Tài liệu Tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy ct

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Bùi Thị Hải TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG MÁY CT LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Bùi Thị Hải TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG MÁY CT Chuyên ngành : Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân & Năng lượng cao Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN ĐÔNG SƠN Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các quý thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Bộ môn Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao trường Đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tiến sĩ Nguyễn Đông Sơn, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Toàn bộ giảng viên bộ môn Vật lý Nguyên tử Hạt nhân và Năng lượng cao trường Đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu, nền tảng vững chắc để thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em và toàn thể lớp cao học Vật lý hạt nhân khóa 21 đã động viên, giúp đỡ tôi học tập và hoàn thành luận văn. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2012 Bùi Thị Hải 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. 4 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................ 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .............................................................................8 MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10 NỘI DUNG ................................................................................................................... 15 CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ATBX LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT BỊ X QUANG TRONG Y TẾ ............................................................................................... 15 1.1 Tia X .................................................................................................................... 15 1.2 Sự suy giảm của chùm photon khi đi qua vật chất ......................................... 17 1.3 Một số đại lượng mô tả chùm tia bức xạ ......................................................... 19 1.3.1 Liều hấp thụ (D) .......................................................................................... 19 1.3.2 Kerma (K) .................................................................................................... 20 1.3.3 Liều tương đương (H) ................................................................................. 20 1.3.4 Liều hiệu dụng (E) ....................................................................................... 21 1.4 Các giới hạn liều đối với chiếu xạ nghề nghiệp và chiếu xạ dân chúng ........ 22 1.4.1 Chiếu xạ nghề nghiệp .................................................................................. 22 1.4.2 Chiếu xạ dân chúng ..................................................................................... 23 1.5 Một số vấn đề che chắn cho các dụng cụ X-quang ......................................... 24 1.5.1 Mục đích và nguyên tắc cơ bản của việc thiết kế che chắn ..................... 24 1.5.2 Những yếu tố cần thiết trong thiết kế che chắn ........................................ 27 2 1.5.2.1 Tường bên trong ........................................................................................ 27 1.5.2.2 Tường bên ngoài ........................................................................................ 29 1.5.2.3 Cửa............................................................................................................. 29 1.5.2.4 Cửa sổ ........................................................................................................ 30 1.5.2.5 Sàn nhà và trần nhà ................................................................................... 30 1.5.2.6 Vùng không gian xen kẽ ............................................................................. 31 1.5.2.7 Những lưu ý trong thiết kế che chắn .......................................................... 31 1.5.3 Một số khái niệm và thuật ngữ .................................................................. 32 CHƯƠNG II: CT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHE CHẮN CHO PHÒNG MÁY CT ........................................................................................................................ 37 2.1 Kiến thức chung về máy CT ............................................................................. 37 2.1.1 Giới thiệu chung về CT ............................................................................... 37 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy CT.............................................................. 38 2.1.3 Một số thuật ngữ và các phương pháp quét ở máy CT ........................... 40 2.1.3.1 Một số thuật ngữ ........................................................................................ 40 2.1.3.2 Các phương pháp quét ở máy CT .............................................................. 42 2.1.4 Liều bức xạ ở máy CT ................................................................................ 47 2.1.4.1 Chỉ số liều ở máy CT (CTDI)..................................................................... 47 2.1.4.2 CTDI 100 ...................................................................................................... 48 2.1.4.3 CTDI w (Weighted CTDI) ........................................................................... 49 2.1.4.4 CTDI vol (Volume CTDI) ............................................................................. 49 2.1.4.5 DLP (Dose- Length Product)..................................................................... 50 2.2 Các phương pháp tính toán che chắn cho phòng máy CT ............................. 50 3 2.2.1 Phương pháp sử dụng CTDI ...................................................................... 50 2.2.2 Phương pháp sử dụng DLP ........................................................................ 53 2.2.3 Phương pháp sử dụng sơ đồ đồng liều ...................................................... 55 2.2.4 Phương pháp sử dụng DLP khi tính tới ảnh hưởng của khoang máy ... 55 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO PHÒNG MÁY CT ..................... 60 3.1 Tính toán che chắn cho phòng máy CT trong trường hợp cụ thể ................. 60 3.2 Đánh giá kết quả và thảo luận .......................................................................... 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 91 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 94 PHỤ LỤC A- CÁC BẢNG KẾT QUẢ THỐNG KÊ THU ĐƯỢC TỪ CHƯƠNG TRÌNH KHẢO SÁT NEXT VÀ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHE CHẮN ......................................................................................................................... 94 PHỤ LỤC B – CÁC ĐƯỜNG CONG BIỂU DIỄN SỰ TRUYỀN QUA MỘT SỐ VẬT LIỆU CHE CHẮN CỦA BỨC XẠ THỨ CẤP ĐỐI VỚI CT .................. 135 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATBX: An toàn bức xạ BIR-IPEM- British Institute of Radiology and Institute of Physics in Engineering in Medicine: Viện y học phóng xạ và Viện vật lý kỹ thuật y học Anh CRCPD- The Conference of Radiation Control Program Directors: Hội nghị của các Giám đốc chương trình kiểm soát bức xạ CT -Computed Tomography: Máy chụp cắt lớp điện toán CTDI- Computed Tomography Dose Index: Chỉ số liều ở máy CT DLP- Dose Length Product: Giá trị liều theo chiều dài quét DNA: Acid Deoxyribo Nucleic FDA- U.S. Food and Drug Administration: Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ HVL- Half- value layer: Bề dày giảm nửa IAEA- International Atomic Energy Agency: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế ICRP- International Commission on Radiological Protection: Ủy ban Quốc tế về An toàn bức xạ ImPACT- Imaging Performance Assessment of Computed Tomography Scanners: Đánh giá tính năng tạo ảnh đối với các máy quét CT NCRP- National Council on Radiation Protection : Ủy ban Quốc gia phòng chống phóng xạ NEXT- Nationwide Evaluation of X-ray Trends: Đánh giá xu hướng sử dụng Xquang toàn quốc PMMA- Polymethyl Methacrylate SI- The International System of Units: Hệ đơn vị đo lường quốc tế TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TF- Table feed: Bước dịch của bàn bệnh nhân trong một vòng quay ở chế độ quét xoắn ốc của máy CT 5 TLDs – Thermoluminescent detectors: Các liều kế nhiệt phát quang TVL- Tenth- value layer: Bề dày giảm mười 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Trọng số bức xạ WR của một số bức xạ ................................................. 21 Bảng 1.2 Trọng số mô của một số mô hoặc cơ quan ............................................ 22 Bảng 1.3 Hệ số chiếm cứ đối với một số khu vực cụ thể ..................................... 34 Bảng 2.1 Các giá trị DLP đối với mỗi qui trình chụp cụ thể ............................... 54 Bảng 2.2 Giá trị air kerma tán xạ ứng với mỗi DLP tại khoảng cách 1m từ isocenter (hệ số tán xạ) theo các hướng khác nhau ............................................... 59 Bảng 3.1 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với khu vực não ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc .......................................................... 63 Bảng 3.2 Bề dày vật liệu che chắn cần thiết đối với tường, trần và sàn phòng máy CT (sử dụng số liệu thống kê từ cuộc khảo sát NEXT) được tính toán bằng ba phương pháp ........................................................................................................... 82 Bảng A.1 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với khu vực hố sọ sau ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ................................................. 94 Bảng A.2 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với khu vực bụng và khung chậu ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ............................... 97 Bảng A.3 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với khu vực ngực ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ..................................................... 101 Bảng A.4 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng bụng ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 104 Bảng A.5 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng xoang ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 108 Bảng A.6 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng xương chậu ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ............................................. 111 Bảng A.7 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối vùng xương cột sống ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ............................................. 114 7 Bảng A.8 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng ngực+bụng+khung chậu ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ............ 118 Bảng A.9 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng hộp sọ ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 121 Bảng A.10 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng thận ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 124 Bảng A.11 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với vùng gan ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 128 Bảng A.12 Số liệu thu được từ chương trình khảo sát NEXT đối với tuyến tụy ở chế độ quét tuần tự và chế độ quét xoắn ốc ........................................................ 131 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sự suy giảm của chùm photon khi đi qua lớp vật chất có bề dày x ....... 18 Hình 1.2 Bức xạ sơ cấp, bức xạ thứ cấp, bức xạ truyền qua và các lớp che chắn sơ cấp, thứ cấp trong phòng chẩn đoán hình ảnh bằng X quang. ............................... 25 Hình 1.3 Bề dày của chì tấm lưu hành trên thị trường theo một cuộc khảo sát gần đây của một số nhà cung cấp tại Mỹ. Chiều cao của mỗi cột là giá thành tương đối của mỗi tấm chì so với tấm có bề dày 0,79 mm. ................................................... 28 Hình 2.1 Máy chụp cắt lớp vi tính (CT) ................................................................ 39 Hình 2.2 Chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay ở thế hệ máy CT thế hệ thứ nhất và thứ hai ........................................................................................................ 43 Hình 2.3 Chuyển động quay trong máy CT thế hệ thứ 3 ...................................... 44 Hình 2.4 Máy CT thế hệ thứ 4 .............................................................................. 44 Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị CT kiểu chùm electron ..................................................... 45 Hình 2.6 Chế độ quét xoắn ốc .............................................................................. 46 Hình 2.7 CT đơn lát cắt và CT đa lát cắt ............................................................... 47 Hình 2.8 Ý nghĩa của chỉ số liều ở máy CT .......................................................... 47 Hình 2.9 Phantom phần thân và đầu người ........................................................... 49 Hình 2.10 Các vị trí tiến hành đo giá trị air kerma tán xạ xung quanh khoang máy. Đường đứt nét xác định vị trí đo, còn mũi tên chỉ hướng của liều lượng kế. 56 Hình 2.11 Các đường cong đồng liều thể hiện sự phân bố air kerma tán xạ khi tiến hành quét phatom phần thân đối với (a) máy Siemens Somatom 64 và (b) Philips MX8000 ................................................................................................................ 57 9 Hình 2.12 Các đường cong đồng liều thể hiện sự phân bố air kerma tán xạ khi tiến hành quét phantom đầu đối với (a) máy Siemens Somatom 64 và (b) GE Lightspeed 16 ........................................................................................................ 58 Hình 3.1 Mặt bằng lắp máy CT ............................................................................. 68 Hình 3.2 Phân bố liều quanh máy CT theo mặt cắt ngang (Đơn vị đo microGy/1mAs)...................................................................................................... 77 Hình 3.3 Phân bố liều quanh máy CT theo mặt cắt đứng (Đơn vị đo microGy/1mAs)...................................................................................................... 78 Hình 3.4 Các vị trí của TLDs .............................................................................. 83 Hình 3.5 Đồ thị thể hiện giá trị air kerma tán xạ (mGy) tại khoảng cách 1 m xung quanh máy quét thứ nhất ....................................................................................... 84 Hình 3.6 Đồ thị thể hiện giá trị air kerma tán xạ (mGy) tại khoảng cách 1 m xung quanh máy quét thứ hai ......................................................................................... 84 Hình 3.7 Đồ thị thể hiện giá trị air kerma tán xạ (mGy) tại khoảng cách 1 m xung quanh máy quét thứ ba .......................................................................................... 85 Hình B.1 Đường cong biểu diễn sự truyền qua chì của bức xạ thứ cấp đối với CT .............................................................................................................................. 135 Hình B.2 Đường cong biểu diễn sự truyền qua bê tông của bức xạ thứ cấp đối với CT ........................................................................................................................ 136 10 MỞ ĐẦU Ngày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, mức sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khỏe ngày càng được quan tâm hơn. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe con người luôn được đầu tư và quan tâm một cách thích đáng. Một trong những bộ phận được ứng dụng vào y tế là hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh. Các thiết bị này ngày càng hoàn thiện về tính năng cũng như sự tiện dụng. Trong đó, chụp cắt lớp vi tính (CTComputed Tomography) là biện pháp chẩn đoán hình ảnh hiệu quả và được sử dụng khá phổ biến. Những thiết bị CT dùng cho chẩn đoán đầu tiên được chế tạo trong khoảng thời gian từ năm 1974 đến năm 1976. Các máy CT đầu tiên được thiết kế để chuyên chụp ảnh đầu, tuy nhiên từ năm 1976 đã có các máy lớn hơn cho phép chụp toàn bộ cơ thể. CT bắt đầu được sử dụng rộng rãi từ thập kỉ 80 của thế kỷ 20. Theo thống kê năm 2010, chỉ hơn một phần tư thế kỉ, CT được sử dụng tăng gấp 12 lần tại Anh và hơn 20 lần tại Mỹ với số liệu cụ thể mỗi năm có hơn 3 triệu lượt sử dụng CT tại Anh và hơn 70 triệu lượt đối với Mỹ [9, tr. 809]. CT là công cụ mạnh mẽ giúp chúng ta có thể thấy được cấu trúc của cơ thể người với độ phân giải vị trí và độ tương phản rất cao. Kỹ thuật chụp ảnh CT không chỉ cho hình ảnh định tính, mà còn cho phép ta có được những thông tin mang tính định lượng về giải phẫu học cơ thể. Tuy nhiên cùng với những tính năng không thể phủ nhận đó, CT lại gây ra mức phóng xạ cao gấp nhiều lần so với chụp X quang thông thường. Theo tính toán gần đây, trung bình máy CT tạo ra mức phóng xạ gấp 200 lần so với chụp X-quang thông thường [27]. Một khảo sát được tiến hành vào những năm 1990 tại Đức cho thấy, trong khi số lượng ca chẩn đoán dùng CT chỉ chiếm 4% trong các chẩn đoán X-quang, thì phần đóng góp của nó vào liều hiệu dụng chung (collective effective dose) chiếm đến 35%, tức là gần 10 lần lớn hơn [11, tr.2-3]. Điều nguy hiểm là phóng xạ tích lũy trong cơ thể bệnh nhân theo năm tháng qua các lần chụp CT. Điều này đã gây ra những hậu quả hết 11 sức tai hại, gây ảnh hưởng không nhỏ đối với cộng đồng, thậm chí cho chính bác sĩ và cả nhân viên vận hành máy. Hiểu được tầm quan trọng của vấn đề này, một số tổ chức quốc tế như Ủy ban Quốc tế về An toàn bức xạ (ICRP- International Commission on Radiological Protection) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA- International Atomic Energy Agency) đã có những đóng góp quan trọng trong việc khuyến cáo và ban hành các tiêu chuẩn an toàn bức xạ (ATBX) quốc tế. Từ những năm 30, ICRP đã khuyến cáo rằng mọi tiếp xúc với bức xạ vượt quá giới hạn phông bình thường nên giữ ở mức độ càng thấp càng tốt. Khuyến cáo đó được bổ sung bằng những khuyến cáo giới hạn liều được điều chỉnh hàng năm, để giúp đỡ nhân viên bức xạ và công chúng phòng tránh quá liều. Cụ thể là giới hạn liều đối với nhân viên bức xạ trong một năm riêng lẻ có thể lên tới 50 mSv/năm nhưng phải bảo đảm liều trung bình trong 5 năm làm việc liên tục không được vượt quá 20 mSv/năm, đối với công chúng thấp hơn nhưng không nên vượt quá 1 mSv/ năm [2, tr. 152-160]. Để bảo đảm những quy định về ATBX vừa nêu, ngoài việc rút ngắn thời gian chụp và tăng khoảng cách từ nguồn phát bức xạ tới nhân viên và quần chúng thì công việc tiến hành che chắn là chủ yếu. Hiện nay, trên thế giới nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng, việc sử dụng các thiết bị X-quang, mà cụ thể ở đây là máy CT không chỉ giới hạn trong các bệnh viện như trước kia mà ngay cả các đơn vị y tế tư nhân cũng có khả năng trang bị thiết bị này. Chính việc sử dụng rộng rãi đó đã đặt ra một vấn đề không nhỏ là đảm bảo an toàn khi xây dựng phòng thiết bị sử dụng máy CT. Thế nhưng những nghiên cứu đánh giá và phổ biến về các phương pháp tính toán che chắn cho phòng máy CT hầu như không có tại Việt Nam, đặc biệt tài liệu bằng tiếng Việt rất hiếm. Hiện nay, tài liệu mới nhất và đáng tin cậy nhất cho việc tính toán che chắn cho các máy X-quang là NCRP Report No. 147, Structural Shielding Design for Medical X-Ray Imaging Facilities [19]. Tuy nhiên trong đó phần trình bày tính toán cho CT còn chưa cụ thể, phương pháp tính còn chưa thống nhất. NCRP Report No. 147 là sự thay thế cho NCRP Report No.49, Structural Shielding Design for Medical use of X Rays and Gamma Rays of Energies up to 10 12 MeV [18]. So với NCRP Report No. 49, NCRP Report No. 147 có rất nhiều sự thay đổi về đơn vị, các thuật ngữ, khái niệm, mục tiêu che chắn và những giả định trong các phương pháp thiết kế che chắn. Ngoài ra, NCRP Report No. 147 cũng có những bước tiếp cận tới các thiết bị hiện đại hơn phù hợp với xu hướng ngày càng phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, tại Anh, việc tính toán che chắn cho phòng máy CT chủ yếu dựa vào tài liệu được đưa ra bởi một nhóm các nhà khoa học liên kết giữa Viện y học phóng xạ và Viện vật lý kỹ thuật y học Anh (BIR/IPEM- Bristish Institute of Radiology and Institute of Physics in Engineering in Medicine) [21]. Phương pháp BIR-IPEM sử dụng sơ đồ đồng liều được cung cấp bởi chính các nhà sản xuất, trong khi hai phương pháp được đề cập tới trong tài liệu NCRP Report No. 147 lần lượt dựa vào CTDI (Computed Tomography Dose Index) và DLP (Dose Length Product) để tính toán che chắn. Tuy nhiên, các đường cong đồng liều được cung cấp bởi nhà sản xuất lại cho mức độ tán xạ của bức xạ sai khác đáng kể so với giá trị đo trực tiếp. Điều này được giải thích là do việc sử dụng phantom PMMA trong quá trình nhà sản xuất xây dựng sơ đồ đồng liều [10, tr.512]. Các giá trị CTDI và κ đóng vai trò chính trong phương pháp NCRP CTDI và NCRP DLP. Giá trị CTDI ứng với nhiều loại máy CT khác nhau được cung cấp tại trang web ImPACT (Imaging Performance Assessment of Computed Tomography Scanners) [26] và giá trị của hệ số κ cũng được lấy trực tiếp từ NCRP Report No. 147 [19, tr. 96]. Tuy nhiên, theo một đánh giá gần đây, giá trị của hệ số κ đo được khác biệt tới 84% so với giá trị đưa ra trong tài liệu NCRP Report No. 147 [10, tr.512-513]. Hai phương pháp sử dụng CTDI và DLP đã giả sử rằng các bức xạ tán xạ có tính đẳng hướng, tức là sự phân bố bức xạ tán xạ theo mọi hướng là như nhau, tuy nhiên trong thực tế các bức xạ bị suy giảm bởi khoang máy. Khoang máy của máy quét CT chỉ cho phép truyền qua 10% bức xạ tán xạ và điều này nên được xem xét khi thiết kế che chắn bảo vệ. Do bức xạ tán xạ phân bố khác nhau theo các hướng khác nhau nên hệ số κ cũng nhận các giá trị khác nhau. Điều này được phân tích và nghiên cứu chi tiết trong tài liệu, Establishment of scatter factors for use in shielding calculations and risk 13 assessment for computed tomography facilities [22]. Vì vậy, việc đánh giá mức độ bức xạ tán xạ sử dụng phương pháp mới này đã được xem xét như giải pháp vững chắc, nhất quán nhất trong bốn phương pháp tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy CT. Với nhu cầu thực tiễn, có tính khoa học và trước những vấn đề cần quan tâm, cần giải quyết như trên, tôi đã chọn đề tài “Tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy CT“ làm đề tài luận văn thạc sỹ. Với mục đích nhằm tìm hiểu cơ sở khoa học, khảo sát các phương pháp tính toán che chắn cho máy CT, và áp dụng cho những bài toán che chắn máy CT cụ thể, luận văn bao gồm những nội dung chính như sau: Phần I: Mở đầu Phần này trình bày những hiểu biết tổng quan của tác giả về ATBX liên quan đến CT, những kỹ thuật tính toán che chắn khác nhau và từ đó đề ra mục tiêu nghiên cứu. Phần II: Nội dung Chương I: Những vấn đề về ATBX liên quan đến thiết bị X quang trong y tế Chương này trình bày những kiến thức cơ bản về tia X, sự suy giảm của chùm photon khi đi qua vật chất, các giới hạn liều đối với các đối tượng cụ thể và một số đại lượng được sử dụng để mô tả chùm tia bức xạ. Đồng thời, cũng đề cập tới một số vấn đề về che chắn cho các dụng cụ X quang nói chung. Chương II: CT và các phương pháp che chắn cho phòng máy CT Nội dung chính trong chương này nhằm cung cấp những kiến thức chung về máy CT và các phương pháp che chắn cho phòng máy CT. Chương III: Các tính toán che chắn cho phòng máy CT Chương này trình bày quá trình tính toán lý thuyết có sử dụng những số liệu thực nghiệm và tiến hành đánh giá, thảo luận các kết quả. Phần III: Kết luận và kiến nghị 14 Tổng kết các kết quả đã đạt được, đồng thời đưa ra các kết luận và nhận định về đề tài này. Ngoài ra, nêu lên những kiến nghị về phương pháp tính toán và phương hướng nghiên cứu, phát triển tiếp theo cho đề tài. 15 NỘI DUNG CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ATBX LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT BỊ X QUANG TRONG Y TẾ CT được xem như là một chủng loại thiết bị chẩn đoán hình ảnh chuyên sâu trong chuyên ngành chụp X quang, hoạt động dựa trên cơ sở vật lý chính là tia X và đặc trưng tương tác của tia X với vật chất. Đây cũng chính là hai nội dung được đề cập tới trong chương này. Ngoài ra, với đề tài “ Tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy CT“ thì rất cần thiết phải trình bày những kiến thức về ATBX liên quan đến thiết bị X quang y tế như những khái niệm và đại lượng ATBX căn bản, những giới hạn liều đối với một số đối tượng cụ thể, cũng như những vấn đề về che chắn cho các dụng cụ X quang mà những nội dung này đóng vai trò nền tảng và có liên quan trực tiếp tới nội dung tính toán thiết kế che chắn được trình bày trong chương 2 và chương 3. 1.1 Tia X Được biết đến là một trong những phát hiện quan trọng trong lịch sử y học hiện đại, việc phát minh ra tia X và phương pháp chụp X quang đã mang lại những ứng dụng tuyệt vời giúp phát hiện và hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh đạt hiệu quả và độ chính xác cao. Năm 1895, khi cho một ống tia cathode hoạt động, nhà vật lí học người Đức Wihelm Roentgen nhận thấy từ vỏ thủy tinh đối diện với cathode có một bức xạ không thấy được phóng ra. Bức xạ này tác dụng lên các tấm kính ảnh vốn được gói kín và được đặt trong hộp kín. Roentgen gọi loại bức xạ này là tia X. Tia X có những đặc tính quan trọng trong tạo hình X quang như: 16 - Tính truyền thẳng và đâm xuyên: Tia X truyền thẳng theo mọi hướng và có khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ dàng khi cường độ tia X càng tăng. - Tính bị hấp thụ: Sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm xuống do một phần năng lượng bị hấp thụ. Đây là cơ sở của phương pháp chẩn đoán X quang và liệu pháp X quang. Sự hấp thụ này tỷ lệ thuận với: + Thể tích của vật bị chiếu xạ: Vật càng lớn thì tia X bị hấp thụ càng nhiều. + Bước sóng của chùm tia X: Bước sóng càng dài tức là tia X càng mềm thì sẽ bị hấp thụ càng nhiều. + Trọng lượng nguyên tử của vật: Sự hấp thụ tăng theo trọng lượng nguyên tử của chất bị chiếu xạ. + Mật độ của vật: Số nguyên tử trong một thể tích nhất định của vật càng nhiều thì sự hấp thụ tia X càng tăng. - Tính chất quang học: Giống như ánh sáng, tia X cũng có những hiện tượng như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Những tính chất này tạo nên những chùm tia thứ cấp bao gồm chùm tia tán xạ và chùm tia rò khi tiến hành chụp X quang. - Tác dụng sinh học: Tuy việc sử dụng phương pháp chụp X quang có thể mang lại nhiều lợi ích trong chẩn đoán, phát hiện tình trạng bệnh, song những nghiên cứu khoa học cũng chỉ ra rằng việc tiếp xúc nhiều với phương pháp chụp X quang có thể gây ra những tổn thương cho các tế bào trong cơ thể. Do bản thân tia X là một loại sóng điện từ bước sóng ngắn, mang năng lượng, nên khi hấp thụ vào cơ thể con người, chúng có khả năng gây ion hóa làm thay đổi cấu tạo các phân tử trong các tế bào sống của cơ 17 thể, cụ thể là làm thay đổi DNA trong các tế bào sống, kết quả là làm gia tăng nguy cơ tế bào đột biến dẫn tới bệnh ung thư. 1.2 Sự suy giảm của chùm photon khi đi qua vật chất Như phần 1.1 đã trình bày, tính chất quan trọng nhất của tia X và là cơ sở của phương pháp chẩn đoán X quang chính là sự suy giảm. Khi tia X đi qua môi trường vật chất, cường độ chùm tia X bị suy giảm. Sự suy giảm này là kết quả của sự tương tác giữa photon tia X với các nguyên tử của môi trường, tức là với electron và hạt nhân. Có ba kiểu tương tác chính là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. Tuy nhiên, đối với tia X chẩn đoán, tương tác phổ biến nhất là hiệu ứng quang điện (Hiệu ứng tạo cặp chỉ xảy ra đối với tia X có năng lượng trên 1,022 MeV). Các tương tác này làm photon bị hấp thụ hoặc bị mất một phần năng lượng. Điều đó làm chùm photon bị suy giảm đi. Chiếu một chùm photon song song đi qua một lớp vật chất, do sự tương tác với các nguyên tử của môi trường, một số photon sẽ bị hấp thụ hay tán xạ ra khỏi chùm. Do đó số hạt trong chùm sẽ giảm dần. Gọi N(0) và N(x) là số hạt trong chùm trước và sau khi đi qua lớp vật chất có độ dày x. Thực nghiệm cho thấy đối với chùm đơn năng (có cùng năng lượng E) giữa N(0) và N(x) có mối quan hệ: N ( x) = N (0)e − µ x Hoặc I ( x) = I 0 e− µ x (1.1) (1.2) Trong đó, I 0 và I(x) là cường độ bức xạ tia X trước và sau lớp vật chất có bề dày x. µ được gọi là hệ số suy giảm tuyến tính của lớp vật chất đối với chùm photon đó.