Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X quang tần số cao 500ma (digital controlled x ray system)

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER








BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN CẤP BỘ


KHẢO SÁT NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT KẾ TỔNG THỂ
THIẾT BỊ CHỤP X-QUANG TẦN SỐ CAO 500mA
(Digital Controlled X-Ray Instrument)


Chủ nhiệm đề tài: KS. LÊ HUY TUẤN

7384
01/6/2009



HÀ NỘI – 2004



Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ
( Thông tin quản lý )

1. Tên đề tài: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X - Quang
tần số cao 500mA Digital Controlled X Ray Instrument
2. Mã số: Chơng trình:
3. Chủ nhiệm đề tài: Ks. Lê Huy Tuấn.
4. Cơ quan (cấp) quản lý: Bộ Khoa học và Công nghệ.
5. Cơ quan chủ trì: Trung tâm công nghệ Laser Viện ứng dụng công nghệ
6. Cơ quan phối hợp: Manufacturer COMED CO., LTD
Add: 128, Chowol, Gwongju, Gyunggi, Korea.
7. Thời gian thực hiện: 12 tháng (01/ 2004 ữ 12/ 2004).
8. Kinh phí : 92 triệu đồng.
9. Ngời tổ chức, thực hiện chính:
- Ks. Lê Huy Tuấn
- Ts. Trần Ngọc Liêm
- Phòng Công nghệ Điện tử Y học TTCN Laser
10. Mục tiêu:
1 Làm chủ kỹ thuật chụp X Quang tần số cao ở Việt Nam.
2 Nghiên cứu khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp

X- Quang tần số cao 500mA, tiến tới thiết lập đề án khả thi nhằm
chế tạo toàn bộ thiết bị này tại Việt Nam.
11. Nội dung: 1 Khảo sát TT nguyên lý, đo lờng, phân tích các tham số điều
khiển, kỹ thuật của thiết bị chụp X- Quang tần số cao 500mA.
2 Thiết kế TT hệ thống thiết bị ( Bàn bệnh nhân, giá đỡ, ống X
Quang, tủ điều hành, bộ lập trình điều khiển mặt máy, cao áp).

12. Nhu cầu Kinh tế Xã hội, nơi áp dụng (u thế áp dụng, giá thành thiết bị):
Hiện nay, hầu hết các thiết bị chụp X Quang tần số cao ở Việt Nam phải nhập
từ nớc ngoài với giá thành khá cao từ (40.000 ữ 100.000USD tuỳ loại). Trong khi
đó tình trạng bệnh nhân quá tải trong các bệnh viện ngày càng tăng trong việc chụp
dạ dầy, ngực, tiết niệu, xơng.(chiếm đến 70% số lợng bệnh nhân nhập viện)
Việc nghiêu cứu, triển khai đề tài này sẽ đem lại nhiều lợi ích kinh tế xã hội; ngoài
ra còn đáp ứng đợc vấn đề bảo trì thiết bị lâu dài và lắp đặt, đào tạo chủ động.

13. Tình hình nghiên cứu trong, ngoài nớc:
Trong nớc: Đến thời điểm này, cha có tổ chức nào đặt vấn đề nghiên cứu thiết
kế tổng thể chi tiết và chế tạo hoàn chỉnh thiết bị X Quang tần số cao.
Trên thế giới: Thiết bị X Quang tần số cao khá phức tạp, chỉ có một số nớc có
nền tảng công nghệ tốt đã chế tạo và ứng dụng rộng rãi. Nó có nhiều u thế trong sử
dụng: Nhanh, chính xác, xử lý - lu trữ thuận tiện, hiệu quả, an toàn, gọn nhẹ.
Bởi vậy đề tài có tính thiết thực và cấp thiết cho nền y học nớc nhà.
Mục lục

Phần 1
Khảo sát nguyên lý tổng thể thiết bị chụp X- Quang
tần số cao 500mA
Trang
A. Tổng quan

2
A1. Sự ra đời và phát triển.
2
A2. u thế và hạn chế.
3
A21. u thế
3
A22. Hạn chế.
3

A3. Phân loại X- Quang.
3
A31. Thiết bị X Quang thông thờng (truyền thống ) Classic X-Ray Intrument.
4
A32. Máy X- Quang tần số cao (High Frequency X Ray Intrument).
4
A33. Thiết bị X Quang tần số cao điều khiển kỹ thuật số (Digital Controlled X -Ray
Intrument ).
4
A34. Máy chụp XQuang tần số cao số hoá toàn bộ (Digital X-Ray System ).
4
A35. Thiết bị X - Quang tăng sáng truyền hình
5
A351. Khối thiết bị tăng sáng.
5
A352. Khối thiết bị thu ảnh.
6
A353. Thiết bị giám sát tín hiệu (monitor).
6
A36. Thiết bị X - Quang chụp mạch xoá nền. (Angiography)

6
Hình 01 : Hình ảnh máy chụp mạch 1 và 2 bình diện
7
A361. Chụp mạch.
8
Hình 02 : Chụp mạch X quang có thuốc cản quang
8
A362. Các yêu cầu khi chụp mạch
8
Hình 03 : Sơ đồ một máy chụp mạch
8
A37. ứng dụng của chụp mạch.
9

b. Nguyên lý và cấu trúc cơ bản của thiết bị x quang.

10
B1. Bức xạ tia X.
10
B2. Đặc trng cơ bản của tia X.
11
B3. ảnh X Quang.
12
B31. Độ tơng phản
12
B32. Độ sắc nét.
12
B33. Độ phân giải.
13
B4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống.

13
Hình 04 : Kết cấu cơ bản của máy
14
Hình 05 : Sơ đồ cấu trúc thiết bị X Quang cao tần kỹ thuật số.
14

C. Khảo sát, phân tích các khối và phần tử cấu thành thiết bị


15
C1. Khối tạo và định vị chùm tia X.
15
C11. Bóng X-Quang (X ray tube ).
15
C111. Nguyên tắc hoạt động của bóng X-Quang.
15
C112. Cấu tạo
15
Hình 06: Bóng X- Quang
15
a) Ka tốt:
15
b) A nốt:
16
c) Vỏ trong:
16
d) Vỏ ngoài:
17
e) Cửa sổ
17

C113: Cấu tạo và nguyên lý của bóng X - Quang có Anốt cố định:
17
Hình 07: Cấu tạo một bóng X- quang có Anốt cố định.
17
a) Ka tốt:
18
Hình 08: Mô tả một Katốt kép
18
b) A nốt:
18
Hình 09 : Quan hệ giữa góc đích với chấm hội tụ thực và chấm hội tụ hiệu dụng.
18
c) Thiết bị loại bỏ các tia mềm:
19
d) Mạch khác phục trạng thái dới bão hoà:
19
C114: Cấu tạo bóng X-Quang có A-nốt quay:
20
Hình 10: Cấu trúc một Anốt quay.
20
a) A tốt:
20
b) Động cơ A nốt:
21
c) Vỏ thuỷ tinh
21
Hình 11 : Ruột và vỏ thuỷ tinh một loại bóng A-nốt quay.
21
C115: Khả năng tản nhiệt của bóng :
21

C116: Những thiết bị cải tiến trong bóng X-quang :
22
a) Lới điều khiển
22
c) Vỏ chế tạo từ kim loại :
22
d) Vỏ kim loại gốm:
22
e) A-nốt chế tạo từ Môlipđen:
23
C117: Một số chỉ tiêu cơ bản trong các loại bóng X-Quang:
23
C12. ống chuẩn trực. (Collimator/ diaphragm)
23
Hình 12 : Cấu trúc của hộp chuẩn trực.
24
C13. Lới điều khiển
24
C131: Lới tĩnh
24
C131: Lới động
24
Hình 13: Cấu trúc lới tĩnh và một loại lới động
25
C2. Khối định vị chụp (điều khiển bằng tay, giá đỡ, đờng ray, bàn bệnh nhân).
26
C21. Điều khiển bằng tay (Handle bar).
26
Hình 14: Mô hình khối điều khiển bằng tay
26

C22. Giá đỡ (Stand).
26
C23. Đờng ray (Rail).
27
Hình 15: Mô hình kết cấu giá đỡ, đờng ray
27
C24. Bàn bệnh nhân (Table).
27
Hình 16 : Bàn bệnh nhân, hộp Catssets
27
C3. Khối nguồn cao áp (biến áp cao áp, dao động cao tần công suất).
28
C31. Biến áp cao áp (High Trans).
28
C311. Biến áp
28
Hình 17: Cao áp
28
a) Cấu tạo
28
b) Dầu cách điện trong khối cao thế
29
C312. Chỉnh lu cao thế .
29
a ) Chỉnh lu cao thế một pha nửa sóng
29
b) Chỉnh lu cao thế 1 pha cả sóng
30
c) Chỉnh lu cao thế bội áp
30

C32. Dao động cao tần công suất (High Frequency Power).
30
C4. Khối điều khiển (điều hành hệ thống, đặt chơng trình và hiển thị ).
31
C41. Điều hành hệ thống (Controler Dislay).
31
Hình 18 : Khối điều hành và hiển thị
32
C42. Đặt chơng trình và hiển thị ( Console Display ).
32
Hình 19 : Sơ đồ điều khiển trên máy
33
C5. Khối nguồn công suất và nguồn nuôi hệ thống.
34
C6. Khối thu ảnh và rửa tráng phim.
34
C61. Phim X- Quang.
34
C62. Bìa tăng quang và Cát sét
34
C621. Bìa tăng quang
34
C622. Cát- xét
35
Hình 20 : Hình ảnh một Cát - xét chứa phim và bìa tăng quang
35
Phần 2.
Thiết kế tổng thể thiết bị chụp x quang
tần số cao 500mA

36
A. đặc điểm, thông số kỹ thuật.

36
A1. Đặc điểm, u thế.
36
A2. Cấu trúc thiết bị.
36
Hình 21 : Cấu trúc thiết bị
37
A3. Điều kiện kỹ thuật an toàn bắt buộc khi lắp đặt và sử dụng.
37
A31. Điều kiện kỹ thuật an toàn về môi trờng.
37
A32. Điều kiện kỹ thuật an toàn về nguồn điện.
38
A33. Điều kiện kỹ thuật an toàn về vận hành, vận chuyển, bảo hành, bảo trì, sửa chữa
39
A4. Thông số kỹ thuật.
40
A41. Thông số kỹ thuật toàn hệ thống (Specification).
40
Bảng 1 : Thông số kỹ thuật toàn hệ thống
40
A42. Khối cao áp cung cấp cao áp cho bóng X -Quang.
41
Bảng 2 : Thông số kỹ thuật khối cao áp
41
A43. Nguồn cung cấp cho toàn thiết bị.
41

Bảng 3 : Thông số kỹ thuật nguồn cung cấp cho toàn thiết bị
41
A44. Aptomat nhiệt từ tính (Thermomgnetic ).
41
Bảng 4 : Thông số kỹ thuật Aptomat nhiệt từ tính
41
A45. Dây nguồn cung cấp 1 pha (P = 37, 5KW).
41
Bảng 5 : Thông số kỹ thuật dây nguồn cung cấp
42
A46. ống X Quang
42
Bảng 6 : Thông số kỹ thuật ống X - Quang
42
A47. Hệ thống điều khiển.
42
Bảng 7 : Thông số kỹ thuật hệ thống điều khiển
42
A48. Hệ chuyển động.
42
Bảng 8 : Thông số kỹ thuật hệ chuyển động
42
A49. Kích thớc.
43
Bảng 9 : Thông số kích thớc thiết bị
43

B. Tiêu chuẩn lắp ráp vận hành thiết bị.

43

B1. Tháo dỡ
43
Hình 22 : Mô tả thiết bị khi tháo dỡ
43
B2. Lắp ráp và kích thớc tổng thể.
44
Hình23 : Độ dài tổng thể
44
Hình 24 : Lắp ráp mặt bàn vào tủ chân bàn
44
B21. Lắp ráp bàn bệnh nhân
44
B22. Lắp ráp đờng ray.
45
Hình 25 : Lắp ráp đờng ray
45
B23. Lắp ráp giá đỡ.
45
Hình 26 : Lắp ghép giá đỡ
45
B24. Lắp ráp mâm trợt của giá đỡ hệ bóng X- Quang.
46
Hình 27 : Lắp ráp mâm trợt của giá đỡ hệ bóng X- Quang
46
B25. Lắp ráp hệ bóng X- Quang.
46
Hình 28 : Lắp ráp hệ bóng X- Quang
46
Hình 29 : Nối dây
47

B26. Lắp ráp các tấm ốp.
47
Hình 30 : Hớng lắp ráp các tấp ốp đậy thiết bị
47
Hình 31 : Chỉ dẫn khoá tấm ốp đờng ray
47
B27. Lắp ráp đầu dây cao áp vào khối cao áp.
48
Hình 32 : Hớng dẫn lắp ráp đầu mút dây cao áp vào biến áp cao áp
48
B28. Lắp ráp dây điều khiển hệ bóng X Quang.
48
Hình 33 : Hớng dẫn lắp ráp dây điều khiển hệ bóng X- Quang
48
B29. Bố trí công tắc hành trình, khoá an toàn hệ thống và bảng đấu dây
49
Hình 34 : Bố trí công tắc hành trình, khoá an toàn hệ thống
49
Hình 35 : Bảng đấu dây của bàn bệnh nhân
49
B3. Cài đặt tham số, chơng trình, kiểm tra và vận hành chụp x- quang.
50
B31. Chuẩn bị.
50
B32. Cài đặt.
50
Hình 36 : Màn hình hiển thị thông số làm việc của thiết bị
50
Hình 37 : Màn hình hiển thị thông số khi cài đặt ống
50

Hình 38 : Chú thích các nút điều chỉnh số liệu tơng ứng với các bộ phận
51
Hình 39 : Biễu diễn so sánh đặc tính chế độ mA COMP và thờng
51
B33. Cài đặt S/W trong khối điều khiển mặt máy
52
Hình 40 : Cài đặt S/W trong khối điều khiển mặt máy .
52
B34. Kiểm tra các thông số.
52
B341. Kiểm tra về sợi đốt.
52
a) Kiểm tra về sợi đốt.
52
Bảng 10 : Thông số kiểm tra sợi đốt
52
b) Kiểm tra tần số sợi đốt
53
Bảng 11 : Tần số kiểm tra sợi đốt
53
c) Kiểm tra sự phản hồi sợi đốt.
53
Bảng 12 : Sự phản hồi sợi đốt
53
B3742. Kiểm tra Rotor.
53
a) Kiểm tra sự kết nối Rotor
53
Bảng 13 : Sự kết nối Rotor
53

b) Kiểm tra sự phản hồi Rotor
53
Bảng 14 : Sự phản hồi Rotor
53
B343. Kiểm tra IPM.
54
Bảng 15 : Kiểm tra công suất IPM1
54
Bảng 16 : Kiểm tra công suất IPM 2
54
B344. Kiểm tra cao áp.
54
Bảng 17 : Kiểm tra cao áp
54
B345. Kiểm tra tia X Quang
54
a) Kiểm tra tần số IPM.
54
Bảng 18 : Kiểm tra tần số IPM
54
b) Kiểm tra PWM.
55
Bảng 19 : Kiểm tra PWM
55
c) Kiểm tra cổng vào IPM
55
Bảng 20 : Kiểm tra cổng vào IPM
55
d) Kiểm tra đầu vào khối cao áp.
55

Bảng 21 : Kiểm tra đầu vào khối cao áp
55
e) Kiểm tra sự phản hồi.
55
Bảng 22 : Kiểm tra sự phản hồi
56
B35. Các thông báo lỗi.
56
Bảng 23 : Thông báo lỗi
56
B36. Vận hành chụp X - Quang
57
Hình 41 : Các cỡ ngời
57
Hình 42 : Các bộ phận thuộc cơ thể ngời
57
Hình 43 : Các cơ quan của ngời
58
Hình 44 : Màn hình LCD 2
58
Hình 45 : Lựa chọn các tham số chụp Màn hình LCD 1
58
Bảng 24 : Bảng tham khảo thông số chụp X- Quang với film thông dụng
59
B4. Cơ khí và điện tử (Gồm có 29 bản vẽ)
59
Bản vẽ 01 : Kích thớc lắp ráp tổng thể File : 01
60
Bản vẽ 02 : Hộp chứa khối điều hành File : 02
61

Bản vẽ 03 : Khối cao thế X Quang File : 03
62
Bản vẽ 04 : Mạch điện điều khiển chuyển động của bàn File : 04
63
Bản vẽ 05 : Khối điều hành chính [PCB] File : 05
64
Bản vẽ 06 : Mạch nguồn công suất chính File : 06
65
Bản vẽ 07 : Mạch Relay File : 07
66
Bản vẽ 08 : Mạch điều khiển sợi đốt File : 08
67
Bản vẽ 09 : Mạch điều khiển điều khiển HT File : 09
68
Bản vẽ 10 : Mạch CPU điều khiển HT File : 10
69
Bản vẽ 11 : Mạch điều khiển lập trình mặt máy File : 11
70
Bản vẽ 12 : SĐNL mạch kiểm soát tự động nạp tụ điện Fi le : SJ 2000-A 2
71
Bản vẽ 13 : SĐNL mạch (1)lập trình mặt máy Fi le : SJ 2000-A 20
72
Bản vẽ 14 : SĐNL mạch (2) lập trình mặt máy Fi le : SJ 2000-A 20
73
Bản vẽ 15 : SĐNL mạch hiển thị (1) mặt máy Fi le : SJ 2000-A 21
74
Bản vẽ 16 : SĐNL mạch phím bấm mặt máy Fi le :
75
Bản vẽ 17 : SĐNL mạch hiển thị (2) mặt máy Fi le : SJ 2000-A 21
76

Bản vẽ 18 : SĐNL mạch (1) điều khiển sợi đốt Fi le : SJ 2000-A 3
77
Bản vẽ 19 : SĐNL mạch (2)điều khiển sợi đốt Fi le : SJ 2000-A 3
78
Bản vẽ 20 : SĐNL mạch điều khiển IPM Fi le : SJ 2000-A 5
79
Bản vẽ 21 : SĐNL mạch nguồn cung cấp chính Fi le : SJ 2000-A 7
80
Bản vẽ 22 : SĐNL mạch lọc và nguồn IPM Fi le :
81
Bản vẽ 23 : SĐNL mạch CPU (1) điều khiển HT Fi le : SJ 2000-A 1
82
Bản vẽ 24 : SĐNL mạch CPU (2) điều khiển HT Fi le : SJ 2000- A 1 83
Bản vẽ 25 : SĐNL mạch điều khiển (1) điều khiển HT Fi le : SJ 2000-A 2 84
Bản vẽ 26 : SĐNL mạch điều khiển (2) điều khiển HT Fi le : SJ 2000-A 2 85
Bản vẽ 27 : SĐNL mạch (1) điều khiển Relay Fi le : SJ 2000-A 4 86
Bản vẽ 28 : SĐNL mạch (2) điều khiển Relay Fi le : SJ 2000-A 4 87
Bản vẽ 29 : SĐNL điều khiển Relay 2 Fi le : SJ 2000-A 9 88
Bản vẽ 30 : Mô tả thiết bị khi tháo dỡ Fi le : 89
Bản vẽ 31 : Phơng pháp lắp ghép giá đỡ Fi le : 90
Bản vẽ 32: Phơng pháp lắp mâm trợt, hệ bóng X -Quang Fi le : 91
Bản vẽ 33 : Hớng lắp ráp các tấm ốp vào thiết bị Fi le : 92
Bản vẽ 34 : Góc điều khiển hệ bóng X - Quang Fi le : 93
Bản vẽ 35 : Giắc kết nối Fi le : 94
Bản vẽ 36 : Một số loại ống X Quang Fi le : 95
Bản vẽ 37 : Một số loại cáp kết nối cao áp Fi le : 96
Bản vẽ 38 : Một số loại cáp kết nối ống Fi le : 97
Bản vẽ 39 : Bảng thông số cáp X Quang Fi le : 98
Bản vẽ 40 : Cáp kết nối máy in Fi le : 99

Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
1
Báo cáo tóm tắt thực hiện đề tài

Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp
X- Quang tần số cao 500mA
Digital Controlled X Ray Instrument


Thiết bị chụp X Quang tần số cao 500mA điều khiển kỹ thuật số là loại thiết bị
hiện đại, nó bao hàm nhiều vấn đề về công nghệ và kỹ thuật phức tạp cần phải giải
quyết (điều khiển, điện tử tin học, đo lờng, tự động, cơ khí chính xác.). Đặt
vấn đề chế tạo thiết bị này, chúng tôi phải chia làm 2 giai đoạn nghiên cứu chế tạo:
Giai đoạn 1
: Nghiên cứu khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể (đề tài).
Giai đoạn 2
: Lựa chọn giải pháp công nghệ thích hợp, khả thi để chế tạo 1 thiết
bị mẫu(đề tài).
Sau 2 giai đoạn trên, rút kinh nghiệm và ổn định phơng án công nghệ chế tạo,
chúng tôi chuyển sang giai đoạn 3 là:
Giai đoạn 3
: Hoàn thiện công nghệ sản xuất thử nghiệm 5 thiết bị và đa vào ứng
dụng trong thực tế bệnh viện(dự án SX - TN).
Qua 12 tháng (01/2004 ữ 12/2004) nghiên cứu, tìm tòi, tiếp cận khảo sát thiết bị
mẫu và nhiều tài liệu về chụp X- Quang, chúng tôi đã hoàn tất bộ hồ sơ thiết kế tổng
thể, chính xác theo thiết bị mẫu của Hàn Quốc và có tham khảo của Trung Quốc
(công nghệ Canada). Trong đề tài, có nhiều vấn đề chung và những vấn đề kỹ thuật,
lựa chọn giải pháp công nghệ hữu ích có đặc thù riêng:
- Thiết kế có gắn với công nghệ chế tạo khả thi sau này.
- An toàn, đẹp, gọn, độ bền cao (thích nghi với điều kiện và hoàn cảnh công

nghệ xã hội kinh tế khí hậu Việt Nam).
- Dễ thay thế bảo hành bảo trì, cũng nh trong việc khai thác vật t.
Trong cuốn hồ sơ có 59 trang thuyết minh, 45 hình vẽ, 24 bảng, 40 bản vẽ,
gồm 2 phần thuyết minh và thiết kế đề cập đến nguyên lý, cấu tạo hoạt động cơ bản
của kỹ thuật chụp X Quang; Quy trình lắp ráp, căn chỉnh, cài đặt cấu hình và
chơng trình; Đặc điểm và các tham số điều khiển, kỹ thuật; Thiết kế, bản vẽ kỹ
thuật; Môi trờng sử dụng; Môi trờng an toàn. Nhìn chung, chúnh tôi thiết lập
khá đầy đủ về các phơng diện kỹ thuật - công nghệ vận hành.
Do khả năng ứng dụng và nhu cầu thị trờng của thiết bị X Quang tần số cao là
rất lớn, nhóm đề tài kiến nghị Bộ KHCN, Nhà Nớc ủng hộ phát triển đề tài ở giai
đoạn tiếp theo, cụ thể là:
- Có kinh phí để chế tạo thiết bị mẫu (phải có sự hỗ trợ của nhà nớc).
- Tiến hành chạy thử, đo lờng, thống kê số liệu.
- Thực hiện sửa đổi công nghệ kỹ thuật cho thích hợp với yêu cầu làm việc.
- Xác định đợc định công nghệ chế tạo, hoàn chỉnh hồ sơ công nghệ.
- Chuẩn bị sản xuất 5 thiết bị (trong dự án SX TN nếu nh đợc nhà nớc xét
duyệt ).
Trong đề tài này còn nhiều điều sơ xuất và thiếu sót mong bạn đọc đóng góp ý
kiến để chúng tôi sửa đổi hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ Viện ứng
dụng Công nghệ Trung tâm Công nghệ Laser và các đồng nghiệp đ tạo điều
kiện và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài.


Hà nội: ngày 25 tháng 03 năm 2005
Chủ nhiệm dự án

Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
2
Phần 1

Khảo sát nguyên lý tổng thể thiết bị chụp X- Quang
tần số cao 500mA

(Hệ thống, hoạt động, cấu tạo, tham số và chỉ tiêu kỹ thuật)

A. Tổng quan.

A1. Sự ra đời và phát triển.
Trải qua một thế kỷ phát triển, kế thừa từ khi tia X đợc phát hiện bởi nhà khoa
học ngời Đức Wilthelm Cornad Rontgen và đa vào ứng dụng (năm 1895) đến nay,
nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật công nghệ đã đợc ứng dụng vào chế tạo máy
X - Quang nh công nghệ vi xử lý và kỹ thuật siêu cao tầnđã làm thay đổi đáng
kể bộ mặt thiết bị. Thiết bị X - Quang đã phát triển qua nhiều thế hệ và ngày càng
hoàn thiện để có thể thực hiện nhiều chức năng chẩn đoán phong phú, đa dạng,
chính xác, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của việc chẩn đoán hình ảnh.
Ngày nay, hầu hết các máy X - Quang đều đợc thiết kế dựa trên sự ứng dụng
những thành tựu kỹ thuật điện tử hiện đại. Từ vài chục năm trở lại dây, thay vì sử
dụng các loại bóng đèn điện tử chân không để chế tạo các loại mạch chỉnh lu và
mạch điều khiển, ngời ta chuyển sang các linh kiện bán dẫn nh: Trasistor, Diode,
Thyristor, và các mạch tích hợp (Intergrate Circuit) gần đây nữa là mạch vi xử lý
(Microprocessor).
Thay vì sử dụng nguồn điện lới có tần số thấp (50Hz) để tạo nguồn điện cao
thế (KV) trong các máy X-Quang truyền thống, nay các nhà chế tạo đã ứng dụng
các mạch đổi tần nhân tần số nguồn cấp điện lên vài chục KHz tới hàng trăm KHz
trong các máy X- Quang cao tần hiện đại.
Mặt khác công nghệ chế tạo bóng X- Quang cũng đợc hoàn thiện thêm nhờ có
công nghệ kim loại và hợp kim chịu nhiệt cao. Cộng thêm những tiến bộ của việc
tạo chân không, tăng tốc độ quay của Anot từ 3000vg/ph lên 9000vg/ph
ứng dụng công nghệ truyền hình và tin học vào việc thiết kế và chế tạo thiết bị
X- Quang để tạo ra loại thiết bị X- Quang truyền hình số hoá điều khiển xa và tạo

tiền đề cho việc xây dựng các bệnh viện không film và việc nối mạng truyền ảnh
X- Quang.
Vì thế thiết bị X- Quang ngày nay thực hiện đợc nhiều chức năng phong phú và
đạt đợc nhiều đặc trng kỹ thuật cao nh:
- Công suất phát xạ lớn( dòng cao thế có thể dạt tới 1000mA với điện áp cao có thể
đạt tới 80 KV)
- Thời gian phát xạ có thể ngắn tới 1ms.
-
Liều lợng tia xạ qua bệnh nhân giảm.
- Hình ảnh rõ ràng.
- Có thể tạo ảnh cắt lớp theo mặt phẳng hoặc không gian tạo ra hình ảnh có chiều
sâu và quan sát dễ dàng hơn.
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
3
- Cho phép nhiều ngời cùng quan sát hình ảnh qua hệ thống truyền hình.
- Có thể lập chơng trình xét nghiệm theo bệnh lý, thể trạng của ngời bệnh và ghi
vào bộ nhớ và có thể gọi chơng trình này nhờ có hệ thống máy tính.
- Hình ảnh không chỉ lu giữ trên film mà còn đợc ghi trên đĩa từ hoặc trên đĩa
quang từ với dữ liệu rất lớn tới hàng vạn ngời bệnh với cả film và các số liệu liên
quan.
- Công suất tổn hao thấp.
- Đảm bảo an toàn cho bệnh nhân và ngời sử dụng cùng môi trờng xung quanh.
Thiết bị ngày càng gọn nhẹ cơ động, hình thức phong phú

A2. u thế và hạn chế.
A21. u thế.
- Đợc phổ cập và ứng dụng rộng rãi so với các loại thiết bị khác (trên 70%).
- Có thể chẩn đoán toàn thân và với các góc độ và vị trí khác nhau.
- Có thể lắp đặt cố định hoặc di động.
- Có thể hỗ trợ cho các thủ thuật can thiệp đặc biệt.

- Ngoại trừ các thiết bị đặc biệt còn nói chung là chi phí và vận hành thấp.
A22. Hạn chế.
- Chịu nhiều phóng xạ và ảnh hởng có hại đối với bệnh nhân và môi trờng.
- Có sự chồng chất các chi tiết trên màn hình.
- Khả năng phân giải đối với các mô mềm kém.
- Khó quan sát các bộ phận nằm sâu bên trong nh Khối u trong sọ não.
- Chất lợng hình ảnh phụ thuộc vào chất lợng film và hệ thống tráng rửa
(nhng ngày nay với kỹ thuật số hoá cao cấp đã khắc phục đợc hạn chế này).

A3. Phân loại X - Quang.
Thiết bị chụp X-Quang đợc phân loại theo nhiều cách khác nhau nh:
- Phân loại theo chức năng chính.
- Phân loại theo công suất.
- Phân loại theo công nghệ.
- Phân loại theo khả năng cơ động.
- Phân loại theo nguồn cung cấp điện.
Các cách phân loại trên chỉ có tính chất tơng đối để định hớng phạm vi ứng
dụng của máy theo nhu cầu và môi trờng khác nhau. Tuỳ theo nhu cầu ứng dụng
một máy X- Quang có thể thuộc một hoặc nhiều sự phân loại nói trên.
Máy X - Quang chụp mạch về cơ bản là một máy X - Quang nên nó có nguyên
lý hoạt động giống nh máy X - Quang truyền thống nhng nó có thêm phần tăng
sáng truyền hình và hệ thống xử lý ảnh số với công nghệ xoá nền hay còn gọi là
côn
g
n
g
hệ trừ ảnh. Để hiểu rõ hơn về n
g
u
y

ênl
ý
cũn
g
nh cấu tạo của má
y

Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
4
X - Quang và máy X - Quang xoá nền, trớc hết ta tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý
chung của một máy X - Quang cơ bản hay còn gọi là máy X - Quang truyền thống.
Dới đây ta phân loại theo góc độ điều khiển và giao diện
A31. Thiết bị X Quang thông thờng (truyền thống ) Classic X-Ray Intrument.
- Là loại thiết bị X- Quang đầu tiên, chỉ sử dụng hiệu ứng X- Quang đơn giản:
- Thiết bị chỉ bao gồm đèn X- Quang, phần nguồn f = 50Hz và film. Thiết bị
cồng kềnh, nặng nề gần nh không có điều khiển và xử lý các tham số.
A32. Máy X- Quang tần số cao (High Frequency X Ray Intrument).
- Thiết bị này cải tiến đợc phần nguồn dao động (SWITCHING) có tần số từ
30Kz trở lên, nhờ đó mà thiết bị kết cấu nhẹ và gọn hơn.
A33. Thiết bị X Quang tần số cao điều khiển kỹ thuật số (Digital Controlled
X -Ray Intrument ).
- Đây là tiến bộ khoa học công nghệ quan trọng giải quyết vấn đề điều khiển
có hệ thống tin học đợc áp dụng. Nhờ đó quản lý đợc số liệu và lập đợc
các chơng trình tối u.
- Thiết bị gọn nhẹ, điều khiển chính xác các tham số chụp theo ý muốn.
- Dễ sử dụng, giao diện thân thiện giữa ngời và máy.
- An toàn cho ngời sử dụng. Quản lý các số liệu và báo lỗi kịp thời.
A34. Máy chụp X Quang tần số cao số hoá toàn bộ (Digital X- Ray System ).
Chùm tia X đợc phát ra từ bóng X quang khi đi qua bệnh nhân mang thông tin
về bệnh nhân đập và màn huỳnh quang lối vào của bóng tăng sáng. Màn huỳnh

quang sẽ biến đổi tia X thành ánh sáng (tín hiệu ảnh) ở màn hình lối ra. Một hệ
thống quang học (camera optics) đợc ghép trực tiếp với đầu ra của của bóng tăng
sáng, thông qua hệ thống quang học này tín hiệu ảnh đợc gửi tới các thiết bị thu
ảnh và đợc số hoá .Cuối cùng tín hiệu đợc gửi đến màn hình hiển thị để quan sát
và đợc lu trữ d
ới dạng số.
Nh vậy, X quang số hoá là quá trình xử lý, tái tạo và lu trữ ảnh X quang dới
dạng số.
Trong máy X-Quang số hoá ngoài các thành phần nh một máy X-Quang truyền
thống còn có thêm ba khối quan trọng đặc trng cho máy X-Quang số hoá là
- Khối chuyển đổi ADC
- Khối chuyển đổi DAC
- Khối thiết bị lu trữ ảnh.
Trong máy X-Quang chụp mạch và máy chụp mạch xoá nền DSA quá trình số
hoá ảnh và lu trữ ảnh đều sử dụng nguyên lý trong bộ sử lý ảnh số trong máy X-
Quang số hoá. Sau đây ta sẽ nghiên cứu sơ qua về ba khối trong bộ sử lý ảnh số của
loại máy X-Quang số hoá nhằm làm tiền đề cho những chơng về máy chụp mạch
sau này.
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
5
- Đây là một tiến bộ khoa học công nghệ quan trọng, ảnh hởng sâu sắc trong
chẩn đoán X - Quang. Việc tiến bộ trong công nghệ vật liệu mới (CCD),
truyền hình và tin học tạo điều kiện thiết kế chế tạo máy chụp X - Quang tần
số cao.
- Chùm tia X mang thông tin về ngời bệnh thay vì tác động trực tiếp lên film
sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu điện dạng tơng tự. Tín hiệu này sau đó đợc
chuyển thành tín hiệu số nhờ bộ chuyển đổi ADC và đợc xử lý để có thể
hiển thị trên màn hình hoặc có thể lu trữ trong các bộ nhớ hay in ra film.
- Các giữ liệu về hình ảnh quang tuyến đợc lu giữ trong các bộ nhớ của các
hệ thống máy tính. Sau đó kiểm tra lại tất cả các hình ảnh và chỉ đợc đa lên

film những hình ảnh theo ý muốn đã đợc lựa chọn. Chất lợng hình ảnh đạt
đợc trình độ cao bởi hàng triệu điểm ảnh trên 1 màn hình.
A35. Thiết bị X - Quang tăng sáng truyền hình
Khác với máy X-Quang truyền thống trớc kia sử dụng màn huỳnh quang đợc
chế tạo từ hợp chất lân quang, hiệu suất phát quang thấp nên cờng độ ánh sáng yếu,
không sử dụng đợc trong ánh sáng ban ngày mà phải sử dụng trong buồng tối. Để
thay cho màn huỳnh quang mà vẫn bảo đảm chức năng chiếu ngời ta đã sử dụng hệ
thống tăng sáng truyền hình trong máy X quang tăng sáng truyền hình.
Hệ thống tăng sáng truyền hình đợc sử dụng trong hệ thống các máy chụp mạch
và là khối không thể thiếu đợc trong quá trình tạo các ảnh mạch máu cần chụp.
Hệ thống tăng sáng truyền hình trong máy X quang bao gồm
- Khối thiết bị tăng sáng.
- Khối thiết bị thu hình.
- Khối thiết bị theo dõi (monitor).
Sau đây ta sẽ trình bày qua về từng khối trong hệ thống tăng sáng.
351. Khối thiết bị tăng sáng.
Gồm bóng tăng sáng và các mạch điện phụ trợ: mạch cấp nguồn, mạch điều
khiển trờng nhìn và hệ thống quang học.
- Bóng tăng sáng là một bóng điện tử chân không gồm có vỏ bóng, các điện
cực Anốt, Katốt quang, các điện cực hội tụ và màn ảnh lối vào, lối ra. Hoạt
động theo nguyên lý sau:
Chùm tia X sau khi qua bệnh nhân, mang những thông tin về ngời bệnh đập vào
màn huỳnh quang lối vào, màn này sẽ hấp thụ tia X và bức xạ ra photon ánh sáng.
Các photon ánh sáng đập vào Katốt quang, Katốt quang hấp thụ ánh sáng và bức xạ
chùm điện tử. Chùm điện tử đợc gia tốc trên quỹ đạo từ Katốt sang Anốt với điện
áp chênh lệch khoảng 30KV.
Trên quỹ đạo đặt các điện cực có tích điện (+) với các điện thế khác nhau. Những
điện cực này sẽ ảnh hởng đến quỹ đạo của chùm điện tử và làm thay đổi điểm hội
tụ của chùm tia. Những điện cực này có ảnh hởng giống nh thấu kính quang học
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA

6
(còn đợc gọi là thấu kính hội tụ) làm cho chùm tia điện tử khi đập vào màn hình lối
ra có kích thớc khác nhau. Tại màn ảnh lối ra chùm tia điện tử sẽ đợc chuyển đổi
thành ánh sáng.
352. Khối thiết bị thu ảnh.
Chức năng của khối là biến đổi hình ảnh từ lối ra bóng tăng sáng thành thị tần.
Khối gồm hai phần là linh kiện thu ảnh (hay còn gọi là ống thu ảnh) và mạch xử lí
tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động của ống thu ảnh dựa trên hiệu ứng quang dẫn tức là khi có
ánh sáng vật liệu trở lên dẫn điện
Mạch xử lý tín hiệu có chức năng khuếch đại tín hiệu nhận đợc từ ống thu ảnh
lên một giá trị đủ lớn (khuếch đại thị tần), cỡ 200mV để đảm bảo cho tỷ số S/N đủ
lớn và đồng đều hoá dải tần
353. Thiết bị giám sát tín hiệu (monitor).
Chức năng là quan sát sự biến thiên của tín hiệu thị tần. Trong đó gồm có bóng
hình; bộ khuếch đại thị tần; khối tách xung đồng bộ chia làm hai phần: một ra các
mạch quét dọc và lái tia dọc, một ra các mạch quét ngang và lái tia ngang ; mạch tạo
tia và khử tia quét ngợc, mạch tạo nguồn trong đó có khối cao thế.
Nh vậy trong phần trên chúng ta đã đề cập đến nguyên lí cơ sở của máy X-
Quang truyền thống và một số khối trong các máy X-Quang hiện đại nh khối tăng
sáng truyền hình trong máy tăng sáng truyền hình, khối xử lý số trong máy
X- Quang số hoá. Phần tiếp theo này chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về một loại máy
X - Quang còn khá mới, đó là máy X quang chụp mạch và chụp mạch xoá nền DSA
A36. Thiết bị X - Quang chụp mạch xoá nền. (Angiography)
- Là một dạng đặc biệt của thiết bị X- Quang tăng sáng truyền hình số hoá dùng
để chẩn đoán mạch máu. Hệ thống thiết bị này bao gồm một hoặc hai thiết bị
tơng ứng có một hoặc hai bình điện. Mỗi cụm thiết bị có 1 bóng X-Quang và
một bóng tăng sáng camera đợc gắn tại hai đầu của một cánh tay hình chữ C.
Các thiết bị này chuyển động xoay quanh hoặc dọc theo thân ngời bệnh để có
thể thu đợc hình ảnh về các mạch máu đã đợc bơm đầy chất cảm quang. Mọi

hoạt động của việc chuyển động cánh tay hình chữ C bơm thuốc cảm quang, di
chuyển tay hình chữ C chuyển động theo thuốc cảm quang, thu nhận xử lý và
hiển thị lên màn hình đều đợc số hoá.
- Đặc trng của máy chụp mạch số hoá là tốc độ thu nhận ảnh rất cao. Số l
ợng
ảnh thu nhận có thể có lên tới hàng trăm hoặc hơn nên đòi hỏi máy tính phải có
tốc độ xử lý cao gồm nhiều vi xử lý và phải có sự đa nhiệm rất cao.
- Bóng X - Quang phát tia liên tục nên nó cần phải có dung lợng nhiệt rất cao.
- Một phơng pháp chụp mạch xoá nền ( Digital Subtraction Angiography) DSA.
- Với phơng pháp này hình ảnh này đợc chụp hai lần trong đó một lần có
thuốc cảm quang, sau đó ảnh này đợc đem trừ cho nhau. Kết quả chỉ còn lại
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
7
ảnh của mạch máu đã đợc bơm thuốc cảm quang. Đây là sự kết hợp chặt chẽ
giữa hệ thống thiết bị và phần mềm nhằm tạo ra hình ảnh rõ nét. Sau khi lọc bỏ
nhiễu ảnh do các phần mềm lân cận tạo ra.
Nhờ kỹ thuật này mà có thể chẩn đoán rất nhiều bện về máu nh đứt mạch trong
tai nạn, tắc mạch trong xơ vữa, phồng mạch.
Tuy nhiên kỹ thuật này phức tạp, chi phí đầu t cao. Nên chỉ đợc ứng dụng
trong các bệnh viện lớn.
Một ứng dụng quan trọng của kỹ thuật này là chụp mạch can thiệp: Đồng thời
với việc hiển thị tức thời mạch máu có thể tiến hành đồng thời xử lý nong mạch với
mạch vành hay mạch ngoại vi, hay quá trình đóng mạch dẫn máu vào các Khối u
Nh đã nói ở trên, máy chụp mạch thực chất chỉ là một loại máy X - Quang ứng
dụng hệ thống tăng sáng truyền hình và công nghệ kỹ thuật số trong tạo ảnh.
X - Quang kỹ thuật số đem lại hình ảnh sắc nét và rõ ràng hơn các phiên bản kỹ
thuật tơng tự. Đặc biệt là những lợi ích tuyệt vời của X - Quang kỹ thuật số đem lại
cho kỹ thuật chụp mạch X - Quang có cản quang (Fluorescence Angiography) và
chụp mạch xoá nền DSA (Digital Subtraction Angriography), nh :
- Phát tia X ít nhng vẫn thu đợc ảnh rõ nét ( giảm đợc 80 % liều lợng tia X

đối với bệnh nhân ).
- Nhờ hệ thống máy tính mà nhiều nơi có thể cùng chia sẽ nguồn thông tin.
- Các ảnh X - Quang số có thể đợc lu trữ trong các đĩa quang, ổ cứng nên tiết
kiệm bộ nhớ, dễ quản lí, có thể lu trữ đợc lâu.
ý tởng về Máy chụp mạch bắt đầu hình thành từ những năm 70 khi có sự xuất
hiện của máy X - Quang tăng sáng truyền hình, nhng do điều kiện công nghệ và kỹ
thuật cha cho phép nên phải đến đầu thập kỷ 90 thì mới phát triển mạnh. Bắt đầu là
hãng Siement với máy chụp mạch một bình diện, sau đó các hãng khác tiếp tục phát
triển nên nh Philips, Toshiba, GE, Shimadzuvà phát triển thêm các máy chụp
mạch hai bình diện (có hai cánh tay C, hai hệ thống lu trữ và xử lý ảnh riêng biệt).



Hình 01: Hình ảnh máy chụp mạch 1 và 2 bình diện


Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
8
361. Chụp mạch.
Chụp mạch X - Quang là phơng pháp tạo ảnh đặc biệt về sự phân bố mạch và
đợc sử dụng không chỉ trong việc tạo ảnh các mạch máu trong toàn bộ các cơ quan
trong cơ thể để chẩn đoán bệnh mà còn có khả năng can thiệp và chữa bệnh về mạch
máu nh chứng bệnh sơ vữa mạch, chứng phình động mạch hoặc chữa những dị tật
về mạch hoặc có thể sử dụng các mạch nh một ống dẫn tới khối u với mục đích đa
thuốc vào để diệt trừ khối u đó.
Chụp mạch X - Quang truyền thống có vai trò chủ đạo trong việc phát hiện, chẩn
đoán và điều trị bệnh tim, đau tim hoặc đột quỵ và các bệnh về mạch dẫn đến đột
quỵ trong toàn cơ thể.
Để chụp đợc phải bơm thuốc cản quang vào mạch máu trong quá trình chụp để
các mạch máu vùng đợc chụp sẽ hiện rõ hơn trên ảnh. Hình 3.2 cho chúng ta thấy

đợc một số ảnh chụp mạch X quang có dùng thuốc cản quang của mắt và não.
Trớc đây, hợp chất của Iốt đợc sử dụng để làm chất cản quang. Ngày nay, nhiều
chất cản quang mới đợc thay thế với nồng độ Iốt thấp hơn, do đó giảm đợc các
vấn đề sinh học cũng nh các phản ứng phụ khi đa chất cản quang vào cơ thể. Có
loại thuốc cản quang không chứa Iot để không ảnh hởng đến những bệnh nhân mắc
các chứng bệnh nh đái tháo đờng hoặc thận bị h. Nhng giá thành của loại thuốc
này đắt gấp 10 lần loại thuốc có chứa Iot.
Sơ đồ sau đây mô tả cấu trúc các khối trong một máy X-Quang chụp mạch :














362. Các yêu cầu khi chụp mạch.
- Chụp nhiều ảnh để theo dõi đờng đi của thuốc cản quang.
- Chụp với tốc độ nhanh để quan sát ảnh tức thời, tốc độ chụp 24 hình/s. Một số
máy cũ chỉ có tốc độ chụp 6 hình/s. Ngoài ra còn có máy chụp với tốc độ 30
H
ình 02 : Ch
ụp
m

ạ
ch X
q
uan
g
có thuốc cản
q
uan
g

Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
9
hình/s, nhng do nhu cầu quan sát ảnh động và với những mạch máu rất nhỏ
thì cần có tốc độ quan sát nhanh hơn nữa, nên cần chụp với tốc độ là 60 hình/s.
- Cần có máy bơm thuốc cản quang tự động, nó kết hợp với máy X quang để tự
động tiến hành chụp khi bắt đầu bơm thuốc cản quang. Khi đó máy bơm và
máy chụp mạch phải đợc đồng bộ với nhau.
- Điện thế cao thế cỡ 110kV.
Về kỹ thuật chụp không có gì khác so với chụp X quang thông thờng.
Trớc khi đi vào tìm hiểu các khối chính trong một hệ thống chụp mạch, chúng ta
sẽ tìm hiểu về ứng dụng cụ thể của chụp mạch trong chẩn đoán và điều trị bệnh.



Bóng tăng
sáng và camera
Bóng
X-Quang
Nguồn cao
thế

Mạch
khuếch đại
Máy ghi âm
ADC

-
Mạch
tích luỹ
+
Mạch
tích luỹ
Bộ nhớ
Bộ nhớ
mạch trừ
Bộ
điều khiển
Máy tính và
bàn điều
khiển
ổ đĩa cứng
Mạch
khuếch đại
DAC
Monitor ảnh
xoá nền
Máy chụp
đa ảnh
Monitor trực
tiếp

Hình 03 :Sơ đồ một máy chụp mạch
A37. ứng dụng của chụp mạch.
Chụp mạch giúp làm các việc nh :
- Nong động mạch vành, mạch ngoại biên.
- Nong van tim (van hai lá, van động mạch phổi).
- Đóng lỗ thông còn ống động mạch bằng umbrella hoặc bằng coil (khung
kim loại).
- Đóng lỗ thông liên nhĩ bằng umbrella hoặc bằng coil.
- Đóng còn ống động mạch và lỗ thông liên nhĩ bằng coil nếu lỗ thông nhỏ.
- Nút động mạch gan và nút u xơ tử cung để điều trị u gan và u xơ tử cung
(chặn tất cả các mạch máu nuôi tế bào u).
- Đổ xi măng cột sống
Việc điều trị có thể tiến hành bằng cách can thiệp mạch qua ống thông. Đây là
biện pháp không phải mổ xẻ, vừa làm giảm triệu chứng vừa giải quyết đợc nguy cơ
gây tắc mạch nhng bù lại rất đắt tiền. Có hai bớc phải làm chính là :
- Chụp mạch đánh giá vị trí và mức độ tổn thơng.
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
10
- Làm rộng lòng mạch bằng bóng nong và đặt stent (hay còn gọi là giá đỡ):
+ Bóng nong sẽ áp sát mảng xơ vữa vào thành mạch, mở rộng lòng mạch. Bóng
nong này đợc nối với bơm bên ngoài. Tuỳ vào đờng kính mạch to hay nhỏ
mà bơm bóng lên nhiều hay ít cho đúng bằng độ rộng lòng mạch.
+ Stent là một khung kim loại đặt vĩnh viễn trong lòng mạch giữ cho mảng sơ vữa
không sập xuống.


B. Nguyên lý và cấu trúc cơ bản của thiết bị X quang.

Công nghệ tạo ảnh X-Quang nhờ ứng dụng tia X (một nguồn năng lợng bức xạ
từ bóng X-Quang ). Nguyên lý tạo ảnh có thể đợc mô tả nh sau:

Chùm tia X khi đi qua một vật thể sẽ bị suy giảm không đồng đều phụ thuộc vào
khả năng hấp thụ tia X của vật thể. Chùm tia sau suy giảm sẽ tác động vào film tạo
nên ảnh do đó ảnh X- Quang là ảnh xếp chồng nghĩa là kết quả của sự chồng lên
nhau của hình ảnh của những đối tợng nằm trên đờng đi của tia X. Trớc hết ta
tìm hiểu về bức xạ tia X
B1. Bức xạ tia X.
Tia X là một dạng bức xạ ion hóa, sinh ra do sự chuyển đổi năng lợng qua nhiều
bớc, từ điện năng sang động năng rồi cuối cùng là nhiệt năng và bức xạ tia X.
Nguồn điện năng, nhờ một điện trờng rất mạnh tạo ra do một điện áp cao thế (cỡ
từ khoảng vài chục đến 150 kV) đặt vào giữa hai cực a-nốt và ca-tốt của bóng X
quang. Nguồn điện năng này truyền chùm tia điện tử bức xạ từ Ka-tốt khiến cho
chùm tia điện tử đợc gia tốc (gọi là chùm điện tử gia tốc), đạt đợc động năng rất
lớn từ vài chục đến hàng trăm KeV và chuyển động với vận tốc rất cao.
Mối quan hệ giữa vận tốc và động năng của điện tử đợc thể hiện theo công thức:
E
K
= 1/2 m
e
v
e
2

Trong đó
E
K
: Động năng điện tử
m
e
: Khối lợng của điện tử (9,1.10
-31

kg)
v
e
: Vận tốc của điện tử
Khi va vào vật cản (A-nốt) chùm tia điện tử sẽ đột ngột giảm tốc độ. Tại đây,
chùm điện tử gia tốc tơng tác với các nguyên tử của tấm đích theo một trong
những khả năng sau:
- Chùm điện tử gia tốc có thể va chạm với nhiều điện tử khác nằm trên các quỹ
đạo của hạt nhân nguyên tử tấm đích, tạo ra sự bức xạ kích thích. Bức xạ này chủ
yếu là bức xạ nhiệt (chiếm tới trên 99%)
- Chùm điện tử gia tốc có thể tơng tác trực tiếp với một hạt nhân nguyên tử tấm
đích tạo ra bức xạ tia X có năng lợng bằng năng lợng của điện tử gia tốc
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
11
- Chùm điện tử gia tốc có thể tơng tác trực tiếp với một số hạt nhân nguyên tử
tấm đích tạo ra bức xạ tia X có năng lợng thấp hơn năng lợng của điện tử gia
tốc theo mức độ khác nhau tùy thuộc số lần tơng tác
- Chùm điện tử gia tốc có thể đẩy một điện tử trên quỹ đạo của nguyên tử tấm
đích ra khỏi quỹ đạo của nó. Tơng tác này tạo ra bức xạ tia X có năng lợng
đặc trng cho vật liệu chế tạo tấm đích.Bức xạ này là bức xạ chính trong việc tạo
ảnh X-Quang.
Trong bóng X quang thì ka-tốt đợc nung nóng (2000
0
C) gây bức xạ điện tử. Nối
A-nốt và Katốt với nguồn cao thế từ 40 đến 150 kVp, nguồn cao thế này sẽ truyền
năng lợng cho các điện tử bị bức xạ và các điện tử chuyển động từ Katốt đến Anốt
với động năng rất lớn, đập vào Anốt làm cho Anốt nóng lên và bức xạ tia X. Do đó
trong tia X thờng có hai loại bức xạ là bức xạ đặc trng và bức xạ kìm hm.
- Bức xạ là bức xạ đặc trng: Là nhng bức xạ tia X có năng lợng đặc trng cho
nguyên tố chế tạo tấm đích.

- Bức xạ kìm hm : là những bức xạ do ba loại tơng tác đầu giữa chùm điện tử
gia tốc với nguyên tử tấm đích tạo ra. Đây là bức xạ nhiệt và bức xạ tia X có mức
năng lợng biến thiên liên tục từ thấp tới cao.
- Kết hợp giữa bức xạ đặc trng và bức xạ liên tục tạo thành bức xạ tổ hợp.Trong
đó bức xạ đặc trng chiếm tỉ lệ nhỏ hơn nhiều so với bức xạ liên tục.

B2. Đặc trng cơ bản của tia X.
Tia X không nhìn thấy bằng mắt thờng có thể xuyên qua vật chất, tia X bị hấp
thụ. Độ suy giảm của tia X, nói cách khác là độ hấp thụ tia X phụ thuộc vào các loại
vật chất khác nhau, ví dụ chì có độ hấp thụ cao so với nhôm. Trong cơ thể, xơng có
độ hấp thụ cao hơn cơ và các mô mềm khác, do đó đối với từng loại thăm khám cần
chọn đúng liều tia cần thiết.
Sau khi xuyên qua cơ thể ngời bệnh, cờng độ chùm tia X bị suy giảm, sự suy
giảm này không đồng đều mà phụ thuộc vào độ hấp thụ của các tổ chức nằm trên
đờng đi của tia X, do vậy chùm tia lối ra mang trong nó những thông tin về các bộ
phận bên trong cơ thể. Nhờ tính chất này tia X đợc dùng để tạo ảnh đối tợng cần
thăm khám trên màn hình (film X-Quang, màn huỳnh quang hoặc bóng tăng quang).
Ngoài tác dụng tạo ảnh quang tuyến, tia X có hại cho sức khoẻ, giống nh các
dạng bức xạ I-ông hóa khác tia X phá huỷ tế bảo cơ thể và có thể gây ra một số bệnh
nếu liều lợng tia vợt quá mức độ cho phép, vì vậy phải hạn chế tác dụng có hại
của nó xuống mức tối thiểu bằng cách sử dụng các phơng tiện phòng ngừa thích
hợp nh áo chì, kính chì
Những tia X nằm trong vùng bớc sóng dài có năng lợng và khả năng đâm
xuyên thấp, nhiều tia không xuyên thấu tới phim và không có tác dụng tạo ảnh,
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
12
những tia này gọi là tia mềm, ngợc lại gọi là tia cứng. Trong số tia mềm, những tia
có bớc sóng dài nhất là tia có hại, chúng chỉ làm tăng liều tia vô ích trên cơ thể
ngời bệnh do vậy ngời ta phải lọc những tia này bằng cách đặt những tấm nhôm
dầy khoảng 2mm hoặc vật liệu khác có độ hấp thụ tơng đơng trên đờng đi của tia

X, thờng là các tấm lọc đợc bố trí các tại ngay cửa sổ bóng X - Quang.


B3. ảnh X Quang.
Nh ta đã nói ở trên, tia X sau khi đi qua cơ thể sẽ bị suy giảm. Chùm tia ló này
khi tác động lên film sẽ tạo nên ảnh mô tả cấu trúc của các bộ phận bên trong của cơ
thể. Sau đây ta sẽ trình bày về ảnh X-Quang và các yếu tố quyết định tới chất lợng
của ảnh.
Trớc hết ta hiểu ảnh X-Quang là gì: ảnh X quang là ảnh đen trắng, là tập hợp
của vô số ảnh điểm. Những ảnh điểm này có sự khác nhau về kích thớc và về mức
xám. Thông thờng chất lợng ảnh X - Quang đợc quyết định bởi những 3 yếu tố
sau:
- Độ tơng phản.
- độ sắc nét.
- Độ phân giải.
B31. Độ tơng phản.
Độ tơng phản của ảnh X quang là sự biểu hiện trên màn hình hoặc thiết bị mang
ảnh (phim, màn huỳnh quang) sự suy giảm năng lợng của chùm tia X khi đâm
xuyên qua các bộ phận khác nhau có khả năng hấp thụ tia X khác nhau. Nó đợc
đánh giá bởi công thức LamberBeer:
I = Io e
-
p
s
à

Trong đó:
- I : Là năng lợng chùm tia tới.
- Io: Là năng lợng chùm tia sau khi qua vật thể.
- S : Chiều dầy đối tợng.

- P : Mật độ vật chất của đối tợng.
- à : Hệ số suy giảm.
B32. Độ sắc nét:
Độ sắc nét là một chỉ tiêu trong việc tạo ảnh X quang. Khác với độ đối quang, độ
sắc nét liên quan tới đờng bờ (đờng biên) của chi tiết trong ảnh. Một ảnh đợc coi
là sắc nét khi có thể phân biệt rõ đờng biên giữa các bộ phận nằm trong vùng thăm
khám, ngợc lại ảnh đợc coi là ảnh nhoè. Độ sắc nét quyết định bởi các yếu tố sau:
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
13
- Khoảng cách, ảnh càng gần với vật thật khi khoảng cách giữa tiêu điểm nhỏ
ảnh sẽ sắc nét hơn trờng hợp tiêu điểm lớn
- Chất liệu thiết bị mang ảnh nh màn huỳnh quang, tấm bìa tăng quang và phim
- Sự chuyển động (dịch chuyển) của đối tợng chụp
B33. Độ phân giải:
Cho ta khả năng phân biệt các chi tiết trên ảnh, đánh giá độ tơng phản. Độ phân
giải phụ thuộc nhiều yếu tố nh: nguồn phát tia, đối tợng, thiết bị mang ảnh. Đánh
giá độ phân giải bằng số lợng cặp vạch/mm (LP/mm) hoặc số điểm ảnh (pixel), số
lợng này càng cao thì độ phân giải càng lớn
Từ việc phân tích ba yếu tố trên cho thấy để tạo ảnh sắc nét cần bố trí khoảng
cách thích hợp với từng đối tợng thăm khám, đặt ngời bệnh yên tĩnh, nếu cần phải
cố định nhất là với trẻ em, yêu cầu ngời bệnh nín thở khi chụp và giảm thời gian
chụp xuống mức thấp nhất.
Kết luận:
1 ảnh X - Quang có những điểm đặc trng sau:
- ảnh X - Quang có chiều sâu.
- ảnh X - Quang có bị biến dạng.
- ảnh X - Quang ngợc chiều di chuyển bóng.
2 ảnh X - Quang là sự thể hiện mật độ tia X trên thiết bị mang ảnh. Dựa vào sự
thay đổi của mật độ tia X ngời ta có thể nhận dạng hình ảnh của vật thể
đợc chiếu, chụp.

3 Tia X đợc sinh ra trong bóng X - Quang nhờ vào sự chuyển đổi năng lợng
từ nguồn điện năng sang động năng rồi nhiệt năng và bức xạ tia X.
4 Trong tia X thông thờng có hai loại bức xạ là bức xạ đặc trng và bức xạ
kìm hãm.
5 Bản chất của tia X là nguồn bức xạ điện từ có lỡng tính sóng hạt, nó bị suy
giảm khi đi qua vật thể (bị vật thể hấp thụ), mức suy giảm tuỳ thuộc vào tính
chất của vật thể.
6 Tia X đ
ợc tạo ra đi qua vật thể đến tạo ảnh trên thiết bị mang ảnh.

B4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống.
Máy X quang dùng trong y tế là một hệ thống thiết bị tạo ảnh quang tuyến dùng
để chẩn đoán các hình ảnh y tế, trong đó bao gồm các thành phần chủ yếu sau:
1 Khối tạo và định dạng chùm tia X (Bóng X Quang, ống chuẩn trực, lới
điều khiển).
2 Khối định vị chụp (điều khiển bằng tay, giá đỡ, đờng ray, bàn bệnh nhân).
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
14
3 Khối nguồn cao áp (biến áp cao áp , dao động cao tần công suất).
4 Khối điều khiển (điều hành hệ thống, đặt chơng trình và hiển thị).
5 Khối nguồn công suất và nguồn nuôi hệ thống.
6 Khối thu ảnh và rửa tráng phim.




Hình 04 : Kết cấu cơ bản của máy

Các thành phần của một máy X-Quang đợc thể hiện nh hình vẽ dới đây:

Nguồn công suất
Nguồn nuôi hệ
thống
Dao động cao tần
công suất
Biến áp cao áp
và chỉnh lu
Bóng
X - Quang
ống
chuẩn trực
Bàn bệnh
nhân
Điều khiển
bằng tay
Đờng
ray
Giá đỡ
Rửa,
tráng film
Điều hành
hệ thống
Đặt chơng trình
và hiển thị
( kỹ thuật số )
220VAC
50Hz
Thu ảnh

Lới đk
Catset film


Hình 05 : Sơ đồ cấu trúc thiết bị X Quang cao tần kỹ thuật số.

Sau đây chúng ta sẽ đi vào từng bộ phận của máy X Quang cao tần kỹ thuật số.
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
15
C. Khảo sát, phân tích các khối và phần tử cấu thành thiết bị

C1. Khối tạo và định vị chùm tia X.
( Bóng X Quang, ống chuẩn trực, lới điều khiển ).
C11.Bóng X-Quang (X ray tube ).
C111. Nguyên tắc hoạt động của bóng X-Quang.
Nh ta đã nói ở trên, bóng X - Quang là một trong những linh kiện chủ yếu trong
thiết bị X - Quang, hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi năng lợng từ động năng
của chùm tia điện tử bức xạ từ Katốt sang năng lợng tia X bức xạ từ A-nốt.
Bóng X - Quang là nguyên tố đầu tiên trong việc tạo nên ảnh đồng thời ảnh
hởng quyết định đến chất lợng của ảnh. Các yêu cầu sau đây có tầm quan trọng
đặc biệt đối với một bóng X - Quang bất kì:
- Khả năng thâm nhập - Độ cứng của tia X có thể thay đổi trong giải rộng bằng
cách thay đổi điện áp cấp cho bóng và dòng qua bóng để đáp ứng đợc nhiều
đối tợng khác nhau.
- Kích thớc của điểm hội tụ và sự phân bố năng lợng tại điểm hội tụ phải tạo
đợc độ tơng phản và phân giải cao.
C112. Cấu tạo:


Hình 06: Bóng X- Quang

Bóng X - Quang thực chất là một dạng đặc biệt của bóng điện tử chân không.
Bóng X - Quang gồm các bộ phận chủ yếu sau:
a) Ka tốt:

Bao gồm sợi đốt và một điện cực phụ (điện cực Wehnelt) dùng làm giá đỡ sợi đốt
và tạo khe hội tụ nhằm tập trung toàn bộ số lợng điện tử bức xạ từ Katốt
- Sợi đốt thờng đợc chế tạo bằng hợp kim Vônfram và Thôri. Vônfram (hay
Tungsten) có nhiệt độ nóng chảy rất cao (3370
0
C) nên ít bị bốc hơi khi hoạt
động ở nhiệt độ trên 2000
0
C. Vì thờng thì khi bóng làm việc nhiệt độ có thể
lên tới hơn 2700
0
C. Vì nếu sợi đốt bị bốc hơi với một mức độ nào đó thì khi bị
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA
16
nung nóng lâu dần sẽ tạo ra các phần tử dẫn điện và tích luỹ chúng làm giảm
độ chân không, gây ra sự phóng điện hồ quang trong bóng làm giảm tuổi thọ
bóng. Để khắc phục hiện tợng này, ngời ta đã cho một lợng nhỏ Thô-ri
(1% - 2%) vào Tungsten trong khi chế tạo sợi đốt, nhờ vậy có thể tạo ra cùng
một lợng điện tử bức xạ với nhiệt độ sợi đốt giảm hơn nhiều so với khi dùng
Tungsten nguyên chất.
- Dây sợi đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng, việc hội
tụ chùm tia điện tử nhờ điện cực Wehnelt (có điện thế bằng điện thế Katốt).
Katốt có hai loại : đơn và kép.
- Loại Katốt đơn chỉ gồm một sợi đốt và một khe bức xạ.
- Loại Katốt kép gồm hai sợi đốt (thờng là sợi tóc nhỏ và sợi tóc lớn) đặt trong
hai khe bức xạ tơng ứng với hai kích thớc nhỏ và to khác nhau. Hai khe này

bố trí kề nhau trong mặt phẳng và tạo ra các điểm hội tụ hay còn gọi là chấm
hội tụ nhỏ va chấm hội tụ lớn tại bề mặt anốt. Việc bố trí Katốt kép là do tại
mỗi phần cơ thể khác nhau thì yêu cầu chụp là khác nhau do đó đòi hỏi phải sử
dụng liều lợng bức xạ là khác nhau. Đặc biệt là trong chế độ chiếu ( chế độ
soi) sẽ nói tới trong phần máy X- Quang chụp mạch ở các chơng sau.
Ngoài sợi đốt và điện cực Wehnelt còn phải có nguồn điện cấp cho sợi đốt thờng
là nguồn điện áp thấp cỡ vài chục V với dòng điện khoảng vài A.
Biến thế cấp điện cho sợi đốt thờng đợc đặt trong thùng cao thế cùng với biến
thế cao thế nhằm đảm bảo độ cách điện cao và tản nhiệt nhanh.
b. A nốt:

- Anốt chính là tấm bia của chùm tia điện tử, là nguồn phát xạ tia X. Diện tích
nơi chùm tia điện tử gắn vào gọi là điểm hội tụ, điểm hội tụ là nguồn phát xạ.
- Anốt thờng chế tạo gồm một tấm tungsten dày khoảng 2mm, hình chữ nhật
hoặc tròn có diện tích lớn hơn diện tích điểm hội tụ, tấm tungsten này đợc gắn
vào một giá đỡ bằng đồng dầy giúp cho việc tản nhiệt đợc nhanh.
Bề mặt của Anốt nằm dốc chéo so với trục dọc của bóng nên chùm tia X bức xạ
ra sẽ vuông góc với trục bóng.
c. Vỏ trong:

Vỏ trong của bóng là vỏ thủy tinh thờng đợc chế tạo từ Pyrex , đây là loại thủy
tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách điện cao, đặc biệt có hệ số dãn
nở đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu đợc áp lực chân không lớn,
bao quanh Anốt và Katốt, đợc hút chân không để tạo áp lực âm nhằm loại trừ các
phân tử không khí cản trở trên đờng đi của chùm tia điện tử và có các chức năng:
- Bao kín các bộ phận của bóng trong chân không.
- Làm giá đỡ các điện cực Katốt và Anốt.
- Cách điện giữa các điện cực.
- Truyền nhiệt toả từ các điện cực ra ngoài.
Đề tài cấp bộ: Khảo sát nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị chụp X- Quang tần số cao500mA

17
d. Vỏ ngoài:
Thờng đợc chế tạo bằng thép hoặc hợp kim nhôm phủ chì, nhằm ngăn ngừa tia
X bức xạ theo những hớng không mong muốn có hại cho môi trờng xung quanh
và để tản nhiệt khi bóng làm việc.
Để đảm độ cách điện, ngời ta đổ đầy dầu cao thế vào khoang giữa hai lớp vỏ.
Ngoài tác dụng cách điện ngoài ra dầu còn có tác dụng tản nhiệt để làm mát bóng
Vỏ ngoài bao quanh bóng X quang, nó có ba nhiệm vụ:
- Chỉ cho tia X bức xạ qua cửa sổ bóng.
- Hấp thụ tia X theo các hớng có hại cho ngời bệnh và môi trờng bao quanh.
- Cách điện cao, chống phóng điện hồ quang và phòng ngừa điện giật
e. Cửa sổ:

Ngoài ra trên vỏ còn bố trí cửa sổ lối ra tia X, nơi ghép với hộp chuẩn trực, và vị
trí các đầu nối.
Hiện nay hai loại bóng đợc ứng dụng phổ biến trong thiết bị X - Quang là:
- Bóng X quang Anốt cố định.
- Bóng X quang Anốt quay.
Sau đây ta sẽ làn lợt trình bày cấu tạo và nguyên lý từng loại bóng có A-nốt cố
định và A-nốt quay.
C113. Cấu tạo và nguyên lý của bóng X - Quang có Anốt cố định:
Cấu tạo một bóng X- Quang Anốt cố định đợc mô tả nh hình 07.
Gồm có Katốt, Anốt, thiết bị loại bỏ tia mềm, các mạch hạn chế trạng thái dới
mức bão hoà.

Hình 07: Cấu tạo một bóng X- quang có Anốt cố định.