Công nghệ thu nhận hình ảnh kỹ thuật số trong máy x quang chẩn đoán DR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ THU NHẬN HÌNH ẢNH KỸ THUẬT SỐ
TRONG MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN DR
HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN: NGUYỄN HOÀNG ANH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60520203

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. NGUYỄN ĐỨC THUẬN

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Hoàng Anh hiện đang là học viên cao học lớp Kỹ thuật điện
tử K7 Viện Đại học Mở Hà Nội, tôi xin cam đoan rằng luận văn với đề tài “Công
nghệ thu nhận hình ảnh kỹ thuật số trong máy X quang chẩn đoán DR„ này là do
bản thân tôi nghiên cứu thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS.TS
Nguyễn Đức Thuận. Các số liệu và kết quả có được trong luận văn là hoàn toàn
trung thực.
Tôi xin cam đoan và chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình!
NGƯỜI VIẾT LUẬN VĂN

Nguyễn Hoàng Anh

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này em đã nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của Quý thầy cô, Ban lãnh đạo Viện Trang thiết bị và Công trình
y tế. Giám đốc Trung tâm Kiểm định Hiệu chuẩn thiết bị y tế. Trưởng phòng vật tư
thiết bị các Bệnh viện Đại học y Hà Nội, Bệnh viện 198, 199 Bộ Công An, gia đình
và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu. Cho phép em
được gửi lời cảm ơn trân trọng đến:
Thầy giáo GS. TS Nguyễn Đức Thuận người hướng dẫn khoa học của luận
văn, đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em hình thành ý tưởng, các nội dung nghiên
cứu từ thực tiễn để hoàn thành luận văn này. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi
đến Quý thầy cô Khoa sau đại học – Viện Đại học mở Hà Nội đã cùng với tri thức
và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong
suốt thời gian học tập tại trường
Quý thầy cô Khoa sau đại học – Viện Đại học mở Hà Nội đã hướng dẫn và
giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất
nhưng không tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Em
rất mong được sự góp ý của Quý Thầy, Cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để luận
văn hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
Lời cảm ơn...................................................................................................................
Lời cam đoan...............................................................................................................
Mục lục........................................................................................................................
Thuật ngữ viết tắt.........................................................................................................
Danh sách bảng biểu....................................................................................................
Danh sách các hình vẽ.................................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN....................................................................................................2
Chương 1: TỔNG QUAN.........................................................................................3
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................................3
1.2 PHÂN LOẠI MÁY X QUANG......................................................................4
1.2.1 Phân loại theo điện áp nguồn cung cấp ......................................................4
1.2.2 Phân loại theo điện áp chỉnh lưu cung cấp cho anốt bóng phát tia X .........4
1.2.3 Phân loại theo công suất .............................................................................4
1.2.4 Phân loại theo nhiệm vụ .............................................................................4
1.2.5 Phân loại theo cấu tạo .................................................................................5
1.2.6 Phân loại theo tần số ...................................................................................5
1.2.7 Phân loại theo vị trí lắp đặt..........................................................................5
1.2.8 Phân loại theo công nghệ thu nhận ảnh.......................................................5
1.3 THIẾT BỊ TẠO TIA X....................................................................................5
1.3.1 Bóng X quang...........................................................................................5
1.3.1.1 Nguyên lý hoạt động ...........................................................................5
1.3.1.2 Cấu tạo ................................................................................................6
1.3.2 Khối tạo điện áp cao thế...........................................................................9
1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động ...........................................................................9
1.3.2.2 Cấu tạo ................................................................................................9
1.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ............................................................14
1.4.1 Khái niệm chung.....................................................................................14
1.4.2 Mạch điều khiển điện áp cao thế (kVp)..................................................14
1.4.2.1 Đặc điểm và yêu cầu .........................................................................14
1.4.2.2 Cách thức thực hiện ..........................................................................15
1.4.3 Mạch điều khiển dòng cao thế................................................................17
1.4.3.1 Đặc điểm và yêu cầu .........................................................................17
1.4.3.2 Mạch điều khiển mA .........................................................................18
1.4.4 Mạch điều khiển thời gian......................................................................22
1.4.4.1 Đặc điểm và yêu cầu .........................................................................22
1.4.4.2 Mạch điều khiển phát tia X theo khoảng thời gian ...........................23

1.4.4.3 Mạch điều khiển phát tia X theo mAs ..............................................23
1.4.4.4 Mạch thời gian tự động .....................................................................24


1.5 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ............................................................................24
1.5.1 Giới thiệu chung.....................................................................................24
1.5.2 Hộp chuẩn trực.......................................................................................25
1.5.3 Lưới........................................................................................................27
1.5.4 Bàn bệnh nhân và cột bóng X quang......................................................29
1.5.4.1 Đặc điểm chung ................................................................................29
1.5.4.2 Bàn bệnh nhân ...................................................................................30
1.5.4.3 Cột và giá treo bóng ..........................................................................31
1.6 THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH........................................................................32
Chương 2: CÔNG NGHỆ THU NHẬN HÌNH ẢNH KỸ THUẬT SỐ TRONG
MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN DR.....................................................................34
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................34
2.2 ĐẦU DÒ SỐ TRỰC TIẾP DR, CÔNG NGHỆ TFT (THIN FILM
TRANSISTOR)...................................................................................................35
2.2.1 Cấu tạo....................................................................................................35
2.2.2 Sự tạo ảnh và đọc ảnh.............................................................................38
2.3 ĐẦU DÒ SỐ GIÁN TIẾP DR, CÔNG NGHỆ CCD (CHARGE COUPLED
DEVICE).............................................................................................................40
2.3.1 Cấu tạo....................................................................................................40
2.3.1.1 Tinh thể nhấp nháy ............................................................................41
2.3.1.2 Mảng đi-ốt quang ..............................................................................42
2.3.1.3 Refresh light ......................................................................................46
2.3.2 Sự tạo ảnh và đọc ảnh.............................................................................46
2.3.3 Các thông số và phần phụ khác..............................................................51
2.3.3.1 Điều hòa nhiệt độ cho detector .........................................................51
2.3.3.2 Bước tiền xử lý trên FDC ..................................................................52

2.3.3.3 Kiểm soát liều ...................................................................................53
2.3.3.4 Hình ảnh về một số bảng mạch khác của FD10 ................................57
2.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM........................................................................................58
2.5 SO SÁNH CÔNG NGHỆ..............................................................................58
2.5.1
Kích thước detector.............................................................................58
2.5.2
Kích thước nguyên tố detector (điểm ảnh) và kích thước ma trận.....58
2.5.3
Độ phân giải không gian.....................................................................59
2.5.4
Chất lượng ảnh....................................................................................62
Chương 3: QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH MÁY X QUANG............................67
3.1 PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................67
3.1.1 Phạm vi áp dụng ........................................................................................67
3.1.2 Tài liệu tham khảo......................................................................................67
3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG MÁY X
QUANG..............................................................................................................67
3.2.1 Kiểm tra bên ngoài.................................................................................69
3.2.2 KiÓm
tra
kü
thuËt....................................................................................70


3.2.3 Kiểm tra đo lường..................................................................................71
3.2.3.1 Kiểm tra điện cao áp đỉnh..................................................................71
3.2.3.2 Kiểm tra thời gian phát tia X.............................................................73
3.2.3.3 Kiểm tra cường độ dòng phát tia của bóng X quang.........................74
3.2.3.4 Kiểm tra thông số mAs......................................................................75

3.2.3.5 Xác định liều lối ra.............................................................................76
3.2.3.6 Kiểm tra kích thước tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang............77
3.2.3.7 Kiểm tra độ đồng trục của chùm tia X...............................................77
3.2.3.8 Kiểm tra độ trùng hợp giữa trường sáng và trường xạ.......................78
3.2.3.9 Đánh giá HVL và chiều dày tấm lọc tổng cộng của bóng X quang..79
3.2.4 Xử lý chung............................................................................................80
3.3 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÁY X QUANG KỸ THUẬT SỐ DR TẠI MỘT SỐ
CƠ SỞ Y TẾ TẠI VIỆT NAM (CÓ PHỤ LỤC 1 KÈM THEO).............................80
1. Kiểm định máy X quang kỹ thuật số PHILIPS tại Bệnh viện Đại học Y Hà
Nội.............................................................................................................................80
2. Kiểm định máy X quang kỹ thuật số SIEMENS tại Bệnh viện 199 – Bộ
Công An....................................................................................................................90
3. Kiểm định máy X quang kỹ thuật số TOSHIBA tại Bệnh viện 198 – Bộ
Công An....................................................................................................................99
4. Yêu cầu kỹ thuật của máy X quang kỹ thuật số theo Thông tư số:
28/2015/TT-BKHCN ngày 30 tháng 12 năm 2015.................................................112
5. Kết quả kiểm định....................................................................................113


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CR

Computed Radiography

X quang điện toán

CCD

Charge Couple Device

Ống tăng sáng

DR

Direct Radiography

X quang trực tiếp

FD

Flat Panel

Đầu dò thu nhận dạng tấm phẳng

TFT

Thin Film Transistor

Transito phim mỏng

MTF

Modulation Transfer Function

Hàm chuyển điều biến

LUT

Look Up Table

Bảng tra cứu

FR

Frame Request

Yêu cầu khung

XW

X ray Windown

Cửa sổ tia X

DRZ

Dark Reference Zone

Vùng tối tham chiếu

AMUX

Analog Multiplexor

Bộ dồn kênh tương tự

FDC

Flat Dectector Controller

Khổi điều khiển đầu dò phẳng

DIP

Digital Image Processing

Khối xử lý ảnh số

AF

Application Factor

Hệ số ứng dụng

AGL

Average Gray Level

Mức xám trung bình

MGL

Maximum Gray Level

Mức xám lớn nhất

HIS

Hospital Information System

Hệ thống thông tin bệnh viện

RIS

Radiographic Information System

Hệ thống thông tin hình ảnh


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Quan hệ UA và IA chịu ảnh hưởng của hiệu ứng điện tích không gian....21
Bảng 2.1: Độ nhạy của detector phụ thuộc vào ứng dụng và kích thước trường
chiếu………………………………………………………………………………..46
Bảng 2.2: Thời gian mở cửa sổ phát tia X và đọc dữ liệu của detector FD10……..51
Bảng 2.3: Nhiệt độ của FD10 và FD20…………………………………………….52
Bảng 2.4: So sánh giữa DR và X quang thường quy………………………………66
Bảng 3.1: Bảng phân loại kích thước tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang ……77
Bảng 3.2: Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị X
quang một pha ………………………………………………………………….….79
Bảng 3.3: Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị X
quang ba pha …………………………………………………………………..…..79


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của bóng X quang……………….………………….…..6
Hình 1.2 Bóng X quang hai sợi đốt………………………………………………....7
Hình 1.3 Cấu tạo A-nốt quay……………………………………………………….8
Hình 1.4 Cấu tạo bóng X quang……………………………………………............9
Hình 1.5 Thùng cao thế…………………………………………………………….10
Hình 1.6 Hai kiểu biến thế cao áp và kí hiệu quy ước………………………..........11

Hình 1.7 Biến thế tự ngẫu điều chỉnh từng nấc…………………………………….16
Hình 1.8 Biến thế tự ngẫu điều chỉnh liên tục……………………………………...17
Hình 1.9 Sơ đồ khối các thành phần trong mạch điều khiển mA.………................18
Hình1.10 Sơ đồ mạch điện bù tần số và chọn mA…………………………………19
Hình 1.11 Mạch bù hiệu ứng điện tích không gian………………………………...21
Hình 1.12 Cấu trúc hộp chuẩn trực………………………………………………...25
Hình 1.13 Bóng X quang và hộp chuẩn trực……………………………………….26
Hình 1.14 Cấu trúc lưới tĩnh và lưới động…………………………………………28
Hình 1.15 Lưới hội tụ………………………………………………………………28
Hình 1.16 Bàn bệnh nhân và cột bóng X quang…………………………………...30
Hình 1.17 Bàn bệnh nhân với các tư thế khác nhau………………………………..31
Hình 1.18 Sơ đồ khối quá trình chụp ảnh DR……………………………………...32
Hình 1.19 Sơ đồ khối thu nhận ảnh trực tiếp………………………………………32
Hình 1.10 Sơ đồ khối thu nhận ảnh gián tiếp………………………………………33
Hình 2.1 Cấu tạo 3D đầu dò trực tiếp ..........................…………………………....36
Hình 2.2 Các lớp của đầu dò trực tiếp……………………………………………..36
Hình 2.3 Mặt cắt ngang của một mảng đầu dò trực tiếp…………………………...37
Hình 2.4 Cấu trúc chi tiết của mỗi điểm ảnh……………………………………….37
Hình 2.5 Hệ thống DR làm giảm sự tán xạ điện tích………………………………38
Hình 2.6 Sơ đồ quá trình đọc ảnh…………………………………………………..39
Hình 2.7 Các lớp của detector FD10……………………………………………….40
Hình 2.8 Hình ảnh 3D các lớp của detector FD10…………………………………41


Hình 2.9 Cấu trúc tinh thể CsI……………………………………………………..42
Hình 2.10 Mảng các đi-ốt quang…………………………………………...............42
Hình 2.11 Cấu trúc ma trận điểm ảnh……………………………….......................43
Hình 2.12 Một đi-ốt quang đơn (điểm ảnh), kích thước 184µ×184µ…...................43
Hình 2.13 Cấu trúc hàng và cột trong của ma trận điểm ảnh…………………..…44
Hình 2.14 Chức năng của đoạn………………………………………………….....45

Hình 2.15 Bảng Refresh light………………………………………………………47
Hình 2.16: Sơ đồ quá trình chuyển ánh sáng thành điện thế……………………….47
Hình 2.17 Biểu đồ định thời cho hoạt động của detector…………………………..49
Hình 2.18 Sơ đồ điều hòa nhiệt độ cho các detector……………………………….51
Hình 2.19 Các bước tiền xử lý………………………………………………….….52
Hình 2.20 Các bước kiểm soát liều………………………………………………...53
Hình 2.21 Mức xám hình ảnh của một hàng trong ảnh…………………………….53
Hình 2.22 Đường cong nén sáng…………………………………………………...56
Hình 2.23 Biều đồ giá trị của I phụ thuộc vào d và µ……………………………...56
Hình 2.24 Bảng mạch tương tự…………………………………………………….57
Hình 2.25 Tấm làm mát…………………………………………………………....57
Hình 2.26 Bảng giao diện………………………………………………………….57
Hình 2.27 Bảng mạch số…………………………………………………………...57
Hình 2.28 So sánh MTF của DR trực tiếp, gián tiếp, film – screen, CCD và CR…60
Hình 2.29 Dạng tín hiệu và đường mở rộng chức năng của DR trực tiếp và DR gián
tiếp………………………………………………………………………………….61
Hình 2.30 Điểm ảnh của một loại DR trực tiếp và DR gián tiếp ………………….62
Hình 2.31 Tần số không gian phụ thuộc DQE……………………………………..64


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền khoa học trên thế giới phát triển mạnh mẽ, có
rất nhiều các phát minh khoa học được ứng dụng vào thực tế nhằm nâng cao đời
sống vật chất, tinh thần của con người. Đặc biệt là các phát minh về khoa học kỹ
thuật ứng dụng trong y học, công nghệ chẩn đoán hình ảnh đã có những bước phát
triển vượt bậc với sự xuất hiện của các kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh mới như CT,
MRI... Bên cạnh sự xuất hiện của các kĩ thuật chẩn đoán hình ảnh mới, kĩ thuật
chẩn đoán hình ảnh xuất hiện đầu tiên là X quang cũng không ngừng phát triển và

ngày càng hoàn thiện hơn. Sự xuất hiện của X quang kĩ thuật số đã đánh dấu sự phát
triển vượt bậc của công nghệ chẩn đoán hình ảnh bằng máy X quang. Ảnh tạo bởi
máy X quang kĩ thuật số là ảnh dưới dạng số, có thể xử lý dễ dàng bằng các phương
thức xử lý ảnh để tăng cường chất lượng ảnh. Ngoài ra ảnh số này còn thuận tiện
trong việc lưu trữ và truyền đi xa. Công nghệ X quang kĩ thuật số bao gồm CR,
CCD camera, DR.
Trong thực tế hiện nay, các thiết bị y học hiện đại đã dần được đưa vào ứng
dụng ở Việt Nam. Những hệ thống máy móc thiết bị còn khá mới mẻ và tương đối
khó sử dụng, thiết bị yêu cầu độ chính xác cao, bên cạnh đó, kỹ thuật ứng dụng và
vận hành và kiểm tra thiết bị cũng không hề dễ dàng. Với thực tế đó việc nghiên
cứu kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh là rất cần thiết, đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa công
nghệ, đưa kỹ thuật hiện đại và chuyên sâu vào trong lĩnh vực y tế nước ta.
Việc nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn
về các lý thuyết hình ảnh, tìm hiểu và tiếp cận các thiết bị chuyên dụng đã được ứng
dụng rộng trên thế giới . Từ mục đích như vậy, tôi lựa chọn đề tài “Công nghệ thu
nhận hình ảnh kĩ thuật số trong máy X quang chẩn đoán DR ”. Bản thân tôi khi
nghiên cứu đề tài này với mục đích nâng cao trình độ kỹ thuật của bản thân từ đó áp
dụng các kiến thức đã học vào công việc thực tế bản thân đang làm.

1


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Máy X quang kĩ thuật số có nhiều loại như CR, CCD camera, DR. Công nghệ
DR với tính năng vượt trội của đầu dò thu nhận ảnh và các phương pháp xử lý ảnh
đã chiếm ưu thế lớn so với các công nghệ còn lại và trở thành công nghệ hiện đại
nhất của máy X quang kĩ thuật số. Về cấu tạo, máy X quang ứng dụng công nghệ
DR có cấu tạo gần giống như máy X quang thường quy. Điểm khác duy nhất và

quan trọng nhất của máy X quang ứng dụng công nghệ DR và máy X quang thường
quy và cũng là điểm khác nhau giữa các công nghệ của máy X quang kĩ thuật số, là
phần thu nhận ảnh. Phần thu nhận ảnh của máy X quang ứng dụng công nghệ DR
được gọi là đầu dò thu nhận ảnh với công nghệ bản phẳng (Flat panel). Đầu dò thu
nhận ảnh của máy X quang ứng dụng công nghệ DR có cấu tạo đặc biệt giúp cho
việc thu nhận ảnh được nhanh chóng và ảnh thu được có chất lượng cao.
Trong luận văn này chúng ta sẽ tìm hiểu từng phần của máy X quang ứng dụng
công nghệ DR và quy trình kiểm tra máy X quang. Đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán
Chương 2: Công nghệ thu nhận hình ảnh kĩ thuật số trong máy X-quang chẩn
đoán DR
Chương 3: Quy trình kiểm định máy X quang

2


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ngày 08 tháng 11 năm 1895, nhà bác học Đức, Wilhelm Corad Roentgen tình
cờ phát hiện một tia lạ trong phòng thí nghiệm. Ông đặt tên cho tia đó là tia X (X có
nghĩa là chưa biết rõ). Nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật, cho đến nay tia X đã
có những đóng góp to lớn trong nhiều lĩnh vực: Chụp ảnh y tế, nghiên cứu cấu trúc
tinh thể, kiểm tra vật liệu…
Trong các thí nghiệm đầu tiên với tia X. Roentgen đã tạo ra một bức ảnh giải
phẫu về bàn tay của vợ ông nhờ tia X. ứng dụng của tia X trong y học đầu tiên ở Mỹ
là một cuộc thử nghiệm tại trường cao đẳng Dartmouth vào tháng 2 năm 1896 khi
tạo ảnh một cánh tay bị gãy xương của một sinh viên.
Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh nên được dùng để chụp ảnh các cơ quan

của cơ thể., xương và vật thể lạ bên trong cơ thể. Các bác sĩ sử dụng tia X để quan
sát các cơ quan bên trong cơ thể mà không cần phải giải phẫu (chế độ soi X quang).
Tuy nhiên tia X có khả năng gây Ion hóa hoặc các phản ứng có thể gây nguy hiểm
cho sức khỏe con người do đó điện áp cường độ và thời gian chụp ảnh y tế phải
được kiểm soát cẩn thận để tránh gây hại cho sức khỏe con người.
Máy X quang là một trong những ứng dụng lớn nhất của tia X. Máy X quang
được sử dụng để chụp ảnh các cơ quan, cấu trúc giải phẫu bên trong cơ thể. Trải qua
hơn một thế kỉ, kể từ khi tia X được phát hiện cho tới nay, nhiều tiến bộ khoa học –
công nghệ đã được áp dụng vào việc chế tạo máy X quang như công nghệ vi xử lý,
kĩ thuật cao tần…đã làm thay đổi đáng kể bộ mặt của thiết bị. Máy X quang đã phát
triển qua nhiều thế hệ và ngày càng hoàn thiện để có thể thực hiện được nhiều chức
năng chẩn đoán phong phú, đa dạng, chính xác, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
công việc chẩn đoán hình ảnh.
Thế hệ máy X quang hiện đại nhất hiện nay là X quang kĩ thuật số (Digital
Radiography). Thực tế máy X quang kĩ thuật số đã có trước đây khoảng 20 năm với
thế hệ đầu tiên là máy X quang điện toán CR (Computed Radiography). Một thời
gian sau xuất hiện hệ thống ống tăng quang/máy ảnh CCD (II/CCD camera) thường

3


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

được dùng để chụp mạch xóa nền và một số thủ thuật X quang can thiệp khác. Đến
khoảng cuối thập niên 90 mới xuất hiện kĩ thuật X quang trực tiếp DR (Direct
Radiography), cho ảnh X quang kĩ thuật số không cần qua Laser scan như CR hoặc
CCD camera. Cho đến nay, DR vẫn là thế hệ máy X quang hiện đại nhất: Máy X
quang kĩ thuật số ứng dụng công nghệ DR.
Cấu tạo của máy DR về cơ bản giống như máy X quang thường qui, bao gồm
các khối sau:

• Thiết bị tạo tia X: Gồm bóng X quang và khối tạo điện áp cao thế một chiều.
• Thiết bị điều khiển các tham số: Điện áp cao thế (KVp), dòng cao thế (mA)
và thời gian phát tia (s) và các thiết bị bảo đảm an toàn.
• Các thiết bị phụ trợ: Thiết bị định dạng chùm tia (bộ chuẩn trực chùm tia),
thiết bị định vị bệnh nhân…
Điểm khác nhau duy nhất của máy DR và máy X quang thường qui là thiết bị thu
nhận ảnh. DR không sử dụng phim để thu nhận ảnh mà sử dụng một detector thu
nhận tín hiệu tia X sau khi qua bệnh nhân rồi chuyển chúng thành dạng số.
1.2 PHÂN LOẠI MÁY X QUANG.
* Máy X-Quang rất đa dạng trong ứng dụng thực tế, được phân loại theo nhiều
phương thức:
1.2.1. Phân loại theo điện áp nguồn cung cấp.
- Máy X-quang 1 pha
- Máy X-quang 2 pha
- Máy X-quang 3 pha
1.2.2. Phân loại theo điện áp chỉnh lưu cung cấp cho anốt bóng phát tia X
- Máy X-quang ½ sóng
- Máy X-quang cả sóng
1.2.3. Phân loại theo công suất
- Máy X-quang công suất nhỏ (dòng < 100 mA)
- Máy X-quang công suất TB (dòng < 500 mA)
- Máy X-quang công suất lớn (dòng < 1000 mA)
1.2.4. Phân loại theo nhiệm vụ
- Máy X-quang răng
4


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

- Máy X-quang tim mạch

- Máy X-quang phẫu thuật
- Máy X-quang nhũ
1.2.5. Phân loại theo cấu tạo
- Máy X-quang thường quy
- Máy X-quang tăng sáng truyền hình
1.2.6. Phân loại theo tần số
- Máy X-quang tần số thấp (f: 50-60 Hz)
- Máy X-quang tần số cao (f: 30-100KHz)
1.2.7. Phân loại theo vị trí lắp đặt
- Máy X-quang cố định
- Máy X-quang di động
1.2.8. Phân loại theo công nghệ thu nhận ảnh: có 3 loại
- Máy X-quang thường quy sử dụng phim thông thường
- Máy X-quang CR (Computed Radiography) sử dụng tấm tạo ảnh có tráng lớp
Phosphor lưu trữ và kích thích phát sáng khi chiếu tia laser lên.
- Máy X-quang DR (Digital Radiography) sử dụng tấm tạo ảnh phẳng (Flat panel)
* Sự phân loại trên chỉ có tính chất tương đối để định hướng phạm vi ứng dụng
của máy theo nhu cầu và môi trường khác nhau. Tùy theo nhu cầu ứng dụng, một
máy X-Quang có thể thuộc về một hoặc nhiều sự phân loại nói trên.
1.3 THIẾT BỊ TẠO TIA X
1.3.1 Bóng X quang
1.3.1.1 Nguyên lý hoạt động
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 lượng từ động năng của chùm tia điện tử bức
xạ từ Ca-tốt sang năng lượng tia X bức xạ từ A-nốt. Bóng X quang ảnh hưởng quyết
định đến chất lượng ảnh. Các yêu cầu sau đây có tầm quan trọng đặc biệt đối với
bóng X quang:
• Khả năng thâm nhập – độ cứng của tia X có thể thay đổi trong dải rộng bằng
cách thay đổi điện áp cấp cho bóng để đáp ứng được nhiều đối tượng và
phương pháp thăm khám

5


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

• Mật độ bức xạ - liều lượng tia X có thể điều khiển trong phạm vi rộng thông
quan dòng của bóng.
• Kích thước của điểm hội tụ và sự phân bố năng lượng tại điểm hội phải tạo
được độ tương phản và phân giải cao.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của bóng X quang

1.3.1.2 Cấu tạo
Bóng X quang là dạng đặc biệt của loại bóng điện tử chân không. Bóng X quang
gồm các bộ phận chủ yếu sau:
• Ca-tốt
Là nguồn bức xạ điện tử, thành phần chính bao gồm sợi đốt và cốc hội tụ. Sợi
đốt làm bằng những sợi dây vonfram có hình lò xo xoắn thẳng đứng. Khi có một
dòng điện đi qua sợi đốt, sợ đốt sẽ nóng lên, làm phát sinh ra điện tử ở vỏ ngoài của
vonfram, được gọi là sự phát sinh ra điện tử dưới tác động của nhiệt. Số lượng điện
tử phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ sợi đốt. Cốc hội tụ xoay xung quanh sợi đốt để
làm hội tụ chùm tia điện tử. Cốc hội tụ được làm bằng Niken.
Trong bóng X quang hiện đại thường có hai sợi đốt: một cái lớn, một cái nhỏ.
Sợi đốt lớn có công suất cao được dùng để chụp ảnh nhưng bộ phận lớn như: Lồng
ngực, xương đùi…Sợi đốt nhỏ có công suất thấp dùng để chụp những cơ quan có
kích thước nhỏ cần độ phân giải cao như xương ngón tay ngón chân…

6

Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Hình 1.2: Bóng X quang 2 sợi đốt
• A-nốt
Là nguồn phát xạ tia X. A-nốt chình là tấm bia của chùm tia điện tử. Diện tích
nơi chùm tia điện tử bắn vào gọi là điểm hội tụ. A-nốt thường được chế tạo từ
vonfram vì vonfram có số hiệu nguyên tử cao, chịu nhiệt, dẫn nhiệt tốt. Có 2 loại Anốt là: A-nốt quay và A-nốt cố định.
- A-nốt cố định: Bao gồm một đĩa nhỏ bằng vonfram gắn vào một khối đồng
lớn. Khối đồng có khả năng dẫn nhiệt tốt nhằm tăng khả năng dẫn nhiệt của anot.
Góc độ phát tia 100 – 200 . Bóng X quang anot cố định được dùng trong các máy X
quang công suất nhỏ.
- A-nốt quay: Gồm một đĩa lớn bằng vonfram, quay được 3600 vòng/phút.
Cạnh đĩa nghiêng một góc từ 6 đến 200. Trong lúc đĩa quay nhiệt độ được phân đều
trên đĩa trong suốt thời gian phát tia. Đường kính của đĩa xác định bề dài tổng cộng
của bia tiêu điểm. Bề dài càng lớn khả năng chịu nhiệt càng cao. Tốc độ quay của
anot có thể lên tới 9000 – 12000 vòng/phút. Tốc độ càng cao, hệ số chịu nhiệt càng
lớn. Anot được điều khiển bằng một hệ thống cảm ứng điện từ gồm một bộ phận
quay (rotor), một bộ phận tĩnh (stator). Một phần của motor bên ngoài vỏ thủy tinh
của bóng đèn là phần tĩnh, bên trong là đĩa anot được nối với phần quay (rotor).
Trục được làm bằng vật liệu Molypden.

7


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Hình 1.3 Cấu tạo Anot quay
• Vỏ trong
Thường là vỏ thủy tinh, bảo quanh Ca-tốt và A-nốt, được hút chân không để tạo
áp lực âm nhằm loại trừ các phân tử không khí cản trở trên đường đi của chùm tia

điện tử.
• Vỏ ngoài
Được làm bằng thép hoặc hợp kim nhôm phủ chì để ngăn ngừa bức xạ tia X. Vỏ
được nối đất để tránh hồ quang điện từ cáp cao thế. Vỏ bóng cho phép rò rỉ 1Rem/h
ở khoảng cách 1m. Dầu cách nhiệt trong bóng vừa có tác dụng tản nhiệt cho anot
vừa có tác dụng cách điện. Dầu thường tăng thể tích khi tăng nhiệt độ nên hai đầu
của bóng thường có một gối co dãn làm bằng hợp chất cao su vừa chịu nhiệt vừa
chịu dầu hoặc làm bằng đồng thau. Ngoài ra trên vỏ còn bố trí cửa sổ lối ra tia X,
nơi ghép với bộ chuẩn trực và vị trí các đầu nối.

8


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Hình 1.4 Cấu tạo bóng X quang
1.3.2 Khối tạo điện áp cao thế
1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động
Khối cao thế trong máy X quang có chức năng cung cấp điện áp cao thế cho
bóng X quang. Điện áp cao thế là điện áp 1 chiều, có trị số có thể điều khiển trong
phạm vi từ 40 – 150kVp. Dòng điện cao thế do khối cung cấp phải đảm bảo công
suất lớn nhất tương ứng với từng loại máy.
1.3.2.2 Cấu tạo
Khối cao thế bao gồm nguồn cấp điện, biến áp cao thế và chỉnh lưu cao thế.
Những linh kiện này được bố trí trong thùng cao thế để đảm bảo độ cách điện và tỏa
nhiệt. Hình 1.5 minh họa các khối bên trong của một thùng cao thế.
• Biến áp cáo thế
Chức năng
Biến áp cao thế là loại biến thế tăng áp có chức năng biến đổi điện áp từ trị số
điện áp nguồn (220V hoặc 380V nếu là nguồn điện lưới) lên tới cỡ 40 – 150kVp.

Công suất của biến áp cao thế phải đảm bảo công suất thiết kế của máy.

9


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Cấu tạo
Tùy theo nguồn điện cung cấp, biến áp cao thế có thể là một pha hoặc 3 pha.
Biến áp cao thế gồn có các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cuốn quanh lõi chế tạo bởi
các là tôn Silic. Bao quanh cuộn sơ cấp thường có một lớp vỏ bọc kim bằng đồng
mỏng không khép kín. Lớp vỏ này dùng với mục đích an toàn phòng khi các lớp
cách điện bị hỏng, điện thế cao sẽ phóng qua lớp đồng này xuống đất. Cuộn thứ cấp
được chia làm hai nửa cân xứng. Điểm giữa của chúng được nối đất. Cách bố trí này
làm giảm đi một nửa về yêu cầu cách điện. Do vậy giảm được chi phí chế tạo biến
thế và cáp cao thế. Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp phải được cách điện thật tốt với
nhau . Tỷ số vòng dây giữa chúng bằng tỉ số giữa điện áp đầu vào và đầu ra:
N2
V
= 2
N1
V1
N1, N2, V1, V2: Số vòng và điện áp tại các cuộn sơ cấp và thứ cấp tương ứng.

Hình 1.5: Thùng cao thế

10


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Cách điện trong khối cao thế
Để đảm bảo cách điện giữa các linh kiện trong khối cao thế, giữa cuộn dây sơ
cấp và thứ cấp, giữa biến thế với chỉnh lưu cao thế và giữa các linh kiện với đất, có
hai cách giải quyết sau:
- Đối với khối cao thế công suất lớn, tỏa nhiều nhiệt, toàn bộ linh kiện và cấu
kiện của khối cao thế được nhúng vào trong thùng chứa dầu cao thế. Ngoài tác
dụng cách điện dầu còn có tác dụng làm mát những cấu kiện này bằng cách
truyền nhiệt đối lưu từ bên trong biến thế ra môi trường xung quanh. Khi nạp
dầu phải hút hết khi trong thùng để dầu có thể thâm nhập vào toàn bộ các lỗ
rỗng trong các linh kiện sao cho không còn bọt khí. Sau đó thùng cao thế được
đậy kín.
- Đối với các máy loại nhỏ, di động, công suất tiêu hao không lớn, nhiệt lượng
tỏa ra không nhiều, người ta có thể bố trí khối cao thế và bóng X quang vào
chung trong một thùng. Để cách điện người ta nhúng chúng vào chất dẻo khi
đang ở dạng lỏng. Sau đó chất dẻo khô đi tạo thành vật liệu cách điện rắn bao
quanh các cấu kiện.
-

Hình 1.6: Hai kiểu biến thế cao áp và kí hiệu qui ước
• Chỉnh lưu cao thế
Bóng X quang chỉ dẫn dòng theo một chiều từ A-nốt đến Ca-tốt. Vì vậy cần phải
chỉnh lưu dòng điện cao thế xoay chiều, dù là điện lưới tần số thấp hay là nguồn cao
tần, thành nguồn một chiều để cung cấp cho bóng X quang hoạt động. Có ba loại
11


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

chỉnh lưu cao thế là : Chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha cả sóng và

chỉnh lưu ba pha.
Chỉnh lưu cao thế một pha nửa sóng
Đây là loại chỉnh lưu đơn giản nhất. Thực chất đây là loại tự chỉnh lưu – bóng X
quang kiêm luôn chức năng đi-ốt chỉnh lưu, chỉ có dòng điện trong nửa chu kỳ
dương (nửa sóng) khi điện thế a-nốt là dương so với ca-tốt, trong nửa chu kì âm còn
lại, không có dòng qua bóng.
Ưu điểm:
- Kích thước và khối lượng nhỏ,
- Đơn giản dễ chế tạo,
- Giá thành thấp.
Nhược điểm:
- Trị số điện áp tối đa (kVp – điện áp đỉnh) trong nửa chu kỳ dương nhỏ hơn trị
số kVp trong nửa chu kỳ âm một lượng là ∆kV=IAR.
Trong đó IA là dòng cao thế, R là điện trở trong các cuộn dây biến áp cao thế.
Khi IA tăng thì ∆kV cũng tăng, ∆kV có thể lên tới 20 – 30kV. Do vậy công suất
của bóng X quang phụ thuộc vào kVp trong nửa chu kỳ dương, còn các vấn đề
cách điện kèm theo là kích thước, trọng lượng của khối cao thế lại liên quan đến
nửa chu kì âm (không tải). Điều này làm giảm hiệu suất của khối cao thế. Để
giảm ∆kV phải dòng cao thế. Vì vậy trị số dòng cao thế lớn nhất trong kiểu
chỉnh lưu này bị giới hạn trong phạm vi dưới 50mA.
- Trị số dòng đỉnh (Iđ) và trị số dòng trung bình (Itb) của bóng X quang chênh
lệch lớn. Iđ=3Itb. Dòng trung bình là dòng quyết định công suất phát tia X và
nhiệt tỏa ra trong cả quá trình phát tia. Trong khi đó dòng đỉnh lại quyết định
nhiệt độ điểm hội tụ. Sự chênh lệch đã hạn chế dòng trung bình của bóng X
quang để sao cho dòng đỉnh của nó không quá cao có thể làm cho điểm hội tụ
quá nóng tới mức tạo ra bức xạ điện tử thứ cấp hoặc bị nóng chảy, nghĩa là phải
giới hạn công suất phát xạ tia X.
- Nếu phải dùng cáp cao thế để nối giữa biến thế và bóng, thì điện áp giữa ruột
và vỏ cáp ở giữa hai giá trị đỉnh. Do vậy cáp cao thế phải có độ cách điện cao
hơn so với cáp trong các kiểu chỉnh lưu khác. Để loại bỏ nhược điểm này thông

12


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

thường không dùng cáp cao thế mà bố trí biến thế cao thế và bóng liền kề nhau
trong một thùng cao thế.
Chỉnh lưu cao thế một pha cả sóng
Loại chỉnh lưu một pha cả sóng được ứng dụng nhằm khắc phục những nhược
điểm cơ bản của loại chỉnh lưu một pha nửa sóng. Trong loại chỉnh lưu này cả hai
nửa chu kỳ dương và âm của dòng điện xoay chiều (cả sóng) đếu được sử dụng.
Nhờ vậy làm tăng đáng kể công suất phát xạ tia X, hiệu suất của khối cao thế và mở
rộng phạm vi ứng dụng của thiết bị.
Ưu điểm: So với loại chỉnh lưu nửa sóng thì loại chỉnh lưu cả sóng có:
- Công suất phát xạ tia X cao hơn.
- Hiệu suất sử dụng bóng X quang lớn hơn.
Nhược điểm:So với loại chỉnh lưu nửa sóng
- Cấu tạo phức tạp hơn.
- Kích thước và trọng lượng lớn hơn.
- Giá thành cao hơn.
Chỉnh lưu cao thế ba pha
Liều lượng tia X tỉ lệ với mAs. Trong 2 loại chỉnh lưu trên vì dòng cao thế (mA)
còn thấp nên phải kéo dài thời gian chụp dẫn tới nhòe ảnh trong những trường hợp
có sự cử động tự nhiên cảu một số bộ phận cơ thể như tim phổi đặc biệt với trẻ em.
Hơn nữa trong những thủ thuật xét nghiệm quang tuyến đặc biệt như chụp mạch, số
lượng ảnh cần thiết có thể lên tới vài chục ảnh trong một giây, do vậy phải rút ngắn
thời gian chụp và tăng cường độ dòng chụp.
Nhằm khắc phục nhưng nhược điểm này mạch điện chỉnh lưu cao thế 3 pha
được ứng dụng để nâng cao công suất phát xạ và rút ngắn thời gian phát tia xuống
còn cỡ ms. Có 2 loại chỉnh lưu cao thế ba pha là: Chỉnh lưu cao thế 3 pha 6 xung và

chỉnh lưu cao thế 3 pha 12 xung.
Ưu điểm:
So với kiểu chỉnh lưu một pha, kiểu chỉnh lưu 3 pha dòng tải phân bố đều trong
cả 3 pha, sự chênh lệch giữa Iđ và Itb ít hơn. Do vậy có thể chế tạo những máy có
công suất phát xạ lớn. Nhờ vậy có thể giảm thời gian phát tia để nâng cao chất
lượng ảnh nhất là khi cần chụp những đối tượng vận động như tim phổi…
13


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Nhược điểm:
- Cấu tạo của máy phức tạp.
- Khối tích và trọng lượng lớn.
- Chi phí cao.

1.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ
1.4.1 Khái niệm chung
Khi tiến hành xét nghiệm chẩn đoán X quang, người vận hành phải kiểm soát
được liều lượng tia X sao cho phù hợp với từng đối tượng và bệnh lý để đạt được
ảnh có chất lượng tốt nhất và đảm bảo an toàn cho người bệnh. Liều lượng tia X
được quyết định bởi các tham số sau:
- Trị số điện áp cáo thế - kVp.
- Trị số dòng cao thế - mA.
- Khoảng thời gian phát tia – s.
Vì vậy trong bất kì máy X quang nào, dù loại truyền thống hay cao tần, dù đơn
giản hay phức tạp đều cần phải có các loại mạch điện để điều khiển, đo lường và chỉ
thị các tham số cơ bản trên.
1.4.2 Mạch điều khiển điện áp cao thế (kVp)
1.4.2.1 Đặc điểm và yêu cầu

14


Chương 1: Tổng quan về máy X quang chẩn đoán

Điện áp cao thế cung cấp cho bóng X quang là một trong những tham số quyết
định khả năng xâm nhập và công suất phát xạ tia X. Trị số của nó nằm trong phạm
vi 40 – 150kVp. Việc thay đổi trị số điện áp phải được thực hiện theo từng bước
nhỏ, mỗi bước khoảng 1 – 2kVp. Điện áp cao thế đưa ra từ phía thứ cấp biến áp cao
thế. Để ngăn ngừa sự phóng điện của điện cao thế trong không khí, biến áp cao thế
phải được đặt vào trong thùng chứa đầy dầu cách điện cao thế (thùng cao thế). Do
vậy để thay thổi trị số điện áp kVp ta chỉ có thể thay đổi trị số điện áp của nguồn
cấp cho cuộn sơ cấp biến thế cao thế.
1.4.2.2 Cách thức thực hiện
Trong mỗi máy X quang truyền thống sử dụng nguồn điện lưới AC thường có
một hoặc hai biến thế - gọi là biến thế cấp nguồn, trong đó một biến thế dùng cho
chức năng chụp còn biến thế kia dùng cho chức năng chiếu. Phía sơ cấp của các
máy này nối với nguồn điện AC. Điện áp đầu ra của chúng – tức là điện áp nguồn
cung cấp cho máy biến thế cao thế, phải có thể thay đổi để tạo ra điện áp cao thế cần
thiết bằng cách thay đổi tỉ số vòng dây giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Biến thế cấp nguồn là loại biến thế tự cảm ứng, thường được gọi là biến thế tự
ngẫu, chỉ gồm có một cuộn dây với nhiều đầu ra, điện áp lối vào và ra nối với biến
thế tại các điểm khác nhau. Có 2 loại biến thế cấp nguồn được chế tạo phù hợp với
chưc năng chụp và chiếu.
• Chế độ chụp
Việc điều khiển trị số kV phải thực hiện trước khi phát tia (đặt giá trị kV trước
khi bấm công tắc chụp). Vì công suất tiêu hao điện rất lớn khoảng từ 10kW đến
150kW tùy từng loại máy X quang, vì vậy biến thế cấp nguồn dùng cho chức năng
này là loại công suất lớn với dòng điện chạy trong cuộn dây của nó (đồng thời cũng
là dòng phía sơ cấp biến thế cao thế) cỡ hàng trăm A. Với dòng điện chụp lớn nếu

quay công tắc chỉnh kV trong khi chụp thì sẽ phát sinh hồ quang điện gây cháy công
tắc. Thời gian chụp rất ngắn, các chuyển mạch cơ khí hoặc cơ điện có quán tính cao
không thể đáp ứng tức thời. Việc thay đổi kV được thực hiện từng bước gián đoạn
nhờ hai cái chuyển mạch, mỗi chuyển mạch có khoảng 5 – 10 nấc. Trong đó một
chuyển mạch để điều chỉnh thô với mỗi nấc tương ứng với trị số điện áp khoảng
mưới kV và một để điều chỉnh tinh với mỗi nấc tương ứng khoảng 1 – 1,5kV. Kết
15