ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN
--------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA CHẤT
LƯỢNG MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN
Y TẾ THÔNG THƯỜNG

SVTH
CBHD
CBPB
MSSV

: Trương Thùy Dương.
: ThS. Nguyễn Văn Hòa.
: ThS. Lê Công Hảo.
: 0813024.

TP HỒ CHÍ MINH – 2012.


LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành chƣơng trình cử nhân và viết khóa luận này, ngoài những nỗ lực
của cá nhân, tôi còn nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của Quý
Thầy Cô trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh.

Trƣớc hết, tôi xin chân thành cám ơn đến Quý Thầy Cô khoa Vật Lý, hơn hết là
Quý Thầy Cô trong bộ môn Vật Lý Hạt nhân trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên
Thành phố Hồ Chí Minh là những ngƣời bạn đƣờng trên con đƣờng đi tìm tri thức,
những ngƣời đã hƣớng dẫn, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Nguyễn Văn Hòa đã tận tình hƣớng
dẫn tôi, tạo điều kiện quan sát thực tiễn để tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin hết lòng cám ơn Thạc sĩ Nguyễn Công Hảo đã xem, nhận xét và góp ý
hoàn chỉnh khóa luận.
Xin cám ơn những ngƣời bạn thân đã luôn cổ vũ, làm cho bốn năm đại học của
tôi không tẻ nhạt mà luôn đầy niềm vui. Tôi gửi lời cảm ơn đến ngƣời bạn đặt biệt
Kap đã luôn đem đến cho tôi nguồn động lực để làm việc.
Cám ơn các anh chị đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc thu thập tài liệu.
Những lời cảm ơn sau cùng xin dành cho ba mẹ và em đã hết lòng yêu thƣơng,
quan tâm và luôn luôn ở bên tôi. Con yêu mẹ và em lắm.
Tp. HCM, tháng 06 năm 2012.
Trƣơng Thùy Dƣơng

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... iix
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................x
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG MÁY X QUANG Y TẾ
THÔNG THƢỜNG ...................................................................................3

1.1 Bức xạ điện từ ....................................................................................................3
1.2 Nguyên lý tạo tia X ............................................................................................4
1.3 Phổ tia X ............................................................................................................6
1.3.1 Bức xạ hãm (Bremstralung – Breaking Radiation) .....................................7
1.3.2 Bức xạ đặc trƣng .........................................................................................7
1.3.3 Bức xạ tổng hợp ..........................................................................................8
1.4 Tƣơng tác của tia X với mô của cơ thể ..............................................................9
1.4.1 Tán xạ Rayleigh.........................................................................................10
1.4.2 Tán xạ Compton ........................................................................................10
1.4.3 Hiệu ứng quang điện .................................................................................12
1.5 Sự suy giảm cƣờng độ chùm tia X...................................................................13
CHƢƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ
THÔNG THƢỜNG .................................................................................15
2.1 Giới thiệu .........................................................................................................15
iv


2.2 Cấu trúc máy X quang chẩn đoán thông thƣờng .............................................16
2.2.1 Bóng phát tia X..........................................................................................16
2.2.1.2 Âm cực (Cathode) ...............................................................................17
2.2.1.4 Rotor/stator (phần động/phần tĩnh) .....................................................22
2.2.1.5 Vỏ trong ..............................................................................................22
2.2.1.6 Vỏ ngoài ..............................................................................................23
2.2.2 Khối tạo cao áp ..........................................................................................23
2.2.3 Khối điều khiển .........................................................................................24
2.2.4 Khối các thiết bị để định dạng chùm tia X ................................................24
2.2.4.1 Thiết bị định dạng chùm tia – Collimator ...........................................24
2.2.4.2 Lƣới chống tán xạ ...............................................................................25
2.2.5 Khối thiết bị định vị bệnh nhân .................................................................28
2.2.6 Thiết bị thu nhận ảnh .................................................................................29

2.2.6.1 Màn tăng quang...................................................................................30
2.2.6.2 Phim X quang .....................................................................................31
2.3 Nguyên lý hoạt động của máy X quang...........................................................32
CHƢƠNG 3: THÔNG SỐ MÁY – ẢNH X QUANG ..............................................35
3.1 Thông số máy X quang ....................................................................................35
3.1.1 Điện cao áp đỉnh .......................................................................................35
3.1.2 Thời gian phát tia.......................................................................................37
3.1.3 Cƣờng độ dòng phát tia .............................................................................37
3.1.4 Thông số mAs ...........................................................................................38
3.1.5 Liều lối ra của chùm tia X .........................................................................39

v


3.1.6 Kích thƣớc tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang ..................................39
3.1.7 Độ trùng khít giữa trƣờng sáng và trƣờng xạ ............................................41
3.1.9 Chiều dày hấp thụ một nửa và chiều dày tấm lọc tổng cộng ....................42
3.1.10 Liều bệnh nhân ........................................................................................42
3.2 Ảnh X quang ....................................................................................................43
3.2.1 Mật độ quang (OD) ...................................................................................43
3.2.2 Hệ số tín hiệu - nhiễu ( signal to noise ratio – SNR) ................................44
3.2.3 Độ phân giải ảnh........................................................................................45
CHƢƠNG 4: KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG MÁY X QUANG Y TẾ THÔNG
THƢỜNG ................................................................................................46
4.1 Giới thiệu .........................................................................................................46
4.2 Thiết bị đo – Kiểm định thiết bị đo..................................................................46
4.2.1 Thiết bị đo .................................................................................................46
4.2.1.1 Thiết bị kiểm tra điện cao áp đỉnh kVp, cƣờng độ dòng phát tia,
thời gian phát tia, thông số mAs..........................................................46
4.2.1.2 Thiết bị kiểm tra tiêu điểm ..................................................................47

4.2.1.3 Thiết bị kiểm tra độ chuẩn trực, độ trùng khít trƣờng sáng và
trƣờng xạ .............................................................................................48
4.2.1.4 Thiết bị đánh giá liều lối ra, tấm lọc tổng cộng của máy phát tia X,
chất lƣợng chùm tia, HVL ...................................................................49
4.2.1.5 Các tấm lọc..........................................................................................50
4.2.1.5 Phantom chuẩn ....................................................................................50
4.2.2 Kiểm định thiết bị đo .................................................................................50
4.2 Cách thức tiến hành kiểm tra ...........................................................................51

vi


4.3.1 Kiểm tra bên ngoài ....................................................................................51
4.3.2 Kiểm tra điện cao áp đỉnh..........................................................................52
4.3.3 Kiểm tra thời gian phát tia .........................................................................54
4.3.4 Kiểm tra cƣờng độ dòng phát tia của bóng X quang.................................55
4.3.5 Kiểm tra thông số mAs ..............................................................................56
4.3.6 Xác định liều lối ra ....................................................................................57
4.3.7 Kiểm tra kích thƣớc tiêu điểm hiệu dụng của bóng X quang....................59
4.3.8 Kiểm tra độ đồng trục của chùm tia X ......................................................60
4.3.9 Kiểm tra độ trùng khít giữa trƣờng sáng và trƣờng xạ ..............................61
4.3.10 Đánh giá HVL và chiều dày tấm lọc tổng cộng của bóng X quang .......63
4.3.11 Xác định liều bệnh nhân theo tiêu chuẩn BSS (Basic Safety Standards)
(Chỉ bắt buộc đối với loại thiết bị tự động điều chỉnh liều bức xạ) ...........64
4.3.12 Kiểm tra thiết bị X quang chế độ chiếu ...................................................65
4.4 Ứng dụng của việc kiểm tra chất lƣợng máy X quang ....................................65
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ......................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................69

vii



CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
QC

: Quality Control (Kiểm soát chất lƣợng).

QA

: Quality Assurance (Đảm bảo chất lƣợng).

ALARA

: As Low As Resonably Achievable (Đạt đƣợc liều thấp hợp lý) .

OD

: Optical Density (Mật độ quang).

SNR

: Signal To Noise Ratio (Tỷ lệ tín hiệu nhiễu).

RAD

: Radiography (Chụp X quang).

FLU

: Fluoroscopy (Soi huỳnh quang).


HVL

: Half Value Layer (Chiều dày hấp thụ một nửa).

TDF

: Target To Film Distance (Khoảng cách từ bia đến phim).

PD

: Patient Dose (Liều bệnh nhân).

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 4.1 Phân loại nhóm theo độ phân giải của thiết bị kiểm tra tiêu điểm. ...........60
Bảng 4.2 Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị
X quang một pha ......................................................................................63
Bảng 4.3 Giá trị chiều dày tấm lọc tổng cộng theo giá trị HVL đối với thiết bị
X quang ba pha quang ba pha. .................................................................64

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Phổ bức xạ điện từ........................................................................................3

Hình 1.2 Tƣơng tác của electron với nguên tử tấm đích. ............................................5
Hình 1.3 Cơ chế phát tia X tử bức xạ hãm. .................................................................7
Hình 1.4 Năng lƣợng liên kết giữa các quỹ đạo với nhân Volfram. ...........................8
Hình 1.5 Phổ bức xạ tổng hợp.....................................................................................9
Hình 1.6 Tƣơng tác tia X với vật chất. ......................................................................10
Hình 1.7 Tƣơng tác quang điện. ................................................................................12
Hình 1.8 Sự truyền qua của sóng điện từ đối với 25 cm mô mềm............................14
Hình 2.1 Máy X quang thƣờng quy ..........................................................................15
Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống máy X quang. ............................................................16
Hình 2.3 Cấu tạo bên trong bóng X quang anode xoay. ...........................................17
Hình 2.4 Cathode sợi đốt kép. ...................................................................................19
Hình 2.5 Cấu tạo anode quay. ...................................................................................20
Hình 2.6 Rotor và stator. ...........................................................................................22
Hình 2.7 Cấu tạo hộp chuẩn trực. .............................................................................25
Hình 2.8 Ảnh hƣởng của hiệu ứng Compton trên ảnh X quang. ..............................26
Hình 2.9 Cấu tạo lƣới chống tán xạ. .........................................................................27
Hình 2.10 Sơ đồ giá Bucky và bàn chụp.. .................................................................29
Hình 2.11 Phim X quang đƣợc đựng trong cassette. ................................................30

x


Hình 2.12 Cấu tạo màng tăng quang. ........................................................................31
Hình 2.13 Cấu tạo phim X quang. ............................................................................32
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động máy X quang ..............................................33
Hình 3.1 Phổ tia X khi thay đổi mA. ........................................................................38
Hình 3.2 Các loại kích thƣớc tiêu điểm hiệu dụng ...................................................40
Hình 4.1 Máy đo đa chức năng. ................................................................................47
Hình 4.2 Thiết bị đo tiêu điểm bóng X quang. .........................................................48
Hình 4.3 Thiết bị RMI.. .............................................................................................49

Hình 4.4 Máy đo liều. ...............................................................................................50
Hình 4.5 Phim chụp của phép kiểm tra tiêu điểm. ....................................................59
Hình 4.6 Độ lệch của trƣờng sáng và trƣờng xạ. ......................................................62

xi


LỜI NÓI ĐẦU
X quang là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh đầu tiên được ứng dụng từ những năm
đầu thế kỷ XX. Kỹ thuật này từ khi ra đời, đã thống trị ngành chẩn đoán hình ảnh
trong một thời gian dài hơn nữa thế kỷ và vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong chẩn
đoán cho đến ngày nay. Vì vậy mà trước đây, ngành chẩn đoán hình ảnh có tên gọi
là ngành X quang.
Đối với các phòng khám, bệnh viên đa khoa việc sử dụng thiết bị X quang để
chiếu, chụp, hỗ trợ chẩn đoán bệnh là không thể thiếu. Nhưng bên cạnh đó, việc sử
dụng máy X quang vẫn tồn tại nhiều bất cập như thiết bị cũ kỹ, nhân viên vận hành
không được đào tạo bài bản, không giấy phép, cơ sở vật chất không đảm bảo … Có
nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe của người bệnh, người vận hành lẫn môi trường
chung quanh.
Trong việc sử dụng máy X quang chẩn đoán, điều được quan tâm và chú trọng
nhất chính là hình ảnh X quang. Nếu có được một hình ảnh X quang tốt sẽ không
phải chụp nhiều lần nên cũng giúp giảm được liều chiếu vào bệnh nhân. Vì vậy,
chất lượng của hình ảnh X quang là một yếu tố cần được quan tâm. Chất lượng ảnh
X quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp ghi hình, đặc điểm của thiết
bị, người vận hành, …
Để hạn chế những ảnh hưởng sinh học không tốt của tia X lên cơ thể người và
môi trường, đồng thời thu được hình ảnh X quang như mong đợi, yếu tố đầu tiên
chúng ta phải kiểm soát chính là thiết bị có hoạt động được, còn vận hành tốt. Vì
vậy, vấn đề bảo đảm chất lượng của máy X quang dùng trong chẩn đoán là một việc
làm cấp thiết, cần được thực hiện một cách nghiêm chỉnh.

Chương trình đảm bảo chất lượng gồm hai vấn đề:
- Thiết lập các quy trình, tiêu chuẩn và chỉ tiêu kĩ thuật để các thiết bị đang vận
hành và xuất xưởng làm việc tốt (QA).

1


- Kiểm tra định kì các thiết bị sao cho chúng luôn đạt được các chỉ tiêu và tiêu
chuẩn đã đề ra (QC).
Mục đích của việc kiểm tra chất lương máy X quang là:
- Đảm bảo thiết bị làm việc tốt với độ chính xác cao.
- Đảm bảo các thiết bị cho phép thu đươc những bức ảnh có chất lượng hoàn hảo
mang đủ thông tin cần thiết để đảm bảo cho việc chẩn đoán chính xác.
- Đảm bảo sự lặp lại chính xác của các bức ảnh.
- Đảm bảo an toàn của bệnh nhân trên nguyên tắc:
o Quyết định đúng hình thức xét nghiệm.
o Giảm liều càng nhiều càng tốt (ALARA).
- Đảm bảo an toàn bức xạ cho nhân viên tiếp xúc trực tiếp với tia X.
- Giảm giá thành xét nghiệm.
Với những điều nêu trên, khóa luận được thực hiên nhằm trình bày ứng dụng của
tia X trong chẩn đoán y tế, tìm hiểu cấu tạo chung của máy X quang y tế thông
thường, giải thích và nêu phương pháp kiểm tra chất lượng máy X quang thông
thường.
Khóa luận được phân bố làm 4 chương:
Chương 1: Cơ sở vật lý trong máy X quang y tế thông thường.
Chương 2: Khái quát về máy X quang chẩn đoán y tế thông thường.
Chương 3: Thông số máy - Ảnh X quang.
Chương 4: Kiểm tra chất lượng máy X quang y tế thông thường.

2



CHƯƠNG 1: CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG MÁY X QUANG Y TẾ THÔNG
THƯỜNG
1.1 Bức xạ điện từ
Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ
trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ
cũng bị lượng tử hóa thành những “đợt sóng” có tính chất như các hạt chuyển động
gọi là photon.
Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin.
Bức xạ điện từ được phân loại theo bước sóng, từ dài đến ngắn: sóng vô tuyến,
sóng vi ba, bức xạ hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X, tia gamma
(Hình 1.1).

Hình 1.1 Phổ bức xạ điện từ.
Trong đó, bức xạ được dùng trong chẩn đoán hình ảnh chính là tia X. Tia X có
bước sóng trong khoảng từ 10-11 m đến 10-8 m, tương ứng với dải tần số 30 PHz đến
30 Ehz và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Tia X dùng trong y tế có bước sóng
3


giới hạn trong khoảng từ 0,01 Å đến 0,5 Å, phù hợp với tần số từ 25 keV đến 1,2
MeV đối với mỗi photon.
1.2 Nguyên lý tạo tia X
Tia X phát ra do các điện tử được gia tốc lên một động năng rất lớn đến đập vào
bề mặt của tấm bia bằng kim loại.
Mối liên hệ giữa vận tốc và động năng của điện tử theo công thức sau:

W =


1
m e v e2
2

(1.1)

Trong đó:
W: động năng của electron.
me: khối lượng của electron (9,1.10-31 kg).
ve: vận tốc của điện tử
Từ nguyên lý trên, để phát ra tia X ta cần mô hình sau:
- Một bóng X quang gồm hai cực, một cực âm (Cathode) được tích điện âm có tác
dụng làm nguồn phát ra điện tử, và cực dương (Anode) tích điện dương có nhiệm
vụ là tấm bia kim loại.
- Một điện áp cao trong khoảng 15 – 150 kV được áp vào giữa hai điện cực, giá trị
chính xác của cao thế sẽ được chọn tùy thuộc vào từng mục đích sử dụng cụ thể.
- Cathode bao gồm một dây tóc làm bằng vonfram được nung nóng tới 2.200 o C ,
năng lượng nhiệt tác dụng lên các nguyên tử vonfram làm bứt ra một số lượng
điện tử nhỏ ra khỏi bề mặt kim loại, đây là quá trình phát xạ electron nhiệt. Một
trạng thái cân bằng động được thiết lập, giữa những electron thoát ra khỏi bề mặt
cathode với những electron bị hút về anode.
4


- Khi va vào anode chùm tia điện tử sẽ đột ngột giảm tốc độ. Tại đây, chùm điện tử
gia tốc tương tác với các nguyên tử của vật liệu làm anode theo một trong các
khả năng sau (Hình 1.2).

Hình 1.2 Tương tác của electron với nguên tử tấm đích.
• Electron gia tốc số 1 có thể va chạm với nhiều electron khác nằm trên các quỹ

đạo của hạt nhân nguyên tử anode, tạo ra bức xạ kích thích. Bức xạ này chủ
yếu là bức xạ nhiệt.

5


• Electron gia tốc số 2 có thể tương tác trực tiếp với một hạt nhân nguyên tử
anode tạo ra bức xạ tia X (bức xạ hãm) có năng lượng cực đại bằng năng
lượng của electron gia tốc.
• Electron gia tốc số 3 có thể tương tác trực tiếp với một số hạt nhân nguyên tử
anode tạo ra các bức xạ tia X (bức xạ hãm) có năng lượng bất kỳ thấp hơn
năng lượng của electron gia tốc theo mức độ khác nhau tùy thuộc vào số lần
tương tác của electron.
• Electron gia tốc số 4 có thể đẩy một điện tử trên quỹ đạo của nguyên tử anode
ra khỏi quỹ đạo của nó. Tương tác này tạo ra bức xạ tia X đặc trưng có năng
lượng đặc trưng cho vật liệu chế tạo anode.
1.3 Phổ tia X
Bức xạ tia X do các tương tác nói trên tạo ra có thể chia làm hai loại với những
đặc trưng riêng gọi là bức xạ hãm (bức xạ liên tục) và bức xạ đặc trưng (bức xạ rời
rạc).

6


1.3.1 Bức xạ hãm (Bremstralung – Breaking Radiation)

Hình 1.3 Cơ chế phát tia X tử bức xạ hãm.
Bức xạ hãm xảy ra khi electron đi qua gần hạt nhân của bia, bị làm lệch bởi lực
hút Coulomb của hạt nhân tích điện dương. Trong suốt quá trình tương tác giữa
electron tới với hạt nhân, electron bị giảm tốc độ và mất một phần động năng hình

thành photon hãm (Hình 1.3). Photon được tạo ra có năng lượng phân bố từ 0 đến
động năng ban đầu của electron, hình thành nên phổ bức xạ hãm liên tục, bao gồm
nhiều tần số với bước sóng trong dãy từ 10 pm đến 100 pm (1 pm = 10-12 m).
1.3.2 Bức xạ đặc trưng
Electron gia tốc có thể đẩy một electron trên quỹ đạo của nguyên tử tấm bia ra
khỏi quỹ đạo của nó. Các electron có mức năng lượng cao sẽ nhảy lên chiếm vị trí
này. Sự nhảy mức năng lượng tạo ra tia X có năng lượng đặc trưng cho vật liệu chế
tạo tấm bia (bức xạ rời rạc).
Năng lượng của bức xạ tia X đặc trưng là sự chênh lệch về năng lượng liên kết
giữa hai quỹ đạo khi điện tử chuyển mức.
7


Hình 1.4 Năng lượng liên kết giữa các quỹ đạo
với nhân Volfram.
- Để đẩy electron ra khỏi quỹ đạo K thì electron gia tốc phải có năng lượng tối
thiểu khoảng 70 keV, còn đối với quỹ đạo L chỉ cần 11 keV. Khi một electron bị
bật ra khỏi quỹ đạo K và một electron từ quỹ đạo L nhảy xuống chiếm chỗ thì
một tia X đặc trưng sẽ được sinh ra với mức năng lượng: E = EL – EK.
- Khi electron bị đẩy ra khỏi các quỹ đạo L, M, N thì electron ở các quỹ đạo lân
cận có mức năng lượng cao hơn sẽ nhảy xuống chiếm chỗ của chúng, tương tự
hiện tượng xảy ra với quỹ đạo K, và sự chuyển đổi quỹ đạo này cũng sẽ bức xạ ra
tia X. Tuy nhiên, do sự chênh lệch giữa năng lượng liên kết của quỹ đạo này
không lớn nên năng lượng của các tia X đặc trưng này thấp và bị hấp thụ bởi vỏ
thủy tinh hoặc tấm lọc sơ bộ tại cửa sổ X quang. Vì vậy với volfram chỉ có tia X
đặc trưng K có đủ năng lượng để tham gia tạo ảnh X quang.
1.3.3 Bức xạ tổng hợp
Bức xạ tổng hợp là sự kết hợp giữa bức xạ liên tục và bức xạ rời rạc.

8



Hình 1.5 Phổ bức xạ tổng hợp.

Chùm tia X phát ra từ ống X quang có dạng phổ được diễn tả bởi đường 1 trong
Hình 1.5. Đó là một phổ liên tục, trên đó có những đỉnh phổ đặc trưng. Tuy nhiên,
khi đi qua vỏ ống X quang và các tấm lọc, thành phần tia X năng lượng thấp bị hấp
thụ và phổ tia X đầu ra có dạng đường cong 2. Sự suy giảm do bị hấp thụ này được
gọi là sự tự lọc của hệ thống.
1.4 Tương tác của tia X với mô của cơ thể
Độ tương phản giữa các mô trên phim X quang là biểu hiện sự suy giảm năng
lượng của chùm tia X khi xuyên qua các bộ phận khác nhau của cơ thể đến phim.
Một bộ phận nhỏ của tia X truyền thẳng qua cơ thể mà không gặp phải tương tác
nào với mô: những tia X này được gọi là bức xạ sơ cấp. Ngoài ra, tia X còn bị tán
xạ, tương tác này làm thay đổi quỹ đạo của tia X giữa nguồn với phim, đây được
gọi là bức xạ thứ cấp. Và một phần tia X bị hấp thụ hoàn toàn trong mô và không
được ghi nhận trên phim, đây chính là bức xạ hấp thụ. Trong phạm vi năng lượng
của tia X vào khoảng 25 – 150 keV được sử dụng trong X quang chẩn đoán. Ba cơ
chế mô tả sự tương tác của tia X với mô là tán xạ Rayleigh, tán xạ Compton sẽ tham
gia vào việc tạo ra bức xạ thứ cấp, trong khi hiệu ứng quang điện dẫn đến hấp thụ
tia X. Trong số ba tương tác này, đại đa số tán xạ của tia X trong chẩn đoán hình
ảnh phát sinh từ tán xạ Compton.
9


Hình 1.6 Tương tác tia X với vật chất.
1.4.1 Tán xạ Rayleigh
Trong tán xạ Rayleigh, photon tới có thể tương tác với điện tử và bị tán xạ mà
không mất năng lượng. Quá trình này gọi là tán xạ đàn hồi, trong đó năng lượng của
điện tử tăng lên nhưng vẫn không thoát ra khỏi nguyên tử. Sau đó điện tử trở về

mức năng lượng ban đầu bằng cách phát ra photon có cùng năng lượng với photon
tới nhưng khác hướng được mô tả trong Hình 1.6. Ở đây không có sự hấp thụ năng
lượng và hầu hết các photon tới bị tán xạ với một góc rất nhỏ. Xác suất để xảy ra
tán xạ Rayleigh tăng theo bậc số nguyên tử Z của nguyên tố hấp thụ và giảm theo
năng lượng tia X. Do đó, trong mô mềm xác suất xảy ra sự tán xạ này rất thấp do
bậc số nguyên tử hiệu dụng của các mô mềm thấp (Z ~ 7,5).
1.4.2 Tán xạ Compton
Tán xạ Compton là sự tương tác giữa tia X với một điện tử thuộc lớp vỏ bên
ngoài của nguyên tử. Điện tử bên ngoài vỏ này được coi như là điện tử tự do bởi vì
năng lượng liên kết của nó quá thấp, đó là đối với trường hợp vật liệu có số nguyên
tử cao. Tuy nhiên, với vật liệu có số nguyên tử thấp, chẳng hạn như mô mềm, tất cả
các điện tử trong nguyên tử đều có thể được xem là tự do vì năng lượng liên kết của
10


tất cả các lớp điện tử nhỏ hơn 1 keV. Khi tia X va chạm, một phần năng lượng tia
X chuyển hóa cho điện tử, điện tử được giải phóng khỏi nguyên tử, và tia X bị lệch
khỏi phương ban đầu của nó (Hình 1.6D). Năng lượng này phụ thuộc vào góc tán xạ
tức là phương của lượng tử năng lượng tán xạ so với phương ban đầu. Nếu góc lệch
θ là tương đối nhỏ , tia X sau tán xạ có năng lượng tương đương với tia X tới và có

đủ năng lượng để đi qua cơ thể sẽ được ghi nhận trên phim.
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng, năng lượng của tia X sau
khi tán xạ được tính theo công thức sau:

E' =

E
E (1 − cos θ )
1+

mc 2

(1.2)

Trong đó:
m: khối lượng của điện tử (9,1.10-31 kg)
c: vận tốc ánh sáng (3.108 m/s)
θ : góc tán xạ cuả tia X
E : năng lượng của tia tới

E ' : năng lượng của tia X sau tán xạ

Theo (1.2) góc tán xạ θ của tia X càng lớn thì E ' càng bé. Nghĩa là tia X càng mất
nhiều năng lượng. Tia X chuyển phần năng lượng lớn nhất cho điện tử sau tán xạ
bay ra một góc 180o, tức là khi tán xạ giật lùi. Góc tán xạ của tia X tán xạ có thể
thay đổi từ 0o đến 180o trong lúc điện tử chủ yếu bay về phía trước, nghĩa là góc bay
của nó thay đổi từ 0o đến 90o.
Tiết diện của hiệu ứng Compton phụ thuộc vào số lượng của các điện tử trong vật
liệu hấp thụ. Con số này phụ thuộc vào mật độ của chất hấp thụ và số lượng của các
điện tử trên mỗi đơn vị khối lượng.
11


1.4.3 Hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện là quá trình đóng góp chủ yếu vào sự hấp thụ tia X.

Hình 1.7 Tương tác quang điện.
Khi chùm tia X đập vào một điện tử liên kết trong hệ nguyên tử, nếu năng lượng
E của chùm tia X tới lớn hơn năng lượng liên kết của điện tử tầng tương ứng thì
hiệu ứng quang điện sẽ xảy ra: tia X biến mất, năng lượng của nó được trao toàn bộ

cho điện tử liên kết. Điện tử này (được gọi là quang – electron) bức ra khỏi hệ
nguyên tử với năng lượng bằng hiệu của năng lượng tia X tới với năng lượng liên
kết của điện tử tầng tương ứng.
Trên Hình 1.7(a) tia X đập vào một điện tử tầng K, quang – electron này thoát ra
ngoài và để lại lỗ trống ở tầng K như trong Hình 1.7(b), do đó nguyên tử ở trạng
thái kích thích. Các điện tử ở tầng ngoài, nơi có năng lượng liên kết thấp hơn (tầng
L, M, …), sẽ dịch chuyển tới để lấp lỗ trống, và một tia X đặc trưng xuất hiện với
năng lượng bằng hiệu năng lượng liên kết hai tầng như trong Hình 1.7(c).

12


Hiệu ứng quang điện hầu như không xảy ra đối với các điện tử có liên kết yếu,
nhất là các điện tử có năng lượng liên kết nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của
tia X tới.
Hiệu ứng quang điện xảy ra thường kèm theo hiệu ứng Auger hay gọi là sự biến
hoán trong (hấp thụ quang điện nội tại). Trong trường hợp này, tia X đặc trưng vừa
phát ra bị hấp thụ ngay bởi một điện tử ở tầng phía ngoài hơn trong cùng một
nguyên tử, như trong Hình 1.7(d). Khi đó không có tia X đặc trưng được phóng
thích mà là một điện tử Auger.
1.5 Sự suy giảm cường độ chùm tia X
Chùm tia X khi xuyên qua một vật thể (ví dụ cơ thể người bệnh) sẽ bị suy giảm
do theo các đường tia, sau đó tác động vào một vật hiện hình, từ đó tạo ra một hình
ảnh X quang là phân bố các độ đậm biểu thị độ suy giảm của chùm photon khi đi
qua các tổ chức, cơ quan trong cơ thể. Sự suy giảm này không đồng đều mà khác
nhau, phụ thuộc vào khả năng hấp thụ tia X của vật chất và được đánh giá bởi công
thức (Lamber-Beer):

I = I0e


− µ x

(1.3)

Trong đó:
I : cường độ tia X sau khi qua vật chất (chùm tia ló) (mA)
I 0 : cường độ chùm tia X tới (mA)

µ : hệ số suy giảm tuyến tính của mô (cm-1)

x: quãng đường tia X đi qua (cm)
Để có thông tin chẩn đoán trong chụp hình X quang y tế, các photon tia X phải
thỏa mãn hai điều kiện sau:

13


- Bước sóng phải đủ ngắn để có ảnh X quang có độ phân giải đủ cao cho tổ chức,
cơ quan cần chẩn đoán.
• λ < 1 mm đối với các tổ chức xương gãy, các mạch máu nhỏ.
• λ < 1 cm đối với các tổn thương lớn.
- Cơ thể phải bán trong suốt đối với chùm tia X, nghĩa là các tia phải có năng
thông không quá thấp ( λ > 10 cm) để số photon truyền qua khỏi cơ thể đến
detector hay phim đủ cao (hệ số truyền qua > 10-1), đồng thời năng lượng photon
cũng không được quá cao ( λ < 0.01 Å) khiến cho tất cả số photon có thể truyền
hết qua cơ thể đi đến detector hay phim (hệ số truyền qua < 10-3) mà không có sự
suy giảm đáng kể.
Do đó, dãy tần số và năng lượng thích hợp nhất của các photon tia X để ghi hình
chẩn đoán y tế như sau: 0,01 Å < λ < 0.5 Å, tương ứng với tần số từ 25 keV đến 1,2
MeV đối với mỗi photon. Những điều trên được mô tả trong hình 1.8.


Hình 1.8 Sự truyền qua của sóng điện từ đối với 25 cm mô mềm.
14


CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ MÁY X QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ
THÔNG THƯỜNG
2.1 Giới thiệu
Máy X quang là một hệ thống thiết bị dùng để chiếu, chụp x quang. Trong đó bao
gồm thiết bị tạo tia X và các thiết bị khác như thiết bị thu nhận ảnh, khối cao thế,
thiết bị định dạng chùm tia X và định vị bệnh nhân.

Hình 2.1 Máy X quang thường quy

Dù đơn giản hay phức tạp một hệ thống thiết bị X quang thường gồm các khối
sau:

15