Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 LờI Mở ĐầU Việc ứng dụng các thiết bị tạo ảnh trong y tế giúp ích rất nhiều cho các bác sĩ để chẩn đoán bệnh một cách thật chính xác từ đó tìm ra phơng pháp điều trị tốt nhất cho bệnh nhân. Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, đã có rất nhiều loại máy tạo ảnh đợc ra đời nh máy X quang ( X rays machine) máy chụp cắt lớp vi tính (CT Scanner), máy siêu âm (untrasound machine), máy điện tim (electrocardiograph), máy tạo ảnh cộng hởng từ (magnetic resonane imaging) Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong y học làm giảm đáng kể thời gian lu trữ, tìm kiếm tài liệu và tăng nhanh khả năng hội choẩn cho các bác sĩ. Cùng với sự ra đời của các chuẩn HL7 ( Health Level 7) - một tiêu chuẩn để mã hoá bản tin về các thông số của bệnh nhân để tiện lợi cho việc truyền trên hệ thống thông tin và chuẩn DICOM (Digital Image and Communication in Medicine) - tiêu chuẩn về hình ảnh cho các thiết bị tạo ảnh y tế, hay một hệ thống lu trữ và truyền ảnh PACS (Picture Achieving Communication System) rất thuận tiện cho các bác sĩ trong việc quản lý bệnh án, đào tạo từ xa, và kết nối một hệ thống liên bệnh viện. Thiết bị tạo ảnh đầu tiên trên thế giới là một máy X quang do nhà bác học ngời Đức Wilhelm Conrad Roentgen phát minh, ý tởng thiết kế và cấu tạo của nó ngày nay vẫn đợc các nhà chế tạo sử dụng. Song song với việc sử dụng máy tạo ảnh X quang truyền thống là dùng phim X quang để lu trữ ảnh, các nhà chế tạo đã áp dụng công nghệ bán dẫn trong việc tạo ra máy X quang số - là hệ thống máy X quang về cơ bản có cấu tạo nh máy X quang thờng quy (convention radiography) nhng ảnh của nó đợc lu trữ dới dạng số thuận tiện cho quá trình phóng to, thu nhỏ và truyền ảnh trên hệ thống thông tin. Máy X quang số là một sự kết hợp giữa công nghệ tạo ảnh truyền thống và công nghệ thông tin trong bệnh viện ngày nay. Hiện nay do kinh phí để mua một hệ thống X quang số là rất lớn, bên cạnh đó số lợng máy X quang thờng quy trong bệnh viện còn khá nhiều nên nhu cầu để chuyển từ một máy X quang thờng quy thành một máy X quang số để có thể kết hợp với mạng HIS là rất lớn. Trong bản luận văn này em xin trình bày chi tiết về một hệ thống X quang số, từ đó nêu ra giải pháp để chuyển từ máy X quang thờng quy thành một máy X quang số phụ vụ trong công tác chẩn đoán và liên kết thông tin trong bệnh viện. 1 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Chơng 1 Lịch sử phát triển Trong những năm 1870 và 1880 có rất nhiều nhà vật lý ứng dụng hoạt động của một ống tia âm cực gọi là ống Crooks trong thí nghiệm của họ. Hình 1.1 2 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Loại ống này là dạng nguyên thuỷ đầu tiên của đèn huỳnh quan và đèn neon. Mặc dù ống Crook là một loại ống tạo ra tia X nhng tại thời điếm đó không ai phát hiện ra sự có mặt của tia X. Hình 1.1 Nguyên bản của ống Crooks Vào ngày 8 tháng 11 năm 1895, Wilhelm Conrad Roentgen, một nhà vật lý ngời Đức cũng ứng dụng việc sử dụng ống Crook trong các thí nghiệm của ông ở trờng Đại Học Wurzburg. Trong phòng thí nghiệm tối của mình, ông bọc xung quanh ống Crook một loại giấy ảnh đen để ngăn không cho các tia phát ra ngoài. Khi thực hiện thí nghiệm, một đĩa kim loại đặt ngang qua ống đợc bao phủ bới tinh thể hợp kim Bari - một chất huỳnh quang bắt đầu phát sáng. Roentgen rất chú ý đến đặc điểm này và đặc biện ông để ý đến mối quan hệ giữa độ phát sáng của đĩa so với khoảng cách của ống, đĩa phát sáng hơn khi đợc di chuyển lại gần nguồn phát tia. Roentgen lần l- ợt đặt các chất khác nhau nh gỗ, nhôm và thậm chí là cả bàn tay của ông giữa ống và đĩa kim loại, cẩn thận quan sát sự ảnh hởng tại bền mặt đĩa. Roentgen mất thêm một vài tuần sau đó để tìm hiểu về một dạng năng l- ợng từ một loại tia lạ mà ông phát hiện ra, ông gọi đó là "tia x", x là biểu tợng cha biết. Cuối năm 1895, Roentgen gần nh đã khám phá ra hầu hết tính chất của tia X có bản chất gần giống nh ngày hôm nay. Ông đã đợc nhận giải Nobel về vật lý vào năm 1901nhờ khám phá này. 3 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Trong các thí nghiệm đầu tiên với tia X. Roentgen đã tạo ra một bức ảnh giải phẫu về bàn tay của vợ ông nhờ tia X. ứng dụng của tia X trong y học đầu tiên ở Mỹ là một cuộc thử nghiệm tại trờng cao đẳng Dartmouth vào tháng 2 năm 1896 khi tạo ảnh một cánh tay bị gãy xơng của một sinh viên. Máy X quang cổ phải mất 30 phút để tạo ra một bức ảnh có thể quan sát đ- ợc. Theo thời gian có rất nhiều cải tiến đã đợc ứng dụng vào trong máy X quang nhằm giảm thời gian phát tia và thời gian tạo ảnh. Khó khăn ban đầu của máy X quang là nguồn điện tại thời điểm đó không đủ công suất để có có thể tạo ảnh và rất khó để có thể điều chỉnh. Nhờ ứng dụng biến thế tự ngẫu H. C. Snook với máy phát dòng xoay chiều nên việc điều chỉnh dòng điện đợc dễ dàng hơn, với thiết kế "Cathode nóng" của William Coolidge kết hợp với phát minh của Snook đã cải thiện đáng kể nguồn điện cấp cho máy. ống Coolidge đợc giới thiệu vào năm 1910, là một dạng ống điển hình mà còn đợc ứng dụng cho các thiết kế của ống tia X ngày nay. Roentgen sử dụng một đĩa thuỷ tinh đợc bao phủ bởi chất nhũ tơng nh trong phim ảnh để tạo ra phim ảnh X quang. Cách này ngày nay vẫn đợc sử dụng trên thế giới, Pupin sử dụng màn hình phát quang để hiện ảnh X quang - gọi là X quang tăng sáng truyền hình sử dụng để tạo ra một ảnh X quang chuyển động. Năm 1898, Thomas Edison phải thử nghiệm với 1800 chất để tìm ra đặc tính phát quang của chúng. Ông là ngời phát minh ra ống huỳnh quang và khám phá ra rất nhiều các chất phát quang đợc sử dụng trong ngành X quang ngày nay. Edison đã phải từ bỏ các nghiên cứu của ông khi ngời trợ lý của ông Clarence Dally gần nh bị bỏng hết bàn tay do phải hứng nhiều tia X. Tay của Dally đã phải bị cắt bỏ và ông mất vào năm 1904. Đây là cái chết đầu tiên đợc ghi nhận bới tia X tại Mỹ. Cho đến tận chiến chiến tranh thế giới thứ nhất, đĩa tạo ảnh bằng thuỷ tinh vẫn đợc sử dụng để tạo ảnh tia X. Trong suốt thời kì chiến tranh các nhà sản xuất đĩa tạo ảnh không thể có đợc nguồn cung cấp thuỷ tinh chất lợng cao từ Bỉ, và chính phủ Mỹ đã phải nhờ đến George Eastman, ngời sáng lập ra công ty Kodak Eastman. Eastman đã phát minh ra phim ảnh sử dụng Nitrate Cenllulose, một loại chất plastic mới thay thế cho thuỷ tinh. Bức ảnh đầu tiên ứng dụng phát minh này ra đời năm 1941. 4 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Những năm đầu thế kỉ 20, sự phát xạ gây ra những ảnh hởng trên da ngời nh bỏng da, rụng tóc và sự thiếu máu ở cả bác sĩ và bệnh nhân. Sự đo đạc liều phóng xạ và kiểm soát liều chiếu vẫn luôn đợc duy trì nhằm đánh giá thơng tốn mà tia X gây ra vẫn đợc tiếp tục ngày nay. Việc mặc quần áo bằng chì và sử dụng hàng rào bảo vệ để giảm liều chiếu đối với ngời vận hành máy phải luôn đợc kiểm tra. Ngày nay, nhờ cải tiến công nghệ và các cảnh báo an toàn, các lần phát tia X dần trở nên an toàn hơn với bệnh nhân. Hình 1.2 Wilhelm Conrad Roentgen 5 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Chơng 2 Cơ sở lý thuyết 2.1 Nguyên lý Công nghệ chẩn đoán quang tuyến là công nghệ tạo ảnh nhờ ứng dụng tia X, một nguồn năng lợng bức xạ từ bóng X quang Chùm tia X khi xuyên qua một vật thể (ví dụ cơ thể ngời bệnh) sẽ bị suy giảm, sau đó tác động vào một vật hiện hình, từ đó tạo ra một hình ảnh tổng thể của toàn bộ thể tích đợc tia X chiếu qua. Sự suy giảm này không đồng đều mà khác nhau, phụ thuộc vào khả năng hấp thụ tia X của vật chất và đợc đánh giá bởi công thức (Lamber-Beer): Trong đó: o I 0 là năng lợng chùm tia tới o I là năng lợng chùm tia sau khi đi qua đối tợng (chùm tia ló) o s là chiều dày của đối tợng o là hệ số suy giảm khối lợng. Hệ số biểu thị cấu trúc vật chất của các đối tợng và phụ thuộc vào năng lợng bức xạ Chùm tia X đã đợc biến đổi sau khi đi xuyên qua vật thể sẽ tác động vào một vật hiện hình, từ đó tạo ra một hình ảnh tổng thành của toàn bộ thể tích đợc tia X chiếu qua 6 I = I 0 e - ps Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Vật hiện hình có thể là phim, màn hình quang bóng tăng sáng Hình 2.1 Mô phỏng chụp X quang bàn tay Hình 2.2 Mô phỏng chiếu ảnh X quang lồng ngực 2.2 Cấu trúc của máy X quang Chùm tia X quang Chùm tia X quang ống tia X quang Bệnh nhân Phim 7 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Hình 2.3 Một hệ thống thiết bị của máy X quang Máy X quang là một hệ thống thiết bị. Trong đó bao gồm thiết bị tạo tia X và các thiết bị khác nh thiết bị mang ảnh, khối cao thế, thiết bị định dạng chùm tia X và định vị bệnh nhân, thiết bị tạo ảnh, thiết bị rửa phim, hệ thống máy tính liên mạng và bộ cảm biến điện tử đối với hệ thống X quang số. Dù đơn giản hay phức tạp một hệ thống thiết bị X quang thờng gồm các khối sau: 8 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Hình 2. 4 Sơ đồ khối hệ thống máy X quang Chụp/chiếu (R/F) Thiết bị tạo tia X gồm bóng X quang và khối tạo điện áp cao thế cỡ 30-150 kV cung cấp cho bóng. Khối điều khiển có nhiệm vụ quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống nh: thay đổi chức năng chụp/chiếu, đặt liều lợng tia X phù hợp với từng đối t- ợng - điều khiển kV, mA và thời gian chụp/chiếu (s) cũng nh kiểm soát an toàn. Khối các thiết bị khác để định vị bệnh nhân và chùm tia X gồm có bàn bệnh nhân, cột/giá treo bóng, bộ chuẩn trực 9 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Thiết bị mang ảnh phổ biến là phim. Với máy X quang tăng sáng truyền hình có bóng tăng sáng. Với hệ thống X quang số (DR), do không sử dụng cassette mà sử dụng một panel cảm biến thu lại cờng độ của tia X khi đi qua cơ thể bệnh nhân, sau đó biến đổi cờng độ này thành các mức điện áp, nhờ sử dụng một phần mềm tạo ảnh và kết hợp với các thuật toán tạo ảnh. ảnh X quang về bộ phận cơ thể cần tạo sẽ đợc hiển thị trực tiếp nên màn hình để các bác sĩ có thể xem ngay khi chụp mà không phải mất một khoảng thời gian chờ rửa phim. Ưu việt của hệ thống X quang số là khả năng tạo ảnh nhanh, ảnh có thể dễ dàng phóng to, thu nhỏ, hiệu chỉnh độ sáng tối để giúp cho việc chẩn đoán dễ dàng hơn. Một hệ thống máy tính xử lý sau đó có nhiệm vụ lu ảnh, truyền ảnh trên mạng hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) giúp cho các bác sĩ dễ dàng trao đổi kinh nghiệm và chẩn đoán từ xa. 10 [...]... và hệ thống tráng rửa phim Khả năng kết nối mạng, truyền ảnh, x lý ảnh đối với hệ thống X quang số 13 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 2.5 Một số loại máy X quang chuyên dụng Máy X quang chi u/chụp cao tần số hoá Máy X quang chụp mạch quang tuyến Máy X quang chụp nhũ ảnh X- quang nhi khoa X- quang nha khoa 2.5.1 Máy X quang chi u/chụp cao tần số. .. bằng chùm tia X quang Đặc điểm của ảnh X quang: o ảnh X quang có chi u sâu o ảnh X quang là ảnh bị méo dạng do chùm tia X đợc phát theo dạng khối chóp nên những bộ phận nằm gần nguồn phát tia sẽ đợc phóng đại lớn hơn so với các bộ phận nằm xa hơn o ảnh X quang biến dạng theo góc phát x , khi trục của đối tợng vuông góc với trục của chùm tia thì ảnh ít méo dạng nhất o Khi chi u, ảnh X quang di chuyển... quang tuyến X 2.6.2.3 Bức x tổng hợp Bức x tổng hợp là sự kết hợp giữa bức x liên tục và bức x rời rạc Số lợng tia X- đặc trng trong phổ bức x tổng hợp phụ thuộc vào trị số kV X t với anôt là tungsten: o U 70 kVp thì 100% là bức x liên tục o U = 80 kVp thì 10% là bức x đặc trng, 90% là bức x liên tục o U = 150 kVp thì 28% là bức x đặc trng, 72% là bức x liên tục Hình 2.17 Phổ bức x tổng hợp... thị ảnh Một số thiết bị phụ trợ khác 3.1 Bóng X quang 3.1.1 Nguyên lý hoạt động Bóng X quang là một trong những linh kịên chủ yếu của máy X quang, hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi năng lợng từ động năng của chùm tia điện tử bức x từ catốt sang năng lợng tia X bức x từ anốt Bóng X quang ảnh hởng quyết định đến chất lợng ảnh Các yêu cầu sau đây có tầm quan trọng đặc biệt đối với bóng X quang: ... vì có nhiều photon X thâm nhập đợc tới phim o Độ tơng phản trong trờng hợp này giảm Để tạo ảnh X quang có chất lợng cao, không dùng photon X có năng lợng quá thấp (bằng cách sử dụng các bộ lọc sơ bộ) và quá cao (bằng cách hạn chế trị số kVp) Chơng 3 Cấu trúc của máy X quang Máy X quang là một hệ thống thiết bị trong đó bao gồm các thiết bị chủ yếu sau: Thiết bị tạo tia X - Bóng X quang 30 Website:... đợc xem là quan trọng nhất 14 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Hình 2 7 Máy X quang di động chi u chụp tăng sáng - truyền hình 2.5.2 Máy X quang chụp mạch quang tuyến Nguyên lý: Thiết bị chụp mạch quang tuyến là một dạng đặc biệt của thiết bị X quang tăng sáng-truyền hình số hoá dùng để chẩn đoán mạch máu Hệ thống thiết bị này thờng bao gồm một hoặc... Hình 2 5 Một hệ thống X quang số điển hình của hãng Anexa 11 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 Hình 2 6 Sơ đồ mạch điện điển hình máy X quang thông thờng 2.3 Đặc trng kĩ thuật của máy X quang Công suất phát x lớn (dòng cao thế có thể đạt tới 1000mA với điện áp cao thế tơng ứng khoảng 150 KV) Thời gian phát x ngắn tới 1ms Liều lợng tia x qua bệnh... chuyển theo hớng ngợc chi u với hớng di chuyển của tiêu điểm phát x có nghĩa là ngợc với chi u di chuyển của bóng X quang 2.6.5.2 Chất lợng của ảnh X quang Chất lợng ảnh X quang đợc quyết định bởi những yếu tố sau đây: o Độ tơng phản mầu sắc (sau đây sẽ gọi vắn tắt là độ đối quang) :Là sự biểu hiện trên màn hình (phim, màn huỳnh quang ) của sự suy giảm năng lợng của chùm tia X khi đâm xuyên qua các bộ... phim-màn truyền thống o Chụp bằng kỹ thuật số o Hình 2 13 Máy X quang răng 20 Website: http://www.luanvan.edu.vn Email : lienhe@luanvan.edu.vn Tel (: 090.905.9193 2.6 Các tính chất vật lý cơ bàn của tia X 2.6.1 Bức x tia X Tia X là một bức x điện từ, mang tính chất sóng và tính chất hạt Tia X đợc sinh ra nhờ sự chuyển đổi năng lợng điện năng sang động năng, sau đó là nhiệt năng và bức x tia X Nguyên... tuỳ thuộc vào số lần tơng tác o Điệnt tử gia tốc số 4 có thể đẩy một điện tử trên quỹ đạo của nguyên tử tấm đích ra khỏi quỹ đạo của nó Tơng tác này tạo ra bức x tia X có năng lợng đặc trng cho vật liệu chế tạo tấm đích 2.6.2 Phổ tia X Bức x tia X do các tơng tác nói trên tạo ra có thể chia làm hai loại với những đặc trng riêng gọi là bức x hãm (bức x liên tục) và bức x đặc trng (bức x rời rạc) . lớn. Trong bản luận văn này em xin trình bày chi tiết về một hệ thống X quang số, từ đó nêu ra giải pháp để chuyển từ máy X quang thờng quy thành một máy X quang số phụ vụ trong công tác chẩn. để mua một hệ thống X quang số là rất lớn, bên cạnh đó số lợng máy X quang thờng quy trong bệnh viện còn khá nhiều nên nhu cầu để chuyển từ một máy X quang thờng quy thành một máy X quang số để. X quang truyền thống là dùng phim X quang để lu trữ ảnh, các nhà chế tạo đã áp dụng công nghệ bán dẫn trong việc tạo ra máy X quang số - là hệ thống máy X quang về cơ bản có cấu tạo nh máy X quang