Đề tài X-Quang số

HỌC VIỆN KĨ THUẬT QUÂN SỰ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Y SINH
______**&**______

ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KĨ THUẬT MÁY CHỤP X-QUANG SỐ
(CR&&DR)
MÔN: THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH 1
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN PHÚ ĐĂNG
SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phạm Thị Ngọc
Nguyễn Mai Chi
Nguyễn Hồng Lam
Lê Thùy Trang
Lớp: Điện Tử Y Sinh K11

HÀ NỘI, 2016
1


Mục lục:
Contents

Lời mở đầu:
Trong xã hội hiện nay, y tế là 1 trong những vấn đề đang được quan tâm nhiều
nhất. Các phương pháp y học, các kĩ thuật tiến tiến hiện nay đều đang hướng phát
triển và y tế. Một trong những vấn đề được quan tâm của y tế là chẩn đoán hình
ảnh. Đây là 1 kĩ thuật quan trọng trong việc phát hiện và chẩn đoán bệnh cho bệnh
nhân cũng như phương hướng chữa bệnh. Hiện nay, kĩ thuật chụp X-Quang đang là
kĩ thuật hiện đại nhất có chức năng chụp chiếu để phát hiện bệnh. X-Quang sử
dụng tia X để đâm xuyên các vật thể qua đó chụp lại được hình ảnh bên trong. Việc
này đã giúp ích rất nhiều vì có thể giúp chụp được hình ảnh bên trong cơ thể người,
từ đó mà phát hiện ra các u hay các dị thường trong cơ thể con người. Hệ thống XQuang hiện nay có rất nhiều loại máy X-Quang, các kĩ thuật sử dụng trong các máy

cũng khác nhau. Tuy nhiên hiện đại nhất hiện nay phải kể đến X-Quang kĩ thuật số.
Và kĩ thuật X-Quang kĩ thuật số là kĩ thuật cho hình ảnh chất lượng tốt nhất, tối ưu
hóa chức năng của máy X-Quang và đảm bảo an toàn cao nhất cho bệnh nhân. Với
kĩ thuật chụp chiếu hiện đại, máy X-Quang kĩ thuật số hiện được sử dụng rộng rại
trên toàn thế giới.

2


I, Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số
1.1, Khái niệm:
* Khái quát chụp X-Quang số:
- Tia X: được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với
phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901. Tia X được sinh ra
từ sự thay đổi quỹ đạo của electron khi nó đang chuyển động có gia tốc đến gần 1
hạt nhân, khi quỹ đạo của tia X thay đổi, 1 phần động năng(là phần năng lượng của
vật thể có được khi chuyển động) của electron sẽ bị mất đi và chính năng lượng này
chuyển thành bức xạ điện tử, phát ra tia X.[1]
Bản chất của tia X là 1 dạng của sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 0,01 đến
10nm tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz và năng lượng 120
eV đến 120 KeV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia
gamma.
- Tính chất tia X:[1]
+ Tính truyền thẳng và đâm xuyên: Tia X truyền thẳng và có khả năng xuyên qua
vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ khi cường độ tia càng tăng.
3


Chính độ xuyên sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp những bộ phần cứng
như: răng, xương, không dùng chụp mô,

+ Tính bị hấp thụ: sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm
xuống do một phần năng lượng bị hấp thụ. Đây là cơ sở của các phương pháp chẩn
đoán X-Quang và liệu pháp X-Quang.
-> nguyên lí chụp X-Quang: chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của cơ
thể thì suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc. Sự suy giảm này phụ thuộc vào độ
dày, mật độ của các cấu trúc mà nó đi qua. Cuối cùng, chùm tia tác dụng với bộ
phận thu nhận và xử lí ảnh để ra kết quả, bộ phận thu nhận và xử lí ảnh là điểm
khác biệt lớn nhất giữa các kỹ thuật máy chụp X-Quang.[1]
- Máy chụp X-Quang: là một thiết bị sử dụng phổ biến trong chẩn đoán hình ảnh,
phương pháp tạo ra ảnh là sử dụng tia X (tia Roentgen) để xây dựng và tái tạo lại
hình ảnh cấu trúc bên trong cơ thể để cung cấp thông tin có giá trị trong việc chẩn
đoán và điều trị bệnh.[1]
- X-Quang kỹ thuật số là sự phát triển hiện đại của X-Quang thường ở thời đại hiện
nay. X-Quang số cũng là hệ thống thu nhận và xử lý ảnh, điểm hiện đại hơn ở XQuang thường là dưới dạng kĩ thuật số, hình ảnh X-Quang số rất dễ được xử lí,
hiển thị, quản lí thông tin, lưu trữ, in ấn, thậm chí là truyền tải qua mạng nội bộ
hoặc internet, bởi hệ thống máy tính, thiết bị phụ trợ, cổng giao tiếp và các phần
mềm tiện ích (PACs - Picture Archiving & Communications systems). [2]
* Sự khác nhau của X-Quang thường và X-Quang số: [7]
Đặc Tính

X-Quang cổ điển

X-Quang kỹ thuật số

Cấu trúc

Sử dụng phim để thu ảnh.
Phải có quá trình rửa phim.
Đảm bảo về phòng rửa
phim và phim không bị

nhiễm sáng.
Có khoảng phô xạ hẹp nên
hình ảnh dễ bị sáng quá hay
tối quá.
Gặp hạn chế trong việc lưu
trữ và bảo quản.
Chỉ hội chuẩn tại chỗ.

Sử dụng tấm tạo ảnh phosphor
lưu trữ (đối với CR) hoặc bảng
cảm ứng (đối với DR).
Hình ảnh được xây dựng trên
phần mềm.
Khoảng phô xạ rộng, có thể hiệu
chỉnh được hình ảnh sau khi
chụp
Lưu trữ dễ dàng trên CD, DVD
hay truyền thông trên mạng
internet

Đặc điểm

4


Thời gian
An toàn
Giá thành

Cần nhiều thời gian cho

công đoạn rửa phim trong
phòng tối.
An toàn khi rửa phim, cũng
như chất thải sau khi rửa
phim.
Rẻ hơn

Có khả năng hội chuẩn qua
mạng
Nhanh hơn vì chỉ cần in phim
bằng máy in phim khô.
Hạn chế các chất thải.
Đắt hơn

1.2, Phân loại:
X-Quang số hiện nay có 2 kỹ thuật phổ biến đó là X-quang bán số (computed
radiography) và X-Quang số (direct radiography):
- X-Quang bán số: máy phát tia X-Quang bình thường và phim/bìa tăng quang
được thay bằng tấm tạo ảnh (Imaging plate) có tráng lớp Phosphor lưu trữ (storage)
và kích thích phát sáng (photostimulable luminescence). Tấm tạo ảnh khi được tia
X chiếu lên sẽ tạo nên 1 tiền ảnh (latent image), sau đó tấm tạo ảnh này sẽ phát
quang lần 2 khi quét bởi 1 tia laser trong máy Kỹ thuật số hóa (digitizer), ánh sáng
này được bắt lấy (capture) và cho ra hình kỹ thuật số tức là có sự chuyển đổi từ
hình analog ra digital. Hình này sẽ được chuyển qua máy chủ để xử lý. Tấm ảnh sẽ
đc xóa bởi nguồn ánh sáng trắng và tái sử dụng.[3]
- X-Quang số (DR): Kỹ thuật náy giống máy chụp ảnh kỹ thuật số,vì cũng dùng
nguyên tắc tương tự là bảng cảm ứng và cho hình ngày sau khi chụp. Nguyên tắc
tạo ảnh là nhờ bảng cảm ứng (sensor panel) cấu tạo do sự kết hợp của lớp nhấp
nháy (Scintillator) gồm các lớp cesiumiodide/thallium và tấm phim mỏng transister
(TFT) với silicon vô định hình (amorphous silicon). Bảng cảm ứng này thay thế cặp

phim/bìa tăng quang cổ điển, sau khi được phổ xạ, sẽ chuyển hình và hiển thị trên
màn hình máy sau 5s. Và có thể chụp tiếp ngay sau không cần xóa.[3]
1.3, Chức năng máy X-Quang số:
- Máy X-Quang số là thiết bị xây dựng và tái tạo lại hình ảnh cấu trúc, thành phần
bên trong của 1 bộ phận hoặc toàn bộ cá thể nào đó để cung cấp thông tin về bộ
phận hoặc cá thể đó.
- Được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực đặc biệt nhất là lĩnh vực y học trong
chẩn đoán và điều trị bệnh.
5


II, Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số:
2.1, Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography)
Computer radiography là công nghệ sử dụng tấm detector photostimulate thay thế
cho cassettes truyền thống trong SF. Tấm photpho lưu trữ được gắn bên trong
cassettes với kích thước phù hợp cho ảnh chụp tốt nhất và không có sự thay đổi của
điện áp, tia X,… Công nghệ CR cho phép hình ảnh có được cũng giống như hình
ảnh trong hệ thống X-Quang SF cũ.[6]
2.1.1, Cấu tạo:
Hệ thống
phát chùm tia
X

Nguồn

Tấm photpho
thu nhận ảnh

Máy quét ảnh

Hình ảnh XQuang

Xử lí hình ảnh

Máy in phim
khô

6


Hình 1: sơ đồ khối máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR [5]

- Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR có hệ thống phát tia X hoàn toàn giống
như hệ thống của X-Quang thường. Tia X sau khi chiếu qua bệnh nhân sẽ đến một
tấm photpho.
- Tấm photpho đóng vai trò như tấm phim trong X-Quang thường. Sau khi được
chiếu tia, sẽ được đưa đến máy quét ảnh (Image Scanner).
-Máy quét ảnh có chức năng số hóa hình ảnh thu được, và làm cho tấm photpho trở
lại trạng thái ban đầu để dùng cho lần thu ảnh sau.
- Xử lí hình ảnh: hình ảnh sau khi được số hóa được truyền đến máy tính xử lí ảnh.
Tại đây ảnh có thể được thay đổi độ sáng, độ tương phản, tạo ảnh chỉ chứa xương,
ảnh chỉ chứa mô… tùy theo từng mục đích của bác sĩ.
- Sau khi xử lí ảnh được đưa đến phần hiển thị, in phim, được truyền qua mạng hay
lưu trữ hồ sơ bệnh nhân….
2.1.2, Nguyên lí hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của CR:
a, Phim:
- Cấu tạo [4] :

Hình 2: cấu tạo tấm phim trong máy CR

+ Bên ngoài tấm thu nhận ảnh của CR có dạng như một casette thường.
7


-

+ Bên trong có 1 tấm photpho trắng gồm 1 lớp chống trầy xước trên cùng,
tiếp đến là lớp photpho dày khoảng 10 µm, phía dưới là lớp phản xạ, lớp cuối
cùng là lớp nâng đỡ dày khoảng 200 µm.
+ Thành phần tấm photpho: 85% BaFBr và 15% BaFI, pha với 1 lượng nhỏ
Eu (Europium).
Hoạt động:
+ BaFBr là chất bán dẫn nên chúng có 2 vùng năng lượng là vùng lỗ trống và
vùng dẫn. Khoảng năng lượng giữa 2 vùng nãy cỡ 8,3 eV.
+ Khi tia X bị hấp thụ bởi hợp chất BaFBr, năng lượng của chúng sẽ kích
thích làm cho các electron nguyên tử Eu bị bứt ra. Các electron này sẽ
chuyển động tự do trong môi trường và một phần sẽ tương tác với các
nguyên tử F. Các nguyên tử F giữ electron ở mức năng lượng cao hơn ở
trạng thái ổn định trong vài ngày đến hàng tuần.
+ Số lượng electron bị giữ bởi nguyên tố F trên một đơn vị diện tích sẽ tỉ lệ
thuận với cường độ tia X chiếu vào.

Hình 3: Cấu tạo tấm thu nhận ảnh.

b, Sơ đồ năng lượng thu ảnh CR [4]:

8


Hình 4: Sơ đồ năng lượng của quá trình thu ảnh CR



Cách thức: máy đọc sẽ phát ra tia laser có năng lượng khoảng 2eV (ánh sáng
laser đỏ) để quét qua tấm photphor. Khi đó, các electron đang bị F giữ sẽ
kích thích để nhảy lên vùng dẫn. Các electron này chỉ ở trên vùng này một
thời gian rất ngắn thì nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn. Sự chuyển từ
mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp của các electron làm phát ra
một ánh sáng màu xanh (cơ 3eV). Dựa vào cường độ sáng phát ra, máy quét
sẽ số hóa cho từng điểm sáng. Từ đó xác định độ đen trắng cho ảnh X-Quang
chụp được.

Máy đọc CR hiệu Afga


Quá trình kích thích và tương tác giữa tia laser với lớp photpho: khi tia laser
tới (Incident Laser Beam) xuyên qua lớp chống trầy xước (Protective Layer),
nó sẽ tương tác với lớp photpho (Phosphor Layer). Do hiện tượng tán xạ nên
tia laser bị trải rộng trong lớp photpho, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ phân
giải của máy đọc CR. Độ phân giải không gian (Spatial Resolution) của ảnh
càng tốt khi hiện tượng tán xạ càng ít. Điều này có thể đạt được bằng cách
giảm nhỏ đường kích chùm tia laser tới, nhưng khi đó dĩ nhiên thời gian để
đọc hết ảnh cũng tăng lên và dung lượng ảnh cũng lớn hơn. Tương tác giữa
tia laser và lớp photpho sẽ tạo ra ánh sáng màu xanh. Ánh sáng này sẽ theo
bảng dẫn sáng (Light Guide) đến đập vào ống nhân quang (PMT). Ống nhân
quang PMT (Photomultiplier Tube) sẽ chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện.
Biên độ tín hiệu điện sẽ tỉ lệ thuận với cường độ tia X bị hấp thụ bởi lớp
photpho. Với cùng một mức năng lượng của tia laser (2eV), tùy theo mật độ
của tia X bị hấp thụ bởi lớp photpho mà cường độ của ánh sáng phát quang
(Photostimulated Luminescence) và do đó biên độ của tín hiệu điện sẽ khác
9

nhau giữa các điểm ảnh thu nhận được. Sự khác nhau này sẽ là căn cứ cho
việc mã hóa độ đen trắng của ảnh và cho sự hiển thị ảnh.

Hình 5: Tương tác với tia laser với lớp photpho


Quá trình hồi phục phim: Sau khi đã mã hóa cho ảnh, máy quét sẽ chiếu một
luồng ánh sáng cực sáng vào tấm photphor. Khi đó tất cả các electron bị giữ
bởi nguyên tử F sẽ trở về trạng thái cơ bản. Tấm thu nhận ảnh sẽ trở về trạng
thái giống như trước lúc chụp cho bệnh nhân và được dùng cho lần sau.

c, Cơ chế tạo ảnh [4]

Hình 6: Quá trình mã hóa ảnh
-

Trong hệ thống đọc ảnh này, chiều chuyển động của tấm photpho (Plate
Direction) là chiều dọc, chiều quét của tia laser (Scan Direction) là chiều
ngang. Tia laser phát ra được chiếu qua tấm gương đa giác (Polygonal
10


-

-

Mirror). Tấm gương này quay tròn, làm cho tia laser được quét theo chiều
ngang của tấm photpho. Tại mỗi điểm được chiếu, ống nhân quang PMT sẽ

nhận được tín hiệu ánh sáng và chuyển nó thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện
sẽ được khuếch đại, chuyển đổi sang dạng số (ADC)… Cuối cùng ta có được
ba thống số về điểm ảnh là tọa độ (x,y) và cường độ z của tia X hấp thụ tại
điểm đó. Giá trị của z là cơ sở cho quá trình hiển thị ảnh.[4]
Xử lí ảnh: Sau khi được số hóa, ảnh được truyền đến máy điện toán chủ xử
lý ảnh (ADC processing server). Máy chủ này có chứa nhiều phàn mềm xử lí
ảnh như: Edge enhancement (Tăng cường bờ nét), Dynamic range
enhancement (Nén dải rộng), Multiscale contrast enhancement (Tăng cường
tương phản đa mức độ), Noise reduction (Giảm nhiễu),… Các phần mềm này
mà chỉ cần phổ xạ một lần vẫn có thể khảo sát tốt phần mềm, xương hoặc
phổi. Phương pháp khuếch đại tương phản đa mức độ (Multiscale image
contrast amplification) MUSICA có thể làm tăng khả năng phát hiện các
đường gãy ẩn, nốt nhỏ dù độ ẩm thấp, không che lấp chi tiết lân cận, không
tạo những bờ giả, dùng toàn cơ thể. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc
tách ra làm 12 lớp, và tăng những hình độ đậm thấp, giảm những ảnh quá
sáng để trên một hình có thể khảo sát nhiều cấu trúc.
In phim: ảnh sau xử lí có thể được in phim bằng máy in khô để bác sĩ chẩn
đoán, hoặc trả phim cho bệnh nhân. Máy in khô được sử dụng một lớp hóa
chất silver halide, chỉ biến đổi màu khi chịu nhiệt. Máy có 1 đầu nhiệt
(thermal head) gồm một phần tử vi nhiệt (microthermal element) phân phối
nhiệt đến lớp hóa chất nhạy cảm với nhiệt, để tạo thành hình. Đầu nhiệt dài
35 cm, và hoàn toàn tự điều chỉnh để hình có chất lượng cao nhát. Máy sử
dụng phim không nhạy với ánh sáng, nên có thể lắp vào máy dưới ánh sáng
thường.

2.1.3, Ưu- nhược điểm của CR:[4]
- Ưu: + Quá trình tạo ảnh đơn giản, nhanh chóng, không cần phòng tối như XQuang cổ điển.
+ Sử dụng máy in phim khô, đơn giản và thân thiện với môi trường, không
độc hại.
+ Ảnh thu được dưới dạng số nên có thể lưu trữ, truyền đi dễ dàng.

+ Tấm thu nhận ảnh có thể tái sử dụng nhiều lần (~ 20000 lần).
-

Nhược: vốn đầu tư ban đầu lớn.
11


2.2, Máy X-Quang kĩ thuật số trực tiếp DR (Directly Radiography)
2.2.1, Cấu tạo:
Bệnh nhân

Tấm photpho
thu nhận ảnh

Phòng sáng

Nguồn

Hệ thống xử lí
ảnh (PC)

Hình ảnh XQuang

Hình 7: sơ đồ khối máy X-Quang kĩ thuật số trực tiếp DR
-

-

Nguồn: nguồn cấp năng lượng cho cả hệ thống
Tấm photpho thu nhận ảnh: Tấm photpho đóng vai trò như tấm phim trong

X-Quang thường. Sau khi được chiếu tia, sẽ được đưa đến máy quét ảnh
(Image Scanner).
Hệ thống xử lí ảnh: hệ thống xử lí ảnh chụp từ tấm photpho.

2.2.2, Nguyên lí hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của DR
Hệ thống cảm biến phẳng DR với cơ chế màn hình tích hợp được đưa vào thị
trường vào cuối những năm 1990. Hệ thống cảm biến phẳng cũng được biết đến là
detectors tia X diện rộng, tích hợp lớp X-Quang nhạy và hệ thống điện tử dễ đọc
dựa trên các mảng TFT. Detectors sử dụng 1 lớp chất nhấp nháy và 1 bán dẫn TFT
nhạy với ánh sáng gọi là detectors TFT chuyển đổi gián tiếp. Hệ thống sử dụng 1
lớp chất quang dẫn X-Quang nhạy và 1 bộ góp điện tích TFT được gọi là detectors
TFT chuyển đổi trực tiếp. Chất silicon vô định hình (a-Si) được sử dụng trong các
mảng TFT để ghi lại tín hiệu điện tử, không nên bị nhầm lẫn với a-Se, vật liệu được
sử dụng để thu năng lượng tia X trong detector số hóa trực tiếp.
Hệ thống điện tử dễ đọc có thể chấp nhận xử lí hiển thị phóng xạ, được gọi là ma
trận hiển thị phóng xạ, đối lập với hệ thống lưu trữ photpho, nơi các bộ phận hiển
thị phóng xạ được tích hợp mà không cần detector. Toàn bộ quá trình xử lí hiển thị
là rất nhanh, cho phép phát triển xa hơn trong kĩ thuật số với detectors tia X thời
gian thực.[6]
a, Cấu tạo cảm biến phẳng:[6] (FPD – Flat Panel Detector)

12


Hình 8: cấu tạo tấm cảm biến phẳng

Photodiode or charge collector: chất bán dẫn dò sáng hoặc bộ góp điện tích: biến
đổi tia X thành ánh sáng hoặc điện tích.
TFT array: mảng TFT: thu các điện tích từ lớp trên.
Electronic control: điều khiển điện tích: khởi động sư chuyển mạch các diode.

Switching diodes: chuyển mạch các diode: kết nối điểm ảnh với nhau để hiển thị
thiết bị.
Multiplexer: bộ đa nhiệm: hiển thị tín hiệu điện.

13


Hình 9: Mảng TFT (thin- film transistor)
-

Mảng TFT thường được ghép vào một chất nên thủy tinh trong nhiều lớp,
với thiết bị điện tử hiển thị ở mức thấp nhất, và các mảng bộ góp điện tích
có mức cao hơn.
14


-

-

-

Tùy thuộc vào từng loại detector được sản xuất, điện cực bộ góp điện tích
hoặc các thành phần cảm biến ánh sáng xuất hiện ở lớp trên của “điện tử
nhiều lớp”
Ưu điểm của thiết kế này là kết cấu nhỏ gọn và truy cập trực tiếp đến hình
ảnh kỹ thuật số. Đặc tính của hệ thống DR ưu thế hơn hoàn toàn so với hệ
thống CR, là hiệu suất chuyển đổi từ 20-30% và của hệ thống phim-màn hình
buồng chụp X-Quang, có hiệu suất lý thuyết là 25%.
Hệ thống cảm biến phẳng DR không dây trở nên phổ biến vào năm 2009. Hệ

thống DR không dây không được tích hợp các detector có thể được sử dụng
tương tự như hệ thống CR. Với detector DR không dây là bắt buộc trong sử
dụng mạng LAN cho thông tin liên lạc giữa detector DR và trạm điều khiển.
Đây là cách mỗi X-Quang thực hiện được truyền đi trong hầu hết thời gian
thực từ cassette DR đến trạm điều khiển. Cassette DR bao gồm 1 pin liền
làm nguồn cung cấp và cho phép các các detector tự chủ là điều cần thiết để
có được hình ảnh chụp X-Quang và chuyển hình chụp thu được vào hệ thống
dành cho người đọc ở nơi khác.

b, Khối thu nhận và tạo ảnh:
Máy X-Quang kĩ thuật số DR hoạt động theo 2 phương pháp tạo ảnh X-Quang trên
mặt phẳng:
+Phương pháp trực tiếp : chuyển trực tiếp năng lượng tia X thành tín hiệu điện.
+Phương pháp gián tiếp: chuyển năng lượng tia X thành ánh sáng sau đó chuyển
ánh sáng thành tín hiệu điện. [7]
•
-

Phương pháp chuyển đổi trực tiếp: [6,7]
Phương pháp chuyển đổi trực tiếp diện rộng sử dụng a-Se như là vật liệu bán
dẫn bởi tính hấp thụ tia X của nó và độ phân giải nội không gian cực cao.
Trước khi tấm cảm biến phẳng tiếp xúc với tia X một trường điện từ xuất
hiện trên lớp Se tạo ra một cấu trúc có chức năng như 1 tụ điện, trong đó các
electron được tạo ra trong suốt quá trình chiếu tia được thu nhận bởi một
điện áp phân cực (hình 10).

15


Hình 10. Mặt cắt ngang của mảng đầu dò a-Se

-

-

Sự tiếp xúc tạo nên các electron và lỗ trống trong lớp a-Se: các photon tia X
được hấp thụ được chuyển thành điện tích điện tử và được đưa trực tiếp đến
các điện cực bộ góp điện tích do điện trường. Những điện tích đó tỉ lệ thuận
với chùm tia X ngẫu nhiên – được tạo ra và di chuyển theo chiều dọc khắp bề
mặt của lớp Se, mà không có nhiều sự khuếch tán.Ở giữa lớp a-Se, các điện
tích được đưa ra đến bộ góp điện tích TFT, nơi mà chúng được lưu trữ trước
khi hiển thị. Điện tích thu được tại mỗi tụ điện được khuếch đại và định
lượng một giá trị số hóa cho điểm ảnh tương ứng. Trong khi hiển thị, các
điện tích ở các tụ điện tại các hàng được tiến hành khuếch đại bởi các
transistor.
Sự thu nhận và lấy tích phân được thực hiện trong vùng điện cực thu nhận
điện tích hình vuông có kích thước 129 µm dặt trên dãy TFT. Kích thước
điểm ảnh là 139 µm, như vậy tỉ số phủ hình học là 86% (hình 11). Đây là
thông số quan trọng, nó giúp đạt được hiệu suất thu nhận điện tích cao, và vì
vậy tỉ số tín hiệu/nhiễu cao. Tỉ số tín hiệu/nhiễu càng cao thì chất lượng ảnh
càng tốt.

16


Hình 11. Cấu trúc chi tiết của mỗi pixel.

Bên cạnh hiệu suất thu nhận điện tích cao, là khả năng ngăn ngừa tác động
xấu đến thiết bị khi mức liều chiếu cao. Khi chiếu tia, sự thu nhận điện tích
sẽ làm giảm điện thế phân cực. Hiệu suất thu nhận chịu ảnh hưởng của điện
thế phân cực, có nghĩa là sự tạo cặp electron - lỗ trống và hiệu suất tách sẽ

giảm xuống. Điều này ngăn cản sự tích điện quá mức của các tụ điện lưu trữ
tín hiệu, và do đó ngăn cản các tác hại xấu đến cấu trúc khi chiếu tia ở cường
độ cao.
-

Sự tạo ảnh và đọc ảnh:
Khi detector được chiếu bức xạ ion hoá, cặp electron - lỗ trống được tạo ra
trong lớp a-Se. Điện áp phân cực tạo ra một từ trường khoảng 10 V/µm qua
lớp Se để tách các điện tích về hai phía ngược nhau: Lỗ trống được truyền
đến điện cực thu nhận điện tích, còn electron được thu nhận ở lớp điện cực
trên cùng. Điện trường áp đặt còn ngăn ngừa đáng kể sự phân kì theo phương
ngang của điện tích tạo ra trong quá trình chiếu tia. Phân tích lý thuyết và
thực tế của lớp a-Se dưới một trường từ cho thấy rằng cấu trúc có thể đạt tới
độ phân giải không gian nội tại cực cao. Không giống như hệ thống CR có
độ phân giải không gian phụ thuộc vào lớp photpho, độ phân giải trong
trường hợp này phụ thuộc vào cấu tạo hình học của pixel, không phụ thuộc
vào a-Se.
Khi chiếu tia, TFT ở chế độ tắt trong khi điện tích được tích trong các tụ. Tại
lúc dùng dừng chiếu tia, một xung dương được áp vào cực cổng G của TFT
đầu tiên, G1. Đường dữ liệu D1 nối đến nguồn TFT thu nhận điện tích từ
đường dẫn (hình 12). Điện tích tín hiệu được chuyển đến bộ khuyếch đại
17


điện tích nối với đường dữ liệu. Tín hiệu từ hàng được trộn và chuyển đến bộ
biến đổi AD và lưu trữ trong bộ nhớ máy tính. Quá trình đọc dữ liệu cứ thực
hiện từng hàng cho đến khi hết toàn bộ các điểm ảnh.

Hình 12. Thiết bị nhìn từ trên xuống

Lúc kết thúc chu trình đọc, chu trình xoá điện tích được bắt đầu để chuẩn bị cho lần
chiếu tiếp theo. Quá trình xoá sẽ loại bỏ bất kì điện tích dư nào từ các lớp mặt và
bất kì các điện tích bị giữ trong các trạng thái của a-Se, vì vậy ngăn cản sự tạo bóng
của ảnh (ghost image) giữa các lần chụp.
•

Phương pháp chuyển đổi gián tiếp:[6,7]

Hình 13: Sơ đồ chất nhấp nháy phi (trái) và chất nhấp nháy cấu trúc(phải)
-

Phương pháp chuyển đổi gián tiếp sử dụng CsI hoặc như là detector tia X.
Chất nhấp nháy và photpho được sử dụng trong các detector chuyển đổi gián
18


-

tiếp có thể là có cấu trúc hoặc không có cấu trúc (hình 13). Các detector này
biến năng lượng tia X thành ánh sáng.
Các chất nhấp nháy phi cấu trúc tán xạ lượng lớn của ánh sáng và điều này
làm giảm độ phân giải không gian.
Các chất nhấp nháy cấu trúc bao gồm chất photpho trong cấu trúc hình kim
(kim vuông góc với bề mặt màn hình). Sự tăng về số lượng photon tia X
tương tác và làm giảm sự tán xạ bên cạnh của photon ánh sáng.

Hình 14. Hệ thống DR giảm sự tán xạ ánh sáng
-

-

Khi lớp chất nhấp nháy tiếp xúc với tia X chùm tia sẽ hấp thụ và chuyển đổi
thành ánh sáng huỳnh quang. Trong tầng thứ 2 ánh sáng được chuyển hóa
thành các điện tích điện tử bởi lớp a-Si bán dẫn dò sáng. Các detector chuyển
hóa gián tiếp được xây dựng bởi sự bổ sung của 1 mạch a-Si bán dẫn dò sóng
và chất nhấp nháy ở lớp đầu của TFT nhiều lớp. Các lớp thay thế lớp tia X
bán dẫn được dùng trong thiết bị chuyển hóa trực tiếp. Khu vực hoạt động
của detector được chia thành các lớp tích hợp của các phần tử hỉnh ảnh- điểm
ảnh- và mỗi phần tử bao gồm 1 bán dẫn dò quang và công tắc có sẵn TFT
cho xử lí hiển thị.
Sự phát triển gần đây cho điểm ảnh mới – cấu trúc màn hình nhấp nháy với
tinh thể nano : kích thước hạt Eu cho độ phân giải không gian cao hình ảnh
detector tia X được thực hiện cho bộ cảm biến hình ảnh X-Quang gián tiếp
với độ nhạy cao và độ phân giải cao.

III, So sánh máy X-Quang số CR và DR

19


Tiêu chí so sánh
CR
DR
Quy trình vận hành Giống như X-quang cổ điển, CR cũng sử Quy trình vận hành DR hết s
dụng cassette và phim khô, sau đó chuyển bởi DR sử dụng tấm cảm biến
sang thiết bị quét phim lấy hình ảnh và xóa nhận hình ảnh dưới dạng tín h
bề mặt phim đã chụp để tái sử dụng. Muốn đến máy vi tính, có thể chụp l
thực hiện phép chụp tiếp theo, cassette và không phải thay hay tác động
phim cần được đưa trở lại máy X-quang. biến.
Tính linh hoạt

Tấm CR dễ dàng mang đi lại, có thể đặt ở Tấm DR cũng rất gọn nhẹ và
những vị trí khó mà DR có dây không thao hơn CR nếu áp dụng công ngh
tác được, nhất là công việc NDT. Tuy
DR có thể kết nối với máy tín
nhiên, thiết bị quét phim lại rất công kềnh đôi khi chỉ cần nguồn điện lưu
và đòi hỏi nguồn điện lớn.
Chất lượng hình
Độ phân giải thấp, tương phản kém.
Độ phân giải cao, tương phản
ảnh
Liều chụp
Tương đương chụp X-quang cổ điển
Thấp hơn 30 - 50% so với CR
Tốc độ
Từ 2-10 phút /ảnh.
Từ 5-20 giây /ảnh.
Chi phí
Đầu tư ban đầu: cassette, phim khô, máy Đầu tư ban đầu: tấm cảm biến
quét / xóa phim khô.
Vật tư tiêu hao: không có.
Vật tư tiêu hao: cassette & phim khô.
Tiêu thụ điện năng: tấm cảm b
Tiêu thụ điện năng: máy quét / xóa phim suất nhỏ hơn nhiều máy quét
khô.
khô.
Ưu điểm khác
CR có thể dử dụng để ghi nhận tia X và Hình ảnh DR không có thị sai
nhiều nguồn phóng xạ khác.
DR có thể truyền hình thời gi
dàng hơn để chụp cắt lớp.

IV, Vấn đề an toàn khi chụp X-Quang: [8]
Hệ thống X-Quang là 1 hệ thống máy chụp tân tiến, việc sử dụng tia X trong kĩ
thuật chụp chiếu hiện nay đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên, tia X cũng là 1 trong
những tia chiếu ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc sử dụng tia X trong chẩn
đoán y tế không những gây ảnh hưởng đến bệnh nhân mà ngay trực tiếp đến cả bác
sĩ và các kĩ thuật viên, y tá:
-

Nguy cơ phơi nhiễm bức xạ:

20


Hình 15: Khả năng xuyên thấu của các loại bức xạ. Tia X dùng trong y học bên cạnh
những ích lợi cũng gây ra một số tác hại đáng lưu ý.
-

-

•

•

•

Các tổn thương do tia X có thể chia thành 2 loại:
+ Hiệu ứng cấp: tính theo giờ, phụ thuộc liều ,các hiện tượng: đục thủy tinh
thể, vô sinh, tổn thương da(ban đỏ, bỏng, loét…), rụng tóc.
+ Hiệu ứng muộn: tính theo năm, không phụ thuộc liều bức xạ mà tích tụ

theo thời gian: ung thư liên quan đến bức xạ (ung thư máu, ung thư xương,
…), rối loạn di truyền.
Các biện pháp an toàn bức xạ: Các hiệu ứng muộn chúng ta hầu như không
ngăn ngừa được. Tuy vậy, đối với hiệu ứng cấp, chúng ta có thể thực hiện
các biện pháp bảo vệ bức xạ hữu hiệu. Có hai cách kiểm soát đó là kiểm soát
kỹ thuật và kiểm soát hành chính.
+ Biện pháp kĩ thuật: thời gian, khoảng cách, che chắn
Thời gian: giảm thời gian tiếp xúc tia xạ, liều nhận được có thể giảm thiểu
Phương pháp quan trọng nhất.
Khoảng cách: khoảng cách đến nguồn bức xạ càng gần thì sự chiếu xạ tổng
cộng càng lớn.
Đứng xa nguồn bức xạ nhất có thể hoặc sử dụng các dụng cụ thao tác dài
(mức độ khuyến cáo A).
Che chắn:
Áo khoắc chì, choàng cổ chì: dày hơn 0,25mm giảm hiệu quả phơi nhiễm
bức xạ.
Bình phong chì
Sự phơi nhiễm bức xạ giảm hơn 90% nếu có màng chắn giữa nguồn bức xạ/
bệnh nhân và kỹ thuật viên.
21




Vì vậy phòng chụp X-Quang ít gây phơi nhiễm bức xạ vì có hệ thống màng
chắn.

Hình 16: Hệ thống màng chắn giữa kĩ thuật viên và nguồn phát xạ

•

•
•

Cửa phòng thực hiện chụp chiếu cũng phải được lót chì.
Cần kiểm tra tất cả các dụng cụ che chắn hàng năm.
+Biện pháp kiểm soát hành chính cơ bản:
Phân loại vùng làm việc
Sử dụng dấu hiệu cảnh báo rõ ràng đối với mỗi vùng được phân loại (đèn
báo hiệu khi chụp, trước cửa phòng chụp chiếu có dán bảng báo,…)
Các qui chế tại nơi chụp chiếu.

Tuy có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người nhưng phương pháp chụp chiếu
X-Quang hiện nay đang là phương pháp hiện đại và hiệu quả nhất trong y học chẩn
đoán. Việc áp dụng chặt chẽ các nguyên tắc an toàn bức xạ và hiểu rõ mối nguy
hiểm bức xạ sẽ giúp giảm thiểu phần lớn các ảnh hưởng của tia X đến sức khỏe con
người. Hiện nay với sự phát triển kĩ thuật không ngừng và nguyên tắc an toàn cao
giúp cho các bác sĩ và bệnh nhân cảm thấy an toàn và tin tưởng hơn vào hệ thống
X-Quang.

22


Lời kết:
Các công nghệ X-Quang kĩ thuật số hiện nay là điều cần thiết cho kĩ thuật chẩn
đoán lâm sàng. Công nghệ CR && DR là các cải tiến đáng kể dựa trên sự phát triển
của công nghệ X-Quang thường. Các tính chất và khả năng của 1 detector kĩ thuật
số ảnh hưởng đến sự lựa chọn kĩ thuật chụp ảnh, liều lượng bức xạ đối với bệnh
nhân, và chất lượng chẩn đoán hình ảnh X-Quang. Mặc dù hiện nay các công nghệ
của X- Quang thường quy hay các X-Quang CR && DR cùng tồn tại ở nhiều quốc
gia nhưng xu hường tiến tới trong tương lai không xa sẽ là các công nghệ kĩ thuật

số tiên tiến vì những ưu điểm và tính thực tế cao của kĩ thuật đó.

23


Tham khảo:
[1] />[2] />[3] />[4] />[5] Tài liệu CR- Eng- Tài liệu tham khảo – thầy Nguyễn Phú Đăng- HVKTQS
24


[6] Tài liệu tổng quan CR-DR.Eng – Tài liệu tham khảo – thầy Nguyễn Phú Đăng –
HVKTQS
[7] />[8] />
25