TRƯỜNG CAO ĐẢNG Y TẾ HÀ NỘI
KHOA Y
Bộ MƠN HÌNH ẢNH Y HỌC

NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH
VÃ XỬ LÝ HÌNH ẤNH Y học

Ths. Cao Văn Chính

Hà Nội, năm 2021
1


Nội dung chi tiết học phần
Tên các bài trong môn học

TT

Lý

thuyết
Chương 1. Nguyên lý tạo ảnh và xử lý ảnh X quang
1

Nguyên lý tạo ảnh X quang

3

2

Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh X quang

5

3

Các yêu tô ảnh hưởng đên ảnh X quang và phương pháp xử lý ảnh

2

X quang

Chương 2. Nguyên lý tạo ảnh và xử lý ảnh cắt lóp vi tính
1

Ngun lý tạo ảnh cắt lóp vi tính

2

2

Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh cắt lóp vi tính

2

3

Các yếu tố ảnh hưởng đến ảnh cắt lóp vi tính và phương pháp xử

2


lý ảnh cắt lóp vi tính

Chương 3. Ngun lý tạo ảnh và xử lý ảnh cộng hưổng từ
1

Nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ

4

2

Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh cộng hưởng từ

3

3

Các yếu tố ảnh hưởng sự tương phản của ảnh cộng hưởng từ và

2

phương pháp xử lý ảnh cộng hưởng từ

Chưong 4. Nguyên lý tạo ảnh siêu âm
1

Nguyên lý tạo ảnh siêu âm và nhiễu ảnh trên siêu âm

2


2

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu dò siêu âm

2

3

Cấu trúc hệ thống tạo ảnh và thu nhận ảnh siêu âm

1

Tổng số

30

2


CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH
VÀ XỬ LÝ ẢNH X QUANG
BÀI 1
NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH X QUANG
Thời gian: 3 giờ lý thuyết

Mục tiêu của bài
- Kiến thúc:
1. Trình bày được nguyên lý tạo tia X và ứng dụng của tia X trong y học.
2. Trình bày được các quá trình tương tác của tia X với vật chất.
3. Trình bày được nguyên lý tạo ảnh X quang.

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
4. Thể hiện ý thức học tập nghiêm túc, tự giác, tập trung.
NỘI DUNG
1. Nguyên lý tạo tia X
1.1. Vật lý tia X và úng dụng
1.1.1. Hiệu ứng bức xạ tia Katốt
Năm 1895 nhà bác học Đức Wilhelm Konrat Roentgen đã tìm thấy một bức xạ
đi xuyên qua vật chất khi ơng đang làm thí nghiệm, loại tia mới này được ông đặt tên
là tia X. Đe kỷ niệm nhà bác học đã tìm ra nó người ta thường gọi nó là tia Rơnghen.
Năm 1925, Quốc tế đã chấp nhận Rơnghen là tên đợn vị đo liều lượng tia X.
Năm 1901 nhà bác học W.Ronghen đã được tăng giải thưởng Nobel.
Vào năm 1837 Michael Faraday nghiên cứu sự phát quang khi phóng điện ạua
các chất khí khác nhau. Sau đó M.Faraday nghiên cứu sự phóng điện qua những ống
thủy tinh chứa khí ở áp suất thấp.
Năm 1877 Crookes tạo ra ống thủy tinh chứa khí có áp suất rất thấp gọi là ống
Crookes (hình 1.1)
Khi nghiên cứu tia katốt, ông đã phát hiện: Tia katốt bị lệch hướng trong từ
trường và điện trường. Ông rút ra kết luận tia katốt là một dịng hạt mang điện tích
âm, có thể bị lệch bởi một trường điện từ quay được hội tụ bởi điện cực lồi.
Ông cũng nhận thấy rằng những hạt này là nóng cơ thể ở những nơi chúng rọi
tới. (Thực ra Crookes đã phát hiện được tia X nhưng ông không chứng minh được).

Năm 1892 Heinrich Hertz đã nhận thấy tia katốt có thể đi qua thủy tinh của một
ống chân không, do vậy ông đã tin rằng tia katốt là một dạng của sóng điện từ.

3


Thời gian này Rơnghen làm việc ở trường đại học Tổng hợp Wuerzburg ở Đức.
Một điều kiện khá may mắn là Rơnghen rất chú ý tới việc chụp ảnh. Do vậy ngày

8/11/1895 ông đã nhận thấy một số vật phát quang trong vùng lân cận của một ống
Crookes, ống này được ơng cung cấp một dịng điện nhờ một cuộn cảm ứng nối với
một bộ pin. Khi xem xét những vật thể mà nó phát quang, ơng nhận thấy chúng được
phủ một lóp hóa chất đặc biệt. Tất nhiên tia katốt trong ống là nguyên nhân của sự
phát quang.
Ngày 28/12/1895 Rơnghen đã báo cáo lần đầu tiên về phát minh này.
Năm 1895 nhiều nhà bác học đã nghiên cứu về tia âm cực. Và họ đặt các câu
hỏi:
Tia âm cực là gì? Nó là một dịng hạt như kết luận của Crookes hay là sóng điện
từ như quan niệm của Hertz?
Sự hiểu biết về tia X thời gian này còn rất hạn chế vì điều kiện thí nghiệm khơng
đầy đủ.
Đen năm 1911 bằng thí nghiệm nổi tiếng của mình Milikan mới chứng minh
được sự tồn tại của điện tử và cơng trình này được tặng giải thưởng Nobel năm 1923.
Người ta dùng một ống thủy tinh có hai cực A và K, bên trong chứa khí áp suất thấp
khoảng HP mmHg
Ở hai đầu katốt K và anốt A khi đặt một điện thế một chiều, khoảng vài nghìn
vol, sẽ quan sát được hiện tượng phóng điện trong khí kém. Lúc này khí trong ống sẽ
phát sáng (hình 1.2)

Hình 1.2. Sự phóng điện qua chất khí
Khi quan sát kỳ dọc theo ống ta thấy sự phát sáng khơng đều và có những
khoảng sáng tối:
1: là khoảng sáng thứ nhất bao quanh âm cực.
2: là khoảng tối Crookes.
3: là khoảng sáng thứ hai.
4: là khoảng tối Faraday.
5: là khoảng sáng dương cực.
Neu hạ thấp áp suất chất khí thì khoảng tối Crookes sẽ nới rộng và có thể chiếm
hết cả ống. Tuy nhiên hiện tượng phóng điện vẫn tiếp diễn. Neu đặt một lá kim loại

giữa âm cực và dương cực có thể thấy trên thành ống đối diện với âm cực xuất hiện
bóng đen của lá kim loại đó. Như vậy rõ ràng là từ âm cực đã phát ra một loại tia mà
người ta gọi là tia âm cực.
Đe tìm hiểu bản chất tia âm cực, các nhà khoa học như Cruc (Crookes), Peranh
(Perrin), Tơmxơn (Thomson) đã làm nhiều thí nghiệm và đã tìm thấy một sổ tính chất
quan trọng của tia âm cực như sau:
Vận tốc của tia âm cực được Tơmxơn đo năm 1894 có giá trị bằng 1,9.105 m/s.
So sánh với vận tốc ánh sáng c = 3.108 m/s thì vận tốc của tia âm cực nhỏ hơn rất
nhiều. Do vậy không thể đồng nhất tia âm cực với ánh sáng được.

4


- Tia âm cực có khả năng làm quay một chong chóng nhỏ nếu chong chóng đó
trên đường đi của tia âm cực. Điều đó chứng tỏ tia âm cực là một chùm hạt, đã truyền
động năng của mình cho chong chóng quay.
- Tia âm cực bị lệch hướng dưới tác dụng của điện trường và từ trường.
- Khi đo độ lệch của tia âm cực dưới tác dụng đồng thời của điện trường và từ
trường, năm 1897 Tômxơn đã xác định được tỷ sô ~ của các hạt tạo nên tia âm cực:

e
____ _ ,,
-Z- = 0,175.1011 culông/kg
me
Ta nhớ rằng trước đó khi nghiên cứu về sự dẫn điện của dụng dịch và các định
luật về điện phân của Faraday và định luật Avôgadrô, người ta đã chứng minh được
sự tồn tại của một nguyên tố điện tích, nghĩa là một điện tích (hay điện tích của ion
hóa trị một) là e và xác định được giá trị:
1F
e= IN ~ 1’6.1019 culơng/kg

Trong đó: 1F: là 1 Faraday = 9,6522.104 culông.
N: số Avôgadrô = 6,059.1023 nguyên tử, là số nguyên tử chứa trong
một nguyên tử gam của mội nguyên tố.
Do đó, người ta có thể xác định được khối lượng của các hạt tạo nên trên âm
cực. Ket quả cho thấy các hạt tạo nên trên âm cực mang điện tích âm, có khối lượng
nhở hơn hàng nghìn lần so với khối lượng của nguyên từ. Như vậy không thể nhầm
tia cực âm với các ion âm được.
Ta thấy tia âm cực thực chất là một chuỗi hạt mang điện tích âm có khối lượng
nhở hơn khối lượng ngun tử hàng nghìn lần.
1.1.2. Phương pháp tạo tia X và bản chất của tia X
Sơ đồ nguồn phát xạ tia Ronghen được chỉ ra trên hình 1.3:

Hình 1.3. Sơ đồ nguồn bức xạ Rơnghen

Cơ chế phát xạ Rơnghen được giải thích như sau:
Khi katơt được nung nóng đủ mức nó phát ra các nhiệt điện tử. Dưới tác động
của điện trường mạnh giữa Anôt và katôt (do hiệu điện thế cao gây ra), các nhiệt điện
tử này chuyển động về phía Anôt làm bằng kim loại nặng (như vonfram) với vận tốc
và gia tốc rất lớn tới đập vào Anôt và dừng lại đột ngột. Từ Anôt phát ra chùm tia
Rơnghen theo mọi hướng. Để định hướng chùm tia, người ta sử dụng nhiều giải pháp
kỳ thuật khác nhau (Anôt đặt nghiêng, bóng bọc chì kín có cửa sổ xác định).
Tia Rơnghen khơng nhìn thấy bằng mắt thường, nó có đặc tính làm phát quang
một số chất, nó cũng có tác dụng lêm kính ảnh và gây ra sự ion hóa trong các chất khí
Tất cả những đặc tính này đã được dử dụng để phát hiện vá nghiên cứu về tia
Ronghen
5


Tia Rơnghen có bản chất là sóng điện từ như ánh sáng nhưng có bước sóng nhỏ
hon nhiều so với bước sóng ánh sáng, bước sóng rất ngắn nằm trong khoảng 10” m

đến 10'8 m (ngắn hon bước sóng tia tử ngoại).
Bước sóng nhỏ nhất của tia X:

B = Eđ

Amln=^

Với:

8: năng lượng tia X
Eđ Là động năng của e khi đập vào đối catot
“
Eđ=^=eu+^

u : hiệu điện thế giữa anốt và catot
V : vận tốc e khi đập vào đối catot
Vo : vận tốc của e khi rời catot (thường Vo = 0)
Ta có thể so sánh bước sóng tia Ronghen trong dải sóng điện từ sau đây:
Bức xạ
Bước sóng X
Tia Gamma(g)
< 0,0012nm (lnm=10’9m=10-6mm)
0,0012 + 12nm
Tia Rơnghen(X)
Tử ngoại
12 + 380nm
Nhìn thấy
380 + 760nm
Hồng ngoại
760 + 106nm (106nm = Imm)

>lmm
Sóng vơ tuyến
Ta nhận thấy mồi vùng sóng có những đặc tính đặc trưng riêng. Khi tần số tăng(
bước sóng giảm) thì những tính chất hạt của bức xạ cũng tăng. Ta cũng chú ý là tuy
có cùng bản chất là sóng điện từ nhưng giữa các vùng sóng đó có một sự khác nhau
quan trọng
Sóng vơ tuyến được sinh ra nhờ chuyển động tuần hoàn của tập thể các điện tử
trong mạch dao động(anten)
Sóng quang học được phát ra nhờ các chuyển bước năng lượng bên trong các
nguyên tử, phân tử riêng biệt trong vật thể
Còn đối với tia X, nguồn gốc của nó là do các điện tử chuyển dịch giữa các lóp
trong cùng của các nguyên tử
Cũng tưong tự như ánh sáng, tia Ronghen cũng có tính chất sóng mà ta có thể
phát hiện được điều đó nhờ các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ
Ta biết các tia Rơnghen xuất hiện khi các điện tử bị hãm đột ngột do va chạm
với các nguyên tử của chất làm đối âm cực. Khi đó xuất hiện hai loại bức xạ Ronghen
là bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng
1.1.3. Tính chất của tia X
- Khả năng đâm xuyên tốt: truyền qua được những vật chắn sáng thông thường như
giấy, gỗ, hay kim loại mỏng ... Bước sóng càng ngắn, đâm xuyên càng mạnh
-Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh (làm đen).
- Làm phát quang một số chất.
- Có khả năng ion hóa khơng khí và các chất khí.
- Tác dụng sinh học rất mạnh: hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn, ...
1.1.4. ứng dụng của tia X trong y học
Từ khi Wilhelm Conrad Rõntgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đốn cấu trúc
xương, tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế. Khoa X quang là một
6



lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩ thuật khác để chẩn đoán
bệnh bằng hình ảnh nên cịn được gọi là Khoa chẩn đốn hình ảnh.
Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương,
nhưng cũng có thể giúp ích tìm ra các bệnh về phần mềm. Một vài ví dụ như khảo sát
ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù
nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể phát hiện ra tắc ruột (tắc thực quản), tràn khí
(từ thủng ruột), tràn dịch (trong khoang bụng).
Trong vài trường họp, sử dụng X quang còn gây tranh cãi, như là sởi mật (ít khi
cản quang) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn). Hơn nữa, các tư
thế chụp X quang truyền thống ít sử dụng trong việc tạo hình các phần mềm như não
hay cơ. Việc tạo hình cho phần mềm được thay thế bằng kĩ thuật chụp cắt lớp vi tính
computed axial tomography, CAT hay CT scanning) hoặc tạo hình bang chụp cộng
hưởng từ (MRI) hay siêu âm.
Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật soi trực tiếp thời gian thực, như thăm
khám thành mạch máu hay nghiên cứu độ cản quang của các tạng rồng nội tạng (chất
lỏng càn quang trong các quai ruột lớn hay nhỏ) bằng cách sử dụng máy chiếu huỳnh
quang. Hình ảnh giải phẫu mạch máu cũng như các can thiệp y tế qua hệ thống động
mạch đều dựa vào các máy soi X quang để định vị các thương tổn tiềm tàng và có thể
chữa trị.
Xạ trị tia X, là một can thiệp y tế, hiện nay dùng chuyên biệt cho ung thư, dùng
các tia X có năng lượng mạnh.
1.2. Phân loại bức xạ tia X
1.2.1. Bức xạ đặc trưng (bức xạ rời rạc: là sự chênh lệch năng lượng liên kết giữa 2
quỹ đạo khi điện tử chuyển mức)
Mồi tia X - quang được tạo ra khi có một electron trong chùm electron bay tới
Anốt và tương tác với nguyên tử của nó. Sự tương tác này làm cho electron ở quỹ đạo
năng lượng thấp K của nguyên tử chuyển lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn L,
M..., sau đó nó quay lại quỳ đạo cũ và phát ra phôtôn năng lượng, gọi là bức xạ đặc
trưng (Characteristic Radiation) (X đặc trưng) có năng lượng xác định theo công
thức:

=h— = ELM

-Ek

(2.1)

Các mức năng lượng Ka, Kp được minh hoạ trên hình 1.4 tượng trưng cho sự
chuyển đổi năng lượng giữa các quỹ đạo khác nhau trong nguyên tử.
Bức xạ đặc trưng được ứng dụng trong chụp các mô mềm như chụp vú.

7


Bước sóng À,
Hình 1.4. Phố năng lượng X - quang phát ra bởi anổt Tungsten ở 130kV
1.2.2. Bức xạ hãm
Một kiểu tương tác thứ hai là sự chiếu xạ liên tục của các electron tới anốt tạo
thành phổ phát xạ tia X, gọi là Bức xạ hãm (Bremsstrahlung Radiation) (X hãm). Bức
xạ này hình thành do sự thay đổi đột ngột tốc độ của chùm electron khi gặp bề mặt
anốt, làm giảm tức thời động năng electron và một phần của lượng giảm này chuyển
thành năng lượng tia X.
Bức xạ hãm chứa hầu hết năng lượng tia X, vì vậy nó rất quan trọng trong các
ứng dụng y học dựa trên cơ sở sự hấp thụ năng lượng hay đúng hơn là trong phép đo
lường liên quan tới bước sóng, như là trong các nghiên cứu tinh thể học sử dụng tia
X.
Mối liên hệ giữa điện thế anốt và năng lượng phơtơn bức xạ được chỉ ra trên
hình 1.4. Khi tăng điện áp anốt ở điều kiện dịng tia khơng đổi sẽ làm tăng năng
lượng các electron trong chùm. Thực tế, năng lượng của electron khi đập vào anốt
được cho bởi biểu thức:
Ee = e. Va

(2.2)
ở đây e là điện tích electron (e= -1.602 X 10'19 C).
Ee được tính theo đơn vị eV.
1 eV là năng lượng thu được từ một electron được tăng tốc bởi điện áp IV.
Mặt khác, khi electron tương tác với nguyên tử của anốt sẽ tạo ra tia X có năng
lượng phù hợp với cơ học lượng tử theo công thức:
Ep = h.f
,
'
(2.3)
Ở đây h là hằng số Planck (h= 6.625 X 10 34 Js); f là tần số của phơtơn. Từ
những phân tích trên cho thấy: tia X khơng thể có năng lượng lớn hơn năng lượng
của electron sinh ra nó trong tương tác. Như vậy năng lượng tia X hãm không thể
vượt quá giá trị e. Va và được giới hạn bởi điện áp anốt.
Khi va chạm các điện tử bị hãm đột ngột và do chuyển động có gia tốc của hạt
mang điện dẫn đến sự xuất hiện trường điện từ và do đó bức xạ hãm có phổ liên tục.
8


Sự phân bố năng lượng (hay cường độ) theo bước sóng có cực đại tại một bước sóng
xác định nào đó.

Hình 1.5. Sự phân hổ I(k) với đổi âm cực bằng Vonfram với các điện áp khác nhau
Cường độ giảm dần về phía bước sóng lớn và tiệm cận đến giá trị Ă, —> 00.
1.2.3. Bức xạ tổng họp
Bức xạ tổng họp là sự kết hợp giữa bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng, số lượng
tia X-đặc trưng trong phổ bức xạ tổng họp phụ thuộc vào trị số kv.
Xét vói anơt là tungsten:
u < 70 kVp thì 100% là bức xạ hãm.
Ư = 80 kVp thì 10% là bức xạ đặc trưng, 90% là bức xạ hãm.

Ư = 150 kVp thì 28% là bức xạ đặc trưng, 72% là bức xạ hãm.

0

10

20 30 40 50 60 70 80
Năng lượng (keV)

90 100

-------- CHẤT LƯỢNG--------- ►

Hình 1.6. Phổ bức xạ tổng họp
Trong máy X quang thông thường (anôt là vonfram) bức xạ đặc trưng chỉ chiếm
tỷ lệ nhỏ trong bức xạ tổng hợp (vì u < 100 kVp).
Trong máy X quang chụp vú (có điện áp cao thế trong khoảng từ 25 kVp đến 50
kVp, anôt là Molypden) bức xạ đặc trưng chiếm tỷ lệ cao hơn trong bức xạ tổng họp.
*Chú ý: Đặc điểm của chùm tia X có thể biểu hiện qua hai yếu tố: Chất lượng và số
lượng
- Chất lượng là năng lượng toàn bộ của chùm tia X
- Số lượng là số photon có trong chùm tia X
Chất lượng và số lượng của chùm tia X chịu tác động của nhiều tham số và yếu
tố trong đó chủ yếu là kVp, mA, mAs, dạnệ sóng chỉnh lưu, tấm lọc...
+ Sự thay đổi của kVp ảnh hưởng đến số lượng của cả hai loại bức xạ, nhưng
chỉ ảnh hưởng đến chất lượng của bức xạ hãm.
9


+ Sự thay đổi mA, mAs chỉ ảnh hưởng đến số lượng của hai loại bức xạ.

+ Sự thay đổi loại nguồn chỉnh lưu sẽ ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng
bức xạ liên tục và chỉ ảnh hưởng đến số lượng của bức xạ đặc trưng.
+Tấm lọc sẽ làm tăng chất lượng và làm giảm số lượng bức xạ hãm cũng như
bức xạ đặc trưng.
2. Quá trình tưong tác của tia X vói vật chất
2.1. Sự hấp thụ tia X của vật chất
Ảnh X - quang trong y học được tạo thành bằng việc tác động chùm tia X tới cơ
thể bệnh nhân và đo lượng tia xuyên qua. Lượng tia X - quang bị hấp thụ bởi cơ thể
được xác định từ độ chênh lệch giữa năng lượng bức xạ chiếu tới và năng lượng
xuyên qua. Sự hấp thụ tia X là cơ sở kỹ thuật để khảo sát đánh giá các bộ phận khác
nhau của cơ thể dưới tác dụng của tia X. Ví dụ, các phần tử xương hấp thụ nhiều tia
X - quang hơn các phần tử cơ và vì vậy có thể phân biệt chúng dễ dàng nhờ tác động
của tia X.
Từ phân tích sự hấp thụ tia X của vật chất đã được chỉ ra trên đây, ta có thể xây
dựng biểu thức định lượng biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ I(s) và độ suy giảm
tuyến tính p(s).

A

------ ►
------ ►
------ *
------ ►
------ >
------ ►
------ »
----- >

J(s) J(s+ds)
II

s
s+ds

°k

A'

Hình 1.7. Sơ đồ biêu diên mối tương quan I(s) theo p(.v)
Trong quá trình tương tác với vật chât, cường độ chùm tia X trên một đơn vị
diện tích bề mặt vng góc với phương truyền sẽ giảm đi. Trong những điều kiện
nhất định có thể coi sự suy giảm này tỷ lệ thuận với quãng đường đi. Đe dẫn ra công
thức cơ bản về sự thay đổi của cường độ J, ta xét một chùm tia chiếu đến với cường độ
không đổi L trên mặt phân giới A - A’ (hình 1.7).
Với những giả thiết ban đầu như trên hình vẽ, ta có:
dJ(s) - -g( 51 )J(s)ds

(2.4)

Hệ số g( s) trong (2.4) được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính tổng quát, trong đó
dấu trừ lấy từ điều kiện p dương. Hệ số này là hàm số của 3 toạ độ không gian (x, y,

z)= (Si, S2, S3) tạo thành vectơ bán kính ố . Đại lượng dJ(s) đặc trưng cho sự thay đổi
cường độ tia X qua độ dày ds. Hệ số p(s) là đại lượng đặc trưng cơ bản cho cấu trúc
vật chất, được xác định nhờ các phương pháp chụp cắt lóp máy tính và được dùng
làm cơ sở trong việc tái tạo hình ảnh chụp cắt lóp, có thể biểu diễn theo công thức
của mật độ vật chất sau:

10



gơ)= p. p(s)
(2.5)
Trong đó p là hằng số tỷ lệ, gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính (cm2/g); p(s) là mật
độ vật chất trung bình theo bề dày s (g/cm3).
Tiến hành lấy tích phân biểu thức (2.4) ta được :
J
(2.6)

0

Biểu thức (2.6) gọi là định luật hấp thụ tổng quát Lambert - Ber. Trong đó, Jo là
cường độ tia tới, cịn J(s) là cường độ tia qua độ dày s có thứ nguyên w/m2.
Từ đây có thể rút ra một số nhận xét:
Khi s càng lớn (lớp vật chất càng dày) thì cường độ chùm tia ló càng nhỏ, tức là
tia X bị hấp thụ càng nhiều.

Hình 1.8. Biểu đồ quan hệ giữa hệ sổ suy giảm tuyến tỉnh và năng lượng photon Xquang.
Khi p càng lớn thì năng lượng chùm tia Rơnghen cũng bị hấp thụ càng nhiều.
Trên hình 1.8 mơ tả mối quan hệ của giá trị hệ số hấp thụ tuyến tính giữa xương và
cơ theo các mức năng lượng. Các giá trị của mật độ, đặc trưng cho các phần tử sinh
học, được cho trong bảng 1.1. Rõ ràng là để nghiên cứu xương, bác sĩ có thể sử dụng
điện áp anốt thấp, khoảng 60 kv, như vậy sẽ dề dàng phân biệt nó với cơ. Mặt khác,
nếu bác sĩ muốn làm mờ xương để phân biệt các mô cơ trong mờ, người ta có thể sử
dụng một điện thế anốt cao cờ 200kV. Trên bảng 1.1 cho thấy giá trị mật độ của các
mô mềm không khác nhau nhiều. Hơn nữa, các giá trị p cũng gần bằng nhau, nên rất
khó nhận được giá trị độ tương phản lớn giữa các mô mềm khi sử dụng tia X. Ngoài
ra, cường độ tia X phát ra từ nước lớn hơn nhiều so với phát ra từ xương, điều này có
nghĩa là xương hấp thụ năng lượng X - quang nhiều hơn nước. Các cường độ tia X quang càng khác nhau khi chiếu lên phim sẽ cho hình ảnh có độ tương phản càng tốt.
Bảng 1.1. Mật độ của một so dạng vật chất sinh học thơng thường

« —.—Ă----------Dạng vật chât
Mật độ (g/cm2)
11


Khơng khí
0.0013
Nước
1
Cơ
1.06
Mỡ
0.91
Xương
1.85
2.2. Các hiệu úng xảy ra trong q trình tng tác
Khi tia X đi xun qua lóp vật chất, phơtơn năng luợng lớn sẽ truyền năng lượng
của nó cho lóp vật chất đó và sản phẩm tạo ra là các hạt vi mơ tích điện (electron,
pozitron...) có năng lượng lớn. Các hạt vi mơ này sẽ ion hố vật chất. Vì vậy, người
ta nói tia X đã gián tiếp ion hố vật chất.
Q trình tương tác của tia X với vật chất diễn ra thông qua 3 hiệu ứng cơ bản
sau:
2.2.1. Hiệu ứng quang điện
Đây là hiện tượng các điện tử bị bứt ra khởi một lóp điện tử nào đó của nguyên
tử do nhận được năng lượng của chùm tia X chiếu tới. Đồng thời với quá trình này,
các electron ở các lóp ngồi sẽ chuyển vào chiếm chỗ và phát ra các phơtơn thứ cấp
có năng lượng được xác định theo công thức:
hv = Èc -Et

(2.7)

Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện phụ thuộc vào số nguyên tử z của vật chất
hấp thụ và giảm khi năng lượng của phôtôn tới tăng lên.
2.2.2. Hiệu ứng tạo cặp
Với các phơtơn có năng lượng cao cỡ 1.02MeV trở lên thì sẽ gây ra hiệu ứng tạo
cặp. Khi tương tác với vật chất, chúng tiến gần đến hạt nhân có so z lớn, tương tác
với trường hạt nhân và biến mất, đồng thời xuất hiện các cặp pozitron - electron với
hệ thức năng lượng của quá trình tạo cặp là:
hv =

+ E) +1 .02MểV

(2.8)

2.2.3. Hiệu ứng tán xạ kết họp và khơng kết họp
Các phơtơn có năng lượng trong khoảng 0.1 đến 2 MeV, khi đi qua vật chất sẽ
tương tác với điện tử tự do có trong đó. Sự tán xạ không kết họp xuất hiện khi năng
lượng phơtơn tới cịn thấp tương tác với các điện tử tự do hoặc các điện từ liên kết
yếu. Kết quả là điện từ sẽ chuyển động dao động với tần số của trường đặt vào và
phát ra sóng điện từ với cùng tần số. Cịn khi năng lượng của phơtơn tới lớn thì xuất
hiện tán xạ khơng kết họp hay hiệu ứng Compton, trong đó phơtơn nhường năng
lượng của mình cho điện tử (điện tử giật), sau đó truyền qua vật chất với năng lượng
nhở hơn. Có thể mơ tả quá trình trên theo biểu thức:
hv = hv’+Ed

(2.9)

3. Nguyên lý tạo ảnh X quang
3.1. Nguyên lý chung
Dựa vào đặc tính tia Rơnghen, người ta đã phát triển kỹ thuật phân tích cấu trúc

vật chất trên nguyên lý ứng dụng loại tia này. Cơ sở của phương pháp phân tích cấu
trúc vĩ mô vật chất là quy luật hấp thụ và sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ tuyến tính
vào đặc tính cấu trúc của vật cần nghiên cứu. Những phần dầy mởng khác nhau, có
khối lượng riêng khác nhau sẽ hấp thụ tia Rơnghen không đồng đều nhau.
Cơ chế của quá trình này diễn ra như sau:

12


Chùm tia Rơnghen phát ra với cường độ đồng đều, được chiếu lên một tiết diện
đủ bao quát đối tượng nghiên cứu. Sau khi đi qua đối tượng, tia này sẽ bị hấp thụ
khác nhau đối với mồi phần tử của thiết diện. Chùm tia ló ra lúc nàỵ chứa đựng ảnh
ẩn của đối tượng, sẽ được khôi phục lại trên phim hiện hình trực tiếp hay hiển thị trên
màn hình nhờ các thiết bị xử lý đầu cuối. Chùm tia bị hấp thụ tỷ lệ số lượng nguyên
tử của đối tượng nó truyền qua.
Bằng các kỳ thuật khác nhau người ta có thể làm cho hình ảnh rõ nét, cho phép
phân tích cấu trúc của từng lóp vật chất nằm song song trong đối tượng nghiên cứu.
Phương pháp phân tích cấu trúc vĩ mơ này là cơ sở của kỹ thuật chần đoán bằng tia
Roughen (chuyên ngành chẩn đoán hình ảnh) trong ngành Y tế.
3.2. Nguyên lý tạo ảnh X quang co điển
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 do vậy tác động của chùm tia còn lại tới bộ phận thu nhận là
cassette đựng film, dùng máy rửa hoặc rửa tay qua các hoạt chất khác nhau trong
buồng tối để hiện tiền ảnh từ tấm film.
3.3. Nguyên lý tạo ảnh X quang kỳ thuật số
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 do vậy tác động của chùm tia còn lại tới bộ phận thu nhận là các
tấm nhận ảnh CR hoặc DR, các máy tính sẽ xử lý tín hiệu và tạo ảnh. Các ảnh nhận

được dễ dàng được xử lý, lưu trữ, truyền ảnh giúp thuận tiện cho theo dõi và chẩn
đốn bệnh.

Hình. Mơ tả q trình tạo ảnh và sự khác nhau cơ bản giữa X quang cổ điển-CR-DR

13


BÀI 2
CẤU TRÚC HỆ THÓNG TẠO ẢNH VÀ THU NHẬN ẢNH X QUANG
Thời gian: 5 giờ lý thuyết
Mục tiêu của bài
- Kiến thức:
1. Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trị của bóng X quang.
2. Trình bày được vai trò của hệ thống cao thế đối với quá trình tạo ảnh X quang.
3. Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trò của hệ thống định vị và tạo
dạng chùm tia.
4. Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và vai trò của hệ thống thu nhận ảnh
CRvàDR.
5. Trình bày được vai trị của hệ thống quản lý hình ảnh PACS.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
6. Thể hiện ý thức học tập nghiêm túc, tự giác, tập trung.
NỘI DUNG
1. Hệ thống tạo tia X
1.1. Bóng đèn X quang
1.1.1. Cấu tạo và chúc năng chung
a. Cẩu tạo
Bóng X quang có thể xem như dạng đặc biệt của điốt chỉnh lưu chân khơng.
Trên hình 1.9 minh hoạ cấu trúc đơn giản của một bóng X quang. Bóng X quang gồm
các bộ phận chủ yếu sau:

- Nguồn bức xạ điện tử (catốt).
- Nguồn phát xạ tia X (anốt) là vật cản trên đường đi của chùm tia điện tử. Diện
tích nơi chùm tia điện tử bắn vào gọi là điểm hội tụ - đó chính 1 à nguồn phát xạ tia X.
- Vở thuỷ tinh (vỏ trong) bao quanh anốt và catốt, đã được hút chân không để
tạo áp lực âm loại trừ các phân tử khí cản trở trên đường đi của chùm tia điện tử.
- Vỏ bóng (vỏ ngồi) thường làm bằng họp kim nhơm phủ chì để ngăn ngừa tia
X bức xạ theo những hướng khơng mong muốn có hại cho mơi trường xung quanh và
cịn có tác dụng tản nhiệt. Ngồi ra trên vỏ cịn bố trí cửa thốt tia X, nơi ghép với
hộp chuẩn trực và vị trí các đầu nối.

Hình 1.9. Cẩu tạo của bóng X quang phát tỉa X
b. Chức năng
Bóng X quang là linh kiện thiết yếu trong các thiết bị X quang, có nhiệm vụ phát
xạ tia X.

14


c. Trạng thái bão hịa và hiệu ứng điện tích khơng gian
Khi catốt được nung nóng, tại bề mặt của nó sẽ bức xạ ra chùm tia điện tử
(electron). Khả năng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ (dòng sợi đốt) và diện tích bề mặt
phát xạ (cấu trúc của catốt). Đám mây điện tích âm bao quanh catốt do các điện tử tạo
nên gọi là điện tích khơng gian.
Khi đặt một hiệu điện thế một chiều vào giữa anốt và catốt trong đó anốt mang
điện thế dương so với catốt thì điện tử sẽ chuyển động về phía anốt và tạo nên dịng
điện chạy trong bóng X quang.
Nếu ta duy trì nhiệt độ catốt ở một giá trị nào đó (do dịng sợi đốt quyết định) thì
số lượng điện tử bức xạ ra sẽ không đổi. Khi tăng điện thế anốt, số lượng điện tử dịch
chuyển về anốt sẽ tăng theo khiến cho dịng bóng tăng. Trạng thái làm việc này được
gọi là trạng thái dưới mức bão hoà, trong đó điện áp và dịng điện của bóng X quang

phụ thuộc nhau.
Khi điện áp anốt tăng tới một giá trị, tại đó tồn bộ số lượng điện tử bức xạ được
hút hết về phía anốt, lúc này bóng X quang làm việc ở trạng thái được gọi là trạng
thái bão hồ. Ke từ mức đó trở lên, việc thay đổi điện áp anốt khơng làm thay đổi
dịng điện qua bóng, nghĩa là dịng điện qua bóng và điện áp biến đổi độc lập với
nhau, bóng X quang lúc này làm việc ở trạng thái trên mức bão hoà. Đây chính là
trạng thái mong muốn đối với người sử dụng thiết bị X quang.
Tuy nhiên, trong thực tế, không phải lúc nào cũng đạt được trạng thái này. Thực
tế đã chứng tỏ rằng, chỉ ở phạm vi dịng của bóng X quang tương đối thấp (dưới
lOOmA) thì dề dàng đạt được trạng thái làm việc trên bão hoà ngay cả khi điện áp
anốt còn tương đối thấp (khoảng 40kV). Còn khi bóng hoạt động với dịng lớn hơn
thì dù với điện áp anốt đã khá cao, một số lượng điện tử bức xạ không được hút về
anốt mà tạo thành một đám mây điện tử bao quanh bề mặt catốt. Chúng làm cho dịng
điện qua bóng X quang thay đổi theo điện áp anốt, tạo nên một hiệu ứng gọi là hiệu
ứng điện tích khơng gian.
Ví dụ dưới đây biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của một bóng
X quang (ứng với dịng sợi đốt cố định) khi bóng làm việc trong trạng thái dưới mức
bão hoà nghĩa là dưới tác động của hiệu ứng điện tích khơng gian.
Bảng 1.2. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện
Điện áp (kV)
Dòng điện (mA)
50
350
70
400
90
460
Hiệu ứng này ảnh hưởng xấu đến ảnh chụp X quang. Vì vậy, trong các thiết bị X
quang hiện đại người ta đã sử dụng những mạch điện để loại trừ ảnh hưởng của điện
tích khơng gian (gọi là mạch bù điện tích khơng gian) sao cho trong suốt giải điện áp

làm việc vẫn có thể điều chỉnh độc lập giữa điện áp kv và dịng điện mA.
Hiện nay hai loại bóng được ứng dụng phổ biến trong thiết bị X quang là:
- Bóng X quang anốt cố định.
- Bóng X quang anốt quay.
Dưới đây sẽ nghiên cứu kỹ hơn cấu trúc của từng loại bóng X quang.
1.1.2. Bóng X quang Anode cố định
Theo nguyên lý cơ bản, để tạo ra tia X cần hội tụ đủ 3 điều kiện:
- Nguồn phóng âm điện tử (thác electron)

15


- Tốc độ di chuyển dòng điện tử (điện trường)
- Bia chắn
Cấu tạo bóng đèn X quang là một bóng thủy tinh được hút chân khơng mà bên
trong nó gồm có:
a. Nguồn bức xạ điện tử-Cathode (âm cực)'.
Catốt bao gồm sợi đốt và giá đỡ bằng kim loại để đờ sợi đốt đồng thời còn tạo
khe hội tụ. Sợi đốt được chế tạo bởi dây vonfram có nhiệt độ nóng chảy rất cao
(3360°C). Sợi đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng. Để hội
tụ chùm tia điện tử người ta đặt sợi đốt trong một khe của giá đờ và chùm tia điện từ
bức xạ từ sợi đốt qua khe này. Kích thước, hình dạng của sợi đốt và khe được thiết kế
và chế tạo theo những yêu cầu kỳ thuật rất khắt khe và sợi đốt được đặt cẩn thận
trong khe sao cho chùm tia điện tử tập trung (hội tụ) tại một 1 điểm với diện tích rất
nhỏ trên bề mặt anốt. Diện tích mà tia điện tử hội tụ tới gọi là điểm hội tụ, đó chính là
nguồn phát xạ tia X. Điểm hội tụ thường có dạng chữ nhật, chiều dài bằng 3 - 4 lần
chiều rộng và diện tích của điểm hội tụ khoảng 1 - 2mm2 (tiêu điểm nhở) tới 10 15mm2 (tiêu điểm lớn).
Catốt có hai loại: hội tụ đơn và hội tụ kép.
+ Loại catốt hội tụ đơn chỉ gồm một sợi đốt và một khe bức xạ.
+ Loại hội tụ kép gồm có hai sợi đốt đặt trong hai khe bức xạ tương ứng với hai

diện tích to và nhỏ. Hai khe này lại được bố trí kề nhau trong mặt phang đứng hoặc
ngang. Khe hội tụ nhỏ ứng với công suất bức xạ thấp (mA thấp), được sử dụng để
chụp những đối tượng có độ hấp thụ tia thấp chẳng hạn người gầy, trẻ em hoặc những
bộ phận ở phần nông của cơ thể, trong trường hợp này người ta dùng dòng điện nhỏ
nhưng với thời gian kéo dài hơn. Trái lại, khe hội tụ lớn ứng với công suất bức xạ cao
(mA cao) được dùng cho những đối tượng có độ hấp thụ tia cao như người bệnh béo
hoặc các bộ phận dày của cơ thể. Khi đó người ta dùng dịng điện lớn nhưng với thời
gian chụp ngắn.
Nguồn điện cấp cho sợi đốt là nguồn điện áp thấp cờ vài chục V với dòng từ vài
A đến 10A. Đe đảm bảo độ cách điện cao và làm nguội, biến thế cấp điện cho sợi đốt
thường được đặt trong thùng cao thế cùng với biến thế cao thế.
b. Nguồn bức xạ tỉa X-Anode (dương cực):
Có nhiệm vụ hứng chùm tia điện tử bắn vào, rồi phát xạ chùm tia X. Chùm tia
này phải càng tập trung càng tốt để tạo được hình ảnh rõ. Anốt gồm một miếng
vonfram dày khoảng 2mm, hình chừ nhật hoặc trịn có diện tích lớn hơn diện tích
điểm hội tụ một chút. Miếng vonfram này được gắn vào một giá đờ bằng đồng dầy
giúp cho việc tản nhiệt được nhanh.
Be mặt Anot nằm dốc chéo so với trục dọc của bóng (6° đến 20°) nên chùm tia X
sẽ vng góc trục bóng.
c. Vỏ trong- Vỏ thủy tinh
Có dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đờ Anot và Catot, đã được hút
chân không để chùm điện tử đi theo đường thẳng và không bị các phần tử khí cản trở.
Được chế tạo từ loại thủy tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách
điện cao, có sự đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu được áp lực chân
khơng lớn.
d. Vỏ ngồi- Vỏ bóng
Bao quanh bóng X quang, có ba nhiệm vụ:
16

+ Chỉ cho tia X bức xạ qua cửa sổ.
+ Hấp thụ tia X theo các hướng có hại cho người bệnh và mơi trường xung
quanh.
+ Chống điện giật.
Vỏ ngồi được chế tạo từ nhôm, hợp kim nhôm hoặc thép, bề mặt trong của vỏ
được tráng một lớp chì đủ dầy để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra xung
quanh (trừ cửa sổ) tới mức cho phép không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và cho môi
trường xung quanh.
e. Lọc tia mềm
Khi phát xạ từ điểm hội tụ trên anốt, chùm tia X bao gồm nhiều bước sóng khác
nhau. Trong sổ này, những bước sóng dài nhất sẽ bị hấp thụ bởi da và các mô mềm ở
phần nông của cơ thể nên chúng chỉ làm tăng liều lượng tia X trong cơ thể mà khơng
cải thiện được chất lượng hình ảnh vì chúng khơng xâm nhập tới phim . Do vậy, cần
phải lọc bỏ những bước sóng có hại này đi trước khi chùm tia X tới bệnh nhân. Thực
chất, chùm tia X sau khi đi qua vỏ thuỷ tinh, lóp dầu bao quanh vỏ và cửa sổ được
chế tạo bằng chất dẻo, các bước sóng dài đã bị lọc bớt. Việc lọc này được gọi là lọc
nội bộ (tương đương với độ dày Imm nhôm). Khi cần thiết người ta bổ sung thêm
một lóp nhơm nữa tại cửa sổ bóng sao cho bề dày lóp lọc tổng cộng tương đương với
lá nhơm có bề dầy khoảng 1 - 2mm.
f. Dầu tản nhiệt
Vùng không gian giữa vỏ kim loại và vỏ thủy tinh được đổ đầy một loại dầu đặc
biệt xem như vật liệu cách ly bầu thủy tinh chân không với nguồn cao thế và tải nhiệt
(do tổn hao công suất trong dây quấn và trong lõi thép máy biến áp sinh ra) từ bầu
thủy tinh ra bên ngồi, dầu này cịn được gọi là dầu biến áp hay dầu tản nhiệt. Mặt
tiếp xúc giữa lóp dầu và lóp vỏ chì được qt một loại vật liệu đặc biệt có nhiệm vụ
giữ cho lóp chì khơng bị oxi hóa. Buồng chứa dầu được bổ sung một hệ co giãn đảm
bảo áp suất dầu khơng tăng lên khi dầu giãn nở do nhiệt.
Ví dụ với một loại bóng khi thể tích dầu tăng từ 11 đến 1,31 (tương ứng với nhiệt
độ dầu là 70°C) thì cơng tắc tác động đóng mạch phát tín hiệu cảnh báo (còi hoặc đèn
nhấp nháy).

Hộp chứa dầu tàn nhiệt được tiếp mát với đất để ngăn điện từ chuyển động trong
khơng gian chứa dầu. Trong q trình bảo dưỡng máy X quang các kĩ sư sẽ kiểm tra
chất lượng dầu để thay thế, bổ sung lượng dầu phù họp.
g. Phạm vi ứng dụng
- Vì trong bóng X quang Anot cố định, chùm tia điện tử luôn bắn vào một điếm
cố định trên bề mặt Anot. Do vậy làm cho nhiệt độ tại điểm này tăng lên. Điều này
làm hạn chế việc tăng cơng suất phát xạ (mA của bóng).
- Vì vậy ngày nay loại bóng Anot cố định chỉ còn được dùng trong các thiết bị X
quang nhỏ, di động hoặc trong máy X quang răng có dịng tối đa khoảng lOOmA.

17


Hình 1.10. Cẩu trúc bóng Xquang anốt cố định
Anỗt

Điểm hội t
tóc lớn

Diem hội tụ
tóc bé

Hình 1.11. Độ nghiêng khác nhau của 2 anot

18


An-nốt

1.1.3. Bóng X quang Anode quay

Để khắc phục được những nhược điểm của bóng X quang Anot cố định, người
ta đã chế tạo ra loại bóng X quang Anot quay. Khi Anot quay với tốc độ lớn, chùm tia
điện tử bắn vào Anot không phải tại một điểm cố định mà trên cả hình vành khăn,
hon nữa hình vành khăn này lại quay nhiều vòng trong suốt thời gian phát tia. Vì vậy
diện tích điểm hội tụ hay nói cách khác diện tích phát xạ tia X nhỏ hơn diện tích tản
nhiệt rất nhiều. Nhờ có diện tích tản nhiệt lớn, bóng X quang Anot quay có thể hoạt
động với dịng lớn. Do vậy tăng được cơng suất phát xạ tia X (mA).
Bóng X quang anốt quay được minh hoạ trên hình 1.12. Nó cũng có những bộ
phận có cấu trúc tương tự như ở bóng X quang anốt cố định, đó là: catốt cũng có hai
loại: hội tụ đơn và kép; vỏ thuỷ tinh (vỏ trong), vỏ ngoài và việc lọc sơ bộ chùm tia X
tương tự như đối với các loại bóng anốt cố định.
Sự khác nhau cơ bản ở cấu trúc của catốt và anốt như sau:

19


Cách điện
catốt

Cách điện
anốt

Hình 1.12. Cẩu trúc bóngXquang anổt quay

■

Hình 1.13. Bóng X Quang Anot quay
a. Nguồn bức xạ điện tử-Catot
Trong bóng X quang Anot cố định, chùm tia điện tử trùng với trục dọc bóng
trong khi đó bóng X quang Anot quay chùm tia này lại đi song song, cách một

khoảng.
b. Nguồn bức xạ tia X-Anot
Đúng như tên gọi của bóng, anốt khơng đứng n mà quay với tốc độ lớn 30009000 vòng/phút (50 - 150 vòng/s). Nghĩa là thời gian chụp xảy ra trong vịng o.ls thì
Anot quay 5 vòng.
Anốt gồm một đĩa được chế tạo bởi vonfram hoặc bằng môlipđen phủ vonfram
hoặc phủ họp kim vonfram - gecmani. Đĩa này được gắn vào một đế môlipđen để
cách nhiệt với rôto. Mặt kia của đế môlipđen được gắn với rôto của động cơ. Mặt đĩa
anốt không phang mà vát chéo ở rìa - nơi chùm điện tử bắn vào, góc vát từ 15 - 20°
20


tuỳ theo loại bóng. Trục của rơto có gắn một vịng bi, để bơi trơn vịng bi này được
mạ bạc hoặc chì chứ khơng tra dầu vì sẽ làm hỏng độ chân khơng của bóng. Tốc độ
quay của anốt thường từ 3000 - 9000 vòng/phút. Với tốc độ thấp, nguồn điện cấp cho
động cơ là nguôn AC 50Hz, đê đạt được tôc độ cao, người ta phải sử dụng bộ biên
tần tạo nguồn AC có tần số tới 150Hz. Anốt, rơto, vịng bi được đặt trong vỏ thủy
tinh. Bên ngồi, sát với rôto là các cuộn dây và lõi sắt của stato. Muốn bóng làm việc
bình thường, anốt phải quay và nhanh chóng đạt được tốc độ u cầu (ví dụ sau
khoảng Is) do vậy trong thiết bị X quang người ta đã thiết kế các mạch bảo vệ và
tăng tốc anốt.

Hình 1.14. Cẩu tạo Anot, bóng X quang anot quay
""v,-

Hình 1.15. Hình dạng các loại Anot quay
c. Vỏ trong
- Có dạng hình trụ bao quanh và đồng thời làm giá đờ Anot và Catot, đã được
hút chân không để chùm điện tử đi theo đường thẳng và không bị các phần tử khí cản
trở.
- Được chế tạo từ loại thủy tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách

điện cao, có sự đồng nhất với sự dãn nở của các điện cực và chịu được áp lực chân
khơng lớn.
d. Vỏ ngồi- Vỏ bóng
Thường bằng hợp kim nhơm phủ chì để ngăn ngừa tia X bức xạ theo những
hướng khơng mong muốn có hại cho mơi trường xung quanh và cịn có tác dụng tản

21


nhiệt. Ngồi ra trên vỏ cịn bố trí cửa sổ tia X nơi ghép nối với hộp chuẩn trực và vị
trí các đầu nối.
e. Phạm vi ứng dụng
Được dùng hầu hết các hệ thống máy X quang hiện đại, công suất từ loại thấp
như trong các máy di động (dòng khoảng lOOmA) đến trung bình (300-600mA) và
lớn(800-1000mA).
f. Các tham số của bóng X Quang
- Điện áp đặt anốt (kV): Chỉ số kv ghi trên bóng là giá trị điện áp đỉnh cực đại
100kVmax; 125kVmax; 150kVmax. Giá trị này phụ thuộc vào độ chân khơng trong bóng.
- Dịng qua bóng: dịng qua bóng có liên quan trực tiếp đến cơng suất của bóng phát
tia. Trên bóng X quang thường người ta ghi tiêu điểm của bóng, từ tiêu điểm ta suy ra
cơng suất cực đại của bóng, có những nước ghi trực tiếp cơng suất trên bóng.
Ví dụ:
+ Bóng X quang Toshiba E7239X focus: 0,6; l,2mm:
Tiêu điểm bé: 0,6mm công suất 21kW.
Tiêu điểm lớn: l,2mm cơng suất 43kW.
+ Bóng X quang Liên Xơ 2-30
11 - 150: Bóng này là loại hội tụ kép có 2 tóc
đốt.
Tóc bé: cơng suất 2kW
Tóc lớn: cơng suất 30kW

+ Bóng X quang Shimadzu 0,7/l,2Ư161C-25:
Tiêu điểm bé: 0,7mm công suất 14,4kW
Tiêu điểm lớn: l,2mm công suất 23kW.
g. Đặc tính tóc đèn X quang
Là quan hệ giữa điện áp đốt tóc (Uđ) và dịng đốt tóc (Iđ): uđ = f(Iđ). Ở mỗi loại
bóng X quang quan hệ này là khác nhau, nhưng sự khác nhau này là không đáng kể.
Giá trị dịng tóc đèn cực đại trên đồ thị là giá trị cực đại tuyệt đối cho phép. Trong khi
sử dụng khơng điều chỉnh dịng tóc đèn vượt q giá trị cho phép.
Ti thọ của bóng X quang phụ thuộc khá nhiêu vào các u tơ sau:
+ Dịng đốt tóc đèn.
+ Nhiệt độ tóc đèn.
+ Thời gian phát tia.
Ở chế độ chụp nhiệt độ tóc đèn tăng rất cao.

4.2 4,3

4.4

4.5

4.6

4.7

(Dòng đốt A)

22

4,8

4,9

5.0

5,1


Hình 1.16. Đồ thị biêu diên điện áp đốt và dịng đốt
Trong q trình sử dụng kim loại volfram bốc hơi làm cho độ chân khơng trong
bóng giảm dẫn đến tóc đèn sẽ cháy. Đe kéo dài tuổi thọ cho bóng X quang dải hoạt
động dịng tóc đèn kể cả giá trị cao, giá trị thấp cần được điều chỉnh hết sức cẩn thận.
Với cách làm này sẽ kéo dài được tuổi thọ của tóc đèn.
h. Đặc tỉnh phát xạ
Đặc tính phát xạ là quan hệ giữa dịng đốt tóc và dịng qua bóng X quang với
các giá trị điện áp trên anốt là khơng đổi.

Khi điện áp trên bóng tăng, dịng qua bóng tăng theo mặc dù dịng đốt là khơng
đổi. Muốn cho dịng qua bóng khơng thay đổi ứng với các giá trị kv khác nhau ta
phải thay đổi dòng đốt theo các giá trị kv tương ứng. Chúng ta có các mạch bù, mạch
bù ở đây khơng phải là bù theo chiều tăng mà còn bù theo chiều giảm.
i. Đặc tỉnh về nhiệt
Lượng nhiệt dự trừ hoặc độ dự trữ nhiệt của bóng được định nghĩa là HƯ (Heat
Unit) hoặc J (Joule).
kv: điện áp cực đại đặt lên bóng phát tia.
mA: là dịng qua bóng phát tia.
Đối với các mạch chỉnh lưu, chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha cả
sóng.
HU = kV.mA.s
HU/s = kV.mA
Đây là thơng số quan trọng của bóng X quang.

- Đối với các bóng có dịng 200 -ỉ- 300 mA hệ số tỏa nhiệt là 140 kHƯ
- Đối với các bóng có dịng 500 700 mA hệ số tỏa nhiệt là 1400 kHU.
1 kHU = 1000 HU
1 HU = 0,71 J
11=1,33 HU
Hệ số tỏa nhiệt của anốt còn phụ thuộc vào điện áp chỉnh lưu đặt lên anot bóng
X quang.
- Đối với các máy 'A sóng, 1 pha, 1 pha cả sóng:
23


HU = kV.mA.s
- Đối với các máy chỉnh lưu 6 xung, 3 pha:
HU = kV.mA.s.1,35
- Đối với các máy 12 xung, 3 pha:
HU = kV.mA.s.1,41

Hình 1.18. Hình dạng bóng Xquang Anot quay hồn chỉnh
Ví dụ: nếu chế độ chụp 200mA, 85kV thời gian o,ls thì lượng nhiệt sản sinh ra
ở anot là 1700 HU.
Điều kiện để cho một bóng X quang hoạt động tốt thì bóng phải đảm bảo 3 điều
kiện:
- Bóng phải đảm bảo độ chân khơng tốt.
- Phải có điện áp gia tốc cho điện tử đủ lớn, điện áp này đặt giữa anốt và katốt.
- Phải có nguồn bức xạ điện tử ở katốt.
1.2. Hệ thống cao thế
1.2.1. Máy biến thế
Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính ta có thể dễ dàng nhận
thấy đó chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gơng. Trụ là phần để đặt dây quấn cịn gơng

là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp
được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo
bằng các vật liệu dần từ tốt. Lõi thép có chức năng dẫn từ thơng đồng thời làm khung
để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao
thường được cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại.
Dây quấn hay cuộn dây: thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhơm bên ngồi
bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến áp quấn
bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ơxi hố, tăng tuổi thọ của biến áp.
Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là
cuộn dây sơ cấp, cịn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được
gọi là cuộn dây thứ cấp. số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ
của máy mà có thể Nl > N2 hoặc ngược lại.
Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất
liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gồ, thép, gang hoặc tơn mỏng, có
cơng dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp
thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.
Phân loại máy biến áp: Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, ta cũng có
nhiều cách để phân loại máy biến áp.
24


Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
Theo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế
Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi khơng khí,...
Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng
Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp
hàn, máy biến áp xung,...
1.2.2. Chỉnh lưu cao thế
Bóng X quang chỉ dẫn dòng một chiều từ anốt đến katốt. Vì vậy cần phải chỉnh
lưu điện áp cao thế xoay chiều thành một chiều để làm nguồn cấp cho bóng hoạt

động. Hiện nay có ba loại chỉnh lưu cao thế dùng phổ biến là:
- Chỉnh lưu một pha nửa sóng.
- Chỉnh lưu một pha cả sóng.
- Chỉnh lưu ba pha cả sóng.
a. Chỉnh lưu cao the 1 pha nửa sóng
Đây là loại chỉnh lưu đon giản nhất. Sơ đồ mạch điện và các dạng sóng đặc trư­
ng cho điện áp chỉnh lưu, dòng điện và năng lượng tia X được minh hoạ trên 1.23.
Thực chất, nó chính là loại tự chỉnh lưu - bóng X quang kiêm ln chức năng chỉnh
dịng. Nó chỉ làm việc trong nửa chu kỳ khi điện thế anốt là dương so với catốt, còn
trong nửa chu kỳ cịn lại, bóng khơng dẫn dịng.

Hình 1.24. Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

- Những ưu điểm cơ bản của loại chỉnh lưu này như sau:
+ Kích thước nhỏ.
+ Trọng lượng nhẹ.
+ Đơn giản, dễ chế tạo.
+ Giá thành thấp.
Tuy nhiên, chỉnh lưu loại này cũng có những nhược điểm sau đây:
+ Trị số điện áp tối đa (điện áp đỉnh kVp) trong nửa chu kỳ bóng dẫn dòng nhỏ
hơn trị số kVp trong nửa chu kỳ cịn lại một lượng là AkV = IR; trong đó I là dịng
bóng cịn R là điện trở trong của các cuộn dây biến áp cao thế. Khi dịng bóng tăng
thì AkV cũng tăng theo và có thể lên tới 20 - 30kV.
Do vậy cơng suất của bóng X quang phụ thuộc vào kVp trong nửa chu kỳ có ích,
cịn các vấn đề cách điện, kích thước, trọng lượng của khối cao thế lại liên quan đến
nửa chu kỳ không tải, điều này làm giảm hiệu suất của khối cao thế, nên trị số dịng
lớn nhất của bóng X quang trong kiểu chỉnh lưu này bị giới hạn trong phạm vi từ 60 100mA (để AkV không quá lớn).
+ Trị số dịng đỉnh và trị số dịng trung bình của bóng X quang chênh lệch rất
nhiều. Người ta đã tính tốn được rằng: Ip = 3Itb- Dịng trung bình Itb là dòng quyết
25