Báo cáo thiết bị đo y sinh và môi trường

BÀI TIỂU LUẬN
THIẾT BỊ ĐO Y SINH VÀ MÔI TRƯỜNG

Thực hiện:
Trần Thị Thanh Loan
Lớp cao học: Điều khiển và tự động hóa
2014A


NỘI DUNG BÁO CÁO
I.

TÍNH CẤP THIẾT

II. NỘI DUNG
1. Tia X là gì?
2. Máy X-quang y tế
3. Phương pháp bảo vệ tránh tác hại của tia X
III. KẾT LUẬN


I. TÍNH CẤP THIẾT
- Máy X-quang là một thiết bị sử dụng phổ biến trong chẩn
đốn hình ảnh.
- Trong lĩnh vực y tế, máy X-quang giữ vai trò quan trọng
giúp cho các y bác sĩ chẩn đoán bệnh một cách dễ dàng, chính
xác và nhanh chóng
- Nó cịn được ứng dụng sang cả nhiều lĩnh vực khác như an
ninh soi hành lý sân bay, phát hiện khuyết tật của các sản phẩm
kim loại trong công nghiệp…
Việc nghiên cứu máy X-quang để tìm hiểu về cấu tạo,

ngun lý, phịng tránh các tác hại khi sử dụng là rất cần thiết.
Trong khuôn khổ bài tiểu luận này chỉ đề cập tới máy Xquang ứng dụng trong y tế.


Ứng dụng của máy X-quang

Ứng dụng trong y tế

Soi hành lý máy bay

Kiểm tra khuyết tật


II. NỘI DUNG
1. Tia X là gì?
1.1. Lịch sử phát hiện ra tia X
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

Nhà bác học Wilhelm Conrad Rơntgen và bức ảnh đầu tiên
chụp bởi tia X


Tia X được sinh ra từ sự thay đổi quỹ đạo của electron khi nó
đang chuyển động có gia tốc đến gần một hạt nhân, khi quỹ đạo
của tia X thay đổi, một phần động năng (là năng lượng của một
vật thể có được khi chuyển động) của electron sẽ bị mất đi và
chính năng lượng này chuyển thành bức xạ điện từ, phát ra tia X.
Bản chất của tia X là sóng điện từ bao gồm những sóng xoay

chiều theo chu kỳ, cùng một loại với sóng ánh sáng, sóng vơ
tuyến điện. Đặc điểm của các bức xạ trên là truyền đi với tốc độ
gần giống nhau (khoảng 300.000km/s) chỉ khác nhau về bước
sóng, chu kỳ và tần số.


1.2. Các tính chất của tia X
- Tính truyền thẳng và đâm xuyên: tia X truyền thẳng theo mọi
hướng và có khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người.
Chính vì độ xun sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp
những bộ phận cứng như: xương, răng, khơng dùng để chụp mơ.
- 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.
Đặc tính truyền thẳng, đâm xuyên và hấp thụ của tia X là
những đặc tính quan trọng trong tạo hình X quang.


1.2. Các tính chất của tia X
- Tính chất quang học: giống như ánh sáng, tia X cũng có những
hiện tượng quang học như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ.
Những tính chất này giảm độ tương phản trên các phim chụp.
- Tính chất gây phát quang: dưới tác dưới tác dụng của tia X
một số muối trở nên phát quang như clorua, Na, BA, Mg, Li,... và
có chất trở nên sáng như Tungstat cadmi, platino-cyanua Bari các
chất này được dùng để chế tạo màn huỳnh quang dùng khi chiếu
X quang, tấm tăng quang.
- Tính chất hóa học: tính chất hoá học quan trọng nhất của tia X
là tác dụng lên muối bromua bạc trên phim và giấy ảnh làm cho
nó biến thành bạc khi chịu tác dụng của các chất khử trong thuốc
hiện hình. Nhờ tính chất này mà nó cho phép ghi hình X quang

của các bộ phận trong cơ thể lên phim và giấy ảnh.


1.2. Các tính chất của tia X
-Tác dụng sinh lý của tia X lên cơ thể con người: Tác dụng này
được sử dụng trong điều trị đồng thời nó cũng gây nên những
biến đổi có hại cho cơ thể.
+ Tác dụng với tế bào
+ Tác dụng đối với nhân tế bào
+ Tác dụng đối với các mô khác nhau
+ Tác dụng lên máu
+ Tác dụng đối với cơ quan tiêu hóa
+ Tác dụng lên hệ thống tim mạch
+ Tác dụng đối với cơ quan sinh dục
+ Tác dụng lên cơ quan hô hấp
+ Tác dụng gây ung thư
+ Tác dụng thần kinh


2. Máy X-quang y tế
Tháng 2 năm 1896, tại Paris, nhà vật lý Oudin và bác sĩ
Barthelemy đã thực nghiệm X-quang tại nhà. Dựa vào nguyên lý
của Rơentgen, họ đã chế tạo máy chiếu X-quang đầu tiên trên thế
giới.
Cũng tại Paris, bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X-quang cho
người nấu bếp của mình. Ơng nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ
bị mờ. Hỏi ra mới biết, trước đó bà đã bị ho ra máu. Đó là trường
hợp chuẩn đốn bệnh qua X-quang đầu tiên trong lịch sử y học
thế giới.
Và cho đến nay, máy X-quang có mặt ở hầu hết các bệnh viện

lớn, nhỏ ở trong nước cũng như trên thế giới.


2. 1. Cấu tạo máy X-quang
Về cấu tạo, máy X quang có sự khác nhau tương đối giữa các thế
hệ X-quang, cơ bản gồm các bộ phận :
- Khối phát tia X
- Khối tạo cao thế
- Bàn chụp, giá chụp, cột đỡ bóng
- Khối điều khiển
- Khối thu nhận/hiển thị hình ảnh


2.1. Cấu tạo máy X-quang
a. Ống phóng tia X
- Trong máy X-quang, khối phát ra tia X là ống phóng tia X
(bóng X-quang)
- Những phần chính của ống phóng tia X bao gồm : cathode,
anode, rotor, stator, vỏ bọc kim loai, vỏ bọc tia X
- Giữa âm cực (cathode) và dương cực (anode) là một điện thế
gia tốc rất lớn từ 20-300KV
- Các electron được phát ra từ âm cực đốt nóng và được gia tốc
bằng điện trường, chúng sẽ va chạm vào anode với một động
năng nào đó, hầu như tất cả động năng (99%) sẽ chuyển thành
nhiệt năng, nên cực dương là nơi các electron từ cực âm bay đến
sẽ rất nóng. Chỉ khoảng 1% động năng được biến đổi thành năng
lượng tia X trong suốt quá trình xảy ra va chạm.


2.1. Cấu tạo máy X-quang

a. Ống phóng tia X
- Đối âm cực chia làm 2 loại: loại quay và loại không quay.
- Bộ phận làm cho đối âm cực quay chính là Rotor. Rotor bao
gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm
điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành
stator, tốc độ quay từ 3000-3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất
là 9000-10000 vịng/phút.

Hình ảnh và ngun lý của ống phóng tia X


2.1. Cấu tạo máy X-quang
b. Khối tạo cao thế
Để ống phóng tia X làm việc thì nguồn cung cấp cho
dương cực của ống phải rất lớn (20-300kV). Để tạo ra
nguồn điện áp cao áp như vậy, thông thường lấy từ
nguồn 3 pha sau đó sử dụng biến thế tự ngẫu - sử dụng
motor kéo chổi than của biến áp.
Dùng diode chỉnh lưu 100kV do đó cần nối nhiều
diode với nhau. Từ đó có điện áp ngược phân phối
khơng đều trên các diode gây nên mất mát năng lượng.


2.1. Cấu tạo máy X-quang
c. Khối thu nhận, hiển thị hình ảnh
Khối thu nhận và hiển thị hình ảnh tùy thuộc vào các
thế hệ máy X-quang khác nhau mà đó có thể là:
+ Phim
+ Bìa tăng quang
+ Tấm tạo ảnh

+ Bảng cảm ứng.
Cụ thể từng phương pháp xử lý ảnh của các thế hệ
máy X-quang khác nhau sẽ được đề cập ở phần 2.3


2.2. Nguyên lý hoạt động của máy 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
(phim, detector, màn chiếu…) và xử lý hình ảnh để cho
ra kết quả, bộ phận thu nhận và xử lý hình ảnh là điểm
khác biệt lớn nhất giữa các thế hệ máy X quang.


Nguyên lý hoạt động của máy X-quang


a. Chế độ chiếu X-quang (soi)
Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của
cơ thể thì suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc.
Chùm tia tác dụng với bộ phận thu nhận (phim,
detector, màn chiếu…) và xử lý hình ảnh để cho ra kết
quả, bộ phận thu nhận và xử lý hình ảnh là điểm khác
biệt lớn nhất giữa các thế hệ máy X quang.
Dòng điện qua bóng rất nhỏ từ 1 đến 4mA và bóng
làm việc ở chế độ điểm bão hòa.
Thời gian phát tia để đảm bảo tính bền của bóng
thường từ 1 giây đến 10 phút.

Chế độ chiếu X-quang


b. Chế độ chụp X-quang
Khác với chiếu, sự ghi hình X-quang của các bộ phận thăm
khám được thực hiện trên phim hoặc giấy ảnh.
Để ghi được hình trên phim X-quang thì tia X phải được phát
xạ với một điện thế cao (từ 50KV đến 100 hoặc 150 KV) và với
cường độ dịng qua bóng X-quang lớn (từ 100 đến 200mA, và
các máy hiện đại hiện nay có thể lên tới 500 đến 1000KV).
Hai yếu tố này nhằm đảm bảo cho sự ghi hình nhanh tránh
được hình nhiễu của các cơ quan động (như tim, ống tiêu
hoá.v.v.) và phù hợp với thời gian nín thở của bệnh nhân.


b. Chế độ chụp X-quang
Như vậy, công suất của mạch chụp cũng lớn gấp 10-100 lần
dòng soi, tuy nhiên thời gian chụp xảy ra rất ngắn từ 0.001s - 8s.
Phim X quang có cấu tạo cơ bản là 2 mặt được tráng bởi nhũ
tương muối bạc (bromua bạc). phim được ép vào giữa 2 tấm tăng
quang đặt trong cassette.
Bề mặt tấm tăng quang được phủ bằng một lớp chất phát
huỳnh quang (thường là Tungstat cadmi).
Dưới tác dụng của tia X các lớp huỳnh quang này sẽ phát
quang và tác dụng lên phim để ghi hình bộ phận thăm khám mà
nó truyền qua.

Chế độ chụp X-quang


2.3. Phân loại máy X-quang
Theo cấu trúc : X quang cố định, x quang di động, X
quang xách tay.
Theo công nghệ xứ lý ảnh : X quang cổ điển (dùng
phim), X quang chiếu (màn chiếu), X quang kỹ thuật số
gián tiếp (CR), X quang kỹ thuật số trực tiếp (DR).
Theo chức năng : X quang thường quy, X quang răng,
X quang vú, X quang can thiệp…


Quá trình chụp X-quang và sự khác biệt cơ bản giữa các
thế hệ máy chụp X-quang


a. X-quang cổ điển 
Dùng hệ thống phim/bìa tăng quang để chụp các bộ phận
của cơ thể.
Phim được chứa trong cassette. Cassette được đặt sau vật
cần chiếu, tia X sau khi xuyên qua được vật sẽ đến đập vào
phim.
Phim sau khi được phổ xạ, sẽ được đưa vào phòng tối để
xử lý bằng hóa chất hiện hình và định hình. Khi rửa phim
người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với tia X khi
rửa sẽ khơng bị mất (có màu đen) cịn nơi nào khơng tác
dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị
trơi (có màu trắng). Sau đó sẽ được đọc trên 1 hộp đèn đọc
phim.

Đây là một hình vĩnh viễn, khơng sửa đổi được, khó lưu
trữ, sao lục và truy tìm.