Báo cáo thiết bị đo y sinh và môi trường

Máy Xquang là một thiết bị sử dụng phổ biến trong chẩn đoán hình ảnh. Trong lĩnh vực y tế, máy Xquang giữ vai trò quan trọng giúp cho các y bác sĩ chẩn đoán bệnh một cách dễ dàng, chính xác và nhanh chóng Nó còn được ứng dụng sang cả nhiều lĩnh vực khác như an ninh soi hành lý sân bay, phát hiện khuyết tật của các sản phẩm kim loại trong công nghiệp… Việc nghiên cứu máy Xquang để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý, phòng tránh các tác hại khi sử dụng là rất cần thiết. Trong khuôn khổ bài tiểu luận này chỉ đề cập tới máy Xquang ứng dụng trong y tế.

BÀI TIỂU LUẬN THIẾT BỊ ĐO Y SINH VÀ MÔI TRƯỜNG

Thực hiện:

Trần Thị Thanh Loan Lớp cao học: Điều khiển và tự động hóa 2014A

NỘI DUNG BÁO CÁO

- Nó còn được ứng dụng sang cả nhiều lĩnh vực khác như an ninh soi hành lý sân bay, phát hiện khuyết tật của các sản phẩm kim loại trong công nghiệp…

Việc nghiên cứu máy X-quang để tìm hiểu về cấu tạo,

nguyên lý, phòng tránh các tác hại khi sử dụng là rất cần thiết.

Trong khuôn khổ bài tiểu luận này chỉ đề cập tới máy quang ứng dụng trong y tế

X-Ứng dụng của máy X-quang

Ứng dụng trong y tế

Soi hành lý máy bay Kiểm tra khuyết tật

II NỘI DUNG

1 Tia X là gì?

1.1 Lịch sử phát hiện ra tia X

Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901

Nhà bác học Wilhelm Conrad Rơntgen và bức ảnh đầu tiên

chụp bởi tia X

Tia X được sinh ra từ sự thay đổi quỹ đạo của electron khi nó

đang chuyển động có gia tốc đến gần một hạt nhân, khi quỹ đạo của tia X thay đổi, một phần động năng (là năng lượng của một vật thể có được khi chuyển động) của electron sẽ bị mất đi và chính năng lượng này chuyển thành bức xạ điện từ, phát ra tia X

Bản chất của tia X là sóng điện từ bao gồm những sóng xoay chiều theo chu kỳ, cùng một loại với sóng ánh sáng, sóng vô tuyến điện Đặc điểm của các bức xạ trên là truyền đi với tốc độ gần giống nhau (khoảng 300.000km/s) chỉ khác nhau về bước sóng, chu kỳ và tần số

1.2 Các tính chất của tia X

- Tính truyền thẳng và đâm xuyên: tia X truyền thẳng theo mọi

hướng và có khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người Chính vì độ xuyên sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp những bộ phận cứng như: xương, răng, không dùng để chụp mô

- Tính bị hấp thụ: sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm

tia X bị giảm xuống do một phần năng lượng bị hấp thụ

Đặc tính truyền thẳng, đâm xuyên và hấp thụ của tia X là những đặc tính quan trọng trong tạo hình X quang.

1.2 Các tính chất của tia X

- Tính chất quang học: giống như ánh sáng, tia X cũng có những

hiện tượng quang học như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Những tính chất này giảm độ tương phản trên các phim chụp

- Tính chất gây phát quang: dưới tác dưới tác dụng của tia X

một số muối trở nên phát quang như clorua, Na, BA, Mg, Li, và

có chất trở nên sáng như Tungstat cadmi, platino-cyanua Bari các chất này được dùng để chế tạo màn huỳnh quang dùng khi chiếu

X quang, tấm tăng quang

- Tính chất hóa học: tính chất hoá học quan trọng nhất của tia X

là tác dụng lên muối bromua bạc trên phim và giấy ảnh làm cho

nó biến thành bạc khi chịu tác dụng của các chất khử trong thuốc hiện hình Nhờ tính chất này mà nó cho phép ghi hình X quang của các bộ phận trong cơ thể lên phim và giấy ảnh

1.2 Các tính chất của tia X

-Tác dụng sinh lý của tia X lên cơ thể con người: Tác dụng này

được sử dụng trong điều trị đồng thời nó cũng gây nên những biến đổi có hại cho cơ thể

+ Tác dụng với tế bào

+ Tác dụng đối với nhân tế bào

+ Tác dụng đối với các mô khác nhau

+ Tác dụng lên máu

+ Tác dụng đối với cơ quan tiêu hóa

+ Tác dụng lên hệ thống tim mạch

+ Tác dụng đối với cơ quan sinh dục

+ Tác dụng lên cơ quan hô hấp

+ Tác dụng gây ung thư

+ Tác dụng thần kinh

2 Máy X-quang y tế

Tháng 2 năm 1896, tại Paris, nhà vật lý Oudin và bác sĩ Barthelemy đã thực nghiệm X-quang tại nhà Dựa vào nguyên lý của Rơentgen, họ đã chế tạo máy chiếu X-quang đầu tiên trên thế giới

Cũng tại Paris, bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X-quang cho người nấu bếp của mình Ông nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ

bị mờ Hỏi ra mới biết, trước đó bà đã bị ho ra máu Đó là trường hợp chuẩn đoán bệnh qua X-quang đầu tiên trong lịch sử y học thế giới

Và cho đến nay, máy X-quang có mặt ở hầu hết các bệnh viện lớn, nhỏ ở trong nước cũng như trên thế giới

2 1 Cấu tạo máy X-quang

Về cấu tạo, máy X quang có sự khác nhau tương đối giữa các thế

hệ X-quang, cơ bản gồm các bộ phận :

- Khối phát tia X

- Khối tạo cao thế

- Bàn chụp, giá chụp, cột đỡ bóng

- Khối điều khiển

- Khối thu nhận/hiển thị hình ảnh

2.1 Cấu tạo máy X-quang

sẽ rất nóng Chỉ khoảng 1% động năng được biến đổi thành năng lượng tia X trong suốt quá trình xảy ra va chạm

2.1 Cấu tạo máy X-quang

a Ống phóng tia X

- Đối âm cực chia làm 2 loại: loại quay và loại không quay

- Bộ phận làm cho đối âm cực quay chính là Rotor Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc độ quay từ 3000-3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất

là 9000-10000 vòng/phút

Hình ảnh và nguyên lý của ống phóng tia X

2.1 Cấu tạo máy X-quang

b Khối tạo cao thế

Để ống phóng tia X làm việc thì nguồn cung cấp cho dương cực của ống phải rất lớn (20-300kV) Để tạo ra nguồn điện áp cao áp như vậy, thông thường lấy từ nguồn 3 pha sau đó sử dụng biến thế tự ngẫu - sử dụng motor kéo chổi than của biến áp

Dùng diode chỉnh lưu 100kV do đó cần nối nhiều diode với nhau Từ đó có điện áp ngược phân phối không đều trên các diode gây nên mất mát năng lượng.

2.1 Cấu tạo máy X-quang

c Khối thu nhận, hiển thị hình ảnh

Khối thu nhận và hiển thị hình ảnh tùy thuộc vào các thế hệ máy X-quang khác nhau mà đó có thể là:

2.2 Nguyên lý hoạt động của máy X-quang

Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của

cơ thể thì suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc.

Sự suy giảm này phụ thuộc vào độ dày, mật độ của các cấu trúc mà nó đi qua

Cuối cùng, chùm tia tác dụng với bộ phận thu nhận (phim, detector, màn chiếu…) và xử lý hình ảnh để cho

ra kết quả, bộ phận thu nhận và xử lý hình ảnh là điểm khác biệt lớn nhất giữa các thế hệ máy X quang.

Nguyên lý hoạt động của máy X-quang

a Chế độ chiếu X-quang (soi)

Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của

cơ thể thì suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc.

Chùm tia tác dụng với bộ phận thu nhận (phim, detector, màn chiếu…) và xử lý hình ảnh để cho ra kết quả, bộ phận thu nhận và xử lý hình ảnh là điểm khác biệt lớn nhất giữa các thế hệ máy X quang.

Dòng điện qua bóng rất nhỏ từ 1 đến 4mA và bóng làm việc ở chế độ điểm bão hòa.

Thời gian phát tia để đảm bảo tính bền của bóng thường từ 1 giây đến 10 phút.

Chế độ chiếu X-quang

b Chế độ chụp X-quang

Khác với chiếu, sự ghi hình X-quang của các bộ phận thăm khám được thực hiện trên phim hoặc giấy ảnh

Để ghi được hình trên phim X-quang thì tia X phải được phát

xạ với một điện thế cao (từ 50KV đến 100 hoặc 150 KV) và với cường độ dòng qua bóng X-quang lớn (từ 100 đến 200mA, và các máy hiện đại hiện nay có thể lên tới 500 đến 1000KV)

Hai yếu tố này nhằm đảm bảo cho sự ghi hình nhanh tránh được hình nhiễu của các cơ quan động (như tim, ống tiêu hoá.v.v.) và phù hợp với thời gian nín thở của bệnh nhân

Bề mặt tấm tăng quang được phủ bằng một lớp chất phát huỳnh quang (thường là Tungstat cadmi)

Dưới tác dụng của tia X các lớp huỳnh quang này sẽ phát quang và tác dụng lên phim để ghi hình bộ phận thăm khám mà

nó truyền qua

Chế độ chụp X-quang

2.3 Phân loại máy X-quang

Theo cấu trúc : X quang cố định, x quang di động, X

quang xách tay.

Theo công nghệ xứ lý ảnh : X quang cổ điển (dùng

phim), X quang chiếu (màn chiếu), X quang kỹ thuật số gián tiếp (CR), X quang kỹ thuật số trực tiếp (DR).

Theo chức năng : X quang thường quy, X quang răng,

X quang vú, X quang can thiệp…

Quá trình chụp X-quang và sự khác biệt cơ bản giữa các

thế hệ máy chụp X-quang

Phim sau khi được phổ xạ, sẽ được đưa vào phòng tối để

xử lý bằng hóa chất hiện hình và định hình Khi rửa phim người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với tia X khi rửa sẽ không bị mất (có màu đen) còn nơi nào không tác dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị trôi (có màu trắng) Sau đó sẽ được đọc trên 1 hộp đèn đọc phim

Đây là một hình vĩnh viễn, không sửa đổi được, khó lưu trữ, sao lục và truy tìm.

b X quang kỹ thuật số gián tiếp CR

Đây là hệ thống gần giống quang cổ điển, máy phát tia quang bình thường và phim/bìa tăng quang được thay bằng tấm tạo ảnh (Imaging plate) có tráng lớp Phosphor lưu trữ (storage)

X-và kích thích phát sáng (photostimulable luminescence)

Tấm tạo ảnh khi được tia X chiếu lên sẽ tạo nên 1 tiềm ảnh (latent image), sau đó tấm tạo ảnh này sẽ phát quang lần 2 khi quét bởi 1 tia laser trong máy Kỹ thuật số hóa (digitizer), ánh sáng này được bắt lấy (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 tính để được xử lý

Tấm tạo ảnh sẽ được xóa bởi nguồn ánh sáng trắng và tái sử dụng Số lần tái sử dụng tùy thuộc vào công nghệ, chất liệu và hãng sản xuất tấm tạo ảnh

c X quang số trực tiếp DR (Direct Radiography)

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 hợp của lớp nhấp nháy (Scintillator) gồm các lớp 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 phổ 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

3 Phương pháp bảo vệ tránh tác hại của tia X

Đối với nơi đặt máy X-quang: bảo đảm không có tia X bức xạ

ra ngoài Cửa phòng máy phải có lớp bảo vệ quang tuyến tương đương trên 1,5 mmPb Tường đặt phòng máy phải dày và tương đương với 2 mmPb; Tủ điều khiển đặt ở ngoài phòng chiếu, chụp X-quang có cửa sổ kính chì để quan sát phòng chiếu, chụp; Phòng đợi của bệnh nhân phải ở ngoài khu vực nhiễu xạ

Khi chiếu, chụp: Thu nhỏ diện tích phát tia tới mức tối thiểu Chỉ phát tia X khi cần thiết; sử dụng các phương tiện bảo vệ (chì, cao su chì) cho các phần cơ thể không chiếu tia X Lưng của người vận hành máy phải cách tường 2m để giảm các tia X phản

xạ vào; thường xuyên đo liều nhiễu xạ cho nhân viên vận hành máy; Chỉ định chiếu, chụp X-quang chặt chẽ, chính xác

3 Phương pháp bảo vệ tránh tác hại của tia X

Đóng kín ngõ ra của tia bằng vật hấp thụ phóng xạ ở tại bóng đèn Điều khiển chống tia để tránh bộ phận sinh dục và dùng tấm chắn cao su chì để bảo vệ bộ phận sinh dục khi chẩn đoán phần bụng của bệnh nhân nam, nữ và cả vùng ngực bệnh nhân

Kỹ thuật viên sử dụng máy X-quang cần mặc quần áo bảo hộ, phải chuẩn bị bệnh nhân thật kỹ để tránh cho bệnh nhân phải chẩn đoán lần 2, nên dùng loại phim có lớp nhũ tương độ bắt sáng cao nhất và dùng bìa tăng sáng siêu nhạy Sử dụng bộ thời gian tự động (Autotimer) như là tế bào quang điện bằng ion để giảm thiểu việc chụp phim lần 2 Thời gian chụp ảnh không được lâu và bệnh nhân không được chụp ảnh nhiều lần trong một khoảng thời gian nhất định

III KẾT LUẬN

Sự ra đời của máy X-quang đã mở ra cho y học nhân loại một bước phát triển vượt bậc trong lĩnh vực thăm dò nội tạng, giúp chẩn đoán các bệnh con người có liên quan đến các phần bên trong cơ thể mà trước khi ra đời máy X- quang không có cách nào nhìn thấy được.

Trong lịch sử, các thế hệ máy X-quang không ngừng được cải tiến, nâng cao về kĩ thuật giúp cho việc chẩn đoán bệnh chính xác, nhanh chóng và hiệu quả Đồng thời ra đời các phương pháp bảo vệ người sử dụng máy X-quang tránh khỏi tác hại của tia X.

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!