Physics of Medical Imaging – And Introduction

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI DỊCH MÔN CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH 1 ĐỀ TÀI Physics of Medical Imaging – And Introduction Edwin L Dove Biomedical Engineering The University of Iowa Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Mạnh 20122055 Vũ Tùng Lâm 20121962 Hà Nội, tháng 01 2017 Lời nói đầu Ngày nay, cuộc sống con người càng phát triển, kéo theo dịch vụ chăm sóc sức khỏe cũng như phát hiện các bệnh từ sớm là rất cần thiết Vì thế cần sự hỗ trợ rất.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thái Hà

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đức Mạnh 20122055

Hà Nội, tháng 01-2017

L i nói đ u ờ ầ

Ngày nay, cuộc sống con người càng phát triển, kéo theo dịch vụ chăm sóc sứckhỏe cũng như phát hiện các bệnh từ sớm là rất cần thiết Vì thế cần sự hỗ trợ rất đắc lực

từ các phương tiện kĩ thuật hiện đại Môn Chẩn đoán hình ảnh cho chúng em những

khái niệm cơ bản nhất về các loại máy chụp mô người, hiểu rõ nguyên lí, cấu tạo và cáchvận hành của chúng Nhiệm vụ của chúng em là tìm hiểu "Tính chất vật lý của ảnh y tế",qua đó chúng em đã tìm hiểu được những kiến thức cơ bản nhất về các phương thức chụpảnh X Quang, tương tác giữa tia X và vật chất Bài dịch của chúng em vẫn còn nhiềuthiếu sót một phần vì kiến thức chuyên môn chưa thực sự vững và đôi lúc gặp khó khăntrong việc xử lí các từ ngữ chuyên ngành

Qua đây chúng em cũng xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Thái Hà đã tận tình giúp đỡ từkhi chọn đề tài, tới những bài giảng tận tình trên lớp Ngoài những kiến thức môn họcnhận được, chúng em còn nâng cao thêm được vốn tiếng anh, tiếp cận được các từ ngữchuyên ngành y sinh, đó là những kiến thức quý báu giúp cho hành trang chúng em saukhi ra trường thêm tự tin hơn

Phân công nhiệm vụ:

Vũ Tùng Lâm Phần 1,2 và 3 Trang 1 – 20

Nguyễn Đức Mạnh Phần 4,5,6,7 và 8 Trang 21 - 46

Hà Nội, tháng 01 năm 2017Nhóm Sinh viên thực hiện

Vũ Tùng Lâm Nguyễn Đức Mạnh

M c L c ụ ụ

Lời nói đầu 1

1 Giới thiệu 4

2 Phương thức chụp ảnh X quang 8

2.1 Lịch sử 8

2.2 Bản chất vật lí tia X 10

2.3 Tống quan về cấu trúc nguyên tử 13

3 Tương tác giữa tia X với vật chất 14

3.1 Tán xạ Coherent 15

3.2 Hiệu ứng quang rã 15

3.3 Hiệu ứng quang điện 15

3.4 Tán xạ Compton 17

3.5 Hiệu ứng tạo cặp 19

3.6 Tổng kết 19

4 Liều lượng và sự phơi sáng 21

4.1 Liều lượng tương đương 21

4.2 Mức độ tối đa được cho phép 22

4.3 Liều lượng đối với môi trường 23

4.4 Những phần cơ thể - liều toàn thân 24

5 Mô hình lan truyền 25

5.1 Phương thức truyền ảnh đơn giản 25

5.2 Hệ số suy giảm 26

5.3 Truyền hình ảnh 28

6 Tóm tắt ngắn gọn 29

7 Các thế hệ của tia X-ray 30

7.1 White radiation 31

7.2 Đặc tính của bức xạ 32

7.3 Máy phát X-ray 32

7.4 Lưới 34

7.5 Đầu dò 35

7.6 Những phương pháp tổng hợp 39

8 Tổng kết và lịch sử 43

9 Tài liệu tham khảo 46

1 Gi i thi u ớ ệ

Việc tao ảnh cơ thể con người đểu được tạo ra nhờ sự tương tác năng lượng với môngười Năng lượng có thể ở dưới dạng bức xạ, từ trường hoặc điện hoặc năng lượng âmthanh Năng lượng thường tương tác ở mức độ phân tử hay nguyên tử Do đó, chúng tacần hiểu biết rõ về cấu trúc của nguyên tử Ngoài sự hiểu biết về vật lý nguyên tử, chúng

ta cần biết về các thuật ngữ dung trong tạo ảnh Ví dụ:

 Chụp cắt lớp (tomography) tomo: cắt lát Một hình ảnh cắt ngang được hình thành

Mỗi phương thức có một phương pháp tạo ảnh riêng

MR, CT, … đều là các phương thức tạo ảnh Đôi khi ta phân loại các phương thứctheo mức năng lượng áp dụng vào cơ thể, ví dụ: phương pháp chụp X quang sản xuất ramột năng lượng đủ để ion hóa nguyên tử

Các phương thức mà gây ra bức xạ ion hóa là X-quang, CT, SPECT, PET phươngthức không ion hóa bao gồm chụp cộng hưởng từ và siêu âm

Nhiều bác sĩ đã xem xét bốn phương thức tạo: X quang, phát xạ hạt nhân phóng xạ,cộng hưởng từ và siêu âm Và đưa ra kết quả so sánh:

Bảng 1.1 So sánh các phương thức chụp ảnh y tế

Chụp cắt lớp điện toán

truyền qua Mật độ và số lượng nguyên tử trung bình

Giải phẫu, hàm lượng khoángchất, dòng chảy và độ thấm

từ chuyển động của tương phản vật chất

Chụp cắt lớp bằng bức xạ Nồng độ hạt nhân phóng xạ Trao đổi chất, , lưu lượng

Chụp ảnh cộng hưởng từ

hạt nhân

Nồng độ, thư giãn thông

số T1, T2 và tần số thay đổi do cấu trúc hóa học

Giải phẫu, phù nề, dòng chảy,

và thành phần hóa học

Siêu âm

Sự sai lệch trở kháng âm,vận tốc âm thanh, suy giảm, thay đổi tần số do chuyển động

Giải phẫu, đặc điểm cấu trúc

mô, dòng chảy

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn các phương thức tạo ảnh lớn trong chẩn đoán hình ảnh.Một số phương thức tạo ảnh hiện đại (PET, CT và MR) yêu cầu các bệnh nằm trong mộtvòng tròn Điều này gây cản trở với các bện nhân sợ nơi chật hẹp, hoặc vài vấn đề khác.Còn kĩ thuật siêu âm lại đòi hỏi một đầu dò đơn giản được đặt sát trên da của đối tượng

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn các phương thức tạo ảnh lớn trong chẩn đoán hình ảnh

Hình 1.2 Ảnh chụp khối u não- chụp PET.

Hình 1.3 Ảnh chụp khối u não- chụp SPECT.

Hình 1.4 Sơ đồ của một máy MRI.

Hình 1.5 Hình ảnh đầu gối khi chụp MRI

2 Ph ươ ng th c ch p nh X quang ứ ụ ả

2.1 L ch s ị ử

Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, Wilhelm Conrad Röntgen (một giáo sư của đại học

Julius Maximilian University of Wurzburg) phát hiện ra một loại tia mới có khả năng đâm

xuyên vật chất và đặt tên nó là tia X (X-rays) Röntgen đã tìm kiếm tia X mà nhà vật líHermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz đã dự đoán từ lí thuyết điện từ học maxwell

về bức xạ điện từ Röntgen đăng kí công bố việc phát hiện tia X ngày 5/1/1896

Röntgen tiến hành chụp bức ảnh X quang đầu tiên trên 1 mẫu là mô người Tấmảnh nổi tiếng đó là tấm ảnh bàn tay vợ ông với chiếc nhẫn trên tay

Hình 2.6 Ảnh bàn tay bà Röntgen với một chiếc nhẫn, chụp năm 1895

Năm 1901, Röntgen được nhận giải Nobel vật lí, ông là người đầu tiên được nhậngiải Nobel Vật lĩ Nhưng không may sau đó, vợ ông và các nhà nghiên cứu tại trung tâmcủa ông đã sớm chết vì ung thư

Việc áp dụng X-ray trong y tế lần đầu tiên vào ngày 13 tháng 1 năm 1896 bới tiến

sĩ Ratcliffe và Hall-Edwards Họ đã chỉ ra vị trí của một cây kim nhỏ trong bàn tay của 1người phụ nữ, và tiến hành phẫu thuật dưới sự hộ trợ của tia X 9 ngày sau khi công bố sựtồn tại của tia X

Cũng năm 1896, Randolp Hearst đã thách thức cá nhà khoa học chụp ảnh đượchình ảnh của não Nhiều nhà khoa học đã thử và tất cả đều thất bại, mặc dù nhiều kĩ thuậttạo ảnh đã được phát minh

Allan Macleod Cormack (Đại học Tufts) và Godfrey Newbold Hounsfield (phòngthí nghiệm nghiên cứu của EMI, Ltd) đã phát triển thuật toán cần thiết (1962) và phầncứng đầu tiên của máy quét CT (1972), thiết bị có thể tạo ảnh não Máy quét này đã cóthể tính toán một hình ảnh CT trong khoảng 24 giờ Cormack và Hounsfield đã nhận giảiNobel Sinh lý học và Y khoa năm 1979.

2.2 B n ch t v t lí tia X ả ấ ậ

Tia X-ray là bức xạ điện từ tương tự như ánh sáng, sóng radio, sóng truyền hình, vvBảng 2.1 cho ta thấy một số thành phần của phổ điện từ như tần số, bước sóng, nănglượng

Hình 2.7 Phổ sóng điện từ

Hình 2.8 Quang phổ điện từ và năng lượng tương ứng của từng thành phần.

Mối liên hệ giữa năng lượng và tấn số của sóng điện từ

E=hf

 E là năng lượng tính bằng keV,

 h là hằng số Planck h =4.13x10-19 keVs hoặc h = 6,625.10-34 Js

 Với λ là bước sóng (đơn vị: m)

Xquang cũng có đặc điểm như các hạt Đây là một ví dụ của tính hai mặt của chất năng lượng đồng thời là sóng và hạt Ví dụ với một hạt X-ray với vận tốc v và khốilượng m có động lượng p là :

-Các hạt tia X thường được gọi là photon, lượng tử Nếu năng lượng các hạt nàylớn hơn 2-3 eV thì chúng có thể ion hóa các nguyên tử Bức xạ chẩn đoán thường trongkhoảng bước sóng từ 100nm-0.01nm hoặc năng lượng 12eV-125eV

2-10eV là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết hóa học của một điện tử Dảinăng lượng này được phát ra bởi sóng điện tử nằm trong vùng tử ngoại hoặc cao hơn

Nhưng tia cực tím sẽ phá vỡ liên kết hóa học trong mô (tức là ion hóa mô), do đó

nó có thể gây ra mối nguy hiểm cho sức khỏe Nếu phá vỡ liên kết hóa học vỡ đang nằmtrên phân tử DNA thì chính chỗ đó sẽ bị ung thư da

Các nguồn năng lượng điện từ dưới mức cực tím không thể phá vỡ liên kết hóahọc, hoặc các ion Mối nguy hiểm nhất từ các photon năng lượng thấp là làm nóng mô

Ví dụ, ánh sáng hồng ngoại có thể làm nóng đối tượng bằng cách làm cho họ rung Lò visóng trong nhà bếp làm các phân tử nguyên nước chuyển động sẽ gây ra nhiệt độ củathức ăn để tăng

Một thí nghiệm cổ điển cho thấy tính hai mặt của năng lượng điện từ là thí nghiệmkhe đôi Kết quả thí nghiệm được nêu ở hình 2-3 và hình 2-4

Hình 2.9 thí nghiệm khe đôi

Hình 2.10 Kết quả thí nghiệm khi mở 2 khe.

Kết quả của thí nghiệm khe đôi đều cho ra kết quả giống nhau khi sử dụngelectron và bức xạ điện tử Do đó các electron có tính chất tương tự sóng và hạt,chỉ là bức xạ điện từ Lướng tính sóng hạt tồn tại trong bức xạ điện từ hoặc các

hạt nguyên tử Chúng ta không thấy tính lưỡng tính này với các đối tượng lớn hơnnhư là quả bóng chày,

 Các electron mang điện tích âm, các proton mang điện tích dương, và neutron làtrung lập

 Nếu nhân có quá ít nơtron, sau đó các hạt nhân sẽ không ổn định Nếu hạt nhân làquá lớn, hoặc có quá nhiều các proton và neutron, hạt nhân cũng sẽ trở nên không

ổn định Không có đồng vị ổn định của các nguyên tử ở trên chì (Pb-208)

 Số lượng các proton được gọi là số nguyên tử Hydrogen chỉ có một proton và sốnguyên tử của nó là một

 Để trung hòa, một nguyên tử phải có cùng số proton như electron Nếu nguyên tửđược tích điện, nó được gọi là ion

 Khối lượng của neutron và proton gần như bằng nhau Còn electron có khối lượngnhỏ hơn rất nhiều Vì vậy khối lượng nguyên tử được định nghĩa là số neutroncộng với số lượng proton

 Các đám mây electron xung quanh hạt nhân chủ yếu là xác định khối lượng củakhông gian bị chiếm bởi một nguyên tử

 Các electron không thể di chuyển ra khỏi quỹ đạo do sóng bản chất của chúng, cácelectron được giới hạn trong quỹ đạo của năng lượng cụ thể (tần số) Khái niệm

này được gọi là mô hình Bohr (người đưa ra khái niệm này).

 Mô hình Bohr:

 Mỗi quỹ đạo có một năng lượng khác nhau.

 Chỉ có hai electron có thể có "cùng một" giá trị năng lượng trong 1 nguyên tử.Trong thực tế, các mô hình nói rằng hai electron có "cùng" năng lượng phải cónăng lượng riêng

 Năng lượng mà chúng ta quan tâm là năng lượng liên kết của electron trong mỗimức năng lượng Điều này sẽ cho chúng ta biết cần truyền bao nhiêu nặng lượngcho các nguyên tử để đánh bật mà electron từ nguyên tử năng lượng liên kết điện

tử rất cao, thường là vào thứ tự của 1-100 keV Sóng điện từ nhỏ nhất với nănglượng, tần số của tia X cần thiết để thay đổi cấu trúc của nguyên tử Ví dụ, ion hóamột tín hiệu điện từ với bước sóng λ = 1 nm? Chúng ta cần phải tính toán nănglượng của sóng Nếu nó vượt quá 1-2 keV, các sóng được xem là ion hóa, và cókhả năng gây nguy hiểm cho sức khỏe con người

 Vì tia X có thể làm bất các electron và ion hóa nguyên tử nên tia X là bức xạ ionhóa Bức xạ này có thể thay đổi các liên kết hóa học quan trọng của các chất chẳnghạn như DNA

 Bức xạ chẩn đoán X-quang thường là trong khoảng bước sóng từ 100 nm đếnkhoảng 0,01 nm, hoặc năng lượng từ 12 keV đến 125 keV

Albert Einstein đạ dành được giải Nobel vât ví về hiệu ứng quang điện.

Theo lý thuyết lượng tử, bức xạ điện tử được lượng tử hóa thành các gói rời rạc haylượng tử gọi là photon Mỗi photon có năng lượng E mà phụ thuộc vào tần số f Mốiquan hệ giữa năng lượng và tần số, đó là E=hf-phương trình (2.1)

Một photon duy nhất có một và chỉ một tần số (và do đó một và chỉ một trạng tháinăng lượng), và có thể tương tác với một và chỉ một electron Một photon không thể chia

sẻ năng lượng với vài electron Vì một photon đi ở tốc độ của ánh sáng, lý thuyết tươngđối rộng dự đoán rằng các photon có năng lượng nghỉ m0 Ví dụ, năng lượng là hoàn toànđộng Nếu photon tương tác với một điện tử, sau đó nó truyền đạt tổng số năng lượng choelectron và photon biến mất Nếu năng lượng cần thiết để giữ các electron trong nguyên

tử là ít thì năng lượng truyền đạt cho các electron của các photon, giúp electron có thểthoát do đó sản xuất quang điện tử Động năng của quang điện tử này phụ thuộc vào sựchênh lệch của năng lượng liên kết của electron và năng lượng của photon tới Hay nóicách khác năng lượng này bằng hiệu năng của năng lượng liên kết của electron và nănglượng của photon tới

Điều gì xảy ra nếu electron bắn phá được liên kết với một nguyên tử? Nếu photon

có mức năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng liên kết của lớp K của nguyên tử, sau

đó các photon sẽ "tung ra" một trong những điện tử lớp K Tuy nhiên, các nguyên tử cần

có đủ nguyên tử ở lớp K cho nên, một electron từ mức năng lượng cao hơn sẽ di chuyển

để điền vào các mức năng lượng thấp hơn Điều này có thể xảy ra, hoặc do một trong cácelectron lớp bên ngoài di chuyển đến cấp độ năng lượng chưa được lấp đầy, hoặc nó cóthể xảy ra như là một sự kiện bậc thang trong đó một lớp L electron di chuyển đến lớp K,một điện tử lớp M di chuyển đến lớp L, v.v

Như một electron di chuyển từ một lớp lớp năng lượng cao hơn để một lớp nănglượng thấp hơn, nó phải bỏ (loại bỏ) các năng lượng dư thừa Quá trình này lại sản xuấtcác photon

Năng lượng của photon được tạo ra bởi quá trình rơi xuống này được gọi là nănglượng huỳnh quang hoặc năng lượng đặc trưng; các bức xạ được gọi là bức xạ đặc trưng.Các quang điện tử sản xuất được gọi là một electron Auger Quá trình này được minh họatrong hình 3-1

Hình 3.11 Hiệu ứng quang điện.

Ví dụ, giả sử rằng các photon có năng lượng E Nó truyền tất cả năng lượng choelectron lớp K Nếu electron này có năng lượng liên kết Eb, thì đây là lượng năng lượngcần thiết để bứt electron ra khỏi vỏ của nó Nếu E> Eb, sau đó phần còn lại của nănglượng kết thúc như là động năng Electron chuyển động này là quang điện tử

 Với m0 là khổi lượng nghỉ của electron.

Các nguồn năng lượng bắt buộc đối với Iốt là:

Một photon tần số 9.86x1018 Hz kích hoạt electron lớp K Một e lớp M sẽ điền đầychỗ trống và nó sẽ làm thay đổi năng lượng là 32.6 KeV Như vậy, bức xạ đặc trưngphoton với năng lượng 32,6 KeV sẽ được phát ra

3.4 Tán x Compton ạ

Trong tán xạ Compton, một photon tương tác với electron, nhưng trái ngược vớihiệu ứng quang điện, chỉ là một phần của năng lượng photon được chuyển giao choelectron Photon tiếp tục di chuyển, nhưng năng lượng của nó giảm đi Nó tương đươngvới việc giảm động lượng của photon Các electron vẫn được phát ra từ vỏ của nó Điềunày được minh họa rõ trong hình 3-2

Hình 3.12 Minh họa hiện tượng tán xạ Compton

Động lượng của photon được tính theo phương trình sau đây:

Như vậy động lượng của một sóng EM phụ thuộc vào tần số Chiều của động lượng hướng theo đường truyền của sóng.

Khi xem xét bản chất của một photon, có thể sử dụng bảo toàn năng lượng vàđộng lượng để mô tả các vụ va chạm giữa một photon và một hạt tích điện Điều nàyđược minh họa rõ trong hình 3.3:

Hình 3.13 Minh họa sự tương tác giữa một photon và một hạt tích điện

 Động lượng vốn có của photon là h/f trong khi đó động lượng sau biến đổi sẽ làh/f’

 Động lượng của electron là m0v

Ta có:

Phương trình thể hiện sự thay đổi bước sóng là:

Năng lượng của tán xạ photo là:

Các bước sóng của tán xạ photon tăng hơn so với các photon tới, và do đó làm chonăng lượng của nó giảm Sự thay đổi trong năng lượng và bước sóng chỉ phụ thuộc vàokhối lượng nghỉ của electron, tốc độ của ánh sáng, hằng số Planck, và các góc độ củaphoton tới Giá trị moc2 thì rất phổ biến và tương đương với 511 keV

Nếu năng lượng vốn có E thấp thì năng lượng tán xạ E ' độc lập với góc tán xạ θ.Nếu mặt khác, năng lượng vốn có là cao thì năng lượng tán xạ cao cho θ nhỏ Điều nàychỉ ra rằng photon tán xạ có năng lượng cao hơn sẽ tiếp tục trong cùng một hướng

3.5 Hi u ng t o c p ệ ứ ạ ặ

Hiệu ứng tạo cặp được đặc trưng bởi một sự tương tác photon hạt nhân Trong này,các photon năng lượng cao được hấp thụ bởi một hạt nhân; một positron được phát hànhcùng với một electron

Sự tương tác này là cực kỳ bất thường trong X quang chẩn đoán do các nguồn nănglượng cao cần thiết Tuy nhiên, Hiệu ứng tạo cặp mô tả sự hình thành phản vật chất được

sử dụng trong PET scan

3.6 T ng k t ổ ế

Các phương thức tương tác cơ bản là:

 Quang điện trong một photon được hấp thụ, bức xạ đặc trưng được phát ra cùngvới quang điện tử, và có thể là các electron Auger

 Compton phân tán trong một photon được hấp thụ rải rác Các năng lượng photongiảm, và một electron được đẩy ra Đây là nguồn gốc chính của nhiễu trong ảnh Xquang

 Hiệu ứng tạo cặp trong một photon được hấp thụ bởi các hạt nhân, một positronđược phát ra, và một electron được đẩy ra

Các tần số xuất hiện (xác suất) phụ thuộc vào năng lượng E tới,cấu hình của các điện tử xung quanh các nguyên tử, số nguyên tử và khối lượng của môđích,… cho thấy xác suất tương đối của cơ chế hấp thu khác nhau cho X-quang trongcarbon Hầu hết các loại mô người có đường cong tương tự Con số này là chìa khóa đểhiểu tính chất vật lý của X-quang y tế Tại các mức năng lượng của hầu hết các bệnh X-quang (50 keV đến 200 keV), hầu hết năng lượng được hấp thụ bởi các mô của con người

là do hiệu ứng quang điện, cũng đóng một vai trò quan trọng là Compton Scattering, màchúng tôi sẽ tìm thêm nhiễu vào hình ảnh Hiệu ứng tạo cặp xảy ra ở mức năng lượngthường vượt khỏi phạm vi tần số của X-quang y tế

Hình 3.14 Xác suất tương đối của ba cơ chế hấp thụ photon năng lượng thấp được hấp thu chủ yếu bằng cơ chế quang điện, các photon năng lượng cao của Hiệu ứng tạo cặp, và

photon các cấp năng lượng bởi Compton tán xạ.

4 Liều lượng và sự phơi sáng

Để bảo vệ con người khỏi bức xạ ion hóa, hoặc để tính tỉ lệ sự rủi ro/lợi ích choviệc phơi chiếu bệnh nhân để bức xạ là quan trọng cần thiết, rõ ràng cần thiết để đo mức

độ bức xạ tới đối tượng được phơi sáng Cùng với trường bức xạ kín tới nguồn bức xạ sẽ

bị ảnh hưởng từ một hạt nguyên tử mà được định nghĩa bởi với N là số phần tửnguyên tử trên mặt cắt ngang Đại lượng của sự phơi sáng được dùng là tia Rơn-ghen(roentgen R) được định nghĩa “ Số lượng của sự bức xạ sẽ phóng thích lượng điệnnạp của 2.58x10e-4 coulombs trong một kg không khí khô Nó tương đương với

1.3x10e15 electrons Đại lượng mới không có tên( đây là một sự thật),nhưngđược biết như 1 R = 2.58x10e-4 C/kg không khí khô

Một phép đo hữu dụng nữa được đưa ra tử khái niệm liều lượng bức xạ, khái niệm

được mô tả là liều lượng của sự bức xạ được hấp thu bởi mô tế bào con người Phép đokhác là liều lượng tương đương, khái niệm cho thấy sự thật rằng một số dạng của bức xạđang phá hủy nhiều hơn so với những dạng khác

Liều lượng bị hấp thụ được tính bằng lượng năng lượng hấp thụ trên đơn vị khốilượng của mô tế bào Năng lượng được theo Joules(Jun) và khối lượng theo kilograms.Đơn vị của liệu lượng là ‘gray’ (Gy) được tính bằng

1 Gy = 1 J kg -1 của mô

Đây là đơn vị cũ của liệu sượng vẫn còn được sử dụng, RAD(Radiation absorbedDose)-liên quan tới gray theo công thức:

1 rad = 0.01 Gy = 0.01 J kg-1 của mô

Ví dụ minh họa, nếu 1000 lượng tử(từng phần) được hấp thụ hoàn toàn trong 1 kgcủa mô, sau đó năng lượng bị hấp thụ bởi mô sẽ là 1000 lần năng lượng của mỗi mẫunhỏ Năng lượng bức xạ thương được đo bằng keV( hoặc MeV), nhưng bạn có thểchuyển mức năng lượng:

1 J = 6.2x1018 eVLiều lượng của 1 Gy nghĩa là 6.2x1018 eV của năng lượng được hấp thu trong 1 kgcủa mô Nó có thể tăng từ 6.2x1012 năng lượng phô tông X-Ray 1000 keV, hoặc sự kếthợp của những số khác

Liều bị hấp thụ rất khó để đo Lần tính đầu của phép đo phơi sáng và sau đó định

cỡ từ hệ số hấp thụ khối lượng cho không khí và mô

4.1 Liều lượng tương đương

Các đơn vị của liều tương đương là liều cung cấp cho cùng nguy cơ thiệt hại hoặcgây thiệt hại đến sức khỏe từ bất cứ loại phóng xạ nào Đơn vị này được gọi là Sievert(Sv):

1 Sv = 1 J kg-1 mô x hằng sốHằng số, được gọi là yếu tố bức xạ nặng, phụ thuộc vào loại bức xạ Có một đơn

vị cũ vẫn đang được sử dụng, rem, có liên quan đến các Sievert bởi

1 rem = 0.01 Sv = 0.01 J kg-1 mô x hằng sốTương đương với liều lượng ở Sv thu được bằng cách nhânliều trong Gy bởi một hằng số:

Liều lượng trong Sv = liều lượng trong Gy x hằng sốCác yếu tố bức xạ nặng cho X-Ray và γ-quang là sự thốngnhất (1), cho neutron sự không đổi là 10, và cho α hạt hằng số là

20 Vì vậy, nếu bạn đã có sự lựa chọn của bạn, bạn sẽ đánh giáđược chiếu xạ bằng tia X so với các hạt α Bảng 4.1 đưa ra một số

ý tưởng của kích thước của các đơn vị thuộc liều

Table 4.1 Con số điển hình cho liều X-ray cho năm điều kiện khác

nhau

Liều lượng do bức xạ nền trong 1 năm (Iowa) 1 mSv=0.1 rem

Cấp thiết lập như là liều tối đa đến chung dân số trong 1

năm (một liều lớn hơn là đôi khi cho phép trong 1 năm

cung cấp trung bình của 5 năm không vượt quá 1 mSv)

1 mSv = 0.1 rem

Mức độ liều tối đa cho những người làm việc với bức xạ

(50 mSv là tối đa bất kỳ một năm) 20 mSv = 2 rem

Liều tiếp xúc đó sẽ gây ra buồn nôn, ốm đau, tiêu chảy ở

hầu hết mọi người

0,5 Gy = 50 rad

Liều tiếp xúc đó sẽ giết chết nhiều người trong một vài

4.2 Mức độ tối đa được cho phép

Liều tối đa được phép thiết lập trong các mã khác nhau của thực tiễn được thểhiện bằng đơn vị liều tương đương Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ phóng xạ (ICRP) khuyếncáo tương đương với liều tối đa hàng năm cho nhân viên bức xạ là 50 mSv (5 rem), vớibình quân 5 năm dưới 20 mSv mỗi năm liều lớn được phép cụ thể bộ phận cơ thể Đốivới các thành viên của công chúng, liều toàn thân đề nghị là 1 mSv (0,1 rem) trung bìnhtrên 5 năm

Table 4.2 Liều tượng tối đa cho phép ICRP

Người làm việc với

bức xạ 50 mSv = 5 rem (5-yr average < 20 mSv = 2

rem)

Cộng đồng 1 mSv = 0.1 rem over 5 years

Ủy ban Quản lý hạt nhân Hoa Kỳ đã thông qua các tiêu chuẩn, hạn chế tối đa tiếpxúc với công chúng nói chung đến 0,5 rem một năm Giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp là1,25 rem / 3 tháng cho toàn bộ cơ thể, và 18,75 rem / 3 tháng đối với các giám sát cánhân thường xuyên thường được thực hiện với phim Xquang và vòng loại mác nhãn ngóntay

Các mức liều tối đa cho phép đã được giảm trong vòng 70 năm qua Trong năm

1931, các phép mức tối đa là 15 mSv (1,5 rem) mỗi tuần Có thể là tiếp tục giảm sẽ đượcthực hiện Lý do là ngay cả liều nhỏ có hiệu ứng lâu dài, và đó là những hiệu ứng đó lànguyên nhân của việc tiếp tục tranh cãi trong việc thiết "an toàn" cài đặt Tác động sinhhọc chỉ có thể được biểu diễn theo thống kê là cơ hội rằng một sự thay đổi chung chung,hoặc một bệnh bạch cầu (ung thư khác) có thể phát triển trong một thời gian nhất địnhthời gian Việc đánh giá rủi ro là rất phức tạp bởi vì đó cũng là những nguyên nhân tựnhiên những thay đổi này Sự tồn tại của hiệu ứng dài hạn là lý do tại sao những người trẻtuổi, và đặc biệt là thai nhi chưa sinh, phải chịu rủi ro lớn nhất đối với bức xạ ion hóa, và

do đó có thể đến mức tối đa cụ thể của mình tiếp xúc với bức xạ Ví dụ, nó là khuyến cáorằng, theo "quy tắc 10 ngày", phụ nữ chỉ được tiếp xúc với chẩn đoán X-Ray thủ tụctrong 10 ngày sau kỳ kinh nguyệt khi mang thai là không thể

4.3 Liều lượng đối với môi trường

Chúng ta được tiếp xúc với bức xạ từ nhiều nguồn khác nhau trong cuộc sống củachúng tôi Một số nguồn là tự nhiên, một số là nhân tạo Định lượng liều cơ thể khácnhau của các nguồn này Bạn nên so sánh chúng với liều tối đa được phép cho ở trên

Bảng 4.3 Các liều tương ứng với sáu tình huống khác nhau (giá trị là

gần đúng).

Vật liệu phóng xạ tự nhiên (e.g., 238U) 300 µSv (30 mrem) trên 1 năm

Trong tự nhiên, các vật liệu phóng xạ trong

da cho một X-Ray

Chụp mạch vành 20 mSv (2 rem) liều lượng da

cho một

Nhà máy điện hạt nhân < 1mSv (100 mrem) trên một

năm 1 km từ trạm

4.4 Những phần cơ thể - liều toàn thân

Có một tối đa cho phép dùng liều 20 mSv (2 rem) cho nhân viên bức xạ, và 1 mSv(0,1 rem) cho công chúng nói chung Các cơ sở cho các cấp độ là nguy cơ hư hại sinhhọc Một số cho rằng nó là quá dễ dàng để bùng nổ mối nguy hiểm bức xạ khi làm sosánh với các mối nguy hiểm khác của cuộc sống Ví dụ Bảng 4.4 cho thấy số liệu về mộtrủi ro ngang nhau gây tử vong trên 1 năm

Table 4.4 Tất cả những hoạt động mang tới một vài rủi ro Họ đưa 1 trong

20000 cơ hội của gây tử vong trong 1 năm ( từ E.E Pochin 1974 )

Liều sáng tới 5mSv (0.5 rem) bức xạ toàn

Các thông tin trên không có nghĩa là để giảm thiểu các tác hại của bức xạ; thôngtin là có nghĩa là để đưa các rủi ro thành quan điểm Hãy nhớ rằng, những dữ liệu nàyđược dựa trên các mô hình thống kê, và không phải trên phòng thí nghiệm đo dữ liệu

Bảng 4.5 đưa ra một số liều điển hình thu được trong thực hành lâm sàng Lưu ýrằng một số các liều là khá gần với giới hạn cho phép (0,1 mSv trung bình trên 5 năm đốivới các công chúng)

Bảng 4.5, liều lượng cho một số khảo sát X-Ray thông thường

ICRP đã gợi ý việc sử dụng số lượng hiệu quả liều tương đương, mà là một toa đểtính liều rằng, nếu cho toàn bộ cơ thể, sẽ sản xuất cùng gây thiệt hại như tiếp xúc thực tếnhận được cho bệnh nhân Việc tính toán EDE là phức tạp và sử dụng thủ tục Monte-Carlo, nhưng kết quả là một số đại diện toàn thân "nguy hiểm" của các thủ tục lâm sàng