Tính toán thiết kế che chắn cho thiết bị x quang chuẩn đoán

59 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT KP1 : kerma không khí sơ cấp cách nguồn 1 m khi không che chắn N : số bệnh nhân dự kiến trong tuần B : hệ số truyền qua P : mức kerma được phé

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐÔNG SƠN

Tp Hồ Chí Minh, 2013

1

MỤC LỤC

Mục lục ………1

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5

Lời nói đầu 7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 10

1.1 Tiêu chuẩn an toàn bức xạ ở Việt Nam[4] 10

1.1.1 Đối với nhân viên bức xạ 10

1.1.2 Đối với công chúng 10

1.2 Phòng X-quang theo tiêu chuẩn Việt Nam [4] 10

1.2.1 Phòng chờ 11

1.2.2 Phòng đặt máy X-quang [4] 11

1.2.3 Phòng xử lý phim (phòng tối) [4] 12

1.2.4 Phòng làm việc của nhân viên bức xạ 12

1.3 Nguyên tắc che chắn bức xạ [11] 12

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO PHÒNG X-QUANG CỤ THỂ 15

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến bề dày che chắn của phòng X-quang 15

2.1.1 Hiệu điện thế (kVp) 15

2

2.1.2 Cường độ dòng điện (mA) 15

2.1.3 Thời gian phát tia và mAs 15

2.1.4 Số bệnh nhân 15

2.1.5 Hệ số chiếm cứ 16

2.1.6 Hệ số sử dụng 16

2.1.7 Kerma 17

2.1.8 Hệ số truyền qua B 17

2.1.9 Phương trình tính toán bề dày che chắn 17

2.1.9.1 Rào chắn bức xạ sơ cấp 18

2.1.9.2 Rào chắn bức xạ thứ cấp 19

2.2 Sàn của phòng X-quang 21

2.2.1 Rào chắn cho bức xạ sơ cấp 21

2.2.2 Rào chắn cho bức xạ thứ cấp 23

2.3 Trần của phòng X-quang 24

2.4 Tường chứa giá chụp phổi 24

2.4.1 Rào chắn chính: giá chụp phổi 24

2.4.2 Rào chắn thứ cấp: tường chứa giá chụp phổi 25

2.5 Phòng tối 26

2.6 Tường nằm dọc theo bàn X-quang 27

3

2.7 Phòng điều khiển 29

2.8 Kiểm tra phòng X-quang thực tế 30

2.8.1 Tính toán bề dày các bức tường 31

2.8.1.1 Tường của phòng điều khiển (tường A) 31

2.8.1.2 Tường dọc theo bàn X-quang (tường B) 33

2.8.1.3 Tường chứa giá chụp phổi (tường C) 33

2.8.1.4 Tường giáp phòng đọc phim (tường 4) 34

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BỀ DÀY CHE CHẮN CHO MÁY X-QUANG 36

3.1 Yêu cầu bài toán 36

3.2 Sơ đồ khối của chương trình 36

3.4 Thiết kế và phân tích từng giao diện của chương trình 37

PHỤ LỤC A 47

THÔNG SỐ LÀM KHỚP CHO CHÙM TIA X CHÍNH [11] 47

PHỤ LỤC B 48

THÔNG SỐ LÀM KHỚP CHO CHÙM TIA X THỨ CẤP [11] 48

PHỤ LỤC C 49

TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB 49

PHỤ LỤC D 59

4

MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 59 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KP1 : kerma không khí sơ cấp cách nguồn 1 m khi không che chắn

N : số bệnh nhân dự kiến trong tuần

B : hệ số truyền qua

P : mức kerma được phép

d : khoảng cách

dP : khoảng cách từ ống tia X đến tường che chắn

x : bề dày của tường che chắn

xpre : bề dày tương đương của vật liệu che chắn trước khi tới tường che chắn Các chữ viết tắt

AAPM American Association of Physicists in Medicine

AAPM-TG9 : American Association of Physicists in Medicine Diagnostic X-Ray Imaging Committee Task Group No 9

DSA Digital subtraction angiography

CT Computerized Tomography

5

NCRP National Council on Radiation Protection and Measurements

ALARA As low as reasonably achievable

IAEA International Atomic Energy Agency

ATBX An toàn bức xạ

KHCNMT Khoa học công nghệ môi trường

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

BKHCNMT-ATBX Bộ khoa học công nghệ môi trường-An toàn bức xạ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Hệ số chiếm cứ trung bình cho một số khu vực [11] 16

Bảng 2.2 Hệ số sử dụng trung bình đối với các tường của phòng X-quang tổng quát được đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11] 17

Bảng 2.3 Kerma không khí trung bình của bức xạ sơ cấp ở khoảng cách 1 m khi không che chắn được đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11] 18

Bảng 2.4 Kerma không khí của bức xạ thứ cấp ở khoảng cách 1 m khi không che chắn được đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11] 19

Bảng 2.5 Bề dày tương đương của các vật liệu chắn chùm tia sơ cấp trước khi tới tường che chắn [11] 22

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp phát ra từ ống tia X……… 13

Hình 2.1 Bản vẽ mặt chiếu phòng X-quang ……….20

Hình 2.2 Bản vẽ mặt cắt ngang phòng X-quang 21

Hình 2.3 Sự suy giảm của chùm tia khi đi qua bê tông [11] 22

Hình 2.4 Sự suy giảm của bức xạ sơ cấp khi qua chì 25

6

Hình 2.5 Bề dày chì cho rào cản thứ cấp trong phòng X-quang là một hàm số của

NT/Pd2 26

Hình 2.6 Sự suy giảm của bức xạ thứ cấp qua chì [11] 29

Hình 2.7 Hệ thống máy tính, bảng điều khiển và máy X-quang 30

Hình 2.8 Mặt cắt ngang phòng X-quang 31

Hình 3.1 Sơ đồ khối chương trình tính toán che chắn……… 36

Hình 3.2 Sơ đồ khối giao diện chính chương trình ……… 37

Hình 3.3 Giao diện chính của chương trình 37

Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán diện tích phòng X-quang 38

Hình 3.5 Giao diện kiểm tra diện tích phòng X-quang 39

Hình 3.6 Sơ đồ thuật toán bề dày che chắn phòng X-quang 40

Hình 3.7 Giao diện tính bề dày che chắn cho phòng X-quang 41

Hình 3.8 Sơ đồ khối tính bề dày cộng thêm cho phòng X-quang 42

Hình 3.9 Giao diện tính bề dày che chắn cho phòng X-quang 43

7

LỜI NÓI ĐẦU

Cho đến nay, cả nước có khoảng hơn 3000 thiết bị X–quang chụp chẩn đoán trong y học, riêng ở TP HCM có gần 350 cơ sở y tế sử dụng gần 700 thiết bị X–quang(tính đến tháng 4/2009), gồm nhiều loại như: chụp tổng quát, chụp mạch máu (DSA), C-arm, chụp răng–hàm, máy di động, máy mô phỏng, chụp nhũ ảnh, chụp cắt lớp CT, đo loãng xương v.v… [6]

Phần lớn các cơ sở X–quang đã có giấy phép đầy đủ theo luật định nhưng một số cơ sở hoạt động trong thời gian dài mà không có giấy phép hoạt động Điều này có thể là nguồn gây ra mối nguy hiểm bức xạ cho bệnh nhân, người dân sống xung quanh khu vực đó và chính bản thân nhân viên của cơ sở đó Bởi không có giấy phép hoạt động thì không có gì để đảm bảo cơ sở đó đáp ứng được các yêu cầu

về an ninh, an toàn bức xạ khi hoạt động Việc vận hành thiết bị tại cơ sở sẽ gây ra các suất liều bức xạ chưa được đánh giá đảm bảo tính an toàn, có thể gây nguy hiểm cho người bệnh và người dân sống quanh khu vực

Một số cơ sở sử dụng liều kế cá nhân không thường xuyên và không đúng quy cách, chưa khép chặt cửa phòng khi vận hành thiết bị, thiếu thiết bị cảnh báo, chưa nắm được các quy định về an ninh bức xạ, không sử dụng các biện pháp an toàn cho bệnh nhân như: không áp dụng tư thế chụp để đảm bảo cho bệnh nhân nhận được suất liều thấp nhất, cho nhiều người vào chờ cùng lúc trong phòng chụp, gia hạn giấy phép không đúng hạn, thiết bị chưa được kiểm tra định kỳ theo quy định; nhân viên phụ trách ATBX chưa làm tốt nhiệm vụ của mình, chưa khám sức khỏe định kỳ cho nhân viên bức xạ Đây là những yếu tố tiềm ẩn gây mất an toàn bức xạ Các thiết bị không được kiểm tra định kỳ sẽ không đảm bảo các thông số an toàn trong quá trình vận hành Việc cho nhiều người vào chờ cùng lúc trong phòng chụp sẽ gây sự cố chụp quá liều đối với bệnh nhân Liều kế cá nhân của nhân viên bức xạ không được sử dụng đúng cách, không được đọc định kỳ sẽ tiềm ẩn nguy cơ xảy ra các sự cố chiếu quá liều với nhân viên bức xạ

8

Theo thống kê của Sở Khoa Học và Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh, tổng số thiết bị X–quang chẩn đoán được cấp phép đạt tỷ lệ 57%, trong đó có nhiều máy được sử dụng trước 1975 tức thời gian sử dụng trên 30 năm là các máy sản xuất theo công nghệ cũ, liều chiếu cao so với máy thế hệ mới, không có tài liệu kỹ thuật theo dõi của máy và hầu hết các máy X–quang không được kiểm định định kỳ hàng năm [10]

Bên cạnh đó, vẫn còn nhiều nhân viên bức xạ không được đào tạo về an toàn bức xạ (chiếm 46%) và việc sử dụng liều kế cá nhân cho nhân viên bức xạ không được quan tâm Đặc biệt, vấn đề xây dựng phòng ốc, che chắn bảo vệ bức xạ, tín hiệu cảnh báo không được chú trọng mà làm theo kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học của việc tính toán che chắn

Trong điều kiện phát triển của ngành chẩn đoán X-quang tại Việt Nam, cùng với nhu cầu về kiến thức và phương tiện để giải quyết các bài toán thực tiễn, NCRP Report 147 là một tài liệu quý báu cho các nhà y vật lý Luận văn này nhằm mục đích tìm hiểu cơ sở khoa học và thực tiễn của việc tính toán che chắn cho thiết bị X-quang chẩn đoán và vận dụng NCRP Report 147 cho những bài toán che chắn phòng X-quang cụ thể

Đề tài “Tính toán thiết kế che chắn cho cơ sở X–quang chẩn đoán” nhằm khảo sát một cách hệ thống việc tính toán che chắn cho phòng X–quang với các nội dung chính sau:

- Tìm hiểu mục tiêu và nguyên tắc của việc thiết kế che chắn

- Tìm hiểu những yếu tố cần xem xét trong thiết kế che chắn

- Thực hiện tính toán che chắn cho phòng X-quang đối với một số thiết bị X-quang cụ thể

Nội dung luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1 Giới thiệu tổng quan: sẽ giới thiệu về các tiêu chuẩn an toàn bức xạ, tiêu chuẩn phòng X-quang ở Việt Nam và nguyên tắc che chắn bức xạ

9

Chương 2 Tính toán che chắn cho phòng X-quang cụ thể: trình bày các yếu tố cần xem xét trong thiết kế che chắn phòng X-quang chẩn đoán và tính toán các bề dày che chắn cho một phòng X-quang cụ thể

Chương 3 Chương trình tính toán bề dày che chắn cho máy X-quang: ứng dụng ngôn ngữ Matlab để tính toán bề dày cho các bức tường của phòng X-quang và tính toán bề dày vật liệu cần thêm vào

10

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tiêu chuẩn an toàn bức xạ ở Việt Nam[4]

1.1.1 Đối với nhân viên bức xạ

- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm được lấy trung bình trong năm năm liên tục không được vượt quá 20 mSv

- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm riêng lẻ bất kỳ không được vượt quá 50 mSv

- Liều tương đương trong một năm đối với thủy tinh thể của mắt không được vượt quá 150 mSv

- Liều tương đương trong một năm đối với chân tay hoặc da không được vượt quá 500 mSv

1.1.2 Đối với công chúng

- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm không được vượt quá 1 mSv

- Liều tương đương trong một năm đối với thủy tinh thể của mắt không được vượt quá 15 mSv

- Liều tương đương trong một năm đối với chân tay hoặc da không được vượt quá 50 mSv

1.2 Phòng X-quang theo tiêu chuẩn Việt Nam [4]

Địa điểm cơ sở X-quang:

Cơ sở X-quang phải đặt ở nơi cách biệt, bảo đảm không gần các khoa như khoa nhi, khoa phụ sản, khu vực đông người qua lại vv…

11

1.2.1 Phòng chờ

Phòng chờ hoặc nơi chờ của bệnh nhân phải tách biệt với phòng máy quang Liều giới hạn ở mọi điểm trong phòng này không được vượt quá liều giới hạn cho phép là 1 mSv/năm [4]

X-1.2.2 Phòng đặt máy X-quang [4]

Phòng đặt máy X-quang đáp ứng các yêu cầu sau:

a) Thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành thao tác máy, di chuyển an toàn bệnh nhân

Diện tích phòng tối thiểu là 25 m2, trong đó chiều rộng tối thiểu là 4.5 m, chiều cao phải trên 3 m cho một máy X-quang bình thường [4]

Đối với những loại máy mới có thiết kế phòng đặt máy kèm theo của hãng sản xuất, nếu kích thước nhỏ hơn quy định ở trên thì phải được phép của cơ quan Nhà nước có thẩm quyền

b) Khi tính toán, thiết kế độ dày của tường, trần, sàn và các cửa của phòng X-quang phải chú ý đến đặc trưng của thiết bị(điện thế, cường độ dòng điện), thời gian sử dụng máy, hệ số chiếm cứ bên ngoài phòng X-quang mà tính toán bề dày thích hợp cho từng bức tường, cửa, trần, sàn nhà Đặc biệt ở các chỗ giáp nối giữa tường và các cửa hoặc giữa các bức tường của phòng máy X-quang phải được thiết

kế, xây dựng bảo đảm bức xạ rò thoát ra ngoài không vượt quá 1 mSv/năm( không

kể phông bức xạ tự nhiên) Các bức tường của phòng X-quang phía ngoài có lối đi lại phải bảo đảm liều bức xạ cho phép trong một năm không được vượt quá 1 mSv (không kể phông tự nhiên)

c) Mép dưới của các cửa thông gió, các cửa sổ không có che chắn bức xạ của phòng X-quang phía ngoài có người qua lại phải có độ cao tối thiểu là 2 m so với sàn nhà phía ngoài phòng X-quang

d) Phải có đèn hiệu và biển cảnh báo bức xạ ở ngang tầm mắt gắn phía bên ngoài cửa ra vào phòng X-quang Đèn hiệu phải sáng trong suốt thời gian máy ở chế

độ phát bức xạ

12

e) Việc lắp đặt máy X-quang phải bảo đảm: khi máy hoạt động, chùm tia X không phát ra hướng có cửa ra vào hoặc hướng có nhiều người qua lại và phải được che chắn bảo vệ tầm nhìn của mắt khỏi nguồn bức xạ Chiều cao tấm chắn phải trên

2 m kể từ sàn nhà, chiều rộng tấm chắn tối thiểu là 90 cm và độ dày tương đương là 1,5 mm chì

g) Các phòng có bố trí 2 máy X-quang thì mỗi khi chiếu, chụp chỉ cho phép vận hành 1 máy;

h) Tùy theo mỗi loại máy mà bàn điều khiển được đặt trong hoặc ngoài phòng X-quang Phải có kính chì để quan sát bệnh nhân và phải bảo đảm liều giới hạn tại bàn điều khiển không được vượt quá 20 mSv/năm tức là 0,0022 mSv/h(không kể phông tự nhiên)

1.2.3 Phòng xử lý phim (phòng tối) [4]

- Phòng xử lý phim phải biệt lập với phòng X-quang

- Phòng xử lý phim phải đảm bảo liều không ảnh hưởng đến quá trình xử lý phim và bảo đảm cho các phim chưa xử lý không bị chiếu quá liều 10µGy/tuần(không kể phông tự nhiên)

- Cửa ra vào phòng xử lý phim không bị chiếu bởi các tia trực tiếp

- Hộp chuyển catset đặt trong phòng X-quang phải có vỏ bọc có độ dày tương đương 2 mm chì

1.2.4 Phòng làm việc của nhân viên bức xạ

Phòng làm việc của nhân viên bức xạ phải biệt lập với phòng máy X-quang Liều giới hạn cho phép tại bất kỳ điểm nào trong phòng không được vượt quá 1 mSv/năm (không kể phông bức xạ tự nhiên)

1.3 Nguyên tắc che chắn bức xạ [11]

Trong X-quang chẩn đoán hình ảnh có hai loại bức xạ cần xem xét trong thiết kế che chắn là bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp Bức xạ sơ cấp là bức xạ được phát trực tiếp từ ống tia X để chụp ảnh bệnh nhân Bức xạ thứ cấp là bức xạ sinh ra

do bức xạ sơ cấp tán xạ từ bệnh nhân hoặc các vật khác và bức xạ rò rỉ từ ống tia X

13

Hình 1.1: Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp phát ra từ ống tia X

Liều bức xạ chiếu đến bệnh nhân cũng như các cá nhân khác phụ thuộc vào các yếu tố sau [11]:

- Cường độ chùm bức xạ và năng lượng photon mà nguồn phát ra

- Khoảng cách giữa người cần che chắn và nguồn phát bức xạ

- Thời gian mà người đó tiếp xúc với vùng có bức xạ

- Mức độ che chắn giữa người đó với nguồn bức xạ

Đối với máy X-quang, ta cần chú ý đến các thông số[10]:

- Cao áp kVp: là số đo điện áp giữa hai cực của bóng tia X, thể hiện bởi chỉ

số trên bàn điều khiển, ứng với mỗi ca chụp thì có một chỉ số thích hợp Sai số cho phép là 5%

- Thời gian phát tia: được thể hiện trên bảng điều khiển Sai số cho phép là 10%

- Cường độ chùm tia(mA): cường độ dòng điện đi qua bóng tia X Sai số cho phép 5%

- Kích thước tiêu điểm: kích thước tiêu điểm là thông số quan trọng của ống tia X Nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ nét của hình ảnh Để đo kích thước tiêu điểm, người ta sử dụng kỹ thuật pinhole hoặc các vạch chuẩn

14

Liều mà bức xạ chiếu đến mỗi cá nhân là tổng liều do bức xạ sơ cấp và bức

xạ thứ cấp có thể ảnh hưởng tới người đó Khi thiết kế che chắn ta cần giảm mức liều này tới mức được phép bằng các biện pháp sau (ALARA):

- Tăng khoảng cách từ người đến ống tia X

- Giảm thời gian mà cá nhân tiếp xúc với bức xạ

- Tăng bề dày vật liệu che chắn giữa cá nhân và ống tia X

15

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO PHÕNG X-QUANG CỤ THỂ

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến bề dày che chắn của phòng X-quang

2.1.1 Hiệu điện thế (kVp)

Hiệu điện thế giữa hai đầu ống tia X đặc trưng cho khả năng xuyên thấu của tia X Hiệu điện thế càng cao thì khả năng xuyên thấu của tia X càng lớn và cần phải tăng bề dày vật liệu che chắn Ngược lại, hiệu điện thế càng thấp thì tia X càng yếu và khả năng xuyên thấu giảm Ứng dụng tính chất này, khi chụp những bộ phận dày mỏng khác nhau thì cần thay đổi hiệu điện thế thích hợp và thiết kế bề dày che chắn phù hợp Trong NCRP, hiệu điện thế được thể hiện qua các thông số làm khớp

, ,  (phụ lục B)

2.1.2 Cường độ dòng điện (mA)

Cường độ dòng điện đặc trưng cho lượng tia X phát ra Cường độ dòng điện càng cao thì tia X phát ra càng nhiều và ngược lại

2.1.3 Thời gian phát tia và mAs

Thời gian phát tia càng dài thì lượng tia X phát ra càng nhiều và ngược lại mAs là tích số giữa cường độ dòng điện (mA) và thời gian phát tia(s) Ở cùng một hiệu điện thế, khi tích số giữa thời gian và cường độ dòng điện không đổi (mAs = const) thì tác dụng của tia X lên vật chất là như nhau Trong NCRP, chỉ số mAs thể hiện tải trung bình trên mỗi bệnh nhân và phụ thuộc vào loại hình chụp X-quang

2.1.4 Số bệnh nhân

Đối với một cơ sở chụp X-quang, số bệnh nhân đến chụp trên một đơn vị thời gian càng lớn thì lượng tia X phát ra càng lớn Do đó, cần phải biết trước lượng bệnh nhân lớn nhất có thể để thiết kế bề dày che chắn thích hợp Khi lượng bệnh nhân tăng lên thì các cơ sở X-quang phải tăng bề dày che chắn như tăng bề dày các tường hoặc lắp thêm ván thạch cao để giảm mức ảnh hưởng của tia X đến mức cho phép

16

2.1.5 Hệ số chiếm cứ

Hệ số chiếm cứ (T) cho một khu vực là tỉ số trung bình thời gian lớn nhất mà một người ở đó khi ống tia X hoạt động Xét trong một tuần, hệ số chiếm cứ là tỉ số giờ làm việc mà một cá nhân lưu lại ở khu vực đó tính trung bình cho năm Ví dụ, khu vực ngoài trời gần cơ sở X-quang có hệ số chiếm cứ là 1/40 có nghĩa là dân chúng sẽ bị chiếu 1h/tuần trong vùng đó (khi cơ sở X-quang hoạt động) Hệ số chiếm cứ phụ thuộc vào chức năng của từng khu vực và khi hệ số chiếm cứ tăng thì cần phải tăng bề dày che chắn để giảm mức kerma đến mức cho phép

Bảng 2.1: Hệ số chiếm cứ trung bình cho một số khu vực [11]

Khu vực hành chính, văn phòng, phòng thí nghiệm, nhà

thuốc, quầy tiếp tân, phòng kề phòng X-quang, khu vực

vui chơi trong nhà của trẻ em, phòng đọc phim, phòng

Nhà vệ sinh công cộng, khu vực bán hàng tự động, nhà

kho, khu vực ghế ngồi ngoài trời, phòng chờ tự do, khu

vực lưu bệnh

Khu vực ngoài trời dành để đi bộ hoặc lưu thông của xe

cộ, bãi đỗ xe tự động, cầu thang, thang máy, trạm gác

Tường dọc theo bàn chụp X-quang 0,09

Tường chứa giá chụp ngực 1

2.1.7 Kerma

Kerma là tổng tất cả động năng ban đầu của các hạt mang điện được giải phóng bởi các hạt không mang điện trong một thể tích xác định của vật chất trên một đơn vị khối lượng vật chất chứa thể tích đó Kerma là đại lượng được dùng trong tính toán che chắn được ký hiệu là K và có đơn vị là jun/kg hoặc Gy

2.1.8 Hệ số truyền qua B

Hệ số truyền qua đối với chùm tia rộng được định nghĩa là tỉ số của kerma không khí khi có rào chắn bề dày x và khi không có rào chắn ở cùng vị trí

2.1.9 Phương trình tính toán bề dày che chắn

Mục đích của tính toán che chắn là xác định bề dày của rào chắn đủ để giảm kerma không khí ở vùng quan tâm đến giá trị nhỏ hơn hoặc bằng P/T Ở đây P là liều giới hạn cho phép trên tuần ở khu vực đó, đo bằng đơn vị mGy/tuần, có giá trị

là 0,02 mGy/tuần đối với công chúng và 0,4 mGy/tuần đối với nhân viên [4] Lúc này, hệ số truyền qua được tính theo công thức [11]

2 1

P dB(x)

N: là số bệnh nhân dự kiến trong tuần

Từ B, có thể tính bề dày lớp che chắn, theo nghiên cứu của Archer công bố năm 1983, bề dày che chắn x được tính theo công thức [11]:

18

1 2

NTKPd1

2 1

P pre

P

d P

T K UN

với:

x là bề dày của tường che chắn

xpre là bề dày tương đương của vật liệu che chắn trước khi tới tường che chắn

dP là khoảng cách từ ống tia X đến tường che chắn

1

P

K là kerma không khí cách nguồn 1 m khi không che chắn

Bảng 2.3: Kerma không khí trung bình của bức xạ sơ cấp ở khoảng cách 1 m khi

không che chắn được đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11]

1 ln

1

P P

pre

NTUK Pd

2 sec

sec( ) P d

K là kerma không khí cách nguồn thứ cấp 1 m khi không che chắn

Từ (2.2), ta tính được bề dày thứ cấp theo công thức [11]:

1 sec 2 sec

1 ln

1

NTK Pd x

Bảng 2.4: Kerma không khí của bức xạ thứ cấp ở khoảng cách 1 m khi

không che chắn được đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11]

Loại phòng Rò rỉ Tán xạ

bên

Rò rỉ và tán xạ bên Tán xạ ngược Rò rỉ và tán xạ ngược Phòng X-quang

(tất cả rào chắn) 5,3×10-4 3,4×10-2 3,4×10-2 4,8×10-2 4,9×10-2Phòng X-quang

(giá chụp ngực) 3,9×10-4 4,9×10-3 5,3×10-3 6,9×10-3 7,3×10-3 Phòng X-quang

(sàn và các rào

chắn khác)

1,4×10-4 2,3×10-2 2,3×10-2 3,3×10-2 3,3×10-2 Phòng chụp ngực 3,8×10-4 2,3×10-3 2,7×10-3 3,2×10-3 3,6×10-3

Ví dụ tính toán che chắn cho phòng X-quang trong hình 2.1(mặt cắt đứng) và hình 2.2 (mặt cắt ngang) Chúng ta cần tính toán bề dày các rào chắn cho phòng X-quang này Giả sử có N = 125 bệnh nhân/tuần cần được chụp X-quang Phân bố tải dựa vào bảng nghiên cứu AAPM – TG (Simpkin, 1996a) Khu vực được bức xạ sơ cấp chiếu vào bao gồm phòng nằm ở dưới sàn, phòng nghỉ của nhân viên, tường

21

Hình 2.2: Bản vẽ mặt cắt ngang phòng X-quang 2.2 Sàn của phòng X-quang

2.2.1 Rào chắn cho bức xạ sơ cấp

Giả sử rằng khu vực bên dưới phòng X-quang là vùng không kiểm soát với suất liều giới hạn là P = 0,02 mGy/tuần và hệ số chiếm cứ T = 1 Khu vực này sẽ chịu ảnh hưởng của bức xạ sơ cấp cũng như bức xạ thứ cấp

Đối với phòng X-quang (sàn và các rào chắn khác) thì từ bảng 2.3 ta có K1

P = 5,2 mGy/bệnh nhân; dP = 4,1 m; U =1; N = 125 bệnh nhân/tuần Ta có tổng kerma không khí khi không che chắn ở vị trí này là:

22

2.5, ta có được xpre = 72 mm bê tông tương ứng khi đi qua bàn X-quang và bộ phận ghi nhận ảnh Do đó, bề dày cần thiết cho sàn bên dưới bàn X-quang để làm suy giảm chùm bức xạ sơ cấp tới mức được phép P = 0,02 mGy/ tuần là xrào chắn = 107 -

72 = 35 mm

Bảng 2.5: Bề dày tương đương của các vật liệu chắn chùm tia sơ cấp trước

khi tới tường che chắn [11]

Chì Bê tông Thạch cao Bàn X-quang với bộ phận tạo ảnh hoặc

giá giữ catset treo tường (sự suy giảm

bởi catset, hệ thống điện, các cấu trúc

23

khoảng cách từ ống tia X đến người phụ nữ bằng với khoảng cách từ bệnh nhân đến người phụ nữ (dS = dL = 3m) Tổng kerma không khí ở khoảng cách 1 m đối với phòng X-quang (tất cả rào chắn) đối với bức xạ tán xạ 900 và bức xạ rò rỉ ở bảng 2.4

là K1sec = 3,4 x 10-2 mGy/bệnh nhân Kerma không khí thứ cấp khi không che chắn đối với 125 bệnh nhân mỗi tuần là:

Sử dụng hình 2.3 biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số truyền qua tương ứng với

bề dày cần che chắn ta có được bề dày bê tông là 33 mm

2.3 Trần của phòng X-quang

Đây là khu vực không kiểm soát nên ta có P = 0,02 mGy/tuần, với hệ số chiếm cứ T = 1 Trần của phòng X-quang ngăn chặn bức xạ tán xạ ngược và bức xạ

rò rỉ từ ống tia X nên nó là rào chắn thứ cấp Theo như hình 2.1, ta có dS = dL = dsec

= 2,7 m Từ bảng 2.4, ta có tổng kerma không khí khi không che chắn đối với bức

xạ rò rỉ và tán xạ ngược là 4,9x10-2 mGy/bệnh nhân ở khoảng cách 1m Tổng kerma không khí khi không che chắn ở khoảng cách d = 2,7 m là:

Từ biểu đồ 3, ta suy ra bề dày cần thiết để che chắn là 44 mm bê tông

2.4 Tường chứa giá chụp phổi

Khu vực phía sau giá chụp phổi là phòng vệ sinh của nhân viên Kerma không khí được phép ở vùng này là P =0,02 mGy/tuần Từ bảng 2.1, hệ số chiếm cứ cho phòng này là T = 1/5 Do đó, P/T = 0,1 mGy/tuần

24

2.4.1 Rào chắn chính: giá chụp phổi

Hệ số sử dụng đối với giá chụp phổi là U = 1 Giả sử có N = 125 bệnh nhân trong tuần Kerma không khí khi không che chắn đối với bức xạ sơ cấp ở khoảng cách 2,5 m là:

Lúc này hệ số truyền qua của bức xạ sơ cấp là:

Từ hình 2.4, ta tìm được tổng bề dày của chì cần che chắn là xrào chắn + xpre = 1,3 mm Từ bảng 2.5, ta có được bề dày xpre = 0,85 mm chì tương ứng giá chụp phổi Do đó, độ dày tối thiểu của tường chắn là xrào chắn = 0,45 mm chì

25

Hình 2.4: Sự suy giảm của bức xạ sơ cấp khi qua chì.

2.4.2 Rào chắn thứ cấp: tường chứa giá chụp phổi

Khu vực phòng vệ sinh của nhân viên không chịu ảnh hưởng của chùm tia bức xạ sơ cấp mà chỉ chịu ảnh hưởng của chùm tia thứ cấp Có hai loại bức xạ thứ cấp cần quan tâm: bức xạ tán xạ và bức xạ rò rỉ Khoảng cách từ ống tia X chụp ngực đến vùng chiếm cứ (phòng vệ sinh của nhân viên) là d = 2,5 m Với N = 125 bệnh nhân/tuần và P/T = 0,1 mGy/tuần, ta có:

26

Từ hình 2.5, ta thu được bề dày che chắn tối thiểu là 0,37 mm chì Vì bề dày rào chắn chính lớn hơn bề dày rào chắn thứ cấp nên bức tường chứa giá chụp ngực

có độ dày tối thiểu là 0,45 mm chì

Hình 2.5: Bề dày chì cho rào cản thứ cấp trong phòng X-quang là một hàm

là 0,025 mGy Lưu ý rằng, phim thường được đặt cách sàn từ 2,1 m đến 2,5 m

Đối với phòng X-quang như hình 2.1, giả sử rằng không có bức xạ sơ cấp nào chiếu trực tiếp lên bức tường chính của phòng tối nên ta chỉ cần xem xét bức xạ

27

thứ cấp Để đơn giản, ta xem rằng nguồn phát bức xạ thứ cấp từ ống tia X cách phòng tối 2 m Kerma không khí thứ cấp khi không che chắn trong phòng tối là:

Hệ số truyền qua tương ứng là:

Từ hình 3.5 ta suy ra được bề dày lớp chì cần thiết cho phòng tối là 0,53 mm

2.6 Tường nằm dọc theo bàn X-quang

Bức tường nằm dọc theo bàn X-quang là tường số 4 trong hình 2.2 Bức xạ

sơ cấp sẽ chiếu đến tường này khi xuyên qua bệnh nhân, hệ thống điện và catset Hệ

số sử dụng cho bức tường này U = 0,09 Giả sử khoảng cách từ ống tia X đến vùng chiếm cứ bên kia là dP = 2,8 m và đây là vùng không kiểm soát nên P/T = 0,02 mGy/tuần Ta có kerma không khí khi không che chắn là:

Hệ số truyền qua của bức tường này là:

Khi chỉ xét bức xạ sơ cấp thì bề dày che chắn yêu cầu là 0,6 mm chì nên các chuyên gia đề nghị bề dày của chì là 0,79 mm Ta chọn xrào chắn = 0,8 mm và xpre = 0,3 mm chì thì tổng kerma phía sau rào chắn là:

Ktot(0,8 mm) = [ 0,72 mGy/tuần 5 ] + [7,5 mGy/tuần ]

= 0,014 mGy/tuần

Với bề dày xrào chắn = 0,8 mm chì thì tổng kerma sau rào chắn <0,02 mGy/tuần nên 0,8mm chì thỏa điều kiện che chắn Tuy nhiên, một tính toán đầy đủ hơn khi xét tất cả các nguồn( trừ vị trí xiên góc từ ống X-quang ngực) sẽ cho kết quả xrào chắn = 0,78 mm chì

Để giảm giá trị kerma này tới mức được phép (P = 0,1 mGy/tuần) thì hệ số truyền qua có giá trị:

2.8 Kiểm tra phòng X-quang thực tế

Xét phòng quang tổng quát số 1 tại bệnh viện Chợ Rẫy sử dụng máy quang cao tần do hãng Simmadzu sản xuất Hệ thống máy X-quang gồm tủ tạo cao tần, bảng điều khiển, bàn bệnh nhân, giá chụp phổi, hệ thống máy tính kết nối máy quét phim, máy in phim

X-Hình 2.7: Hệ thống máy tính, bảng điều khiển và máy X-quang

31

Phòng được thiết kế với kích thước 416 cm x 388 cm x 288 cm, có một cửa chính ra vào, phòng điều khiển cũng đồng thời là phòng chờ của bệnh nhân Trước khi tiến hành chụp cho bệnh nhân, kĩ thuật viên sẽ chuẩn bị bệnh nhân (chỉnh tư thế bệnh nhân phù hợp với yêu cầu chụp) và yêu cầu bệnh nhân bỏ các thiết bị kim loại bên ngoài để không ảnh hưởng đến chất lượng phim) Sau khi chuẩn bị bệnh nhân xong, kĩ thuật viên sẽ di chuyển sang phòng điều khiển và điều khiển phát tia Muốn chụp vị trí nào thì kĩ thuật viên chọn biểu tượng mô tả vị trí đó và nhấn nút phát tia Trong quá trình phát tia thì kĩ thuật viên có thể quan sát bệnh nhân qua một lớp kính chì dày 1,1 cm kích thước 78 cm x 58 cm

Hình 2.8: Mặt cắt ngang phòng X-quang 2.8.1 Tính toán bề dày các bức tường

2.8.1.1 Tường của phòng điều khiển (tường A)

Bề dày tính toán dựa theo phương trình toán học của Archer:

B1

Các hệ số làm khớp , β,  được cho trong phụ lục B

Các thông số dùng cho tính toán:

- Số bệnh nhân trên tuần: 540 bệnh nhân

- Kerma không khí ở khoảng cách 1 m là: 1

Để giảm mức kerma này đến mức được phép P/T = 0,1 mGy/tuần thì hệ

số truyền qua có giá trị:

0,1

0, 024,98

- Đối với chì: α = 2,298 mm-1; β = 1,738 × 10 mm-1;  = 6,193 × 10-1mm-1Thay vào phương trình (2.6) ta được:

 

1

ln1

B x

B x

33

= 8,82 mm bê tông

2.8.1.2 Tường dọc theo bàn X-quang (tường B)

Các thông số dùng cho tính toán:

- Số bệnh nhân trên tuần: 540 bệnh nhân

- Kerma không khí ở khoảng cách 1 m là: 1

Để giảm mức kerma này đến mức được phép P/T = 0,8 mGy/tuần thì hệ

số truyền qua có giá trị:

0,8

0, 44 1,84

2.8.1.3 Tường chứa giá chụp phổi (tường C)

Các thông số dùng cho tính toán:

- Số bệnh nhân trên tuần: 540 bệnh nhân

- Kerma không khí ở khoảng cách 1 m là: 1

34

Kerma không khí sơ cấp khi không che chắn:

2 2

Để giảm mức kerma này đến mức được phép P/T = 0,8 mGy/tuần thì hệ

số truyền qua có giá trị:

0,80,521,54

Các thông số dùng cho tính toán:

- Số bệnh nhân trên tuần: 540 bệnh nhân

- Kerma không khí ở khoảng cách 1 m là: 1

Để giảm mức kerma này đến mức được phép P/T = 0,02 mGy/tuần thì hệ

số truyền qua có giá trị:

3

0, 02

5, 7 103,51

Kết quả đo đạc thu được tại phòng X-quang: Mỗi bức tường dày 12,4 cm (chì dày 2

mm, gỗ 3 cm, bê tông 7,4 cm); cửa ra vào dày 5,2 cm (chì dày 2 mm, gỗ dày 2 cm, thép dày 2 mm); cửa quan sát bệnh nhân dày 1,1 cm kính chì So với kết quả tính toán thì các bức tường phòng X-quang số 1 tại bệnh viện Chợ Rẫy đảm bảo an toàn bức xạ

36

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BỀ DÀY CHE CHẮN CHO

MÁY X-QUANG

Chương này sử dụng ngôn ngữ Matlab (phụ lục D) để tính toán bề dày tối thiểu cho các bức tường của phòng X-quang và tính bề dày vật liệu cần thêm vào bức tường

đã có để đảm bảo an toàn cho kỹ thuật viên và dân chúng

3.1 Yêu cầu bài toán

Tính bề dày che chắn cho phòng X-quang ứng với từng loại vật liệu che chắn như chì, bê tông, ván thạch cao, thép, kính, gỗ để giảm mức kerma đến mức được phép, đảm bảo an toàn cho nhân viên bức xạ và công chúng

3.2 Sơ đồ khối của chương trình

Hình 3.1: Sơ đồ khối chương trình tính toán che chắn

37

3.3 Sơ đồ hiển thị các giao diện chương trình

Hình 3.2: Sơ đồ khối giao diện chính chương trình

3.4 Thiết kế và phân tích từng giao diện của chương trình

 Nhấn nút Thoát  Thoát khỏi chương trình

 Nhấn nút Kiểm tra diện tích phòng X-quang  Giao diện 1

Kiểm tra diện tích phòng X-quang(giao diện 1)

Giao diện chính Tính bề dày các tường

phòng X-quang(giao diện 2) Tính bề dày cộng thêm vào tường sẵn có của phòng X-quang(giao diện 3)

38

 Nhấn nút Tính bề dày cho phòng X-quang mới  Giao diện 2

 Nhấn nút Tính bề dày thêm vào  Giao diện 3

Kiểm tra chiều dài > 0 ? Chiểu rộng > 0 ? Chiều cao > 0 ?

sai

đúng Tính diện tích

Xuất kết quả

Kết thúc