Nghiên ứu hế tạo máy đo đa hứ năng dùng kiểm định á máy x quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : VẬT LÝ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG LÊ VĂN MIỄN HÀ NỘI - 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131678531000000 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT TIA X DÙNG TRONG Y TẾ 11 1.1 Cơ sỏ lý thuyết 11 1.1.1 Tia X 11 1.1.2 Tính chất vật lý tia X 11 1.2 Sự phát xạ tia X 12 1.2.1 Cơ chế phát xạ tia X 12 1.2.2 Cơ chế phát xạ hãm 13 1.2.3 Cơ chế phát tia X đặc trưng 15 1.3 Máy phát tia X 17 1.3.1 Nguồn phát tia X 17 1.3.2 Ống phóng tia X 17 1.3.2.1 Catốt 19 1.3.2.2 Nguyên lý hội tụ dòng 20 1.3.2.3 Anot 20 1.3.2.4 Hiệu ứng lệch 22 1.3.3 Nguồn điện cung cấp 24 1.3.3.1 Biến điện áp cao áp 25 1.3.3.2 Biến tự ngẫu 25 1.3.3.3 Biến cao áp đơn pha 26 1.3.3.4 Biến cao áp ba pha 29 1.3.4 Bộ điều khiển dòng phát 30 1.3.5 Bộ điều khiển thời gian phát xạ 31 1.3.6 Bộ phận làm nóng làm nguội ống tia X 32 1.3.7 Điểm hội tụ 33 1.3.8 Bộ lọc chùm tia X 34 1.3.8.1 Lọc sẵn có 35 1.3.8.2 Lọc bổ sung 36 CHƯƠNG : SỬ DỤNG PHOTODIODE GHI NHẬN BỨC XẠ TIA X 37 2.1 Nguyên lý hoạt động photodiode 37 2.1.1 Cấu tạo 37 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 37 2.1.3 Chế độ hoạt động 40 2.1.3.1 Chế độ quang dẫn: 40 2.1.3.2 Chế độ quang thế: 42 2.2 Photodiode BPW34 45 2.3 Kết khảo sát 46 2.3.1 Kết khảo sát phịng thí nghiệm Điện tử Hạt nhân Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân 48 2.3.1.1 Bố trí hệ đo phịng thí nghiệm 48 2.3.1.2 Khảo sát dòng phát 49 2.3.1.3 Khảo sát cao áp (HV) 60 2.3.2 Kết đo Khoa X quang bệnh viện U Bướu Trung Ương 67 2.3.2.1 Bố trí hệ đo 67 2.3.2.2 Khảo sát cao áp (HV) 67 2.3.2.3 Khảo sát dòng phát 71 4.2.4 Khảo sát thời gian 74 CHƯƠNG : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG 78 3.1 Nguyên lý đo máy đo đa chức 78 3.1.1 Đo cao áp 79 3.1.2 Đo dòng phát (mA) 79 3.3.4 Đo thời gian 80 3.2 Sơ đồ khối máy đo đa chức 80 3.1.1 Phiến lọc 81 3.1.2 Đầu dò (photodiode) 81 3.1.3 Mạch tiền khuếch đại (TKĐ) 82 3.1.4 Bộ lấy mẫu giữ mức 83 3.1.5 Mạch tạo xung đo thời gian 84 3.1.6 Phần xử lý hiển thị kết 85 KẾT LUẬN 86 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Phổ xạ hãm 12 Hình 1.2: Phổ xạ đặc trưng 13 Hình 1.3 Quá trình làm chậm electron 14 Hình 1.4 Quá trình hình thành lỗ tạo tia X 16 Hình 1.5: Ống phóng tia X 18 Hình 1.6: Anốt xoay 22 Hình 1.7: Hiệu ứng lệch 23 Hình 1.8: Nguồn điện cung cấp 24 Hình 1.9: Biến cao áp tự động 26 Hình 1.10: Chỉnh lưu sóng 26 Hình 1.11 Dạng sóng chỉnh lưu 27 Hình 1.12 Sự phụ thuộc cường độ tia vào điện áp 28 Hình 1.13 Nguồn cung cấp ba pha dạng xung 12 xung 29 Hình 1.14 Ảnh hưởng lọc lượng cường độ tia X 36 Hình 2.1: Chuyển tiếp P-N hàng rào 37 Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện vùng nghèo lớp chuyển tiếp P-N 39 Hình 2.3 sơ đồ nguyên lý chế độ quang dẫn 40 Hình 2.4 Sơ đồ sở mạch đo dòng ngược chế độ quang dẫn 41 Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo dịng ngược chế độ quang dẫn 42 Hình 2.6 Sơ đồ chế độ quang áp photođiode tuyến tính 44 Hình 2.7 Sơ đồ chế độ quang áp photođiode logarit 44 Hình 2.8: Sơ đồ khối mạch khảo sát tia X thiết kế 47 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát thiết kế 48 Hình 2.10: Sơ đồ bố trí hệ đo phịng thí nghiệm 49 Hình 2.11: Sự phụ thuộc lối U1 dịng phát (HV=30kV d=7cm) 51 Hình 2.12: Sự phụ thuộc lối U2 dòng phát (HV=30kV,d=7cm) 51 Hình 2.13: Sự phụ thuộc dịng phát lối U1(d=3.5cm) 52 Hình 2.14 Sự phụ thuộc dòng lối U2( HV=30kV d=3.5cm) 53 Hình 2.15 Sự phụ thuộc dịng phát lối raU2( HV=25kV,d=3.5cm) 56 Hình 2.16 Sự phụ thuộc dịng lối U1( HV=15kV, d=3.5cm) 58 Hình 2.17: Sự phụ thuộc dòng lối U1( HV=15kVd=3.5cm) 59 Hình 2.18 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100µA, d=7cm) 61 Hình 2.19 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =50µA, d=3.5cm) 62 Hình 2.20 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63 Hình 2.21 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =90µA, d=3.5cm) 66 Hình 2.22 Sơ đồ bố trí hệ đo 67 Hình 2.23 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =200mA, d=65cm) 68 Hình 2.24 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100mA, d=65cm) 69 Hình 2.25 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100mA,d=65cm) 71 Hình 2.26: Sự phụ thuộc dịng vào lơi U1(I =70mA, d=65cm) 72 Hình 2.27 Sự phụ thuộc dịng vào lơi U2(HV=70kV, d=65cm) 73 Hình 2.28 Thời gian t = 400ms 75 Hình 2.29: Đo kiểm tra thời gian máy đo thiết kế máy đo chuẩn Victoreen Model 4000M+ 76 Hình 2.30:Thời gian mạch khảo sát thiết kế máy chuẩn Victoreen Model 4000M+ 77 Hình 3.1 Sơ đồ khối máy đo dùng kiểm định máy phát tia X 80 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại khuếch đại 82 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu giữ mức điện áp 83 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung đo thời gian 84 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số giới hạn photodiode BPW34 46 Bảng 2.2: Các thông số đặc tính điện photodiode BPW34 46 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2(HV=30kV,d=7cm) 50 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc dòng lối raU1&U2 (HV=30kV,d=3.5cm) 53 Bảng 2.5: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 54 Bảng 2.6 : Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 55 Bảng 2.7: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2 (HV=25kV,d=3.5cm)55 Bảng 2.8: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X (HV=25kV,d=3.5cm) 57 Bảng 2.9: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2(HV=15kV,d=3.5cm) 57 Bảng 2.10: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 58 Bảng 2.11: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 60 Bảng 2.12: Sự phụ thuộc cao áp lối U1&U2(I=100µA,d=7cm) 60 Bảng 2.13: Kết đo kiểm tra cao áp (Dịng I=100µA,d=7cm) 61 Bảng 2.14: Sự phụ thuộc cao áp lối U1&U2 (I=50μA,d=3.5cm)62 Bảng 2.15: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=50μA,d=3.5cm) 63 Hình 2.20: Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63 Bảng 2.16: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2 (I=70μA,d=3.5cm) 64 Bảng 2.17: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=70μA,d=3.5cm) 65 Bảng 2.18: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=90μA,d=3.5cm) 65 Bảng 2.19: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=90μA,d=3.5cm) 66 Bảng 2.20: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=200μA,d=65cm) 68 Bảng 2.21: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=100mA d=65cm)69 Bảng 2.22 I=100mA d=65cm phiến lọc 1mm 0.5mm Cu 70 Bảng 2.24: Kết đo kiểm tra cao áp máy phát (HV =70kV, d=65cm) 73 Bảng 2.25 Kết đo kiểm tra cao áp máy phát (HV=70kV, d=65cm) 74 Bảng 2.26: Kết nghi nhận thời gian ocsilloscope 76 MỞ ĐẦU Hiện nước ta có hàng nghìn máy phát tia X, hoạt động nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt y tế công nghiệp Các máy phát tia X đa dạng, bao gồm nhiều chủng loại Việc kiểm tra, bảo dưỡng để đảm bảo chất lượng cho máy phát tia X thiết thực cần thiết, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành, tăng cường độ xác chẩn đốn Thực tế cho thấy, việc chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn đoán bệnh ngành Y tế công nghiệp nước ta chưa bảo đảm yêu cầu chuẩn đoán Đặc thù tác hại, kèm theo thực kỹ thuật chưa nhìn nhận xem xét cách thận trọng Điều dẫn đến hậu tai hại, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe, cho sống, chí gây rủi ro, nguy hiểm cho bệnh nhân phải chiếu chụp để chẩn đốn bệnh Điều có nghĩa việc chiếu, chụp X-quang chẩn đoán bệnh Y tế cơng nghiệp phải kiểm sốt, kiểm tra định kỳ, quản lý nghiêm ngặt Khi thực hành chiếu, chụp phải bảo đảm tuân thủ theo quy định tiêu chuẩn an toàn, đặc trưng thông số kỹ thuật phương pháp Nhằm bảo đảm lợi ích thiết thực người bệnh, môi trường sống tự nhiên người, việc kiểm tra máy phát tia X thường đòi hỏi phép đo định kỳ nửa năm thông số vật lý máy Để việc kiểm tra định kỳ bảo đảm độ tin cậy phù hợp với yêu cầu quy định, thiết bị đo kiểm định phải có chất lượng tốt, độ xác cao Hiện Việt Nam thiết bị kiểm định phải nhập ngoại (phổ biến từ Mỹ), đắt tiền Các hãng cung cấp thiết bị giữ quyền công nghệ, khiến cho kỹ thuật viên sử dụng khó can thiệp cần thiết,