CHỦ ĐỀ TIA X

LỜI MỞ ĐẦU Vật Lý ngành khoa học tự nhiên thú vị Vật Lý bao trùm nhiều lĩnh vực Quang Học (tán sắc,khúc xạ,phản xạ…), Điện(điện trường,từ trường ) ,Cơ học (lực,chuyển động,dao động, ),Vật Lý hạt nhân(phóng xạ,các đồng vị phóng xạ ) Ngồi Vật Lý cịn có chun ngành khác như: Vật lý lý thuyết, điện tử sở Như Vật lý móc xích kết nối nhiều ngành khoa học, nhiều lĩnh vực sống Do đó, Vật Lý có nhiều cơng trình ứng dụng khoa học đời sống phục vụ trực tiếp nhu cầu người như:giao thông vận tải,sản xuất công nghiệp,trong lĩnh vực công nghệ thông tin,truyền thông…Một ứng dụng không nhắc đến Vật Lý ứng dụng Vật Lý Y Học,nó góp phần quan trọng việc chuẩn đốn,điều trị,chăm sóc sức khỏe cho người với số phương pháp mang lại hiệu cao như: Vật Lý trị liệu,chụp X Quang,chiếu xạ,chiếu tia phóng xạ,chiếu tia laser Để nói lên tầm quan trọng đa ứng dụng Vật Lý Bài viết sau xin trình bày số ứng dụng Vật Lý Y Học cụ thể CHỦ ĐỀ TIA X để nói lên liên kết Vật Lý với khoa học kỹ thuật mà ta úng dụng sống thường Thành viên nhóm CHỦ ĐỀ TIA X I Lịch sử hình thành phát triển Tối ngày tháng 11 năm 1895, cho ống tia catốt hoạt động, Rơnghen nhận thấy từ vỏ thủy tinh đối diện với catốt có xạ khơng thấy phóng Bức xạ tác dụng lên kính ảnh vốn gói kín đặt hộp kín Với đầu óc nhạy bén, đầy kinh nghiệm nhà vật lý học, việc lôi ông 49 ngày sau ơng liên tục lì phịng thí nghiệm, ngày ơng ngừng cơng việc nghiên cứu phút để ăn uống, vệ sinh chợp mắt nghỉ ngơi vài Nhờ thế, ông tìm tính chất tia bí mật mà ơng tạm đặt tên tia X mang lại cho ông giải Nobel vật lý vào năm 1901 Roentgen nảy ý tưởng, ông xem bàn tay vợ tiếp xúc với tia sáng bí ẩn này=> phim ghi lại hình ảnh tồn cấu tạo xương bàn tay hình ảnh mà ta nhìn thấy phim chụp X-quang ngày Hình 1: Ơng WILHELM.CONRA D.ROENTGEN phim chụp Xquang bàn tay vợ ông Rơn-ghen gọi loại xạ tia X Ngày nay, người ta gọi tia Rơn-ghen để tỏ lòng kính trọng ơng Kết luận rút từ thí nghiệm Rơn-ghen là:Mỗi chùm tia catốt - tức chùm electron có lượng lớn - đập vào vật rắn vật phát tia X II Bản chất tia X Khái niệm Tia X hay X quang hay tia Rưntgen dạng sóng điện từ, có bước sóng khoảng từ 0,01 đến nm tương ứng với dãy tần số từ 30 PHz đến 30 EHz lượng từ 120 eV đến 120 keV Bước sóng ngắn tia tử ngoại dài tia Gamma - Những tia X có bước sóng từ 0,01 nm đến 0,1 nm có tính đâm xuyên mạnh nên gọi tia X cứng - Những tia X có bước sóng từ 0,1 nm đến khoảng nm có tính đâm xun yếu gọi tia X mềm - Do có khả đâm xuyên, tia X cứng sử dụng rộng rãi để nhìn thấy hình ảnh bên vật, thường dùng để chụp X quang y tế kiểm tra hành lý sân bay Thuật ngữ X quang sử dụng để hình ảnh tạo tia X Vì bước sóng tia X cứng tương đương với kích thước khoảng 600 eV ( 2 nm) Các tia X môi trường nước nhỏ micromet Có hai nguồn xạ là: - Bức xạ tự nhiên: đến từ mặt trời (bức xạ vũ trụ), trái đất ( khí Radon) chất phóng xạ tự nhiên thể người - Bức xạ phơi nhiễm y tế: chủ yếu xuất phát từ máy chụp X quang chụp CT scanner Hình 2: Phổ điện từ Tính chất tia X: Các photon tia X mang đủ lượng ion hóa nguyên tử phá vỡ liên kết phân tử Điều làm cho trở thành loại xạ ion hố, gây hại cho mơ sống thể Liều xạ cao khoảng thời gian ngắn gây bệnh nhiễm xạ, liều thấp làm tăng nguy ung thư xạ trị chụp X-quang y tế có nguy làm tăng bị ung thư có nhiều lợi ích việc kiểm tra Khả ion hoá tia X sử dụng điều trị ung thư để diệt tế bào ác tính cách sử dụng phương pháp xạ trị Nó sử dụng để xác định đặc tính vật liệu cách sử dụng quang phổ tia X Tia X có bước sóng ngắn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy, cấu trúc nhỏ nhiều so với nhìn thấy kính hiển vi bình thường Điều sử dụng kính hiển vi X-quang để có hình ảnh có độ phân giải cao xác định vị trí nguyên tử tinh thể Các tia X cực mạnh qua vật thể dày mà không bị hấp thu phân tán nhiều Vì lý này, tia X sử dụng rộng rãi để thu hình ảnh bên đối tượng bọc kín Các ứng dụng thường thấy chụp X quang y tế máy quét an ninh sân bay, kỹ thuật tương tự quan trọng công nghiệp (ví dụ chụp X quang cơng nghiệp CT cơng nghiệp) nghiên cứu (ví dụ CT động vật nhỏ) Độ sâu thâm nhập thay đổi theo vài bậc độ lớn so với phổ tia X Điều cho phép điều chỉnh lượng photon cho ứng dụng để truyền tải đầy đủ thông qua đối tượng đồng thời có độ tương phản tốt hình ảnh Hình 3: Hình ảnh chụp lại nhờ tia X => từ tính chất người ta tạo ảnh tia X theo phương pháp : a) phương pháp dùng huỳnh quang: Là gương lớn thủy tinh có phủ lớp sunfua kẽm chiếu tia X vào tạo ánh sáng huỳnh quang có bước sóng 500nm mà mắt quan sát => gọi chiếu X quang b) phương pháp dùng phim ảnh để chụp: Dựa vào quy luật hấp thụ phụ thuộc hệ số hấp thụ, đặc tính cấu trúc vật nghiên cứu phần mỏng dày khác nhau, có khối lượng riêng khác hấp thụ tia X không đồng tia X gây tác dụng lên phim - khối 1: phát chùm tia X, cường độ đồng tiết diện đủ bao quát đối tượng nghiên cứu - khối : ( đối tượng) chùm tia X qua khối vùng bị hấp thụ mạnh chùm ló yếu ngược lại - khối ( huỳnh quang ) có phim ảnh => chùm tia ló khối tác dụng nên độ sáng tối phim thể tác dụng khác cường độ => kỹ thuật khác nhau=> hình ảnh rõ nét => phân tích cấu trúc ( y học: pp X quang chuẩn đoán) => tăng độ tương phản tổ chức lành bệnh => dùng chất cản quang ( barit, lipiodol bơm khơng khí vào nơi thăm khám ) Hình 4: Phương pháp dùng phim ảnh để chụp 3 Cách tạo tia X Ngày trước, người ta tạo tia X ống Rơn-ghen, sau người ta dùng ống Coolidge (Cu-lit-giơ) * Ống Rơn-ghen: a) Cấu tạo: Ống Rơn-ghen bình cầu (chứa khí áp suất thấp - gọi khí kém) bên có điện cực: Catốt có dạng chõm cầu có tác dụng làm electron bật tập trung tâm bình cầu Anốt điện cực dương phía đối diện với catốt thành bình bên Đối catốt điện cực (thường nối với anốt) Ở bề mặt đối catốt kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy b) Hoạt động: Đặt vào anốt catốt hiệu điện không đổi (khoảng vài chục kV) electron bứt từ catốt tăng tốc mạnh Khi đập vào đối âm cực, electron bị đột ngột hãm lại làm phát tia X Người ta gọi tia X xạ hãm Hình 5: Ống Rơnghen * Ống Coolidge (Cu-lit-giơ) Hình 6: Ống Coolidge a) Cấu tạo: Ban đầu, ống Cooligde có dạng bình hình cầu bên chân khơng có điện cực: Catốt chõm cầu có tác dụng làm tập trung electron phía tâm bình cầu Một dây tim để nung nóng catốt.(để catốt phát electron) cấp điện nhờ nguồn điện riêng Anốt điện cực dương Bề mặt anốt lớp kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy Để giải nhiệt cho anốt người ta cho dòng nước chảy luồn bên anốt nhờ ống nhỏ b) Hoạt động Khi đặt hiệu điện (xoay chiều chiều) vào hai cực ống Coolidge electron tăng tốc mạnh đến đập vào anốt, xuyên sâu vào lớp vỏ nguyên tử chất làm anốt, tương tác với lớp electron lớp làm phát tia X Hiệu điện hai cực ống Cooldge từ vài chục kV đến khoảng 120 kV Hiện người ta chế tạo loại ống tia X có hình dạng khác dù nguyên tắc giống ống Coolidge lúc đầu Trong nha khoa: Hình 7: Ống Coolidge nha khoa Trong máy chụp X quang thơng thường: Hình 8: Ống Coolidge máy chụp X-quang Trong máy CT CAT: Hình 9: Ống Coolidge máy CT CAT III Ứng dụng tia X Chụp ảnh X quang a) Khái niệm: - X-quang loại xạ lượng cao Máy chụp X-quang phát chùm tia X có xạ cao, tia X xuyên qua mô mềm thành phần dịch thể dễ dàng => tạo hình ảnh=> dựa vào hình ảnh chẩn đốn bệnh * Máy chụp X quang : - Nguyên lý hoạt động : Trong chẩn đoán y học để thu nhận tia X người ta sử dụng phim âm chứa cassette Cassette đặt sau vật cần chiếu, tia X sau xuyên qua vật đến đập vào phim Khi rửa phim dùng AgCl, nơi tác dụng với tia X rửa khơng bị (có màu đen) cịn nơi khơng tác dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), rửa bị trơi (có màu trắng) => độ xun sâu tia X cao nên người ta dùng để chụp vật cứng như: xương, răng, không dùng để chụp mơ Hình 10:Cơ chế tạo ảnh Hình 11: Máy chụp X-quang Hình 12: Hình ảnh khơng gian chiều * Bảo hộ chụp X-quang nên cởi quần áo (ở vị trí chụp X-quang) để dễ bộc lộ tổn thương Trước chụp X-quang, bỏ hết đồ trang sức, vật dụng kim loại khỏi thể => kim loại ngăn cản tia X xun qua thể, gây cản trở cho trình thực kỹ thuật Các bác sĩ tiêm cho bạn uống thuốc cản quang trước chụp xét nghiệm yêu cầu phải sử dụng thuốc cản quang Để chụp X-quang ruột, bác sĩ tiến hành thụt tháo làm ruột trước chụp Một số kỹ thuật chụp X quang đặc biệt cần có chuẩn bị theo yêu cầu bác sĩ * Chỉ định Khi bạn mắc số bệnh lý như: viêm khớp, khối u vú, bệnh phổi, tắc mạch, ung thư xương, vấn đề liên quan đến tim mạch, xương gãy, nhiễm trùng vấn đề liên quan đến miệng Hình 13: Hình chup phổi Hình 14: hình chụp xương bàn tay * Chống định Phụ nữ có thai đối tượng khơng nên chụp X-quang tia X ảnh hưởng không tốt tới phát triển thai nhi Hình 15: Hình phụ nữ mang thai * Ưu điểm phương pháp chụp X-quang: Là kỹ thuật đơn giản, hiệu cho kết nhanh tổn thương thể như: - Giúp phát theo dõi tình trạng bệnh lỗng xương - Theo dõi hiệu việc điều trị - Kiểm tra vấn đề tim mạch, giúp hạn chế nguy bị tai biến - Phát khối u xương, vú, phổi… - Giúp phát xác bệnh lý cột sống, thoát vị đĩa đệm, thối hóa cột sống * Nhược điểm phương pháp chụp X-quang: Tia X có khả gây ion hóa phản ứng nguy hiểm cho sức khỏe người => bước sóng, cường độ thời gian chụp ảnh y tế điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH 1) CT : * Khái niệm Chụp cắt lớp vi tính kỹ thuật dùng nhiều tia X quét lên khu vực thể theo lát cắt ngang, phối hợp với xử lý máy vi tính hình ảnh chiều chiều phận cần chụp Hình 16: Hình máy CT * Nguyên lý hoạt động CT: - Trong máy CT có nguồn phát tia X xoay trịn quanh phận cần chụp Tia X chiếu qua bệnh nhân đến đầu dò (detector) Tia X chiếu qua bệnh nhân bị hấp thụ phần quan Tuỳ theo cấu tạo quan khác nhau, mà mức độ hấp thụ tia X khác (xương hấp thụ tia X nhiều nhất, cịn mơ mềm hấp thụ hơn.) - Đầu dị chuyển lượng tia X thành tín hiệu điện Các đầu dị đầu dị dùng khí hiếm, hay làm bán dẫn Tín hiệu từ đầu dị đưa đến máy tính để xử lý Máy tính dùng thuật tốn để tái lại hình ảnh phần thể chụp hiển thị cho bác sĩ Hình 16: Hình máy CT *Một số máy chụp cắt lớp : Hình 17: CTScanner năm 1971 Hình 18:Hệ thống máy chụp cắt lớp vi tính 256 dãy, 512 lát cắt BV Việt Đức Trên trần chụp, bệnh viện trang trí thêm tranh để bệnh nhân bớt căng thẳng Chụp CT ứng dụng rộng rãi lâm sàng để: - Phát vấn đề bất thường chuyên khoa thần kinh sọ não khối u, khối máu tụ dập não, thiếu máu, chảy máu, phù não, - Phát khối u, ổ áp xe, dị dạng, hình ảnh bệnh lý khác khu vực đầu mặt - cổ, tim, ngực, bụng, khung chậu, xương, mô mềm bệnh lý mạch máu - Dùng để hướng dẫn phẫu thuật, xạ trị theo dõi sau phẫu thuật Kỹ thuật 3D-CT cho phép đánh giá xác vị trí bị tổn thương khơng gian chiều để định hướng tốt cho phẫu thuật xạ trị - Giúp tái tạo hình ảnh 3D bệnh lý bất thường bẩm sinh, giúp bác sĩ phẫu thuật tạo hình điều trị tốt dị tật bẩm sinh Hình 18: CT cắt lớp não Hình 19: CT Xác định gẫy sương chõm mũi Hình 20: CT cắt lớp phổi *Chống định: => Khơng có chống định tuyệt đối cho việc chụp CT Chống định liên quan tới tiêm thuốc cản quang: bệnh nhân suy chức gan nặng, suy thận nặng, sốt cao nước nặng, dị ứng thuốc cản quang Bệnh nhân có thai, đặc biệt tháng đầu thai kỳ (thời kỳ tế bào thai chưa thành thục, nhạy cảm với tia X, tiếp xúc với tia X gây dị tật  thai nhi)  lớp vi tính: * Ưu điểm chụp cắt - Mang lại nhiều lợi íchtrong việc chuẩn đốn bệnh xác nhanh chóng * Nhược điểm chụp cắt lớp vi tính : - Vì khả đâm xuyên mạnh tia X nên CT hạn chế MRI việc phát tổn thương phần mềm - Độ phân giải hình ảnh CT thấp so với MRI, với cấu trúc mơ mềm nên chụp CT khó phát tổn thương có kích thước nhỏ - CT khó phát tổn thương sụn khớp, dây chằng tủy sống Những quan tổn thương có đậm độ khó phát khó phân biệt thực CT scanner - CT kỹ thuật dùng tia X gây nhiễm xạ Tuy nhiên, mức độ nhiễm xạ lần chụp giới hạn cho phép nên bệnh nhân không cần lo lắng ảnh hưởng tới sức khỏe 3.Xạ trị X Knife * Khái niệm Là phương pháp sử dụng hạt sóng có lượng cao, kích cỡ nhỏ để tiêu diệt phá hỏng tế bào ung thư, chùm tia bắn theo hình vịng cung với độ xác cao, tập trung vào khối u, không gây tổn thương mơ lành xung quanh Trong q trình bắn tia, bệnh nhân nằm bình thường, khơng có cảm giác Sau giai đoạn bắn tia, bệnh nhân nhức đầu Khối u teo lại khoảng - tháng sau Hình 21: Cắt lớp vỏ sọ não *Quy trình thực Sau chụp chẩn đốn CT Scanner, bệnh nhân làm mặt nạ để định vị khối u, chụp MRI, DSA Tiếp đó, bác sĩ tiến hành mơ khối u điều trị Việc điều trị tia X làm chết toàn tế bào ung thư khối u thời gian từ 12-24 tháng Sau bắn tia X, tế bào ung thư sinh sôi nảy nở thêm Thời gian cho lần bắn tia X khoảng 30-45 phút, việc chuẩn bị trước tốn nhiều thời gian để tia X hướng xác vào khối u, khơng lệch sang tế bào quan xung quanh Hình 22: Máy xạ trị ung thư * Chỉ định: Điều trị bệnh u não, ung thư di não Có định bệnh nhân có khối u, khối u di lên não dị dạng mạch máu não * Chống định: Không điều trị tinh hồn, tử cung có thai, hành kinh Trực tiếp vùng khớp trẻ em Không điều trị đầu xương trẻ em, phần sụn Viêm tắc mạch Không điều trị vùng phổi người bị lao tiến triển viêm hạch lao Viêm da cấp Không điều trị vùng phổi người bệnh bị giãn phế quản Trực tiếp vùng chảy máu, đe dọa chảy máu *Ưu điểm: Xạ trị dao tia X có tác dụng tiêu diệt nhanh tế bào ung thư, hiệu điều trị cao Tia X thực “bắn phá”, tiêu diệt khối u, làm cho tế bào khối u teo lại thành sẹo nhỏ khơng cịn phát triển, khơng gây chèn ép *Nhược điểm: Chi phí tiến hành xạ trị cao Những điều cần lưu ý thực kỹ thuật này: Xạ trị làm tổn thương tế bào da bị chiếu vào=> chăm sóc cần thiết=> nên tránh xa xà phòng trực tiếp lên vùng da xạ trị sử dụng gel tự nhiên gel lô hội để làm lần ngày Nếu không định bác sĩ bệnh nhân không sử dụng loại kem, dầu, để bôi mặc quần áo rộng rãi để tránh va chạm mạnh gây đau tổn thương da tránh da tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời người bệnh không nên ăn kiêng mà cần phải bổ sung đầy đủ loại chất dinh dưỡng để đảm bảo thể có sức khỏe để thực điều trị Các loại vitamin, khoáng chất, protein, chất béo, tinh bột, => Rủi ro xét nghiệm chẩn đốn hình ảnh dùng tia X có ảnh hưởng gì? Tia X gây đột biến DNA dẫn đến nguy ung thư sau Chính vậy, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) phủ Hoa Kỳ phân loại tia X chất gây ung thư Tuy nhiên, năm Mỹ có khoảng 0,4% nguyên nhân ung thư quét CT, hình thức ngày bệnh viện áp dụng nhiều khâu chẩn đoán Theo nghiên cứu khác, khả làm tăng nguy ung thư tia X đạt khoảng 0,6 - 1,8% người 75 tuổi Qua thấy lợi ích phương pháp chụp X quang lớn nhiều so với hậu tiêu cực tiềm ẩn chúng Khái quát X- quang chụp CT cắt lớp Xạ trị X-quang loại xạ lượng cao Máy chụp Xquang phát chùm tia X có xạ cao, tia X xuyên qua mô mềm thành phần dịch thể dễ dàng => tạo hình ảnh=> dựa vào hình ảnh chẩn đốn bệnh Chụp cắt lớp vi tính kỹ thuật dùng nhiều tia X quét lên khu vực thể theo lát cắt ngang, phối hợp với xử lý máy vi tính hình ảnh chiều chiều phận cần chụp Là phương pháp sử dụng hạt sóng có lượng cao, kích cỡ nhỏ để tiêu diệt phá hỏng tế bào ung thư, chùm tia bắn theo hình vịng cung với độ xác cao, tập trung vào khối u, không gây tổn thương mô lành xung quanh Ưu điểm Giúp phát theo dõi tình trạng bệnh loãng xương - Theo dõi hiệu việc điều trị - Kiểm tra vấn đề tim mạch, giúp hạn chế nguy bị tai biến - Phát khối u xương, vú, phổi… - Giúp phát xác bệnh lý cột sống, vị đĩa đệm, thối hóa cột sống Mang lại nhiều lợi ích việc chuẩn đốn bệnh xác nhanh chóng Xạ trị dao tia X có tác dụng tiêu diệt nhanh tế bào ung thư, hiệu điều trị cao Tia X thực “bắn phá”, tiêu diệt khối u, làm cho tế bào khối u teo lại thành sẹo nhỏ khơng cịn phát triển, khơng gây chèn ép Nhược điểm X-quang, chup cắt lớp CT, xạ trị - Tia X có khả gây ion hóa phản ứng nguy hiểm cho sức khỏe người - Độ phân giải hình ảnh CT thấp so với MRI, với cấu trúc mô mềm nên chụp CT khó phát tổn thương có kích thước nhỏ - CT khó phát tổn thương sụn khớp, dây chằng tủy sống Những quan tổn thương có đậm độ khó phát khó phân biệt thực CT scanner - Chi phí tiến hành xạ trị cao  ... 9: Ống Coolidge máy CT CAT III Ứng dụng tia X Chụp ảnh X quang a) Khái niệm: - X- quang loại x? ?? lượng cao Máy chụp X- quang phát chùm tia X có x? ?? cao, tia X xuyên qua mô mềm thành phần dịch thể dễ... sóng ngắn tia tử ngoại dài tia Gamma - Những tia X có bước sóng từ 0,01 nm đến 0,1 nm có tính đâm xun mạnh nên gọi tia X cứng - Những tia X có bước sóng từ 0,1 nm đến khoảng nm có tính đâm xun yếu... AgCl, nơi tác dụng với tia X rửa khơng bị (có màu đen) cịn nơi không tác dụng với tia X (đối với x? ?ơng, tia X bị cản lại), rửa bị trơi (có màu trắng) => độ xuyên sâu tia X cao nên người ta dùng