BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN SXTN CẤP BỘ Tên dự án: CHẾ TẠO MÁY CHỤP X-QUANG DÙNG CHO CÁC CƠ SỞ Y TẾ TUYẾN HUYỆN
Cơ quan chủ trì: VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG Chủ nhiệm Dự án: HÓA NGUYỄN THẾ TRUYỆN
1
HÀ NỘI – 2009
2
BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN SXTN CẤP BỘ Tên dự án: CHẾ TẠO MÁY CHỤP X-QUANG DÙNG CHO CÁC CƠ SỞ Y TẾ TUYẾN HUYỆN
CƠ QUAN CHỦ TRÌ VIỆN TRƯỞNG
CHỦ NHIỆM DỰ ÁN
DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÓNG KÈM THEO BÁO CÁO
1. Hợp đồng Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, số 01.07/DABS/HĐKHCN
2. Phụ lục 1: Nội dung, tiến độ và kết quả thực hiện dự án 3. Phụ lục 2: Dự toán kinh phí dự án 4. Phụ lục 3: Các hình ảnh, bản vẽ bổ sung 5. Phụ lục 4: Danh mục vật tư linh kiện
MỤC LỤC Trang bìa………………………………………………………………………………….. Mục lục…………………………………………………………………………………….. Danh mục các bảng biểu………………………………………………………………..... Danh mục các hình vẽ…………………………………………………………………….. Mở đầu…………………………………………………………………………..….…...11
CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Thông tin chung về dự án…………………………………………….……………..12 1.2 Tổng quan…………………………………………………………………………...13 1.2.1 Tình hình nghiên cứu và triển khai ở nước ngoài………….………………13 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai ở trong nước………………….………13 1.2.3 Luận cứ về xuất xứ và tính cấp thiết của dự án……………………..……..14 1.2.4 Mục tiêu của dự án…………………………………………………………15 1.3 Khảo sát thực trạng và nhu cầu sử dụng máy X-quang của các cơ sở y tế………….15 1.3.1 Máy X-quang chẩn đoán D36, D37……………………………...………...17 1.3.2 Máy Neodiagnomax……………………………………………………..…18 1.3.3 Máy X-quang Genius 65HF………………………………………………..19 1.3.4 Máy X-quang tăng sáng truyền hình XUD 150L/RS50A……………..…..21 1.3.5 Máy chụp cắt lớp CT scanner Hispeed Dx/i…………………………….…22 1.3.6 Nhận xét chung về các máy X-quang đang sử dụng tại Việt Nam….……..23 1.4 Một số tiêu chuẩn về an toàn bức xạ đối với thiết bị chụp X-quang………………..24 1.4.1 Tiêu chuẩn TCVN……………………………………….……..………….24 1.4.2 Tiêu chuẩn IEC…………….……………………………….……..……….25
CHƯƠNG II GIỚI THIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT TIA X 2.1 Bóng phát tia X……………………………………………………….…………….26 2.1.1 Nhóm bóng X-quang nha khoa…………………………………………….26 2.1.2 Nhóm bóng X-quang dùng trong công nghiệp………………….…………27 2.1.3 Nhóm bóng đa dụng…………………………………………….……..…..27 2.1.4 Bóng X-quang chụp mạch máu…………………...…………...…………..28 2.1.5 Bóng chụp X-quang tuyến vú……………………………….………….….29 2.1.6 Chụp cắt lớp vi tính [CT-Computerized Tomography]………...……….…29 2.2 Thiết bị điều khiển phát tia X………………………………………………………30 2.3 Hiện tượng gợn sóng……………………………………………….……………….31 2.4 Thiết bị phát tia độ gợn sóng thấp………………………….………………………33 2.5 Thiết bị phát tia 3 pha……………………………………..………………..………35 2.6 Thiết bị phát tia trung tần………………………………..………………………….36
CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CHỤP X-QUANG THƯỜNG QUY MODEL EVX-LF3509 3.1 Cơ sở và nguyên tắc thiết kế…………………………………………..…………….39 3.1.1 Cơ sở thiết kế……………………………………………………………….39 3.1.2 Nguyên tắc thiết kế………………………………………………………....39 3.2 Sơ đồ khối tổng quát máy chụp X-quang thường quy EVX-LF3509…..…………..39 3.3 Lựa chọn linh kiện thiết kế các thành phần máy EVX-LF3509……….…….….…..44 3.3.1 Bóng phát tia………………………………………………….…….……..44 3.3.2 Thiết kế bộ phận tạo cao thế………………………………………...……..53 3.3.3 Thiết kế bộ phận điều khiển cường độ tia……………………..….………..56 3.3.4 Thiết kế bộ phận điều khiển Rotor Anode………………...………………59 3.3.5 Thiết kế bộ phận xử lý trung tâm………………………………………….60 3.3.5.1 Vi xử lý PIC18F4620……………………………….……………61
3.3.5.2 Khối hiển thị……………………………………………..………62 3.3.5.3 Khối bàn phím………………………………………………..…..63 3.3.5.4 Giao diện điều khiển cách ly quang................................................64 3.3.5.5 Xây dựng chương trình mã nguồn..................................................65 3.3.5.6 Thiết kế phần mềm máy tính [EVXpro].........................................68 3.4 Thiết kế chế tạo các Module máy X-quang cao tần……………….….…………….70 3.4.1 Module cấp nguồn chính……………………………………...…….......….70 3.4.2 Module điều khiển công suất…………………………………..…………..73 3.5 Thử nghiệm máy chụp X-quang EVX-LF3509…………………….…....…………75 3.5.1 Mục đích và quy trình thử nghiệm………………………..….…...………..75 3.5.2 Phương tiện kiểm tra……………………………………….…..…...….…..76 3.5.3 Kiểm tra cao áp đỉnh……………………………………………..………..78 3.5.4 Kiểm tra suất liều chiếu...............................................................................79 3.5.5 Kiểm tra độ lọc tia và HVL của bóng X quang...........................................80 3.5.6 Kiểm tra chất lượng hình ảnh......................................................................80 3.5.6.1 Kiểm tra độ méo vặn ảnh...............................................................80 3.5.6.2 Kiểm tra độ phân giải tương phản cao...........................................81 3.5.6.3 Kiểm tra độ phân giải tương phản thấp..........................................81 3.5.6.4 Kiểm tra ngưỡng tương phản.........................................................82 3.5.7 Kết quả thử nghiệm........................................................................................82 3.6 Thử nghiệm Module nguồn và Module công suất cho máy cao tần ..........................85 3.7 Quy trình công nghệ thiết kế, chế tạo Máy chụp X-quang thường quy……..………87 3.7.1 Quy trình thiết kế, chế tạo thử nghiệm………………………………...…..87 3.7.2 Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt sản phẩm………………………….93 3.7.3 Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm……………...…………94
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận………………………………………………………………….…………..96 4.1.1 Kết quả thực hiện dự án…………………………………………………….96 4.1.2 Một số hoàn thiện của sản phẩm dự án so với sản phẩm đề tài………...…101 4.1.3 Đánh giá hiệu quả của dự án…………………………………………....…108 4.1.4 Đánh giá mức độ hoàn thành của dự án…………………………..………108 4.2 Kiến nghị…………………………………………………………………….……..109 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………….……………………...………..…..111 HỢP ĐỒNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ, SỐ 01.07/DABS/HĐ-KHCN
PHỤ LỤC 1. NỘI DUNG, TIẾN ĐỘ VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN PHỤ LỤC 2. DỰ TOÁN KINH PHÍ DỰ ÁN PHỤ LỤC 3. CÁC HÌNH ẢNH, BẢN VẼ BỔ SUNG PHỤ LỤC 4. DANH MỤC VẬT TƯ LINH KIỆN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU trang Bảng 2.1
Một số bóng X-quang nha khoa
26
Bảng 2.2
Một số bóng X-quang công nghiệp
27
Bảng 2.3
Một số bóng X-qang đa dụng
28
Bảng 2.4
Một số bóng X-quang chụp mạch
29
Bảng 2.5
Một số bóng X-quang tuyến vú
29
Bảng 2.6
Một số bóng X-quang CT
30
Bảng 3.1
Phân loại một số bóng phát tia X theo hãng sản xuất
44
Bảng 3.2
Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của bóng phát tia X trong máy EVX-LF3509
47
Bảng 3.3
Tham khảo giá một số loại bóng phát tia X
47
Bảng 3.4
Thông số kỹ thuật của Mô-tơ bóng phát tia Toshiba E7239X
49
Bảng 3.5
Các phương tiện để kiểm tra máy chụp X-quang thường quy
76
Bảng 3.6
Số liệu kiểm tra thông số tia X máy EVX-LF3509
82
Bảng 3.7
Kết quả kiểm tra an toàn bức xạ máy EVX-LF3509
84
Bảng 3.8
Diễn giải quy trình thiết kế, chế tạo thử nghiệm
88
Bảng 4.1
Một số nội dung chính của dự án đã thực hiện
96
Bảng 4.2
Các thiết bị cấu thành sản phẩm của dự án
100
Bảng 4.3
Các chi tiết sản phẩm của dự án được cải tiến so với sản phẩm đề tài
101
Bảng 4.4
Máy EVX-LF3509 và một số thiết bị tương đương
103
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ trang Hình 1.1
Bàn bệnh nhân máy Neodiagnomax
19
Hình 1.2
Tủ điều khiển máy Neodiagnomax
19
Hình 1.3
Máy X-quang chẩn đoán Genius 65HF
20
Hình 1.4
Máy X-quang tăng sáng truyền hình XUD 150L/RS50A
22
Hình 1.5
Máy chụp cắt lớp CT scanner Hispeed Dx/i
23
Hình 2.1
Bóng X-quang nha khoa
26
Hình 2.2
Bóng X-quang công nghiệp
27
Hình 2.3
Bóng X-quang đa dụng
27
Hình 2.4
Bóng X-quang chụp mạch
28
Hình 2.5
Bóng X-quang tuyến vú
29
Hình 2.6
Bóng X-quang CT
29
Hình 2.7
Mô tả một số dạng sóng điện áp của thiết bị điều khiển phát tia X
30
Hình 2.8
Dạng sóng điện áp một pha sau chỉnh lưu nửa sóng
32
Hình 2.9
Sơ đồ nguyên lý thiết bị phát tia một pha chỉnh lưu toàn sóng
32
Hình 2.10
Dạng sóng điện áp một pha sau chỉnh lưu toàn sóng
33
Hình 2.11
Sơ đồ khối và dạng sóng điện áp của thiết bị phát tia độ gợn sóng thấp
34
Hình 2.12
Mô tả dạng sóng cao áp đỉnh của thiết bị phát tia ba pha
35
Hình 2.13
Sơ đồ nguyên lý thiết bị phát tia trung tần
36
Hình 2.14
Dạng sóng điện áp của thiết bị phát tia trung tần
37
Hình 3.1
Sơ đồ khối bộ phận điều khiển phát tia máy EVX-LF3509
40
Hình 3.2
Bóng phát tia Toshiba E7239X
48
Hình 3.3
Đặc tuyến làm việc bóng phát tia Toshiba E7239X
50
Hình 3.4
Đặc tuyến làm việc của sợi đốt bóng phát tia Toshiba E7239X
51
Hình 3.5
Cấu tạo ngoài bóng phát tia Toshiba E7239X
52
Hình 3.6
Sơ đồ mạch điều khiển tạo cao thế kiểu cũ
53
Hình 3.7
Hình ảnh tiếp điểm cơ bị ăn mòn bởi tia lửa điện
54
Hình 3.8
Sơ đồ mạch tạo cao thế trong máy EVX-LF3509
55
Hình 3.9
Sơ đồ mạch điều khiển cường độ tia kiểu cũ không sử dụng chiết áp
56
Hình 3.10
Sơ đồ mạch điều khiển cường độ tia kiểu cũ sử dụng chiết áp
57
Hình 3.11
Chiết áp sử dụng trong máy X-quang thông thường
58
Hình 3.12
Sơ đồ mạch điều khiển cường độ tia của máy EVX-LF3509
58
Hình 3.13
Sơ đồ mạch điều khiển Rotor Anode của máy EVX-LF3509
59
Hình 3.14
Cấu trúc trở kháng của các cực Rotor Anode
60
Hình 3.15
Sơ đồ chân của vi xử lý PIC 18F4620
61
Hình 3.16
Sơ đồ điện của vi mạch MAX7219
63
Hình 3.17
Giao diện Panel điều khiển, hiển thị
64
Hình 3.18
Sơ đồ mạch cách ly quang-điện của máy EVX-LF3509
65
Hình 3.19
Lưu đồ hoạt động của bộ phận điều khiển trung tâm [CPU]
67
Hình 3.20
Giao diện phần mềm chụp X-quang EVXpro
69
Hình 3.21
Sơ đồ khối Module nguồn máy EVA-HF325
71
Hình 3.22
Chuyển mạch công suất IGBT trong máy X-quang cao tần
73
Hình 3.23
Sơ đồ khối Module công suất máy EVA-HF325
74
Hình 3.24
Ampe kìm Hioki HiTESTER 3208-10; Gammex 330; Fluke Dual-range 77 07-487
Hình 3.25
Gammex Collimator and Beam alignment test tools; Focal spot test tool 77
Hình 3.26
Quy trình thiết kế chế tạo thử nghiệm máy X-Quang thường quy
87
Hình 3.27
Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt
93
Hình 3.28
Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm
94
10 10
MỞ ĐẦU Chính sách Quốc gia về trang thiết bị Y tế giai đoạn 2002-2010 đã được Chính phủ phê duyệt theo quyết định số 130/QĐ-TTg ngày 04/10/2002, nội dung chính của chính sách này là: “Đảm bảo đủ trang thiết bị cho các tuyến theo quy định của Bộ Y tế. Từng bước hiện đại hoá trang thiết bị cho các cơ sở Y tế nhằm nâng cao chất lưởng chăm sóc, bảo vệ sức khoẻ của nhân dân. Phấn đấu đến năm 2010 đạt trình độ kỹ thuật vế trang thiết bị Y tế [TTBYT] ngang tầm các nước tiên tiến trong khu vực. Đào tạo đội ngũ cán bộ chuyên ngành để khai thác sử dụng, bảo hành, sửa chữa và kiểm chuẩn TTBYT. Phát triển công nghiệp TTBYT nhằm nâng cao dần tỷ trọng hàng hoá sản xuất trong nước và tiến tới tham gia xuất khẩu”. Để triển khai chính sách Quốc gia này Bộ Y tế đã kết hợp với Bộ Công nghiệp và các Bộ ngành khác đã xây dựng các đề án, tiểu đề án hiện thực hoá từng bước nội dung chính sách. Trong đó có đề án: Nghiên cứu, chế tạo và sản xuất trang thiết bị Y tế đến năm 2010, đề án này được Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 18/2005/QĐ-TTg ngày 21/1/2005. Mục tiêu chung của đề án là: “Tập trung tiềm lực Khoa học công nghệ trong cả nước nhằm hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất TTBYT của Việt Nam với mục tiêu đến năm 2010 có thể sản xuất, cung ứng các TTBYT thiết yếu, thông dụng và một số TTBYT công nghệ cao cho các tuyến Y tế; đảm bảo thực hiện được mục tiêu của chính sách Quốc gia về TTBYT giai đoạn 2002-2010”. Để góp phần thực hiện chính sách Quốc gia về TTBYT, được sự đồng ý của Bộ Công nghiệp, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá đã triển khai thực hiện dự án: Chế tạo máy chụp X-quang dùng cho các cơ sở Y tế tuyến huyện.
T/M nhóm thực hiện dự án T.S Nguyễn Thế Truyện
11 11
CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Thông tin chung về dự án - Tên Dự án: Chế tạo máy chụp X-quang dùng cho các cơ sở y tế tuyến huyện. - Mã số: ........................... - Cấp quản lý: Cấp Bộ - Thời gian thực hiện: 24 tháng, từ tháng 4/2007 đến tháng 4/2009 - Kinh phí thực hiện: 4.150 triệu đồng Trong đó, từ Ngân sách sự nghiệp khoa học: 1.500 triệu đồng - Thu hồi: 70% kinh phí hỗ trợ từ ngân sách SNKH là 1050 triệu đồng Thời gian đề nghị thu hồi [sau thời gian thực hiện]: 12 tháng - Cơ quan trì thực hiện Dự án: Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá [VIELINA] Địa chỉ:
156A Quán Thánh, Hà Nội
Điện thoại: 04.7164855
- Chủ nhiệm Dự án: TS. Nguyễn Thế Truyện Học vị:
Tiến sĩ
Chức vụ: Viện trưởng
Địa chỉ:
156A Quán Thánh, Hà Nội
Điện thoại: 04.7140150; 0912095442
Email: [email protected]; [email protected] - Cơ quan phối hợp chính: Vụ Trang thiết bị và các công trình Y tế Bệnh Viện Đa khoa tỉnh Bắc Ninh Công ty cổ phần phòng khám Tuyết Thái - Xuất xứ: Từ kết quả thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển khoa học công nghệ cấp Bộ năm 2006: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chụp X-quang thông thường dùng cho các cơ sở Y tế, đã được hội đồng KHCN cấp Bộ đánh giá, nghiệm thu ngày 12 tháng 01 năm 2007 [xem biên bản đánh giá nghiệm thu kèm theo]. 12 12
1.2 Tổng quan 1.2.1 Tình hình nghiên cứu và triển khai ở nước ngoài. Ở nước ngoài người ta nghiên cứu về máy X-quang nói riêng, các trang thiết bị y tế nói chung, rất nhiều và đã tạo ra được rất nhiều sản phẩm ứng dụng thực tế từ những năm 50 - 60 của thế kỷ XX. Một số sản phẩm của họ đã trở thành các thương phẩm nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Hiện nay hầu như các nước đều đã tự chế tạo được máy chụp X-quang thông thường, chụp CT, chụp EMR, … [trừ các nước lạc hậu]. Các nước trong khu vực Đông nam Á như Thái Lan, Malaysia, Singapore, … đều đã chế tạo được các máy chụp X-quang dùng trong nước và xuất khẩu. Tuy nhiên các thiết bị y tế nhập ngoại đều rất đắt, đặc biệt khi có sự cố thì hoàn toàn phụ thuộc vào bản hãng hoặc chuyên gia nước ngoài. Về các máy chụp X-quang do nước ngoài chế tạo có rất nhiều chủng loại và mức độ công nghệ khác nhau, do đó ở đây chúng tôi không trình bày sâu về các loại máy mà sẽ thể hiện ở phần về thực trạng các máy đang sử dụng ở Việt Nam. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai ở trong nước. Có thể nói ở Việt Nam các thiết bị chẩn đoán hình ảnh bằng X-quang đã được quan tâm từ rất sớm. Ngay từ những năm 90, nhằm phục vụ công tác chăm sóc sức khỏe và phòng chữa bệnh cho toàn dân, ngành y tế đã có rất nhiều nỗ lực trong việc đầu tư trang thiết bị, trong đó có các thiết bị X-quang y tế. Tuy nhiên, do đây là các thiết bị đặc biệt, phức tạp về kỹ thuật và có giá trị kinh tế lớn, nên hầu như chỉ được đầu tư vào việc nghiên cứu tìm hiểu và khai thác là chính. Bên cạnh các kênh chính thức của nhà nước, đã ra đời và phát triển một số công ty, tổ chức tư nhân như Công ty thiết bị y tế Việt Nhật, Công ty lắp đặt và chuyển giao thiết bị y tế,… cùng tham gia vào cung ứng, dịch vụ sau bán hàng như bảo trì, bảo hành thiết bị. Những năm gần đây, do nhu cầu thị trường ngày một cấp bách, đã có những dấu hiệu khả quan trong lĩnh vực trang thiết bị y tế nói chung, trong đó có các thiết bị X-quang... Về các sản phẩm của máy chụp X-quang, Viện khoa học Việt Nam đã chế tạo được một số sản phẩm như: tấm tăng quang chứa đất hiếm dùng trong X-quang; Vữa cảm xạ dùng trong X-quang; Bột cản X-quang y tế dùng cho chụp dạ dày và một số dụng cụ như găng tay, bình phong, ủng, … Trong vài năm gần đây, với mục tiêu thực hiện các chiến lược về phát triển và chế tạo trang thiết bị y tế,
13 13
nhiều đơn vị, tổ chức nghiên cứu trong nước đã và đang tập trung nghiên cứu chế tạo các thiết bị chẩn đoán hình ảnh bằng X-quang, cụ thể là : Đề tài cấp bộ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chụp X-quang thông thường dùng cho các cơ sở Y tế” năm 2007 của Viện Nghiên cứu điện tử, Tin học, Tự động hóa [đã nghiệm thu]. Đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chụp X-quang cao tần sử dụng trong y tế” của Viện máy và dụng cụ công nghiệp đang thực hiện từ năm 2009. Đề tài độc lập cấp nhà nước: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy X-quang cao tần kỹ thuật số di động sử dụng trong y tế do Viện trang thiết bị và các công trình y tế chủ trì sẽ được thực hiện từ năm 2010. Một loạt các nghiên cứu, chế thử đó cho thấy các vấn đề liên quan đến thiết bị Xquang y tế ngày càng được quan tâm hơn. Tuy vậy, nhìn chung các nghiên cứu, chế thử đó chưa đáp ứng được nhu cầu lớn, đa dạng và phong phú của ngành y tế nước ta. Các nghiên cứu, chế thử đó chủ yếu mới là những kết quả bước đầu [tuy khá quan trọng], và mới chỉ được sử dụng cho một số ít cơ sở y tế trong nước, chưa tiếp cận được với sự phát triển của thế giới.
1.2.3 Luận cứ về xuất xứ và tính cấp thiết của dự án. Chính sách quốc gia về trang thiết bị y tế giai đoạn 2002-2010 đã được Chính phủ phê duyệt theo quyết định số 130/QĐ-TTg ngày 04/10/2002, nội dung chính của chính sách này là: “Đảm bảo đủ trang thiết bị cho các tuyến theo quy định của Bộ y tế. Từng bước hiện đại hoá trang thiết bị cho các cơ sở y tế nhằm nâng cao chất lưởng chăm sóc, bảo vệ sức khoẻ của nhân dân. Phấn đấu đến năm 2010 đạt trình độ kỹ thuật vế trang thiết bị y tế [TTBYT] ngang tầm các nước tiên tiến trong khu vực. Đào tạo đội ngũ cán bộ chuyên ngành để khai thác sử dụng, bảo hành, sửa chữa và kiểm chuẩn TTBYT. Phát triển công nghiệp TTBYT nhằm nâng cao dần tỷ trọng hàng hoá sản xuất trong nước và tiến tới tham gia xuất khẩu”. Do đó việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị y tế là đúng mục tiêu đường lối phát triển của Đảng và Nhà nước. Hiện nay nước ta có khoảng 600 huyện, thị với nhiều Trung tâm y tế và các phòng khám tư nhân nên cần rất nhiều thiết bị y tế nói chung và máy chụp X-quang nói riêng. 14 14
Các Trung tâm y tế tuyến huyện và các phòng khám tư nhân thường có kinh phí eo hẹp nên việc mua các trang thiết bị y tế cao cấp rất khó khăn. Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo máy chụp X-quang có giá thành hạ phù hợp với điều kiện kinh tế tuyến huyện là rất cần thiết và có nhiều ý nghĩa. Nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị này hứa hẹn thị trường rất rộng lớn và có ý nghĩa thiết thực trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ nhân dân. 1.2.4 Mục tiêu của dự án - Mục tiêu trước mắt: + Chế tạo thành công máy chụp X-quang thông thường [máy chụp toàn sóng, 50 Hz] làm việc an toàn, ổn định trong điều kiện khí hậu Việt Nam và có giá thành thấp phù hợp với các cơ sở y tế tuyến huyện còn khó khăn về kinh phí. + Xây dựng và hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo máy chụp X-quang thông thường để có thể chuyển giao được cho cơ sở sản xuất lắp ráp nào đó. + Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm một số module quan trọng của máy chụp X-quang cao tần. Mục tiêu lâu dài: + Làm chủ công nghệ và chế tạo được phần điện tử, điều khiển của máy chụp Xquang cao tần. + Triển khai nghiên cứu, chế tạo được các thiết bị y tế công nghệ cao khác phục vụ sự nghiệp bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ nhân dân của Đảng và Nhà nước. + Đào tạo được đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn vững về chế tạo, vận hành các thiết bị X-quang nói riêng và các thiết bị điện tử y tế nói chung. 1.3 Khảo sát thực trạng và nhu cầu sử dụng máy X-quang của các cơ sở Y tế Theo Ông Nguyễn Minh Tuấn - Vụ phó Vụ Trang thiết bị và Công trình y tế, đối với các máy X-quang hiện đang sử dụng tại thị trường Việt Nam hầu hết đều được nhập khẩu từ nhiều hãng, nước sản xuất khác nhau trên thế giới như: GE, Dell [Mỹ], Siemens [Đức], Philips [Hà Lan], Toshiba, Hitachi, Shimadzu [Nhật], Vila [Ý]… với nhiều chủng loại, tính năng tác dụng khác nhau như: máy X-quang thường quy, máy X-quang cao tần, X-quang số hoá, X-quang răng, X-quang vú, X-quang di động…
15 15
Theo thống kê y tế năm 2007, cả nước có 953 bệnh viện các loại, 801 phòng khám đa khoa khu vực và khối y tế tư nhân cũng đang dần phát triển tham gia phục vụ chăm sóc sức khoẻ, khám chữa bệnh. Để đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của nhân dân, Bộ y tế đã ban hành danh mục trang thiết bị thiết yếu cho bệnh viện các tuyến, các trung tâm y tế, phòng khám đa khoa khu vực… để các đơn vị có căn cứ đầu tư, bổ sung nâng cấp trang thiết bị y tế nói chung, trong đó định hướng ưu tiên đầu tư khoa chẩn đoán hình ảnh và máy X-quang nói riêng để đáp ứng nhu cầu chuyên môn, phù hợp với quy mô và khả năng khai thác sử dụng của cán bộ đơn vị. Theo số liệu báo cáo và qua những đợt kiểm tra bệnh viện, nhiều máy X-quang đã được quan tâm đầu tư bằng các nguồn vốn: ngân sách đầu tư phát triển, vốn ODA, các dự án chương trình mục tiêu, trái phiếu Chính phủ…, tuy nhiên vẫn còn nhiều cơ sở y tế thiếu máy X-quang do chưa được đầu tư, nâng cấp hoặc máy đã quá cũ hiện đang hỏng chờ sửa chữa. Các cơ sở y tế công lập sau khi được đầu tư nâng cấp máy mới đã thanh lý máy cũ cho các cơ sở lắp ráp tư nhân và các cơ sở này đã “dựng” thành những máy chụp Xquang từ những vật tư linh kiện không rõ nguồn gốc, xuất xứ để tiêu thụ mà không tuân theo bất kỳ quy trình kỹ thuật hay tiêu chuẩn nào. Trên thực tế, ngoài các đơn vị y tế công lập tuyến tỉnh, thành phố và trung ương cùng các cơ sở y tế tư nhân có tiềm lực tài chính mạnh có điều kiện trang bị các máy móc hiện đại, trong đó có máy chụp X-quang, còn rất nhiều cơ sở y tế khác, đặc biệt là tuyến huyện và các cơ sở y tế tại các tỉnh miền núi chưa thể có điều kiện trang bị các loại máy đắt tiền này vì lý do thiếu vốn đầu tư cũng như khả năng chi trả của người bệnh đối với các dịch vụ y tế. Tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, hai trung tâm có nhiều Bệnh viện, Phòng khám cũng như thiết bị chiếu chụp X-quang nhất ở nước ta, vẫn còn nhiều thiết bị chụp Xquang đã được sử dụng từ những thập kỷ 80 của thế kỷ trước và các thiết bị được “dựng” lại từ linh kiện của các máy mua thanh lý do cũ hỏng. Trong điều kiện nhận thức và ý thức về an toàn bức xạ của các kỹ thuật viên chụp X-quang cũng như của người bệnh còn hạn chế, các phòng đặt máy chưa tuân thủ đúng tiêu chuẩn an toàn bức xạ, thì việc sử dụng các máy cũ, máy không rõ nguồn gốc xuất xứ như vậy có thể gia tăng nguy cơ gây tổn hại tới sức khỏe của người bệnh cũng như người vận hành máy. 16 16
Hiện nay, sự cạnh tranh thu hút người bệnh giữa các phòng khám tư nhân rất quyết liệt, ngoài các hoạt động về quảng cáo, tiếp thị,… các phòng khám cũng có nhu cầu trang bị các máy móc có hình thức hiện đại, tin cậy để tạo dựng lòng tin của người bệnh, vì vậy các máy chụp X-quang đã cũ hoặc công nghệ lạc hậu cũng không còn được ưa chuộng [vì giá rẻ] tại các phòng khám ở thành phố, các cơ sở này thường tìm cách bán lại các máy này cho các phòng khám ở khu vực nông thôn với điều kiện tài chính hạn chế, vì vậy cần cải tiến, nâng cấp và chế tạo máy chụp X-quang thông thường theo hướng áp dụng công nghệ điều khiển hiện đại để thay thế các máy nhập từ nước ngoài đã cũ hỏng cũng như các máy do cơ sở tư nhân dựng lại từ linh kiện của các máy mua thanh lý. Theo đó, nhu cầu về máy chụp X-quang thông thường tại các cơ sở y tế ở nước ta còn rất lớn. Sau đây chúng tôi xin trình bày một số loại máy chụp X-quang còn dùng trong các cơ sở y tế hiện nay. 1.3.1 Máy X-quang chẩn đoán D36, D37 -
Hãng sản xuất: TUR, Cộng hòa dân chủ Đức
-
Loại máy này có ở Việt Nam từ những năm 1970.
* Tính năng kỹ thuật: -
Là loại máy nửa sóng [điện áp cao áp chỉnh lưu nửa chu kỳ]
-
Chụp: dòng chụp tối đa: 36, 37 mA.
-
Các thông số điều chỉnh được:
-
Điện áp cao áp [kV]: 40 - 100
-
Dòng [mA]: 36 [hoặc 37 mA]
-
Thời gian chụp [giây]: 0,1 - 5
-
Bộ thời gian dùng đèn điện tử hoặc tranzitor.
-
Các rơle chủ yếu là loại điện từ [tiếp điểm cơ khí].
-
Điều chỉnh hội tụ chùm tia: Diaphram đóng mở cơ khí.
-
Bàn bệnh nhân không điều chỉnh được chiều cao.
-
Điện áp sử dụng: 220 VAC, 50 Hz
* Cấu hình: -
Một bàn, một bóng, cột bóng, giá chụp phổi.
-
Không có thùng cao áp riêng, cuộn cao áp đặt trong bóng phát tia.
17 17
Loại máy này trước kia phù hợp với bệnh viện tuyến huyện, hiện nay nhu cầu chụp phim của bệnh viện huyện đã tăng lên, công suất của máy nhỏ không đáp ứng được tuy nhiên, hiện nó vẫn đang được sử dụng tại một số phòng khám khu vực tại các huyện, các phòng khám tư nhân. Ưu điểm của loại máy này là gọn nhẹ, dễ sửa chữa. 1.3.2 Máy Neodiagnomax • Máy do Hungary sản xuất. • Loại máy này có ở Việt Nam từ những năm 1980 * Tính năng kỹ thuật: •
Loại máy X-quang cả sóng, công suất 50 kW.
•
Điện áp sử dụng: 380 VAC ÷ 50 Hz.
•
Máy có thể soi, chụp
•
Dòng chụp tối đa: 500 mA
•
Tủ điều khiển chung cho cả 2 bàn
•
Bàn 1 có thể soi [có màn soi], chụp.
•
Bàn có thể dựng đứng: 90 độ.
•
Bàn 2: 1 bàn, 1 bóng, có giá chụp phổi.
•
Chỉ có chụp, dòng chụp tối đa 500 mA. Bàn cố định chiều cao
•
Bóng X-quang: [tóc lớn/tóc bé: 50kW/30kW].
•
Các thông số điều chỉnh được: o Điện áp cao thế [Kilovolt]: 40 – 110 o Dòng [mA]: 100 – 500 Điều chỉnh theo mức, mỗi mức 20 mA o Thời gian chụp [giây]: 0,1 – 5,0 [Bộ thời gian dùng đèn điện tử] o Ngoài ra còn điều chỉnh được điện áp cao thế soi, dòng soi [1 - 5 mA]
•
Máy có mạch bảo vệ đốt tóc, bảo vệ quá tải, chuẩn bị chụp, mạch anốt quay.
* Cấu hình: 2 bàn, 2 bóng, tủ điều khiển, thùng cao thế, cáp cao thế, màn soi, cột bóng, bộ chuẩn tia Diaphram, giá chụp phổi, bàn bệnh nhân. Máy hoạt động ổn định, công suất phù hợp với bệnh viện tuyến tỉnh. Linh kiện thay thế dễ dàng. Nhược điểm của loại máy này là các chuyển mạch của các mạch trung gian là các tiếp điểm cơ khí nên tiếp xúc không tốt, hay phải bảo dưỡng tiếp điểm. 18 18
Hình 1.1 Bàn bệnh nhân máy Neodiagnomax
Hình 1.2 Tủ điều khiển máy Neodiagnomax
Hiện nay máy Neodiagomax vẫn còn đang hoạt động tại các bệnh viện. 1.3.3 Máy X-quang Genius 65HF Hãng sản xuất Villa - Italia * Đặc tính kỹ thuật: • Đây là loại máy sử dụng điện áp cao áp tần số cao [trên 30 KHz] • Một bàn, 1 bóng, bóng có hai tóc: Tóc lớn 65 kW, tóc bé 30 kW • Tự động căn chỉnh Cassette. • Mạch chuẩn tia tự động tắt sau 20 giây hoạt động. • Dòng chụp tối đa: 650 mA 19 19
• Các thông số điều chỉnh được: •
Điện áp cao thế [kV]: 40 ÷ 125
•
Dòng điện [mA]: 50 ÷ 650
•
Thời gian chụp [giây]: 0,01 đến 5,0
• Máy sử dụng kỹ thuật vi tính: hiển thị các mô hình giải phẫu, nhớ được hàng trăm chương trình chụp phim, thông báo lỗi, hiển thị các thông số: điện áp cao thế, dòng điện, thời gian, ... • Bàn cố định chiều cao, sử dụng phanh bàn điều chỉnh quang học. Mặt bàn điều chỉnh theo 4 hướng: dọc, ngang. • Máy sử dụng nhiều chuyển mạch bán dẫn, các mạch điều khiển sử dụng kỹ thuật mạch vi điện tử nên hoạt động ổn định. Có mạch phát hiện điểm không khi đóng điện áp cao áp. Chuyển mạch cao áp sử dụng bộ tranzitor hiệu ứng trường. • Các mạch bảo vệ quá tải, chuấn bị chụp, mạch anốt quay hoạt động ổn định. * Cấu hình: Một bàn, 1 bóng có giá chụp phổi. Loại máy này công suất lớn, phù hợp với điều kiện tuyến trên. Máy này hiện đang sử dụng rộng rãi tại các bệnh viện cấp tỉnh trở lên.
Hình 1.3 Máy X-quang chẩn đoán Genius 65HF
20 20
Máy chưa được nhiệt đới hóa tốt, khi trời ẩm máy hay bị trục trặc, nếu sử dụng máy hút ẩm, điều hòa nhiệt độ thì máy dùng rất bền [yêu cầu về buồng, phòng về độ ẩm, nhiệt độ đòi hỏi rất cao]. Do không có tài liệu kỹ thuật về sửa chữa, bảo dưỡng nên việc sửa chữa, bảo dưỡng ở các đơn vị gặp nhiều khó khăn. 1.3.4 Máy X-quang tăng sáng truyền hình XUD 150L/RS50A Hãng sản xuất Shimadzu Nhật * Đặc tính kỹ thuật: • Bàn model RS-50A: Nghiêng 90 độ, dốc ngược đầu 15 độ. • Mặt bàn di chuyển 4 hướng [dọc, ngang] • Tự động điều chỉnh Cassette, chia phim tự động. • Mạch chuẩn tia tự động tắt sau 30 giây hoạt động. • Có qủa nén dạ dầy dùng cho chụp dạ dầy. • Chụp chiếu tại bàn điều khiển hoặc tại bàn RS50A • Máy có thể soi/chụp. Khi soi hiển thị trên màn hình 14 inches. • Bóng phát tia có 2 tóc, công suất tóc lớn 50 kW. • Tủ điều khiển điều chỉnh được các thông số sau: o Điện áp cao thế [kV]: 40 - 125 o Dòng điện [mA]: 50 – 500 o Thời gian chụp [giây]: 0,01 đến 5,0 • Máy sử dụng kỹ thuật vi tính: hiển thị các mô hình giải phẫu, nhớ được hàng trăm chương trình chụp phim, thông báo lỗi, hiển thị các thông số: điện áp cao thế, dòng điện, thời gian, ... • Dòng soi rất nhỏ: dưới 1 mA Máy sử dụng kỹ thuật Vi xử lý.
21 21
Hình 1.4 Máy X-quang tăng sáng truyền hình XUD 150L/RS50A
* Cấu hình của máy: 1 bàn, 1 bóng, TV monitor [14 inches], đầu camera, tủ điều khiển. Hiện máy đang sử dụng tốt và được dùng ở các bệnh viện tuyến tỉnh trở lên. Việc thay thế các linh kiện của máy rất đắt, phải mua của hãng. Hãng không hướng dẫn cho đơn vị về bảo dưỡng, sửa chữa nên đơn vị sử dụng rất khó khăn khi phải sửa chữa, bảo dưỡng máy. 1.3.5 Máy chụp cắt lớp CT scanner Hispeed Dx/i Hãng sản xuất GE - Yokogawa [Nhật Bản]. * Đặc tính kỹ thuật: o Đây là loại máy chụp cắt lớp điện toán đơn lớp cắt. o Thời gian cắt xoắn ốc liên tục: 30 giây o Thời gian cho một lớp cắt là 1 giây [nhanh nhất]. o Thời gian tái tạo ảnh: 6 giây. o Bộ Detector loại chất rắn: 740 kênh thu. o Công suất bóng phát tia: 24 kW. o Các phần mềm ứng dụng. o Điều chỉnh dòng chụp cho từng lát cắt. o Tái tạo không gian 3 chiều. o Máy có phần mềm chụp cắt lớp mạch máu sọ não. * Cấu hình máy: 22 22
Gantry, bàn bệnh nhân, máy tính và bàn điều khiển, monitor tại bàn điều khiển, máy in phim khô laser.
Hình 1.5 Máy chụp cắt lớp CT scanner Hispeed Dx/i
Loại máy CT Hispeed Dx/i này đang được sử dụng tại các bệnh viện tuyến trên, các máy này vẫn chạy tốt, ổn định. Việc sửa chữa bảo dưỡng máy CT đều do các hãng tự đảm nhiệm: các hãng không cung cấp [giữ bí mật về sơ đồ, nguyên lý hoạt động nên các bệnh viện tuyến tỉnh rất khó khăn khi sửa máy và phụ thuộc vào hãng rất nhiều]. 1.3.6 Nhận xét chung về các máy X-quang đang sử dụng tại Việt Nam Các máy hiện đang sử dụng rất đa dạng, có mức độ hiện đại khác nhau và đều do nước ngoài chế tạo nên có một số đặc điểm chung như sau: • Thay thế các phụ kiện rất đắt [phụ thuộc các đại lý bán hàng]. • Không có tài liệu kỹ thuật nên việc sửa chữa, bảo dưỡng gặp khó khăn. • Các hãng độc quyền và linh kiện của các hãng không có khả năng lắp lẫn cho các máy của hãng khác. • Nhiều dòng máy nay không còn được tiếp tục chế tạo vì vậy không có linh kiện thay thế chính hãng. • Có hãng chế tạo nay đã đổi tên hoặc không còn tồn tại nên việc liên hệ để khắc phục sự cố hoặc tìm mua linh kiện rất khó khăn. • Cán bộ kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữa máy không có nơi thực tập nâng cao tay nghề, không có tài liệu kỹ thuật để tham khảo 23 23
1.3.7 Yêu cầu của người sử dụng với máy chụp X-quang Tùy theo mức độ của bệnh viện [kinh phí đầu tư, khả năng chữa trị bệnh, khả năng chi trả của bệnh nhân, ...] mà có các yêu cầu khác nhau về tính năng kỹ thuật của máy chụp X-quang. • Máy chụp X-quang dùng cho các phòng khám đa khoa khu vực, các phòng khám tư nhân tuyến huyện, dòng chụp tối đa đến 300 mA. • Máy chụp X-quang dùng cho các bệnh viện tuyến huyện, dòng chụp tối đa đến 300 mA. • Máy chụp X-quang dùng cho các bệnh viện tuyến tỉnh, tuyến TW, dòng chụp tối đa đến 500 mA. • Các bệnh viện từ tuyến huyện trở lên mới có nhu cầu sử dụng máy xquang tăng sáng truyền hình. • Các bệnh viện từ tuyến tỉnh trở lên mới có nhu cầu dùng máy chụp cắt lớp điện toán. 1.4 Một số tiêu chuẩn về an toàn bức xạ đối với thiết bị chụp X-quang 1.4.1 Tiêu chuẩn TCVN - TCVN 6595:2000 Máy X-quang chẩn đoán thông thường. Khối tạo cao thế, bóng phát tia X, bộ giới hạn chùm tia. Yêu cầu kỹ thuật. - TCVN 6596:2000 Máy X-quang chẩn đoán thông thường. Khối tạo cao thế, bóng phát tia X, bộ giới hạn chùm tia. Phương pháp thử. -
TCVN 4397 - 87 Quy phạm an toàn bức xạ iôn hoá
-
TCVN 4498 - 88 Phương tiện bảo vệ tập thể chống bức xạ iôn hoá.
-
TCVN 5134 - 90 An toàn bức xạ. Thuật ngữ và định nghĩa
-
TCVN 6561:1999 An toàn bức xạ iôn hoá tại các cơ sở X-quang y tế
-
TCVN 6730-1:2000 Vật liệu cản tia X – Tấm cao su chì
- TCVN 6866:2001 An toàn bức xạ- Giới hạn liều đối với nhân viên bức xạ và dân chúng -
TCVN 6869:2001 An toàn bức xạ - Chiếu xạ y tế - Quy định chung
- TCVN 6870:2001 An toàn bức xạ- Miễn trừ khai báo, xin đăng ký và xin giấy phép an toàn bức xạ.
24 24
1.4.2 Tiêu chuẩn IEC -
EN, IEC 60601-1-1:1998 MEDICAL ELECTRICAL EQUIPMENT - PART 1: GENERAL REQUIREMENTS FOR SAFETY 1: COLLATERAL STANDARD: SAFETY REQUIREMENTS FOR MEDICAL ELECTRICAL SYSTEMS.
-
EN, IEC 60601-1-2:1998 MEDICAL ELECTRICAL EQUIPMENT - PART 1: GENERAL REQUIREMENTS FOR SAFETY 2. COLLATERAL STANDARD: ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY - REQUIREMENTS AND TESTS.
-
EN, IEC 60601-1-3:1998 MEDICAL ELECTRICAL EQUIPMENT - PART 1: GENERAL REQUIREMENTS FOR SAFETY - COLLATERAL STANDARD: GENERAL
REQUIREMENTS
FOR
RADIATION
PROTECTION
IN
DIAGNOSTIC X-RAY EQUIPMENT. -
EN, IEC 60601-2-7:1998 MEDICAL ELECTRICAL EQUIPMENT - PART 2-7: PARTICULAR REQUIREMENTS FOR SAFETY – SPECIFICATION FOR HIGHVOLTAGE GENERATORS OF DIAGNOSTIC X-RAY GENERATORS.
25 25
CHƯƠNG II
26 26
KỸ THUẬT PHÁT TIA X 2.1 Bóng phát tia X Bóng phát tia X là thiết bị trực tiếp sinh ra tia X với các tham số tia do bộ phận điều khiển cung cấp, có thể phân loại bóng phát tia X theo các nhóm chức năng như sau. 2.1.1 Nhóm bóng X-quang nha khoa Các bóng phát tia X nhóm này [ký hiệu “D”] thường được sử dụng trong các hệ thống nhỏ gọn, dễ vận chuyển, các hệ thống di động cũng như các hệ thống X-quang trong y tế nói Hình 2.1 Bóng X-quang
chung.
nha khoa
Nhóm bóng phát tia X dùng trong ứng dụng nha khoa thường là các bóng có Anode tĩnh với nhiều chủng loại khác nhau như bóng hai cực, bóng ba cực, bóng một tiêu điểm, bóng hai tiêu điểm. Một số bóng phát tia trong ứng dụng nha khoa được trình bày tại Bảng 2.1 sau đây. Bảng 2.1 Một số bóng X-quang nha khoa
Loại bón
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
[kV]
[mA]
[Nguồn: Toshiba] Anode Hu
Tiêu nhiệt
[kJ]
[W]
D-041
0.4
70
9
12.5
4.3
100
D-051
0.5
100
22
5
28
265
D-054
0.5
100
22
5
35
250
D-063R
0.6
110
20
8
34
600
D-0711
0.7
70
19.9
16
7
210
D-081B
0.8
65
19
20
6
128
D-082B
0.8
70
19
20
7
210
D-125
1.2
125
40
16
35
250
DF-151R
1.5/0.5
110
60/15
16
35.5
600
27 27
2.1.2 Nhóm bóng X-quang dùng trong công nghiệp Kể từ khi khám phá ra hiện tượng nhiễu xạ tia X, tia X đã được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể, phân tích số lượng và chất lượng của của các nguyên tố và hợp chất, Hình 2.2 Bóng X-quang
đo ứng suất, phân tích phổ, v.v, …
công nghiệp
Các bóng X-quang dùng trong công nghiệp [ký hiệu “I”] được chế tạo phục vụ cho nhiều lĩnh vực ứng dụng [như kiểm định chất lượng xây dựng, đo độ dày lớp vật thể, v.v, …]. Vỏ bóng X-quang dùng trong công nghiệp được chế tạo từ thủy tinh hoặc sứ, trong đó loại vỏ sứ phù hợp với các lĩnh vực yêu cầu có sức bền cơ khí tốt. Bảng 2.2 dưới đây cung cấp thông tin về một số bóng phát tia X trong công nghiệp. Bảng 2.2 Một số bóng X-quang công nghiệp
Loại bóng
[Nguồn: Toshiba]
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
Độ dày
Kích thước
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
Be
[LxD]
[kV]
[mA]
[mm]
[mm]
A-26L
0.4x8
60
40
0
0.3
65x230
A-40
1×10
60
50
0
0.3
65x217
AFX-66D
7x7.5
60
80
26
1
89x498
I-311
0.1
100
0.83
10
0.5
180x62
I-670A
2
200
5
22
1
186x132
I-870A
2.5
300
5
22
1
198x132
I-2112A
0.8
50
1
33
0.05
96x33
I-2113A
0.15
50
1.5
10
0.05
96x33
I-2115
0.1
60
1.2
10
0.2
96x33
2.1.3 Nhóm bóng đa dụng Trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh nói chung, có nhiều loại bóng phát tia phù hợp với các ứng dụng khác nhau, thường là loại Anode quay và được xác định bởi mức điện áp làm việc cao nhất, khả năng chịu nhiệt, kích thước tiêu điểm, v.v,…
Hình 2.3 Bóng X-quang đa dụng
Dưới đây, Bảng 2.3 giới thiệu một số bóng phát tia trong ứng dụng chẩn đoán hình ảnh nói chung.
Bảng 2.3 Một số bóng X-qang đa dụng
[Nguồn: Toshiba] Loại bóng
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
[kV]
[mA]
Anode Hu
Tiêu nhiệt
[kJ]
[W]
E7846
0.6/1.3
130
220/500
13.5
80
250
E7239X
1.0/2.0
125
350/600
16
100
475
E7240X
0.6/1.2
150
200/500
12
100
475
E7299X
0.3/1.0
150
70/640
12
100
475
E7813X
1.0/2.0
150
600/1000
16
210
475
E7255X
0.6/1.2
150
500/1000
12
210
710
E7823FX
0.6/1.2
150
500/1000
14
285
1180
E7864X
0.6/1.2
150
400/800
12
285
1200
E7869X
0.6/1.2
150
500/1000
12
420
1750
2.1.4 Bóng X-quang chụp mạch máu Bóng X-quang dùng trong lĩnh vực này thường được chế tạo với Anode có khả năng chịu nhiệt lớn, vật liệu làm Anode từ hợp chất Rhenium tungsteng-molybdenum bao bọc bởi lớp phủ graphite-backed, đáp ứng tốt đối với các ứng dụng chụp tần suất cao, như chụp X-quang tim mạch động.
Hình 2.4 Bóng X-quang chụp mạch
Các bóng phát tia có khả năng chịu nhiệt tới 1300kJ và có ba tiêu điểm, cho phép đáp ứng được các ảnh X-quang phức tạp, ảnh X-quang động, hình ảnh chuyển động thời gian thực, v.v,… Một số bóng X-quang thuộc nhóm ứng dụng này được trình bày trong Bảng 2.4 sau đây.
Bảng 2.4 Một số bóng X-quang chụp mạch
[Nguồn: Toshiba]
Loại bóng
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
[kV]
[mA]
Anode Hu
Tiêu nhiệt
[kJ]
[W]
E7816X
0.3/0.6/1.0
125
180/550/1000
11
1300
4000
E7854X
0.3/0.5/0.8
125
200/550/1000
8
1300
4000
E7819X
0.5/0.8
125
550/1000
8
1300
4000
2.1.5 Bóng chụp X-quang tuyến vú Sử dụng liều xạ thấp để chụp hình ảnh X-quang bộ phận ngực con người, nhằm phát hiện sớm triệu chứng của bệnh ung thư vú. Bóng phát tia trong lĩnh vực này thường có hai tiêu điểm, cho hình ảnh chi tiết và rõ nét.
Hình 2.5 Bóng X-quang tuyến vú
Bảng 2.5 giới thiệu một bóng phát tia thuộc nhóm này. Bảng 2.5 Một số bóng X-quang tuyến vú
Loại bóng
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
[kV]
[mA]
39
35/110
E7290AX
0.1/0.3
10/16
[Nguồn: Toshiba] Anode Hu
Tiêu nhiệt
[kJ]
[W]
210
525
2.1.6 Chụp cắt lớp vi tính [CT-Computerized Tomography] Đây là phương pháp sử dụng máy tính để tổng hợp hình ảnh 3 chiều của một bộ phận bên trong cơ thể từ các hình ảnh X-quang 2 chiều. Bóng phát tia sử dụng cho mục đích này được chế tạo với khả năng chịu nhiệt đặc biệt cao, với kết cấu trục quay thủy động và Anode kim loại đặc chủng [chế tạo bằng tungsten và molybdenum]. Hình 2.6 Bóng X-quang CT
Bảng 2.6 dưới đây giới thiệu hai bóng phát tia sử dụng trong ứng dụng cắt lớp vi tính do hãng Toshiba sản xuất.
30 30
Bảng 2.6 Một số bóng X-quang CT
Loại bóng
E7804X
[Nguồn: Toshiba]
Tiêu điểm
Điện áp
Dòng điện
Góc xạ
[mm]
lớn nhất
lớn nhất
[độ]
[kV]
[mA]
135
300/400
135
300/400
0.9*1.3
Anode Hu
Tiêu nhiệt
[kJ]
[W]
7
2840
5700
7
2840
5700
1.7*1.6 E7830X
0.9*0.7 1.4*1.4
Nhìn chung, tùy vào ứng dụng cụ thể ta có thể lựa chọn loại bóng phát tia với các thông số kỹ thuật phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tối ưu về chi phí. Bóng phát tia với tiêu điểm càng nhỏ, đáp ứng điện áp và dòng điện cũng như khả năng chịu nhiệt càng lớn, thì giá thành càng cao. Trong thiết kết, chế tạo, cần quan tâm thêm tới các thông số kỹ thuật khác của bóng như công suất đầu vào tối đa, kích thước bóng, đường kính Anode, tốc độ vòng quay tối đa của Anode, giao tiếp đấu nối về điện, v.v,… 2.2 Thiết bị điều khiển phát tia X Thiết bị điều khiển phát tia X cung cấp dòng điện và điện áp thích hợp cho qúa trình tạo ra tia X. Trong trường hợp lý tưởng, điện áp cung cấp cho bóng phát tia là điện áp một chiều ổn định, nhưng do các biến áp chỉ làm việc với điện áp xoay chiều nên cần có thêm các phần tử khác để tạo ra điện áp một chiều cấp cho hai cực của bóng phát tia từ điện áp xoay chiều tại đầu ra của biến áp cao áp.
Hình 2.7 Mô tả một số dạng sóng điện áp của thiết bị điều khiển phát tia X
31 31
2.3 Hiện tượng gợn sóng Sự thay đổi của dạng sóng điện áp đặt vào hai cực của Bóng phát tia được gọi là hiện tượng gợn sóng, đại lượng đặc trưng cho hiện tượng này được biểu diễn dưới dạng phần trăm của mức cao áp cực đại cấp cho Bóng trong quá trình phát tia: Hệ số gợn sóng [%] = 100 x [Vax - Vmin]/Vmax
[2.1]
Hệ số này tỷ lệ thuận song tương đối lớn hơn so với sự biến đổi của tia X phát ra, đây là hiện tượng mà chúng ta không mong muốn vì nó khiến thời gian phát tia phải kéo dài hơn cũng như làm suy giảm mức kV trung bình trong quá trình tạo tia X. Về mặt lý thuyết, hệ số gợn sóng của các bộ tạo tia một pha kiểu cũ là 100% [trên thực tế thì nhỏ hơn nhờ hiệu ứng san bằng phụ thuộc vào điện dung của cáp cao áp]. Thiết bị tạo tia X ba pha có hệ số gợn sóng vào khoảng từ 3 – 25% [ Thiết bị tạo tia 3 pha 6 xung : 13 – 25%, Thiết bị tạo tia 3 pha 12 xung: 3 – 10%]. Trong thiết bị tạo tia tần số trung tần, hệ số gợn sóng giảm khi kVp tăng. Trong thiết bị tạo tia loại này [còn được gọi là thiết bị cao tần hay thiết bị biến tần], kV được thay đổi thông qua sự điều chỉnh tần số của dòng điện trước khi đưa vào biến áp cao áp, mức gợn sóng vào khoảng 4 – 15%. Trong thực tế, hầu như không có hiện tượng gợn sóng đối với các thiết bị tạo tia X sử dụng nguồn cố định. Thiết bị phát tia dùng nguồn cố định cung cấp cao áp một chiều cho Bóng phát tia với dạng sóng gần như bằng phẳng, khái niệm này có thể phù hợp với các loại thiết bị phát tia có độ gợn sóng dưới một giới hạn cho phép như 5%, theo đó có thể coi thiết bị phát tia 3 pha 12 xung và thiết bị phát tia tần số trung tần cùng nhóm với thiết bị này. Trong thực tế, đây là loại thiết bị phát tia rất đồ sộ và đắt tiền, nó tạo ra tia X với mức năng lượng trung bình cao nhất nên cho tới nay chỉ được sử dụng với những ứng dụng đặc biệt. Thiết bị tạo tia loại này sử dụng điện lưới ba pha cung cấp trực tiếp tới cuộn sơ cấp của biến áp cao áp [không sử dụng biến áp trung gian], cao áp đỉnh kVp và thời gian phát tia được duy trì bên cuộn thứ cấp của biến áp cao áp bằng ống điện tử cao áp [3 cực hoặc 4 cực]. Cao áp cấp cho Bóng phát tia này có dạng sóng gần như bằng phẳng với độ gợn không quá 2%.
* Chỉnh lưu nửa sóng: Trong trường hợp đơn giản nhất, Bóng phát tia làm việc như một bộ chỉnh lưu với mạch tự chỉnh lưu nửa sóng. [V] [t] Hình 2.8 Dạng sóng điện áp một pha sau chỉnh lưu nửa sóng
Để ngăn chặn Anode sinh ra các hạt điện tử khi bộ phận này nóng lên trong quá trình làm việc, do các hạt điện tử này có thể phóng ngược trở lại đập vào phá hủy sợi đốt, có thể mắc một bộ chỉnh lưu nối tiếp với bóng phát tia để đảm bảo rằng chùm hạt điện tử chỉ đi theo hướng từ sợi đốt tới Anode. Ưu điểm, nhược điểm: - Công suất hiệu dụng thấp vì nửa chu kỳ âm không tạo ra tia X. - Nếu không sử dụng thêm bộ chỉnh lưu có thể dẫn tới hiện tượng phóng ngược, công suất chịu tải thấp. - Thời gian phát tia tối thiểu bằng với một chu kỳ của điện áp lưới T = 20 mS. - Chế tạo đơn giản, chi phí thấp, phù hợp với những ứng dụng không cần công suất phát tia cao. * Chỉnh lưu toàn sóng: Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của thiết bị phát tia một pha chỉnh lưu toàn sóng.
Biến áp trung gian
Bộ định thời phát tia
Biến áp tạo cao áp
Sơ cấp
Chỉnh lưu cầu
Thứ cấp
Biến áp tạo dòng bóng
Bóng phát tia X
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phát tia một pha chỉnh lưu toàn sóng
Phương pháp này sử dụng một bộ chỉnh lưu cầu để đảo cực của điện áp cao áp tại nửa chu kỳ âm nên công suất hiệu dụng tăng gấp 2 lần so với phương pháp chỉnh lưu nửa sóng.
Điện áp vào
Thời gian
Điện áp sau chỉnh lưu
Thời gian
Hình 2.10 Dạng sóng điện áp một pha sau chỉnh lưu toàn sóng
Độ gợn sóng cao áp đỉnh của phương pháp này là 100%, nên phương pháp này vẫn có nhược điểm cơ bản là hiệu suất phát tia không cao vì điện áp sau chỉnh lưu không đủ để phát tia trong một khoảng nhỏ thời gian, vì thế không thể rút ngắn thời gian phát tia. 2.4 Thiết bị phát tia độ gợn sóng thấp Bộ phận điều khiển bóng phát tia của thiết bị này sử dụng hai tụ điện tại đầu ra mạch chỉnh lưu để san bằng dạng sóng điện cao áp trước khi đưa vào bóng phát tia. Để tăng cường trạng thái ổn định cho sóng cao áp, tại mỗi chân của tụ điện có thể mắc nối tiếp với một ống ba cực, các ống này sẽ điều chỉnh điện áp đầu ra thông qua một cơ cấu hồi tiếp trở kháng cao nối với đầu ra của các ống ba cực. Thông qua cơ cấu trên điện áp của bóng phát tia được kiểm soát và được duy trì ổn định trong quá trình phát tia. Các ống ba cực cũng là những phần tử của bộ chuyển mạch thời gian và có thể hoạt động theo chu kỳ micro giây với độ ổn định cao, điện cao áp cấp cho bóng phát tia có dạng sóng gần như bằng phẳng với độ gợn chưa tới 2%.
Ống ba cực
Bóng phát tia X
Bộ điều khiển
Trở kháng cao
Tụ điện
Chỉnh lưu cầu
Ống ba cực
Điện áp vào
Thời gian
Điện áp sau chỉnh lưu
Thời gian
Độ gợn sóng thấp
Hình 2.11 Sơ đồ khối và dạng sóng điện áp của thiết bị phát tia độ gợn sóng thấp
Ưu điểm, nhược điểm - Hiệu suất phát tia cao. - Tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp khác. - Có thể chụp ảnh X-Quang với thời gian rất ngắn. - Chế tạo phức tạp hơn với chi phí cao, kích thước thiết bị lớn và có thể dễ hư hỏng hơn.
2.5 Thiết bị phát tia 3 pha Lưới điện thương mại thường được truyền tải dưới dạng dòng xoay chiều ba pha với tần số của mỗi pha có thể là 50Hz hoặc 60Hz, chu kỳ tương ứng là 20 ms. Thiết bị phát tia 3 pha biến đổi và chỉnh lưu điện lưới xoay chiều sơ cấp thành điện áp cao áp một chiều với 6 hoặc 12 xung phân cực thuận trong một chu kỳ 20 ms. Nếu so với thiết bị phát tia một pha về hệ số gợn sóng [100%] thì thiết bị phát tia ba pha giảm đáng kể độ gợn sóng của cao áp tạo tia [13-25% đối với thiết bị 3 pha 6 xung, 3-10% đối với thiết bị 3 pha 12 xung].
3 pha kết hợp
Điện áp ra 3 pha 6 xung Biến áp
Chỉnh lưu
3 pha riêng rẽ Hình 2.12 Mô tả dạng sóng cao áp đỉnh của thiết bị phát tia ba pha
- Thiết bị phát tia 3 pha 12 xung: Sử dụng kết hợp phương pháp quấn dây Sao – Tam giác của biến áp cao áp tại phía thứ cấp, sau khi chỉnh lưu sẽ được dạng sóng cao áp gồm 12 xung trong một chu kỳ 20 ms. Kỹ thuật này tạo ra cao áp phát tia với hệ số gợn sóng rất nhỏ. Thiết bị phát tia 3 pha nhìn chung có hiệu suất phát tia cao, nhưng kích thước tương đối lớn, chi phí chế tạo cao và có thể dễ dẫn tới các hư hỏng hơn.
2.6 Thiết bị phát tia trung tần Là loại thiết bị phát tia tiên tiến, còn được gọi là thiết bị phát tia cao tần hay thiết bị phát tia biến tần, thiết bị này sử dụng dòng điện với tần số cao để tạo ra cao áp gần như không thay đổi cấp cho bóng phát tia làm việc. Biến áp cao áp sử dụng trong thiết bị phát tia loại này có kích thước nhỏ đáng kể so với các biến áp cao áp dùng trong các thiết bị phát tia truyền thống. Điện áp đầu vào của thiết bị phát tia trung tần có thể là điện lưới xoay chiều 1 pha AC220V/50Hz. Dòng điện này được chỉnh lưu và san bằng bởi tụ điện sau đó đưa vào mạch băm xung và biến tần, bộ phận này sẽ biến đổi dòng điện một chiều bằng phẳng thành dòng điện xoay chiều tần số cao [5 - 100 kHz], mạch băm xung “băm” điện áp một chiều liên tục thành các xung điện một chiều cao tần, mạch biến tần sẽ biến đổi các xung này thành điện áp xoay chiều, một biến áp sẽ thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều cao tần biên độ thấp này thành dòng cao áp xoay chiều, đại lượng này sau đó được chỉnh lưu bởi mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ và được san bằng để tạo ra cao áp một chiều gần như không đổi cấp cho bóng phát tia. Biên độ cao áp được điều khiển bằng cách thay đổi tần số của mạch băm xung/biến tần, mạch này quyết định tần số của dòng điện đưa vào biến áp. Với máy phát tia trung tần có thể dễ dàng thực hiện chụp hình ảnh X-Quang tốc độ nhanh tới 1 ms.
Điện áp AC
Điều chỉnh tần số
Chỉnh lưu
Biến tần
Biến áp cao áp
Bóng phát tia X
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phát tia trung tần
Điện áp vào
Điện áp sau chỉnh lưu
San bằng
Đổi tần
220V, 50Hz Biến áp
5 – 100 kHz Chỉnh lưu
Cao áp [kV]
San bằng
Cao áp [kV]
Bóng phát tia X
Điện áp ra [kV]
Cao áp [kV] Hình 2.14 Dạng sóng điện áp của thiết bị phát tia trung tần
Một trong những ưu điểm lớn của kỹ thuật phát tia này là làm giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của thiết bị. Có thể bố trí các phần tử chính của máy phát tia cùng với bóng phát tia trong một vỏ. Thiết bị phát tia loại này ban đầu chỉ được sử dụng cho các máy chụp X-quang di động cỡ nhỏ hoặc các máy chạy nguồn pin với công suất thấp, hiện nay kỹ thuật này được áp dụng cho hầu hết các máy phát tia cao áp hiện đại với công suất đáp ứng mức yêu cầu cao nhất trên 100 kW. Các hệ thống thiết bị chụp phim X-quang số gần đây được nhiều sự quan tâm do tính ưu việt về công nghệ cũng như sự thuận lợi trong sử dụng do hình ảnh X-quang được số hóa nên có thể lưu trữ, chỉnh sửa bằng máy tính và dễ dàng truyền tải hình ảnh thông qua mạng máy tính. Về cơ bản, các hệ thống X-quang số vẫn sử dụng các thiết bị phát tia theo những nguyên lý trình bày trên đây, song việc sử dụng màn cảm ứng tia X và số hóa ảnh X-quang là một cải tiến lớn đem lại nhiều hiệu quả cả về mặt kỹ thuật cũng như ứng dụng. Mặc dù vậy, hiện nay giá thành cao của các thiết bị chụp X-quang số vẫn là một trở ngại chính trong việc ứng dụng thiết bị này tại các cơ sở y tế ở nước ta, trong thực tế, nhu cầu về các thiết bị phát tia X truyền thống vẫn rất nhiều tại các cơ sở y tế tuyến huyện và các phòng khám tư nhân. Còn nhiều cơ sở y tế vẫn sử dụng các máy chụp X-
quang do nước ngoài sản xuất từ thập niên 80 của thế kỷ trước hoặc các máy “dựng” từ linh kiện của các máy cũ hỏng khác không đảm bảo chất lượng và tiêu chuẩn an toàn bức xạ, vì thế việc nghiên cứu, cải tiến thiết bị điều khiển phát tia X để có thể nội địa hóa bộ phận này là một đòi hỏi cấp thiết đặt ra với các nhà nghiên cứu khoa học công nghệ tại Việt Nam.
CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CHỤP X-QUANG THƯỜNG QUY Model: EVX - LF3509 3.1 Cơ sở và nguyên tắc thiết kế 3.1.1 Cơ sở thiết kế Việc thiết kế máy chụp X-quang dựa trên các cơ sở sau đây: -
Yêu cầu cụ thể của người sử dụng và khả năng ứng dụng trong thực tế
-
Tham khảo tính năng các máy chụp X-quang đang sử dụng
-
Các phần tử tham gia vào thiết bị phải dễ tìm trên thị trường, giá thành hợp lý
Yêu cầu cụ thể của người sử dụng là điều chỉnh được các thông số như đã trình bày ở trên và thiết bị phải đảm bảo tiêu chuẩn an toàn và làm việc ổn định, dễ sử dụng. 3.1.2 Nguyên tắc thiết kế -
Máy chụp X-quang đơn giản, dễ sử dụng
-
Máy chụp X-quang làm việc ổn định, chính xác
-
Máy chụp X-quang có giá thành thấp
-
Máy chụp X-quang đảm bảo an toàn và được cấp phép đưa vào sử dụng.
-
Kiểu dáng công nghiệp, đồng bộ.
- Thiết kế có tính mở và tính linh hoạt cho phép cập nhật và điều chỉnh tính năng của máy một cách thuận lợi. 3.2 Sơ đồ khối tổng quát máy chụp X-quang thường quy EVX-LF3509 Theo nguyên tắc thiết kế trên, chúng tôi lựa chọn thiết kế, chế tạo Máy chụp Xquang thường quy trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật Vi xử lý. Sơ đồ khối tổng quát phần điện và bộ phận điều khiển của máy chụp X-quang EVX-LF3509 như ở Hình 3.1 trang sau.
RS-232
Bàn phím
Hiển thị
40 40
Đo điện áp lưới cung cấp Đo điện áp tạo cao thế Đo dòng tải Rotor Anode
Vi xử lý
Cảnh báo còi, đèn flash
EEPROM Cách ly quang
Giao tiếp điều khiển chuyển mạch
Hình 3.1 Sơ đồ khối bộ phận điều khiển phát tia máy EVX-
41 41
Mô tả chức năng của các khối: • Khối nguồn nuôi: gồm nguồn điện lưới một pha 220V/50Hz, công suất 40kVA cấp cho hoạt động của toàn bộ hệ thống, có cơ cấu bảo vệ quá tải. Điện áp cung cấp cho các bộ phận khác nhau được lấy từ các biến áp, bao gồm: biến áp tự ngẫu cung cấp điện cho khối tạo cao áp, biến áp cấp điện cho Rotor bóng phát tia [Anode], biến áp cấp nguồn cho sợi đốt [Kathode], biến áp cung cấp nguồn cho đèn tiêu điểm, biến áp cấp nguồn nuôi các mạch điện. • Khối kiểm tra nguồn AC220V: đo nguồn điện lưới để đảm bảo máy chụp làm việc trong dải điện áp an toàn, duy trì ổn định cường độ phát tia, máy sẽ báo lỗi và không phát tia khi điện áp lưới cao hơn 240V hoặc thấp hơn 200V. • Khối kiểm tra điện áp tạo kV: thực hiện đo điện áp đầu vào thùng tạo cao áp, từ đó tính được mức cao áp đỉnh kV tương ứng, một mặt để hiển thị thông số kV hiện thời cho người sử dụng điều chỉnh tăng/giảm nếu cần, mặt khác thông số này kết hợp với thông số dòng mA [tích kV x mA ] cho biết công suất phát tia có vượt quá công suất bóng cho phép hay không, trong trường hợp quá tải máy sẽ báo lỗi và không cho phép chụp. • Khối hiển thị: hiển thị giá trị các thông số phát tia do người sử dụng thiết lập, gồm: cao áp đỉnh [kV], cường độ tia [mA], thời gian phát tia [mS] và các trạng thái lỗi của máy nếu có, các lỗi có thể phát hiện gồm: o Er-1: nguồn AC220V quá cao [>240V] hoặc quá thấp [