2.3.1. Sơ đồ khối
Hình 2.1. Sơđồ khối tổng thể máy X quang truyền thống
2.3.2. Nguyên lý hoạt động của các khối
2.3.2.1. Nguồn cung cấp chính: Nguồn cung cấp chính thường lấy từ nguồn 1 pha, 2pha hoặc 3 pha qua các thiết bị bảo vệđể cung cấp điện áp cho biến thế nguồn. Biến thế nguồn cung cấp điện áp cho tất cả các khối chức năng trong hệ thống máy.
2.3.2.2. Khối điều khiển
- Khái niệm chung: Khi tiến hành xét nghiệm chuẩn đoán X quang, người vận hành phải kiểm soát được liều lượng tia X sao cho phù hợp với từng đối tượng và bệnh
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
lý để đạt được ảnh có chất lượng tốt nhất và đảm bảo an toàn cho người bệnh. Liều lượng tia X được quyết định bởi các tham số sau:
- Trị sốđiện áp cao thế - kVp - Trị số dòng cao thế - mA - Khoảng thời gian phát tia- s.
Vì vậy trong bất kỳ chủng loại máy x quang nào, dù loại truyền thống hay cao tần, dù đơn giản hay phức tạp đều cần phải có các mạch điện đểđiều khiển, đo lường và chỉ thị các tham số cơ bản trên.Dưới đây, sẽđề cập đến những vấn đề chung, cơ bản về các loại mạch điều khiển tham số chính trong máy X quang truyền thống.
a. Mạch điều chỉnh điện áp cao thế
Trong mỗi máy X quang truyền thống đều sử dụng nguồn điện lưới thường có 1 hoặc 2 biến thế - gọi là biến thế nguồn trong đó một biến thế dùng trong chức năng chụp còn một biến thế dùng trong chức năng chiếu.
Biến thế nguồn là loại biến thế tự ngẫu được chế tạo phù hợp với chức năng chụp và chiếu.Trong chế độ chụp việc điều khiển trị số kV phải được điều khiển trước khi phát tia vì: Công suất tiêu hao điện rất lớn khoảng từ 10kw đến 150kw tùy từng loại máy X quang, vì vậy biến thế nguồn dùng cho các loại máy X quang này là loại công suất lớn ( tối đa tới khoảng 90A). Trong chếđộ chiếu thời gian thực hiện kéo dài, để có hình ảnh tốt khi di chuyển bóng phát tia qua các bộ phận dầy mỏng khác nhau của cơ thể cần phải điều chỉnh kV kịp thời. Mặt khác dòng điện cao thế trong chếđộ chiếu rất nhỏ cỡ vài mA nên biến thế nguồn dùng cho chế độ chiếu có công suất nhỏ để làm được việc này thường biến thế nguồn trong chếđộ chiếu người ta dùng một biến thế tự ngẫu hình xuyến để áp dụng trong chếđộ chiếu.
b. Mạch điều khiển dòng cao thế
Tham số thứ 2 cần thiết phải xác định trong tạo ảnh X quang là trị số dòng điện cao thế, thường viết tắt là mA. Trị số mA phụ thuộc vào số lượng điện tử bức xạ từ bề mặt catốt của bóng X quang. Được xác định bởi nhiệt độ catốt và phụ thuộc vào công
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
suất điện tiêu hao trên sợi đốt. Điện áp sợi đốt của bóng X quang thường sử dụng từ 8 – 12V do một biến áp hạ thế cung cấp. Biến áp này được bố trí trong thùng dầu cao thế để cách ly với môi trường không khí nhằm chống phóng điện và để tỏa nhiệt. Mạch thường gồm các thành phần sau:
- Bộ ổn áp: Do trị số điện áp nguồn cung cấp thường không ổn định, do các nguyên nhân khác nhau, do mối quan hệ giữa dòng cao thế và dòng sợi đốt bóng X quang cần thiết phải ổn định điện áp sợi đốt bóng X quang, thường sử dụng 2 loại: ổn áp sắt từ và ổn áp điện tử.
- Mạch bù tần số để hạn chếảnh hưởng của sự thay đổi tần số lưới điện áp nguồn sợi đốt, một mạch bù tần sốđược sử dụng để duy trì và ổn định tần số.
- Mạch bù hiệu ứng diện tích không gian. Nhằm loại trừ ảnh hưởng của diện tích không gian trong máy x quang để có thểđiều chỉnh độc lập giữa dòng anode và điện áp anode trong toàn bộ phạm vi đặt của các giá trị kV và mA.
- Mạch lựa chọn dòng cao thế: mạch này được mắc nối tiếp giữa nguồn ổn áp và các mạch bù tần số, hiệu ứng diện tích không gian nhằm thực hiện chức năng lựa chọn giá trị dòng cao thế mong muốn.
c. Mạch điều khiển thời gian
Thời gian phát tia X là một trong những tham số quyết định mật độ tia X chức năng này được thực hiện bởi mạch thời gian. Nhiều loại mach thời gian được nghiên cứu và chế tạo trong quá trình phát triển công nghệ chế tạo máy X quang.
Về phương thức xác định thời khoảng phát tia X, có thể phân tích mạch thời gian ra làm các loại sau đây:
+ Mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian (s). + Mạch điều khiển phát tia X theo mAs.
+ Mạch thời gian tựđộng.
Hầu hết mạch thời gian loại này đều hoạt động dựa trên cơ sở thời gian phóng và thời gian nạp điện của tụ điện. Khoảng thời gian phát tia được xác định giữa 2 thời
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
điểm: Thời điểm bắt đầu khi điện áp trên tụ bằng 0V, khi tia X được phát ra thì một chuỗi xung được tạo ra thông qua quá trình nạp và phóng của một tụđiện.
d. Các mạch an toàn trong thiết bị X quang
Hệ thống thiết bị X quang chuẩn đoán là một tổ hợp thiết bị có quan hệ hữu cơ với nhau va hoạt động như một trật tựđã được thiết kế. Đểđảm bảo cho những thiết bị này hoạt động an toàn và ổn định. Trong thiết kế và chế tạo cần phải dự liệu trước những biện pháp kiểm soát hoạt động của những thiết bị này nhằm mục đích:
- Đảm bảo sao cho các thiết bị chỉ hoạt động trong phạm vi an toàn, ngăn cấm hoạt động khi vượt giới hạn cho phép.
- Đưa ra các thông tin cảnh báo cho người sử dụng.
- Đưa ra các thông báo lỗi thuộc các thành phần trong hệ thống.
- Chức năng nói trên do các mạch an toàn thực hiện, tùy theo mức độ phức tạp của máy mà số lượng mạch và giải pháp có thể khác nhau nhưng nhìn chung thường bao gồm những vấn đề liên quan đến việc kiểm soát các thông số của hệ thống thiết bị trước và trong quá trình phát tia X.
e. Các biện pháp kiểm soát trước khi phát tia
- Ngăn cấm máy phát tia nếu các tham số lựa chọn trước như kV,mA, s hoặc mAs hoặc liều lượng tia X sẽ dẫn tới quá tải cho bóng X – quang và hệ thống bằng cách mạch đo lường, các linh kiện cảm biến, các rơ le an toàn ngắt mạch phát tia…
- Ngăn cấm nhiều bóng hoạt động cùng một lúc bằng mạch chọn bóng.
- Kiểm soát nhiệt độ sợi đốt bóng X quang và ngăn cấm máy phát tia khi cathode chưa đủ nóng bằng mạch đo lường cao thế trong chếđộ phát thử với kV thấp.
f. Các biện pháp kiểm soát trong lúc phát tia.
- Cảnh báo khi bóng quá nóng bằng mạch kiểm soát sự dãn nở khoang chứa dầu cao thế bao quanh bóng.
- Ngăn cấm máy hoạt động đồng thời trong cả hai chế độ chụp và chiếu bằng mạch khóa liên động giữa 2 chếđộ này.
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
- Đảm bảo sao cho máy có thể tựđộng chuyển đổi giữa 2 phương thức hoạt động. Chiếu với dòng cao thế lớn gấp hàng chục tới hàng trăm lần( từ vài chục mA đến hàng trăm mA) bằng các mạch khóa liên động và trì hoãn…
- Phát hiện và ngăn cấm máy hoạt động khi một trong những tham số liên quan tới công suất phát xạ như kV, mA, s vượt quá giới hạn cho phép.
- Các mạch an toàn nói trên phải được định kỳ kiểm tra và hiệu chuẩn sao cho chúng luôn trong trạng thái hoạt động tốt và ổn định.
2.2.3.4. Khối cao thế
a. Cấu tạo: Khối cao thế gồm nguồn cấp điện, biến áp cao thế và chỉnh lưu cao thế, những linh kiện này được bố trí trong thùng cao thế để đảm bảo độ cách điện và tỏa nhiệt.
b. Chức năng khối cao thế
- Khối cao thế trong máy X quang có chức năng cung cấp điện áp cao thế cho bóng X quang.
- Điện áp cao thế là điện áp 1 chiều, có trị số có thểđiều khiển trong phạm vi từ 40-150kVp.
- Dòng điện cao thế do khối cung cấp phải đảm bảo công suất lớn nhất tương ứng với từng loại máy.
c. Biến áp cao thế - Chức năng
+ Biến áp cao thế là loại biến thế tăng áp có chức năng biến đổi điện áp từ trị sốđiện áp nguồn lên đến cỡ từ 40kV đến 150kV.
+ Công suất của biến áp cao thế phải đảm bảo công suất thiết kế của máy. + Tùy theo nguồn cung cấp, biến áp cao thế có thể là 1 hoặc 3 pha. Biến áp cao thế gồm có các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn quanh lõi chế tạo bởi các lá tôn silic. Cuộn thứ cấp được chia làm 2 nửa cân xứng. Điểm giữa của chúng được nối đất để giảm độ chênh lệch điện áp giữa 2 đầu cao thế với đất.
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
- Cách điện trong khối cao thế.
+ Đối với cao thế công suất lớn, tỏa nhiệt nhiều, toàn bộ linh kiện và cấu kiện của khối cao thế được nhúng vào trong thùng chứa dầu khối cao thế. Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn có tác dụng làm mát những cấu kiện này bằng cách truyền nhiệt đối lưu từ bên trong biến thế ra môi trường xung quanh.
+ Khi nạp dầu, phải hút hết khí trong thùng để dầu có thể thâm nhập vào toàn bộ các lỗ rỗng trong các linh kiện và cấu kiện sao cho không còn bọt khí. Sau đó thùng cao thếđược đậy kín.
+ Ở các máy X quang loại nhỏ, di động, công suất tiêu hao không lớn, nhiệt lượng tỏa ra không nhiều, người ta có thể bố trí khối cao thế và bóng X quang vào chung trong một thùng. Để cách điện người ta nhúng chúng vào chất dẻo khi đang ở dạng lỏng. Sau đó chất dẻo khô đi tạo thành vật liệu cách điện rắn bao quanh các cấu kiện.
d. Chỉnh lưu cao thế
Bóng X quang chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anode đến cathode. Vì vậy cần chỉnh lưu nguồn điện cao thế xoay chiều thành nguồn một chiều để bóng hoạt động.
Có ba loại chỉnh lưu cao thế:
+ Chỉnh lưu một pha nửa sóng. + Chỉnh lưu một pha cả sóng. + Chỉnh lưu ba pha.
Ta thấy, ứng với cùng một giá trị đỉnh của điện áp và dòng cao thế thì công suất phát xạ năng lượng tia X sẽđạt cao nhất trong loại chỉnh lưu ba pha và thấp nhất trong loại một pha nửa sóng. Mỗi loại có những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhất định.
* Chỉnh lưu cao thế một pha nửa sóng
Đây là loại chỉnh lưu đơn giản nhất, thực chất loại máy X quang nửa sóng người ta không chỉnh lưu mà trực tiếp đưa vào hai đầu bóng, vì bóng X quang thực chất là
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
đèn điện tử 2 cực, chỉ nửa chu kỳ dương ởđầu anode thì mới phát tia còn đến nửa chu kỳ sau âm ở anode thì không phát tia.
Những ưu điểm cơ bản:
+ Kích thước nhỏ, khối lượng thấp. + Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp. Những nhược điểm cơ bản:
+ Trị số dòng cao thế lớn nhất trong kiểu chỉnh lưu này bị giới hạn trong phạm vi dưới 50mA để đảm bảo cho độ chênh lệch điện áp tối đa kV trong nửa chu kỳ dương và âm không quá lớn.
+ Trị số dòng đỉnh (Iđ) và trị số dòng trung bình (Itb) của bóng X quang chênh lệch lớn (Iđ = 4 Itb). Dòng trung bình Itb là dòng quyết định công suất phát xạ tia X và nhiệt tỏa ra trong cả quá trình phát tia. Trong khi đó dòng đỉnh Iđ lại quyết định nhiệt độ của điểm hội tụ. Sự chênh lệch này đã hạn chế dòng Itb của bóng X quang để sao cho dòng đỉnh của nó không quá cao làm cho điểm hội tụ quá nóng tới mức tạo ra bức xạđiển tử thứ cấp hoặc bị nóng chảy, nghĩa là phải giới hạn công suất phát tia X.
+ Nếu phải dùng cáp cao thế nối giữa biến thế và bóng thì điện áp giữa ruột và vỏ cáp ở giữa hai giá trị đỉnh do vậy cáp cao thế phải có độ cách điện cao hơn so với cáp trong các kiểu chỉnh lưu khác. Để loại bỏ nhược điểm này thường không dùng cáp cao thế mà bố trí biến áp cao thế và bóng liền kề nhau trong một thùng cao thế.
+ Hiệu suất thấp.
- Phạm vi ứng dụng: Do những ưu điểm và nhược điểm cơ bản nói trên, ngày này loại chỉnh lưu nửa sóng chỉ được ứng dụng trong các máy X quang công suất nhỏ, di động hoặc máy X quang răng.
* Chỉnh lưu cao thế một pha cả sóng
Loại chỉnh lưu môt pha cả sóng được ứng dụng nhằm khắc phục những nhược điểm cơ bản của loại chỉnh lưu một pha nửa sóng. Trong loại chỉnh lưu này, cả 2 nửa chu kỳ dương và âm của dòng điện xoay chiều được sử dụng. Nhờ vậy đã tăng đáng kể
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
công suất phát tia X, hiệu suất của khối cao thế và mở rộng phạm vi ứng dụng của các thiết bị.
- Các đặc trưng cơ bản:
+Bóng X quang dẫn dòng cả hai nửa chu kỳ do đó giá trị kVp trong cả hai nửa chu kỳ biến thiên như nhau và trị số sụt áp cũng như nhau. Sự chênh lệch giữa trị số dòng cao thế đỉnh Iđ và trị số dòng cao thế trung bình Itb giảm đi 2 lần so với kiểu chỉnh lưu nửa sóng (Iđ = 1,5Itb). Do vậy, công suất phát tia X tăng, điện thế anode luôn dương so với Cathode nên tránh được nguy cơ hồi tiếp dương về nhiệt do sự bức xạ điện tử thứ cấp gây ra.
+ Hiệu điện thế giữa ruột và vỏ cáp luôn chỉ thấp hơn hoặc bằng một nửa kVp. Nên yêu cầu về độ cách điện đối với cáp cao áp thấp hơn cho phép có thể dùng cáp cao thế nhỏ và dài hơn.
- Ưu điểm của loại chỉnh lưu cao thế một pha cả sóng so với loại nửa sóng: + Công suất phát xạ tia X cao hơn.
+ Hiệu suất sử dụng bóng X quang lớn hơn. - Nhược điểm:
+ Cấu tạo phức tạp hơn.
+ Kích thước và trọng lương lớn hơn + Giá thành cao hơn
- Phạm vi ứng dụng: Do những ưu điểm và nhược điểm cơ bản nói trên, ngày này loại chỉnh lưu nửa sóng chỉ được ứng dụng trong các máy X quang công suất thấp và trung bình. Dòng điện cao thế trong loại chỉnh lưu này có thểđạt tới 500mA và 80kVp.
* Chỉnh lưu cao thế ba pha:
Mạch điện chỉnh lưu cao thế ba pha được ứng dụng để nâng cao công suất phát xạ và rút ngắn thời gian phát xạ tia X xuống còn cỡ ms.
Nhưđã biết, trong nguồn cấp điện 3 pha, điện áp tại các pha biến đồi không đồng bộ. Giả sử trong nửa chu kỳ dương khi điện áp trên A đạt giá trị cực đại thì phải sau đó
Nghiên cứu so sánh các hệ thống X quang hiện nay tại Việt Nam
một thời gian, tương ứng với góa pha bằng 1200, thì điện áp trên pha B mới đạt giá trị lớn nhất, rồi sau đó mới tới điện áp trên pha C. trong nửa chu kỳ âm sự biến đổi điện áp cũng diễn ra tương tự, nhưng lúc này cực tính của điện áp là âm so với điểm trung bình. Do vậy, trong cả chu kỳ sẽ xuất hiện 6 đỉnh điện áp dương hoặc âm mỗi đỉnh cách nhau một pha bằng 600.
2.4. Máy X quang cao tần
Máy X quang cao tần được ra đời để thay thế máy X quang truyền thống. Sự khác nhau cơ bản giữa máy X quang cao tần và máy X quang truyền thống chỉ ở chỗ trong