Đề cương ôn tập môn “Thiết bị chẩn đoán hình ảnh y học I” 2010 Biên soạn : Sky Chương I –II: Bức xạ và nguyên tử I.Bức xạ: là năng lượng di chuyển trong ko gian hay vật chất. Có 2 loại bức xạ trong chẩn đoán h/a: bức xạ hạt và bức xạ điện từ.  Gồm as khả kiến, sóng radio, tia X,… 1.Bức xạ điện từ:  Ko cần môi trường.  Vận tốc tối đa trong chân ko là 2,998x 10 8 m/s.  Sóng điện từ di chuyển theo đường thẳng. Tuy nhiên khi có tương tác hấp thụ hay tán xạ với vật chất thì đường đi của nó có thể thay đổi.  Bức xạ điện từ sd trong chẩn đoán h/a là: o Tia Gamma o Tia X o Bức xạ tần số raido  Bức xạ điện từ có bản chất sóng và hạt: o Bản chất sóng: đặc trưng bởi biên độ, bước sóng, chu kỳ, tần số, vận tốc o Bản chất hạt: được thể hiện dưới dạng năng lượng của các photon ( NL của 1 photon: )  Khi 1 hạt nhân ko bền phân rã, sẽ có các hạt và NL được phát xạ từ hạt nhân này  các hạt và NL này được gọi là bức xạ hạt nhân 2.Bức xạ hạt:  Có 3 loại bức xạ hạt nhân là: alpha, beta và gamma.  Bức xạ alpha và beta là các hạt.  Bức xạ Gamma giống như sóng as nhưng có tần số cao hơn rất nhiều. II.Bức xạ từ chuyển mức electron: gồm có bức xạ tia X đặc trưng và bức xạ tia X hãm.  Electron NL cao có thể đánh bật 1 electron gần hạt nhân trong 1 nguyên tử ra khỏi vị trí của nó. Lỗ trống này sẽ được lấp đầy bỏi 1 e cách xa nhân hơn. NL phóng thích của mỗi lần chuyển mức bằng với sự khác biệt về NL liên kết giữa lớp điện tử đầu và cuối. 1.Bức xạ tia X đặc trưng:  Sự chuyển mức điện tử giữa các lớp nguyên tử sẽ sinh ra bức xạ trong vùng khả kiến, cực tím và tia X của phổ điện từ  Phát xạ từ chuyển mức vượt quá 100eV gọi là tia X đặc trưng.  E đặc trưng = E b lớp lỗ trống – E b lớp chuyển mức  Trong bóng XQ, các e phát xạ từ cathode được gia tốc về anode bằng KL bằng 1 điện thế gia tốc khoảng 50kV. 2.Bức xạ tia X hãm ( Bremsstrahlung X-rays):  Các e NL cao tương tác với các nguyên tử trong bia KL. Đôi khi các e đến rất gần hạt nhân trong bia và bị làm chệch hướng bởi tương tác điện từ  quá trình này được gọi là Bremsstrahlung – bức xạ hãm, e sẽ mất NL và 1 photon ( X-ray) được phát xạ. NL của photon phát xạ tối đa bằng NL của photon tới. Chương III: Sự tương tác của bức xạ và vật chất I.Một số khái niệm cơ bản:  Những hạt mang điện tương tác nhau thông qua các lực điện và sẽ mất KE (kinetic energy) thông qua sự kích thích, ion hóa và bức xạ. 1.Sự kích thích, ion hóa và bức xạ mất đi:  Sự kích thích: o Khi NL tác động < NL liên kết (E<E b ) thì sẽ xuất hiện sự kích thích: e ko bay ra khỏi nguyên tử, chỉ chuyển từ mức này sang mức khác.  Sự ion hóa: o Khi NL tác động > NL liên kết ( E>E b ) thì ion bị bắn bay ra khỏi nguyên tử. o Khi bắn phá theo 1 dây chuyền ( ion hóa thứ cấp)  tạo “delta rays”  Khoảng 70% NL ko bắn e ra khỏi nguyên tử  ko tạo ion hóa  Các hạt e có đường đi là kết hợp của nhiều quá trình tán xạ bởi lực Coulomb. 2.Đường đi các hạt mang điện:  Các hạt nặng ( như hạt alpha) có khối lượng lớn nên đường đi ít bị ảnh hưởng.  Path = chiều dài e đi  Range = độ xuyên sâu tuyến tính của hạt qua vật chất  Range <= Path  Hạt neutron ko có điện tích nên ko có sự kích thích hay ion hóa. 3.Tương tác của các hạt neutron:  Các hạt này có thể tác động với hạt nhân để đẩy ra các hạt mang điện như p + và alpha 2+ .  Là sự làm chệch hướng đường đi ban đầu của các hạt photon. 4.Tán xạ:  Có 2 loại: o Tán xạ đàn hồi: KE ko đổi trong quá trình tán xạ. o Tán xạ ko đàn hồi: tán xạ bị mất KE. Có 4 tương tác quan trọng của tia X với vật chất được sd trong y học hạt nhân và chẩn đoán hình ảnh: II.Tương tác của tia X với vật chất:  Là kết quả của sự tương tác của photon tới. 1.Tán xạ cổ điển (Classical-Rayleigh-Elastic-Coherent Scattering):  Ko có sự ion hóa.  Ko bị mất NL.  Đường đi của photon tán xạ ko lệch nhiều so với đường đi của photon tới.  Xác suất xảy ra khoảng 5%.  Xảy ra giữa photon và e ở lớp ngoài cùng ( do 2.Tán xạ Compton ( Compton Scattering): ).  Khi bị tán xạ, e bay ra lệch 1 góc so với photon tới.  Xảy ra hiện tượng ion hóa, bị mất NL  giảm độ tương phản trên ảnh chụp  Xác suất xảy ra tỉ lệ với khối lượng riêng của vật chất  E 0 = E scatter + E e o E 0 càng lớn thì photon và e tán xạ sẽ theo hướng thẳng về trước o Đối với photon có NL cao thì NL đó sẽ truyền hết cho e Compton (E e )  Xảy ra khi photon tới tương tác với e bên trong ( e có NL liên kết gần bằng NL của nó nhất – và nhỏ hơn NL của nó ). 3.Hiệu ứng quang điện (Photoelectric Effect):  Tất cả NL photon tới đều truyền hết cho e  Xác suất xảy ra tỉ lệ với Z 3 /E 3 , xác suất sẽ giảm khi NL photon tới ko lớn hơn nhiều so với NL liên kết  Do ko có tán xạ  độ tương phản sẽ tăng với hiệu ứng quang điện  Phải có E của photon tới > 1,02 MeV và xảy ra trong vùng hạt nhân nặng. 4.Hiệu ứng tạo cặp (Pair Production):  Tạo ra cặp negatron và positron .  Giảm theo định luật Lambert – Beer : III.Độ suy giảm của tia X:  o : hệ số suy giảm khối lượng o : hệ số suy giảm tuyến tính  HVL (Half Value Layer) : độ dày cần thiết để giảm cường độ tia X còn 1 nửa  Liều hấp thụ: IV.Liều hấp thụ, liều chiếu, liều hiệu dụng, liều tương đương: o Absortbed Dose = (Gy) o 1 Gy = 1 J/kg  Liều chiếu: o (kk = 0.00876, nước-cơ= 0.009, xương: 0.02-0.04) o (C/kg) ( C= 6 x 10 18 e, 1 R =2,58 x 10 4 C/Kg)  Liều tương đương: o H = D.w R (Sv) o w R : hệ số phát xạ khối lượng  Liều hiệu dụng: o o H T : liều tương đương cho mỗi cơ quan o W T : hệ số khối lượng mô Chương V: Nguyên lý tạo tia X và cấu tạo máy X quang I.Nguyên lý tạo tia X :  Cathode - Nguồn phát e 1.Các bộ phận tạo tia X :  Anode – Bia  Ống X-quang – quãng đường các e đi qua để từ cathode đến anode  Nguồn – để gia tốc cho các e  Các e đập vào anode tạo ra: 2.Quá trình tạo tia X: o Nhiệt – động năng của các e bị chuyển hóa thành nhiệt ( khoảng 99%) o Tia X, chỉ khoảng 1%  Tia X hãm-Bremsstrahlung : do tương tác lực Coulomb, tạo phổ liên tục  Tia X đặc trưng: e tới va chạm với e orbital, tạo phổ rời rạc a.Quá trình tạo tia X hãm-Bremsstrahlung:  Cathode – nguồn e, chứa các hạt mang điện âm  Anode – bia, chứa các hạt mang điện dương  1 điện thế rất lớn ( khoảng kVp) được đưa vào 2 đầu điện cực của ống chân không trong ống X- quang.  Các e từ cathode được cấp KE và được gia tốc về phía anode.  Những hạt nhân mang điện dương ở anode sẽ hút các e tới theo lực Coulomb  Các e tới sẽ bị giảm tốc và lệch hướng khi đến gần các hạt nhân nguyên tử  Theo nguyên lý bảo toàn động lượng, KE của các e bị mất sẽ chuyển thành các photon phóng xạ điện từ (EM), đó chính là tia X hãm  Phổ của các tia X hãm là phổ liên tục và đa sắc  Hệ số tạo tia X phụ thuộc vào số khối nguyên tử Z và điện thế gia tốc (kVp): X-ray efficiency E max .Z.10 -6 b.Quá trình tạo tia X đặc trưng:  Các e tới có KE (lớn hơn NL liên kết của các e nguyên tử) sẽ va chạm với các e nguyên tử ở các mức NL cao, đẩy các nguyên tử này ra ngoài.  Các e nguyên tử ở mức thấp hơn sẽ nhảy lên, lấp lỗ trống của e nguyên tử vừa bị va chạm.  Sự nhảy mức NL này phát xạ ra các photon tia X đặc trưng với NL tương đương với NL liên kết của e nhảy mức.  Phổ của tia X đặc trưng sẽ là phổ rời rạc. II.Cấu tạo máy X- quang: II.Cấu tạo máy X- quang: • Bộ cấp điện cao thế vào cực dương và cực âm a.Cấu tạo máy x-quang • Bộ điều khiển thời gian phát tia • Bộ cấp nguồn đốt tim đèn X quang • Ống phóng tia X (dây tóc tungsten, catot, anot, …) • Bộ lọc, bộ chuẩn trực • Lưới chống tán xạ • Sreen-film Đối với x-quang kts có thêm đầu dò, bộ phận thu nhận, lưu trữ dữ liệu , máy tính. *Cathode: b.Ống tia X: - có chức năng tạo nguồn e 1.Dây tóc - dòng trong dây tóc 10v ,7A - điện trở nhiệt của dây tóc phát ra e dưới dạng phát xạ nhiệt (đám mây e) - hiệu chỉnh dòng trong dây tóc->điều chỉnh dòng trong ống x-quang (số e từ catot sang anot) - bộ catot –hình dạng chùm e phân bố (ko phân cực ) là dòng trong dây tóc. 2.Focusing cup - phân cực trong ống x-quang có tác dụng : + dòng trong focusing cup được cách điện so với dây tóc + giảm đi độ mở rộng của chùm e + bề dày tiêu điểm nhỏ hơn + ứng dụng của điện thế phân cực âm hạn chế chùm e phân bố xa hơn. - bề dày của focusing cup plot quyết định bề dày của tiêu điểm - chiều dài của dây tóc quyết định chiều dài của tiêu điểm. 3. Khoảng không gian giới hạn điện tích - Nhiệt độ của điện trở dây tóc tăng làm tăng số lần phát xạ nhiệt. - nếu điện thế bằng không, đám mây e bay lơ lững xung quanh dây tóc - nếu áp vào hai đầu catot và anot một điên thế thích hợp e chuyển từ Cathode->Anode - dòng trong ống (mA) ít hơn 5-10 lần dòng trong dây tóc *Anode: - điểm nóng chảy trên anot (tạo nhiệt) và số nguyên tử (tạo bức xạ hãm) - anot cố định :bia tungsten gắng trên Cu - anot quay: nhiệt tản đều không bị nóng chảy , tạo phản xạ cho chùm e bay ra 1 .Góc và kích thước tiêu điểm - phạm vi góc :7-20 độ - FS thực tế được xác định bởi chiều dài dây tóc và bề dày của focusing cup + bề dày của tiêu điểm không ảnh hưởng đến góc vì vậy bề dày tiêu điểm hiệu dụng bằng bề dày của tiêu điểm thực + chiều dài của FS hiệu dụng < chiều dài của FS thực tế FS(hiệu dụng)=FS(thực tế ).sin0 -FS càng nhỏ ->cải tiến độ phân giải không gian Độ phân giải không gian là khả năng phân biệt được hai điểm mà mắt chúng ta còn phân biệt được. FOV: trường quan sát - chùm tia x không đều sẽ bị mất năng lượng 2.Hiệu ứng gót chân *Bộ lọc Chùm tia có cường độ thấp qua lớp vật liệu bộ lọc được thêm vào: hấp thu nhưng tia x có mức năng lượng thấp , giảm liều cho bệnh nhân , tăng chất lượng chùm tia. *Bộ chuẩn trực: Vì tia x là chùm loe ra nhưng trong x-quang cần chùm song song nên chùm tia x sau khi tạo ra cho qua bộ phận chuẩn trực có tác dụng: - điều chỉnh kích thước và hình dạng của chùm tia x - tạo chùm tia x song song đối nhau - giảm liều chiếu cho bệnh nhân - hạn chế trường chiếu xạ ->giảm tán xạ ->cải tiến độ tương phản của ảnh - tự động chuẩn trực chùm tia *Bộ định thời - bộ định thời giúp ta có thể ước lượng được liều chiếu có ý nghĩa trong tạo ảnh - buồng ion hóa tạo ra điện thế và dòng điện - trong kĩ thuật chọn KVp, dòng trong ống x-quang được xác định khi có sự cân bằng điện thế ở một mức điện thế chuẩn. - bộ định thời được cài đặt để hạn chế số mức chiếu đến Cần năng lượng cung cấp cho ống x-quang (KVp) -> tạo bức xạ hãm c.Nguồn phát sóng chức năng:  Bộ phận máy phát sóng: gồm có - Nguồn cung cấp đầu vào - Biến thế chuyển điện áp từ V->kV - Diodes và triodes + điều chỉnh dòng + chỉnh lưu dòng - Đầu vào nhiều pha (1 pha – 3 pha) và tần số cao ( trên 50kHz ) . Đề cương ôn tập môn “Thiết bị chẩn đoán hình ảnh y học I” 2010 Biên soạn : Sky Chương I –II: Bức xạ và nguyên tử I.Bức xạ: là năng lượng di chuyển. bởi chiều dài d y tóc và bề d y của focusing cup + bề d y của tiêu điểm không ảnh hưởng đến góc vì v y bề d y tiêu điểm hiệu dụng bằng bề d y của tiêu điểm