Bản chất tia X và cấu tạo - nguyên lý hoạt động của máy X-quang

1. Bản chất tia X:

a. Tia X là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn. Thông thường tia X có bước sóng trong khoảng từ 10-3 A0 đến 1 A0 (1A0 = 10-10m) tương ứng với dãy tần số từ 3×1016 Hz đến 3×1019 Hz và năng lượng từ 120eV đến 120keV.

b. Cơ chế phát tia X: Electron của Catod được tăng tốc trong điện trường mạnh nên có động năng rất lớn. Khi gặp các nguyên tử Anode, các electron này xuyên sâu vào vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân và các lớp electron của nguyên tử làm dịch chuyển các electron từ tầng này qua tầng khác (Nguyên tử có nhiều lớp các eclectron từ trong ra ngoài được đặt tên K, L , M.. theo mức năng lượng của electron từ thấp tới cao).Chính quá trình dịch chuyển từ tầng này sang tầng khác của các electron tạo ra tia X. Có hai dạng tia X được tạo là ‘bức xạ hãm’ và tia X đặc trưng. Bức xạ hãm tạo ra do sự tương tác giữa các điện tử và hạt nhân nguyên tử vật liệu làm bia. Tia X đặc trưng tạo ra khi các electron bắn phá bia làm bật electron trên các quỹ đạo bên trong ra khỏi nguyên tử vật liệu làm bia. Tia X này được gọi là tia X đặc trưng vì nó đặc trưng riêng cho từng loại nguyên tố làm bia. (Về bản chất sâu hơn nữa hiện nay chưa cập nhật rộng rãi). Hình ảnh được tạo ra khi chụp X quang là do bức xạ hãm, tia X đặc trưng sinh nhiệt lớn cần được giải nhiệt để đầu đèn hoạt động tốt.

2. Các tính chất và ứng dụng trong y học của tia X:

a. Tính chất:

• 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 phát quang một số chất.
• Có khả năng ion hóa không khí và các chất khí.
• Tác dụng sinh học rất mạnh: hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn, …

b. Ứng dụng trong y học:

• Sử dụng trong các máy X quang, Ct-scanner, PET- CT, xạ trị… rất có giá trị trong việc chẩn đoán cũng như điều trị bệnh.

c. Tác dụng không mong muốn của tia X:

• Với bước sóng ngắn tia X có thể đi xuyên qua mọi vật chất và gây hai rất lớn cho các dạng sinh vật sống. Với con người tia X ở mức độ tiếp xúc khác nhau rất dễ gây rối loạn quá trình trao đổi chất, thay đổi mã di truyền…
• Ngay nay các kỹ thuật đã hỗ trợ cho bệnh nhân phải hấp thu liều tia X giảm song vẫn đạt được hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị. Các biện pháp bảo vệ thụ động như các phòng sử dụng tia X được bọc trì, nhân viên bức xạ có áo trì vv…

3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy X quang:

a. Cấu tạo: Các thành phần chính trong hệ chụp X-quang bao gồm:

• Bóng phát tia X và bộ tạo cao áp
• Phin lọc
• Hệ chuẩn trực
• Lưới chống tán xạ.
• Bộ phận nhận tia X: Phim, tấm nhận ảnh KTS, bìa tăng quang hoăc tăng sáng truyền hình (khuếch đại ảnh)
• Bộ kiểm soát liều xạ tự động (AEC)
• Trung tâm điều khiển thông số và phát tia.

Hình: Các thành phần chính trong hệ chụp X-quang

Bóng phát tia X:

Bóng X-Quang có thể xem như dạng đặc biệt của điốt chỉnh lưu chân không, bóng X-quang gồm các bộ phận chủ yếu sau:

• Nguồn bức xạ điện tử - cathode (âm cực);
• Nguồn bức xạ tia X - Anode (dương cực) .
• Vỏ thủy tinh (vỏ trong) bao quanh anode và cathode, đã được hút chân không để loại trừ các phân tử khí cản trở trên đường đi chùm tia điện tử.
• Vỏ bóng (vỏ ngoài) thường làm bằng hợp kim nhôm phủ chì để ngăn ngừa tia X bức xạ theo những hướng không mong muốn ra môi trường xung quanh và còn có tác dụng tản nhiệt. Ngoài ra trên vỏ còn bố trí cửa sổ tia X nơi ghép nối với hộp chuẩn trực và vị trí các đầu nối.

Có hai loại bóng được ứng dụng phổ biến trong thiết bị X-Quang là bóng sử dụng Anode quay và bóng sử dụng Anode cố định. Bóng Anode cố đinh hiện ít sử dụng do nhanh rỗ đĩa Anode gây ảnh hưởng chất lượng tia X do cố định điểm bắn từ Catod sang. Máy X quang tại phòng khám chúng ta sử dụng Anode quay.

Hình: mô hình của bóng phát tia X

b. Nguyên lý tạo hình của máy 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 do vậy tác động của chùm tia còn lại tới bộ phận thu nhận (film, detector, màn chiếu…) là khác nhau qua đó bộ xử lý hình ảnh sẽ cho thang xám khác nhau. Mức độ thang xám sẽ tạo ra ảnh.

Bộ phận thu nhận và xử lý hình ảnh là điểm khác biệt lớn nhất giữa các thế hệ máy X quang.

• X quang cổ điển: sử dụng phim x quang để nhận tín hiệu, dùng máy rửa hoặc rửa tay qua các hoạt chất khác nhau để hiện hình ảnh.
• X-Quang kỹ thuật số: Sử dụng các tấm nhận ảnh CR hoặc DR, các máy tính sẽ sử lý tín hiệu và tạo ảnh. Các ảnh nhận được dễ dàng được sử lý, lưu trữ , truyền ảnh giúp thuận tiện cho theo dõi và chẩn đoán bệnh.
• Mô hình về X quang cổ điển, CR và DR.

Bác sĩ Phạm Khắc Hòa

Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Phòng khám đa khoa Thành Công.