Giáo trình trang thiết bị y tế thông dụng hiện nay

Bao gồm các thiết bị chuẩn đoán: Điện tâm đồ; Thiết bị chuẩn đoán hình ảnh; Các thiết bị xét nghiệm sinh hóa: Phổ hấp thụ nguyên tử; phương pháp sắc ký; Phương pháp so màu quang điện....

Mục lục

lời nói đầu 5

phần 1 thiết bị chẩn đoán ch-ơng 1 Điện tâm đồ 8

1.1 Cơ bản về sinh lý điện học tế bào 8

1.2 Điện tâm đồ và các đạo trình điện tâm đồ 9

1.2.1 Tín hiệu ECG 9

1.2.2 Các đạo trình điện tâm đồ 10

1.3 Máy điện tim 14

1.3.1 Giới thiệu chung về máy điện tim 14

1.3.2 Đặc tính chung của máy điện tim 15

1.3.3 Phân loại máy điện tim 16

1.3.4 Một số loại máy điện tim khác 18

1.3.5 H-ớng phát triển của máy điện tim 19

1.4 Máy điện tim ECG-8110 19

1.4.1 Đặc tính kỹ thuật 20

1.4.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 21

1.4.3 Một số chú ý trong khai thác sử dụng máy điện tim 29

Ch-ơng 2 thiết bị chẩn đoán hình ảnh 32

2.1 Máy chụp cắt lớp x quang – CT scanner 32

2.1.1 Các khái niệm cơ bản về chụp cắt lớp 32

2.1.2 Sơ đồ chức năng và nguyên lý hoạt động máy chụp cắt lớp X - quang SCT 7000T 57

2.2 Máy siêu âm 104

2.2.1 Bản chất vật lý của sóng âm 104

2.2.2 Sóng siêu âm dạng xung 109

2.2.3 Sự lan truyền của tia siêu âm trong môi tr-ờng 113

2.2.4 Hình dạng chùm tia siêu âm 116

2.2.5 Cảm biến 123

2.2.6 Máy siêu âm A-scan 130

2.2.7 Máy siêu âm B-scan 136

2.2.8 Máy quét thời gian thực 137

2.2.9 Xử lý ảnh trong máy siêu âm 145

2.2.10 Phần mềm của máy, các ch-ơng trình đo và tính toán 149

2.2.11 Hiện t-ợng ảnh giả 153

2.2.12 Tác dụng sinh học và sự an toàn của thiết bị siêu âm chẩn đoán 161

2.2.13 Siêu âm Doppler 163

Phần 2 thiết bị xét nghiệm sinh hoá

ch-ơng 1 ph-ơng pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử 182

1.1 Những vấn đề chung của phép đo 182

1.1.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 182

1.1.2 C-ờng độ của vạch phổ hấp thụ 182

1.1.3 Nguyên tắc và trang bị của phép đo AAS 183

1.1.4 Ưu nh-ợc điểm của phép đo AAS 184

1.1.5 Các bộ phận trang bị của phép đo 185

1.2 Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu 186

1.2.1 Mục đích của nguyên tử hoá mẫu 186

1.2.2 Kỹ thuật nguên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa 186

1.2.3 Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa 193

ch-ơng 2 ph-ơng pháp sắc ký 201

2.1 Những khái niệm chung 201

2.1.1 Định nghĩa và phân loại các ph-ơng pháp sắc ký 201

2.2 Các ph-ơng pháp sắc ký 201

2.2.1 Sắc ký hấp phụ lỏng (trên cột) 201

2.2.2 Sắc ký phân bố (trên cột) 202

2.2.3 Sắc ký rây trên phân tử 202

2.2.4 Sắc ký trao đổi ion 202

2.2.5 Ph-ơng pháp sắc ký trên lớp mỏng 203

2.2.6 Ph-ơng pháp sắc ký trên giấy 203

2.3 Ph-ơng pháp sắc ký khí 204

2.3.1 Nhập môn sắc ký khí và những khái niệm cơ bản 204

2.3.2 Những khái niệm và ph-ơng trình cơ bản của ph-ơng pháp sắc ký 205 2.3.3 Kỹ thuật và ph-ơng thức làm việc của sắc ký khí 212

2.3.3 Phân tích định tính 221

2.3.4 Phân tích định l-ợng bằng sắc ký khí 222

Ch-ơng 3 ph-ơng pháp so mầu quang điện 226

3.1 Nhắc lại một số khái niệm cơ bản về bức xạ ánh sáng 226

3.1.1 Tia sáng đơn sắc 226

3.1.2 Tia đa sắc (tia phức hợp) 226

3.1.3 C-ờng độ tia sáng 228

3.2 Lý thuyết ph-ơng pháp đo mầu 228

3.3 Ph-ơng pháp đo mầu quang điện 231

3.3.1 Lý thuyết của ph-ơng pháp đo mầu quang điện 231

3.3.2 Cách đo đạc và tính toán kết quả trên các máy đo mầu quang điện và quang phổ 235

ch-ơng 4 Đo PH của dung dịch bằng ph-ơng pháp điện hoá 236

4.1 Một số khái niệm cơ bản 236

4.1.1 Tích số ion của n-ớc, chỉ số pH 236

4.1.2 Dung dịch đệm 238

4.1.3 Thế điện cực 240

4.1.4 Sức điện động của nguyên tố Galvani 241

4.1.5 ậo ệiỷn thạ cựa cịc ệiỷn cùc 242

4.1.6 ậo sục ệiỷn ệéng 242

4.2 ậo pH cựa dung dỡch bỪng ph-ểng phịp ệiỷn hoị dỉng ệiỷn cùc thuũ tinhẦẦẦ 244

4.2.1 ậiỷn cùc chuÈn calomen 244

4.2.2 ậiỷn cùc thuũ tinh 245

4.2.3 ậo pH cựa dung dỡch bỪng ệiỷn cùc thuũ tinh 246

phẵn 3 cịc thiạt bỡ ệiÒu trỡ-lý liỷu Ch-ểng 1 ậỰi c-ểng vẺt lý trỡ liỷu 248

1.1 ậẳt vÊn ệÒ 248

1.1.1 ậẳc ệiÓm kủ thuẺt VLTL - PHCN 248

1.1.2 Cịc kủ thuẺt VLTL - PHCN chÝnh 249

1.1.3 Tịc dông sinh lý vộ ệiÒu trỡ VLTL - PHCN 250

1.1.4 Nhọng yạu cẵu cể bờn khi ụng dông VLTL - PHCN 253

1.1.5 Ph-ểng phịp ệịnh giị (l-ĩng giị) trong VLTL - PHCN 254

1.2 ậiÒu trỡ bỪng dưng ệiỷn (ệiỷn mét chiÒu, ệiỷn xung) 255

1.2.1 ậiÒu trỡ bỪng dưng ệiỷn mét chiÒu khềng ệữi 255

1.2.2 ậiÒu trỡ bỪng dưng ệiỷn xung thÊp vộ trung tẵn 261

1.2.3 ậiÒu trỡ sãng ngớn vộ vi sãng 275

1.3 ậiÒu trỡ bỪng tr-êng tỵnh ệiỷn 287

1.3.1 ậẳc tÝnh cựa tr-êng tỵnh ệiỷn 287

1.3.2 Tịc dông sinh lý cựa tr-êng tỵnh ệiỷn 288

1.3.3 Chử ệỡnh vộ chèng chử ệỡnh 288

1.4 ậiÒu trỡ bỪng ệiỷn tr-êng cao ịp 288

1.4.1 Khịi niỷm ệỰi c-ểng 288

1.4.2 Tịc dông chÝnh cựa ệiỷn tr-êng cao ịp xoay chiÒu 289

1.5 ậiÒu trỡ bỪng siếu ẹm 289

1.5.1 Tịc dông sinh lý cựa siếu ẹm 289

1.5.2 LiÒu ệiÒu trỡ siếu ẹm 293

1.5.3 Chử ệỡnh vộ chèng chử ệỡnh 294

1.6 ậiÒu trỡ bỪng tõ tr-êng 295

1.6.1 Mét sè giờ thiạt vÒ t-ểng tịc tõ tr-êng vộ cể thÓ sèng 295

1.6.3 Mét sè vÊn ệÒ cẵn chó ý khi ụng dông tõ tr-êng trong trỡ liỷu 297

Ch-ểng 2 mịy phịt sãng trỡ liỷu DỖArsonval èựêđà 2.1 Giắi thiỷu chung 299

2.1.1 Dưng DỖArsonval 299

2.1.2 Tịc dông sinh lý vộ ụng dông ệiÒu trỡ cựa dưng DỖArsonval 300

2.2 Phẹn tÝch mịy 301

2.2.1 Giắi thiỷu chung vÒ mịy èựêđà 301

2.2.2 Chử tiếu kủ thuẺt cựa mịy 302

2.2.3 Giắi thiỷu cịch sỏ dông mịy 302

2.2.4 Phẹn tÝch mịy 303

ch-ơng 3 Máy trị liệu sóng ngắn Curapuls - 419 313

3.1 Đặc điểm, thông số kỹ thuật 313

3.2 Sơ đồ khối của máy Curapuls - 419 313

3.3 Phân tích sơ đồ khối 315

Tài liệu tham khảo

Phần I

thiết bị chẩn đoán

Ch-ơng 1

Điện tâm đồ

1.1 Cơ bản về sinh lý điện học tế bào

Mọi thực thể sống trên trái đất đều đ-ợc cấu thành từ nhiều kiểu tế bào khác nhau ở ng-ời, tế bào có đ-ờng kính thay đổi trong khoảng từ 1m cho đến

100 m, chiều dài từ 1mm đến 1m, độ dày của màng tế bào cỡ 0,01m

ở trạng thái nghỉ, mặt trong màng tế bào tích điện âm, mặt ngoài màng tích điện d-ơng Sự phân bố điện tích không cân bằng này là kết quả của các phản ứng điện hoá Điện thế giữa hai lớp điện tích này đ-ợc gọi là điện thế nghỉ, ng-ời

ta gọi tế bào ở trạng thái này là trạng thái phân cực, điện thế nghỉ (điện thế phân cực ) giữa hai mặt màng tế bào khoảng -90mV

Khi tế bào bị kích thích, điện thế mặt ngoài màng tế bào trở nên âm hơn so với điện thế mặt trong màng tế bào, giá trị điện áp giữa hai mặt màng tế bào lúc này vào khoảng + 20mV Quá trình chuyển từ -90mV lên +20mV gọi là quá trình khử cực (thực chất là sự khuếch tán ion qua màng tế bào) quá trình tái cực (quá trình phục hồi) diễn ra sau một khoảng thời gian ngắn khi quá trình khử cực kết thúc, đ-a tế bào về trạng thái ban đầu (trạng thái nghỉ) Dạng sóng điện thế tế bào

đ-ợc biểu diễn trên hình 1-2 Quá trình khử cực sẽ lan truyền từ tế bào này sang

tế bào khác cho đến khi toàn bộ các tế bào (cơ tim chẳng hạn) đ-ợc khử rồi tái cực

Hình 1-1 Quá trình khử cực và tái cực của tế bào

Màng tế bào

Tái cực Khử cực

Khoảng thời gian PR và PQ đ-ợc đo từ lúc bắt đầu sóng P tới lúc bắt đầu sóng R hoặc Q t-ơng ứng, đánh dấu thời gian mà một xung từ nút S - A đ-a tới tâm thất Khoảng thời gian PR kéo dài cỡ 0,12 đến 0,2s khoảng QRS, biểu diễn thời gian xung nhịp đi qua hệ thống tâm thất và sau đó tới các thành của tâm thất, khoảng thời gian này từ 0,05 đến 0,1s

Sóng T biểu diễn sự tái cực của cả tâm thất trái và phải Nh- vậy khoảng thời gian QT chính là một chu kì tâm thu hoàn chỉnh Chu kì tâm tr-ơng bắt đầu

từ cuối phần kéo dài của sóng T đến sóng Q tiếp theo

ra điện thế hoạt động

-60mV

khử cực

Sãng P

Sãng

Q Sãng S

Sãng R

Phøc hîp QSR

Sãng T

K/c ST

Sãng U

K/c TP

Sãng P

K/c PQ K/c QT

K/c PQ

Mét chu kú tim

Nót SA

Nót AV

C¸c sîi Purkinje

C¬

t©m nhÜ

Bã AV

C¬ t©m thÊt

cẳng tay trái (điện cực tay trái - TT); cẳng tay phải (điện cực tay phải –TP) và chân trái (điện cực chân trái - CT) Giữa từng cặp điểm đặt điện cực có các hiệu điện thế

t-ơng ứng sẽ đ-ợc ghi lại, gọi là “các đ-ờng đạo trình điện tâm đồ” Các đạo trình

điện tâm đồ ghi hình ảnh các vectơ khử cực và tái cực phản chiếu lên các trục khác nhau để thăm dò các vùng khác nhau của cơ tim, cung cấp thông tin về nhiều mặt của tim

Có 12 đạo trình chính (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6), ngoài ra còn có một số đạo trình ít sử dụng, chỉ đ-ợc ghi khi có chỉ định cần thiết Các đạo trình đ-ợc tạo thành từ mỗi cặp điện cực Einthoven đ-ợc gọi là các đạo

trình l-ỡng cực chi, hay còn gọi là các đạo trình cơ bản (đạo trình mẫu), chúng

đ-ợc ký hiệu là I, II và III (có sách gọi là D1, D2, D3).Theo định luật Einthoven có: II = I + III, điều này có thể giúp cho việc kiểm tra các điện cực có đ-ợc đặt

đúng vị trí hay không

Hình 1-5 Cách mắc các đạo trình cơ bản

Để giảm ảnh h-ởng của nhiễu khi ghi các thế điện sinh học bằng điện cực cơ bản, ng-ời ta thêm vào điện cực phụ thứ t- đặt ở chân phải (điện cực chân phải

- CP), điện cực này đ-ợc nối với vỏ của máy điện tim và đ-ợc nối đất Điện cực

đặt tại lồng ngực phía trên quả tim, gọi là điện cực tim T (V), sau này đ-ợc nối với các điện cực tại tứ chi tạo các đạo trình t-ơng ứng để ghi điện thế giữa tim và chi, gọi là các đạo trình đơn cực chi, đ-ợc ký hiệu t-ơng ứng là : VR, VL, VF

T

R L

* Quan hệ giữa các đạo trình cơ bản và các đạo trình tăng c-ờng:

I = aVL - aVR; II = aVF - aVR; III = aVF - aVL

TT-TP TP-CT TT-CT

Đạo trình tăng

aVF

TP-(R+CT, R+TT) TT-(R+TP, R+CT) CT-(R+TP, R+TT)

Đạo trình tim V VR

VL

VF

T-(R+TP, R+TT, R+CT) T-TP

T-TT T-CT

Nói chung, đạo trình cơ bản I th-ờng giống đạo trình tăng c-ờng aVL và

đạo trình cơ bản III th-ờng giống đạo trình tăng c-ờng aVF Theo lý thuyết, có thể chỉ cần 2 đạo trình (ví dụ I và aVF) là có thể xác định đ-ợc các đạo trình khác, nh-ng thực tế ng-ời ta vẫn ghi đủ 6 đạo trình này

aVR TP

CP

CT TT

T

Trong quá trình hoạt động của tim xuất hiện những biến đổi lý hoá kèm theo rất quan trọng Ngoài những biến đổi về điện tim nh- ở trên, còn có những thay đổi về hình dáng, thể tích, áp lực của các buồng tim, sự xuất hiện tiếng tim,

đồng thời diễn ra các quá trình biến đổi năng l-ợng Dựa vào những biến đổi này

mà ng-ời ta có nhiều ph-ơng pháp để nghiên cứu về hoạt động của tim nh- : áp

kế, thể tích kế các ph-ơng pháp này th-ờng đi kèm cùng quá trình ghi điện tâm đồ

1.3 Máy điện tim

1.3.1 Giới thiệu chung về máy điện tim

Einthoven là ng-ời đầu tiên ghi điện tâm đồ năm 1903 Cấu tạo cơ bản của máy này là một sợi dây thạch anh đặt song song với đ-ờng đẳng điện và chịu ảnh h-ởng của một từ tr-ờng Khi có dòng điện tim chạy qua, dây thạch anh sẽ bị hút

về phía một cực của từ tr-ờng Chuyển động này tạo ra một sóng điện tim và đ-ợc thu vào một cuộn phim Hiện nay, dòng điện tim đ-ợc ghi lại bằng một cấu trúc

điện tử có độ nhạy kém hơn so với sợi dây thạch anh nh-ng lại gọn nhẹ hơn nhiều

Máy điện tim có ba bộ phận chính, hoạt động nối tiếp nhau sau đây:

* Thiết bị đầu vào có bộ chuyển mạch đạo trình, các điện cực đ-ợc mắc nối với nó đóng vai trò là bộ phận thu nhận dòng điện tim: Các điện cực dùng để

ghi lại thế điện sinh học xuất hiện ở các tế bào, các mô và các cơ quan trong quá trình hoạt động của chúng Các điện cực - là vật dẫn có dạng đặc biệt (dạng tấm

và dạng kim), dùng để nối thiết bị điện với đối t-ợng sinh học

Theo công dụng điện cực đ-ợc chia ra các dạng sau:

- Điện cực để sử dụng nhất thời trong các phòng chẩn đoán chức năng (ví

dụ nh- để lấy các thế điện sinh học)

- Điện cực để sử dụng lâu dài khi theo dõi liên tục các bệnh nhân nặng trong phòng có c-ờng độ điều trị lớn

- Điện cực để sử dụng trên các đối t-ợng di động (ví dụ trong thể thao hoặc trong vũ trụ )

- Điện cực để sử dụng trong các tr-ờng hợp khẩn cấp (ví dụ trong các xe cứu th-ơng)

Các yêu cầu cơ bản đối với các điện cực:

- Không đ-ợc gây những tác động có hại đến các mô sinh học

- Không đ-ợc tạo ra nhiễu

- Có tính ổn định cao đối với các tham số điện

- Đ-ợc lắp và tháo ra nhanh chóng

- Cố định chắc chắn vào đối t-ợng sinh học

* Bộ khuếch đại: Vì các thế điện sinh học rất nhỏ nên để thiết bị điện tâm

đồ có thể ghi lại đ-ợc chúng phải đ-ợc khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại

* Bộ phận ghi: Đồ thị điện tim (điện tâm đồ) đ-ợc hiện lên màn hình nhỏ

hoặc đ-ợc ghi lên băng giấy chuyên dụng nhờ các thiết bị ghi ( ghi kim, ghi số, máy ghi dao động )

Một sơ đồ của máy điện tim đơn giản với ph-ơng pháp ghi trên phim ảnh đ-ợc chỉ ra trên hình 1-9: 1- Bệnh nhân cùng các điện cực; 2- Bộ chuyển mạch đạo trình; 3-

Bộ khuếch đại; 4- Điện kế; 5- Hệ thống ghi quang học; 6- Cuộn giấy bằng cơ khí

Hình 1-9 Sơ đồ máy điện tim đơn giản

1.3.2 Đặc tính chung của máy điện tim

Khi sử dụng các thiết bị điện tử y sinh nói chung và các thiết bị điện tim nói riêng cần phải biết những đặc tính chung của chúng nh- sau:

a Dải tần công tác của thiết bị: Đây là dải tần từ giá trị thấp nhất đến giá

trị cao nhất mà thiết bị có khả năng đo đ-ợc Ví dụ, máy đo tần số nhịp tim có dải công tác từ 0 đến 5Hz

b Độ nhạy: Là mối quan hệ giữa giá trị của các chỉ số vật lý với phản ứng

của thiết bị ghi Ví dụ, máy theo dõi tim có độ nhạy 1mV/cm Biết độ nhạy có thể xác định đ-ợc giá trị của thế điện sinh học theo độ cao của xung so với đ-ờng thế

điện bằng không

c Sai số của thiết bị: Xác định giá trị nhỏ nhất mà thiết bị có thể đo đ-ợc

Ví dụ, áp suất máu trong động mạch chủ khoảng -100mmHg, còn trong tĩnh mạch từ -5mmHg đến 2mmHg Thiết bị có độ nhạy là 2mmHg có thể sử dụng để

đo áp suất máu trong động mạch chủ nh-ng không đ-ợc sử dụng để xác định áp suất máu trong tĩnh mạch

d Tính ổn định: Là khả năng duy trì các thông số hoạt động của thiết bị

trong thời gian dài sau khi hiệu chuẩn Việc hiệu chuẩn đ-ợc thực hiện nhờ các tác động chuẩn ở đầu vào của thiết bị

e Dải tần số: Phổ của tín hiệu khảo sát chứa các tần số sóng hài chiếm

một khoảng nào đó Để tín hiệu không bị sai lệch thì tất cả các thành phần hài của tín hiệu phải đ-ợc biến đổi giống nhau Khoảng tần số đ-ợc gọi là dải tần số,

mà trong khoảng tần số này các thành phần sóng hài đ-ợc biến đổi giống nhau

f Tính chống nhiễu: Nhiễu bất kỳ gây ra sự thay đổi các chỉ số đo Khi

ghi ECG, nhiễu có thể xuất hiện do cơ thể bệnh nhân có vai trò nh- một anten thu nhận các tr-ờng điện từ ở bên ngoài (nhiễu ngắm) Nhiễu có thể đ-ợc ghi lại cùng với tín hiệu có ích Cấu trúc của thiết bị cần phải tính tr-ớc khả năng chống nhiễu, còn ng-ời bác sỹ cần phải biết phân biệt tín hiệu có ích và các tín hiệu sai lệch do nhiễu để chẩn đoán bệnh đ-ợc chính xác

1.3.3 Phân loại máy điện tim

Có nhiều cách phân loại máy điện tim, sau đây đề cập một số cách phân loại cơ bản

12 kênh, có khi đến 60 kênh) ghi đồng thời Chúng có khả năng không chỉ ghi

điện tim đồng thời tại vài đạo trình mà thậm chí ghi các quá trình khác nhau nào

đấy liên quan đến hệ tim mạch (âm tim, nhịp đập của mạch, áp suất mạch máu )

b Phân loại theo tính chất nguồn cung cấp

Có thể phân thành nguồn một chiều và nguồn xoay chiều Tính chất của nguồn cung cấp ở mức độ nào đó có thể coi là nguyên nhân gây nên sự phức tạp của các bộ phận trong thiết bị Các thiết bị sử dụng nguồn một chiều từ pin khô hoặc ắc quy có các bộ phận đơn giản, gọn nhẹ hơn nh-ng khi khai thác sẽ gặp những khó khăn tất yếu của việc thay pin hoặc nạp ắc quy Thông th-ờng các máy xách tay một kênh sử dụng nguồn này Các máy điện tim cố định, nhiều kênh th-ờng sử dụng nguồn xoay chiều (điện mạng) song th-ờng kèm theo nguồn pin hoặc ắc quy để sử dụng khi cần thiết

c Phân loại theo ph-ơng pháp ghi điện tim

* Máy điện tim đầu ghi quang: đ-ợc thực hiện bằng những tia sáng phản

xạ từ g-ơng của điện kế ghi (bộ rung) trên giấy hoặc phim ảnh chuyển động Việc ghi bằng ánh sáng bảo đảm chính xác và thuận lợi cho việc đọc điện tâm đồ, nh-ng để hiện ảnh lên thì yêu cầu phải xử lý hoá học các băng ghi này, có nghĩa

là ph-ơng pháp này không đ-a ra khả năng quan sát trực tiếp các đ-ờng cong

điện tâm đồ ghi đ-ợc Đây là nh-ợc điểm cơ bản của ph-ơng pháp này

* Máy điện tim với đầu ghi mực trên băng giấy: nhờ ngòi bút đặc biệt loại

bỏ đ-ợc nh-ợc điểm của máy điện tim đầu ghi quang Tuy nhiên, khi này ngòi bút sẽ di chuyển theo cung tròn có bán kính bằng chiều dài giá kẹp bút, do đó việc ghi sẽ bị lệch tâm và có dạng khác với việc ghi trong toạ độ vuông góc (ở ph-ơng pháp ghi quang) Việc ghi nh- vậy gây ra những khó khăn nhất định trong quá trình phân tích nó Để giảm nhẹ việc phân tích điện tâm đồ, giấy ghi

đ-ợc vạch tr-ớc các l-ới tỷ lệ hình vòng cung

* Máy điện tim với đầu ghi nhiệt: Phép ghi đ-ợc thực hiện bằng dụng cụ

ghi đặc biệt: tại đầu mút của bút ghi có phần tử nung nóng nhỏ, nhẹ, đ-ợc cấp

điện Việc ghi đ-ợc thực hiện trên giấy chuyên dụng màu đen phủ một lớp dễ chảy màu trắng (lớp nến) Khi đầu bút ghi chuyển động, các lớp trên giấy bị nóng chảy, để lộ ra những điểm ghi màu đen trên nền giấy trắng Muốn l-u lại các

điện tâm đồ ghi bằng bút nhiệt, cần chụp lại (photocopy) vì loại giấy này dễ có vệt đen do bị xây xát

Theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy ghi điện tâm đồ hiện nay rất gọn nhẹ và có nhiều công dụng khác nhau Sự ra đời của các vật liệu bán dẫn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật số, kỹ thuật vi xử lý, các linh kiện bán dẫn, các IC chuyên dụng đã thay thế phần lớn các linh kiện điện tử cồng kềnh trong hầu hết các máy điện tim ngày nay Mặt khác, các tín hiệu điện tim có thể đ-ợc xử lý, điều khiển và l-u trữ một cách đơn giản khi các tín hiệu

điện tim dạng t-ơng tự đ-ợc biến đổi sang dạng số, giúp cho việc phân tích, chẩn

đoán và điều trị thuận lợi, nhanh chóng Do đó, có thể phân loại máy điện tim theo loại linh kiện sử dụng trong máy điện tim (điện tử, bán dẫn) hay phân loại theo loại tín hiệu xử lý trong máy điện tim (t-ơng tự, số )

1.3.4 Một số loại máy điện tim khác

* Máy điện tim vectơ

Trong lý thuyết điện tim, tim đ-ợc coi nh- một ngẫu cực, vecto mômen

điện của ngẫu cực trong chu trình làm việc của tim thay đổi, đ-ợc xác định theo

độ lớn và theo h-ớng Các véctơ này gọi là véctơ điện tim Các đầu mút véctơ

điện tim này tạo nên đ-ờng cong phức tạp khép kín trong không gian Các hình chiếu của đ-ờng cong này lên ba mặt phẳng của hệ toạ độ vuông góc có dạng ba

đ-ờng vòng P, QRS và T Tập hợp chúng phản ánh đầy đủ sự thay đổi về giá trị

và h-ớng của véctơ điện tim theo chu trình làm việc của tim Việc ghi lại các

đ-ờng cong này gọi là phép ghi điện tim véctơ Thiết bị thực hiện phép ghi điện tim véctơ đ-ợc gọi là máy ghi điện tim véctơ Ví dụ, một máy ghi điện tim véctơ một kênh xách tay loại BíKC-1é của Nga có sơ đồ khối nh- sau:

Nguồn

Máy phát chỉnh l-u cao tần

Hình 1-10 Sơ đồ khối máy điện tim một kênh



Bộ

ổn

áp

* Monitor điện tim

Monitor điện tim là thiết bị cho phép theo dõi điện tâm đồ của bệnh nhân liên tục nhiều ngày đêm và đ-a ra những cảnh báo, khi có những thay đổi nguy hiểm đối với bệnh nhân (loạn nhịp tim, rối loạn điện giải ) Khi đó, bệnh nhân

có thể nhanh chóng uống thuốc hoặc đến cơ sở y tế Thiết bị này có thể tự động ghi lại những thay đổi đó, sau đó l-u trữ trong bộ nhớ, giúp cho việc gọi lại khi cần thiết Do đó, thiết bị có thể cung cấp lịch sử điện tâm đồ của một bệnh nhân;

điều này rất quan trọng trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh

Hiện nay, monitor điện tim đ-ợc sử dụng phổ biến ở dạng các máy tính chuyên dụng theo dõi điện tâm đồ, loại nhỏ, nhẹ có thể đeo trong ng-ời, cho phép ghi điện tâm đồ liên tục từ 24 - 48 giờ

1.3.5 H-ớng phát triển của máy điện tim

Việc theo dõi điện tâm đồ bằng monitor điện tim có rất nhiều -u điểm Theo h-ớng phát triển này, ng-ời ta có thể thành lập các trung tâm theo dõi điện tâm đồ đồng thời đối với nhiều bệnh nhân cho phép các thông tin về điện tâm đồ

đ-ợc ghi lại, l-u trữ theo từng loại hoặc theo thứ tự thời gian Trung tâm theo dõi

điện tâm đồ có thể kiểm soát đ-ợc bệnh nhân ở xa qua dây dẫn điện thoại hoặc qua hệ thống vô tuyến điện việc nhờ gắn vào bệnh nhân thiết bị đo điện tim có thể phát sóng vô tuyến điện, gọi là đo điện tâm đồ từ xa

Một h-ớng phát triển khác là máy điện tim trong quá trình theo dõi bệnh nhân, khi sự cố xảy ra có thể tự động điều khiển hệ thống tiêm thuốc cho bệnh nhân song chỉ sử dụng đối với bệnh nhân mắc căn bệnh tim đ-ợc xác định tr-ớc

và th-ờng xảy ra

1.4 máy điện tim ECG-8110

Nhằm cung cấp cho bạn đọc có khái niệm cụ thể hơn về máy điện tim, phần này trình bày một loại máy điện tim điển hình, đ-ợc sử dụng rộng rãi: Máy

điện tim ECG-8110 Máy điện tim hệ ECG-8110 là máy ghi điện tim linh hoạt 1,

2 hoặc 3 kênh của hãng Nihon Kohden (Nhật Bản), có thể sử dụng cho 12 ch-ơng trình phân tích riêng biệt Đây là một máy điện tim thế hệ mới có ứng dụng kỹ thuật số và vi xử lý giúp cho việc xử lý, phân tích các tín hiệu điện tim một cách chính xác Các dữ liệu có thể đ-ợc ghi lại và l-u trữ trong bộ nhớ theo thời gian thực và đ-ợc gọi ra khi cần thiết Hệ thống núm, nút điều chỉnh, sử dụng dễ dàng,

tiện lợi có kèm theo chế độ báo hiệu kiểm tra của các đèn, các cảnh báo khi gặp

sự cố về hệ thống, về nguồn cung cấp.v.v

ECG-8110 cung cấp khả năng ghi điện tim ở hai chế độ bằng tay và tự

động trong một thiết bị gọn nhẹ Khối nguồn ắc quy kèm theo cho phép máy điện

tim ECG-8110 sử dụng trong các tr-ờng hợp khẩn cấp và trong tr-ờng hợp việc

- Ph-ơng thức ghi: đầu ghi bằng nhiệt, độ phân giải: 8 điểm/mm theo

chiều dọc và 20 điểm/mm theo chiều ngang

- Tốc độ giấy ghi: 25mm/s và 50mm/s

c Các đặc tính khác của máy

- Chỉ tiêu an toàn: IEC nhóm I, loại CF

- Những yêu cầu về nguồn cung cấp:

+ Nguồn AC (t-ơng ứng với các loại máy thuộc hệ ECG-8110): A:117V; 60Hz; 35VA

J:100-200V; 50,60Hz; 35VA

K/O/D/E/F/R/Q: 200-240V; 50,60Hz; 35VA

P: 220V; 50,60Hz; 35VA

+ Nguồn DC: ắc quy axít chì: 12V, 2Ah ( Có thể sử dụng liên tục 2 giờ)

- Thời gian nạp nguồn: ~ 10 giờ

- Mạch tiết kiệm nguồn ắc quy: Nguồn tự động ngắt (OFF) khi ắc quy

không hoạt động không tải trong vòng 5 phút

- Kích th-ớc: rộng 330mm, cao 90mm, dài 290mm

- Khối l-ợng (gồm cả nguồn ắc quy): 5,6 Kg

1.4.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

a Tổng quan

Trong máy điện tim ECG-8110, các tín hiệu điện tim dạng sóng từ đạo trình đ-ợc đ-a vào bộ khuếch đại DC, sau khi qua b-ớc biến đổi từ tín hiệu t-ơng

tự sang tín hiệu số (biến đổi A-D), sau đó các tín hiệu điện tim dạng số đ-ợc xử

lý và đ-ợc đ-a tới đầu ghi nhiệt Tín hiệu điện tim dạng t-ơng tự chỉ tồn tại một phần rất ngắn ở khoảng từ đạo trình đến bộ biến đổi A-D Việc xử lý thành phần không đổi và lọc đ-ợc thực hiện tất cả ở dạng tín hiệu số Tín hiệu đ-a tới đầu ghi nhiệt là ở dạng chuỗi dữ liệu số Sơ đồ khối đơn giản hoá mô tả nguyên lý hoạt

động của máy điện tim ECG-8110 đ-ợc chỉ ra trên hình 1.11

Thiết bị có sử dụng hai bộ vi xử lý (CPU) cùng loại HD63B03, một CPU làm nhiệm vụ xử lý các tín hiệu điện tim nhận đ-ợc từ điện cực nối với bệnh nhân, CPU còn lại có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hệ thống làm việc, đồng thời

đ-a các tín hiệu đã xử lý ra đầu ghi nhiệt để in ra

Hình 1-11 Sơ đồ khối đơn giản hoá của máy điện tim ECG-8110

Các tín hiệu điện tim đi tới khối xử lý dữ liệu đ-ợc khuếch đại 16 lần và sau đó đi đến bộ biến đổi A-D Việc biến đổi A-D sử dụng tần số lấy mẫu là 4000 mẫu/s trên một kênh 8 đạo trình (I, II và V1, V2, V3, V4, V5, V6 ) đ-ợc biến đổi A-D Sau khi đ-ợc xử lý, khử nhiễu, các tín hiệu này đ-ợc chọn đ-a đến CPU (IC220) trong khối xử lý dữ liệu và truyền tới CPU (IC408) của khối điều khiển qua bộ biến đổi xung riêng (T202 - T205) trong khối xử lý dữ liệu

Tại CPU (IC408 ) trong khối điều khiển, với dữ liệu điện tim nhận đ-ợc, các đạo trình III, aVR, aVL và aVF đ-ợc tạo thành từ các đạo trình I, II Các quá trình lọc khác cùng với việc điều khiển các chuyển mạch SW, các đèn LED, đầu ghi nhiệt và động cơ cũng đ-ợc thực hiện bởi CPU này

CPU R003 Eid đầu ghi

nhiệt

CPU

A-D

Chuỗi dữ liệu số Chuỗi dữ liệu số

Khối xử lý dữ liệu Khối điều khiển

Từ khối nguồn, các điện áp +9V và +5V đ-ợc cấp cho các khối khác nhau thông qua khối điều khiển Bộ biến đổi điện áp (DC - DC) trong khối xử lý dữ liệu biến đổi điện áp +9V thành các mức điện áp ±8V và +5V để cung cấp cho các bản mạch Từ cách mô tả tổng quan nguyên lý hoạt động của máy điện tim ECG-8110, có thể đ-a ra sơ đồ khối đơn giản hoá của thiết bị với nguồn cấp t-ơng ứng nh- sau:

- Khối xử lý dữ liệu (Data Processing Board)

- Khối điều khiển (Control Board)

- Khối nguồn (Power Board)

- Khối bàn phím (Key Board)

b Khối xử lý dữ liệu

Khối này bao gồm các thành phần chính sau: bộ tiền khuếch đại; bộ tạo

đạo trình I và II; bộ chọn đạo trình; bộ biến đổi A-D; bộ biến đổi D-A; các bus

điều khiển; bộ vi xử lý trung tâm; các mạch giao tiếp; bộ biến đổi DC-DC; các bộ nhớ PROM, RAM; nguồn ắc quy; đồng hồ thời gian thực RTC

Nguyên tắc hoạt động: Tín hiệu điện tim (ECG) từ các điện cực nối với bệnh nhân đ-ợc khuếch đại lên 16 lần nhờ bộ tiền khuếch đại (gồm các IC201, IC202, IC203) Bộ tạo đạo trình I và II (IC280) tạo nên các tín hiệu đạo trình I và

II từ các tín hiệu R, L, F (tín hiệu lấy từ các điện cực t-ơng ứng tại tay trái, tay phải, chân trái) Điện thế hợp của tín hiệu R, L, F đ-ợc phản xạ về chân phải nh-

Khốí bàn phím

Khốí

nhiệt Khối

điều khiển

Khốí xử lý dữ liệu

V1, V2, V3, V4, V5, V6) đ-ợc chọn bởi bộ chọn đạo trình (IC204) và đ-a đến bộ biến đổi A-D cùng với các tín hiệu R, L, F

Bộ biến đổi A-D này là loại mở rộng Thành phần một chiều DC có trong tín hiệu ECG phản xạ lại từ bộ giám sát biến đổi A-D (IC218) qua các bộ biến đổi tín hiệu t-ơng tự-số (biến đổi D-A) (IC209) để bù trừ với tín hiệu ECG (dạng t-ơng tự) đã đ-a vào trong mạch raddar (IC213) và bộ khuếch đại vi sai (IC211) dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT)

IC209 là một bộ biến đổi D-A với độ phân giải 40àV/bit Dữ liệu đ-ợc biến đổi A-D trong 8 bit đ-ợc khôi phục lại từ bộ giám sát biến đổi A-D (IC218)

và đ-ợc l-u trong bộ nhớ bởi CPU (IC220) thông qua mạch cổng phối ghép vào/ra (IC219) Các dữ liệu này sẽ đ-ợc gọi ra khi có lệnh

Sự cố về điện cực trong mỗi kênh đ-ợc phát hiện khi cờ tràn d-ơng hoặc

cờ tràn âm của bộ biến đổi A-D xuất hiện

Bộ vi xử lý (CPU) loại HD63B03RCP (IC220), hoạt động với xung đồng

hồ 8,192MHz từ thạch anh X201 Các tín hiệu địa chỉ (16 bit: A0A15) và các tín hiệu điều khiển từ CPU đ-ợc giải mã trong bus điều khiển thông qua mạch cổng phối ghép vào/ra điều khiển bộ biến đổi A-D và chuyển dữ liệu tới các bộ nhớ Việc trao đổi thông tin với khối điều khiển đ-ợc điều khiển bởi CPU này (IC220) thông qua các cổng P23, P24 Tín hiệu dữ liệu đ-ợc đ-a qua bộ biến đổi xung riêng và đ-ợc điều chế với tần số 2,048MHz trong IC222, và đ-ợc truyền qua các cổng nối tiếp Nhìn trên sơ đồ chân của CPU, tín hiệu Tx là tín hiệu dữ liệu đ-ợc truyền đi, còn tín hiệu Rx là tín hiệu dữ liệu nhận đ-ợc Tốc độ trao đổi thông tin là 128Kbaud

Trong khối xử lý dữ liệu còn có bộ biến đổi điện áp DC-DC sử dụng biến

áp T201, biến đổi điện áp +9V thành ±8V và +5V cấp cho các mạch di động (Vcc) Sự thay đổi điện áp ở đầu ra của mạch này đ-ợc phản xạ lại về mạch sơ cấp nhờ phần tử ghép quang điện (PHC202) (photocoupler) để thu đ-ợc điện áp ra không đổi PROMs (IC233, IC234) là các bộ nhớ, dùng để l-u trữ các ch-ơng trình hoạt động ghi sẵn chỉ để đọc ra, thông tin ở đây không mất khi ngắt nguồn nuôi trong mạch IC233 là bộ nhớ bán cố định EPROM 27C64 (8K8) có thể lập trình đ-ợc bằng xung điện với 8192 từ chia thành nhóm 8 bit xoá đ-ợc bằng các tia cực tím và sau đó chíp có thể viết lại nh- mới IC234 là bộ nhớ PROM (32K8) Bộ nhớ 8KB RAM (IC232) là bộ nhớ không cố định (bộ nhớ ghi - đọc)

đ-ợc sử dụng cho vùng làm việc, cùng 2 bộ nhớ 32KB RAM (IC205, IC206) sử

dụng cho việc l-u trữ dữ liệu điện tim đã xử lý Các bộ nhớ bán dẫn này đ-ợc

điều khiển bởi CPU (IC220) thông qua mạch cổng phối ghép vào/ra (IC219), mạch giải mã địa chỉ (IC236) và các mạch phụ trợ khác

Nếu nguồn ngoài không có sẵn cho RAM thì nguồn RAM có thể cung cấp

từ pin Liti trong chế độ l-u trữ dữ liệu Điện áp của RAM đ-ợc theo dõi bởi IC231, khi điện áp cung cấp cho hoạt động của RAM giảm xuống d-ới 4,5V thì không truy cập đ-ợc RAM

Nguồn cấp cho đồng hồ thời gian thực (IC235) nhận đ-ợc từ nguồn pin (BAT201, 3V), nguồn này cung cấp cho RAM Đồng hồ này chứa một thanh ghi

4 bit (D0, D1, D2, D3) CPU đọc/ghi thông tin về thời gian qua các cổng P10P17

Khối này đ-ợc nối với bộ kết nối với bệnh nhân (patient connector) và khối điều khiển qua CNA108, CNA102 (CNJ101) t-ơng ứng

Sơ đồ khối đơn giản hoá của khối xử lý dữ liệu nh- sau:

Chú thích:

1- Bộ tiền khuếch đại gồm IC201, IC202, IC203 đều thuộc họ 2295-07C 2- Bộ khuếch đại gồm IC213, IC211 (bộ khuếch đại vi sai), IC215

MUX- Mạch chọn đạo trình (IC204); BAT: Nguồn pin Liti (BAT201)

c Khối điều khiển

Khối điều khiển bao gồm các thành phần sau:

ROM

Tx Rx

IC220(CPU)

Khối điều khiển

DC-DC

Hình 1-13 Sơ đồ khối đơn giản hoá của khối xử lý dữ liệu

- Mạch tích hợp cỡ lớn Custom LSI EiD-R003 có thể lập trình đ-ợc

- Các bộ nhớ bán dẫn ROM, RAM

- Các mạch phụ trợ

Khối điều khiển có nhiệm vụ điều khiển khối xử lý dữ liệu, các chuyển mạch (SW), đèn LED, động cơ, đầu ghi nhiệt, cũng nh- xử lý các dữ liệu ECG nhận đ-ợc từ khối xử lý dữ liệu

Sơ đồ khối của khối điều khiển:

Tần số cơ bản của bộ dao động của CPU là 8,192MHz (X401) và của đồng

hồ hệ thống là 2,048MHz (IC453) Tin tức trao đổi giữa khối xử lý dữ liệu và khối điều khiển đ-ợc thực hiện với tốc độ 128Kbaud bởi SCI (Serial Communication Interface) trong CPU

Tín hiệu ECG đã xử lý và các dữ liệu ký tự đ-ợc đ-a vào l-u trữ trong các

bộ nhớ nhờ sự điều khiển của CPU này Bộ kiểu chữ đ-ợc lấy từ các mã ký tự sẵn

có và đ-a đến đầu ghi nhiệt cùng với các dữ liệu dạng sóng nhờ IC415 (Mạch tích hợp tuỳ dụng) d-ới sự điều khiển của CPU Bộ tạo ký tự ROM (IC416) (1616) cung cấp bộ kiểu chữ này

Các bộ nhớ bán dẫn ROM 64KB (IC407) l-u trữ các ch-ơng trình hoạt

động của khối điều khiển, còn RAM-32KB (IC406) sử dụng cho vùng làm việc và l-u trữ các tín hiệu ECG Sự lựa chọn bộ nhớ đ-ợc thực hiện bởi IC415 qua các

ROM

IC 407

Mạch tích hợp tuỳ dụng

chân RAM, ROM Nh-ng việc lựa chọn ROM bank 0, bank 1 đ-ợc thực hiện bởi IC411 và IC413 kết hợp với cổng P20 (SEL), A13, A14, và A15 của CPU

Trong khối điều khiển có bộ Reset SET-520C (IC414) tạo tín hiệu đặt lại

hệ thống và đ-a đến toàn bộ hệ thống IC401 có chức năng duy trì c-ờng độ không đổi của việc in ra; nó liên quan đến nhiệt độ của đầu ghi nhiệt Điện trở nhiệt bên trong đầu ghi nhiệt đ-ợc mắc song song với R401, khi nhiệt độ của đầu ghi nhiệt tăng thì điện trở của nó giảm xuống và kéo theo độ rộng xung (ở chân 6) bị thu hẹp lại Độ rộng xung cũng đ-ợc chọn bởi chuyển mạch phối hợp DipSw bằng cách nối các tụ từ C401 đến C406 t-ơng ứng theo điện trở của đầu ghi nhiệt, kết hợp với bộ dao động đa hài (IC401) Ví dụ, độ rộng xung là 1,4ms đ-ợc chọn cho đầu ghi nhiệt có điện trở là 220

Việc điều khiển các đèn LED, SW đ-ợc thực hiện qua các cổng I/O của CPU ( xem bảng cấu hình 3.14) Khối này đ-ợc nối với khối xử lý dữ liệu, khối bàn phím 1, khối nguồn và đầu ghi nhiệt qua CNA102, CNA107 (CNJ103), CNA101 (CNJ101), CNA103 (CNJ102) t-ơng ứng

d Khối nguồn

Khối nguồn (hình 1-15) trong máy điện tim ECG-8110 đ-ợc sử dụng linh hoạt Máy điện tim có thể làm việc với nguồn điện mạng và khi việc truy cập đến nguồn điện mạng bị hạn chế thì có thể dùng nguồn một chiều của ắc quy Khối nguồn bao gồm: mạch nạp nguồn ắc quy, mạch lựa chọn nguồn AC-DC, bộ kiểm tra nguồn ắc quy và mạch ổn định các điện áp +9V và +5V

* Mạch nạp nguồn ắc quy: Việc nạp điện áp và dòng không đổi đ-ợc thực

hiện bởi mạch này Điện áp đầu ra của nguồn ắc quy tăng trong quá trình nạp và dòng nạp giảm dần so với ban đầu Mạch này theo dõi dòng nạp và giảm điện áp nạp để bảo vệ khỏi bị nạp quá mức khi dòng nạp sụt xuống d-ới mức qui định Việc nạp ban đầu đ-ợc thực hiện với một điện áp cao cố định từ 2 đến 3 giây, sau

đó nạp với điện áp đ-ợc điều chỉnh theo dòng nạp đầu ra

Sơ đồ khối của mạch nạp nguồn ắc quy:

Hình 1-16 Sơ đồ khối mạch nạp nguồn ắc quy

*Mạch điều khiển Rơle (mạch lựa chọn AC-DC): Mạch này có chức năng

cho phép sự hoạt động của nguồn ắc quy khi không có sự cung cấp của nguồn

điện mạng Bằng việc điều khiển, kích thích Rơle RY301 khởi động nguồn ắc quy hoạt động

Thizistor dòng không đổi

Nhận biết dòng điện

Điều khiển

điện áp

Nhận biết nhiệt độ

VBT

Bộ ổn áp +5V

Mạch điều khiển Rơle

Kiểm tra điện

áp nguồn ắc quy

Mạch nạp Rơle

Bộ ổn áp ngắt +9V

Nguồn ắc quy

+8V +5V

Tín hiệu điều khiển theo thời gian

* Mạch theo dõi điện áp nguồn ắc quy: Mạch này sử dụng một hệ thống

các bộ so sánh và đèn LED dùng để chỉ thị điện áp nguồn của ắc quy tại các mức t-ơng ứng

* Mạch cung cấp các điện áp ổn định +9V và +5V: Mạch gồm các bộ

giám sát quá dòng và quá áp (IC307), bộ điều chỉnh điện áp đầu ra cố định (IC308)

e Khối bàn phím

* Khối bàn phím 1: Khối này nối với khối điều khiển và khối bàn phím 2

qua CNA107, CNA104 (CNJ101) t-ơng ứng, đồng thời với động cơ và chuyển mạch cuộn giấy (PE SW) qua CNA105 (CNJ102) và CNA106 (CNJ103)

Khối bàn phím 1 có hệ thống đèn LED chỉ thị đạo trình đ-ợc điều khiển bởi khối điều khiển thông qua IC501, IC503 và IC504 Và các đèn LED chỉ thị trạng thái làm việc của hệ thống

Trong mạch điều khiển động cơ, IC điều khiển động cơ PLL (IC512) duy trì tốc độ giấy không đổi và IC điều khiển bộ ổn định chuyển mạch (IC513) điều khiển trong chế độ PWM cho hiệu suất tốt hơn

Tần số dao động cơ bản 10MHz đ-ợc chia bởi các IC508, IC509 và IC510

để cung cấp các tần số t-ơng ứng cho bốn tốc độ giấy

* Khối bàn phím 2: Gồm một hệ thống các chuyển mạch và các đèn LED

chỉ thị, khối này đ-ợc nối với bàn phím 1 qua CNA104

f Đầu ghi nhiệt

Máy sử dụng ph-ơng thức ghi điện tim dùng đầu ghi nhiệt Đầu ghi sẽ quét theo chiều ngang băng giấy với tốc độ có thể thay đổi đ-ợc Băng giấy ghi loại chuyên dụng màu đen có phủ lớp nến mỏng màu trắng Tại những điểm mà

đầu ghi tiếp xúc với băng giấy, nhiệt độ đầu ghi sẽ làm nến nóng chảy, suất hiện những điểm màu đen trên nền trắng Bản ghi có độ nét cao với 8 điểm/mm theo chiều dọc và 20 điểm/mm theo chiều ngang Đầu ghi nhiệt chấm hay không chấm xuống băng giấy phụ thuộc vào dữ liệu điện tim và các ký tự số đã mã hoá bằng các bít số 0, 1

Trong đầu ghi nhiệt có mắc một điện trở nhiệt để điều chỉnh độ rộng xung ghi Khi nhiệt độ của đầu ghi nhiệt tăng thì điện trở của nó giảm xuống kéo theo

độ rộng xung bị thu hẹp lại Độ rộng xung cũng đ-ợc chọn bởi chuyển mạch DipSW của khối điều khiển

Tốc độ của băng giấy ghi có 2 mức: 25mm/s và 50mm/s đ-ợc điều chỉnh bởi chuyển mạch tốc độ Hoạt động của đầu ghi nhiệt đ-ợc điều khiển bởi khối

điều khiển qua CNA103 (CNJ102)

1.4.3 Một số chú ý trong khai thác sử dụng máy điện tim

Khi khai thác, sử dụng các thiết bị điện tử y sinh nói chung và các thiết bị

điện tim nói riêng cần chú ý một số vấn đề sau:

a An toàn điện

Một trong những vấn đề quan trọng khi sản xuất và khai thác các thiết bị

điện tử y sinh là đảm bảo an toàn sử dụng điện cho nhân viên phục vụ và bệnh nhân Mức độ nguy hiểm của dòng điện, điện áp đối với cơ thể con ng-ời phụ thuộc vào nhiều tham số khác nhau (giá trị dòng điện, điện áp; trở kháng của cơ thể ng-ời; thời gian tác dụng của dòng điện đối với cơ thể ng-ời hoặc đ-ờng đi của dòng điện trong cơ thể ng-ời )

Các thiết bị điện tử y sinh thực chất là các thiết bị điện-điện tử, do đó cần phải chấp hành các nội qui, qui tắc về an toàn điện khi khai thác, sử dụng Ngoài

ra, điểm đặc biệt của các thiết bị điện tử y sinh là: khi thực hiện chẩn đoán và

điều trị cho bệnh nhân thì độ nhạy cảm của các bộ phận trên cơ thể bệnh nhân sẽ tăng lên d-ới tác dụng của dòng điện Giá trị của dòng điện thực tế không gây nguy hiểm đối với ng-ời khoẻ mạnh nh-ng có thể gây nguy hiểm đối với bệnh nhân Các bộ phận lấy thông tin (điện thế sinh học, nhịp đập ) từ các mô, các cơ quan của cơ thể con ng-ời là cầu nối trực tiếp gây ra tai nạn điện cho bệnh nhân

Do đó, vấn đề an toàn điện đối với các thiết bị điện tử y sinh cần đ-ợc coi trọng Một số biện pháp chính bảo đảm an toàn điện khi khai thác, sử dụng các thiết bị

điện tử y sinh bao gồm:

- Thực hiện tiếp đất an toàn cho các thiết bị điện tử y sinh khi khai thác, sử dụng, trở kháng tiếp đất vào khoảng 4 Trong máy điện tim ECG-8110 sử dụng các phích cắm nguồn xoay chiều 3 chân, trong đó có một chân tiếp đất Nếu không có phích cắm 3 chân thì thiết bị có sẵn một đầu nối cắm tiếp đất Mặt khác, tại đầu vào của thiết bị (ở khối xử lý dữ liệu) có mắc các đèn phóng điện (AR201 đến AR210) để bảo vệ thiết bị khi bị sét đánh vào đ-ờng dây điện hoặc

do quá áp hay chập vào đ-ờng dây cao thế

- Sử dụng các biện pháp cách điện cho thiết bị Các lớp vỏ cách điện tránh

sự đụng chạm vào các bộ phận có điện áp gây nguy hiểm Sử dụng cách điện trung gian (các miếng cách điện, các miếng lót cách điện ) cách ly vỏ thiết bị khỏi chạm mát

b Khi thực hành ghi điện tâm đồ

Việc thực hiện khuếch đại các điện thế sinh học có độ nhạy cao dễ bị ảnh

h-ởng của các tr-ờng cảm ứng điện từ xuất hiện gần các dụng cụ, các thiết bị, các dây dẫn điện Các cảm ứng điện từ tr-ờng này sẽ gây ra các thế điện cảm ứng tại các điện cực đặt trên cơ thể bệnh nhân Các thế điện này có giá trị không lớn nh-ng chúng sẽ đ-ợc khuếch đại cùng với các thế điện sinh học ảnh h-ởng đến quá trình ghi điện tâm đồ Do đó, các máy điện tim cần đ-ợc đặt tại những nơi không bị ảnh h-ởng của các tr-ờng điện từ xung quanh Th-ờng các máy điện tim cần đ-ợc đặt trong phòng cách điện, ở xa các phòng có tia X hoặc các phòng vật lý trị liệu Phòng đặt máy điện tim không đ-ợc đặt gần đ-ờng điện l-ới chính, hay gần nơi có đ-ờng ô tô điện hoặc xe điện đi qua

điện cực một miếng gạc đệm bằng vải bông hoặc giấy lọc tẩm chất dẫn điện nh- cồn, dung dịch muối ăn 25% và đ-ợc vắt nhẹ Diện tích của miếng đệm không cần v-ợt quá nhiều diện tích của điện cực Cần lau nhẹ da tại nơi đặt điện cực bằng cồn và đắp lên một lớp mỏng chất bột nhão chuyên dụng

- Các điện cực đặt đúng quy định và đ-ợc giữ chắc chắn nhờ băng cao su

Sự tiếp xúc không chặt điện cực là nguồn gốc của các thế điện cảm ứng Theo quy -ớc quốc tế: tay phải đặt điện cực có dây màu đỏ, tay trái - màu vàng, chân trái - màu xanh lá cây, chân phải (dây đất) - màu đen

- Sau khi mở máy, chờ vài phút cho đầu ghi nhiệt nóng lên mới bắt đầu ghi

điện tâm đồ

Sau khi kết thúc công việc, các điện cực và các băng cao su cần đ-ợc rửa sạch bằng n-ớc và lau khô Trong thời gian ghi điện tâm đồ, bệnh nhân cần phải nằm cố định ở vị trí thuận lợi các bắp thịt th- dãn, không lo lắng, giữ yên tĩnh không thở mạnh Tr-ớc khi ghi điện tâm đồ cần bỏ các đồ kim khí mang trong ng-ời nh- đồng hồ, chìa khoá

Ch-ơng 2

thiết bị chẩn đoán hình ảnh

2.1 Máy chụp cắt lớp x quang – CT scanner

2.1.1 Các khái niệm cơ bản về chụp cắt lớp

a Giới thiệu chung

Những ý t-ởng đầu tiên về xây dựng thiết bị chụp hình X - quang chỉ bắt

đầu kể từ khi xuất hiện tia X Đó là vào năm 1895, khi nhà bác học Rơnghen (Vithelm Konrad Rontghen) ng-ời Đức, trong quá trình nghiên cứu sự phóng

điện ở khí kém, đã phát hiện thấy một loại tia có khả năng đâm xuyên qua lớp vật chất (bình thuỷ tinh), làm đen kính ảnh Nó đ-ợc đặt là tia X và th-ờng gọi là tia rơnghen Tia Rơnghen có đặc tr-ng dải sóng nhỏ hơn tia tử ngoại và lớn hơn tia gamma, đ-ợc ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nh-: kỹ thuật kiểm tra sản phẩm, kỹ thuật điều khiển tự động, sinh học , vì vậy năm 1901 Rơnghen đã đ-ợc nhận giải Nobel khoa học bởi phát minh quan trọng này Trong y- sinh học, tia Rơnghen đ-ợc ứng dụng theo hai h-ớng chính:

Thứ nhất, khai thác tác dụng của tia X lên sự sống

Thứ hai, khai thác đặc tính phản ánh cấu trúc vật chất của chùm tia sau khi xuyên qua lớp vật chất

Dựa vào đặc tính tia rơnghen, ng-ời ta đã phát triển kỹ thuật phân tích cấu trúc vật chất trên nguyên lý ứng dụng loại tia này Cơ sở của ph-ơng pháp phân tích cấu trúc vĩ mô vật chất là quy luật hấp thụ và sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ tuyến tính vào đặc tính cấu trúc của vật cần nghiên cứu Những phần dầy mỏng khác nhau, có khối l-ợng riêng khác nhau sẽ hấp thụ tia Rơnghen không đồng

đều nhau

Cơ chế của quá trình này diễn ra nh- sau:

Chùm tia rơnghen phát ra với c-ờng độ đồng đều, đ-ợc chiếu lên một tiết diện đủ bao quát đối t-ợng nghiên cứu Sau khi đi qua đối t-ợng, tia này sẽ bị hấp thụ khác nhau đối với mỗi phần tử của thiết diện Chùm tia ló ra lúc này chứa

đựng ảnh ẩn của đối t-ợng, sẽ đ-ợc khôi phục lại trên phim hiện hình trực tiếp hay hiển thị trên màn hình nhờ các thiết bị xử lý đầu cuối

Bằng các thủ pháp kỹ thuật khác nhau ng-ời ta có thể làm cho hình ảnh rõ nét, cho phép phân tích cấu trúc của từng lớp vật chất nằm song song trong đối t-ợng nghiên cứu Ph-ơng pháp phân tích cấu trúc vĩ mô này là cơ sở của kỹ thuật chẩn đoán bằng tia Rơnghen (chuyên ngành X - quang chẩn đoán) trong ngành Y

Để giải quyết vấn đề cơ bản trên đây của X - quang thông th-ờng, tức là

để có đ-ợc hình ảnh riêng rẽ của từng lớp cắt đối t-ợng Đầu tiên vào năm 1917, Radon - nhà toán học úc đã chứng minh đ-ợc định lý sau:

“Hình ảnh của một đối t-ợng 2 hoặc 3 chiều có thể đ-ợc tái tạo lại từ một tập hợp vô hạn những dữ liệu thu đ-ợc từ các phép chiếu qua nó”

Đây là nguyên lý cơ sở của kỹ thuật chụp cắt lớp Tuy nhiên phải tới hơn

50 năm sau cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, những b-ớc

đi đầu tiên trong thực nghiệm và chế tạo máy chụp cắt lớp mới đ-ợc bắt đầu Năm 1967, G Hounsfield - nhà khoa học Anh quốc và Cormack - nhà vật

lý ng-ời Mỹ bắt đầu tiến hành thực nghiệm cơ sở quét lớp sọ não và khởi đầu sản xuất thử máy quét lớp sọ não EMI

Năm 1971, chiếc máy quét lớp sọ não EMI đầu tiên đ-ợc lắp đặt tại bệnh viện Atkinson Morley và khởi đầu thực nghiệm lâm sàng Đến tháng 4/1972 Hounsfield cùng J.Ambrose báo cáo về máy chụp cắt lớp EMI tại đại hội của hội quang tuyến Anh quốc

Năm 1973 tiếp tục lắp đặt máy cắt lớp sọ não tại bệnh viện Mayo.R.S Ledley thuộc học viện Georgetown chính thức công bố về hệ thống kỹ thuật chụp cắt lớp Tuy nhiên, những máy thuộc giai đoạn này có tốc độ rất thấp, để có đ-ợc hình ảnh một lớp cắt phải mất khoảng 4-5 phút, đồng thời chất l-ợng ảnh không cao, vì vậy ch-a có nhiều tác dụng trong thực tế chẩn đoán

Cho đến năm 1974 trên cơ sở phát triển máy chụp cắt lớp EMI CT5000,

Cleveland Kể từ đó trở đi, thời gian quét một lớp giảm xuống chỉ còn 20 giây và

ít hơn, mang lại hiệu quả rõ rệt trong lâm sàng

Năm 1975 tiếp tục lắp đặt máy Acta đầu tiên tại học viện Minnesota và máy Delta đầu tiên tại trung tâm y học n-ớc Anh Cũng trong năm, khoảng 20 công ty đã tham gia sản xuất máy chụp cắt lớp điện toán, đồng thời thu hút sự tham gia của nhiều công ty hàng đầu nh-: EMI, Viện hạt nhân Ohio, Pfizer, GE, Picker, Siemens, Artronic, Syntex đã giới thiệu sản phẩm của mình trong triển lãm về máy chụp cắt lớp tại đại hội quang tuyến Bắc Mỹ Với những đóng góp to lớn cho khoa học, hai nhà khoa học G.Hounsfield và A.Cormack đã đ-ợc trao giải Nobel về Y - Sinh học vào năm 1979

Nh- vậy chỉ trong vòng 30 năm, từ những b-ớc thử nghiệm đầu tiên, máy chụp cắt lớp ngày càng đ-ợc phát triển và hoàn thiện, trở thành công cụ chẩn

đoán hình ảnh -u việt và đ-ợc đánh giá là một trong 10 phát minh lớn nhất của thế kỷ 20

Hiện nay đã có hàng vạn máy chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner) đ-ợc lắp đặt và sử dụng trên thế giới Đối với n-ớc ta, chiếc máy chụp cắt lớp đầu tiên

đ-ợc lắp đặt tại bệnh viện hữu nghị Việt - Xô cũ ở Hà Nội Hiện nay, cả n-ớc có hàng chục máy CT - Scaner, giá thành chi trả cho một ca chụp còn cao Tuy nhiên vì hiệu quả to lớn mà nó mang lại, việc ứng dụng các thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại này đang là h-ớng phát triển chiến l-ợc của ngành Y tế trong những năm

Thế hệ thứ hai - Đầu chụp loại 2: Hệ thống bộ bức xạ và detector thực hiện chuyển động tịnh tiến - quay giống nh- đầu chụp loại 1, chỉ khác ở chỗ nó thực hiện quét vật thể bằng chùm phân kỳ gồm một số đ-ờng chuẩn (có từ 3-52 đ-ờng chuẩn), tín hiệu t-ơng ứng với mỗi đ-ờng chuẩn đ-ợc thu bằng một detector riêng biệt và các tín hiệu đ-ợc đo một cách đồng thời Điều này cho phép tăng đ-ợc độ lớn b-ớc nhảy (tỉ lệ với số đ-ờng chuẩn hay với số đầu tách detector) và t-ơng

ứng giảm đ-ợc thời gian quét mỗi lớp Nguyên tắc chụp đ-ợc chỉ ra trên hình 2.1b

Thế hệ thứ ba - Đầu chụp loại 3: Để giảm hơn nữa thời gian quét một lớp,

đầu chụp loại này thực hiện quét vật thể bằng chùm bức xạ rơnghen phân kỳ có dạng hình quạt bao chùm hoàn toàn vật thể cần nghiên cứu Hệ thống bức xạ và

đầu tách liên hệ chặt chẽ với nhau và quay liên tục xung quanh vật thể với góc

1800 hay 3600 Bộ bức xạ làm việc trong chế độ xung, còn thông tin đ-ợc thu nhận nhờ số l-ợng lớn các đầu tách (detector) Khi này thời gian quét một lớp thực của nó chỉ còn nhỏ hơn 5 giây Nguyên tắc chụp đ-ợc chỉ ra trên hình 2.1c

Hình 2-1 Các loại đầu chụp cắt lớp X - quang

(d) (c)

(b) (a)

Thế hệ thứ t- - Đầu chụp loại 4: Nó hoạt động giống nh- đầu chụp loại 3 chỉ khác ở chỗ các phần tử detector đ-ợc bố trí tạo thành hình vành khuyên gắn

cố định trên dàn quay Hệ thống ống phát tia Rơnghen quay xung quanh vật thể, làm việc ở chế độ liên tục, thời gian nghỉ lớn hơn thời gian phát xạ và có thể thay

đổi đ-ợc Thời gian quét th-ờng từ 1 đến 5s Nguyên tắc chụp đ-ợc chỉ ra trên hình 2.1d

Việc phân loại các ph-ơng pháp chụp cắt lớp đ-ợc dựa trên các dạng tác

động khác nhau, ứng với mỗi dạng tác động sẽ cho một ph-ơng pháp chụp cắt lớp t-ơng ứng Có thể hiểu ph-ơng pháp chụp cắt lớp là cách thức tổng hợp tái tạo lại

ảnh của lớp cắt đối t-ợng từ các thông tin nhận đ-ợc d-ới mỗi dạng tác động

khác nhau, phản ánh cấu trúc vật chất của lớp cắt trên cơ sở lý thuyết Radon

(Ion, , , proton) Chụp cắt lớp Phần tử trọng l-ợng

Bức xạ Hồng ngoại Chụp cắt lớp Bức xạ hồng ngoại

Bức xạ Siêu cao tần Chụp cắt lớp Bức xạ siêu cao tần

Hiện nay các ph-ơng pháp chụp cắt lớp đ-ợc ứng dụng rộng rãi nhất là: chụp cắt lớp X - quang, chụp cắt lớp cộng h-ởng từ hạt nhân và chụp cắt lớp pozitron Ngoài ra, một số ph-ơng pháp chụp cắt lớp nh- sóng ngắn, phần tử trọng l-ợng mới chỉ đang ở giai đoạn thực nghiệm

Máy chụp cắt lớp X - quang thực chất là một công cụ tạo ảnh số cao cấp trong hệ thống kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh Y tế Nó đ-ợc dùng để thu nhận và tạo ra hình ảnh các lớp cắt của bất kỳ bộ phận nào trong cơ thể sống Nguyên tắc hoạt động của nó có thể khái quát nh- sau:

Chùm tia rơnghen hình quạt chiếu xung quanh bệnh nhân và sau khi đi qua cơ thể bệnh nhân nó đ-ợc thu nhận bởi một bộ phận điện tử (phần tử cảm biến - detector) có độ nhạy rất cao, gấp trên 100 lần so với phim X - quang thông

sau đó đ-ợc hệ thống máy tính (computer) chuyên dụng xử lý tính toán theo ch-ơng trình thuật toán để khôi phục lại hình ảnh lớp cắt tuỳ theo các cách cắt khác nhau

Đối với mắt th-ờng chỉ có thể phân biệt khoảng 20 mức độ trắng đen, nh-ng với máy CT - Scanner, ta có thể phân biệt đ-ợc tới 2000 mức độ Vì vậy phải chọn mức chuẩn tỷ trọng trung bình (tức là chọn hiển thị cấu trúc lớp cắt theo giá trị của hệ số hấp thụ tuyến tính  cần thiết) và độ rộng cửa sổ phát xạ thích hợp Nếu mở rộng cửa sổ tối đa thì x-ơng hiển thị sẽ có màu trắng và không khí sẽ có màu đen

Trong kỹ thuật chụp cắt lớp X- quang, để tăng độ t-ơng phản giữa vùng bệnh và vùng bình th-ờng, ng-ời ta dùng chất cản quang bằng đ-ờng uống hoặc tiêm tĩnh mạch, thực chất là làm tăng sự đối quang Chẳng hạn đối với não, các u não th-ờng ngấm nhiều chất cản quang, các áp xe chỉ ngấm chất cản quang ở vỏ còn khối máu tụ không ngấm thuốc cản quang, do đó có mức xám khác nhau Chính vì vậy, khi thực hiện chụp sọ não với máy CT - Scanner sẽ phân biệt

đ-ợc rất rõ các bộ phận khác nhau nh- chất trắng, chất xám, các buồng não thất, các khối u, các ổ áp xe mà phim X - quang th-ờng không cho phép phân biệt

đ-ợc

Một trong những đặc điểm khác biệt giữa CT - Scanner và X - quang thông th-ờng là ở chỗ: Đối với X - quang thông th-ờng h-ớng quan sát phim trùng với h-ớng chiếu, còn với CT - Scanner thì h-ớng quan sát vuông góc với h-ớng chiếu

So sánh giữa X - quang thông th-ờng và CT - Scanner, có thể rút ra những kết luận và -u điểm nổi bật của kỹ thuật chụp cắt lớp so với X - quang thông th-ờng nh- sau:

* Hình ảnh rõ nét do không có hiện t-ợng nhiều hình chồng lên nhau,

đồng thời cho phép hiện hình của bất kỳ bộ phận nào trong cơ thể đến tận các nhu mô với độ phân giải cao hơn

* CT - Scanner có thể tính toán đ-ợc hệ số suy giảm của từng phần tử trên

ảnh một cách chính xác nên có thể đánh giá đ-ợc sự thay đổi cả về l-ợng và chất của đối t-ợng xét nghiệm

* Đặc biệt là nhờ việc ứng dụng kỹ thuật số nên có thể xử lý tái tạo ảnh theo nhiều kiểu một cách nhanh chóng chẳng hạn ảnh 2 chiều, 3 chiều, phóng

đại, đo khoảng cách tiết diện, thể tích, tính toán chỉ số Hu (đơn vị đặc tr-ng cho

độ suy giảm tuyến tính)

* Nhờ hệ thống máy tính không những việc xử lý tái tạo ảnh đ-ợc thực

số l-ợng lớn Hơn nữa có thể nối mạng, truyền ảnh đi xa trên mạng thông tin vô tuyến hay hữu tuyến giúp cho việc chẩn đoán diễn ra nhanh chóng mà không cần phải có bác sĩ tại phòng chụp

Trong những năm gần đây, thiết bị chụp cắt lớp X - quang tiếp tục đ-ợc cải tiến nhằm nâng cao: chất l-ợng ảnh, độ t-ơng phản hình ảnh, độ phân giải và giảm liều l-ợng tia X lên cơ thể bệnh nhân

b Nguyên lý chụp cắt lớp

* Bản chất vật lý tia Rơnghen

Sơ đồ nguồn phát xạ tia Rơnghen đ-ợc chỉ ra trên hình 2-2:

Cơ chế phát xạ Rơnghen đ-ợc giải thích nh- sau:

Khi katôt đ-ợc nung nóng đủ mức nó phát ra các nhiệt điện tử D-ới tác

động của điện tr-ờng mạnh giữa anốt và catốt (do hiệu điện thế cao gây ra), các nhiệt điện tử này chuyển động về phía anốt với vận tốc và gia tốc rất lớn tới đập vào anốt và dừng lại đột ngột Từ anốt phát ra chùm tia rơnghen theo mọi h-ớng

Để định h-ớng chùm tia, ng-ời ta sử dụng nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau (anốt đặt nghiêng, bóng bọc chì kín có cửa sổ xác định)

Tia X - quang có bản chất là sóng điện từ Mỗi tia X - quang đ-ợc tạo ra khi có một electron trong chùm electron bay tới Anốt và t-ơng tác với nguyên tử của nó Sự t-ơng tác này làm cho electron ở quỹ đạo năng l-ợng thấp K của nguyên tử chuyển lên quỹ đạo có mức năng l-ợng cao hơn L, M…, sau đó nó quay lại quỹ đạo cũ và phát ra phôtôn năng l-ợng X - quang, gọi là bức xạ đặc tr-ng (Characteristic Radiation) có năng l-ợng xác định theo công thức

h h c E L,M E K ( 2 1 )





Các mức năng l-ợng K, K đ-ợc minh hoạ trên hình 2-3 t-ợng tr-ng cho

sự chuyển đổi năng l-ợng giữa các quỹ đạo khác nhau trong nguyên tử

Catốt

Anốt Tia X

Hình 2-2 Sơ đồ nguồn bức xạ Rơnghen

Bức xạ đặc tr-ng đ-ợc ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc nguyên tử của vật chất và không đ-ợc dùng trong các ứng dụng X - quang y học

Một kiểu t-ơng tác thứ hai là sự chiếu xạ liên tục của các electron tới anốt tạo thành phổ phát xạ X - quang, gọi là bức xạ hãm (Bremsstrahlung Radiation) Bức xạ này hình thành do sự thay đổi đột ngột tốc độ của chùm electron khi gặp

bề mặt anốt, làm giảm tức thời động năng electron và một phần của l-ợng giảm này chuyển thành năng l-ợng tia X - quang

Bức xạ hãm chứa hầu hết năng l-ợng tia X - quang, vì vậy nó rất quan trọng trong các ứng dụng y học dựa trên cơ sở sự hấp thụ năng l-ợng hay đúng hơn là trong phép đo l-ờng liên quan tới b-ớc sóng, nh- là trong các nghiên cứu tinh thể học sử dụng tia X - quang

Mối liên hệ giữa điện thế anốt và năng l-ợng phôtôn bức xạ đ-ợc chỉ ra trên hình 2-3 Khi tăng điện áp anốt ở điều kiện dòng tia không đổi sẽ làm tăng năng l-ợng các electron trong chùm Thực tế, năng l-ợng của electron khi đập vào anốt đ-ợc cho bởi biểu thức:

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

5 10

Năng l-ợng Phô tôn (keV)

C-ờng độ t-ơng ứng

100 50

Ee đ-ợc tính theo đơn vị eV 1eV là năng l-ợng thu đ-ợc từ một electron

đ-ợc tăng tốc bởi điện áp 1V

Mặt khác, khi electron t-ơng tác với nguyên tử của anốt sẽ tạo ra phôtôn X

- quang có năng l-ợng phù hợp với cơ học l-ợng 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: không thể có phôtôn X - quang có năng l-ợng lớn hơn năng l-ợng của electron sinh ra nó trong t-ơng tác Nh- vậy năng l-ợng phôtôn hãm không thể v-ợt quá giá trị năng l-ợng của electron khi đập vào anốt

ex VA và đ-ợc giới hạn bởi điện áp anốt

* Quá trình t-ơng tác giữa tia Rơnghen và vật chất

- Sự hấp thụ tia Rơnghen của vật chất

ảnh X - quang trong y học đ-ợc tạo thành bằng việc tác động chùm tia Rơnghen tới cơ thể bệnh nhân và đo l-ợng tia xuyên qua L-ợng tia X - quang bị hấp thụ bởi cơ thể đ-ợc xác định từ độ chênh lệch giữa năng l-ợng bức xạ chiếu tới và năng l-ợng xuyên qua Sự hấp thụ tia Rơnghen là cơ sở kỹ thuật để khảo sát

đánh giá các bộ phận khác nhau của cơ thể d-ới tác dụng của tia X Ví dụ, các phần tử x-ơng hấp thụ nhiều tia 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 đ-ợc chỉ ra trên đây, ta có thể xây dựng biểu thức định l-ợng biểu diễn mối quan hệ giữa c-ờng độ I(s) và độ suy giảm tuyến tính (s)

Trong quá trình t-ơng tác với vật chất, c-ờng độ chùm tia rơnghen trên một đơn vị diện tích bề mặt vuông góc với ph-ơng truyền sẽ giảm đi Trong những điều kiện nhất định có thể coi sự suy giảm này tỷ lệ thuận với quãng đ-ờng

S

s s+ds

J(s+ds) J(s)

đi Để dẫn ra công thức cơ bản về sự thay đổi của c-ờng độ J, ta xét một chùm tia chiếu đến với c-ờng độ không đổi Io trên mặt phân giới A - A’ (hình 2-4)

Với những giả thiết ban đầu nh- trên hình vẽ, ta có:

) 4 2 ( )

( ) ( )

) ( 

) ( exp(

)

0

s s

J s

Biểu thức (2.6) gọi là định luật hấp thụ tổng quát Lambert - Beer Trong

đó, Jo là c-ờng độ tia tới, còn J(s) là c-ờng độ tia qua độ dày s có thứ nguyên W/m2 Từ đây có thể rút ra một số nhận xét:

Khi s càng lớn (lớp vật chất càng dày) thì c-ờng độ chùm tia ló càng nhỏ, tức là tia Rơnghen bị hấp thụ càng nhiều

Khi  càng lớn thì năng l-ợng chùm tia Rơnghen cũng bị hấp thụ càng nhiều Trên hình 2-5 mô tả mối quan hệ của giá trị hệ số hấp thụ tuyến tính giữa x-ơng và cơ theo các mức năng l-ợng Các giá trị của mật độ, đặc tr-ng cho các phần tử sinh học, đ-ợc cho trong bảng 2-2 Rõ ràng là để nghiên cứu x-ơng, bác

sĩ có thể sử dụng điện áp anốt thấp, khoảng 60 kV, nh- vậy sẽ dễ dàng phân biệt

nó với cơ Mặt khác, nếu bác sĩ muốn làm mờ x-ơng để phân biệt các mô cơ trong mỡ, ng-ời ta có thể sử dụng một điện thế anốt cao cỡ 200kV Trên bảng 2-2 cho thấy giá trị mật độ của các mô mềm không khác nhau nhiều Hơn nữa, các giá trị  cũng gần bằng nhau, nên rất khó nhận đ-ợc giá trị độ t-ơng phản lớn giữa các mô mềm khi sử dụng tia X Ngoài ra, c-ờng độ tia X phát ra từ n-ớc lớn hơn nhiều so với phát ra từ x-ơng, điều này có nghĩa là x-ơng hấp thụ năng l-ợng

X - quang nhiều hơn n-ớc Các c-ờng độ tia X - quang càng khác nhau khi chiếu lên phim sẽ cho hình ảnh có độ t-ơng phản càng tốt

Khi tia X đi xuyên qua lớp vật chất, phôtôn năng l-ợng lớn sẽ truyền năng l-ợng của nó cho lớp vật chất đó và sản phẩm tạo ra là các hạt vi mô tích điện (electron, pozitron…) có năng l-ợng lớn Các hạt vi mô này sẽ ion hoá vật chất Vì vậy, ng-ời ta nói tia X đã gián tiếp ion hoá vật chất

Quá trình t-ơng tác của tia X với vật chất diễn ra thông qua 3 hiệu ứng cơ bản sau:

+ Hiệu ứng quang điện:

Đây là hiện t-ợng các điện tử bị bứt ra khỏi một lớp điện tử nào đó của nguyên tử do nhận đ-ợc năng l-ợng của chùm tia X chiếu tới Đồng thời với quá trình này, các electron ở các lớp ngoài sẽ chuyển vào chiếm chỗ và phát ra các phôtôn thứ cấp có năng l-ợng đ-ợc xác định theo công thức:

) 7 2 (

) 8 2 ( 02

.

E E

hv d  d 

+ Hiệu ứng tán xạ kết hợp và không kết hợp:

Các phôtôn có năng l-ợng trong khoảng 0,1 đến 2 MeV, khi đi qua vật chất sẽ t-ơng tác với điện tử tự do có trong đó Sự tán xạ không kết hợp xuất hiện khi năng l-ợng phôtôn tới còn thấp t-ơng tác với các điện tử tự do hoặc các điện

tử liên kết yếu Kết quả là điện tử sẽ chuyển động dao động với tần số của tr-ờng

đặt vào và phát ra sóng điện từ với cùng tần số Còn khi năng l-ợng của phôtôn tới lớn thì xuất hiện tán xạ không kết hợp hay hiệu ứng Compton, trong đó phôtôn nh-ờng năng l-ợng của mình cho điện tử (điện tử giật), sau đó truyền qua vật chất với năng l-ợng nhỏ hơn Có thể mô tả quá trình trên theo biểu thức:

) 9 2 (

,

d E hv

* ảnh h-ởng của tia Rơnghen đối với cơ thể sống

Để đánh giá tác dụng của chùm bức xạ ion hoá lên cơ thể sống, ng-ời ta dùng đại l-ợng liều l-ợng bức xạ Cơ sở để định nghĩa liều l-ợng bức xạ là kết quả của sự t-ơng tác giữa bức xạ với vật chất thông qua các hiệu ứng đã trình bày

ở trên Trong thực tế, ng-ời ta th-ờng dùng khái niệm liều l-ợng hấp thụ và liều