Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 cánh diều Bài 1: Tia X và tạo ảnh bằng tia X

RẤT VUI ĐƯỢC GẶP LẠI CÁC EM!

Chuyên đề Vật lí 12 – Cánh diều

KHỞI ĐỘNG

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

Chụp ảnh bằng tia X được dùng phổ biến trong chẩn đoán bệnh. 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.

CHUYÊN ĐỀ 2:

ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH

BÀI 1: TIA X VÀ TẠO ẢNH BẰNG TIA X

NỘI DUNG BÀI HỌC

I

II

III

IV

TIA X

CHỤP ẢNH BẰNG

TIA X

CHỤP CẮT LỚP

ỨNG DỤNG CỦA TIA X

I.

TIA X

1. Khái niệm về tia X

Các em quán sát hình ảnh nhà vật lí Wilhelm Conrad Rontgen, người đã phát hiện ra tia X (hình 1.2)

Tìm hiểu thông tin SGK và nêu khái niệm về tia X.

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

2. Cách tạo ra tia X

Các em quán sát hình ảnh chụp bằng tia X của xương bị gãy

Câu hỏi (SGK - tr.25)

2. Mô tả cấu tạo của ống tia X đơn giản.

1. Tia X được tạo ra như thế nào?

Câu 1:

Cách tạo ra tia X:

Tia X được tạo ra bằng một thiết bị được gọi là ống tia X.

Câu 2:

Ống tia X có cấu tạo gồm một ống chân không, trong ống có hai điện cực.

Cực âm (cathode) là dây điện trở được đốt nóng đề phát các electron.

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

Khi hoạt động, anode bị đốt nóng do electron va chạm

→ làm anode quay để vùng bị đốt nóng được thay đổi liên tục và do đó có thể hạ bớt nhiệt độ.

Một số ống tia X có nước lưu thông qua anode để làm mát.

Để có thể thu được hình ảnh tia X rõ nét, cần kiểm soát cả cường độ và độ cứng của chùm tia X.

Nghiên cứu SGK để tìm hiểu về điều khiển cường độ tia X và nêu ý nghĩa của độ tương phản và độ sắc nét của hình ảnh tạo bởi chùm tia X.

3. Điều khiển cường độ và độ cứng của tia X

Điều khiển cường độ tia X

• Cường độ I của chùm tia X:

Đơn vị của cường độ là W.m-2

• là công suất bức xạ và
• là diện tích mặt cắt vuông góc với phương truyền.

Trong đó:

Cường độ chùm tia X ảnh hưởng đến mức độ tương phản của hình ảnh tạo bởi chùm tia X.

Hình 1.6.

Ảnh xương bàn tay chụp bằng tia X

Cường độ của chùm tia X là số đo năng lượng tia X phát ra trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích, tức là phụ thuộc vào số lượng electron đập vào đối cathode trong một đơn vị thời gian.

Câu hỏi 3 (SGK - tr.27)

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

Tăng hiệu điện thế đặt vào dây nung.

Tăng nhiệt độ của cathode

Mở rộng: Chế tạo bề mặt kim loại làm catode dễ thoát electron với cùng một nhiệt độ (bằng kim loại kiềm hoặc kim loại thổ).

Một số tính chất của tia X:

Khả năng đâm xuyên mạnh. Xuyên qua hầu hết các vật chắn sáng thông thường.

Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh

Làm phát quang nhiều chất

Tác dụng sinh học rất mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt khuẩn,...

Nghiên cứu SGK - tr28

• Tìm hiểu về điều khiển độ cứng của tia X.
• Nêu khái niệm độ cứng và các yếu tố ảnh hưởng tới độ cứng.
• Tìm hiểu về độ lớn của hiệu điện thế giữa anode và cathode của ống tia X.

Điều khiển độ cứng của tia X

- Độ cứng được định nghĩa là độ đâm xuyên của chùm tia X qua vật được chiếu.

- Bước sóng của tia X càng ngắn thì khả năng đâm xuyên của chúng càng lớn (tia X càng cứng).

- 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.

Nêu khái niệm sự suy giảm tia X và công thức xác định cường độ chùm tia X.

Sự giảm dần cường độ của chùm tia X khi nó đi qua một môi trường được gọi là sự suy giảm tia X.

4. Sự suy giảm tia X

• Cường độ chùm tia X truyền qua được xác định bởi:

• x : là độ dày của môi trường mà tia X truyền qua
• Io : là cường độ ban đầu
• µ là hệ số suy giảm tuyến tính.

Trong đó:

Câu hỏi 4 (SGK - tr.29)

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

(1.4)

Công thức (1.4) dùng cho chùm tia X song song, có cường độ I như nhau ở cùng vị trí x, vì vậy không sử dụng cho chùm tia X phân kì.

Quan sát hình ảnh 7.1 và sự thay đổi độ cường độ chùm tia X truyền qua độ dày của môi trường hấp thụ.

II.

CHỤP ẢNH BẰNG TIA X

Quan sát sơ đồ minh họa quá trình tạo ảnh bằng tia X (hình 1.8a) và ảnh khớp gối được chụp bằng tia X (hình 1.8b)

1. Quá trình tạo ảnh bằng tia X

• Để tạo ảnh bộ phận cơ thể người bằng tia X, người ta chiếu chùm tia X vào bộ phận cần chụp.
• 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 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 5 (SGK - tr.30)

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

2. Cải thiện chất lượng ảnh tia X

Khi chụp ảnh bằng tia X, cần tạo được ảnh có chất lượng cao, đồng thời để đảm bảo an toàn, phải giảm thời gian tiếp xúc của người bệnh với tia X.

Nhóm 1,2: Tìm hiểu về nội dung cải thiện độ sắc nét.

Nhóm 3,4: Tìm hiểu về cải thiện độ tương phản.

Nhóm 5,6: Tìm hiểu về giảm liều lượng bức xạ.

a) Cải thiện độ sắc nét

Độ sắc nét của hình ảnh bị ảnh hưởng bởi độ rộng của chùm tia X.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ rộng của chùm tia X là: độ rộng của chùm electron và của đối cathode, kích thước cửa số của ống tia X, độ song song của chùm tia X.

b) Cải thiện độ tương phản

Để có ảnh với độ tương phản tốt hơn cho các loại mô mềm, khi chụp ảnh tia X, người ta dùng các chất hấp thụ tốt tia X như iodine hoặc barium.

c) Giảm liều lượng bức xạ

Để giảm hấp thụ bức xạ có hại cho người, khi chiếu tia X phải giữ liều lượng bức xạ chiếu vào cơ thể ở mức tối thiểu.

III.

CHỤP CẮT LỚP

Quan sát hình ảnh phổi người được chụp bằng tia X (hình 1.14) và đặt vấn đề về những khó khăn gặp phải khi chụp bằng tia X.

Nghiên cứu SGK và nêu hoạt động của máy chụp cắt lớp.

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

Câu hỏi 6 (SGK - tr.33)

Vì khi thở, các bộ phận trong cơ thể bị di chuyển, có thể chụp hình ảnh bị mờ, không sắc nét.

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.

Câu hỏi 7 (SGK - tr.33)

Chụp CT cung cấp hình ảnh chi tiết về não, mô mềm, xương và mạch máu trong cùng một lần chụp; thời gian xử lí nhanh. Từ đó, giúp bác sĩ chẩn đoán nhanh, chính xác các tổn thương để đưa ra phác đồ điều trị phù hợp.

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

Chụp cắt lớp điện toán theo trục là kĩ thuật dùng tia X chụp ảnh một khu vực của cơ thể ở các góc khác nhau, theo lát cắt ngang. Máy tính xử lí các hình ảnh này tạo ra hình ảnh hai hoặc ba chiều của khu vực cần chụp.

Máy chụp CT

Hoàn thành nội dung Dự án học tập: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN MÔ PHỎNG NGUYÊN LÍ CHỤP CẮT LỚP (SGK – tr34).

Hoạt động nhóm

ỨNG DỤNG CỦA TIA X

IV.

--------------- Còn tiếp ---------------