp) Vì công suất tiêu hao điện rất lớn khoảng từ 10kW đến 150kW tùy từng loại máy X quang, vì vậy biến thế cấp nguồn dùng cho chức năng này là loại công suất lớn với dòng điện chạy trong cuộn dây của nó (đồng thời cũng

là dòng phía sơ cấp biến thế cao thế) cỡ hàng trăm A Với dòng điện chụp lớn nếu quay công tắc chỉnh kV trong khi chụp thì sẽ phát sinh hồ quang điện gây cháy công tắc Thời gian chụp rất ngắn, các chuyển mạch cơ khí hoặc cơ điện có quán tính cao không thể đáp ứng tức thời Việc thay đổi kV được thực hiện từng bước gián đoạn nhờ hai cái chuyển mạch, mỗi chuyển mạch có khoảng 5 – 10 nấc Trong đó một chuyển mạch để điều chỉnh thô với mỗi nấc tương ứng với trị số điện áp khoảng mưới kV và một để điều chỉnh tinh với mỗi nấc tương ứng khoảng 1 – 1,5kV Kết

hợp 2 chuyển mạch sẽ thực hiện được khoảng trên dưới 50 nấc điều chỉnh bao trùm giải kV cần thiết

Hình 1.7: Biến thế tự ngẫu điều chỉnh từng nấc

• Chế độ soi

Trong chế độ soi, thời gian thực hiện kéo dài có khi tới vài phút, để có hình ảnh

rõ ràng khi di chuyển bóng qua các bộ phận dày mỏng khác nhau của cơ thể, cần phải điều chỉnh kV kịp thời Mặt khác dòng điện cao thế trong chế độ soi rất nhỏ, cỡ một vài mA nên biến thế cấp nguồn dùng cho chứ năng này thuộc loại công suất nhỏ cỡ vài trăm W Việc điều chỉnh kV trong chế độ soi được thực hiện liên tục, còn gọi là điều chỉnh mềm hoặc điều chỉnh vô cấp Để làm được việc này người ta dùng một biến thế lõi hình xuyến, có con trượt tỳ lên lớp dây cuốn quanh lõi để trích điện áp ra Điện áp lối ra lấy giữa 1 cực của biến áp và dây nối với thanh trượt

Hình 1.8: Biến thế tự ngẫu điều chỉnh liên tục

1.4.3 Mạch điều khiển dòng cao thế (mA)

1.4.3.1 Đặc điểm và yêu cầu

Tham số thứ hai cần thiết phải xác định trong tạo ảnh X quang là trị số dòng điện cao thế, thường gọi tắt là mA Trị số mA phụ thuộc vào số lượng điện tử bức

xạ từ bề mặt Ca-tốt – được xác định bởi nhiệt độ Ca-tốt Nhiệt độ Ca-tốt phụ thuộc vào công suất điện tiêu hao trên sợi đốt, nghĩa là do điện áp sợi đốt quyết định (Psợi đốt =V2

sợi đốt/R)

Điện áp sợi đốt của bóng X quang thường trong khoảng 8 – 12V do một biến áp

hạ thế cũng cấp Biến thế này được bố trí trong thùng cao thế để cách ly với môi trường không khí nhằm chống phóng điện và để tỏa nhiệt vì vậy chỉ có thể thay đổi điện áp sợi đốt bằng cách thay đổi điện áp sơ cấp của biến thế này Nếu bóng X quang thuộc loại hội tụ kép thì cần có 2 biến thế sợi đốt riêng biệt Mỗi cái cấp nguồn cho 1 sợi đốt Nguồn điện cung cấp để nuôi sợi đốt phải đạt được các tiêu chí

cơ bản sau:

- Thay đổi trị số điện áp cho phù hợp với các dòng cao thế (mA) khác nhau

- Giữ ổn định khi có sự thay đổi về trị số (biên độ) hoặc tần số nguồn điện lưới

- Loại trừ hiệu ứng điện tích không gian

bộ nguồn ổn áp, lối vào của nó nối với điện lưới, còn điện áp đã được ổn đỉnh ở lối

ra sẽ cung cấp cho biến thế sợi đốt thông qua mạch điều khiển mA

Hai loại bộ nguồn ổn định được dùng phổ biến trong các thiết bị X quang hiện nay là ổn áp sắt từ và ổn áp điện tử:

- Ổn áp sắt từ là loại ổn áp ứng dụng nguyên lý bão hòa từ, có ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp Độ ổn định điện áp đầu ra đạt được

khoảng ±1% với sự dao động điện áp nguồn ±10%

Nh ược điểm: Hiệu suất thấp, công suất sử dụng chỉ đạt được từ 50 – 70% và rất

nhạy cảm với sự biến đổi tần số điện lưới vì trong mạch có sử dụng các linh kiện

LC mà trở kháng của chúng phụ thuộc tần số

- Ổn áp điện tử ứng dụng mạch phản hồi âm và mạch so sánh để duy trì sự ổn định của điện áp ra Loại ổn áp này có cấu tạo phức tạp và giá thành cao hơn loại trên nhưng có ưu điểm là không bị tác động của sự biến động của tần số điện lưới

và độ ổn định điến áp ra đạt cao hơn khoảng ±1% với sự dao động điện áp nguồn

±20%

• Mạch bù tần số

Để hạn chế ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lưới điện tới điện áp nguồ sợi đốt, một mạch bù tần số như minh họa trên hình 1.10 được ứng dụng Trong đó có mạch gồm một cuộn cảm L và một tụ điện C nối song song Loại và trị số của LC được lựa chọn sao cho nhạy cảm với tần số điện lưới Trở kháng của các linh kiện L và C biến đổi theo tần số, giả sử khi tần số điện lưới tăng cao hươn 50Hz thì điện áp đặt vào bộ ổn áp tăng Khi đó trở kháng của mạch LC và sụt áp trên nó ∆VLC cũng tăng, kết quả là điện áp cung cấp cho biến thế sợi đốt không đổi Khi tần số điện áp giảm xuống dưới 50Hz thì quá trình xảy ra theo hướng ngược lại và điện áp ra cũng được duy trì ổn định

Hình 1.10: Sơ đồ mạch điện bù tần số và chọn mA

• Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian

Tr ạng thái dưới bão hòa và hiệu ứng điện tích không gian

Khi Ca-tốt bóng X quang được nung nóng, tại bề mặt của nó sẽ bức xạ ra chùm điện tử Mật độ năng lượng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ (dòng sợi đốt) và diện tích bề mặt phát xạ (cấu trúc của Ca-tốt) Đám mây điện tích bao quanh Ca-tốt do các điện tử tạo nên gọi là điện tích không gian

Khi đặt một hiệu điện thế giữa Ca-tốt và A-nốt, trong đó A-nốt có điện thế dương so với Ca-tốt thì điện tử sẽ chuyển động về phía A-nốt và tạo nên dòng điện chạy trong bóng X quang (dòng A-nốt)

Nếu duy trì nhiệt độ Ca-tốt ở một giá trị nào đó (do dòng sợi đốt quyết định) thì

số lượng điện tử bức xạ ra sẽ không đổi Khi tăng điện thế A-nốt, số lượng điện tử dịch chuyển về phía A-nốt tăng khiến cho dòng A-nốt tăng theo Đây là trạng thái làm việc được gọi là trạng thái dưới mức bão hòa, trong đó điện áp và dòng điện của bóng X quang phụ thuộc nhau

Khi điện áp A-nốt tăng tới một giá trị, tại đó toàn bộ số lượng điện tử bức xạ được hút hết về phía A-nốt, lúc này bóng X quang làm việc ở trạng thái được gọi là trạng thái bão hòa Kể từ mức đó trở lên, việc thay đổi điện áp A-nốt không làm thay đổi dòng điện, nghĩa là dòng điện và điện áp biến đổi độc lập với nhau Bóng X quang lúc này làm việc ở trạng thái trên mức bão hòa Đây chính là trạng thái cần thiết trong việc tạo ảnh X quang

Tuy nhiên trong thực tế không phải lúc nào cũng đạt được trạng thái này Thực

tế đã chứng tỏ rằng, chỉ ở phạm vi dòng A-nốt còn tương đối thấp (dưới 100mA) thì

dễ dàng đạt được trạng thái làm việc trên bão hòa ngay cả khi điện áp A-nốt còn tương đối thấp (khoảng 40kV) Khi bóng hoạt động với dòng lớn hơn thì dù với điện áp A-nốt đã khá cao, một số lượng điện tử bức xạ không được hút về A-nốt mà tạo thành một đám mây điện tử bao quanh bề mặt A-nốt, tạo nên một hiệu ứng gọi

là hiệu ứng điện tích không gian Điều này làm cho không thể đặt được các giá trị

kV và mA độc lập với nhau

M ạch bù hiệu ứng điện tích không gian

Chức năng của mạch: Loại trừ ảnh hưởng của điện tích không gian trong máy X quang để có thể điều chỉnh độc lập giữa dòng A-nốt và điện áp A-nốt trong toàn bộ phạm vi đặt của các giá trị kV và mA

Điện áp A-nốt UA (kVp) Dòng điện A-nốt IA (mA)

Bảng 1.1: Quan hệ U A và I A chịu ảnh hưởng của hiệu ứng

điện tích khôn gian

Nguyên lý hoạt động của mạch bù hiệu ứng điện tích không gian:

Giả sử đặt giá trị dòng cao thế là 200mA và thay đổi các giá trị kV (theo bảng 1.1) Tại UA=70kV dòng cao thế sẽ là 200mA, nếu chuyển sang 60kV hoặc 100kV thì dòng tương ứng sẽ là 150mA và 250mA mặc dù giá trị đặt dòng cao thế vẫn là 200mA Từ những số liệu trên ta thấy để duy trì trị số 200mA với UA=60kV thì phải tăng nhiệt độ Ca-tốt nghĩa là phải tăng dòng sợi đốt, ngược lại để duy trì 200mA với

UA=100kV thì phải giảm dòng sợi đốt Tóm lại cần phải thay đổi điện áp sợi đốt thích ứng với sự thay đổi điện áp A-nốt sao cho có thể duy trì dòng A-nốt khi thay đổi điện áp A-nốt trong phạm vi rộng Đây chính là nguyên lý hoạt động của mạch

bù hiệu ứng điện tích không gian, được mô tả như hình vẽ 1.11

Hình 1.11: Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian

Trong mạch cấp nguồn sợi đốt bóng X quang, có một biến thế gọi là biến thế bù áp (kí hiệu chữ T), cuộn dây thứ cấp của nó được nối liên tiếp giữa biến thế sợi đốt F

và mạch chọn mA, còn nguồn sơ cấp được cấp điện từ biến thế nguồn cao thế, trị số điện áp này thay đổi tùy thuộc vào chuyển mạch điều khiển điện áp A-nốt Chiều cuốn và cách đánh dấu cuộn thứ cấp biến áp T sao cho điện áp cảm ứng của nó ngược pha với điện áp từ bộ ổn áp Như thấy từ hình vẽ, điện áp tại sơ cấp biến thế sợi đốt (VF) sẽ bằng:

VF=Vổn áp – (VR+VT) Khi chuyển mạch kV đặt tại vị trí x (tương ứng với 70kV như ví dụ trên), điện áp trên cuộn sơ cấp biến áp bù bằng 0 nên không ảnh hưởng tới mạch sợi đốt Khi chuyển mạch di chuyển về hướng B, kV tằng (ví dụ lên 100kV), tại sơ cấp và thứ cấp biến áp bù xuất hiện điện áp tỉ lệ với sự tăng của kV Khi đó điện áp sợi đốt VFgiảm khiến cho dòng A-nốt được duy trì như giá trị đã dặt tương ứng với 70kV Khi chuyển mạch kV di chuyển về hướng A, điện áp A-nốt giảm (ví dụ xuống 60kV), quá trình xảy ra theo hướng ngược lại và dòng A-nốt không thay đổi

1.4.4 Mạch điều khiển thời gian

1.4.4.1 Đặc điểm và yêu cầu

Thời gian phát tia X là một trong những tham số quyết định mật đồ tia X Chức năng này được thực hiện bởi mạch thời gian (timer) Nhiều loại mạch thời gian được nghiên cứu và chế tạo trong quá trình phát triển công nghệ chế tạo máy X quang

Về phương thức xác định khoảng thời gian phát tia X, có thể phân chia mạch thời gian ra làm 3 loại sau:

- Mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian (s)

- Mạch điều khiển phát tia X theo mAs

- Mạch thời gian tự động

1.4.4.2 Mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian

Hầu hết các mạch thời gian dạng này đều hoạt động trên cơ sở là sự phóng nạp

và thời gian nạp điện của tụ điện Khoảng thời gian phát tia được xác định giữa hai thời điểm:

- Thời điểm bắt đầu khi điện áp trên tụ bằng 0V, tụ bắt đầu được nạp điện và tia

X bắt đầu được phát Mạch nạp tụ bao gồm một hoặc nhiều điện trở R và tụ điện C có trị số khác nhau mắc nối tiếp tương ứng với các khoảng thời gian khác nhau Tụ nạp nhanh hay chậm phụ thuộc vào hằng số thời gian RC của mạch

- Thời điểm kết thúc khi điện áp trên tụ đạt tới một giá trị đã chọn trước thì nó

sẽ phóng và sẽ kích hoạt một công tắc điện tử để ngắt mạch phát tia X

Một số loại linh kiện điện tử thường dùng hiện nay trong các mạch thời gian điện tử như: Transistor một tiếp giáp và Thyristor hoặc mạch tích hợp IC

Ưu, nhược điểm của mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian:

Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, độ chính xác và độ ổn định khá cao

Nh ược điểm:

- Phụ thuộc vào tần số lưới điện

- Việc sử dụng phức tạp

- Khoảng thời gian phát tia ngắn nhất còn khá dài

1.4.4.3 Mạch điều khiển phát tia X theo mAs

Để khắc phục nhược điểm cảu loại mạch đóng cắt tia X theo khoảng thời gian nói trên, mạch đóng cắt tia X theo đại lượng Q đã được ứng dụng

Q=I.T Trong đó:

Q tính bằng mAs I: dòng cao thế (mA) T: khoảng thời gian phát tia (s)

Nguyên lý ho ạt động

Khi đóng mạch phát tia, trong mạch chỉnh lưu cao thế sẽ có dòng cao thế theo thời gian thực Ithực, dòng điện này sẽ tạo ra một điện áp trên điện trở R mắc giữa hai nửa cuộn thứ cấp cao áp, điện áp này được đưa vào một mạch điện tích phân theo thời gian, lối ra của mạch tích phân sẽ hình thành một điện áp, trị số của điện áp này

tỉ lệ với một đại lượng mà trong nó phản ánh cả hai đại lượng I và T đó chính là trị

số Qthực

Hiện nay loại máy X quang ứng dụng mạch thời gian tính theo giá trị Q (mAs), còn gọi là kĩ thuật hai điểm, ngày càng phổ biến và thay thế dần loại mạch đóng cắt tia X thuần túy theo thời gian

1.4.4.4 Mạch thời gian tự động

Mạch thời gian tự động mới được ứng dụng gần đây Khác với các loại mạch thời gian nói trên, trong mạch thời gian tự động tham số điều khiển việc đóng cắt tia X không phải là khoảng thời gian s hoặc Q (mAs) mà là liều lượng tia X (D) –

đó là sự kết hợp của nhiều thông số trong quá trình tạo ảnh bằng tia X

Với những loại mạch thời gian nói trên, khi tiến hành các ca chụp, người vận hành căn cứ vào thể trạng người bệnh (già, trẻ, gầy, béo…) và cơ quan cần chụp mà định ra các chỉ số điện áp cao thế (kV), dòng cao thế (mA) và thời gian (s) cần thiết Như vậy các tham số này được đặt xác định dựa trên cơ sở kiến thức và kinh nghiệm của người vận hành là chính nên kết quả thu được mang tính chủ quan, hình ảnh trên phim không phải lúc nào cũng đạt chất lượng như mong muốn

Còn trong loại máy X quang ứng dụng mạch thời gian tự động, điều cần quan tâm và điều khiển không phải là việc phát ra một chùm tia X có công suất bức xạ theo yêu cầu trong khoảng thời gian ấn định, mà là lượng tia X thâm nhập vào phim – đây chính là yếu tố quyết định chất lượng hình ảnh và là một yếu tố khách quan

1.5 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

1.5.1 Giới thiệu chung

Để tạo ảnh X quang chất lượng cao, ngoài việc lựa chọn các tham số liên quan tới công suất phát xạ như điện áp cao thế, dòng cao thế, thời gian phát tia còn cần phải:

• Định vị chùm tia X vào đúng vùng cần thăm khám – khu trú

• Định dạng chùm tia X sao cho phù hợp với kích thước vùng cần thăm khám

• Bố trí sao cho khoảng cách giữa bóng X quang và phim thích hợp với từng loại xét nghiệm

• Hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của phát xạ tia X thứ cấp…

Những điều kiện này có thể thực hiện nhờ các thiết bị định dạng, định vị chùm tia X và hạn chế sự phát xạ thứ cấp như hộp chuẩn trực, lưới và sàng, bàn bệnh nhân và cột bóng…

1.5.2 Hộp chuẩn trực

Với mục đích tăng độ đối quang (độ tương phản), độ phân giải để nâng cao 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 chuẩn trực được dùng với mục đích này

Hộp chuẩn trực (collimator/diagram) là một thiết bị đặt giữa bóng X quang và người bệnh, có chức năng giới hạn chùm tia theo một kích thước phù hợp với vùng cần thăm khám

Hình 1.12: Cấu trúc của hộp chuẩn trực

Hộp chuẩn trực có cấu trúc tựa như ống kính máy ảnh (hình 1.12), gồm các tấm chì gắn với các cơ cấu điều khiển bằng tay hoặc động cơ điện, tạo ra khoảng trống –

lỗ mở cho tia X đi qua Lỗ mở của hộp có thể có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn, trong đó loại có hình chữ nhật là loại phổ biến

Để quan sát được kích thước chùm tia X xâm nhập vào phim, trong hộp chuẩn trực có một hệ thống quang bao gồm đèn chiếu và gương giúp chó người vận hành

có căn cứ để điều chỉnh kích thước và định vị chùm tia X Hệ thống đèn định vị này phải được thiết kế sao cho trường sang được tạo ra phải trùng với trường bức xạ tia

X cả về kích thước và hình dạng với sai số cho phép ±2% Tại trường sáng phải có vạch định tâm – hai vạch vuông góc tạo thành hình chữ thập để xác định tâm điểm của trường sáng cũng như trường bức xạ

Hình 1.13: Bóng X quang và hộp chuẩn trực

Kích thước chùm tia cần được chọn càng nhỏ càng tốt miễn là bao trùm được vùng cần thăm khám, việc giảm kích thước dẫn tới giảm liều tia và giảm lượng phát

xạ thứ cấp có nghĩa là tăng độ đối quang và chất lượng ảnh

Ngoài ra để giảm lượng phát xạ thứ cấp hơn nữa cần giảm bề dày của vùng thăm khám bằng cách nén vùng này lại

1.5.3 Lưới

Với những đối tượng thăm khám có bề dày lớn hơn 10cm, lượng bức xạ tia X thứ cấp khá lớn, tạo ra nhiễu, làm giảm chất lượng hình ảnh Một trong những biện pháp hiệu quả nhất hạn chế loại nhiễu ảnh này là sử dụng lưới lọc tia bức xạ thứ cấp, thường gọi là lưới

Lưới là một thiết bị dùng để hạn chế tác động của tia X phát xạ thứ cấp đến hình ảnh tạo ra trên phim, nó được đặt giữa bệnh nhân và thiết bị thu nhận ảnh Lưới có cấu trúc gồm các dải bằng chì rất mảnh, xếp song song với nhau và hướng về điểm hội tụ của bóng X quang, chen giữa các dải chì này là vật liệu có độ hấp thụ tia không đáng kể như nhôm, chất dẻo… sao cho chùm tia bức xạ chính (chùm sơ cấp)

có thể truyền qua trong khi phần lớn lượng tia bức xạ thứ cấp, có hướng bức xạ bất

kì bị, hấp thụ Trên hình 1.14 minh họa cấu trúc của lưới và tác dụng hấp thụ tia bức

xạ thứ cấp của nó và một loại lưới chuyển động

Có hai loại lưới là lưới tĩnh và lưới động Lưới tĩnh được phát minh năm 1913 bởi nhà bác học Gustaf Bucky Đến năm 1920 một nhà bác học khác là Hollis Potter

đã phát triển lưới tĩnh thành lưới động với tên gọi là lưới Potter – Bucky và thường gọi là lưới Bucky

• Lưới tĩnh

Có cấu tạo đơn giản nhưng trên ảnh còn lưu lại bóng mờ của các dải chì (còn gọi

là lưới Ly-sô-lin), điều này thực chất không làm ảnh hưởng nhiều đến việc chẩn đoán vì người đọc phim đã được biết trước

• Lưới động

Là loại lưới kết hợp giữa lưới tĩnh với một cơ cấu điều khiển hoặc bởi xy – lanh thủy lực hoặc động cơ điện Khi có lệnh chuẩn bị chụp lưới được đưa vào trạng thái chuyển động đu đưa với tốc độ cao Khi chụp hình ảnh của các dải chì sẽ được làm

mờ đi Hiệu quả khử tia thứ cấp của lưới động cao hơn so với lưới tĩnh Tuy nhiên cùng với việc khử tia thứ cấp lưới động cũng loại bỏ một phần tia chính làm giảm mật độ tia X tạo ảnh nói chung, vì vậy thường phải tăng liều tia bức xạ lên khoảng

10 – 15%

Hình 1.14: Cấu trúc lưới tĩnh và lưới động

Về cấu trức có 2 loại lưới: lưới vạch và lưới chữ thập

- Loại lưới song song được ứng dụng khi khoảng cách từ điểm hội tụ đến thiết

bị thu nhận ảnh lớn và khi vùng chụp nhỏ Loại lưới này có ưu điểm là hiệu quả không thay đổi khi có sự lệch tâm giữa điểm hội tụ của bóng X quang và tâm lưới

- Loại lưới hội tụ được ứng dụng trong trường hợp khi A-nốt của bóng X quang

có thể định vị tại một điểm hội tụ hoặc đường hội tụ Vạch trung tâm của lưới vuông góc với bề mặt của detector Khoảng cách vuông góc từ điểm hội tụ của lưới tới bề mặt của nó gọi là bán kính lưới Lưới hội tụ có hiệu quả cao nhất khi bán kính lưới bằng khoảng cách từ điểm hội tụ đến thiết bị thu nhận ảnh (detector)

• Lưới chữ thập

Bao gồm hai lưới vạch (có thể là hội tụ hoặc song song) đặt vuông góc và chồng lên nhau Hiệu quả làm giảm tia bức xạ thứ cấp của lưới chữ thập cao hơn so với lưới vạch Tuy nhiên thời gian chụp cũng phải kéo dài hơn để đảm bảo mật độ tia X cần thiết Lưới chữ thập có nhược điểm là luôn đòi hỏi chùm tia X phải vuông góc với bề mặt lưới

Lưới là phụ kiện đắt tiền, dễ bị hư hỏng và mất tác dụng nếu bị cong, 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 phải bảo quản lưới cẩn thận trong bao bì bằng chất dẻo

Hình 1.16: Bàn bệnh nhân và cột bóng X quang

Các vị trí tư thế của bàn bệnh nhân và cột hoặc giá treo bóng X quang có thể điều khiển bằng tay hoặc bằng động cơ điện Việc điều khiển có thể thực hiện tại chỗ hoặc từ xa Có các phương tiện/ thiết bị đo và hiển thị các chỉ số như khoảng cách, góc…Các tư thế và vị trí của bàn cũng như mặt bàn và cột hoặc giá treo bóng

X quang phải được cố định bằng chốt hoặc phanh điện từ

1.5.4.2 Bàn bệnh nhân: Phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Có kết cấu vững chắc, chịu được tải trọng không dưới 150kg

- Có thể định vị tại các góc khác nhau từ khoảng -30o đến +90o, trong một số trường hợp từ -90o đến +90o so với mặt phẳng ngang

- Mặt bàn phải trong suốt với tia X, có thể di chuyển theo chiều dọc và ngang

và cũng có thể cố định miễn là đảm bảo các khoảng cách dịch chuyển tương đối giữa tâm điểm mặt bàn với điểm hội tụ của bóng X quang

- Có nhiều kiểu bàn bệnh nhân phù hợp với chức năng thăm khám khác nhau Trên hình 1.17 là một trong loại bàn có thể định vị tại nhiều tư thế dùng trong xét nghiệm đa năng