X quang kỹ thuật số trực tiếp DR bảo trì máy

X-Quang kỹ thuật số trực tiếp DR
Tổ 3:
Hoàng Thanh Năm
Lê Công Nam
Lương Văn Nam
Trần Thị Minh Ngọc
Chế Quang Nhân
Lương Thị Nhung
Phan Thị Hồng Nhung
Dương Thị Cẩm Nhung
Lê Văn Phú
Nguyễn Tấn Phát


 I. TỔNG QUAN
DR là viết tắt từ chữ Direct Radiography, có nghĩa là chụp X-quang kĩ thuật số trực tiếp, không cần bìa tăng quang,
catssette hay tấm thu nhận ảnh của CR.
X-quang kĩ thuật số đã có khoảng 20 năm trước và được gọi là kĩ thuật X-quang điện toán CR (Computed
radiography). Đến khoảng cuối thập niên 90, mới xuất hiện kĩ thuật

X-quang trực tiếp DR (Direct

radiography), cho hình Xquang kĩ thuật số không cần qua máy Laser scan như CR.


 Trong DR, ảnh được tạo ra một cách trực tiếp mà không phải qua thiết bị đọc ảnh trung gian như CR.
Điều này có thể được thực hiện nhờ vào cấu tạo đặc biệt của đầu dò của DR.


 Kỹ thuật trong máy DR giống máy chụp ảnh kỹ thuật số, vì cũng dùng nguyên tắc tương tự là bảng cảm ứng
và cho hình ngay 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 transistor (TFT) với silicon vô định hình
(amorphous silicon).


 Bảng cảm ứng này thay thế cặp phim/bìa tăng quang cổ điển, sau khi được phô xạ, sẽ chuyển hình và hiển thị
trên màn hình máy tính sau khoảng 5 giây và có thể chụp tiếp ngay không cần xóa như CR.

 Ngày nay, nhờ sự phát triển của ngành điện tử và kỹ thuật số: máy X quang đã được sản xuất với công nghệ
mới hiện đại như: máy X–quang cao tần, máy CT scanner, máy X–quang chụp tuyến vú, máy X quang chụp
mạch xóa nền DSA…


 Đầu dò DR là loại đầu dò ảnh số phẳng (flat-pannel digital images detector) sử dụng công nghệ ma trận hoạt động
(active matrix).



Đầu dò là một bảng phẳng có kích thước như tấm phim thường, gồm những ô đơn vị được cấu tạo từ các transistor
hiệu ứng trường FET dạng mỏng (thin-film transistor) hoặc các diode làm từ các vật liệu bán dẫn sợi tinh thể hoặc vật
liệu bán dẫn vô định hình.


 Hiện nay có hai loại đầu dò DR thông dụng dựa trên hai phương pháp tạo ảnh Xquang trên mảng phẳng (flatpannel):
+ Công Nghệ TFT (trực tiếp): Chuyển trực tiếp năng lượng tia X thành tín hiệu điện.

+ Công Nghệ CCD (gián tiếp): Chuyển năng lượng tia X thành ánh sáng. Sau đó chuyển ánh sáng thành tín hiệu
điện.

II: Cấu tạo


1:NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DR GIÁN TIẾP
A: Nguyên lý.

Tia X

Chất Nhấp Nháy (CsI)
Ánh Sáng

Silicon Vô Định Hình (a:Si)
Các Electron

Mạch Điện Tử

Dữ Liệu Số


DR Loại Gián Tiếp


Cảm biếnloại MIS & TFT diệntíchlớ n
( LANMIT)
Lớ pphủ

IC điềukhiển

Chất nhấpnháy

IC đọc ra

Cảm biến: Silic vô địnhhình
Cảm biến a-Si
Diện tích tạo ảnh: 17x 17 (43 x 43 cm)
Pixel: 7.2 mil pixcels ( 2,688 x 2,688 pixel)
Đ iểmảnh: 160 àm
Đ ộ phân giải: 3.1 l/p mm
Grayscale: 12 bits (4,096) A/D: 14 bits


Chất nhấp nháy ( Scintillator).
Thường dùng là Secium Iodide (Sci). Chất này có hệ số hấp thụ tia X cao. Có cấu tạo tinh thể dạng kim đường kính 1- 10µm( 1µm = 10-6m). Nó giúp tán xạ
ánh sáng xung quanh và làm tăng độ phân giải không gian của ảnh so với dùng phospho có cấu trúc dạng khối.

Cấu trúc tinh thể dạng kim (1-10 µm)
Giúp giảm tán xạ
Tăng độ phân giải ảnh


Lớp ma trận đầu dò.

 Nằm dưới lớp chất nhấp nháy. Gồm các đơn vị cơ bản gọi là Pixel.Các Pixel này được hình thành bởi một đầu đọc
điện được xếp thành hàng và cột nằm rải rác trên lớp chất vô định hình.

 Sự sắp xếp thông tin theo các hàng và cột này được thực hiện nhờ máy tính. Hệ thống này cho phép chuyển cường
độ tín hiệu điện thu được thành các giá trị tỷ lệ tương đương qua đó tạo ra hình ảnh.

Mỗi pixel có vùng hoạt động và vùng thụ động. Vùng hoạt động được cấu tạo từ vật liệu Silicon vô định hình(a-Si) hay gọi là amousphor
Silicon. Vùng này có tác dụng chuyển tín hiệu ánh sáng thành điện tích(các electron). Các điện tử này sẽ được lưu trữ trong các tụ điện
dùng trong quá trình đọc ảnh sau này. Vùng thụ động là các bộ phận như Transistor hiệu ứng trường dạng mongrTFT( thin- flim transistor)
và tụ điện. Giữa các pixel là các đường dữ liệu và đường dùng để điều khiển TFT. Kích thước của pixel phụ thuộc vào nhà sản xuất.
Từ 25- 100µm đối với mammography.
Từ khoảng 139- 160µm đối RF( Radio Fluoroscopy) và Radiography.
Ex:
Canon 160 x 160µm
Naomi 50 x 200µm.


Như bộ chọn kênh(MUX), bộ khếch đại, bộ chuyển đổi, bộ chuyển đổi Analog- Digital, bộ định thời và điều khiển để mã hóa tín hiệu điện,
chuyển đến máy vi tính để xữ lý.


Cơ chế hoạt động của bảng cảm ứng Sensor panel
Trong phương pháp náy, năng lượng tia X được chuyển thành tín hiệu điện thông qua tác dụng của chất nhấp nháy Csi
(Cesium iodide) thông qua
ánh sáng. Đầu dò sữ
Hue, 10/06/2010
16
dụng màn phospho hay tinh thể nhấp nháy Csi để biến năng lượng tia X thành ánh sáng. Ánh sáng được hấp thu bởi các phosphodiode hay bởi Silicon vô định hình(a-Si)
để tạo ra các tín hiệu điện(các electron). Tùy theo cường độ tin hiệu điện thu được mà máy tính sẽ số hóa để cho ra hình ảnh tỷ lệ với cường độ tia X chiếu tới đầu dò

X-ray

Ngêi
¸nh s¸ng
保保保

§iÖn cùc kim lo¹i thÕ cao

ChÊt nhÊp nh¸y
passivation

a-Si (n+)
Electron

a-Si

Electric Current

Líp c¸ch ®iÖn

ChÊt nÒn

C¶m biÕn d¹ng MIS

§iÖn cùc kim lo¹i thÕ thÊp

TFT
(Thin Film Transistor )

( Metal Insulation Semiconductor)


CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DR GIÁN TIẾP
Quá trình đọc ảnh và tạo ảnh

•

Hue, 10/06/2010

17

Khi mảng đầu dò được chiếu bức xạ ion hoá, cặp electron - lỗ trống được tạo ra trong lớp a-Si. 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-Si 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-Si. Vì vậy hàm MTF (modulation transfer function) cao như mong đợi trong đầu dò a-Si.

Hệ thống DR giúp giảm sự tán xạ ánh sáng


Đọc Tín Hiệu
Hue, 10/06/2010

18

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. Điện tích tín hiệu được chuyển đến bộ khuyếch đại điện tích nối với đường dữ liệu. Tín
hiệu từ hàng được trộn và chuyển đến bộ biến đổi A-D 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
pixel.

Hue, 10/06/2010

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DR GIÁN TIẾP
Quá trình đọc ảnh và tạo ảnh

Thiết bị nhìn từ trên xuống

19


Hue, 10/06/2010

20

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DR GIÁN TIẾP
Quá trình đọc ảnh và tạo ảnh
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
 Lúc
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-Si, vì vậy ngăn



cản sự tạo bóng của ảnh (ghost image) giữa các lần chụp.
Để tối đa hoá tỉ lệ tín hiệu-nhiễu, và vì vậy chất lượng ảnh, thiết bị còn thực hiện điều chỉnh nền. Đầu tiên là tạo ra
bảng tra LUT (look-up table) sự hiệu chỉnh. Bảng này chứa một ảnh chuẩn của dãy đầu dò tương ứng với sự chiếu tia
X bảng phẳng. Bảng tra LUT này lưu trữ ảnh kết quả chứa sự khác nhau về độ đồng nhất của nguồn tia X, cũng như
các sự thay đổi nhỏ trong đáp ứng của đầu dò ở các mức độ chiếu tia khác nhau và các mức năng lượng khác nhau.
Sự thay đổi này gây ra sự thay đổi nhỏ trong độ lợi của mỗi pixel và ở ngõ ra của bộ khuyếch đại điện tích. Nói chung,
có thể thấy rằng sự chuẩn hoá LUT có thể tạo một lần và sử dụng cho nhiều lần chiếu khác nhau. Khi sự thay đổi về

độ đồng nhất của nguồn tia X, mức độ chiếu, mức năng lượng là đáng kể, thì mới cần chuẩn hoá lại.


Hue, 10/06/2010

21

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DR GIÁN TIẾP
Quá trình đọc ảnh và tạo ảnh

Bên cạnh bảng LUT, hệ thống còn cần có các ảnh chuẩn trường tối (dark field reference image) trước và sau mỗi
lần chụp. Silicon vô định hình(a-Si), cũng giống như nhiều chất bán dẫn khác, tạo ra một dòng tối nhỏ tại nhiệt độ
phòng. Do lượng dòng điện tối thay đổi theo thời gian trong và giữa các lần chiếu tia và nhiệt độ của mảng đầu dò,
nên các thông tin về ảnh tối trước và sau chiếu tia được dùng để mô phỏng nhiễu nền (bachground noise) trong
quá trình chiếu tia. Nhiệm vụ hiệu chỉnh nền được lập trình trên thiết bị phần cứng và được thực hiện hoàn toàn tự
động. Hai ảnh chuẩn này được lấy trung bình để ước lượng độ lớn của nền trong suốt quá trình chiếu tia và ảnh
chiếu được hiệu chỉnh. Kết quả của quá trình hiệu chỉnh này sẽ tăng độ nhạy tương phản (contrast sensivity) của
hệ thống và sự ổn định giữa các lần chiếu


Phần II: HỆ THỐNG X QUANG KỸ THUẬT SỐ DR & NHỮNG ĐẶC TÍNH NỔI BẬT
Hue, 10/06/2010

2: NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DR TRỰC TIẾP
a. Nguyên lý:
Tia X

Selenium Vô Định Hình (a:Se)
Các Electron

Mạch Điện Tử

Dữ Liệu Số

22


2: NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DR TRỰC TIẾP

Hue, 10/06/2010

23

b. Cấu tạo của bảng cảm ứng






Đầu dò của DR có dạng rất đặt biệt. Thiết bị sử dụng một lớp hơi a-Se đồng nhất và liên tục đặt trên điện cực thu nhận điện tích
(charge collection electronde) và trên dãy transistor hiệu ứng trường TFT( thin- flim transistor) tạo thành một vùng hoạt động có
kích thước cỡ 35 x 43cm.
Lớp a-Se có một lớp lưỡng cực điện (dielectric layer) và lớp điện cực trên cùng (top electrode) áp vào để tạo ra một cấu trúc có
chức năng như một tụ điện, trong đó các electron được tạo ra trong suốt quá trình chiếu tia được thu nhận dưới một điện áp phân
cực. Sự thu nhận và lấy tích phân được thực hiện trong vùng điện cực thu nhận điện tích hình vuông có kích thước khoảng 129
µm đặt trên dãy TFT.
Kích thước pixel là 130- 160µm, như vậy tỉ số phủ hình học khoảng 66%- 86% .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. Điện cực
thu nhận điện tích được gắn chặt với một tụ điện lưu trữ tín hiệu (signal storage capacitor), tụ này lại được gắn vào cực D của TFT.

Một tính chất đặc biệt của thiết bị, 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.


2: NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DR TRỰC TIẾP
b. Cấu tạo của bảng cảm ứng

Cấu tạo của bảng cảm ứng bảng phảng DR trực tiếp

Hue, 10/06/2010

24


Hue, 10/06/2010

Cấu tạo của bảng Sensor panel
Các lớp của đầu dó a-Se

25