CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

BÁO CÁO CUỐI KÌ MƠN HỌC:
CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I

ĐỀ TÀI:X-QUANG
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:T.s NGUYỄN THÁI HÀ
SINH VIÊN THỰC HIỆN

:NGUYỄN DUY KHÁNH
MSSV:20121909

HÀ N ỘI , 1/2016


Mục lục
I.Giới thiệu..............................................................................................................................................1
II.Hệ số suy giảm tuyến tính của tia X...................................................................................................2
III.Các yếu tố xác định chất lượng hình ảnh..........................................................................................5
1.Tương phản.....................................................................................................................................5
2.Tăng cường độ tương phản............................................................................................................6
3.Giảm tán xạ.....................................................................................................................................7
4.Nhiễu đầu dò và liều bệnh nhân....................................................................................................8
5 Độ phân giải không gian.................................................................................................................8
IV.Thiết bị X-quang.................................................................................................................................9
1.Ống tia X........................................................................................................................................10
2.Hoạt động của ống tia X và đánh giá............................................................................................11
3.Phổ tia X........................................................................................................................................12
4.Đầu dò photon..............................................................................................................................13
5.Phim ảnh.......................................................................................................................................14

6.Đặc điểm phim..............................................................................................................................14
7.Màn tăng sáng..............................................................................................................................15
8.Đầu dò điện tử..............................................................................................................................16
9.Đầu dị ion(khí).............................................................................................................................17
10.Đầu dị nhấp nháy.......................................................................................................................19


Trong khi đang tiến hành thí nghiệm với dịng đi ện ch ạy qua ống tia ca-t ốt
bằng thủy tinh, Roentgen đã phát hiện ra một mảnh barium
platinocyanide(BaPt(CN)4) vẫn đang phát sang mặc dù đã được b ọc b ằng bìa
cứng và nằm ở tận đầu bên kia của căn phịng.Ơng đưa ra giả thuy ết rằng
phải có một loại bức xạ nào đó đang chiếu ngang qua phịng.Khi đó Roentgen
đã khơng hiểu được hồn tồn phát hiện của mình,vì v ậy ơng đ ặt tên cho lo ại
tia đó là tia X-một ẩn số chưa được giải đáp của tự nhiên.
I.Giới thiệu
Ảnh X-quang phụ thuộc vào sự hấp thụ của mô sinh h ọc đ ối v ới tia X.N ếu
một chùm tia X được chiếu vào cơ thể con người,một phần nhỏ sẽ đi qua mà
không tương tác.Phần lớn sẽ tương tác với các mô trong mô tả của chương
2.Khi chùm tia đi vào cơ thể,sự hấp thụ tia của xương là l ớn nhiều gấp 5 l ần
so với mô mềm.Ảnh X-quang được tạo ra do sự khác nhau số photon sau khi
qua cơ thể tác dụng vào phim.Tia X làm đen phim ảnh,chỗ có nhi ều tia X có
màu đen,chỗ ít tia X đến có màu sáng hơn.Ngoài các tia X đi th ẳng tr ực ti ếp
đến được phim còn các tia X thứ cấp,những tia này làm mờ phim làm gi ảm đ ộ
sắc nét của phim.
Trong y tế,tạo ảnh X-quang thường được sử dụng tia X có năng l ượng từ
20-150 keV.Mức năng lượng này là cao so với năng lượng liên k ết ngun tử và
do đó các q trình tương tác như hiệu ứng compton và hi ệu ứng quang đi ện
hiệu và ion hóa với năng lượng động năng lớn vào các mơ xung quanh do đó
tạo ra liều trong bệnh nhân trong mô tả phần 3.3.Liều bức xạ của cả bênh
nhân và nhân viên y tế phải được giữ ở mức tối thiểu,điều này được quy ết

định dựa trên thiết bị và các thủ tục quy trình chụp X-quang trong máy Xquang.
Một kế hoạch chụp X-quang lý tưởng thì các tia tán x ạ và tia X-m ềm ph ải
được loại bỏ chỉ giữ lại các tia X-cứng.Các tia X được xương hấp thụ
nhiều,khơng như các mơ mềm,ít hấp thụ tia X.

Page 1


Hình 1.Ảnh X-quang

Hình 2.Mơ hình chụp X-quang cổ điển

Ngồi ra,có chụp X-quang 2D và chụp X-quang 3D.Đi ều này r ất có ý
nghĩa.Những vấn đề đặt ra là số lượng thơng tin chẩn đốn có th ể thu th ập
được mà bên cạnh đó liều lượng bức xạ là tối thiểu.Trong suốt q trình hàng
trăm năm của nó,kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ đã được phát minh b ởi các nhà
khoa học và các bác sĩ để cải thiện khả năng chẩn đốn.Tia X hấp th ụ thu ốc
nhuộm có thể được sử dụng để cải thiện khả năng hiển của các c ơ quan đ ặc
biệt hoặc các mạch máu.Kỹ thuật này là gọi chụp động mạch.
Trong chương này,chúng ta xem xét các tính năng ch ụp X-quang hi ện nay ở
mức độ giới thiệu và giải tích về cơ chế tương tác và phối hợp v ới các kỹ
thuật lựa chọn thực tế được thực hiện trong lâm sàng :

Page 2


 Phần II cung cấp về cơ chế phát xạ tia X và hệ số suy gi ảm của nó trong
vật chất.
 Phần III cung cấp thông tin về các yếu tố làm thay đổi ch ất l ượng hình
ảnh và cung cấp một định nghĩa về sự tương phản để áp dụng cho vi ệc

tạo ảnh.
 Phần IV mô tả các yếu tố vật lý chính liên quan đến X-ray và đầu dị
 Phần V mơ tả các máy chụp CT hiện đại
II.Hệ số suy giảm tuyến tính của tia X
Tia X có bước sóng tương đối ngắn,chúng có th ể tán x ạ,ph ản x ạ và b ị h ấp
thụ diễn ra bên trong bệnh nhân mà chúng ta không can thi ệp được.Một trong
những chùm tia chiếu lên bệnh nhân là chùm tia trực ti ếp chi ếu vào b ệnh
nhân,là chùm tia sơ cấp nghĩa là chúng không phải chùm tia ph ản xạ hay tán
xạ,và những chùm tia này là chùm tia cứng.Hệ s ố suy giảm của chùm tia là
µ,giá trị của µ phụ thuộc và thay đổi vào từng loại mô.Dựa vào đặc tính đó
người ta tạo ảnh X-quang.

Hình 3. Sự biến động của hệ số suy giảm tuyến tính với năng lượng photon.
Trong X-quang thường quy thì việc tạo ảnh được tạo ra ch ỉ b ằng các
photon sơ cấp đi thẳng từ nguồn đến bệnh nhân mà không qua bất kì quá
trình tán xạ hay phản xạ nào,những tia này đi vào bệnh nhân và b ị hấp th ụ
phản xạ tán xạ trong các mô và đi xuyên qua bệnh nhân tác dụng lên phim.H ệ
số hấp thụ của mơ gọi là µ.Các giá trị này sẽ thay đổi tùy thu ộc vào mô c ơ,máu
hay xương.Cường độ chùm tia X suy giảm dọc trên đường đi của nó,và được
liên hệ với công thức sau:

Page 3


Trong đó trong đó µ (X, Y, Z) là giá trị của hệ số suy giảm tuyến tính của các
tế bào thứ n,dx là độ sâu của đối tượng xem xét.In là cường độ chùm tia sau
khi đi qua dx

Hình 4.Sự suy giảm của tia X
Những tia X không bị hấp thụ xuyên qua c ơ thể bệnh nhân và tác d ụng lên

phim.Ở xương hấp thụ nhiều tia X,các mơ mềm bị xun qua nhi ều hơn do đó
các tia X tác dụng lên phim đặt sau bệnh nhân bị tác dụng tương ứng,ch ỗ b ị
xương chắn có ít tia X chỗ có mơ mềm có nhiều tia X,khi rửa phim thì ch ỗ
phim bị xương chắn có màu trắng và chỗ mơ mềm có màu tối(màu đen).Ranh
giới giữa 2 vùng được gọi là độ sắc nét của phim.Cái này dựa vào ch ất l ượng
của tia X,tia X cứng hạn chế được các tia phản xạ,tán xạ vùng ranh gi ới rõ
nét,dễ dàng phân biệt được,ngược lai tia X mềm có chứa nhiều tia phản xạ,tán
xạ thì bị nhòe chỗ tiếp giáp ranh giới giữa 2 vùng

Page 4


Hình 5.Hệ số suy giảm của một số mơ

III.Các yếu tố xác định chất lượng hình ảnh
Tất cả các hình ảnh giải phẫu y tế được thực hi ện v ới mục đích phát hi ện
bất thường về giải phẫu do chấn thương hoặc bệnh tật.Các bác sĩ ch ẩn đốn
X-quang,cơng việc của họ là kiểm tra và báo cáo về ảnh X-quang y tế đ ể có th ể
phát hiện những thay đổi rất tinh tế ở các mức độ và đưa ra chẩn đoán,những
thay đổi này phản ánh thực tế của giải phẫu bệnh lý hoặc đơn gi ản h ơn là
thao tác chụp phim ảnh.Với phạm vi của giải phẫu bình thường viêc nhìn
nhận nắm bắt các biểu hiện bên trong cơ th ể là không th ể,do đó người ta s ử
dụng tia X để chụp chiếu tái tạo hỉnh ảnh bên trong cơ thể.Chất lượng của
hình ảnh tốt giúp kiểm sốt và thực hành lâm sàng.Trong cơng nghệ ch ụp ảnh
X-quang có hạn chế kiểm soát liều bức xạ cho cả bệnh nhân và nhân viên y t ế
và phải được biết một cách chính xác và ki ểm sốt.Tất cả các hình ảnh y t ế
bao gồm cả ảnh X-quang được đánh giá bằng 3 đại lượng:độ tương phản,độ
phân giải không gian và sự phát sinh liều trên bệnh nhân.Ngoài ra các v ấn đ ề
về liều lượng bưc xạ không được áp dụng cho MRI hay siêu âm.
1.Tương phản

Đây là một yếu tố về chất lượng ảnh quen thuộc.Một bức ảnh có độ tương
phản cao do được thu trong điều kiện ánh sáng tốt,các đối tượng nổi bật và
xác định được gianh giới giữa đối tượng với nền.Trong đi ều ki ện ánh sáng
kém hoặc tệ hơn khi trời mưa hoặc sương mù đối tượng không được rõ nét và
không xác định gianh giới giữa đối tượng và nền làm ảnh bị mờ đi.Chúng tôi

Page 5


xác định độ tương phản về mặt thay đổi cường độ chùm tia vào một đối
tượng. Chúng được mô tả bởi hình vẽ và cơng thức dưới đây:

Hình 6.Mơ hình xác định độ tương phản

Trong đó C là độ tương phản,I1,I2 là cường độ chùm tia ở 2 vị trí cạnh nhau
Chúng tơi có thể sử dụng định nghĩa này đ ể ước tính s ự suy gi ảm h ệ s ố
dẫn truyền đến các đối tượng và có thể nhìn thấy được từ ảnh X-quang.Đ ộ
tương phản gồm có 2 điều kiện phát sinh là dịng tia chính là P và dịng tia
phản xạ là S.Chúng tơi có cơng thức:

Chúng tơi có thể thể hiện mối liên hệ của h ệ s ố suy gi ảm và đ ộ dày c ủa
mơ trong chùm tia chính được thể hiện qua cơng thức:

Trong đó N là số photon trên 1 đ ơn vị di ện tích.Khi chúng tơi đ ặt các bi ểu
thức của P vào công thức độ tương phản ta có:

Page 6


Chúng tơi đã tính tỉ lệ trung bình của sự tán xạ cho tia s ơ c ấp.Chúng tôi đã

bỏ qua sự ảnh hưởng của tán xạ bởi vì nó rất khó khăn đ ể tính tốn m ột cách
chính xác
2.Tăng cường độ tương phản
Bảng 4.1 cho thấy rằng có sự khác bi ệt trong h ệ s ố suy gi ảm gi ữa các lo ại
mô mềm,tuy nhiên giữa một số loại mô sự khác bi ệt này là nh ỏ dẫn đ ến sẽ
khó quan sát,phân biệt được khi lên ảnh.Vì vậy ta làm tăng đ ộ tương ph ản
bằng cách sử dụng thuốc nhuộm,trong một số trường hợp là chọn một Xquang có bước sóng đặc biệt
Trong phần 2.3 chúng tôi cho thấy rằng hệ s ố hấp th ụ quang đi ện c ủa tia
X tăng đáng kể theo số hiệu nguyên tử Z.Bảng 4.1 cho th ấy rằng s ố hi ệu
nguyên tử có hiệu quả cho tất cả các mô mềm là khoảng 7.N ếu m ột cơ quan
hay khu vực của cơ thể được nhuộm màu với một lượng nhỏ của nguyên tố
nặng,hệ số suy giảm có thể được tăng lên đáng k ể như là kết qu ả c ủa hi ệu
ứng quang điện
Một ví dụ của việc này là tiêm i-ot vào trong máu tr ước khi ti ến hành ch ụp
ảnh X-quang.I-ot làm tăng hệ số suy giảm của máu đối v ới môi tr ường xung
quanh là mô mềm để các mạch máu nhỏ dưới 1mm có th ể chụp ảnh được.I-ot
có số hiệu nguyên tử là 53 trong khi số hiệu ngun tử trung bình cho các mơ
mềm và máu là khoảng 7.Chúng ta có thể kết hợp các con số trong bảng 4.1
với biểu thức đơn giản của C để có một thước đo về hiệu quả của i-ot.
3.Giảm tán xạ
Những hình ảnh được tạo thành từ bức xạ sơ cấp từ ống phát tia x theo
một đường thẳng từ ống tia X thông qua bệnh nhân đến đầu dò.Nh ững tia s ơ
cấp là rất quan trọng tạo nên ảnh X-quang và ngược lại những tia tán x ạ sinh
ra trong quá trình truyền tia gây nhiễu cho ảnh X-quang.Phương pháp giảm tia
tán xạ là khai thác về lợi ích về hình học của đường đi khác nhau gi ữa tia s ơ
cấp và tia tán xạ.Hình 4.6 minh họa cách thức làm giảm hồn tồn tia tán x ạ.

Page 7

Hình 7.Phương pháp giảm tán xạ
Bắt đầu từ những ống tia X,collimator được sử dụng để hạn chế góc lây
lan của chùm tia và do đó khu vực được chụp chiếu là duy nhất đ ược tia X
hướng đến.Và quá trình này phát sinh tia tán xạ.
Trong một số trường hợp,các vùng của cơ thể có th ể bị biến dang đ ể gi ảm
chiều dài đường đi của tia X trong khu vực quan tâm và vì th ế có th ể gi ảm
được tia tán xạ.Đây là một tiêu chuẩn trong kỹ thuật chụp nhũ ảnh.
Nếu khoảng cách giữa bênh nhân và detector tăng lên,b ức x ạ tán x ạ gi ảm
so với các bức xạ sơ cấp.
Cuối cùng bằng cách sử dụng màn chống tán xạ được đ ặt tr ực ti ếp ở phía
trước phim,các tia tán xạ được giữ lại.Màn chống tán xạ bao gồm các lá chì
mỏng ghép cạnh nhau cho phép các tia s ơ cấp có đường đi th ẳng v ượt qua các
tia tán xạ có đường đi chéo khơng đi qua được bị chặn lại b ởi tấm chì.Tuy
nhiên làm giảm cường độ chùm tia,do đó người ta tăng cường độ chùm tia lên
để đạt được cường độ chùm tới bệnh nhân cho phù hợp.
4.Nhiễu đầu dò và liều bệnh nhân
Để có một ảnh X-quang tốt thì có độ tương phản cao và đ ể đ ạt được đ ộ
tương phản cao thì số lượng các photon đi qua bệnh nhân phải đạt được m ức
độ nhất định.Bất kì đầu dị photon có thể là film,thi ết bị đi ện tử thì đều ch ỉ có
phần nhỏ photon đi qua nó.Ngồi ra bất kì đầu dị được gi ới thi ệu cũng không
thể tránh khỏi sai số ngẫu nhiên hoặc nhiễu chèn vào ảnh.Ta ch ỉ có th ể gi ảm
nó xuống tối thiểu tới mức gọi là có thể chấp nhận được và đảm bảo có một
số lượng photon đủ để ghi lại được bất kì nơi nào trong ảnh.Trong phạm vi
hay tổ chức cơ thể nhỏ xuất hiện điểm bất thường nhiều là không thể chấp
nhận được.Về nguyên tắc,có thể tăng số lượng bức xạ được sử dụng có thể
Page 8


loại bỏ các vấn đề về nhiễu.Tuy nhiên việc làm này là khơng kh ả thi vì các
mối nguy hiểm sinh học kết hợp với sự ion hóa bức xạ

Liều bức xạ tới bênh nhân là một yếu tố quan tr ọng.Phóng x ạ ion hóa
được sử dụng chia ra làm các giai đoạn,tất cả đều được tuân th ủ theo nguyên
tắc ALARA.Trong một giả thiết lý tưởng thì các tia phóng xạ ch ỉ được s ử dụng
vừa đủ để giải quyết vấn đề nhiễu và thể hiện các tính năng ảnh X-quang c ần
thiết ở một mức độ được u cầu.
Chúng ta có thể sử dụng một mơ hình để kết nối các đại l ượng như đ ộ
tương phản,độ nhạy đầu dị,độ phân giải khơng gian và liều lượng phóng xạ
để có thể giảm nhiễu một cách tốt nhất.Chúng tơi sẽ tính tốn s ố photon c ần
thiết để có được các dữ liệu cần thiết từ ảnh.Điều đó có nghĩa r ằng n ếu
chúng tơi phát hiện Nd số photon thì sau đó sẽ có m ột kho ảng dao đ ộng s ố
photon là Nd+_căn Nd phát sinh.Số liệu hoàn toàn được thu thập qua s ố li ệu
thống kê trong các quá trình ngẫu nhiên.Vậy chúng tơi có th ể gi ảm nhi ễu
trong ảnh từ việc kiểm sốt sự dao động số photon.Có thể là sử dụng ngu ồn
tốt,góc chiếu.
5 Độ phân giải không gian
Vấn đề đặt ra làm thế nào để một đối tượng có thể nhìn th ấy đ ược ho ặc
giải quyết một vấn đề quan trọng trong tất cả hệ thống ảnh.Hầu h ết các bác
sĩ sẽ có kinh nghiệm bằng mắt để chẩn đoán.
Một trong các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh đó chính là đ ộ
phân giải không gian.Vậy,độ phân giải không gian là kích thước nh ỏ nh ất mà
có thể nhìn thấy được rõ ràng của đối tượng.Nó phụ thu ộc vào nhiều y ếu tố
như việc chọn tiêu điểm,độ tán xạ,hệ số suy giảm môi trường và nhiễu phát
ra từ bất cứ nguồn nào.Ảnh phim được rửa bằng kĩ thuật riêng mà khơng làm
giảm độ phân giải vì kích thước và đóng gói của các hạt AgBr là r ất t ốt và
không bị các yếu tố khác chi phối.Tuy nhiên người ta s ử dụng các màng
khuếch đại hoặc đầu dò điện tử để thay thế cho phương pháp phim.
Màng khuếch đại minh họa trong hình 4.13 làm tăng đ ộ nhạy cảm lên
khoảng 100 đến 1000 lần và do đó giảm đáng kể kiều lượng phóng x ạ lên
bệnh nhân.Điều này xuất phát từ việc giảm chi phí cho vi ệc tăng đ ộ phân gi ải
khơng gian,đó là kết quả của sự lây lan các photon sáng bên trong màn hình

trước khi nó tác động vào phim..Đầu dị điện tử dùng trong X-quang hoặc CT
bao gồm nhiều phần rời rạc,mỗi phần có kích thước hữu hạn,mỗi phần tử ghi
lại các photon đến trong khu vực của nó.Độ phân gi ải không gian được gi ới
hạn xấp xỉ là kích thước vật lí của 1 phần tử đầu dị.Rõ ràng là các hạt vi mô
Page 9


AgBr trong phim ảnh là nhỏ hơn rất nhiều so với các máy dò đi ện tử hi ện đ ại
nhất.

Hình 8.Mơ hình xác định độ phân giải khơng gian
Độ phân giải không gian,cả trong nhiếp ảnh và trong ảnh y tế được xác đinh là
khả năng nhìn rõ của hệ thống ảnh đế một vật th ể hoặc mô hình.Đi ều này
giống như việc kiểm tra thị lực của mắt của các chuyên gia nhãn khoa.
IV.Thiết bị X-quang
Chúng tôi đã chỉ ra những tài liệu r ất l ớn liên quan đ ến t ất c ả các khía
cạnh của X-quang chẩn đoán.Phần lớn lượng kiến thức này tập trung vào các
thiết bị X-quang.Trong phần tiếp theo ta sẽ đi tìm hi ểu về máy phát đi ện và
thiết bị đầu dị.Mục đích là làm nổi bật các ngun tắc vật lý chính và những
hạn chế về kỹ thuật trong đó nhấn mạnh đặc biệt về những vẫn đề đụng
chạm đến 3 điểm chính là độ phân giải khơng gian độ tương phản của ảnh và
liều bệnh nhân

1.Ống tia X
Các ống tia X-quang hiện đại có thể tạo ra m ột chùm tia có c ường đ ộ l ớn
sử dụng nguyên tắc mà Roentgen sử dụng năm 1895.Động năng của electron
tăng tốc được chuyển thành nhiệt năng và một phổ rộng những tia X.Các
nguyên lý được sử dụng để chuyển thành các photon ánh sáng có th ể nhìn
thấy trên màn hình của TV lớn hơn,máy tính để bàn và máy hi ện sóng.Chúng
là cực âm của ống tia .

Page 10


Hình 9.Cấu tạo ống tia
Trong một ống X-quang y tế điển hình,đi ện áp tăng hoặc đ ược đ ặt ở 30150 kV để electron có được một động năng 30-150 kV để bắn phá vào bia
anode.Thơng thường,dịng điện tử sẽ nằm trong khoảng 10-100 mA và do đó
năng lượng điện tử tiêu thụ của ống vào khoảng 10kW.Các electron được cung
cấp năng lượng tương tác rất mạnh với các nguyên tử bia và đâm xuyên vào
trong vòng 1 vài mm của bia.Phần lớn năng lượng của các tia X chuy ển thành
nhiệt năng và được truyền vào tấm bia.Chỉ có khoảng 1% năng lượng của
điện tử được chuyển hóa thành bức xạ tia X thốt ra khỏi ống.Nếu khơng có
biện pháp phịng ngừa đặc biệt,các chùm tia electron làm h ỏng tấm bia,khoan
thủng tấm bia.Như vậy vấn đề đặt ra là các nhà thi ết kế chế tạo ống tia X đ ối
phó với năng lượng 10kW tác dụng vào một khối lượng rất nhỏ anode.
Vấn đề chóng nóng cho anode được sử dụng 4 cách.Các chùm tia electron
hình thành theo định hướng đi xuyên tâm đối với đĩa anode.Anode được ch ế
tạo thực hiện xoay ở tốc độ cao thưởng 2000 đến 3000 vòng 1 phút dưới tác
động của chùm tia.Năng lượng chùm tia đi qua 1 đơn v ị di ện tích nh ỏ v ẫn
được đảm bảo và giảm độ nóng cho tấm bia,và giảm sự mài mòn do tấm bia
quay tròn đều.Các kim loại được sử dụng làm bia vonfram và rutheni.Cu ối
cùng nhiều ống tia hiện đại dạng xung và các tia X-quang ch ỉ được phép có s ố
lương nhất định trước khi cảm biến nhiệt phát hiện nhiệt độ tăng của anode
và tự động tắt máy để anode trở về nguội lạnh trước khi bắt đầu 1 lần
nữa.Làm lạnh anode còn được thực hiện bằng nước hoặc dầu lưu thông trong
ống.
Page 11


Độ phân giải cao trong chụp X-quang đòi h ỏi ngu ồn phát tia X nh ỏ đ ường

kính tập trung.Mặc dù các chùm tia điện tử cùng trải ra 1 dòng ,do ống phát tia
X định hướng bằng 1 cửa sổ và bộ chuẩn trực chùm tia hay còn gọi là
collimator.Do đó số tia X tác dụng hiệu quả lên 1 đơn v ị di ện tích nh ỏ,đ ộ tập
trung cao.Với việc sử dụng như vậy,bề mặt bia anode bị xói mịn và bị nhắm
do sự bắn phá của các tia X.Kích thước và sự ổn định của chùm tia ảnh h ưởng
đến độ phân giải.Tăng kích thước tiêu cự vùng bán dạ tăng lên làm gi ảm độ
sắc nét làm giảm độ tương phản.Trong các ứng dụng sàng lọc ch ẳng h ạn nh ư
chụp nhũ ảnh thường xuyên kiểm tra để duy trì sự ổn định và tập trung đ ể
hình ảnh thu được khơng bị sai lệch.

Hình 10.Ảnh hưởng của chùm tia X tới độ sắc nét của ảnh
2.Hoạt động của ống tia X và đánh giá.
Các ứng dụng của ống tia X trên phạm vi r ất r ộng đòi h ỏi thi ết k ế các ống
hàng loạt để cung cấp thỏa mãn các yêu cầu về sản l ượng đi ện,đ ỉnh năng
lượng tia X và đặc điểm hoạt động.Như vậy trong chụp CT với năng lượng
tương đối cao,độ rộng của góc chùm tia hình nêm được yêu cầu từ ống tia là
quay cơ học với tốc độ cao trong giàn máy quét để thực hi ện chụp cắt l ớp.Các
chuyển động cơ học thường gây ra lực ma sát làm nóng nên sử dụng n ước
hoặc dầu làm mát và đòi hỏi sự sắp xếp vịng trượt đặc biệt.Cơng suất đầu ra
cao đòi hỏi việc sử dụng 1 anode quay,sử dụng trong hoạt động xung.Trong Xquang răng thì anode khơng cần quay vì mức năng lượng được sử dụng là th ấp
và được làm mát bằng nước hoặc khơng khí sẽ là đơn giản hơn nhiều.
Công suất bức xạ của một ống tia X rõ ràng ph ụ thu ộc vào năng l ượng
điện mà nó tiêu thụ và ống được nhà sản xuất đánh giá mô tả về năng l ượng
điện hơn là về photon.Năng lượng của chùm tia điện tử là khả năng chuy ển
đổi sang nhiệt,phá hủy các cực dương và gây ion hóa khơng khí.Vì v ậy các ống
tia X này đều có điều kiện vận hành an toàn.Các ống được đánh trong các đ ơn
Page 12


vị nhiệt HU.Vì vậy một ống chụp X-quang tiêu chuẩn có th ể được đưa ra mức

chịu nhiệt anode là 150000HU và của ống là 100000HU.Ngồi ống thì sẽ đ ược
thực hiện làm mát xuống một nhiệt độ hoạt động bình thường sau m ột phiên
hoạt động.
Phương pháp chụp ảnh phóng xạ khác nhau đã đúc kết được kinh nghi ệm
là tốt nhất nên thực hiện với sự kết hợp đặc biệt về kích c ỡ tiêu đi ểm,dịng
điện,điện áp và thời gian phát tia.Sự lựa chọn cụ th ể của thi ết l ập này sẽ được
điều chỉnh bởi hệ số suy giảm tổng thể cho giải phẫu,các loại phim được sử
dụng,và cuối cùng là liều bệnh nhân được khuyến cáo khuyên dùng.
3.Phổ tia X.
Khi các electron vận tốc cao bắn vào vào bia và truy ền năng l ượng cho
bia.Hầu hết năng lượng của chùm tia chuyển hóa thành nhiệt năng ch ỉ có
khoảng 1% được chuyển hóa thành tia X.Quang phổ của chùm tia X cho th ấy
đặc trưng của kim loại làm anode.
Tia X có năng lượng thấp dưới 10keV được gọi là tia X mềm và nó khơng có
giá trị trong việc tạo ảnh và các tia này bị hấp thụ vào các mô thông qua hi ệu
ứng quang điện.Những tia X mềm được loại bỏ bằng tấm lọc nhôm hoặc bằng
1 lá đồng mỏng.
Quang phổ của tia X cũng thay đổi khi đi qua b ệnh nhân.Các tia m ềm đ ược
loại bỏ và chùm tia được làm cứng,Chùm tia được làm cứng có khả năng đâm
xuyên tốt,chất lượng chùm tia tốt cho ảnh được sắc nét đặc biệt được chú ý
trong chụp CT.
Phổ của bức xạ tia X gồm có 2 loại phổ là phổ đăc trưng và ph ổ c ủa b ức x ạ
hãm.Bức xạ đặc trưng có các mức năng lượng cố định và rời rạc thành ph ổ
năng lượng rời rạc.Các mức năng lượng rời rạc của bức xạ đặc trưng là đặc
trưng độ chênh lệch giữa năng lượng liên kết electron của một nguyên tố cụ
thể.Phổ của bức xạ hãm có một dải năng lượng từ cực đại về 0 tạo thành 1
dải liên tục. Bức xạ tia X đặc trưng của stungten ở mức K có đủ năng l ượng
cho mục đích chẩn đốn và có mức năng lượng là 69.5 keV.Còn ở ph ổ b ức x ạ
hãm,ở mức năng lượng 1/3 năng lượng cực đại,số lượng tia X là lớn nhất.

Page 13


Hình 11.Phổ tia X
Các yếu tố ảnh hưởng đến phổ bức xạ tia X là dòng anode đi ện áp c ủa
bóng bộ lọc vật liệu làm tấm bia và dạng sóng đi ện áp.Dịng anode,d ạng sóng
điện áp bộ lọc làm ảnh hưởng đến biên độ của phổ,điện áp của bóng ảnh
hưởng đến cả biên độ và vị trí của phổ,vật liệu của tấm bia làm ảnh hưởng
đến biên độ của phổ và vị trí của bức xạ đặc trưng.
4.Đầu dò photon.
Vấn đề phát hiện tia X của khoa học y tế và vật lý h ạt nhân là r ất quan
trọng.Việc phát hiện ra các tia X là rất quan tr ọng đòi h ỏi đầu dò rất nh ạy,có
khả năng phát hiện tia X cực tốt.Vì mật độ tia X có th ể nh ỏ hoặc tùy theo,Vì
vậy đầu dị cần phát hiện được hết để có thể đủ để tái tạo hình ảnh và li ều
bức xạ đến bệnh nhân là nhỏ nhất đồng thời làm tối đa độ phân giải khơng
gian của ảnh.Và điều đó thúc đẩy cơng nghệ sản xuất các đầu dị.
Đa số các hình ảnh X-quang vẫn được ghi l ại trên phim.Ch ụp X-quang s ố
và CT ,cả 2 kĩ thuật này đều sử dụng đầu dò điện tử được lưu trữ trong máy
tính và sau đó dựng ảnh 2 chiều theo yêu cầu.Tạo ảnh bằng vi ệc phát x ạ tia
gamma cũng tương tự với X-quang số ,cũng dùng đầu dò để thu nhận
photon.Năng lượng tia gamma cao gấp 2 đến 20 lần so với X-quang thong
thường.
Yêu cầu của đầu dị trong X-quang là phát hi ện được chính xác t ối đa các
photon,theo dõi đo lường được để có biện pháp xử lí kịp thời đảm b ảo ch ất
lượng cũng như độ an tồn.
Tất cả các đầu dị được khai thác hi ệu ứng quang đi ện là c ơ ch ế chính đ ể
tương tác giữa các photon và đầu dò.Nhiều cách như kết hợp chuy ển đổi năng
Page 14

lượng và khuếch đại,theo đó 1 photon đơn có năng lượng cao được sản xu ất
bởi các photon có năng lượng thấp để có thể ghi lại với hiệu quả cao hơn.
5.Phim ảnh
Các phim ảnh được chụp mặc dù dường như là khá đ ơn giản và quen
thuộc nhưng thực sự là 1 cấu trúc khá tinh vi,sử dụng khoảng 1/3 ngu ồn cung
cấp các kim loại đắt tiền,bạc trên thế giới.Do chi phí của bạc và các kim lo ại
đắt tiền là tốn kém kèm theo là nó khơng tương thích v ới ph ương pháp ch ụp
ảnh X-quang số nên khuyến khích mạnh mẽ cho việc nghiên cứu và phát tri ển
trong lĩnh vực đầu dò điện tử.
Các phân tử bạc halogen,được cố định trong phim b ằng keo gelatin
mỏng,bị oxy hóa khi tiếp xúc với bất kì photon có năng lượng l ớn h ơn năng
lượng ion hóa khoảng 0.5 eV.Sự phát tri ển của hóa học làm cho phim ti ếp xúc
với những chất kết tủa các hạt bạc tốt làm cho chúng trong su ốt v ới ánh sáng
nhìn thấy.
Băng cassette được hiện đại hóa tích h ợp m ột s ố cơng ngh ệ nh ằm t ối đa
hóa độ nhạy,giảm phân tán và cải thiện độ phân giải khơng gian.Cu ối cùng nó
là mật độ và chất lượng tia X quyết định chất lượng của ảnh,nó phụ thuộc vào
các thơng số kV,mAs,độ dày bệnh nhân,các loại phim và cách th ức phim được
xử lí.
6.Đặc điểm phim
Khu vực mà sự hấp thụ của bệnh nhân cao như là xương tạo màu nh ạt ít
làm đen phim ảnh và giá trị của D nhỏ,(D là mật độ quang học).Trong th ời gian
tiếp xúc số lượng và chất lượng của tia X đi qua phim sẽ quy ết đ ịnh s ố h ạt b ị
ảnh hưởng.Sự phụ thuộc vào số lượng và chất lượng chùm tia ở 2 khu vực của
phim một lần nữa phụ thuộc vào kV và mAs và được cài đặt trước khi s ử dụng
ống X-quang.

Page 15

Hình 12.Đặc điểm phim điển hình

Hình 13.Ảnh hưởng của độ tương phản.
7.Màn tăng sáng
Màn hình tăng sáng làm tăng hi ệu quả tổng th ể cho phim.M ột màn hình
khuếch đại bao gồm một lớp mỏng hóa chất nguyên tố barium titanate,kẽm
sunphua,cesium iot hay gadolinium oxisulphide.Nhiệm vụ làm chuy ển đổi
năng lượng photon.
Khi photon đơn được hấp thụ bởi nguyên tử nặng đó là r ơi vào tr ạng thái
khơng ổn địnhvà làm bứt ra một electron.Các nguyên tử này phát ra một năng
lượng thấp, phức tạp hơn quang phổ của photon nhìn thấy.Nếu ánh sáng nhìn
thấy được phát ra trong một thời gian ngắn thì các chất này g ọi là huỳnh
quang,nếu phát xạ ánh sáng bị trì hỗn thì chất đó gọi là lân quang.
Page 16


Các hợp chất nguyên tố nặng đặc biệt được lựa chọn vì chúng có tr ạng
thái nghỉ liên quan đến sự kết hợp phức tạp của năng lượng thấp,bước nhảy
điện tử ngắn.Mỗi bước nhảy nhỏ làm phát xạ photon vì vậy mà trong m ột
màn hình được thiết kế tốt thì 1 tia X bắn vào tạo ra 100 đến 1000 photon
năng lượng thấp 2-3 eV(photon ánh sáng màu xanh).Những hạt photon có kh ả
năng làm thay đổi tính chất hóa học của bạc halogenua và tác dụng lên màn
hình khếch đại.
Photon thứ cấp thoát ra từ lớp khuếch đại là đẳng hướng và do đó d ẫn
đến làm mờ phim gây nhiễu ngay khi có cả khuếch đại và l ớp nhũ ảnh được
ép lại gần nhau.Độ nhạy của phim hay tốc độ độc lập phụ thu ộc vào có bao
nhiêu photon có thể tác dụng lên lớp bạc halogen/gelatin m ỏng.L ớp khu ếch
đại làm tăng số photon.
Người ta đưa ra giải pháp chống các tia tán xạ là dùng l ưới tán x ạ,l ớp l ưới
này là gồm các miếng nhơm mỏng ghép song sóng và cách nhau 1 kho ảng

nhỏ.Những tia sơ cấp có đường đi thẳng vượt qua được lớp lưới này,những
chùm tia tán xạ có đường đi đi chéo bị chặn lại giữ lại.Việc này làm s ạch chùm
tia,làm chùm tia đạt chất lượng cao,không bị nhiễu,làm cho ảnh X-quang
tốt.Tuy nhiên với phương pháp này thì những tia sơ cấp đi vào vị trí của lá
nhơm cũng bị giữ lại làm giảm số lượng tia X.Tuy nhiên họ cũng đã có giải
pháp khắc phục cho tình trạng này bằng cách tăng s ố lượng tia X lên đ ể đ ảm
bảo đủ số lượng tia X để tạo được ảnh X-quang đạt được yêu cầu của bác
sĩ.Để làm tăng số lượng tia X lên thì ta tăng dịng và tăng th ời gian phát tia,2
thơng số này có thể điều chỉnh được.

Hình 14.Lưới tán xạ

Page 17


8.Đầu dò điện tử.
Kỹ thuật X-quang số đòi hỏi s ố lượng đầu ra từ đ ầu dò và đi ều này đ ược
quy định trong các thiết bị điện tử.Đầu dị có nhiệm vụ là đếm,phát hi ện s ố
photon và xác định vị trí của nó.Hầu hết các hệ th ống đang ho ạt đ ộng tách
biệt hai chức năng này bằng cách sử dụng các yếu tố phát hi ện r ời r ạc nh ỏ,có
vị trí hình học.Hệ thống rất hiện đại và đầu dị rất chính xác và đ ộ nh ạy
cao,tuy nhiên để cho chắc chắn và ăn tồn thì người ta sẽ thi ết kế 2 đầu dò đăt
song song với nhau để so sánh và ở cùng 1 đầu dị thì được ghép l ại t ừ nhi ều
phần và cũng được so sánh với nhau từ đó có th ể xem xét và nhận bi ết đ ầu dò
bị hỏng hay khơng để có biện pháp xử lí kịp th ời tránh gây q li ều cho b ệnh
nhân,giữ an tồn.

Hình 15.Đường cong thể hiện sự hấp thụ năng lượng của AgBr
Hệ thống phát hiện điện tử có thể được chia thành hai lo ại phát hi ện ion
hóa và phát hiện huỳnh quang.Việc thu thập đo dịng điện được hình thành

bởi tất cả các cặp electron ion tạo bởi hiệu ứng quang điện và tán xạ Compton
dọc theo đường mà bức xạ xuyên qua môi trường.Thiết bị thu thập đo đếm
photon ánh sáng nhìn thấy được tạo ra trong ống huỳnh quang được đặt trong
đường dẫn của bức xạ.
9.Đầu dò ion(khí).
Tất cả các bức xạ tia X tạo ra cặp electron dọc theo đường đi.Cả 2 s ự h ấp
thụ quang điện và tán xạ Compton trong X-quang ,sản xuất đi ện tử v ới động
năng 1-100 keV.Những hạt này có khả năng ion hóa và bị mất năng lượng
trong mơi trường.Vì vậy một tương tác duy nhất của 1 tia X v ới năng l ượng
Page 18


100keV với 1 nguyên tử trong môi trường làm phát sinh ra 1 cặp ion.Các hạt
mang điện được dịch chuyển có hướng tạo thành dịng đi ện và người ta đo
dòng điện này để xác định cường độ bức xạ ion hóa.

Hình 16.Đầu dị điện tử

Một khối lượng khí được bịt kín bên trong 1 ống,trong đó có 1 l ối nh ỏ c ủa
sổ cho phép các bức xạ đi vào buồng với suy hao tối thi ểu.M ột đi ện tr ường
được thiết lập giữa 1 điện cực mỏng và một tấm kim loại mỏng của
buồng.Các cặp electron được tạo ra bởi các photon tia X v ới các phân tử khí
trong buồng.các electron được giải phóng ra được gia tốc bằng điện trường về
phía anode,các hạt tích điện dương được gia tốc về cực âm.Việc chuy ển đ ộng
có hướng của các hạt mang điện tạo ra dịng đi ện và ta có th ể đo đ ược dịng
điện này và từ đó có thể xác định được cường độ bức xạ tới.
Biểu đồ mối quan hệ điện áp và s ố lượng photon cho th ấy ba ch ế đ ộ riêng
biệt của một máy dò điện tử.Ở điện áp thấp,với một đi ện trường nh ỏ thì các
cặp ion có khả năng tái hợp lại với nhau.Ở điện áp cao h ơn thì các h ạt đ ược
tái tổ hợp là ít hơn,và điện áp gàn như tỉ lệ với cường độ photon tới.Ở khu vực

thứ 3 thì điện áp đặt vào là quá cao làm cho các ion được tạo ra tăng t ốc m ạnh
và va chạm với các nguyên tử khác làm sản xuất thêm các cặp ion.M ột quá
trình khuếch đại phức tạp diễn ra làm tăng dòng cho ống.Chế độ này được gọi
là chế độ tỉ lệ thuận vì các yếu tố khuếch đại khí tỉ lệ v ới đi ện áp đ ặt vào
ống.Ở điện áp cao hơn được gọi là vùng Geiger.Cuối cùng ở đi ện áp trên
1000V sự phóng điện trong khí xảy ra và phát sáng.Giai đo ạn cu ối cùng này
được dử dụng trong đền huỳnh quang ống đèn và bẳng hiệu qu ảng cáo đèn
neon.
Hình 4.14 cho thấy ống sẽ là rất nhạy cảm với vùng Geiger vì m ột l ượng
nhỏ ion hóa dẫn đến sự thay đổi dòng.Điều này là lý tưởng cho vi ệc giảm sát
bức xạ mà mục đích là để phát hiện ở độ nhạy rất cao,sự hi ện di ện của bất kì
ion hóa nào cũng thể hiện mối quan hệ giữa dòng của ống và cường đ ộ bức
Page 19


xạ.Tuy nhiên chụp X-quang số đòi hỏi mối quan hệ này là tuy ến tính và r ất ổn
định,phản ánh được mối quan hệ với thông lượng photon đến.Nếu thông
lượng photon là cao rồi thì chế độ bão hào ion được được l ựa ch ọn.M ặc dù
dòng xung này là rất nhỏ,sự đơn giản về mặt vật lý trong chế độ này là m ột
lợi thế quan trọng.Ở cường độ dòng và năng lượng thấp của chế độ này thì
xung là rất sắc nét chỉ kéo dài khoảng 10ns và ống ghi lại xung ngay l ập
tức.Điều này làm cho mối quan hệ tuyến tính giữa tần số xung và cường đ ộ
photon.
Thời gian chết của một đầu dò là khoảng tời gian mà nó b ị tê li ệt sau khi
sản xuất ra một xung.Tất cả các đầu dị có một thời gian ch ết hữu hạn.Hi ệu
quả của thời gian chết là để tiêu diệt các mối quan hệ tuy ến tính gi ữa s ố
lượng photon và xung tần số.Khi số lượng photon là rất thấp,ban đầu giá tr ị
đầu ra của đầu dò sẽ tăng theo tỉ lệ.Thời gian gi ữa cặp elctron đ ược s ản xu ất
được so sánh với thời gian chết và sau đó sự kiện này bị bỏ qua và m ối quan
hệ tuyến tính bị phá vỡ.Trong một chế độ tỉ lệ thuận phức tạp thì th ời gian

chết của đầu dị khí là dài hơn,là kéo dài q trình khuếch đại khí.
Một số photon đi qua khí mà khơng có s ự tương tác vì v ậy đ ể làm tăng đ ộ
nhạy của đầu dị thì người ta chọn loại khí có Z cao chẳng hạn như xenon
Z=54 hoặc krypton có Z=36 hiệu quả được tăng lên thơng qua hi ệu ứng quang
điện.
10.Đầu dị nhấp nháy.
Đầu dị thứ 2 được giới thiệu đến là đầu dò nhấp nháy và được sử dụng 30
năm trong vật lí năng lượng cao và chẩn đốn ảnh y tế.Hình 4.16 cho th ấy
việc bố trí các tinh thể trong ống nhân quang.Các tinh th ể được ch ọn sao cho
có hiệu quả chuyển đổi các ion hóa,hạt photon và ánh sáng nhìn thấy được.

Page 20


Hình 17.Đầu dị nhấp nháy

Page 21