The X ray Machine TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN CNĐT VÀ KT Y SINH CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I MÁY CHỤP X QUANG Giảng Viên TS Nguyễn Thái Hà Sinh Viên Trần Quang Đức 20131067 HÀ NỘI, 1 2017 Như đã đề cập trước đây, X quang từ thiên nhiên đến từ các nguồn ngoài khí quyển, chẳng hạn như mặt trời xa xôi và các ngôi sao, tuy nhiên những X quang chỉ đơn giản là đóng góp cho nền bức xạ xung quanh chúng ta Mặt đất và đất cũng là những nguồn bức xạ nền tự.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BỘ MÔN CNĐT VÀ KT Y SINH *********** CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I MÁY CHỤP X QUANG Giảng Viên : TS Nguyễn Thái Hà Sinh Viên Trần Quang Đức - 20131067 : HÀ NỘI, 1-2017 Như đề cập trước đây, X-quang từ thiên nhiên đến từ nguồn ngồi khí quyển, chẳng hạn mặt trời xa xôi sao, nhiên Xquang đơn giản đóng góp cho xạ xung quanh Mặt đất đất nguồn xạ tự nhiên Tùy thuộc vào nơi người sống định lượng tiếp xúc họ nhận từ nguồn xạ tự nhiên, nhiên loại tiếp xúc thường không nguy hiểm.Tia Xquang y học đến từ thiết bị thiết kế để phát tia phóng xạ theo điều khiển.Lịch sử phát minh tia X-quang thú vị Vào cuối năm 1800, có nhiều nhà khoa học thời tiến hành làm thí nghiệm với điện, thứ mà vào lúc coi tương Một thí nghiệm đặc biệt liên quan đến phản ứng điện chân khơng Các thí nghiệm mà nhà khoa học tiến hành gồm bóng đèn giống thiết bị gọi tên ống Crooks minh họa hình vẽ Bạn nhận thấy ống có hai điện cực, cực cực dương cực cực âm Ý định truyền điện từ cực âm sang cực dương Bởi điện bao gồm electron chuyển động dây dẫn, trường hợp nhà khoa học làm cho electron chuyển động qua khoảng không cực âm tới cực dương Nếu có khơng khí ống electron chạy qua khoảng không cực âm cực dương va chạm với ngun tử cho dù khí có ống Những va chạm làm giảm khả truyền điện (dịng điện) lí nhà khoa học cố gắng loại bỏ nhiều khơng khí tốt Có điều mà nhà khoa học thời khơng biết đến electron chuyển động qua khoảng không cực âm cực dương, electron tăng tốc với tốc độ cao Các electron chuyển động qua khoảng không cực âm cực dương gọi tia Ca-tôt Tốc độ đo điện áp gắn với ống Crookes Điện áp cao tốc độ electron lớn Các nhà khoa học electron đến cực dương hay vùng xung quanh ống thủy tinh va chạm giũa electron tốc độ cao với cấu trúc nguyên tử kim loại cực dương thủy tinh xảy Đó tương tác chịu trách nhiệm cho việc tạo tia X-quang “ hiệu ứng phát sáng“ ống thủy tinh thường quan sát thấy ống cung cấp lượng Có nhiều người tiếng tiến hành thí nghiệm điện thời điểm Bên cạnh Roentgen, có nhiều nhà khoa học khác tiến hành thí nghiệm Sau có cá nhân Thomas Edison cơng nhận với việc sản xuất thiết bị huỳnh quang sử dụng tia Xquang đem lại “ hình ảnh di chuyển tia X-quang ” Chúng ta tiếp tục bàn huỳnh quang cách chi tiết phần sau học Sự thí nghiệm với huỳnh quang sử dụng đê tiến hành kiểm tra nhiều phận thể có lẽ biết đến nhiều tiến hành kiểm tra X-quang quan tiêu hóa ví dụ thực quản, dày, ruột đại tràng William Conrad Roentgen - người công nhận cho khám phá tia Xquang giáo sư nhà vật lý học trường Đại học Wurzburg Đức Vào mùa thu tháng 11-1895 ơng tiến hành thí nghiệm xả điện áp cao ống Crookes tháo bỏ phần Cái ống ông sử dụng tình cờ có bìa cứng màu đen bao phủ ông nhiên nhận ông cung cấp lượng cho ống Crookes có ánh sáng mờ hình nhỏ đặt cạnh Chính quan sát hiệu ứng ánh sáng dẫn tới thí nghiệm bổ sung cho tương Trong thí nghiệm Roentgen , hình nhỏ đề cập phần trước đặt tương tự hình biểu đồ Ơng khơng hiểu ánh sáng phát ơng khơng thể nhìn thấy, nghe hay cảm nhận điều tạo : “hiệu ứng phát sáng” Và để làm cho tương trở nên thú vị Roentgen, ống Crookes bị bao phủ bìa cứng màu đen nên ơng biết khơng có tia sáng lọt ngồi ống Thí nghiệm tiếp tục, ý hình nhỏ tráng loại sơn chứa chất hóa học có tên gọi barium platinocyanide Ơng quan sát phát thú vị ơng di chuyển hình gần ống ánh sáng lại trở nên rõ nét Mặc dù ống Crookes bị bao phủ bìa cứng màu đen, ơng cảm nhận thấy thứ vơ hình khuấy động hình bị sơn Ơng nhận kể ông đặt sách ống hình hình phát sáng Sau đó, ơng hiểu điều tượng trung cho vài loại “tia” hay “phần tử” Với phát này, ông bắt đầu hàng loạt thí nghiệm chỗ mà ơng đặt bàn tay hay thứ khác ống Crookes hình bị sơn ơng nhìn thấy thực tế loại bóng xương bàn tay Roentgen phát mà kính ảnh đặt gần ống Crookes cung cấp lượng tạo nhũ ảnh trở nên mờ hay tối không tiếp xúc với ánh sáng điều giúp ông tạo hình ảnh X-quang thực tế bàn tay người Ơng có giúp đỡ vợ hình ảnh minh họa Có thể thấy khơng có chi tiết quan trọng ảnh khởi nguồn kĩ thuật chụp X-quang Hãy ý tới hình ảnh nhẫn ngón tay Để hiểu cách đầy đủ cách tia X tạo ra, cần xem lại thuyết nguyên tử Tất vật chứa phần tử rẩt nhỏ gọi nguyên tử Khi nguyên tử kết hợp với nguyên tử khác tạo liên kết hóa học, chúng gọi phân tử hay hợp chất Để hiểu tia X tạo nào, cần biết nguyên tử tự nhiên, phần nhỏ tạo nên vật chất Như bạn nhìn thấy phần này, nguyên tử bao gồm “hạt nhân” hay phần nguyên tử chứa proton notron Một proton mang điện tích dương giúp trì tồn vẹn nguyên tử Notron có hạt nhân khơng mang điện Trong phần học, thảo luận tiếp vai trị notron bảo vệ phóng xạ hình thức khác Cấu trúc minh họa cho đường trịn khép kín chứa electron, thực tế, electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo hình elip Để định lượng photon bị thải , phải tiếp tục xem lại kĩ phần trước Sơ đồ minh họa cho tiếp diễn tương tác phần trước, ý sơ đồ minh họa cho lớp vỏ K L Trong cấu trúc electron lớp vỏ L di chuyển tới khoảng trống lớp vỏ K sau tia X bị thải ( theo đường không thẳng ) Năng lượng tia X luôn khác với lượng liên kết lớp vỏ K L trường hợp vơn fram, 69.5 kEv 12kEv = 57.5 kEv Chúng ta nên nhớ phụ thuộc vào nguyên tử mức lượng, liên quan đến lượng liên kết lớp vỏ, sau lượng tia X bị thải tính tốn Trong sơ đồ ,bao gồm lớp vỏ K lớp L Chúng ta xem chuyện xảy mức lượng khác liên quan đến vơn fram Trong ví dụ trước, lớp K lớp L liên quan đến tương tác, xem chuyện xảy electron từ lớp vỏ M xuống khoảng trống electron lớp vỏ K Trong ví dụ này, ý đạn electron công electron lớp K , nhiên electron từ lớp vỏ M chảy xuống khoảng trống Bởi lượng liên kết lớp vỏ M 2.8 kEv, dự đốn lượng tia X đặc trưng Trong trường hợp này, 69.5 kEv - 2.8 kEv = 66.7 kEv Chúng ta cần ý hồn tồn khơng thể dự đoán lớp vỏ electron chảy xuống khoảng trống lớp vỏ K " lỗ hổng " Tóm lại, điều quan trọng cần phải nhớ tương tác đặc trưng trình sau : Đầu tiên, bạn phải có electron có điện cực cao có đủ lượng để làm ion hóa electron lớp vỏ K Năng lượng phải đạt 69.5 kVp để di chuyển electron Thứ hai: sau va chạm, electron từ lớp vỏ mức lượng bị thải va chạm Các đạn electron làm hầu hết lượng nó, nhìn chung khỏi nguyên tử miêu tả sơ đồ Electron từ vỏ rở khỏi nguyên tử cuối cùng, nguyên tử tìm nguyên tử mà cần electron trong lớp vỏ Thứ ba: Bước thứ ba electron từ lớp L, M, N , mức lượng đổ xuống khoảng trống hay hỗ hổng Thứ tư: trình đổ xuống diễn ra, nguyên tử thải photon tia X Một thật quan trọng lượng cụ thể kín đáo 57.5 kEv , khơng thực tế nhiều máy phát yêu cầu mức lượng kVp giá trị này, thực hữu ích tiến hành kiểm tra mà yêu cầu kVp mức độ Sự tương tá biết đến tia xạ Bremsstrahlung hay tia xạ hãm Nó gọi điều xảy : sơ đồ , bạn nhận đạn electron đến từ phía cao bên phải xuống tới bên trái Chú ý electron đến gần hạt nhân sau đổi chiều sang phải Điều xảy electron mang điện tích âm , di chuyển đến gần hạt nhân điện cực dương thu hút cực dương làm chậm điện cực electron Khi trình " hãm lại " xảy lượng bị chuyển đổi thành photon tia X Bạn nhận photon tia X electron qua hạt nhân Năng lượng photon Brems phụ thuộc vào yếu tố sau: Năng lượng đạn electron phụ thuộc vào cách kĩ sư cài đặt kVp KVp cao, lượng tạo tia X lớn Vị trí gần cạnh đạn electron hạt nhân ảnh hưởng tới lượng tạo tia X Về chất, đạn electron đến gần hạt nhân , trình " hãm lại" dễ xảy ra, trình hãm lại lớn , lượng tạo cao Hiện tượng gây thứ mà ta gọi chùm Chú ý phụ thuộc vào lượng mà kĩ sư cài đặt bảng điều khiển Ví dụ, kĩ sư cài đặt 100 kVp, photon tia X tạo có lượng từ 100 kVp Chúng ta không điều khiển cách đạn electron đến gần hạt nhân kVp cài đặt mức cao lượng tạo cao lượng lớn electron tiến lại gần hạt nhân lượng photon cao Sơ đồ minh họa cách đạn electron với điện cực cao đến gần hạt nhân Trên thực tế, proton mang điện tích dương electron mang điện tích âm hút gây chậm lại đáng kể electron Khi electron di chuyển chậm lại , lượng bị electron có điện cực cao bị chuyển thành tia X nhiệt Các electron đến gần hạt nhân, nhiệt lượng tạo photon tia X lớn Tia X có vài đặc điểm vật lí quan trọng kĩ sư Điều giúp đảm bảo tia X sử dụng an toàn hiệu kĩ sư để đạt mục đích kiểm tra bảo vệ họ bệnh nhân Các đặc điểm vật lí quan trọng là: Các photon tia X xuyên qua Phụ thuộc vào loại vật chât hay chất liệu chiếu tia X , kĩ sư điều chỉnh khả xuyên thấu tia X cách điều chỉnh KVp máy Các phận khác thể có độ dày đặc tính mỏng khac yêu cầu cài đặt kĩ thuật khác Chúng ta làm vài hoạt động thí nghiệm đơn giản để minh họa cho đặc tính Các tia X dạng xạ điện từ tia X giống lượng di chuyển qua khơng khí Nó có bước sóng đo ăng strom, có tần suất xuyên qua Các tia X trung hịa điện nên chúng khơng bị hút cực âm hay cưc dương không bị tụ lại Các tia X đa lượng.Có nghĩa tia X bị thải ống Xquang đa lượng có nhiều lượng khác Chúng ta biết vố đặc tính tương tác, dự đốn lượng photon ( 57.5 kEv) nhiên với tương tác Brems, hồn tồn phụ thuộc vào cách đạn electron đến gần hạt nhân Nhớ , electron đến gần hạt nhân , lượng tạo tia X bị thải lớn Khi bạn xem xét hàng triệu tương tác xảy trình phơi sáng giống này, dễ dàng để tưởng tượng có photon có xác mức lượng Nếu kĩ sư điều chỉnh 100 kVp bảng điều khiển , thực tế mức lượng trung bình chùm lúc cài đặt Nó phụ thuộc vào loại máy Xquang bạn dùng Có nhiều loại máy nhìn chung máy kĩ thuật máy nhiều lượng Các tia X bị mài mỏng Các tia X bị mài mòn bị hấp thụ chất Phụ thuộc vào thứ mà tia X xuyên qua, kim loại, tia X bị hấp thụ Ví dụ chì, chì có mật độ nguyên tử dày đặc, tia X xuyên qua nó, chì hấp thụ mài mỏng xạ Trong thể người, xương hấp thụ lượng lớn xạ cứng so với mô khác Các mô mềm quan đầy khơng khí có khả mài mịn thấp mơ mềm có mật độ ngun tử mỏng quan đầy khí tia X dễ dàng qua truyền tia X Góc đường đạn Đó cách tia X xuất từ ống Nếu bạn nhớ lại rằng, cực dương bị đặt nghiêng tới mức mà đạn electron xuyên qua bề mặt mục tiêu, tia X tạo di chuyển xuống Ví dụ, electron phần tử cứng chúng đơn giản công mục tiêu nằm nghiêng, chúng nảy lên theo đường đạn xuống góc Tuy nhiên, thực tế electron mài mỏng bề mặt mục tiêu trải qua trình hãm lại tương tác đặc trưng bề mặt, thường khoảng 0,5 mm bề mặt Các tia X tạo " cách đẳng hướng" thải chúng theo tất hướng khác Một ví dụ thải " đẳng hướng" giống bóng đèn điện treo phịng hình vng Nếu bóng đèn treo phòng , đèn sáng , bạn thấy ánh sáng khắp phịng Về bản, đẳng hướng có nghĩa tia X theo tất hướng tia xuống khỏi ống Các tia lại, bị hấp thụ thân ống Vận tốc tia X tốc độ ánh sáng Bất kế kVp cài đặt nào, nhớ đạn electron đạt điện cực khác chúng từ dây tóc tới cực dương, nhiên electron bị chuyển đổi thành lượng tia X, tốc độ tia X tốc độ ánh sáng Các tia X có khả ion hóa Có nghĩa tia X có khả di chuyển electron khỏi nguyên tử vật chất chúng xuyên qua Chúng ta thảo luận tương tác khác mà tia X tạo vật chất phần sau học Các tia X tạo phát sáng huỳnh quang số loại huỳng quang định Các vật chất định tương tác với tia X ví dụ tia X xuyên qua chúng , vật chất phát sang phát tia sang Đặc tính hữu ích kết hợp với phim Qua năm, có nhiều loại phơt sử dụng Photpho sử dụng băng cát sét hay ổ chứa phim phần bị chiếu tia X, photpho phát sáng phát huỳnh quang phơi sáng phim với hình ảnh tia X qua Chúng ta minh họa q trình thí nghiệm thú vị sau Các tia X bị tụ lại Các tia X không giống tia sáng mà ống kính làm tụ vào điểm Khi tia X qua vật chất, chúng theo đường thằng, nhiên xuyên qua vài thứ nguyên tử xương hay vài chất khác, photon tia X bị hấp thụ bị làm chệch hướng theo hướng khác Nó giống đạnvới điện cực cao viên đạn xun qua thứ Nó bị chệch hướng dừng lại Khi bị chệch hướng ta gọi " tia X phân tán" 10 Khi tia X tương tác với phim, gây phản ứng hóa điện cấu trúc phim phim ngâm trọng hoá học, phim màu đen mật độ chụp Xquang Người chụp Xquang cần phải biết mật độ để điều khiển đảm bảo ảnh không tối sáng 11 Các tia X tia phóng xạ có khả thay đổi chất mặt hoá học Trong vài trường hợp trị liệu phóng xạ người ta sử dụng tia phóng xạ để chữa bệnh ung thư , tia phóng xạ thay đổi mơi trường hố học mơ mà tương tác giúp tiêu diệt tế bào ung thư Về mặt sinh học, cấu trúc nguyên tử mô sống bị ảnh hưởng nhiều cách Chúng ta thảo luận vài ảnh hưởng sinh học chi tiết trọng phần sau học học sau trọng học kì hè 12 Như trước đây, tia X xuyên qua vật chất, chúng bị hấp thụ bị phân tán hay chệch hướng Cả tương tác gây ảnh hưởng mặt sinh học thơng qua ion hố cấu trúc nguyên tử mô sinh học Khi tia X xuyên qua mô thể người, thỉnh thoảnh thoảng chúng trải qua loại tương tác nơi mà tia X hoàn toàn bị hấp thụ ngun tử tương tác Khi q trình diễn ra, ion hoá diễn nguyên tử bị công phản ứng cách thải photon tia X " phụ" Photon " phụ " tạo có lượng thấp đặc trưng Tuy nhiên tia phóng xạ bị phân tán tia X bị chệch hướng cách dễ dàng có lượng bị Tia X bị phân tán tiếp tục trải qua tương tác khác cuối bị hấp thụ nơi Tia X phân tán có khả ion hố mơ chất 13 Như đề cập từ trước, tia X chùm lượng nhỏ qua không qian Chúng phần quang phổ điện từ Chúng có bước sóng có tần số Chúng có dạng hình sin dạng đường cong Bước sóng nhỏ, lượng lớn tần số cao Bước sóng dài, chúng xun qua Ngay từ thời gian đầu trọng lịch sử phát tia X, người làm việc với ống X-quang không nhận tác hại tự nhiên tia X mà họ tạo thời gian Đây hình ảnh nhóm ngồi gần ống X-quang Bởi gần gũi với ống X-quang họ để chân tay đường tia X nên họ sớm bị vết thương cho tia X Đây ví dụ cách người tiên phong tia X bị ảnh hưởng bột thơ tia phóng xạ Trong thời đó, người khơng biết tia phóng xạ tự nhiên hồn tồn khơng có biện pháp phịng chống Mọi thứ hồn tồn khác với ngày loại vết thương không cịn thấy Đây ví dụ cách tia X sử dụng phát Đây hình ảnh bàn chân giầy người phụ nữ 45 ... từ th? ?i gian đầu trọng lịch sử phát tia X, ngư? ?i làm việc v? ?i ống X- quang không nhận tác h? ?i tự nhiên tia X mà họ tạo th? ?i gian Đây hình ảnh nhóm ng? ?i gần ống X- quang B? ?i gần g? ?i v? ?i ống X- quang. .. lượng tiếp x? ?c họ nhận từ nguồn x? ?? tự nhiên, nhiên lo? ?i tiếp x? ?c thường không nguy hiểm.Tia Xquang y học đến từ thiết bị thiết kế để phát tia phóng x? ?? theo ? ?i? ??u khiển.Lịch sử phát minh tia X- quang. .. tia X phân tán" 10 Khi tia X tương tác v? ?i phim, gây phản ứng hóa ? ?i? ??n cấu trúc phim phim ngâm trọng hố học, phim màu đen mật độ chụp Xquang Ngư? ?i chụp Xquang cần ph? ?i biết mật độ để ? ?i? ??u khiển