Xemtailieu Tải về Bài thuyết trình kỹ thuật máy chụp x quang số
KỸ THUẬT MÁY CHỤP X-QUANG SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN PHÚ ĐĂNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Mai Chi Phạm Thị Ngọc Nguyễn Hồng Lam Lê Thùy Trang Nội dung báo cáo I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.1. Khái niệm 1.2. Phân loại 1.3. Chức năng máy chụp X-Quang số II- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kỹ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.1. Cấu tạo 2.1.2. Nguyên lý hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của CR 2.1.3. Ưu, nhược điểm của CR 2.2. Máy X-Quang kỹ thuật số trực tiếp DR (Directly Radiography) 2.2.1. Cấu tạo 2.2.2. Nguyên lý hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của DR III- So sánh máy X-Quang số CR và DR IV- Vấn đề an toàn khi chụp X-Quang I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.1. Khái niệm Khái quát chụp X-quang số: - Tia X: được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895. Tia X được sinh ra từ sự thay đổi quỹ đạo của electron khi nó đang chuyển động có gia tốc đến gần 1 hạt nhân, khi quỹ đạo của tia X thay đổi, một phần động năng của electron sẽ bị mất đi và chính năng lượng này chuyển thành bức xạ điện tử, phát ra tia X. - Bản chất của tia X là 1 dạng của sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 0,01 đến 10nm (~ f= 30 Petaherzt ÷ 30 Exaherzt)và năng lượng 120 eV đến 120 KeV. λ tia tử ngoại > λ tia X> λ gamma. - Tính chất tia X: - Tính truyền thẳng và đâm xuyên - Tính bị hấp thụ Nguyên lí chụp 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 và xử lí ảnh để ra kết quả, bộ phận thu nhận và xử lí ảnh là điểm khác biệt lớn nhất giữa các kỹ thuật máy chụp X-Quang. I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.1. Khái niệm Máy chụp X-Quang: là một thiết bị sử dụng phổ biến trong chẩn đoán hình ảnh, phương pháp tạo ra ảnh là sử dụng tia X (tia Roentgen) để xây dựng và tái tạo lại hình ảnh cấu trúc bên trong cơ thể để cung cấp thông tin có giá trị trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh. X-Quang kỹ thuật số là sự phát triển hiện đại của X-Quang thường ở thời đại hiện nay. X-Quang số cũng là hệ thống thu nhận và xử lý ảnh, điểm hiện đại hơn ở X-Quang thường là dưới dạng kĩ thuật số, hình ảnh X-Quang số rất dễ được xử lí, hiển thị, quản lí thông tin, lưu trữ, in ấn, thậm chí là truyền tải qua mạng nội bộ hoặc internet, bởi hệ thống máy tính, thiết bị phụ trợ, cổng giao tiếp và các phần mềm tiện ích (PACs - Picture Archiving & Communications systems). I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.1. Khái niệm Sự khác nhau của X-Quang thường và X-Quang số Đặc điểm X-Quang thường X-Quang số Cấu trúc Sử dụng phim để thu ảnh. Phải có quá trình rửa phim. Đảm bảo về phòng rửa phim và phim không bị nhiễm sáng. Có khoảng phô xạ hẹp nên hình ảnh dễ bị sáng quá hay tối quá. Gặp hạn chế trong việc lưu trữ và bảo quản. Chỉ hội chuẩn tại chỗ. Cần nhiều thời gian cho công đoạn rửa phim trong phòng tối. An toàn khi rửa phim, cũng như chất thải sau khi rửa phim. Rẻ hơn Sử dụng tấm tạo ảnh phosphor lưu trữ (đối với CR) hoặc bảng cảm ứng (đối với DR). Hình ảnh được xây dựng trên phần mềm. Khoảng phô xạ rộng, có thể hiệu chỉnh được hình ảnh sau khi chụp. Lưu trữ dễ dàng trên CD, DVD hay truyền thông trên mạng internet. Có khả năng hội chuẩn qua mạng Nhanh hơn vì chỉ cần in phim bằng máy in phim khô. Hạn chế các chất thải. Đặc điểm Thời gian An toàn Giá thành Đắt hơn I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.2. Phân loại X-Quang số hiện nay có 2 kỹ thuật phổ biến: X-Quang bán số: máy phát tia X-Quang bình thường và phim/bìa tăng quang được thay bằng tấm tạo ảnh (Imaging plate) có tráng lớp Phosphor lưu trữ (storage) và kích thích phát sáng (photostimulable luminescence). Tấm tạo ảnh khi được tia X chiếu lên sẽ tạo nên 1 tiền ảnh (latent image), sau đó tấm tạo ảnh này sẽ phát quang lần 2 khi quét bởi 1 tia laser trong máy Kỹ thuật số hóa (digitizer), ánh sáng này được bắt lấy (capture) và cho ra hình kỹ thuật số tức là có sự chuyển đổi từ hình analog ra digital. Hình này sẽ được chuyển qua máy chủ để xử lý. Tấm ảnh sẽ đc xóa bởi nguồn ánh sáng trắng và tái sử dụng. X-Quang số (DR): Kỹ thuật náy giống máy chụp ảnh kỹ thuật số,vì cũng dùng nguyên tắc tương tự là bảng cảm ứng và cho hình ngày sau khi chụp. Nguyên tắc tạo ảnh là nhờ bảng cảm ứng (sensor panel) cấu tạo do sự kết hợp của lớp nhấp nháy (Scintillator) gồm các lớp cesiumiodide/thallium và tấm phim mỏng transister (TFT) với silicon vô định hình (amorphous silicon). Bảng cảm ứng này thay thế cặp phim/bìa tăng quang cổ điển, sau khi được phổ xạ, sẽ chuyển hình và hiển thị trên màn hình máy sau 5s. Và có thể chụp tiếp ngay sau không cần xóa. I- Khái niệm, phân loại và chức năng của máy chụp X-Quang số 1.3. Chức năng máy X-Quang số: Máy X-Quang số là thiết bị xây dựng và tái tạo lại hình ảnh cấu trúc, thành phần bên trong của 1 bộ phận hoặc toàn bộ cá thể nào đó để cung cấp thông tin về bộ phận hoặc cá thể đó. Được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực đặc biệt nhất là lĩnh vực y học trong chẩn đoán và điều trị bệnh. II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.1. Cấu tạo Hệ thống phát chùm tia X Nguồn Tấm photpho thu nhận ảnh Máy quét ảnh Hình ảnh X-Quang Xử lý hình ảnh Máy in phim khô II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.1. Cấu tạo Hình 1. Sơ đồ khối máy X-Quang kỹ thuật số gián tiếp CR II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.2. Nguyên lý hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của CR a, Phim Cấu tạo: - Bên ngoài tấm thu nhận ảnh của CR có dạng như một casette thường. - Bên trong có 1 tấm photpho trắng gồm 1 lớp chống trầy xước trên cùng, tiếp đến là lớp photpho dày khoảng 10 µm, phía dưới là lớp phản xạ, lớp cuối cùng là lớp nâng đỡ dày khoảng 200 µm. - Thành phần tấm photpho: 85% BaFBr và 15% BaFI, pha với 1 lượng nhỏ Eu (Europium). Hình 2. Cấu tạo phim trong máy CR II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.2. Nguyên lý hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của CR a, Phim Hoạt động: - BaFBr là chất bán dẫn nên chúng có 2 vùng năng lượng là vùng lỗ trống và vùng dẫn. Khoảng năng lượng giữa 2 vùng nãy cỡ 8,3 eV. - Khi tia X bị hấp thụ bởi hợp chất BaFBr, năng lượng của chúng sẽ kích thích làm cho các electron nguyên tử Eu bị bứt ra. Các electron này sẽ chuyển động tự do trong môi trường và một phần sẽ tương tác với các nguyên tử F. Các nguyên tử F giữ electron ở mức năng lượng cao hơn ở trạng thái ổn định trong vài ngày đến hàng tuần. - Số lượng electron bị giữ bởi nguyên tố F trên một đơn vị diện tích sẽ tỉ lệ thuận với cường độ tia X chiếu vào. HÌnh 3. Cấu tạo tấm thu nhận ảnh II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số b, Sơ đồ năng lượng thu ảnh CR Cách thức: máy đọc sẽ phát ra tia laser có năng lượng khoảng 2eV (ánh sáng laser đỏ) để quét qua tấm photphor. Khi đó, các electron đang bị F giữ sẽ kích thích để nhảy lên vùng dẫn. Các electron này chỉ ở trên vùng này một thời gian rất ngắn thì nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn. Sự chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp của các electron làm phát ra một ánh sáng màu xanh (cơ 3eV). Dựa vào cường độ sáng phát ra, máy quét sẽ số hóa cho từng điểm sáng. Từ đó xác định độ đen trắng cho ảnh X-Quang chụp được. Hình 4: Sơ đồ năng lượng của quá trình thu ảnh CR Máy đọc CR hiệu Afga II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số b, Sơ đồ năng lượng thu ảnh CR Quá trình kích thích và tương tác giữa tia laser với lớp photpho: khi tia laser tới (Incident Laser Beam) xuyên qua lớp chống trầy xước (Protective Layer), nó sẽ tương tác với lớp photpho (Phosphor Layer). - Do hiện tượng tán xạ nên tia laser bị trải rộng trong lớp photpho, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ phân giải của máy đọc CR. - Độ phân giải không gian (Spatial Resolution) của ảnh càng tốt khi hiện tượng tán xạ càng ít. Điều này có thể đạt được bằng cách giảm nhỏ đường kích chùm tia laser tới -> thời gian để đọc hết ảnh cũng tăng lên và dung lượng ảnh cũng lớn hơn. - Tương tác giữa tia laser và lớp photpho sẽ tạo ra ánh sáng màu xanh. Ánh sáng này sẽ theo bảng dẫn sáng (Light Guide) đến đập vào ống nhân quang (PMT). - Ống nhân quang PMT (Photomultiplier Tube) sẽ chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện. Biên độ tín hiệu điện sẽ tỉ lệ thuận với cường độ tia X bị hấp thụ bởi lớp photpho. Với cùng một mức năng lượng của tia laser (2eV), tùy theo mật độ của tia X bị hấp thụ bởi lớp photpho mà cường độ của ánh sáng phát quang (Photostimulated Luminescence) -> biên độ của tín hiệu điện sẽ khác nhau giữa các điểm ảnh thu nhận được. Sự khác nhau này sẽ là căn cứ cho việc mã hóa độ đen trắng của ảnh và cho sự hiển thị ảnh. II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số b, Sơ đồ năng lượng thu ảnh CR Quá trình hồi phục phim: Sau khi đã mã hóa cho ảnh, máy quét sẽ chiếu một luồng ánh sáng cực sáng vào tấm photphor. Khi đó tất cả các electron bị giữ bởi nguyên tử F sẽ trở về trạng thái cơ bản. Tấm thu nhận ảnh sẽ trở về trạng thái giống như trước lúc chụp cho bệnh nhân và được dùng cho lần sau. Hình 5: Tương tác với tia laser với lớp photpho II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số c, Cơ chế tạo ảnh Trong hệ thống đọc ảnh này, chiều chuyển động của tấm photpho (Plate Direction) là chiều dọc, chiều quét của tia laser (Scan Direction) là chiều ngang. Tia laser phát ra được chiếu qua tấm gương đa giác (Polygonal Mirror). Tấm gương này quay tròn, làm cho tia laser được quét theo chiều ngang của tấm photpho. Tại mỗi điểm được chiếu, ống nhân quang PMT sẽ nhận được tín hiệu ánh sáng và chuyển nó thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sẽ được khuếch đại, chuyển đổi sang dạng số (ADC)… Cuối cùng ta có được ba thống số về điểm ảnh là tọa độ (x,y) và cường độ z của tia X hấp thụ tại điểm đó. Giá trị của z là cơ sở cho quá trình hiển thị ảnh. Hình 6: Quá trình mã hóa ảnh II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số c, Cơ chế tạo ảnh Xử lí ảnh: Sau khi được số hóa, ảnh được truyền đến máy điện toán chủ xử lý ảnh (ADC processing server). Máy chủ này có chứa nhiều phần mềm xử lí ảnh như tăng cường bờ nét, nén dải rộng, tăng cường tương phản đa mức độ, giảm nhiễu,… Các phần mềm này mà chỉ cần phổ xạ một lần vẫn có thể khảo sát tốt phần mềm, xương hoặc phổi. Phương pháp khuếch đại tương phản đa mức độ (Multiscale image contrast amplification) MUSICA có thể làm tăng khả năng phát hiện các đường gãy ẩn, nốt nhỏ dù độ ẩm thấp, không che lấp chi tiết lân cận, không tạo những bờ giả, dùng toàn cơ thể. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tách ra làm 12 lớp, và tăng những hình độ đậm thấp, giảm những ảnh quá sáng để trên một hình có thể khảo sát nhiều cấu trúc. In phim: ảnh sau xử lí có thể được in phim bằng máy in khô để bác sĩ chẩn đoán, hoặc trả phim cho bệnh nhân. Máy in khô được sử dụng một lớp hóa chất silver halide, chỉ biến đổi màu khi chịu nhiệt. Máy có 1 đầu nhiệt (thermal head) gồm một phần tử vi nhiệt (microthermal element) phân phối nhiệt đến lớp hóa chất nhạy cảm với nhiệt, để tạo thành hình. Đầu nhiệt dài 35 cm, và hoàn toàn tự điều chỉnh để hình có chất lượng cao nhát. Máy sử dụng phim không nhạy với ánh sáng, nên có thể lắp vào máy dưới ánh sáng thường. II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.1. Máy X-Quang kĩ thuật số gián tiếp CR (computed radiography) 2.1.3. Ưu- nhược điểm của CR Ưu điểm: - Quá trình tạo ảnh đơn giản, nhanh chóng, không cần phòng tối như X-Quang cổ điển. - Sử dụng máy in phim khô, đơn giản và thân thiện với môi trường, không độc hại. - Ảnh thu được dưới dạng số nên có thể lưu trữ, truyền đi dễ dàng. - Tấm thu nhận ảnh có thể tái sử dụng nhiều lần (~ 20000 lần). Nhược điểm: - Vốn đầu tư ban đầu lớn. II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.2. Máy X-Quang kĩ thuật số trực tiếp DR (Directly Radiography) 2.2.1. Cấu tạo Nguồn: nguồn cấp năng lượng cho cả hệ thống Tấm photpho thu nhận ảnh: Tấm photpho đóng vai trò như tấm phim trong X-Quang thường. Sau khi được chiếu tia, sẽ được đưa đến máy quét ảnh (Image Scanner). Hệ thống xử lí ảnh: hệ thống xử lí ảnh chụp từ tấm photpho. Bệnh nhân Nguồn Tấm photpho thu nhận ảnh Phòng sáng Hệ thống xử lý ảnh (PC) HÌnh ảnh X-Quang Hình 7: sơ đồ khối máy X-Quang kĩ thuật số trực tiếp DR II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.2. Máy X-Quang kĩ thuật số trực tiếp DR (Directly Radiography) 2.2.2. Nguyên lí hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của DR Hệ thống cảm biến phẳng DR với cơ chế màn hình tích hợp được đưa vào thị trường vào cuối những năm 1990. Hệ thống cảm biến phẳng cũng được biết đến là detectors tia X diện rộng, tích hợp lớp X-Quang nhạy và hệ thống điện tử dễ đọc dựa trên các mảng TFT. Detectors sử dụng 1 lớp chất nhấp nháy và 1 bán dẫn TFT nhạy với ánh sáng gọi là detectors TFT chuyển đổi gián tiếp. Hệ thống sử dụng 1 lớp chất quang dẫn X-Quang nhạy và 1 bộ góp điện tích TFT được gọi là detectors TFT chuyển đổi trực tiếp. Chất silicon vô định hình (a-Si) được sử dụng trong các mảng TFT để ghi lại tín hiệu điện tử, không nên bị nhầm lẫn với aSe, vật liệu được sử dụng để thu năng lượng tia X trong detector số hóa trực tiếp. Hệ thống điện tử dễ đọc có thể chấp nhận xử lí hiển thị phóng xạ, được gọi là ma trận hiển thị phóng xạ, đối lập với hệ thống lưu trữ photpho, nơi các bộ phận hiển thị phóng xạ được tích hợp mà không cần detector. Toàn bộ quá trình xử lí hiển thị là rất nhanh, cho phép phát triển xa hơn trong kĩ thuật số với detectors tia X thời gian thực. II- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy X-Quang số 2.2.2. Nguyên lí hoạt động – quá trình thu nhận ảnh của DR a, Cấu tạo cảm biến phẳng: (FPD – Flat Panel Detector) Photodiode or charge collector: chất bán dẫn dò sáng hoặc bộ góp điện tích: biến đổi tia X thành ánh sáng hoặc điện tích. TFT array: mảng TFT: thu các điện tích từ lớp trên. Electronic control: điều khiển điện tích: khởi động sư chuyển mạch các diode. Switching diodes: chuyển mạch các diode: kết nối điểm ảnh với nhau để hiển thị thiết bị. Multiplexer: bộ đa nhiệm: hiển thị tín hiệu điện. Hình 8: cấu tạo tấm cảm biến phẳng Tải về bản full