Về mặt lý thuyết, việc đo độ suy giảm bức xạ được thực hiện tốt nhất với nguồn bức xạ đơn sắc - nguồn bức xạ chỉ bao gồm lượng tử đồng mức năng lượng. Trong thực tế chỉ có chất đồng vị phóng xạ được xem là đáp ứng thuộc tính này. Tuy nhiên không có chất đồng vị nào lại có năng lượng lượng tử đủ cao để thích hợp với việc tạo ảnh trong CT (60-80 keV).
Bởi vậy người ta phải dùng tia X làm nguồn bức xạ trong máy CT. Tuy vậy năng lượng bức xạ từ a-nốt bóng Xquang không phải là đơn sắc, phụ thuộc vào trị số điện áp cao thế kV, nó nằm trong giải từ vài keV tới 100-150 keV. Phổ bức xạ điển hình của bóng X quang dùng trong CT được minh hoạ trên hình 2.29 b và 2.29 c. Khi xuyên qua đối tượng các thành phần khác nhau của phổ năng lượng của chùm tia sẽ suy giảm với những mức độ khác nhau, vì vậy định luật về sự suy giảm biểu diễn trong phương trình đơn giản (1.1) chỉ có thể áp dụng cho các thành phần cá biệt. Trên thực tế, đối với vật chất đồng nhất ta có phương trình :
𝐽 = ∫ 𝐽0(𝐸). 𝑒−𝜇(𝐸)𝑥𝑑𝐸(2.1)
Với các vật chất không đồng nhất ta lại có phương trình:
𝐽 = ∫ 𝐽0(𝐸). 𝑒− ∫(𝑥,𝐸)𝑑𝑥𝑑𝐸(2.2)
Trong đó:
Jo và phụ thuộc vào năng lượng lượng tử (E) và còn phụ thuộc vào vị trí (x) dọc theo chùm tia.
Trong các phương trình trên chưa tính đến một tham số nữa: độ nhậy của hệ thống cảm biến cũng thay đổi theo thành phần của phổ.
50
Hình 2. 29 Hệ số suy giảm bằng nhau khi tia X là đơn sắc (a) hoặc khi có dùng thêm phụ kiện để làm đồng đều khoảng cách truyền tia (c). Hệ số suy giảm thay
đổi khi phổ tia X rộng và đường truyền khác nhau (b).
Thành phần năng lượng của chùm tia sau khi xuyên qua một đối tượng với loại vật chất đã biết ví dụ như nước, sẽ phụ thuộc vào bề dày của đối tượng (hình 2.29 b). Nói cách khác hệ số suy giảm tuyến tính xác định bởi công thức (2.1) đối với vật chất
cùng loại sẽ giảm khi bề dầy của đối tượng tăng. Những thành phần bức xạ mềm- năng lượng thấp sẽ bị suy giảm nhiều hơn so với những thành phần cứng – năng lượng cao. Bởi vậy năng lượng trung bình của phổ bức xạ sẽ di dịch về phía mức năng lượng cao hơn sau khi đi xuyên qua môi trường suy giảm. Quá trình này (dịch mức năng lượng) gọi là quá trình làm cứng tia.
Do hiệu ứng làm cứng tia bức xạ khiến cho kết quả đo độ suy giảm bị sai lệch cho dù đối tượng là loại vật chất đồng nhất, ví dụ đối tượng có dạng hình e-lip thì số đo tương ứng với phép chiếu theo chiều trục nhỏ sẽ khác với số đo theo chiều trục lớn. Do vậy cần phải hiệu chỉnh chúng bởi các biện pháp trước khi tạo ảnh.
Ban đầu các nhà sản suất sử dụng những phương tiện lọc thích hợp, lọc bớt các bức xạ mềm và sử dụng các phương pháp bù sai lệch bằng cách đưa đối tượng vào môi trường có thuộc tính tương tự như đối tượng. Do cả hai phương pháp trên đều có nhiều hạn chế, người ta chuyển sang dùng phương pháp hiệu chỉnh hiệu ứng cứng tia bằng cách hiệu chỉnh tín hiệu chỉ thuần tuý dùng phép tính toán, mặc dù có phải tăng
51
chi phí cho các mạch điện tử đo lường do giải tín hiệu tại cảm biến lúc này rất rộng [3].