Điều khiển tham số KVp, MA, s, SID trong máy x quang

Điều khiển tham số : KVp, mA, s, SID máy X Quang A Lời giới thiệu Khi tiến hành xét nghiệm chẩn đoán X Quang, ngời vận hành phải kiểm soát đợc liều lợng tia X cho phù hợp với đối tợng bệnh lý để đạt đợc ảnh có chất lợng tốt đảm bảo an toàn cho ngời bệnh Liều lợng tia X đợc định tham số điện :trị số điện áp cao (kVp), trị số dòng cao (mA) khoảng thời gian phát tia (s); tham số :khoảng cách từ nguồn phát tia X đến ảnh (SID) Vì vậy, máy X Quang dù loại truyền thống hay cao tần cần phải có loại mạch điện tử, thiết bị để điều khiển, đo lờng thị tham số Tuy nhiên hai loại máy X Quang truyền thống X Quang cao tần có khác mạch điện điều khiển Với nội dung : Điều khiển tham số : kVp, mA, s, SID máy X Quang Trong báo cáo mình, Em chủ yếu sâu vào phân tích vấn đề loại mạch điện điều khiển tham số máy X Quang truyền thống máy X Quang cao tần, cụ thể: I Điều khiển tham số KVp, mA, s, SID máy X Quang truyền thống Cấu trúc chung máy X Quang truyền thống Mạch điều khiển điện áp cao (KVp) Mạch điều khiển dòng cao (mA) Mạch điều khiển thời gian (s) Điều khiển SID (Source Image Distance) II Điều khiển tham số máy X Quang cao tần Cấu trúc chung máy X Quang cao tần Bộ đổi tần khối cao cao tần Khối nguồn sợi đốt điều khiển dòng cao B Nội dung I.Điều khiển tham số KVp, mA, s, SID máy X Quang truyền thống Biến áp chỉnh lưu cao X ray tube Biến tự ngẫu điều chỉnh nấc liên tục Mạch thời gian C/tắc nguồn Nguồn AC 1.Cấu trúc chung máy X Quang truyền thống Mạch chiếu (Automatic Brightness Control) Mạch sợi đốt (mA control) Mạch động a-nốt (Starter & Speed control) Khối thiết bị định vị bệnh nhân, chùm tia X & thiết bị khác Khối điều khiển (R/F, kVp-mA-s, Starter & speed,safety control & Alarm) Thiết bị mang ảnh: Casstette, phim Sơ đồ khối hệ thống máy X Quang chụp/chiếu Máy X Quang thiết bị tạo ảnh quang tuyến dùng chẩn đoán hình ảnh y tế Về mặt cấu tạo bao gồm khối: Khối thiết bị định dạng chùm tia X: Bộ cấp nguồn, mạch thời gian, mạch chiếu, mạch sợi đốt, mạch động a-nốt Khối thiết bị định vị bệnh nhân, chùm tia X Khối thiết bị mang ảnh Khối điều khiển Chọn kVp bước thô Mạch thời gian Vôn kế Mạch đo mA & mAs Công tắc nguồn Chọn kVp bước tinh Biến áp Chọn loại Biến trở cao Chọn dòng hội tụ sợi đốt(mA) Biến tự ngẫu Bóng X quang Chỉnh lưu cao Am-pe kế Biến giảm áp Hình 1.1: sơ đồ nguyên lý máy X quang truyền thống với mạch điều khiển tham số kV, mA, thời gian đồng hồ đo Mạch điều khiển điện áp cao (KVp) 2.1 Đặc điểm yêu cầu Điện áp cao cung cấp cho bóng X Quang tham số định khả xâm nhập công suất phát xạ tia X.Trị số loại máy X Quang chẩn đoán nằm phạm vi từ 40-150KVp Việc thay đổi trị số điện áp phải đợc thực theo bớc nhỏ Mỗi bớc khoảng 1-2 KV Điện áp cao đa từ phía thứ cấp biến áp cao Để ngăn ngừa phóng điện điện cao không khí ,biến áp cao phải đợc đặt thùng chứa đầy dầu cách điện cao (gọi thùng cao thế) Trong máy X Quang truyền thống để tăng giảm KV ngời ta phải thay đổi trị số điện áp nguồn cấp điện cho cuộn sơ cấp biến cao 2.2 Điều khiển KV máy X Quang truyền thống Trong máy X Quang truyền thống sử dụng nguồn điện lới AC thờng có hai biến thế-gọi biến cấp nguồn biến dùng cho chức chụp biến dùng cho chức chiếu Phía sơ cấp biến áp nối với nguồn điện AC Điện áp đầu chúng-tức điện áp nguồn cung cấp cho biến cao thế, phải thay đổi để tạo điện áp cao cần thiết cách thay đổi tỷ số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Biến cấp nguồn biến tự ngẫu, gồm cuộn dây với nhiều đầu ra, điện áp lối vào lối với biến điểm khác (hình 1.2 hình 1.3) Điện áp vào Điều chỉnh thô Điều chỉnh tinh Hình1.2:Biến tự ngẫu điều chỉnh Điện áp nấc Hình 1.3:Biến tự ngẫu điều chỉnh vô cấp Thông thờng có hai loại biến cấp nguồn đợc chế tạo phù hợp với chức chụp chiếu: Trong chế độ chụp: việc điều khiển trị số KV phải đợc thực trớc phát tia vì: Công suất tiêu hao lớn từ 10KWữ150KW tuỳ loại máy X Quang, biến cấp nguồn dùng cho chức loại công suất lớn với dòng điện chạy cuộn dây (đồng thời dòng phía sơ cấp biến cao thế) cỡ hàng trăm Am_pe.Với dòng điện chụp lớn quay công tắc chỉnh KV chụp phát sinh hồ quang điện gây cháy công tắc.Việc thay đổi KV đợc thực bớc, gián đoạn nhờ hai chuyển mạch (hình 1.2), chuyển mạch có khoảng từ 5ữ10 nấc.Trong chuyển mạch để điều chỉnh thô với nấc tơng ứng với trị số điện áp khoảng 10KV để điều chỉnh tinh với nấc tơng ứng khoảng 1ữ1,5KV Kết hợp hai chuyển mạch thực đợc khoảng 50 nấc điều chỉnh bao trùm giải KV cần thiết Thời gian chụp ngắn, chuyển mạch khí điện có quán tính cao đáp ứng tức thời Trong chế độ soi: thời gian thực kéo dài có tới vài phút, để có hình ảnh rõ ràng di chuyển bóng qua phận dầy mỏng khác thể, cần điều chỉnh KV kịp thời Dòng điện cao chế độ soi nhỏ cỡ vài mA nên biến cấp nguồn dùng cho chức thuộc loại công suất nhỏ cỡ vài trăm W Việc điều chỉnh KV chế độ soi đợc thực liên tục gọi điều chỉnh mềm hay điều chỉnh vô cấp Để làm đợc điều này, ngời ta dùng biến lõi hình xuyến có trợt tỳ lên lớp dây quanh để trích điện áp (hình 1.3) Điện áp lối lấy cực biến áp dây nối với trợt Việc ứng dụng biến tự ngẫu điều chỉnh mềm đặc biệt thích hợp máy X Quang có trang bị đèn tăng sáng hệ thống truyền hình Khi đó, để tự động trì độ sáng hình ngời ta gắn trợt biến với động cơ, tốc độ, chiều góc quay động đợc điều khiển mạch điện để thay đổi trị số điện áp biến áp hình xuyến trì cờng độ sáng 2.3 Chỉ thị trị số KV Trị số KV đợc xác định trớc phát tia, thị đồng hồ KV Đồng hồ đo KV thuộc loại kim số Trị số KV hiển thị I U1 đồng hồ phải trị số 150kV thực-trị số KV đặt vào 40kV I2 bóng X Quang I1 phát tia (KVbóng), đợc tính theo công thức sau: IH KVbóng=KVtính toán- KV U U02 U01 IH1IH2 U1 Trong KVtính toán Hình 1.4: Quan hệ dòng anốt I ,I với dòng sợi đốt I ,I điện áp trị số KV lý thuyết với anốt không tải U ,U ứng với trị số điện áp đặt U giả thiết hiệu suất biến chỉnh lu 100% KV sụt áp tổng biến chỉnh lu cao KV thay đổi dòng cao thay đổi phải thiết kế mạch bù sụt áp theo giá trị dòng cao khác để đồng hồ đo thị KV thực 01 02 H1 H2 Quan hệ dòng điện sợi đốt (I H1, IH2 ), dòng a-nốt (I1,I2) điện áp anốt bóng X Quang không tải (U01,U02) với giá trị điện áp cao đặt trớc (U1) đợc minh hoạ hình 1.4 Từ hình vẽ ta có nhận xét: Khi dòng bóng X Quang thay đổi từ giá trị I đến I2,với giá trị điện áp cao đặt trớc, sụt áp cao thay đổi theo (U01-U1,U02U1) Dòng sợi đốt thay đổi nhỏ kéo theo thay đổi lớn dòng a-nốt bóng X Quang Mạch đo KV phía cao trớc phát tia điện áp cao 0V mà phải đặt phía thứ cấp biến cấp nguồn (sơ cấp biến cao thế) Căn vào tỷ số số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp biến cao tham số khác nh nội trở biến thế, nội trở bóng X Quang trị số sụt áp KV khác đợc tính toán tơng ứng với giá trị KVbóng để khắc độ đồng hồ KV Trên hình 1.5 sơ đồ nguyên lý loại mạch điện thị KV có bù sụt áp Đồng hồ đo KV loại xoay công tắc kV chiều, đợc nối với hai cụm chuyển chụp mạch để chọn kV Nguồn Cuộn sơ cấp kV biến áp điện để chọn mA Hai cuộn dây đcao kế ợc ngợc chiều lõi biến cấp nguồn Trị số điện áp đặt vào đồng hồ hiệu hai điện áp: MC Gắn với VĐồng hồ=VKV-VBù=VKVthực mạch chọn Hình 1.5: mA Sơ đồ nguyên lý mạch thị kV bù Trong VKV trích từ chuyển mạch sụt áp KV, VBù từ chuyển mạch mA Giả sử tăng mA, chuyển mạch chuyển xuống phía dới nên VBù tăng, VĐồng hồ giảm ngợc lại đồng hồ giá trị thực KV đặt vào bóng X Quang Mạch điều khiển dòng cao (mA) 3.1 Đặc điểm yêu cầu Tham số thứ hai cần thiết phải xác định tạo ảnh X Quang trị số dòng điện cao thế, thờng viết tắt mA Trị số mA tuỳ thuộc vào số lợng điện tử xạ tử bề mặt ca tốt-đợc xác định nhiệt độ ca-tốt Nhiệt độ ca-tốt phụ thuộc vào công suất điện tiêu hao sợi đốt (P sợi đốt=V2sợi đốt/R), nghĩa điện áp sợi đốt (Vsợi đốt) định Điện áp sợi đốt bóng X Quang thờng khoảng từ 8ữ12V biến áp hạ cung cấp Biến đợc bố trí thùng cao để cách ly với môi trờng không khí nhằm chống phóng điện toả nhiệt thay đổi điện áp sợi đốt cách thay đổi điện áp sơ cấp biến Nếu bóng X Quang thuộc loại hội tụ kép cần có hai biến sợi đốt riêng biệt Mỗi cấp nguồn cho sợi đốt Nguồn điện cung cấp nuôi sợi đốt phải đạt tiêu sau: Thay đổi trị số điện áp cho phù hợp với dòng cao (mA) khác Giữ ổn định có thay đổi trị số (biên độ) tần số nguồn điện lới Loại trừ hiệu ứng điện tích không gian 3.2 Mạch điều khiển mA máy X Quang truyền thống Sơ đồ khối thành phần mạch sợi đốt bóng X Quang truyền thống vẽ hình 1.6 Trong bao gồm thành phần sau: Bộ ổn áp Mạch bù tần số Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian Mạch đặt dòng cao (mA) Biến sợi đốt Chọn kV Tới sơ cấp biến áp cao Nguồn điện Chọn mA Bù tần số Bộ ổn áp nguồn sợi đốt Tới sơ cấp Bù điện tích biến sợi đốt không gian H1.6 : Sơ đồ khối thành phần mạch điều khiển dòng bóng XQuang (mA) 3.2.1 Bộ ổn áp Dòng sợi đốt (mA) 500 300 250 80kV p 110kV p 100kV p 70kV p 400 hình 1.7: Quan hệ dòng anốt với dòng sợi đốt bóng X quang tương ứng với giá trị điện áp anốt a)Với IH=4,25A với UA=60kV, IA=150mA UA=70kV, IA=200mA UA=100kV, IA=250mA b)Với UA=70kV với IH=4,2A, IA=175mA IH=4,4A, IA=275mA 200 150 IH tăng 4,5% IA tăng 36% 100 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 Dòng sợi đốt Trị số điện áp nguồn cung cấp thờng không ổn định Trị số điện áp nguồn tăng giảm nhiều nguyên nhân: phụ tải thay đổi, chất lợng đờng dây, dao động tần số lới điện ,trong dòng cao (mA) phụ thuộc nhiều vào dòng sợi đốt tức phụ thuộc vào điện áp nguồn Trên hình 1.7 biểu thị mối quan hệ dòng cao dòng sơi đốt bóng X Quang Thông thờng dòng sợi đốt thay đổi khoảng % mA thay đổi khoảng 30% Do cần thiết phải ổn định điện áp sợi đốt bóng X Quang Điện áp nguồn cấp cho biến sợi đốt đợc ổn định nhờ nguồn ổn áp, lối vào nối với lới điện, điện áp đợc ổn định lối cung cấp cho biến sợi đốt thông qua mạch điều khiển mA Hai loại nguồn ổn định đợc dùng phổ biến thiết bị X Quang ổn áp sắt từ ổn áp điện tử Mỗi loại có u nhợc điểm riêng 3.2.2 Mạch bù tần số Để hạn chế ảnh hởng thay đổi tần số lới điện tới điện áp nguồn sợi đốt, mạch bù tần số nh hình 1.8 đợc ứng dụng Trong LC đợc lựa chọn cho nhạy cảm với tần số lới điện Trở kháng linh Mạch bù tần số kiện L C biến L đổi theo tần số Giả nguồn sử tần số lới Tới AC (Qua Tới sợi điện tăng cao B/T tự C đốt bóng ngẫu) XQuang 50Hz điện áp Bộ ổn áp ổn áp tăng, Chọn mA Biến sợi đốt trở kháng H1.8: Sơ đồ mạch điện bù tần số chọn mA mạch LC sụt áp (VLC) tăng, kết điện áp cung cấp cho biến sợi đốt không đổi Khi tần số lới điện giảm dới 50 Hz trình xảy theo chiều ngợc lại điện áp đợc trì ổn định 3.2.3 Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian Trạng thái dới bão hoà hiệu ứng điện tích không gian : Khi ca-tốt bóng X Quang đợc nung nóng, bề mặt xạ chùm điện tử Mật độ lợng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ (dòng sợi đốt) diện tích bề mặt phát xạ (cấu trúc a-nốt) Đám mây điện tích bao quanh ca-tốt điện tử tạo nên, gọi điện tích không gian Khi đặt hiệu điện a-nốt ca-tốt, a-nốt có điện dơng so với ca-tốt điện tử chuyển động phía a-nốt tạo nên dòng điện chạy bóng X Quang (dòng a-nốt) Nếu trì nhiệt độ ca-nốt giá trị (do dòng sợi đốt định) số lợng điện tử xạ không đổi Khi tăng điện anốt, số lợng điện tử dịch chuyển phía a-nốt tăng khiến cho dòng a-nốt tăng Đây trạng thái làm việc đợc gọi trạng thái dới mức bão hoà, điện áp dòng điện bóng X Quang phụ thuộc lẫn Khi điện áp a-nốt tăng tới giá trị, toàn số lợng điện tử xạ đợc hút hết phía a-nốt, lúc bóng X Quang làm việc trạng thái gọi trạng thái bão hoà Kể từ mức trở lên, việc thay đổi điện áp a-nốt không làm thay đổi dòng điện, nghĩa điện áp dòng điện biến đổi độc lập với nhau, bóng X Quang làm việc trạng thái mức bão hoà Đây trạng thái cần thiết việc tạo ảnh X Quang Trong thực tế lúc đạt đợc trạng thái Thực tế chứng tỏ rằng, phạm vi dòng a-nốt tơng đối thấp (dới 100mA) dễ dàng đạt đợc trạng thái làm việc bão hoà điện áp a-nốt tơng đối thấp (khoảng 40 mA) Khi bóng hoạt động với dòng lớn với điện áp a-nốt cao, số lợng điện tử xạ không đợc hút a-nốt mà tạo thành đám mây điện tử bao quanh bề mặt ca-tốt Chúng làm cho dòng a-nốt thay đổi theo điện áp a-nốt, tạo nên hiệu ứng gọi hiệu ứng điện tích không gian Từ hình 1.7 tơng ứng dòng điện sợi đốt IH=4,25A, mối quan hệ điện áp a-nốt dòng điện a-nốt bóng X Quang nh bảng dới đây: Điện áp a-nốt UA (KVp) Dòng điện a-nốt IA(mA) 60 150 70 200 100 250 Điều khiến cho giá trị KV mA độc lập với Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian: Chức mạch: loại trừ ảnh hởng điện tích không gian máy X Quang để điều chỉnh độc lập dòng a-nốt điện áp a-nốt toàn phạm vi đặt giá trị KV mA Nguyên lý hoạt động mạch bù hiệu ứng điện tích không gian: Giả sử đặt giá trị dòng cao 200 mA thay đổi giá trị KV (theo bảng 1) Tai UA=70KV dòng cao 200mA , chuyển sang Đặt kV 60KV B A 100KV Đặt mA R dòng tơng ứng Nguồn T 150mA điện Thứ cấp Sơ 250mA mặc cấp Bộ ổn áp dù giá trị đặt Tới sợi dòng cao đốt F bóng XQuang 200mA Từ số H1.9: Sơ đồ mạch điện bù hiệu liệu điện tích không ứng ta thấy để trì trị số 200mA vớigian U A=60KV phải tăng nhiệt độ catốt nghĩa phải tăng dòng sợi đốt, ngợc lại để trì 200mA với UA=100KV phải giảm dòng sợi đốt Tóm lại cần phải thay đổi điện 10 Mạch điện hình 1.12 ứng dụng transistor tiếp giáp UJT cho hai chức năng: 1.Mạch thời gian (hình 1.12 b): công tắc S chuyển từ trạng thái đóng sang hở mạch, tụ C đợc nạp với số thời gian RC, Uc tăng đến điện áp kích hoạt Vp UJT, UJT mở, tụ C phóng điện qua tiếp điểm EB1 UJT tạo xung nhọn R 1, S1 đóng lại kết thúc trình tạo khoảng thời gian T 2.Mạch tạo xung (hình 1.12 c) :nếu S1 tiếp tục mở, tụ C tiếp tục đợc nạp, trình tiếp diễn Kết B UJT chuỗi xung nhọn đợc tạo Loại mạch thời gian điều khiển phát tia X theo thời khoảng, hoạt động theo nguyên lý đồng pha loại mạch phổ biến, đợc vẽ hình 1.13 Nguyên lý hoạt động mạch nh sau: 1.Nguồn cấp cho mạch gồm: Biến hạ áp T5 Mạch cấp nguồn DC : điện áp AC 24V, cầu chỉnh lu RE1 mắt lọc R49, R35, C7 &C8 tạo thành nguồn DC 28V Mạch tạo xung có tần số 100Hz : điện áp AC 24V, điốt D6, D7, R46, điốt Zener Z3, tạo chuỗi xung gần vuông có biên độ 5,6V Mạch nguồn nuôi rơ-le phát tia S012: điện áp AC 2x85V 2.Thời điểm bấm công tắc chụp Rơ-le S9 tác động, S9a nối mạch nguồn DC 28V Điện áp phân áp cho transistor T7 : VBE(T7)=VR42-VR430V Trong đó: VR42 điện áp tạo từ nguồn 28V DC mạch phân áp R33, R42 (28V x 3,3/(82+3,3))=1,08V VR43 điện áp tạo từ nguồn 5,6V DC mạch phân áp R43, R44 (5,6V x 0,47/(0,47+1,8))=1,15V có chiều ngợc với VR42 Với phân áp VBE(T7) làm T7 ngắn mạch (off), V R32=0V nên T8 ngắn mạch điện áp điểm TP2=0V Transistor T3 thông nhờ mạch phân áp R36 R37 ,điện áp TP3=0V T4 ngắn mạch 14 Nh vậy, thời điểm bấm công tắc phát tia, rơ-le phát tia S012 cha tác động cha có tia X đợc phát 3.Thời điểm bắt đầu phát tia Khi điện áp AC điểm 0V, điện áp điểm B tụt xuống 0V, VR43=0V nên VBE(T7)1V T7 dẫn (on) kéo theo T8 dẫn điện áp TP228V Một mạch hồi tiếp dơng gồm R45, R42 tiếp tục trì trạng thái dẫn T7 loại bỏ ảnh hởng điện áp R43 Tại thời điểm này: Mạch tạo xung điều khiển bắt đầu hoạt động Đây mạch dao động tự gồm T5 (loại UJT) ,C3, R24, R25, R27, tạo chuỗi xung nhọn có chu kỳ lặp lại khoảng 1ms Chuỗi xung kích hoạt thyristor TH1 TH2 khiến chúng thay dẫn dòng nửa chu kỳ AC Nguồn AC 2x85V đợc cấp cho rơ-le S012 tia X bắt đầu đợc phát Mạch tính thời gian bắt đầu hoạt động Mạch gồm transistor T6 (UJT), điốt zener Z2 linh kiện liên quan Điện áp 28V DC đợc ổn định 15V nhờ Z2 R16, cung cấp cho mạch nạp điện gồm tụ C4 điện trở R13, R50, chuỗi điện trở từ R19-R37 để đặt thời khoảng phát tia từ 10 ms đến s, R13 để chuẩn mức thời gian 10 ms Mạch tạo xung đơn gồm T6, R14, R15, C5, R47, R41 C1, R15 để điều chỉnh xác giá trị điện áp kích hoạt-mở T6 điện trở hiệu chuẩn mức thời gian dài (5 s) Tụ C4 đợc nạp với tốc độ nhanh/chậm tơng ứng với thời khoảng phát tia ngắn/dài, điện áp tụ tăng dần 4.Thời điểm kết thúc phát tia X Khi VC4 đạt tới giá trị ngỡng mở (Vp) T6 T6 dẫn C4 phóng qua EB1T6 R47 tạo nên xung kim, đợc đa vào cực gốc T4 để chuyển trạng thái T4 từ off sang on Điện áp cực góp T4 sụt xuống gần 0V có sụt áp R36,V B T3 giảm xuống dới 0,6V T3 ngắn mạch khiến mạch tạo xung điều khiển thyristor TH1 TH2 ngừng hoạt động Tuy nhiên, tính chất thyristor, việc phát tia X ngừng kết thúc nửa chu kỳ AC sau hết xung điều khiển T4 đợc trì trạng thái dẫn nhờ mạch phân áp R23 R40 15 Đây mạch thời gian đồng pha Tia X đợc bắt đầu kết thúc thời điểm nguồn AC 0V Do thời khoảng phát tia đợc tính bội số thời gian nửa chu kỳ dòng AC T=n 2f Trong f chu kỳ dao động nguồn điện lới (giá trị danh định 50Hz), n số nguyên dơng Kỹ thuật tạo ảnh X Quang ứng dụng trị số đặt KVp, mA s đợc gọi kỹ thuật điểm Ưu điểm mạch phát tia X theo khoảng thời gian: Cấu trúc đơn giản, độ xác độ ổn định cao Nhợc điểm: Phụ thuộc vào tần số lới điện: theo công thức trên, tần số lới điện thay đổi thời khoảng phát tia X thay đổi Việc sử dụng phức tạp: mật độ quang cần thiết để tạo ảnh Q phụ thuộc vào dòng cao IA (mA) thời gian phát tia T(s) Q=IA.T (mAs) Vì hai giá trị đợc đặt độc lập với nên ngời sử dụng phải tra bảng để xác định Q Bất kỳ sai lệch giá trị thực giá trị đặt hai thông số ảnh hởng đến mật độ quang Thời khoảng phát tia ngắn dài, với n=1 thời gian phát tia ngắn 10 ms Trong thực tế có trờng hợp thời gian phát tia 1ms nh kiểu chụp nhiều ảnh liên tiếp máy X Quang chụp mạch 16 Hình 1.13: Mạch thời gian ứng dụng nguyên lý cắt đồng pha 17 4.3 Mạch điều khiển phát tia X theo mAs Để khắc phục nhợc điểm loại máy đóng cắt tia X theo khoảng thời gian nói trên, mạch đóng ngắt tia X theo đại lợng Q đợc ứng dụng Q=I.T Q: mật độ quang (mAs) I: dòng cao (mA) T: thời khoảng phát tia (s) Hình 1.15 sơ đồ khối mạch loại Nguồn điện Bộ đổi tần DC R Ithực AC tE Q thực Q đặt Hình 1.15 Mạch thời gian đóng cắt theo tham số Q(mAs) Nguyên lý hoạt động mạch: Khi đóng mach phát tia, mạch chỉnh lu cao có dòng cao theo thời gian thực Ithực, dòng tạo điện áp điện trở R mắc hai nửa cuộn thứ cấp cao áp, điện áp đợc đa vào mạch điện tích phân theo thời gian, lối mạch tích phân hình thành điện áp, trị số điện áp tỷ lệ vời đại lợng mà phản ánh hai đại lợng I T Q thực, đợc tính theo biểu thức sau: tE Qthực= I thuc (t )dt Trong tE thời gian phát tia Điện áp đợc đa tới đầu vào mạch so sánh, đầu mạch so sánh điện áp tham 18 chiếu mà trị số tỷ lệ với giá trị xác định (Q đặt) Ngay Qthực đặt tới giá trị Qđặt mạch so sánh phát tín hiệu lệnh ngừng phát tia Nh vậy, mạch đóng cắt tia X theo Q, thời gian phát tia t E và/hoặc dòng cao Ithực thay đổi nhng mật độ quang đạt yêu cầu Hiện loại máy X Quang ứng dụng mạch thời gian tính theo giá trị Q (mAs) gọi kỹ thuật điểm ngày phổ biến thay dần loại mạch đóng cắt tia X tuý theo thời gian 4.4 Mạch thời gian tự động Mạch thời gian tự động đợc ứng dụng gần Khác với loại mạch nói trên, mạch thời gian tự động, tham số điều khiển việc đóng cắt tia X khoảng thời gian (s) Q (mAs) mà liều lợng tia X (D)đó kết hợp nhiều thông số trình tạo ảnh tia X Với mạch thời gian nói trên, tiến hành ca chụp, ngời vận hành vào thể trạng ngời bệnh (già, trẻ, gầy, béo ) quan nội tạng (đờng ruột, phổi, xơng ) mà định số điện áp cao (KV), dòng cao (mA) thời gian (s) cần thiết Nh tham số đợc xác định dựa sở kiến thức kinh nghiệm ngời vận hành nên kết thu đợc mang tính chủ quan Hình ảnh phim lúc đạt chất lợng nh mong muốn Còn máy X Quang ứng dụng mạch thời gian tự động, điều quan tâm điều khiển lợng tia X thâm nhập vào phim- yếu tố định chất lợng hình ảnh yếu tố khách quan Để thực đợc điều ngời ta ứng dụng cảm biến có chức biến đổi chùm tia X thành tín hiệu điện, đợc bố trí liền kề với phim (trớc sau) Hiện có loại cảm biến thờng đợc ứng dụng là: Đèn nhân quang Buồng I-ông Vật liệu bán dẫn điện Nguyên lý hoạt động mạch: Sơ đồ khối loại mạch thời gian tự động ứng dụng hai loại cảm biến(buồng I-ông & đèn nhân quang) vẽ hình 1.16 Các dòng điện cảm ứng ic ib tỷ lệ với liều lợng tia X, từ buồng I-ông đèn nhân quang đợc đa tới lối vào mạch tích phân, đầu mạch tích phân tạo điện áp tỷ lệ với liều lợng tia thực Dthực- mang thông 19 tin mật độ chùm tia X bị suy giảm sau xuyên qua đối tợng, tín hiệu đợc so sánh với tín hiệu Dđặt(liều lợng tia X cần thiết) mạch so sánh Khi tín hiệu nhau, mạch so sánh phát tín hiệu lệnh ngừng phát tia Buồng ion Nguồn điện Bộ đổi tần DC Đèn tăng sáng U AC Máy quay phim Bện nhân ống nhân quang tE ic D thực Dđặt iBthực~Dthực Dthực Hình 1.16 sơ đồ nguyên lý mạch thời gian chụp tự động quang điện tử Buồng I-ông đợc dùng phổ biến, thờng đợc bố trí trớc phim, có kích thớc bao trùm vùng xét nghiệm, bề dầy khoảng 6-10 mm không tạo bóng phim (trong suốt với tia X) Hai mặt đối diện buồng I-ông hai điện cực tạo thành tụ điện có chất điện môi không khí Hiệu điện điện cực vào khoảng300-1000V DC Dòng điện cảm ứng khoảng vài chục đến vài trăm pA Đèn nhân quang (hình 1.17) thờng đợc sử dụng kết hợp với hệ thống máy X Quang truyền hình, bố trí lối thiết bị tăng sáng Dòng điện cảm ứng tỷ lệ với cờng độ sáng hình ảnh Trong hình 1.16 tác dụng đèn nhân quang để ổn K/đại điện định cờng độ sáng ảnh soi tích Loại mạch thời gian tự động gọi kỹ thuật điểm đợc ứng dụng hầu hết Hình 1.17 Cấu trúc đèn nhân hệ thống X Quang chẩn đoán đại nh quang chụp/chiếu tăng sáng -truyền hình, chụp mạch, chụp mạch xoá Ưu điểm loại mạch phối hợp chặt chẽ thông số KVp, mA s để tạo mật độ quang cần thiết Bất kỳ biến động thông số đợc bù/trừ thông số khác để trì giá trị mật độ quang đặt 4.5 Chỉ thị thời gian 20 Máy X Quang ứng dụng loại mạch thời gian tơng ứng với loại mạch thời gian nói có đồng hồ thị trị số s mAs Hầu hết đồng hồ thị thời gian đồng hồ hiển thị số Điều khiển SID (Source Image Distance) SID khoảng cách từ nguồn phát tia X đến vật mang ảnh, độ lớn SID ảnh hởng tới liều lợng tia X thâm nhập vào ảnh độ méo dạng ảnh: SID lớn cờng độ tia X thâm nhập vào ảnh nhỏ, nhng bù lại độ méo dạng ảnh lại Ngợc lại, SID nhỏ cờng độ tia X thâm nhập vào ảnh lớn độ méo dạng ảnh X Quang lại nhiều Một yêu cầu đặt cho ảnh X Quang có chất lợng tốt là: Chỉ chụp lần Có độ tơng phản phân giải cao Để đạt đợc điều cần có phối hợp thông số kVp, mA, s SID cách hợp lý trớc bấm công tắc chụp Nhờ vào biểu đồ kỹ thuật ngời vận hành máy tìm đợc mối quan hệ thông số ,cụ thể: Khi trị số kVp tăng 15% cần giảm 50% mAs giữ đợc độ tơng phản ảnh nh cũ Để nhận biết đợc thay đổi mật độ quang trị số kV đợc thay đổi 5% mAs thay đổi 30% mAs tỷ lệ với bình phơng SID, tức SID tăng lên lần tơng đơng mAs tăng lần Việc điều tham số SID thông qua hệ thống máy X Quang Ii Điều khiển tham số máy X Quang cao tần 1.Cấu trúc chung máy X Quang cao tần Trong máy X Quang truyền thống nguồn điện cung cấp cho khối chỉnh lu cao mạch điện khác đợc lấy trực tiếp từ nguồn điện lới có tần số 50Hz Do có số nhợc điểm : Chất lợng nguồn điện cao (kVp) thấp: độ gợn sóng lớn 10%, chênh lệch khiến cho phổ tia X phân phố giải rộng bao gồm tia mềm tác dụng tạo ảnh Do hiệu suất phát tia máy thấp, liều lợng tia X có hại ngời bệnh cao Cấu trúc cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, khối lợng lớn 21 Biến áp chỉnh lưu cao Khối đổi tần cao X ray tube C/tắc nguồn Nguồn AC Để khác phục hai nhợc điểm nói trên, máy X Quang cao tần, biến đổi tần số lới điện lên tần số cao từ vài kHz đến vài chục kHz đợc ứng dụng Mạch chiếu Mạch sợi đốt đổi tần Mạch động a-nốt đổi tần Khối điều khiển (R/F, kVp-mA-s, Starter & speed,safety control & Alarm) Sơ đồ khối máy X quang cao tần Về mặt cấu tạo, khác máy X Quang cao tần máy X Quang truyền thống chỗ máy X Quang cao tần có đổi tần Bộ đổi tần Thành phần chủ yếu mạch điều khiển tham số máy X Quang cao tần đổi tần Do vậy, trớc cụ thể vào phân tích mạch, việc phân tích, vững cấu tạo nguyên lý đổi tần yếu tố cần thiết Sơ đồ khối đổi tần vẽ hình 2.1, bao gồm mạch cấp nguồn DC mạch đổi tần 22 Tải Đổi tần Điện áp DC Nguồn AC 50Hz Hình2.1: sơ đồ khối đổi tần 2.1 Mạch cấp nguồn chiều DC Mạch cấp nguồn chiều mạch chỉnh lu AC-DC, thông thờng đợc nối trực tiếp với nguồn AC 50 Hz pha pha (hình 2.2) Nguồn AC đợc chỉnh lu cầu chỉnh lu mạch chỉnh lu pha xung Điện áp sau chỉnh lu đợc làm phẳng mắt lọc Để đảm bảo cho thành phần gợn sóng nhỏ, khiến cho VDC coi nh số, tụ lọc thờng có trị số lớn (từ vài nghìn đến hàng chục nghìn àF) Những tụ thờng loại tụ điện hoá học có điện áp làm việc khoảng 500-1000V DC U R.SU C1 DU DV DW V RC+ R.SV DU DV DW W MG.L C2 RC- R.SW MG.L MG.RS Hình 2.3: Mạch cấp nguồn DC từ nguồn điện ba pha/50Hz 2.2 Mạch đổi tần Sơ đồ nguyên lý mạch đổi tần vẽ hình 2.3 Mạch bao gồm Chuyển mạch điện tử mạch dao động liên tiếp 23 Th1 D1 U DC D3 D2 Th3 Xung điều khiển Đ/khiển tA Uđ Uth Th2 Th4 D4 Cs L + i(t) Th1 Cs Th3 - L Th2 Th4 i(t) C Hình2.3: sơ đồ nguyên lý mạch đổi tần ứng dụng mạch dao động liên tiếp chuyển mạch thyristor Hiện hai loại mạch chuyển mạch điện tử thờng đợc dùng là: thyristor transistor có cực cổng ly (IGBT) Với loại thyristor tần số mạch đổi tần đạt đợc khoảng 5ữ15 kHz, với IGBT trị số từ vài chục kHz ữ khoảng 100kHz Bốn chuyển mạch điện tử Th1, h2, Th3, Th4 đợc nối thành mạch cầu, đờng chéo cầu nối với nguồn DC, nối với mạch dao động liên tiếp Mạch dao động liên tiếp gồm cuộn cảm L-cuộn sơ cấp biến cao áp tụ điện Cs Mạch đổi tần hoạt động nh sau: Giả sử thời điểm t1, xung điều khiển đợc đa đồng thời vào cực cổng thyristor Th1, Th4 Hai thyristor mở dòng điện từ nguồn +U DC qua Th1, tụ Cs , cuộn L, Th3 tới -UDC Đến thời điểm t2, xung điều khiển đợc đa đồng thời vào cực cổng thyristor Th2, Th3 Hai thyristor mở dòng điện từ nguồn +UDC qua Th2, cuộn L, tụ Cs ,Th3 tới -UDC Quá trình lặp lại tiếp diễn, kết mạch dao động liên tiếp có dòng điện xoay chiều, dạng sóng i(t) vẽ hình 2.4 2.3 Điều khiển mạch đổi tần 24 Dạng sóng i(t) hình 2.4 có đoạn khác tần số lặp lại xung điều khiển thay đổi Từ thời điểm từ Xung điều khiển t1ữt5 tần số lặp lại t xung điều khiển tần số cộng hởng i(t) riêng mạch dao động liên tiếp: fxđk=f0 t t2 t4 Các cặp thyristor Th1, t6 t8 t5 t3 t7 Th4 Th2, Th3 lần t1 lợt dẫn dòng tạo dao động liên tục với Hình2.4 :Dạng sóng i(t) thời điểm khác dạng sóng gần hình với tần số xung điều khiển khác sin Trở kháng mạch dao động liên tiếp đợc tính theo biểu thức: Z= R + ( X L X C ) Trong XL=2fL XC=1/(2fC) Khi XL=XC- ứng với tần số cộng hởng, trở kháng nhỏ Z=R dòng điện mạch đạt giá trị cực đại Từ thời điểm t5ữt7 tần số lặp lại xung điều khiển nhỏ tần số cộng hởng riêng mạch dao động liên tiếp: fxđk[...]... đốt đổi tần Mạch động cơ a-nốt đổi tần Khối điều khiển (R/F, kVp-mA -s, Starter & speed,safety control & Alarm) Sơ đồ khối máy X quang cao tần Về mặt cấu tạo, sự khác nhau cơ bản giữa máy X Quang cao tần và máy X Quang truyền thống chỉ ở chỗ trong máy X Quang cao tần có các bộ đổi tần 2 Bộ đổi tần Thành phần chủ yếu của các mạch điều khiển tham số trong máy X Quang cao tần là bộ đổi tần Do vậy, trớc khi... ,cụ thể: Khi trị số kVp tăng 15% cần giảm 50% mAs thì mới giữ đợc độ tơng phản của ảnh nh cũ Để nhận biết đợc sự thay đổi mật độ quang thì trị số kV ít nhất đợc thay đổi 5% và mAs ít nhất thay đổi 30% mAs tỷ lệ với bình phơng SID, tức là nếu SID tăng lên 2 lần tơng đơng mAs tăng 4 lần Việc điều chỉ tham số SID thông qua hệ thống cơ của máy X Quang Ii Điều khiển tham số trong máy X Quang cao tần 1.Cấu... số lặp lại của xung điều khiển thay đổi Từ thời điểm từ Xung điều khiển t1ữt5 tần số lặp lại của t xung điều khiển bằng tần số cộng hởng i(t) riêng của mạch dao động liên tiếp: fxđk=f0 t t2 t4 Các cặp thyristor Th1, t6 t8 t5 t3 t7 Th4 và Th2, Th3 lần t1 lợt dẫn dòng tạo ra dao động liên tục với Hình2.4 :Dạng sóng i(t) tại thời điểm khác nhau dạng sóng gần hình và với tần số xung điều khiển khác nhau... kháng của mạch dao động liên tiếp đợc tính theo biểu thức: Z= R 2 + ( X L X C ) 2 Trong đó XL=2fL và XC=1/(2fC) Khi XL=XC- ứng với tần số cộng hởng, trở kháng sẽ nhỏ nhất Z=R và dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại Từ thời điểm t5ữt7 tần số lặp lại của xung điều khiển nhỏ hơn tần số cộng hởng riêng của mạch dao động liên tiếp: fxđk