Wilhelm Conrad Röntgen và phát hiện tia X

Lời nói đầu
Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, sau khi rời phịng thí nghiệm một qng, sực nhớ
qn chưa ngắt cầu dao điện cao thế dẫn vào ống tia cathode, Wilhelm Conrad
Rưntgen quay lại phịng và nhận thấy một vệt sáng màu xanh lục trên bàn tuy
phòng tối om.
Với đầu óc nhạy bén, đầy kinh nghiệm của một nhà vật lý học, việc này đã lôi cuốn
ông và 49 ngày sau ơng liên tục ở lỳ trong phịng thí nghiệm, mỗi ngày ơng chỉ
ngừng cơng việc nghiên cứu ít phút để ăn uống, vệ sinh và chợp mắt nghỉ ngơi vài
giờ. Nhờ thế, ơng đã tìm ra tính chất của thứ tia bí mật mà ơng tạm đặt tên là tia X
và mang lại cho ông giải Nobel về vật lý đầu tiên vào năm 1901.
Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất nên thường được dùng trong chụp ảnh
y tế, nghiên cứu tinh thể, kiểm tra hành lý hành khách trong an ninh hàng không
hoặc cửa khẩu. Tia X cũng được phát ra bởi các thiên thể trong vũ trụ, do đó nhiều
kính viễn vọng thiên văn học cũng hoạt động trong vùng phổ tia X.
Nguồn phát tia X là một thành phần quan trọng trong máy phát tia X. Rất nhiều yếu
tố về chất lượng được điều chỉnh thơng qua nguồn phát tia. Vì vậy việc nghiên cứu
về nguồn phát tia X có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình phát triển của các loại
máy X quang hiện nay.

1


7.1.4. Nguồn phát tia máy X quang và mạch điều khiển
Độ tương phản và phân giải được quyết định bởi bộ phát tia X và đặc tính của nó.
Đặc biệt, kỹ thuật làm mờ động bị ảnh hưởng bởi các thông số của máy phát tia. Điện áp
ống tia U (giá trị đỉnh khoảng kV), cường độ dòng tia I (tính bằng mA) và thời gian phát
tia T (tính bằng s) xác định liều chiếu tạo ảnh D.
D = k0.Un.I .T (7.27)
Hệ số k0 phụ thuộc vào đối tượng chiếu xạ, điện áp, tấm lọc trước ở nguồn bức xạ,
hình dạng của hệ thống X quang và thiết bị mang ảnh. Khi chùm tia X khơng đồng nhất,
việc tính tốn chính xác liều phát xạ D khơng thể thực hiện theo phương trình (7.27).

Số mũ n là một hàm của điện áp ống tia, với điện áp 150 kV thì giá trị của nó xấp
xỉ 3. Khi giá trị điện áp ống tia giảm thì giá trị của số mũ n tăng, như vậy ở 50 kV giá trị
của nó là khoảng 5.
Điện áp đỉnh của ống tia xác định phổ của chùm tia X và đặc điểm ảnh tạo ra. Do
đó giá trị điện áp ống tia được lựa chọn tùy theo chỉ định y khoa và được xác định bởi
những thủ tục cần thiết:
a. Đối tượng nào cần được kiểm tra?
b. Độ tương phản cần thiết cho việc chuẩn đốn?
(Ví dụ như chụp vùng xương ngực gồm cả xương sống, để chẩn đoán cấu trúc
xương cần điện áp ống tia là 66 kV, trái lại chụp X-quang ngực cần ít nhất điện áp là 125
kV để chẩn đốn cấu trúc phổi.)
Điện áp đỉnh ống tia đóng góp chủ yếu cho việc tạo ảnh. Do đó, bộ phát tia cần
cung cấp một điện áp ống tia với độ gợn sóng thấp để giữ tỉ lệ bức xạ năng lượng thấp
nhất có thể. Lý tưởng là tạo ra điện áp một chiều (DC) để có thể loại bỏ tác động của lũy
thừa n.
Năng lượng ống tia (P = kUI) được chuyển thành bức xạ tại tiêu điểm là một trong
những chỉ số cho kích thước tiêu điểm. Khi kết hợp với các tham số khác trong hệ thống,
nó chỉ ra độ phân giải trong không gian của đối tượng được kiểm tra.
Một số đối tượng chuyển động chỉ có thể được miêu tả sắc nét với thời gian phơi
sáng T đủ ngắn. Để giảm thiểu hoàn toàn ảnh mờ, người ta thực hiện bằng cách đưa vào
trong tính tốn màn hình phim, làm mờ động và làm mờ hình. Chuyển động cơ, đặc biệt
là ở tim và phổi, có thể lên tới tốc độ 200mm/s [7.38]. Động mạch đập cũng tương tự,
thậm chí cịn nhanh hơn trong chun khoa nhi.
Liều phát xạ tỷ lệ thuận với cả cường độ ống tia I và thời gian phát tia T. Do đó,
giá trị Q (tính theo mAs) được lựa chọn cho phù hợp với đối tượng cần đo.
2


Việc tái lập các thơng số máy phát tia góp phần cải thiện chất lượng hình ảnh. Độ
dung sai 10-20% rtrong các thông số máy phát điện hầu như nằm trong giới hạn chấp

nhận được về chất lượng các bản ghi hình thái học và cơ quan chức năng. Giá trị dung sai
từ 1-5% là cần thiết cho những kiểm tra đặc biệt như CT, DSA.
Các quy định liên quan đến “vệ sinh bức xạ” cần được tuân theo một cách chính
xác. Điều này có nghĩa là các mức chỉ định y khoa về bức xạ cần phải được áp dụng trong
quy trình chụp X quang chẩn đốn. Vì vậy, máy phát phải cung cấp giá trị điện áp ống tia
mong muốn một cách nhanh chóng và đạt tiêu chuẩn hết mức có thể. Một khi liều chiếu
xạ cho hình ảnh đạt yêu cầu, nguồn phát cần chuyển ngay sang chế độ tắt với thời gian trễ
nhỏ .

Nguồn điện theo tiêu chuẩn IEC/DIN 6822:
P = kUI (k đặc trưng cho mức độ và hình thức của các gợn sóng)
Bức xạ tia X cứng: 110 – 150 kV
Bình thường: 40 – 125 kV
Bức xạ tia X mềm: 25 – 49 kV

Hình 7.58: Phạm vi hoạt động của điện áp khi cài đặt máy X quang

3


Những vấn đề về vệ sinh bức xạ và chất lượng hình ảnh dẫn đến sự phát triển của
các hệ thống điều khiển tự động với nhiều loại hình chụp chiếu khác, ví dụ: chụp X quang
răng, chụp chiều chuyển động, hoặc các kỹ thuật gián tiếp để có thể thực hiện việc kiểm
tra nhanh chóng và an tồn cho cả bệnh nhân và người chụp chiều.
Hình 7.58 cho thấy dải điện áp làm việc của nguồn phát. Cường độ dòng tối thiểu
là 0.1 mA đối với chụp X quang răng và tối đa hiện tại là 1200 mA với chụp X quang.
Dịng điện được các định bởi cơng suất tối đa của nguồn phát và/hoặc loại ống tia. Hiện
nay cơng suất chiếu có thể lên đến 100 kW. Cơng suất ra cao hơn sẽ làm ảnh mờ hơn và
giảm chất lượng hình ảnh. Cơng suất 100 kW cơ bản là phù hợp với màn phim tốc độ cao
cùng với độ phân giải tốt.

Hình 7.59 cho thấy sơ đồ khối của một nguồn phát với các thành phần của nó trong
chẩn đốn.

Hình 7.59: Sơ đồ khối của bộ xử lý điều khiển máy phát với các thành phần của nó.
7.1.4.1. Mạch nguồn
Tỷ lệ liều chiếu cần thiết để tạo ảnh phụ thuộc vào điện áp ống tia U và cường độ
dịng ống tia I. Mạch nguồn có nhiệm vụ biến đổi dịng điện áp vào thành các “thơng số
kỹ thuật”. Các phần sau sẽ giải thích sự hoạt động của 3 thiết kế mạch nguồn khác nhau.
Máy phát điện thông thường từ đơn xung đến 12 xung
4


Hình 7.60 cho thấy mạch điện của máy phát 6 xung từ nguồn điện 3 pha, ví dụ:
điện áp 480V được biến đổi thành một điện áp ống tia là 40-150 kV. Tổng nội trở trong R
trong các đường dây (U0) và trong ống X quang đóng vai trị quyết định, ta có thể thấy
trong hình 7.61.
Các tính năng chính của mạch điện thơng thường:
 Nguồn cung cấp có thể là nguồn một pha (110 hoặc 220 V) hoặc ba pha
(220 – 480 V).
 Một biến áp tự động hoặc biến áp bước cho phép điều chỉnh những thay đổi
trong nguồn cung cấp ( bù dòng bằng tay hoặc tự động ), cũng như thiết lập
giá trị tham chiếu Uref của điện áp ống.
U = U0 – I.Ri

(7.28)

Điện áp không tải U0 dễ dàng đạt được trong khoảng 200 kV. Nội trở có thể đạt xấp xỉ 100
kΩ hoặc hơn.

Hình 7.60 Mạch nguồn: nguốn điện 3 pha cho 6 xung.

Trước kia, điện áp ống tia được điều chỉnh theo công thức (7.28) và hình 7.61 phụ
thuộc vào cưởng độ dịng ống tia, sau này nó đã được điều chỉnh trước khi chiếu bằng
cách điều chỉnh các dòng dây Katot càng chính xác càng tốt. Sự phụ thuộc lẫn nhau giữa
điện áp ống tia và dịng ống tia có thể được sử dụng trong thực tế để điều chỉnh điện áp
ống tia bằng cách thay đổi cường độ dòng ống tia thơng qua cường độ dịng dây katot để
thiết lập cố định nội trở Ri và điện áp không tải U0.
5


Phương pháp điều chỉnh dịng ống tia có thể được kết hợp với nội trở Ri và/hoặc
điện áp không tải U0.
Sự tái thiết lập của điện áp ống tia chỉ được đảm bảo khi được cung cấp dịng ổn
định. Nó có thể được cải thiện nhờ sử dụng một biến áp tự ngẫu với động cơ điều chỉnh,
và (hoặc) điều khiển dịng ống tia điện tử. Sau q trình kiểm soát hoạt động mất khoảng
100 ms, sự thay đổi nhanh chóng của điện áp cung cấp lập tức chuyển thành điện áp ống
tia.
Chuyển mạch bật tắt xảy ra ở nguồn cung chính dẫn đến biến đổi điện áp cao thế
bằng trung bình các thiết bị chuyển mạch cơ điện hoặc thyristor( hình 7.60 ). Quá trình
chuyển mạch sang bật thường yêu cầu trễ lên đến 20 ms (trễ pha), do đó điện áp ống được
giả định là đúng chuẩn tức là khơng có sự thay đổi đột ngột điện áp.
Các máy phát điện cao thế bao gồm một thùng chứa đầy dầu. Nó chứa một máy
biến thế ( lõi sắt biến áp, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp), các thiết bị chỉnh lưu điện áp cao
thế, biến áp dây tóc cho Katot của ống tia X quang, thiết bị chuyển mạch điện áp cao, các
ổ cắm điện cho cáp điện áp cao. Tất cả các máy phát điện cao thế Siemen được trang bị
thêm một thiết bị đo để ghi lại các giá trị thực tế của điện áp ống tia và cường độ dịng
ống tia.

Hình 7.61 Đường nội trở của máy phát điện thông thường trong phạm vi hoạt động được
xác định bởi U01, U1, I1. Với cùng Ri nhưng nhỏ hơn điện áp không tải U02, thông số hoạt
động khác như U2, I1 hoặc U1, I2.

Máy phát điện cao thế và cụm ống X quang thường thiết kế hai cực để các vật liệu
cách nhiệt chỉ chịu một nửa giá trị của điện áp ống U/2.
6


Các tiêu chí như năng lượng, gợn sóng của điện áp ống, khối lượng và các chi phí
dẫn đến việc thiết kế các máy phát điện với số xung khác nhau:
 Máy phát điện đơn xung chỉ cung cấp một xung điện áp ống với mỗi chu kì điện áp
của nguồn cung cấp. Chúng có cơng suất thấp (P < 2kW) và thường được chỉ định
cho X quang răng hay máy di động.
 Máy phát điện 2 xung cung cấp hai xung điện áp ống với mỗi chu kì qua chỉnh lưu
cầu, có năng lượng thấp và trung bình (P ≤ 50 kW).
 Máy phát điện 6 xung cung cấp sáu xung điện áp cho ống tia với mỗi chu kì thơng
qua ba chỉnh lưu cầu, cho cơng suất vừa (P ≤ 100 kW).
 Máy phát điện 12 xung cung cấp mười hai xung điện áp cho ống tia trong một chu
kì thơng qua hai chuyển mạch sáu xung, cho công suất cao (P ≤ 150 kW).
Số lượng xung điện áp ống càng lớn thì hiệu suất liều tạo ảnh càng tăng. Điều đó
có nghĩa là thời gian phơi sáng ngắn hơn và do đó vịng mờ cũng giảm. Hơn nữa các bức
xạ năng lượng thấp cũng giảm.
Các gợn thực tế của điện áp ống bắt nguồn từ sự tích tụ của dung sai kĩ thuật và sự
bất đối xứng trong nguồn áp ba pha. Nó chiếm tới:
 100% với máy phát đơn và hai xung.
 Khoảng 25 % (lý thuyết 13.4%) với máy phát sáu xung
 Khoảng 10 % (lý thuyết 3.4 %) với máy phát mười hai xung.
Các gợn sóng hay xung [7.46] của điện áp ống tỷ lệ với giá trị điện áp đỉnh:
w= [(U- Umin)/U] ·100%.
Máy phát điện một chiều
Khi điện áp ống tia tuần hoàn và đồng bộ có tác động đáng kể đến chất lượng hình
ảnh, một hệ thống điện áp được thiết kế đặc biệt để kiểm soát sự biến động của cả điện áp
cung cấp và dịng ống khơng tác dụng lên điện áp ống tia.

Hình 7.62 cho thấy nguyên lý mạch của máy phát điện một chiều. Các chức năng đặc biệt:
 Các máy phát điện cao thế có thể được kết nối trực tiếp đến dòng cung cấp.
 Hai ống tia điện tử điện áp cao (triode hay tetrode) phục vụ cho cả chuyển đổi điện
áp ống tia bật và tắt, cũng như điều chỉnh nó thơng qua đóng mạch điều khiển vòng
lặp [7.39 và 7.40].
 Điện áp ống tia có thể được chuyển đổi bật hoặc tắt vào bất cứ thời điểm nào.
 Điện áp ống tia được đặt sẵn một giá trị tham chiếu Uref và hoàn toàn độc lập với
dịng ống tia cũng như với bất kì sự thay đổi nào của nó.
 Thời gian đáp ứng hoàn toàn cho hệ thống điện áp ống điện tử khép kín là xấp xỉ
20 us.
7


Hệ thống điều khiển điện áp phức tạp này kiểm định giá trị điện áp cho tất cả các
kĩ thuật chiếu chụp, với yêu cầu khắt khe nhất bao gồm chất lượng hình ảnh và độ tái lập.
Tốc độ điều chỉnh cao cho phép phân chia nhanh thành 500 khung hình/s hoặc nhiều hơn
– khơng phụ thuộc vào điện áp ống – cũng như đáp ứng nhanh chóng điện áp phù hợp với
chất lượng hình ảnh. Các gợn thực tế của điện áp là ít hơn 1%. Kết quả là điện áp một
chiều tạo ra gần như là phẳng.
Những lợi thế của nguồn phát một chiều có được nhờ vào một hệ thống lớn, tiêu
thụ điện năng hiệu quả và chi phí tương đối cao.

Hình 7.62: Sơ đồ mạch của nguồn phát một chiều
Máy phát tần số cao (máy phát đa xung)
Đây là một loại nguồn phát bao gồm những ưu điểm của nguồn phát một chiều
nhưng có kích thước nhỏ và chi phí thấp hơn. Khả năng tái lập và tính ổn định của điện áp
ống được tăng cường bởi một mạch điều khiển vịng lặp đóng nhanh chóng và hầu như
độc lập với sự thay đổi của điện áp ống và dịng ống.
Hình 7.63 là một mạch điện của máy phát tần số cao với các đặc điểm:
 Nguồn cung cấp có thể là một pha hoặc ba pha (220 - 440 V).

 Được kiểm sốt hoặc khơng bởi điện áp một chiều trung gian Uz.
 Biến tần tạo ra một một dòng điện cao tần từ điện áp một chiều của mạch trung
gian Uz.
 Điện áp ống cỏ thể bật tắt tại bất kì thời điểm nào.
 Điện áp ống được đặt sẵn một điện áp tham chiếu Uref và độc lập với dòng ống tia
và cả sự thay đổi của nó.
8


 Thời gian đáp ứng hoàn toàn là 250 us.
 Dễ dàng thực hiện bằng cách tăng tần số hoạt động f. Điều này cho phép giảm tiết
diện lõi thép A và số vòng dây n trong máy biến áp (U ~ A.n.f).
Các phương pháp kiểm soát điện áp ống được thể hiện trong hình 7.64. Điện áp
ống thực tế đo được Uact được so sánh với điện áp tham chiếu Uref. Bộ điều khiển kích
hoạt xung kích thích với cổng Thyristor khi giá trị điện áp ống không ở trạng thái cân
bằng.

Hình 7.63: Sơ đồ mạch của máy phát điện tần số cao
Thời gian đáp ứng của mạch điều khiển phụ thuộc vào tần số kích hoạt. Nó vào
khoảng 250 us, chậm hơn so với nguồn phát một chiều nhưng nhanh hơn nhiều so với
nguồn áp thông thường.
Độ gợn thực tế phụ thuộc vào các yếu tố kĩ thuật (công suất), khả năng lọc phẳng
C, giá trị điện áp một chiều của mạch trung gian Uz. Các gợn chiếm 13% với cơng suất
trung bình (30 – 50 kW) và 4% cới máy công suất lớn (50 – 100 kW).
Máy phát tần số cao tạo ra nhiều xung điện áp ống trong mỗi chu kỳ của đường
dây điện áp. Con số đó phụ thuộc vào tần số bắn của hệ thống biến tần. Điều này dẫn đến
cái tên ‘nguồn phát đa xung’. Nó cung cấp một tỷ lệ liều mà là tốt hơn so với một máy
phát điện 12 xung thơng thường. Vì vậy, các bức xạ năng lượng thấp ở mức khá thấp.

9

a. Sơ đồ mạch cơ bản

b. Biểu đồ thời gian của xung kích thích, dịng điện xoay chiều i(t) và điện áp ống U.
Hình 7.64: Điều khiển điện áp ống bằng biến tần
Nhờ có các linh kiện điện tử tần số cao mà thể tích của nguồn phát giảm đi khoảng 80%,
yêu cầu không gian giảm khoảng 85% và khối lượng ít hơn 75% so với nguốn phát một
chiều tương ứng
Các kiểu thiết kế
10


Bởi vì nguồn phát có tuổi thọ lâu dài nên cần đặc biệt chú ý đến nhu cầu ngày càng
tăng về chất lượng hình ảnh. Khuyến nghị là dung sai nhỏ hơn 5% với điện áp ống, dòng
ống và thời gian phơi sáng. Tuy nhiên với nguồn phát có dung sai tốt nhất khoảng 10-20%
vẫn sẽ được sử dụng trong nhiều năm.
Hình 7.65 thể hiện các mạch đo lường và điều khiển vòng lặp của một nguồn phát
hiện đại đáp ứng các yêu cầu về tính ổn định và tuần hồn của điện áp ống và dịng ống.
Các nguồn phát điện một chiều vẫn được sử dụng trong các lĩnh vực nhỏ của
nghiên cứu phóng xạ mà trọng tâm là về gợn cực thấp, nhanh chóng kiểm sốt điện áp
ống, độ rộng xung nhỏ hơn 2 ms, và tốc độ khung hình hơn 120 khung hình mỗi giây.
Các nguồn phát tần số cao là công nghệ được khuyến nghị. Nguồn phát cao áp và
ống tia được lắp ráp trong cùng một hộp để đảm bảo tăng công suất lên tới 50 kW. Đây là
phương pháp thiết kế “nguồn phát đơn tank” và khơng cần day điện cao áp. Kích thước và
trọng lượng tương đương một ổng tia X thông thường. Một tiêu điểm 1.0 cho 50 kW có
thể đạt được bằng cách sử dụng một đĩa anode CALOREX quay ở tốc độ cao (xem phần
7.1.1). Hai cụm nguồn phát đơn tank có thể được kết nối với nguồn điều khiển để tránh
đốm phim và hiệu ứng Bucky.
Với một nguồn phát công suất cao 50-100 kW chúng ta chia rời các ống tia và

nguồn phát cao áp. Thơng thương có tới bốn ống X quang khác nhau có thể được kết nối
với nguồn phát và hoạt động ở chế độ chia sẻ thời gian.

Hình 7.65: Mạch điện tử điều khiển điện áp ống U và dòng ống tia I của nguồn phát

11


Tính năng của nguồn phát tần số cao khơng chỉ phù hợp với các biện pháp thơng
thường mà cịn phù hợp với các biện pháp nong mạch, kể cả nong mạch trừ kĩ thuật số
(DSA). Do đó nó là giải pháp tiết kiệm nhất với các phương pháp can thiệp.
7.1.4.2. Mạch sợi đốt
Điện áp ống tia U được xác định bởi độ tương phản và độ phân giải của hình ảnh
qua kích thước điểm hội tụ. Cường độ dịng ống tia xác định bởi đầu ra cho phép P(t) của
điểm hội tụ:
I = P(t)/U (7.29 )
Cường độ ống tia có thể được tính thơng qua cường độ dịng dây tóc của Katot IF là
một hàm tính trực tiếp từ đầu ra và điện áp ống tia. Hình 7.67b cho thấy mối quan hệ I =
f(If) với mỗi điện áp được chọn khác nhau.
Có 3 dải giá trị của cường độ dịng sợi đốt:
1. Đốt nóng sơ trong khoảng 2-4 A để làm sợi đốt nóng lên mà khơng phát ra
bất kì dịng ống tia I nào.
2. Đốt chiếu X quang 0.1 đến 4 mA, trong một số trường hợp có thể lên đến 25
mA.
3. Đốt phát xạ I ≤ 1600 mA, do đó việc thiết lập chính xác điểm dốc của I =
I(f) là cần thiết để độ lệch dưới 1%. Thời gian chuyển tiếp từ đốt chiếu X
quang lên đốt phát xạ và quay trở lại trong quá trình chụp là rất quan trọng.
Việc giảm I(f) từ đốt phát xạ về giá trị đốt nóng sơ hay đốt chiếu làm tăng
tuổi thọ của Katot.
Đốt phát xạ có thể được giữ khơng đổi trong suốt q trình phơi sáng (tải khơng

đổi) hoặc giảm nhờ mạch điều khiển vịng kín kV và mA. Việc giảm nhiệt đốt phát xạ dựa
trên cơ sở nhiệt độ tiêu điểm không đổi trong suốt quá trình phát xạ. Nếu nhiệt độ đốt phát
xạ cao nhất thì thời gian phát xạ sẽ là ngắn nhất, do đó q trình làm mờ động được tối
thiểu. Hình 7.66 cho thấy thấy biểu đồ theo thời gian của điện áp ống U và dòng ống I
liên tục giảm.
Dòng dây tóc I(f) có thể kiểm sốt giá trị suất liều trong suốt quá trình chiếu X
quang nhờ chế độ điều khiển tự động.
Hình 7.67 cho thấy một sơ đồ chức năng của mạch dây tóc thơng thường với ba
điểm điều khiển. Hình 7.67b minh họa sự liên kết giữa dịng sợi đốt IF1, IF2, dòng ống tia
I1, I2 và điện áp không tải U01, U02 để lựa chọn điện áp ống Ul.

12


Dịng dây tóc được điều chỉnh bằng kĩ thuật ba điểm:
R1: kVp thấp, mA cao.
R2: kVp thấp, mA thấp
R3: kVp cao, mA thấp.
Dịng sợi đốt chính được theo dõi bởi một rơle dòng hr để bảo vệ khối ống X quang.
Việc thiết lập chính xác dịng sợi đốt là hồn tồn cần thiết khi mạch lặp kín kiểm
sốt kV có thể ảnh hưởng tới khi bật chiếu xạ. Thiết lập khơng chính xác sẽ khơng thể
điều chỉnh được với thời gian chiếu xạ ngắn vì qn tính của sợi.

a). Hệ thống 3 điểm cân bằng.
13


b). Sự liên kết giữa dòng sợi đốt IF1, IF2, dịng ống tia I1, I2 và điện áp khơng tải U01, U02 để
lựa chọn điện áp ống Ul.
Hình 7.67: Mạch dây tóc thơng thường

Dịng dây tóc là dịng điện xoay chiều hoạt động ở tần số cơ sở. Do đó nhiệt độ
Katot thay đổi thay đổi ở hai tần số, kết quả là xuất hiện một gợn ở dòng ống khoảng 10%
trong suốt quá trình phơi sáng. Gợn này là siêu áp đặt trong các gợn khác của điện áp ống
kết quả gây nên một gợn tương đối cao trong suất liều. Do hiện tượng này các biến tần
cho dây tóc hoạt động ở tần số cao hơn và do đó tránh thay đổi nhiệt độ.
Hình 7.68 là sơ đồ mạch dây tóc cao tần với điều chế xung tần số cao và vịng lặp
kín điều khiển dịng. Giá trị dịng dây tóc IF = f (U, I) được lưu trữ trên bộ nhớ máy tính
của nguồn phát để phù hợp với mỗi tiêu điểm. Các giá trị thực của IF có thể bị sai một vài
% do sai số trong sản xuất Katot. Đây không phải điều quan trọng đối với nguồn một
chiều và nguồn cao tần do điện áp ống là dộc lập với dòng ống nhờ hệ thống điều khiển
vịng lặp kín nhanh. Ngồi ra việc điều chỉnh thơng số mAs cũng đảm bảo giá trị liều
chính xác.
Hơn nữa, việc điều chỉnh mạch lặp điều biến xung tần số điều khiển dịng có thể bù
lại sai số giá trị thực tế trong khoảng 50 ms mỗi lần được bật. Bằng cách này dòng ống
được điều chỉnh độc lập với điện áp ống. Các gợn xuất hiện duy nhất của dòng ống tạo ra
bởi điện áp ống chịu ảnh hưởng của các đặc tính khơng gian.
Chế độ hoạt động đòi hỏi sự thay đổi dòng ống theo thời gian bây giờ được thực
hiện dễ dàng. Tốc độ thay đổi dòng ống phụ thuộc vào thời gian hằng nhiệt của dây tóc và
dao động từ 50 đến 200 ms.
14


7.1.4.3. Khởi động tốc độ cao
Máy anot quay cung cấp cho đẩu ra lớn hơn so với Anot tĩnh. Điều này giúp cải
thiện chất lượng hình ảnh. Việc khởi động tốc độ cao khiến cho động cơ không đông bộ.
Đặc tính của động cơ này là khoảng khơng khí lớn giữa Roto (điện áp Anot) và Stato
(điện áp đất). Số vòng quay mỗi phút (rpm) đối với tần số fA là:
F < fđơngbộ = 60.fA (7.30 )
Các vịng bi của ống X quang được chạy “khô” trong chân không, do đó Anot chỉ
được khởi động trong thời gian phơi sáng (tăng tốc) để kéo dài tuổi thọ của Katot. Quán

tính của đĩa Katot gây ra bởi trọng lượng và momen xoắn xác định thời gian tăng tốc.
Điều đó có thể được rút ngắn nhờ sử dụng một tần số biến đổi fA.

Hình 7.69: khởi động tốc độ cao với tần số biến đổi.
Khởi động tốc độ cao thường sử dụng dịng tần số trực tiếp (ví dụ: 50 Hz, 3000
rpm) hoặc dịng hài bậc 3 của nó (150 Hz, 9000 rpm). Nó được cung cấp từ nguồn 3 pha
sử dụng mấy biến áp bão hịa.
Hình 7.69 cho thấy khối khởi động tốc độ cao với tần số biến đổi. Thiết bị này cho
phép cung cấp các tần số khác nhau cho ống X quang từ một nguồn duy nhất. Tần số
đồng bộ hiện này là 15 – 20 Hz cho chiếu X quang, 50 – 180 với chụp X quang và 200 –
300 Hz với các trường hợp đặc biệt.
Mạch theo dõi số vòng quay được sử dụng để bảo vệ ống tia X. Nếu là một lỗi do
chuyển mạch. Ngun nhân có thể do mịn ổ đỡ, trong trường hợp này bóng tia X cần
được thay thế.

15


7.1.4.4. Mạch thời gian và mạch phơi sáng
Liều chiếu xạ tỷ lệ thuận với thời gian phơi sáng T theo công thức 7.27 với các điều kiện
hằng số cho trước, điện áp ống và dòng ống được điều chỉnh cố định. Nguồn phát giữ
điện áp ống không đổi thay vào đó thay đổi dịng ống như trong phần mạch nguồn 7.4.1.1
và mạch dây đốt 7.4.1.2.
Thiết bị thời gian
Thiết bị thời gian khơng cịn được sử dụng nữa trong thiết bị chẩn đoán ngoại trừ chụp
nha khoa, chụp cắt lớp và cần hạn chế thời gian đảm bảo an toàn. Điều này là nhờ những
cải tiến trong chuyển mạch mAs và hệ thống kiểm soát phơi sang tự động.
Chuyển mạch mAs
Từ phương trình 7.27 ta cần phải thiết lập sẵn thơng số mAs, Q để đạt được mật độ quang
thích hợp. Sau khi thiết lập điện áp ống, dòng ống Iact được tính tốn (hình 7.70) cùng với

thời gian chiếu tA (hình 7.71). Khi mAs thay đổi đạt được giá trị đặt trước của Qref thì bức
xạ được tắt ngay lập tức. Q phụ thuộc vào mAs theo công thức:
tA

Q   I(t )dt
0

Hình 7.70: Sơ đồ cơ bản của một bộ tính tốn mAs.
16


Hình 7.71 thể hiện thời gian phơi sáng theo tiêu chuẩn IEC/DIN 0750 cho thấy
rằng giá trị mAs để kích hoạt chuyển mạch thực tế luôn cao hơn so với giá trị đặt trước
một chút. Đây là do việc tụ phóng điện qua bóng X quang khi tiếp xúc. Nó góp phần tạo
ra lượng dư ∆Q hay ∆D. Giá trị ∆Q chỉ có một tác động tiêu cực ở giá trị tham chiếu mAs
thấp.
Tái thiệt lập mAs: một thay đổi 25% giá trị mAs phơi sáng dẫn đến sự thay đổi rõ
ràng mật độ quang học của ảnh X quang.
Để hạn chế những ảnh hưởng của ∆Q và ∆D độ dung sai cho các chế độ làm việc
khác nhau phải được tuân thủ. Giá trị mAs nhỏ nhất cho Qmin có thể được tái lập, thể hiện
ở cơng thức:
Qmin = 10. ∆Q (7.32).
Bởi vì thực tế là chất lượng hình ảnh chỉ bị ảnh hưởng bởi khoảng 25% tổng điện tích ∆Q
tạo ra ở tụ cao áp CH,

QH  0.25U.CH

(7.33)

(e.g.: ∆QH = 0.25.100 kV.6 nF=0.15 mAs).

Hình 7.71: Thời gian phơi sáng, giới hạn phơi sáng và thời gian đơn tải cho 1 liều X
quang.
Điện tích

Q f

phụ thuộc vào dịng ống tia I và tần số chuyển mạch fA được thể hiện:
17


Qf 

1
2 fA (7.34)

Giá trị ∆QH và ∆Qr sẽ được gán cho ∆Q, ví dụ:
∆QH = 0.15 mAs > ∆Qr = 0.1 mAs; do đó ∆Q = 10∆QH = 1.5 mAs.
Ý tưởng về đếm số lượng các gói năng lượng và do đó ln ln chuyển đổi cùng
một số xung sẽ chỉ làm việc tại một độ rộng xung không đổi và tần số chuyển đổi liên tục.
Tuy nhiên, điều này mâu thuẫn với khái niệm mạch điều khiển điện áp ống vịng mạch
khép kín như được mơ tả trong phần 7.1.4.1.
Hệ thống kiểm soát phơi sáng tự động
Các khu vực của một đối tượng được quan tâm chẩn đoán được gọi là vùng chẩn
đoán. Trong X quang khu vực này nên duy trì một mật độ quang học trung bình cụ thể.
Các trường đo của cảm biến (buồng ion hóa, rắn dị bức xạ của nhà nước, hoặc quang)
phải phù hợp với vùng chẩn đoán khi cố định bệnh nhân. Như vậy, hệ thống kiểm soát
phơi sáng tự động phù hợp cho tất cả các loại phơi sáng mà các thiết bị cho phép kết của
trường đo và phơi sáng, và các trường chuẩn trực X quang là không nhỏ hơn so với các
trường đo. Chúng được áp dụng trong chiếu X quang, kỹ thuật phơi sáng Bucky, kỹ thuật

đổi phim, tất cả các hoạt động gián tiếp (DSA, 35 mm hoặc 100 mm), và chụp nhũ ảnh.
Hệ thống điều khiển tự động hoạt động tiếp xúc trên nguyên tắc đo suất liều (Hình
7.72). Bằng phương tiện tích hợp, tín hiệu thu được đó là tỷ lệ thuận với liều thực tế Dactual
tích lũy tại bất kỳ thời điểm nào. Một cài đặt trước giá trị liều tham chiếu Dref giúp loại bỏ
sự cần thiết phải đoán các giá trị mAs, mà phải được lựa chọn bởi các nhà điều hành trong
chế độ hướng dẫn trên cơ sở kinh nghiệm của mình và bằng cách ước tính độ trong suốt
của bệnh nhân [7..43].

18


Hình 7.72: Sơ đồ cơ bản của mạch phơi sáng tự động.
Ba loại cảm biến khác nhau được sử dụng: một buồng ion hóa được đặt ở phía
trước của các cassette phim. Một dòng tỷ lệ thuận với suất liều D được tạo ra bởi các bức
xạ trong một tụ điện khơng khí tích điện với 300 hoặc 1000 V. Cường độ dịng điện ion
hóa trong phạm vi picoampere (1012).
Các máy dò bức xạ trạng thái rắn (SSRD) được đặt phía sau các cassette phim hay
đổi phim đằng sau sự kết hợp màn hình bộ phim bởi vì nó sẽ tạo ra một bóng trên phim
nếu nó được đặt khác. Lợi thế của nó trong buồng ion hóa là các liều có thể được giữ ở
mức thấp hơn một chút do giảm hấp thu ở phía trước của bộ phim (ví dụ như chụp nhũ
ảnh, khoa nhi). Hiện hành của SSRD là tỷ lệ thuận với suất liều đằng sau cassette và
khơng để điều đó trong mặt phẳng của bộ phim. Do đó, mật độ quang học là khơng cịn
trực tiếp tỷ lệ thuận với SSRD hiện hành.
Các nhân quang hoạt động trên nguyên tắc của một ống tia điện tử. Bộ nhân dòng
tỷ lệ thuận với suất liều bức xạ màn hình đầu vào của khuếch hình ảnh và do đó khuếch
đại độ sáng của màn hình hình ảnh đầu ra.

19

Mục lục
7.1.4.

Nguồn phát tia máy X quang và mạch điều khiển......................................................1

7.1.4.1. Mạch nguồn.................................................................................................................4
7.1.4.2. Mạch sợi đốt..............................................................................................................12
7.1.4.3. Khởi động tốc độ cao.................................................................................................15
7.1.4.4. Mạch thời gian và mạch phơi sáng............................................................................16

20