Bài 1. Tia X và tạo ảnh bằng tia X - Chuyên đề học tập Lí 12 Cánh diều

Câu hỏi tr 24 CHMĐ

Chụp ảnh bằng tia X được dùng phổ biến trong chẩn đoán bệnh (Hình 1.1). Đây là phương pháp chẩn đoán hình ảnh cho kết quả trong thời gian ngắn, giúp bác sĩ phát hiện được các bệnh liên quan đến xương khớp, khoang ngực, ổ bụng,… để kịp thời có phác đồ điều trị cho người bệnh.

Tia X là gì? Nó giúp tạo ra hình ảnh thể hiện cấu trúc cơ thể như thế nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Tia X là những bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng 10^-11 m đến 10^-8 m.

Tia X giúp tạo ra hình ảnh thể hiện các cấu trúc của cơ thểbằng cách chụp ảnh X-quang tạo ra hình ảnh X-quang giúp chẩn đoán các bệnh lí liên quan đến xương, cơ, nội tạng,…

Câu hỏi tr 25 CH 1

Tia X được tạo ra như thế nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Tia X được tạo ra bằng cách khi electron đang chuyển động với tốc độ cao mà bị giảm tốc độ đột ngột thì sẽ tạo ra tia X. Qua trình này diễn ra trong một thiết bị gọi là ống tia X.

Câu hỏi tr 25 CH 2

Mô tả cấu tạo của ống tia X đơn giản?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Cấu tạo của ống tia X đơn giản:

- Một ống chân không, trong ống có hai điện cực âm. 

- Cực âm (cathode) là dây diện trở được đốt nóng để phát ra các electron. 

- Cực dương (anode), ở cực dương có đối cathode được làm bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn và nhiệt độ nóng chảy cao như tungsten.

- Một hiệu điện thế giữa anode và cathode.

Câu hỏi tr 27 Tìm hiểu thêm

Các tính chất đặc trưng của tia X

• Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh, xuyên qua hầu hết các vật chắn sáng thông thường.

• Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh.

• Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều chất.

• Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt khuẩn.

Hãy tìm hiểu và nêu thêm một số tính chất của tia X.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

a) Tính chất nổi bật và quan trọng nhất của tia X là khả năng đâm xuyên. Nó dễ dàng đi qua các vật không trong suốt đối với ánh sáng thông thường như gỗ, giấy, vải, các mô mềm như thịt, da.

Đối với các mô cứng và kim loại thì nó đi qua khó hơn, và kim loại có nguyên tử lượng càng lớn thì tia X càng khó xuyên qua. Chẳng hạn, một chùm tia X có thể đi qua một tấm nhôm dày vài xentimét, nhưng lại bị chặn bởi một tấm chì dày vài milimét. Vì vậy, chì thường được dùng làm tấm chắn bảo vệ cho người sử dụng tia X.

Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn; ta nói là nó càng cứng.

b) Tia X làm đen kính ảnh nên trong y tế, người ta thường chụp điện thay cho quan sát trực tiếp bằng mắt.

c) Tia X làm phát quang một số chất; ví dụ: platinô - xianua - bari. Vì vậy, chất này được dùng làm màn quan sát khi chiếu điện.

d) Tia X làm ion hoá không khí. Đo mức độ ion hoa của không khí có thể suy ra được liều lượng tia X. Rọi vào các vật, đặc biệt là kim loại, tia X cũng bứt được êlectron ra khỏi vật.

e) Tia X có tác dụng sinh lí: nó huỷ diệt tế bào. Vì vậy người ta dùng tia X để chữa trị ung thư nông.

Câu hỏi tr 27 LT

Trong mỗi giây, một chùm tia X truyền năng lượng 400 J qua tiết diện thẳng 5,0 cm². Tính cường độ của nó theo đơn vị W/m².

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Đổi 5,0 cm² = 5.10^-4 m²

Cường độ của một chùm tia X là: \(I = \frac{P}{S} = \frac{{400}}{{{{5.10}^{ - 4}}}} = {8.10^5}\,{\rm{W}}/{m^2}\)

Câu hỏi tr 27 CH

Đề xuất cách làm tăng số lượng electron được tạo ra từ cathode của ống tia X.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Ta có thể làm tăng tăng số lượng electron được tạo ra từ cathode của ống tia X như sau:

Cường độ của chùm tia X phụ thuộc vào số lượng electron đập vào đối cathode trong một đơn vị thời gian. Vì các electron được tạo ra bởi sự phát xạ nhiệ nên nếu tăng cường độ dòng điện nung nóng cực âm thì sẽ làm tăng số lượng electron phát ra.

Câu hỏi tr 28 Tìm hiểu thêm

Hãy tìm hiểu cỡ độ lớn của hiệu điện thế giữa anode và cathode của ống tia X.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Người ta đã chứng minh rằng, hiệu điện thế giữa anode và cathode của một ống tia X càng lớn thì bước sóng của tia X do ống phát ra càng ngắn. Do đó, có thể điều khiển độ cứng của chùm tia X phát ra nhờ thay đổi hiệu điện thế giữa anode và cathode của ống tia X.

Câu hỏi tr 29 CH

Công thức (1.4) có được dùng cho chùm tia X phân kì không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Công thức (1.4) không được dùng cho chùm tia X phân kì. Bởi vì: công thức (1.4) chỉ dùng cho chùm tia song song. Nếu chùm tia không song song thì cường độ sẽ thay đổi ngay cả khi không có bất kì sự hấp thụ nào.

Chùm tia phân kì có hình ảnh như sau:

Câu hỏi tr 29 LT

Hệ số hấp thụ tuyến tính của đồng là µ=0,693mm^-1. Hãy xác định:

a) Độ dày của tấm đồng cần có để cường độ chùm tia X song song truyền qua nó giảm 50%.

b) Phần trăm cường độ của chùm tia song song truyền qua một tấm đồng dày 1,2 cm.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

a) Độ dày của tấm đồng cần có để cường độ chùm tia X song song truyền qua nó giảm 50% là: \(I = {I_0}{e^{ - \mu x}} \Rightarrow 50\% .{I_0} = {I_0}{e^{ - \mu x}} \Rightarrow x \approx 1mm\)

b) Phần trăm cường độ của chùm tia song song truyền qua một tấm đồng dày 1,2 cm là: \(\frac{I}{{{I_0}}} = {e^{ - \mu x}} = {e^{ - 0,693.12}} = {2,4.10^{ - 4}} \Rightarrow I = 0,024\% {I_0}\)

Câu hỏi tr 30 LT

Giải thích vì sao có vùng màu sẫm, vùng màu sáng ở ảnh chụp khớp gối bằng tia X trong Hình 1.8b.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Khi xuyên qua các mô mềm, chùm tia X ít bị giảm cường độ nên trên phim sau khi tráng, vùng tương ứng với các mô mềm có màu sẫm. Vì xương làm giảm cường độ chùm tia X nhiều hơn so với các mô mềm nên trên phim sau khi tráng vùng tương ứng với vị trí của xương có màu sáng hơn.

Câu hỏi tr 30 CH

Vẽ hình để chứng tỏ rằng, bóng của một vật được chiếu sáng bằng một nguồn có kích thước nhỏ thì sắc nét hơn so với chiếu sáng bằng một nguồn sáng có kích thước lớn.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi tr 32 LT

Dựa vào Hình 1.12, giải thích hoạt động của hệ thống làm tăng độ sắc nét của ảnh chụp bằng tia X.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Hoạt động của hệ thống làm tăng độ sắc nét của ảnh chụp bằng tia X: đó là đặt trước phim một hệ thống bao gồm các tấm làm bằng vật liệu ngăn cản tia X (như chì xen kẽ bởi các tấm làm bằng vật liệu cho tia X đi qua (như nhôm). Chính cái hệ thống này cho chùm tia X chuẩn trực đi qua nhưng hấp thụ các tia X phân tán. Mà các tia X phân tán khi đi qua cơ thể rồi đến phim làm giảm độ sắc nét của hình ảnh, chính vì vậy khi hấp thụ được các tia X phân tán rồi thì sẽ cải thiện được độ sắc nét.

Câu hỏi tr 33 CH 1

Khi chụp CT, bác sĩ có thể yêu cầu người bệnh nín thở. Vì sao lại làm như vậy?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Khi chụp CT thì máy quét sẽ di chuyển xung quanh cơ thể bệnh nhân, ghi lại nhiều ảnh chụp từ các góc độ khác nhau. Nếu bệnh nhân di chuyển trong lúc chụp thì hình ảnh có thể bị mờ, không chính xác. Nín thở thì giúp cơ thể hạn chế chuyển động hơn( vùng bụng và vùng ngực) đảm bảo được hình ảnh sắc nét hơn.

Câu hỏi tr 33 CH 2

Với một người bị chấn thương sọ não do tai nạn giao thông, chụp CT thích hợp hơn chụp tia X. Giải thích tại sao.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Với một người bị chấn thương sọ não do tai nạn giao thông, chụp CT thích hợp hơn chụp tia X vì:

- Chụp CT thì chụp được nhiều góc độ khác nhau, giúp bác sĩ quan sát rõ ràng các cấu trúc của hộp sọ hơn, từ đó chẩn đoán hiệu quả hơn. Chụp tia X thì chỉ tạo ra hình ảnh hai chiều, hạn chế khả năng hiển thị chi tiết bên trong hộp sọ nên việc chẩn đoán cũng cần dựa vào nhiều yếu tố để đưa ra kết quả chính xác.

- Quá trình chụp CT nhanh chóng, giúp bác sĩ chẩn đoán kịp thời khi bệnh nhân trong tình trạng cấp cứu. Chụp tia X lâu hơn so với chụp CT.

Câu hỏi tr 34 LT

So sánh hình ảnh được tạo bằng tia X và hình ảnh được tạo bằng chụp CT.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

- Hình ảnh được tạo bằng tia X: hình ảnh trắng đen, hiển thị các cấu trúc bên trong cơ thể theo mật độ của chúng, hình ảnh 2 chiều.

- Hình ảnh được tạo bằng chụp CT: hình ảnh chi tiết hơn, đa chiều, hiển thị các cấu trúc có nhiều góc độ khác nhau.

Câu hỏi tr 34 Dự án

Dự án học tập: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN MÔ PHỎNG NGUYÊN LÍ CHỤP CẮT LỚP.

1. Lập kế hoạch dự án

Thảo luận để trả lời câu hỏi

- Trên cơ sở tạo ảnh bằng tia X, làm thế nào thu được hình ảnh của cấu trúc bên trong để nhìn rõ được các chi tiết mà không bị che khuất?

- Nguyên lí của chụp cắt lớp sử dụng tia X là gì?

- Mô tả cấu tạo của máy chụp cắt lớp.

Lập kế hoạch dự án của nhóm

- Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện.

- Phân chia nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm.

- Thời hạn hoàn thành và dụng cụ (đề xuất dụng cụ làm nguồn chiếu thay cho ống tia X, dụng cụ quay nguồn chiếu, dụng cụ dịch chuyển người bệnh, bộ thu hình ảnh,…)

2. Thực hiện dự án, báo cáo và thảo luận

- Tiến hành tìm hiểu, thu thập, xử lí thông tin theo kế hoạch và xây dựng sản phẩm của nhóm trình bày trên lớp: 01 báo cáo kết quả tìm hiểu nguyên lí của chụp cắt lớp; 01 mô hình máy chụp cắt lớp đơn giản để chỉ rõ sự vận dụng nguyên lí chụp cắt lớp trong thiết kế máy chụp cắt lớp.

- Thống nhất tiêu chí đánh giá nội dung báo cáo nguyên lí chụp cắt lớp; Đánh giá sản phẩm mô hình máy chụp cắt lớp.

- Báo cáo về quá trình thực hiện và kết quả dự án: Kết quả tìm hiểu nguyên lí chụp cắt lớp; Giải pháp thiết kế máy chụp cắt lớp; Mô hình mô phỏng nguyên lí máy chụp cắt lớp.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

- Trên cơ sở tạo ảnh bằng tia X, để thu được hình ảnh của cấu trúc bên trong để nhìn rõ được các chi tiết mà không bị che khuất ta làm như sau: đặt trước phim một hệ thống bao gồm các tấm làm bằng vật liệu ngăn cản tia X (như chì) xe kẽ bởi các tấm làm bằng vật liệu cho tia X đi qua (như nhôm).

- Nguyên lí của chụp cắt lớp sử dụng tia X là: Chùm tia X hình quạt do ống tia X phát ra lần lượt được chiếu vào khu vực cần chụp theo các góc khác nhau. Các chùm tia X sau khi xuyên qua khi vực cần chụp sẽ được các đầu dò đối diện với ống tia X ghi lại và gửi dữ liệu đến máy tính và dùng thông tin này tạo thành hình ảnh ba chiều của đối tượng được chụp.

- Cấu tạo của máy chụp cắt lớp: 

+ Bộ phận phát tia X

+ Bộ phận xử lí

+ Hệ thống bàn

+ Hệ thống điều khiển và hiển thị hình ảnh

+ Máy in phim

- Giải pháp thiết kế máy chụp cắt lớp: hiện nay có rất nhiều máy chụp cắt lớp các thế hệ khác nhau và qua mỗi thế hệ thì đều hướng tới mục đích hình ảnh rõ nét, cụ thể, chi thiết để giúp bác sĩ chẩn đoán nhanh và hiệu quả hơn.

- Mô hình;

Câu hỏi tr 35 VD

Tìm tài liệu như tranh, ảnh, bài báo,… và dựa vào các tài liệu đó viết bài mô tả một số ứng dụng của tia X trong khoa học kĩ thuật và đời sống.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về tia X và tạo ảnh bằng tia X

Lời giải chi tiết:

Ứng dụng của tia X: 

- Dùng trong nghiên cứu cấu trúc vật rắn, các ngôi sao, lỗ đen,… VD: kính thiên văn tia X là thiết bị quan sát các đối tượng thiên văn.

- Tia X dùng kiểm tra chất lượng các vật đúc, giúp tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong các vật bằng kim loại,…

- Tia X dùng trong kiểm tra an linh: ở sân bay,… giúp phát hiện các chất cấm khi cần thiết.

- Tia X dùng trong y học để tạo hình ảnh giúp chẩn đoán bệnh lí.