Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Nội dung chính nghiên cứu Chương 4: Kết quả Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đồ án tốt nghiệp Page 2 do an Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KỸ THUẬT CHỤP X-QUANG Chụp X-quang là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh y khoa rất phổ biến hiện nay và giữ vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán bệnh và điều trị. Máy chụp X-quang sử dụng ứng dụng của tia X trong vật lý, dựa vào mức độ xuyên thấu của tia X để vận dụng vào chụp X-quang. Khi chụp X-quang dựa vào mức độ xuyên thấu của tia X có thể chụp xương để phát hiện các loại chấn thương liên quan đến xương. Trong vật lý thì tia X trong máy chụp X-quang có thể gây hại cho sức khỏe của bạn.
Tuy nhiên khi được ứng dựng vào trong y học và máy X-quang thì tia X được điều tiết với hàm lượng vô cùng nhỏ mà không ảnh hưởng tới sức khỏe của bạn. Công nghệ tạo ảnh X-quang nhờ ứng dụng của tia X ( một nguồn năng lượng bức xạ từ bóng X-quang). Nguyên lý tạo ảnh có thể được mô tả như sau: Chùm tia X khi đi qua một vật thể sẽ bị suy giảm không đồng đều phụ thuộc vào khả năng hấp thụ tia X của vật thể. Chùm tia sau suy giảm sẽ tác động vào film tạo nên ảnh do đó ảnh X-quang là ảnh xếp chồng nghĩa là kết quả của sự chồng lên nhau của hình ảnh của những đối tượng nằm trên đường đi của tia X.
Sự suy giảm không đồng đều của tia X khi xuyên qua cơ thể người bệnh sẽ tạo nên ảnh đối tượng cần thăm khám trên film X-quang. - Ưu thế: + Nhờ vào tính chất xuyên thấu của tia X mà máy chụp X-quang có thể chuẩn đoán được bệnh lý thông qua chuẩn đoán hình ảnh trên film X-quang mà hiện nay chưa thiết bị nào làm được. - Hạn chế: + Chịu nhiều phóng xạ và ảnh hưởng có hại đối với bệnh nhân và môi trường. + Có sự chồng chất các chi tiết khi chụp.
+ Khó quan sát các bộ phận nằm sâu bên trong như khối U trong sọ não. Đồ án tốt nghiệp Page 3 do an 2.1 Nguyên lý hoạt động - Bóng X-quang là linh kiện thiết yếu trong các thiết bị X-quang, nó hoạt động trên nguyên lý biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. - Một chùm tia điện tử đang chuyển động rất nhanh, khi gặp vật cản sẽ đột ngột giảm tốc độ. Tại thời điểm này động năng của chùm tia sẽ chuyển đổi.
+ Phần lớn (tới khoảng 99% trang thiết bị X-quang xét nghiệm) chuyển đổi thành nhiệt năng nung nóng vật cản. + Phần nhỏ chuyển đổi thành năng lượng tia X có bước sóng thẳng 10 – 100pm (10-12 m) phát xạ qua cửa sổ của bóng.2 Cấu tạo - Bóng X-quang có thể xem như dạng đặc biệt của điốt chỉnh lưu chân không, bóng X-quang gồm các bộ phận chủ yếu sau: + Nguồn bức xạ điện tử - catốt. + Nguồn bức xạ tia X-Anốt, vật cản trên đường đi của chùm tia điện tử. Điện tích với chùm tia điện tử bắn vào gọi là điểm hội tụ.
Đó chính là nguồn phát xạ tia X. + Vỏ thủy tinh (vỏ trong) bao quanh anốt và catốt, đã được hút chân không để tạo áp lực âm loại từ các phân tử khí cản trở trên đường đi của chùm tia điện tử. + Vỏ bóng (vỏ ngoài) thường bằng hợp 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 sổ tia X nơi ghép nối với hộp chuẩn trực và vị trí các đầu nối.
Hiện nay, hai loại bóng được ứng dụng phổ biến trong thiết bị X-quang là: + Bóng X-quang anốt cố định + Bóng X-quang anốt quay 2.3 Bóng X-quang anốt cố định Catốt bao gồm sợi đốt và giá đỡ bằng kim loại để đỡ sợi đốt đồng thời còn tạo khe hội tụ. Sợi đốt được chế tạo bởi dây Vonfram có nhiệt độ nóng chảy rất cao (3360C). Sợi đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng. Để hội tụ chùm tia điện tử, người ta đặt sợi đốt trong lòng một khe của giá đỡ và chùm tia điện tử bức xạ từ sợi đốt qua khe này.
Kích thước, hình dạng của sợi đốt và khe được thiết kế và chế tạo rất chu đáo và sợi đốt được định vị rất cẩn thận trong khe sao cho chùm tia điện tử tập trung (hội tụ) tại một điểm với diện tích rất nhỏ trên bề mặt anốt. Diện tích mà chùm tia điện tử hội tụ đó chính là nguồn phát xạ tia X. Điểm hội tụ thường có dạng hình chữ nhật, Đồ án tốt nghiệp Page 4 do an chiều dài bằng 3 – 4 lần chiều rộng và diện tích của điểm hội tụ khoảng 1 – 2 mm2 (tiêu điểm nhỏ) tới 10 – 15 mm2 (tiêu điểm lớn). Nguồn điện cấp cho sợi đốt là nguồn điện áp thấp cỡ vài chục vôn với dòng từ vài A đến mười A.
Để đảm bảo độ cách điện cao và làm nguội, biến thế cấp điện cho sợi đốt thường được đặt trong thùng cao thế cùng với biến thế cao thế. Anốt: có nhiệm vụ hứng chùm tia điện tử bắn vào, rồi phát xạ chùm tia X. Chùm tia này càng tập trung càng tốt để tạo được hình ảnh rõ. Anốt gồm một miếng Vonfram dày khoảng 2mm, hình chữ nhật hoặc tròn có diện tích lớn hơn diện tích điểm hội tụ một chút, miếng Vonfram này được gắn vào một giá đỡ bằng đồng giúp tán nhiệt nhanh.
Bề mặt anốt nằm dốc chéo so với trục dọc của bóng nên chùm tia X sẽ vuông góc với trục bóng. Vỏ thủy tinh: vỏ trong có hình dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đỡ catốt và anốt. Vỏ này được chế tạo từ loại thủy tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách điện cao, có đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu được áp lực chân không lớn. Vỏ ngoài bao quanh bóng X-quang, nó có ba nhiệm vụ: +Chỉ cho tia bức xạ 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 dày để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra xung quanh (từ cửa số) tới mức cho phép không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và cho môi trường xung quanh. Để đảm bảo độ cách điện, người ta đổ đầy dầu cao thế vào khoang giữa hai lớp vỏ.
Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn có tác dụng tản nhiệt và làm mát bóng. Đồ án tốt nghiệp Page 5 do an 1. Cửa sổ phát tia 6. Vỏ ngoài phủ chì 7.
Tới biến thế sợi đốt 9. Khe hội tụ 10. Chùm tia điện tử Hình 2.1: Cấu trúc bóng X-quang anốt cố định Khi bóng hoạt động, nó sẽ nóng lên khiến cho dầu dãn nở nên một phía đầu vỏ phải có một khoang dãn nở chế tạo bởi màng cao su hình lồng xếp. Để báo động tình tráng bóng quá nóng do hoạt động liên tục, người ta gắng một công tắc hành trình vào bề mặt khoang dãn nở.
Khi khoang dãn nở nở tới mức nhất định thì công tắc tác động đóng mạch phát tín hiệu cảnh báo.4 Bóng X-quang anốt quay: Để khắc phục những nhược điểm của bóng X-quang anốt cố định, người ta đã chế tạo ra loại bóng X- quang anốt quay. Khi anốt quay với tốc độ lớn, chùm tia điện tử bắn vào anốt không phải tại một điểm cố định mà trên cả hình vành khăn, hơn nữa hình vành khăn này lại quay nhiều vòng trong suốt thời gian phát tia. Vì vậy diện tích điểm hội tụ hay 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 anốt quay có thể hoạt động với dòng lớn.
Do vậy tăng được công suất phát xạ tia X (mA). Cấu tạo của nó có cấu trúc tương tự như ở bóng X-quang anốt cố định như catốt cũng có hội tụ đơn và hội tụ kép, vỏ thủy tinh (vỏ trong), vỏ ngoài… Ngoài ra nó cũng có sự khác nhau cơ bản ở cấu trúc của catốt và anốt như: + Catốt: Trong bóng X-quang, anốt cố định, chùm tia điện tử trùng với trục dọc bóng trong khi đó bóng X-quang anốt quay chùm tia này lại đi song song, cách một khoảng. Đồ án tốt nghiệp Page 6 do an + Anốt: Ở đây anốt không đứng yên mà quay với tốc độ lớn từ 3000 – 9000 vòng/phút, 150 – 150 vòng/giây. Nghĩa là thời gian chụp xảy ra trong vòng 0.1s thì anốt quay 5 vòng.
Anốt gồm một đĩa được chế tạo bởi Vonfram hoặc bằng Molipden phủ Vonfram hoặc phủ hợp kim Vonfram, Giecmani. Đĩa này được gắn vào một đế Molipden để cách nhiệt với roto. Mặt kí của đế Molipden được gắn với roto của động cơ. Mặt đĩa anốt không phẳng mà vát chéo ở rìa, nơi chùm tia điện tử bắn vào, góc vát từ 15 – 200 tùy theo loại bóng.
Trục của roto 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. Anốt, rôto, vòng bi được đặt trong vỏ thủy tinh. Bên ngoài sát với rôto là các cuộn dây và lõi sắt của stato. Loại bóng X-quang anốt quay được dùng hầu hết các hệ thống máy X-quang hiện tại, công suất từ loại thấp như trong các máy di động (dòng khoảng 100 mA) đến trung bình (dòng khoảng 300-600 mA) và lớn (dòng khoảng 800 – 1000 mA).
Chấm hội tụ 5. Catốt và sợi đốt 6. Phim X-quang Hình 2.2: Cấu trúc bóng X-quang a nốt quay Đồ án tốt nghiệp Page 7 do an 2.3 KHỐI TẠO CAO THẾ 2.1 Khái niệm chung Bóng X-quang chỉ phát xạ khi chùm tia điện tử bức xạ từ catốt của nó phải cố động năng đủ lớn. Muốn vậy, ta nối hai cực anốt, catốt của bóng với một nguồn điện áp cao thế có tự số khoảng từ 20 KV đến 100 KV.
Điện áp này được tạo nhờ khối cao thế thường còn gọi là thùng cao thế. Thực chất hai tên gọi này có khác nhau đôi chút. Khối cao thế bao gồm biến áp cao thế và chỉnh lưu cao thế. Trong đó, thùng cao thế, ngoài hai cấu kiện trên còn chứa biến thế cấp nguồn sợi đốt, rơ le chọn bóng và một vài linh kiện bảo vệ khác nữa cũng như các cực đầu vào, ra.