giới thiệu chung về chụp x quang

5 + Anốt -Vỏ ngoài tráng chì Vỏ trong Khoang dãn nở Cách điện catốt Cách điện anốt Cửa sổ Chùm tia X phát xạ Dầu cách điện và làm mát Catốt Tới nguồn sợi đốt Catốt Anốt Tiêu đi

Phần I: Giới thiệu chung về thiết bị

X-quang.

Thiết bị X quang là thiết bị tạo ảnh về cấu trúc bên trong của đối tợng nghiên cứu trên cơ sở ứng dụng tính chất

lý hoá của tia Rơnghen

Thiết bị X quang đợc ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực: thăm dò địa chất, kiểm tra chất lợng sản phẩm, trong ngành hải quan Trong y tế, nó là một công cụ chủ yếu để chẩn đoán và điều trị bệnh Thiết bị X quang là loại thiết bị khá đắt tiền so với thiết bị khác trong bệnh viện Ngoài ra các thiết bị phục vụ nó cũng khá tốn kém nh: phòng đặt máy, buồng tối, bìa tăng quang do đó đòi hỏi

kỹ thuật viên, bác sĩ sử dụng và vận hành phải đợc trang bị những kiến thức cơ bản, để có khả năng làm chủ thiết bị

Đối với kỹ thuật viên, kỹ s làm công tác bảo dỡng sửa chữa lại càng phải có hiểu biết cao hơn về phân tích mạch, đo

đạc, vận hành thành thạo

Tia X hay tia Rơnghen do nhà vật lý học ngời Đức Willem Conrad Roentgen phát hiện vào năm 1895 Nguồn phát xạ tia

X là ống tia Rơnghen hay gọi tắt là bóng X quang

Tia X là một dạng bức xạ ion hoá sinh ra do sự chuyển

đổi năng lợng:

1

Hình 1 Nguồn bức xạ tia Rơnghen (tia X)

Tia X

Catốt

Anốt e

Ban đầu là từ điện năng, nhờ một điện trờng rất mạnh

tạo ra do một điện áp cao thế (cỡ từ 50 - 150kV) đặt vào anốt và catốt bóng X quang Nguồn điện năng này truyền cho chùm tia điện tử bức xạ từ catốt khiến cho chùm tia điện

tử có động năng rất lớn, từ vài chục đến hàng trăm keV và

chuyển động với vận tốc rất cao Khi va vào vật cản (anốt) chùm tia điện tử sẽ đột ngột giảm tốc độ Tại thời điểm này, nguồn động năng của chùm tia điện tử sẽ chuyển đổi thành:

- Nhiệt năng nung nóng anốt, chiếm tới 99% động năng.

- Năng lợng tia X, chiếm khoảng 1% động năng

Tính chất vật lý cơ bản của tia X

- Tia X nằm ngoài dải sóng ánh sáng nhìn thấy nên không quan sát đợc bằng mắt thờng

- Nhờ có năng lợng rất cao và bớc sóng rất ngắn, tia X có thể đâm xuyên qua hầu hết mọi vật chất

- Khi xuyên qua vật chất, tia X bị hấp thụ Độ suy giảm, nói cách khác là độ hấp thụ tia X phụ thuộc vào loại vật chất;

ví dụ chì có độ hấp thụ rất cao so với nhôm; trong cơ thể, xơng có độ hấp thụ cao hơn cơ và các mô mềm khác

- Tia X có tác dụng làm đen giấy ảnh Nhờ tính chất hấp thụ và làm đen giấy ảnh, tia X đợc dùng để tạo ảnh đối tợng thăm khám trên màn hình (màn huỳnh quang hoặc phim X quang)

- Ngoài ra, tia X có hại; nó phá hủy tế bào và có thể gây

ra một số bệnh nếu liều lợng chiếu xạ tia vợt quá mức độ cho phép

Ngày nay tia X đựơc ứng dụng trong y tế thông qua 2 phơng pháp chính là chop X_quang và chiếu X_quang

Chụp X-quang:

Hình ảnh đợc ghi lại trên phim dùng cho việc chẩn đoán Phơng pháp này có những u điểm sau:

- Có thể đạt đợc độ phân giải cao nhờ áp dụng những tham số kỹ thuật thích hợp nh trị số điện áp kV, dòng điện mA

- Có thể thay đổi độ đối quang trong phạm vi rộng bằng cách sử dụng cờng độ chiếu xạ thích hợp

- Không bị gò bó bởi thời gian

- Giảm liều tia đối với ngời bệnh do thời gian chụp rất ngắn

- Giảm liều tia đối với ngời vận hành do có thể đứng ngoài khu vực ảnh hởng của tia

- Cuối cùng, có thể lu trữ ảnh lâu dài, tiện lợi cho việc theo dõi, đánh giá sự tiến triển của căn bệnh

Chiếu X-quang :

ảnh X quang đợc ghi nhận và đánh giá bởi ngời vận hành Những u điểm của phơng pháp này nh sau:

- Việc chẩn đoán nhanh chóng tức thời

- Có thể định vị ngời bệnh ở t thế thích hợp nhất sao cho hớng chiếu và kích thớc chùm tia X tạo đợc ảnh tốt nhất

- Có thể điều chỉnh tức thời công suất phát xạ phù hợp với từng đối tợng thăm khám

- Thích hợp với việc quan sát những tổ chức động nh sự

co bóp của tim và các mao mạch lớn

- Thích hợp với việc quan sát và thực hiện các thủ thuật

nh tháo lồng, bó xơng, lấy dị vật

Mỗi phơng pháp có những u khuyết điểm riêng Trong quá trình thực tập em đã cố gắng tìm hiểu về thiết bị X-quang thông qua máy BV-20, một loại thiết bị cơ bản và dễ tìm hiểu nhất giúp ta có thể làm quen với các thiết bị khác phực tạp hơn

3

Phần II: Thiết bị X-quang BV-20

BV-20 là thiết bị chiếu X-quang di động công suất nhỏ dùng kiểm tra thăm khám các vùng của cơ thể đặc biệt là vùng ngực, bụng phục vụ việc chuẩn đoán bệnh và giúp bác

sĩ đa ra kết luận chính xác về tình hình bệnh tật của bệnh nhân

Thiết bị BV-20 sử dụng nguồn xoay chiều 220V,

50/60Hz Có thể chop ở nhiều t thế khác nhau, cờng độ tia

X có thể thay đổi nhờ việc thay đổi cờng dộ dòng điện cung cấp cho sợi đốt, đồng thời bớc sóng tia X cũng có thể thay đổi nhờ việc điều chỉnh diện áp cao thế cấp cho bang phát tia X hoạt động

Cấu tạo một số thành phần cơ bản và hình dạng bên ngoài của BV-20 nh hình 2

1: nguồn cấp 2: bàn phím,

điều khiển

3: Màn hình huỳnh quang thu ảnh 4: Bóng phát tia X Hình 2: hình dáng ngoài của máy BV-20

Sau đây chúng ta lần lợt tìm hiểu các thành phần cơ bản của thiết bị BV-20

I Bóng phát tia X.

Bóng phát tia X là thành phần quan trọng nhất và không thể thiếu trong tất cả các loại máy chụp, chiếu X-quang Trong máy BV-20 bóng phát tia X có cấu tao tơng đối đơn giản gọn nhe phù hợp với đặc điểm có khả năng di động của máy

5

+ Anốt

-Vỏ ngoài (tráng chì)

Vỏ trong Khoang

dãn nở

Cách

điện catốt

Cách

điện anốt

Cửa sổ

Chùm tia X phát

xạ

Dầu cách

điện

và làm mát

Catốt

Tới nguồn sợi đốt

Catốt Anốt

Tiêu

điểm phát xạ

Hình dạng catốt nhìn từ

anốt

Vỏ trong

Chùm electron

Hình 4 Cấu trúc bóng X quang

Catốt bao gồm sợi đốt và giá đỡ bằng kim loại để đỡ sợi

đốt đồng thời còn tạo khe hội tụ Sợi đốt đợc chế tạo bởi

dây vonfram có nhiệt độ nóng chảy rất cao (3.3600C) Sợi

đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng Để hội tụ chùm tia điện tử ngời ta đặt sợi đốt trong một khe của giá đỡ và chùm tia điện tử bức xạ từ sợi đốt qua khe này

- Anốt: Có nhiệm vụ hứng chùm tia điện tử bắn vào, rồi

phát xạ chùm tia X Chùm tia này tập trung với mật dộ cao để tạo đợc hình ảnh rõ Anốt gồm một miếng vonfram dày khoảng 2mm, hình tròn có diện tích lớn hơn diện tích

điểm hội tụ một chút Miếng vonfram này đợc gắn vào một giá đỡ bằng đồng dầy giúp cho việc tản nhiệt đợc nhanh

Bề mặt của anốt nằm chéo so với trục dọc của bóng nên chùm tia X sẽ vuông góc với trục bóng.

- Vỏ thuỷ tinh (vỏ bên trong): có dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đỡ catốt và anốt Vỏ này đợc chế tạo từ loại thuỷ tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách điện cao, có hệ số dãn nở đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu đợc áp lực chân không lớn

- Vỏ bên ngoài: bao quanh bóng X quang, có ba nhiệm vụ:

+ Chỉ cho tia X bức xạ qua cửa sổ

+ Hấp thụ tia X theo các hớng có hại cho ngời bệnh và môi trờng xung quanh

+ Chống điện giật

Vỏ ngoài đợc chế tạo từ nhôm, hợp kim nhôm hoặc thép,

bề mặt trong của vỏ đợc tráng một lớp chì đủ dầy để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra xung quanh (trừ cửa sổ) tới mức cho phép không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và cho môi trờng xung quanh Để đảm bảo độ cách điện, ngời

ta đổ đầy dầu cao thế vào khoảng giữa hai lớp vỏ Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn có tác dụng tản nhiệt và làm mát bóng Khi bóng hoạt động, nó sẽ nóng lên khiến cho dầu

dãn nở nên mỗi phía đầu vỏ phải có một khoang dãn nở chế

tạo bởi màng cao su hình lồng xếp

Lọc tia mềm

Khi phát xạ từ điểm hội tụ trên anốt, chùm tia X bao gồm nhiều bớc sóng khác nhau Trong số này, những bớc sóng dài nhất sẽ bị hấp thụ bởi da và các mô mềm ở phần nông của cơ thể nên chúng chỉ làm tăng liều lợng tia X trong cơ thể

mà không cải thiện đợc chất lợng hình ảnh vì chúng không xâm nhập tới phim Do vậy, cần phải lọc bỏ những bớc sóng

có hại này đi trớc khi chùm tia X tới bệnh nhân Thực chất,

chùm tia X sau khi đi qua vỏ thuỷ tinh, lớp dầu bao quanh vỏ

và cửa sổ đợc chế tạo bằng chất dẻo, các bớc sóng dài đã bị lọc bớt Việc lọc này đợc gọi là lọc nội bộ (tơng đơng với độ dày 1mm nhôm) Ngoài ra trong thiết bị BV-20 ngời ta còn

7

bổ sung thêm một lớp nhôm nữa tại cửa sổ bóng sao cho bề dày lớp lọc tổng cộng tơng đơng với lá nhôm có bề dầy khoảng 1 - 2mm

II Màn hình huỳnh quang thu ảnh.

Màn huỳnh quang là thiết bị hiện hình trong chiếu X -quang Màn đợc gắn vào kính chì để bảo vệ ngời chiếu

và gắn trớc bóng X quang Với thiết bị BV_20 màn hình huỳnh quang đợc liên kết với bóng và di chuyển sao cho bóng và màn hình luôn thẳng hàng với ngời bệnh

Màn huỳnh quang đợc chế tạo bằng chất cađimi tungstat Chất này phát ra ánh sáng màu xanh dới tác dụng của tia X Quang phổ của các tia sáng có bớc sóng từ 6000 -4000Å Chất cađimi tungstat ít nhạy cảm với cọ xát, sức nóng và kể cả tia X vì vậy việc bảo vệ màn huỳnh quang tránh bị hỏng do các tác nhân trên rất đơn giản

Nhờ có màn huỳnh quang ảnh của các bộ phận bên trong cơ thể có thể nhìn thấy rõ ràng trực tiếp bằng mắt Tuy

Hình 5 Cấu tạo màn huỳnh quang

1: vỏ; 2: màn hứng tia; 3: catốt; 4: màn hiện

hình;

5: điện cực hội tụ; 6, 7: anốt.

nhiên do một lợng tia X nhất định vẫn có thể lọt qua màn huỳnh quang nên có thể gây hại cho ngời bác sĩ, vì vậy việc áp dụng các biện pháp an toàn bức xạ trong khi chiếu X-quang là vô cùng quan trọng

Sau màn huỳnh quang trên thiết bị BV-20 ngời ta gắn một hệ thấu kính quang học để quan sát ảnh Cụm thấu kính này bao gồm một hệ kepler đảo ảnh (2 thấu kính

d-ơng ghép vô tiêu), và một hệ vô tiêu galilê nhằm tăng hệ số khếch đại cho toàn hệ

Hình 6 hệ thấu kính quan sát ảnh X-quang

III.Các mạch cấp nguồn và điều khiển trong thiết bị BV-20

9

Điều khiển

điện

áp

Nguồ

n AC

220V

A V

Kiểm soát

và an toàn

Bóng X quang

Khối cao thế

Điều khiển thời gian

điều khiển dòng

điện

Hình 7 Sơ đồ mạch cấp nguồn và điều khiển thiết bị

BV-20

BV-20 là thiết bị cũ nên các mạch điều khiển và kiểm soát tơng đối đơn giản Các thành phần trên sẽ đợc lần lợt nghiên cứu dới đây

1) khối cao thế:

Bóng X quang chỉ phát xạ tia X khi chùm tia điện tử bức xạ từ catốt của nó phải có động năng đủ lớn Muốn vậy ta nối hai cực anốt và catốt của bóng với một nguồn điện áp cao thế có trị số khoảng từ 20kV đến 100kV Điện áp này

đợc tạo nhờ khối cao thế nó bao gồm biến áp cao thế và chỉnh lu cao thế

Biến áp cao thế

 Chức năng

Biến áp cao thế có nhiệm vụ tăng điện áp nguồn từ 220V lên tới hàng chục kV (từ 55kV - 75kV), nên đây là loại biến thế tăng áp

 Cấu tạo

Gồm có hai cuộn dây chúng đợc cuộn quanh lõi sắt silic Bao quanh cuộn sơ cấp (nối với nguồn 220V- AC) thờng

có một lớp vỏ bọc kim bằng đồng mỏng không khép kín Lớp

vỏ này dùng với mục đích an toàn phòng khi các lớp cách

điện bị hỏng, điện thế cao sẽ phóng qua lớp đồng này xuống đất

Cuộn thứ cấp đợc cuốn làm hai nửa Điểm giữa của chúng đợc nối đất Cách bố trí này làm giảm nhu cầu về cách điện đi một nửa, do vậy làm giảm đợc chi phí biến thế và cáp cao thế Thực vậy, giả sử hiệu điện thế giữa hai phía cuộn dây thứ cấp là 100kV thì giữa một phía với đất chỉ còn 50kV, do vậy chỉ phải đảm bảo độ cách điện giữa hai đầu biến thế so với đất là 50kV mà thôi

Các cuộn dây sơ và thứ đợc cách điện rất tốt với nhau.

Tỷ số vòng giữa chúng bằng tỷ số điện áp:

N1, N2, U1, U2: số vòng và điện áp các cuộn sơ cấp và thứ cấp tơng ứng

Chú ý rằng khi nói về trị số điện áp cuộn sơ cấp (điện

áp nguồn), ví dụ: 110V, 220V hoặc 380V là nói về trị số hiệu dụng Uhd Trong khi đó, trị số điện áp cao thế phía thứ cấp thờng đề cập tới, là giá trị đỉnh (Umax)

 Vấn đề cách điện trong khối cao thế

Để đảm bảo cách điện giữa các linh kiện trong khối cao thế, giữa cuộn dây sơ và thứ cấp, giữa biến thế với chỉnh

lu cao thế và giữa chúng với đất, ngời ta giảI quyết nh sau:

- Vì khối cao thế có công suất lớn, toả nhiều nhiệt, ngời

ta nhúng toàn bộ cấu kiện của khối cao thế vào trong thùng chứa dầu cao thế Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn làm mát những cấu kiện này Khi nạp dầu phải hút hết khí trong thùng, dầu có thể thâm nhập vào toàn bộ các khe hở trong các linh kiện và cấu kiện sao cho không còn bọt khí Sau

đó phải đóng kín thùng cao thế lại

Chỉnh lu cao thế

Bóng X quang chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anốt

đến catốt Vì vậy cần phải chỉnh lu điện áp cao thế xoay chiều thành một chiều để làm nguồn cấp cho bóng hoạt

động Thiết bị BV-20 chỉnh lu nửa chu kỳ(nửa sóng) trớc khi cung cấp điện thế cho bóng phát

Đây là loại chỉnh lu đơn giản nhất Sơ đồ mạch điện và các dạng sóng đặc trng cho điện áp chỉnh lu, dòng điện và năng lợng tia X đợc minh hoạ trên hình 6 Thiết bị BV-20 là loại tự chỉnh lu - bóng X quang kiêm luôn chức năng chỉnh dòng Nó

11

chỉ làm việc trong nửa chu kỳ khi điện thế anốt là dơng so với catốt, còn trong nửa chu kỳ còn lại, bóng không dẫn dòng.

2 Mạch điều khiển điện áp cấp cho bóng phát.

Điện áp cao thế DC cấp cho bóng X quang sẽ quyết định công suất phát xạ tia X Trị số của nó trong máy X quang

BV-20 thay đổi trong phạm vi từ 55kV tới khoảng 75kV Việc

thay đổi điện áp cần đợc thực hiện theo từng bớc nhỏ, mỗi bớc khoảng 1 - 2kV Điện áp cao thế kV dẫn ra từ phía thứ cấp biến áp cao thế Để ngăn ngừa sự phóng điện của điện thế cao thế trong không khí, biến áp cao thế phải đợc cách

ly và đặt trong thùng dầu hoặc trong vỏ bọc kín (thùng cao thế) vì vậy để điều khiển trị số kV ngời ta phải thay đổi

từ bên ngoài theo phơng pháp thay đổi trị số điện áp sơ cấp biến thế cao thế

Trong máy X quang BV-20 có một biến thế - gọi là biến

thế nguồn, điện áp đầu ra của nó - tức là đầu vào của biến thế cao thế có thể thay đổi theo yêu cầu đặt ra bằng cách thay đổi tỷ số vòng dây giữa cuộn vào và ra Biến thế cấp nguồn là loại biến thế tự ngẫu Nó chỉ gồm có một cuộn dây với rất nhiều đầu ra đầu ra, điện áp

đầu vào và đầu ra nối với biến thế tại các điểm khác nhau Việc thay đổi điện áp đợc thực hiện nhờ hai chuyển mạch Trong đó một chuyển mạch để điều chỉnh thô (kV1), mỗi

U

I D

Hình 8 Mạch chỉnh l u 1 pha nửa chu kỳ

nấc tơng ứng với trị số điện áp khoảng 10kV và một để

điều chỉnh tinh (kV2), mỗi nấc tơng ứng với trị số khoảng 1

- 1,5kV Kết hợp hai chuyển mạch sẽ thực hiện đợc khoảng trên dới 30 nấc điều chỉnh bao trùm dải kV cần thiết

Trị số điện áp đợc đặt trớc khi chiếu X_quang, nó đợc chỉ thị bởi đồng hồ kV Đồng hồ đo kV thuộc loại chỉ kim Trị số kV hiển thị trên đồng hồ là trị số thực, nghĩa là trị

số kV đặt vào bóng X quang khi phát tia

Mạch đo điện áp không thể ở phía cao thế vì trớc khi phát tia điện áp cao thế còn đang bằng 0V mà phải đặt tại phía thứ cấp biến thế cấp nguồn (sơ cấp biến thế cao thế) Căn cứ vào tỷ số giữa số vòng cuộn sơ và thứ cấp biến thế cao thế và các tham số khác nh nội trở biến thế, bóng X

quang các nhà chế tạo tính ra trị số điện áp tơng ứng với các giá trị kV để khắc độ trên đồng hồ

13

A

Tới bóng phát

X quan g

Nguồn

vào 220V

kV 1

kV 2

Chỉnh thô

Chỉnh tinh

K

Đồng

hồ đo mA

Hình 7 Cấu trúc mạch điều chỉnh điện áp

Nguồn chính

V

Chuyển mạch chọn

Chuyển mạch mA

Chỉ thị kV

Hình 8 Mạch chỉ thị điện áp

Trên hình 8 là sơ đồ nguyên lý mạch điện chỉ thị

điện áp Đồng hồ đo điện áp là loại xoay chiều, nó đợc nối giữa hai cụm chuyển mạch trong đó một để chọn mức

điện áp và một để chọn dòng điện (phía dới) Hai cuộn

dây đợc cuốn ngợc chiều nhau trên cùng lõi biến thế cấp

nguồn

3 Mạch điều khiển dòng bóng X quang

Tham số thứ hai cần thiết phải đặt trớc là trị số dòng

điện của bóng X quang mà ta thờng gọi vắn tắt là trị số

mA Trị số mA tuỳ thuộc vào số lợng điện tử bức xạ từ bề mặt catốt có nghĩa là nó đợc xác định bởi nhiệt độ catốt Một sự thay đổi nhỏ nhiệt độ catốt sẽ gây ra sự thay đổi lớn số lợng điện tử bức xạ và vì vậy tạo ra sự biến đổi lớn

mA đặc biệt với trị số mA cao Nhiệt độ catốt lại phụ thuộc vào công suất điện tiêu hao trên sợi đốt của nó nghĩa là do

điện áp sợi đốt quyết định Điện áp sợi đốt của bóng X quang thờng trong khoảng từ 8 đến 12V do một biến thế hạ

áp cung cấp Biến thế này đợc bố trí trong thùng cao thế

để cách ly nhằm chống phóng điện vì vậy chỉ có thể

thay đổi điện áp sợi đốt bằng cách thay đổi điện áp sơ

cấp của biến thế này Nguồn điện áp sợi đốt phải đạt đợc chỉ tiêu cơ bản là ổn định khi có sự thay đổi về trị số (biên độ) và tần số nguồn điện lới, vì vậy nó cần có các thành phấn sau:

Biến thế sợi đốt

Đây là biến thế hạ áp, cung cấp cho sợi đốt bóng X quang một điện áp khoảng 8 - 12V với dòng điện khoảng 4

- 8A Cuộn thứ cấp của nó đợc nối với sợi đốt nghĩa là liền

kề catốt nên rất gần với điện áp cao thế, do vậy phải cách

điện thật tốt giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Việc này

đợc thực hiện bằng cách bao quanh cuộn sơ cấp một bao