Luận văn khảo sát phân bố suất liều và đánh giá an toàn bức xạ cho phòng chụp X quang chuẩn đoán y tế

Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế Luận văn KHẢO sát PHÂN bố SUẤT LIỀU và ĐÁNH GIÁ AN TOÀN bức xạ CHO PHÒNG CHỤP x QUANG CHUẨN đoán y tế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯƠNG TUẤN ANH

KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG CHỤP X-QUANG CHẨN

ĐOÁN Y TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯƠNG TUẤN ANH

KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG CHỤP X-QUANG CHẨN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu thật sự của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Trương Thị Hồng Loan Các số liệu, những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kì hình thức nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu của mình

Học viên

Lương Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến:

TS Trương Thị Hồng Loan, người đã chọn giúp tôi đề tài và tận tình hướng

dẫn tôi hoàn thành luận văn này Cô không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn theo sát

chỉ dẫn, giúp đỡ và động viên tôi giải quyết những khó khăn gặp phải, chia sẻ với

tôi những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu lẫn trong cuộc sống

ThS Trần Ái Khanh, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình khảo sát

và mô phỏng bóng X-quang bằng chương trình MCNP5

Thầy Vũ Mạnh Khôi - Giám đốc Trung tâm An toàn Bức Xạ, Viện Khoa học

Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội đã cung cấp các cho tôi các thông số kỹ thuật của phòng

thí nghiệm, bóng X-quang và thông tin đo đạc suất liều để tôi có thể kiểm chuẩn mô

Và xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp của tôi đã động viên tôi hoàn

tất khóa học và luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014

Lương Tuấn Anh

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: AN TOÀN BỨC XẠ TRONG X-QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ 6

1.1 Các đơn vị, khái niệm trong an toàn phóng xạ 6

1.1.1 Liều hấp thụ 6

1.1.2 Suất liều hấp thụ 7

1.1.3 Liều chiếu 7

1.1.4 Suất liều chiếu 8

1.1.5 Liều tương đương 8

1.1.6 Liều hiệu dụng 9

1.2 Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ 10

1.2.1 Lịch sử xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới 10

1.2.2 Các khuyến cáo về an toàn bức xạ của ICRP 10

1.2.3 Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ của IAEA 12

1.2.4 Giới hạn liều 13

1.3 An toàn bức xạ tại các cơ quan y tế theo tiêu chuẩn Việt Nam 13

1.3.1 Các quy chế an toàn bức xạ đã được ban hành ở Việt Nam 13

1.3.2 Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6561:1999 về an toàn bức xạ tại các cơ sở X-quang y tế 15

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIA X 20

2.1 Cấu tạo máy phát X-quang thông thường 20

2.1.1 Cấu tạo ống phát tia X 20

2.1.2 Vỏ ống chân không, dầu tản nhiệt, vỏ kim loại, cửa sổ ống phát tia X 26 2.1.3 Bộ lọc tia 28

2.1.4 Hệ chuẩn trực đầu đèn (collimator) 30

2.2 Tương tác tạo ra tia X 32

2.2.1 Bức xạ hãm 32

2.2.2 Bức xạ đặc trưng 34

2.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát X-quang 36

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng liều ra tia X 37

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU CHE CHẮN VÀ MỘT SỐ YÊU CẦU VỀ VẬT LIỆU CHE CHẮN 42

3.1 Vật liệu che chắn 42

3.1.1 Tấm chì (Pb) 42

3.1.2 Bê tông 45

3.1.3 Gạch thẻ 48

3.1.4 Vữa Barit (xi măng chống phóng xạ) 49

3.2 Một số yêu cầu về vật liệu che chắn 50

3.2.1 Kết cấu 50

3.2.2 Yêu cầu về hoàn thiện công trình 50

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SUẤT LIỀU CHIẾU CỦA PHÒNG CHỤP X-QUANG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5, ĐÁNH GIÁ VỀ AN TOÀN CHE CHẮN

TRONG VÀ NGOÀI PHÒNG 54

4.1 Giới thiệu chương trình MCNP 54

4.1.1 Dữ liệu hạt nhân và phản ứng của MCNP 54

4.1.2 Cấu trúc của chương trình MCNP 55

4.1.3 Độ chính xác của kết quả và các nhân tố ảnh hưởng 57

4.2 Tally đánh giá 58

4.2.1 Tally F4 58

4.2.2 Tally Fmesh4 59

4.3 Kết quả khảo sát phân bố liều xung quanh phòng máy X-quang chẩn đoán y tế bằng chương trình MCNP 59

4.3.1 Mô tả phòng X-quang thường quy tại phòng thí nghiệm dùng để kiểm chuẩn các thiết bị X-quang của cả nước thuộc Trung tâm An toàn Bức xạ, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội 60

4.3.2 Kiểm chuẩn mô hình 63

4.3.3 Mức liều giới hạn cho phòng 65

4.3.4 Phân bố suất liều xung quanh đầu máy X-quang 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÔNG TRÌNH 81

PHỤ LỤC 83

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ALARA As Low As Reasonably

Achievable

Thấp nhất có thể đạt được một cách hợp lý

IAEA International Atomic Energy

ILO International Labour Organization Tổ chức Lao động Quốc tế mAs Mili Ampere Second Mili Ampe Giây

MCNP Monte Carlo N particle Mô phỏng Monte Carlo

NEA National Environmental Agency Cơ quan Môi trường Quốc gia

OECD The Organization for Economic

Co-operation and Development

Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

PAHO Pan American Health

Organization Tổ chức Y tế Pan của Mỹ RTM Reni (Re)-Volfram-Molypden

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế Giới

NCRP National Council on Radiation

Protection

Hội đồng Quốc gia về An toàn

và Đo đạc Bức xạ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT (1990) 9

Bảng 1.2 Giới hạn liều chiếu khuyến cáo của ICRP 12

Bảng 1.3 Liều giới hạn trong một năm 15

Bảng 1.4 Liều khuyến cáo cho 1 phim chụp X-quang quy ước đối với bệnh nhân 16 Bảng 1.5 Kích thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X-quang các loại theo (TCVN 6561:1999) 18 Bảng 2.1 Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng khi vận hành máy X-quang 29 Bảng 3.1 Quy định về xây dựng các lớp bảo vệ khi máy X-quang không có vỏ 51 Bảng 4.1 So sánh giữa suất liều mô phỏng và thực tiễn tại các khoảng cách khảo sát 64 Bảng 4.2 Giá trị vùng liều trong đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) 67 Bảng 4.3 Giá trị vùng liều trong đồ thị phân bố suất liều mặt (x,z) 69

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường 20

Hình 2.2 Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén hội tụ 21

Hình 2.3 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén hội tụ 22

Hình 2.4 Các thành phần của ống tia X có anode cố định 23

Hình 2.5 Cấu tạo anode quay 25

Hình 2.6 Mặt cắt của một anode RTM 26

Hình 2.7 Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathode-anode 26 Hình 2.8 Bộ lọc hấp thụ các photon năng lượng thấp 28

Hình 2.9 Phổ tia X tạo ra ở điện áp đỉnh 150 kVp đối với anode làm bằng Volfram 29

Hình 2.10 Collimator có tác dụng điều chỉnh kích thước hình học chùm tia X 30

Hình 2.11 Cấu trúc bên trong hệ chuẩn trực đầu đèn 31

Hình 2.12 Mặt cắt ngang bộ chuẩn trực loại R20-J của hãng Shimadzu 32

Hình 2.13 Bức xạ hãm phát ra khi electron tương tác với hạt nhân bia 33

Hình 2.14 Sự phân bố năng lượng bức xạ hãm ở giá trị điện áp đỉnh 90 kVp trong trường hợp không có bộ lọc (đường đứt nét) và có bộ lọc tia (liền nét) 33

Hình 2.15 Tương tác làm phát ra bức xạ tia X đặc trưng 35

Hình 2.16 Các vạch bức xạ đặc trưng ứng với sự dịch chuyển K và K trên nền bức xạ hãm đối với Volfram ở điện áp 90kVp 36

Hình 2.17 Cường độ phát xạ tia X thay đổi mạnh theo giá trị (kVp), khi giữ cùng

một giá trị dòng qua ống và thời gian chiếu không đổi 39

Hình 2.18 Ảnh hưởng của dòng qua ống (mA) lên hiệu suất phát tia X 40

Hình 2.19 Cường độ phổ bức xạ ở cùng giá trị điện áp (kVp), cùng giá trị dòng qua ống (mA), cùng thời gian chiếu với điện 1 pha và 3 pha 41

Hình 4.1 Mặt cắt (x,y) của phòng 61

Hình 4.2 Mặt cắt (x,z) của phòng 61

Hình 4.3 Mặt cắt (y,z) của phòng 62

Hình 4.4 Đĩa Anode và các tấm lọc, tấm che chắn 63

Hình 4.5 Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của bóng X-quang 63

Hình 4.6 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng ban đầu 67

Hình 4.7 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,z) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng ban đầu 68

Hình 4.8 Đồ thị phân bố suất liều mặt (y,z) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng ban đầu 70

Hình 4.9 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng thu hẹp 71

Hình 4.10 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng thu hẹp và tường là gạch thẻ dày 20 cm 72

Hình 4.11 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng thu hẹp và tường là gạch thẻ dày 15 cm 73

Hình 4.12 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp phổi với kích thước phòng thu hẹp và tường là gạch thẻ dày 20 cm 74

Hình 4.13 Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp phổi với kích thước phòng thu hẹp và tường là gạch thẻ dày 15 cm 75

MỞ ĐẦU

Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, sau khi rời phòng thí nghiệm, sực nhớ quên chưa ngắt cầu dao điện cao thế dẫn vào ống tia cathode, Wilhelm Conrad Röntgen quay lại phòng và thấy có một vệt sáng màu xanh lục trên bàn tuy phòng tối om Với đầu óc nhạy bén, đầy kinh nghiệm của một nhà vật lý học, việc này đã lôi cuốn ông và 49 ngày sau ông liên tục ở lì trong phòng thí nghiệm, cơm nước do vợ ông tiếp tế, mỗi ngày ông chỉ ngừng công việc nghiên cứu ít phút để ăn uống, vệ sinh và chợp mắt nghỉ ngơi vài giờ Nhờ thế, ông đã tìm ra tính chất của thứ tia bí mật mà ông tạm đặt tên là tia X và mang lại cho ông giải Nobel về vật lý đầu tiên vào năm

1901 Những phát hiện đầu tiên của Wilhelm Conrad Röntgen về tia X không chỉ gây ra những cuộc tranh luận trong giới khoa học xung quanh bản chất của nó mà còn mở đầu cho công cuộc khám phá ra các tia mới sau này [10]

Không chỉ tìm ra ra tia X, Röntgen còn phát hiện ra rằng tia X có thể cho được những hình ảnh về cấu trúc xương, và từ lúc ấy tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế nhờ vào những ưu thế vượt trội về tính hiệu quả, chính xác, nhanh chóng so với các phương pháp trước đó Tia X không chỉ hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương mà còn có ích trong việc chẩn đoán chính xác các bệnh lý về phần mềm Các thiết bị chẩn đoán bằng X-quang ngày nay được phổ biến rộng rãi ở tất cả các bệnh viện, phòng khám đa khoa, phòng khám tư nhân để đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của người dân Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các thiết bị chẩn đoán X-quang ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với rất nhiều chức năng chụp khác nhau, đa dạng về chủng loại, ví dụ như X-quang thường quy (chụp hầu hết các bộ phận trên cơ thể), X-quang răng, X-quang vú, X-quang chụp mạch, X-quang đo độ loãng xương, X-quang có tăng sáng truyền hình

Từ những lợi ích mang lại, có thể khẳng định rằng các thiết bị chẩn đoán bằng quang đã trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực và không thể thiếu trong y học hiện đại

X-Chỉ 4 tháng sau khi bức hình đầu tiên được chụp bằng tia X xuất hiện, một vài báo cáo về các ảnh hưởng trên da của các nhà nghiên cứu tia X đã được công

bố Vào năm 1902, những trường hợp ung thư da đầu tiên đã được ghi nhận Mặc cho những báo cáo về tác hại của nó, tia X vẫn tiếp tục được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực y khoa Trước sự phát triển của lĩnh vực X-quang thì vấn đề an toàn bức xạ trong chụp chiếu phim X-quang chẩn đoán y tế càng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học nói riêng, toàn xã hội nói chung Vì bên cạnh ưu thế vượt trội so với những phương pháp chẩn đoán y tế trước đây các thiết bị phát tia X để chẩn đoán và điều trị bệnh cũng ẩn chứa những nguy hiểm nếu không có biện pháp bảo vệ thích đáng Tính nguy hiểm của máy X-quang tuy thấp hơn so với các nguồn phóng xạ vì mức độ ảnh hưởng chỉ mang tính cục bộ, nhất thời, dễ quản lý và khắc phục nếu có

sự cố về thiết bị nhưng mức độ ảnh hưởng cũng không phải nhỏ đối với cộng đồng

vì các cơ sở y tế là nơi tập trung đông người đặc biệt là những người đang suy giảm sức khỏe Bệnh nhân không phải là người duy nhất chịu rủi ro bởi tia X mà toàn bộ

ê kíp thực hiện thủ thuật khám chữa bệnh cũng bị ảnh hưởng bởi tia tán xạ và tia trực tiếp Tuy nhiên, có thể họ không ý thức được những nguy cơ đang hiện hữu Liều tia ê kíp khám chữa bệnh nhận được tương quan mật thiết với liều tia bệnh nhân, liều bệnh nhân càng cao thì lượng tán xạ tại chỗ càng lớn Bên cạnh đó, liều tia càng tăng cao nếu như thiết bị tia X không phù hợp hay an toàn tia xạ không được đảm bảo Lượng tia X này không chỉ những bác sĩ can thiệp bị ảnh hưởng mà các nhân viên khác hiện hữu trong phòng cũng bị ảnh hưởng theo Do đó cần phải nắm vững các thông tin cơ bản về nguy cơ bức xạ chiếu ngoài và áp dụng hợp lý để giảm thiểu tác hại của nó đối với chúng ta nhưng vẫn nâng cao hiệu quả trong thực hành lâm sàng

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) thì hơn 70% liều bức xạ nhân tạo mà con người phải chịu là do bị chiếu xạ trong quá trình làm các xét nghiệm X-quang [15] Trên thế giới, công tác bảo vệ an toàn bức xạ trong lĩnh vực y tế được nhiều tổ chức quan tâm và thường xuyên xây dựng các tiêu chuẩn an toàn che chắn đối với thiết bị X-quang trong chẩn đoán y tế và tiêu chí ALARA (As Low As Reasonably Achievable) trở thành tiêu chí hàng đầu trong việc thiết kế các phòng X-quang Hằng năm, tổ chức NCRP (National Council on Radiation Protection and

Measurements) và ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) đều đưa ra các khuyến cáo mới nhằm bảo vệ an toàn bức xạ cho môi trường, nhân viên y tế và bệnh nhân điều trị Cũng trong bối cảnh đó, cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA - International Atomic Energy Agency) thường xuyên tổ chức các lớp đào tạo và hội thảo liên quan đến thiết kế che chắn thiết bị chẩn đoán y tế sao cho nhân viên làm việc và bệnh nhân chịu một mức liều càng thấp càng tốt nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả chẩn đoán và lợi ích về kinh tế Các tài liệu kĩ thuật (TECDOC 1040) và các ấn phẩm về an toàn trong chẩn đoán và xạ trị (Safety Guide for Radiotherary) của IAEA nhấn mạnh các mục đích che chắn đó là: giảm liều chiếu tối đa với nhân viên y tế, bệnh nhân, dân chúng ở mức thấp nhất

có thể và nghiên cứu tối ưu hóa kích thước phòng X-quang, điều kiện che chắn hợp

lý đảm bảo an toàn, hiệu quả kinh tế

Ở nước ta, "pháp lệnh năm 1996 cho đến thông tư 05/2006/BKHCN ngày

10/01/2006 về việc hướng dẫn thủ tục khai báo cấp giấy đăng ký, cấp giấy phép cho các hợp đồng liên quan đến bức xạ, thông tư mới nhất - thông tư 08/2010/TT- BKHCN ngày 22/07/2010 của BKHCN hướng dẫn về việc khai báo, cấp giấy phép tiến hành công việc bức xạ & CCNVBX", các cơ sở bức xạ y tế nói chung hay các

phòng chụp X-quang nói riêng đều phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn về kích thước phòng X-quang và điều kiện che chắn để đảm bảo an toàn bức xạ cho môi trường xung quanh, nhân viên y tế và bệnh nhân trước khi được cấp phép sử dụng Tại thành phố Hồ Chí Minh, theo thống kê vào năm 2010, có 40/544 cơ sở chưa có Giấy phép sử dụng thiết bị X-quang chẩn đoán (tỉ lệ 7,4%), gồm có 19 cơ sở sử dụng X-quang thông thường và 21 cơ sở nha khoa 100% các cơ sở khi cấp phép lần đầu đều có kiểm định thiết bị, tuy nhiên có 20% các cơ sở chưa thực hiện kiểm định định kỳ hàng năm (những cơ sở hoạt động từ năm 2004-2007) [4] Một trong nhiều nguyên nhân của sự việc này là do nhiều phòng X-quang được xây dựng theo tiêu chuẩn cũ, không còn thích hợp với các thiết bị chẩn đoán X-quang hiện đại dạng kĩ thuật số với liều lượng bức xạ phát ra không cao, các quy định về kích thước phòng

do nhà sản xuất cung cấp không khớp với kích thước phòng theo TCVN, ngoài ra

tiêu chuẩn kích thước cho mỗi loại X-quang cũng thay đổi nhiều từ năm này qua năm kia mà không có cơ sở khoa học làm rõ ràng kèm theo Điều đó gây khó khăn cho cơ quan có thẩm quyền trong việc cấp phép hoạt động cho các cơ sở X-quang Thực tế này đã đặt ra ra nhu cầu cần phải tính toán lại diện tích các phòng X-quang cho phù hợp với các thiết bị mới sao cho vừa đảm bảo an toàn bức xạ rất đa dạng trong các cơ sở bức xạ tư nhân vừa giảm được chi phí đầu tư cơ sở vật chất và mang lại hiệu quả kinh tế

Yêu cầu tính toán liều chiếu bên trong và xung quanh phòng chụp X-quang

để so sánh với các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ từ đó đề ra những tiêu chuẩn trong thiết kế xây dựng phòng chụp X-quang là vấn đề hết sức cần thiết Đã có nhiều công trình thực hiện yêu cầu trên với các phương pháp tính toán khác nhau, riêng trong luận văn này chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo với chương trình MCNP5 Việc tiến hành đo đạc một số dữ liệu thực nghiệm để so sánh với kết quả mô phỏng tương ứng sẽ đảm bảo cho mức độ tin cậy chương trình mô phỏng trước khi thay đổi bằng các thông số mô phỏng khác và cho ra kết quả làm cơ sở thiết lập các tiêu chuẩn che chắn bức xạ cho phòng X-quang sao cho vừa đảm bảo

an toàn bức xạ, vừa tiết kiệm kinh phí xây dựng Trước đây đã có một số luận văn thực hiện tính toán phân bố suất liều phòng chụp X-quang bằng chương trình MCNP Luận văn này kế thừa các cơ sở lý thuyết và tham khảo kết quả có được từ các luận văn trước, từ đó tiến hành mô phỏng với các thông số cụ thể ở phòng thí nghiệm dùng để kiểm chuẩn các thiết bị X-quang của cả nước thuộc Trung tâm An toàn Bức xạ, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội Luận văn sử dụng các kết quả đo đạc ở phòng thí nghiệm này vì tại đây có các kỹ thuật viên giỏi, thiết bị đo đạc chính xác, đáp ứng được yêu cầu đề ra của luận văn

Với mục đích trên, nội dung luận văn được phân bố trong 4 chương như sau: Chương 1: An toàn bức xạ trong X-quang chẩn đoán y tế: trình bày các đơn

vị, khái niệm trong an toàn bức xạ, các giới hạn liều chiếu xạ, các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới và tại Việt Nam

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý máy phát tia X: trình bày những vấn đề về cấu tạo chi tiết của máy phát X-quang thông thường sử dụng trong chẩn đoán y tế, tương tác tạo thành tia X, nguyên lý hoạt động máy phát X-quang và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng liều ra của tia X

Chương 3: Vật liệt che chắn và một số yêu cầu về vật liệu che chắn: trình bày tính chất che chắn tia X của một số vật liệu như: chì, bê tông, gạch thẻ, vữa barit

Chương 4: Mô phỏng suất liều chiếu của phòng chụp X-quang bằng chương trình MCNP5, đánh giá về an toàn che chắn trong và ngoài phòng: giới thiệu về phương pháp Monte Carlo, chương trình MCNP và ứng dụng chương trình vào việc

mô phỏng ở phòng thí nghiệm dùng để kiểm chuẩn các thiết bị X-quang của cả nước thuộc Trung tâm An toàn Bức xạ, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội, khảo sát phân bố liều trong và ngoài phòng X-quang khi thay đổi kích thước phòng

và vật liệu che chắn, đánh giá an toàn che chắn, thảo luận về những kết quả thu được

CHƯƠNG 1

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG X-QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ

Nhiệm vụ chủ yếu của việc bảo vệ chống bức xạ ion hóa là không để sự chiếu xạ trong và ngoài cơ thể có thể vượt quá liều lượng được phép giới hạn, nhằm

phòng ngừa các bệnh thân thể và di truyền cho con người

1.1 Các đơn vị, khái niệm trong an toàn phóng xạ

1.1.1 Liều hấp thụ

1.1.1.1 Định nghĩa

Liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng

bị chiếu xạ Theo định nghĩa ta có:

Đơn vị ngoại hệ là rad: 1rad = 100 erg/g

Ngày nay người ta thường dùng đơn vị Gray (Gy), 1 Gy = 100 rad

1.1.1.3 Tính chất

Giá trị liều hấp thụ bức xạ phụ thuộc vào tính chất của bức xạ và môi trường hấp thụ Sự hấp thụ năng lượng của môi trường đối với tia bức xạ là do tương tác của bức xạ với electron của nguyên tử vật chất Do đó năng lượng hấp thụ trong một đơn vị của khối lượng phụ thuộc vào năng lượng liên kết của các electron với hạt

nhân nguyên tử và vào số nguyên tử có trong một đơn vị khối lượng của môi trường vật chất hấp thụ, nó không phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của vật chất

Trong đó, ΔDht [J/kg] là liều hấp thụ trong khoảng thời gian Δt

Đơn vị của nó là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s

Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian thì liều hấp thụ sẽ được tính qua công thức:

 t

0 ht

ht P dtD

Đơn vị của liều chiếu là Coulomb trên kilogam (C/kg)

Đơn vị ngoại hệ là Roentgen (R) Với 1 C/kg = 3876 R

Ở đây, Dch là liều chiếu của tia X hoặc gamma, ΔQ (C) là điện tích xuất hiện

do sự ion hóa không khí trong một khối thể tích và Δm (kg) là khối lượng không khí của thể tích này

1.1.4 Suất liều chiếu

Suất liều chiếu là liều chiếu tính trong một đơn vị thời gian

1.1.5 Liều tương đương

Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ không chỉ phụ thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ Một đại lượng được dùng

là liều tương đương: tương đương có nghĩa là giống nhau về tác dụng sinh học Để

so sánh tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau, một bức xạ được chọn làm chuẩn là tia X có năng lượng 200 keV, liều tương đương là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ r Liều tương đương tính bằng đơn vị là rem (roentgen equivalent man)

Với DT,r là liều hấp thụ trung bình của bức xạ r trong mô hoặc cơ quan T và

Wr là hệ số trọng số phóng xạ đối với bức xạ r Khi trường bức xạ gồm nhiều loại bức xạ với những giá trị khác nhau của trọng số phóng xạ Wr thì liều tương đương được tính bởi:

 

r

r , T r

T W D

Đơn vị của liều tương đương là J/kg, rem hoặc Sievert (Sv)

EWT.HT (1.8) Với HT là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan T và WT là trọng số mô được cho trong bảng (1.1) Từ định nghĩa của liều tương đương ta có:

EWT(Wr.DT,r) Wr( WT.DT,r) (1.9) Với DT,r là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T, đối với bức xạ r Đơn vị của liều hiệu dụng là J/kg hoặc Sievert (Sv)

Bảng 1.1 Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT (1990) [1]

Cơ quan sinh dục (gonads) 0,20

Tủy xương (bone marrow) 0,12

Da (skin) 0,01

Mặt xương (bone surface) 0,01

1.2 Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ

1.2.1 Lịch sử xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới

Như ta đã biết, song song với việc phát triển các ứng dụng của chất phóng xạ trong y học là sự xuất hiện của nhiều báo cáo về các hiệu ứng có hại của bức xạ Điều đó đòi hỏi các nhà khoa học phải xây dựng các quy tắc an toàn bức xạ Năm

1915 hội Roentgen Anh quốc được thành lập và Ủy ban X-quang và Radium của hội Roentgen Anh quốc đã xuất bản các khuyến cáo về an toàn bức xạ năm 1921 và

1927 Từ đó thu hút các tổ chức quốc tế quan tâm và tham gia thiết lập các tiêu chuẩn an toàn bức xạ Hai tổ chức quốc tế đóng vai trò quan trọng nhất trong việc khuyến cáo và ban hành các chuẩn an toàn bức xạ quốc tế là Ủy ban Quốc tế về An toàn Bức xạ ICRP (1928) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA

1.2.2 Các khuyến cáo về an toàn bức xạ của ICRP

Năm 1928, Ủy ban An toàn Bức xạ tia Roentgen (X) và Radium của Mỹ được thành lập Đến năm 1950 Ủy ban này đổi tên thành Ủy ban Quốc tế về An toàn Bức xạ ICRP Đây là tổ chức được công nhận là có uy tín nhất về cung cấp các khuyến cáo đối với các vấn đề an toàn bức xạ

Các khuyến cáo của ICRP mang tính chất khái quát, vì vậy các quốc gia khác nhau có thể áp dụng vào luật lệ của nước mình Nhờ có tổ chức này mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều sử dụng những nguyên tắc trong lĩnh vực an toàn phóng

xạ như nhau

Từ những năm 1930, ICRP đã khuyến cáo mọi tiếp xúc với bức xạ vượt quá giới hạn thông thường nên giữ ở mức càng thấp càng tốt và đưa ra các giới hạn liều

để những người làm việc trong điều kiện bức xạ và dân chúng nói chung không bị chiếu quá liều Cứ sau một khoảng thời gian, khi đã tích lũy được thêm các thông tin cần thiết về tác động của bức xạ lên con người, ICRP đã xem xét để bổ sung, sửa đổi các khuyến cáo cũ và đưa ra các khuyến cáo mới Năm 1931 cơ quan này đã đề nghị liều được phép giới hạn là 0,2 R trong ngày Năm 1936, đã thông qua liều lượng được phép giới hạn của tia X hoặc gamma là 0,1 R Các mức liều được khuyến cáo là 300 mrem trong một tuần (3mSv/tuần) đối với các mô sâu hơn 1cm gọi là liều sâu và 600 mrem trong một tuần (6 mSv/tuần) đối với lớp da sâu 0,007

cm gọi là liều nông hay liều da Năm 1959 liều 5rem/năm (50 mSv/năm) được đề nghị trong ấn phẩm ICRP 2 nhằm tránh hiệu ứng di truyền

Từ năm 1977 trong khuyến cáo mới ICRP Publication 26, ICRP không còn dùng thuật ngữ "liều cho phép lớn nhất" nữa, thay vào đó Ủy ban giới thiệu một hệ thống các giới hạn liều bao quát hơn Cũng trong năm này, nhiều dữ liệu thu được đối với các nạn nhân Nhật Bản sống sót sau trận bom nguyên tử cho thấy không nhận được các hiệu ứng di truyền nên ICRP cập nhật các khuyến cáo an toàn bức xạ của mình Khuyến cáo ICRP Publication 26 thừa nhận ung thư là hiệu ứng chính cần tránh và các cơ quan cũng như các mô khác nhau trong cơ thể có xác suất bị ung thư khác nhau Điều đó đưa đến khái niệm liều hiệu dụng là liều tương đương tính theo trọng số mô của các mô đối với các bệnh ung thư Do đó ấn phẩm ICRP Publication 26 khuyến cáo liều hiệu dụng đối với chiếu xạ nghề nghiệp là 5 rem/năm (50 mSv/năm) và liều này là tổng liều chiếu ngoài và liều chiếu trong

Năm 1990 sau các kết quả nghiên cứu của các nạn nhân sống sót sau trận bom nguyên tử ở Nhật Bản cho thấy xác xuất gây ung thư cao hơn 4 lần so với khuyến cáo trước đây Do đó trong ấn phẩm ICRP Publication 60 (1991) Ủy ban đã khuyến cáo giảm giới hạn liều hiệu dụng đối với chiếu xạ nghề nghiệp xuống thành

20 mSv/năm được lấy trung bình trong 5 năm, trong đó liều giới hạn cho một năm đơn lẻ là 50 mSv Khuyến cáo này dùng làm cơ sở cho tiêu chuẩn về an toàn bức xạ

mà chúng ta hiện đang sử dụng

Bảng 1.2 Giới hạn liều chiếu khuyến cáo của ICRP [1]

1.2.3 Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ của IAEA

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA (International Atomic Energy

Agency) là tổ chức đặc biệt của Liên hợp quốc thành lập năm 1956 trụ sở tại Viena,

Áo có nhiệm vụ khuyến khích các nước phát triển sự nghiệp ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình Do đó, IAEA chú trọng việc thiết lập các tiêu chuẩn an toàn bức xạ và giúp các nước thực hiện các tiêu chuẩn này

Hội đồng thống đốc IAEA lần đầu tiên thông qua các biện pháp bảo vệ và an toàn bức xạ vào tháng 3 năm 1960 dựa trên các khuyến cáo của ICRP Các tiêu chuẩn an toàn đầu tiên được Hội đồng thống đốc IAEA duyệt y năm 1962 và được xuất bản trong bộ sách về an toàn (Safety Series No.9) Bản hiệu chỉnh lần đầu được xuất bản năm 1967 và bản hiệu chỉnh lần thứ hai xuất bản năm 1982

Năm 1990 Ủy ban hỗn hợp giữa các Tổ chức Quốc tế về An toàn Bức xạ

IACRS (Inter- Agency Committee on Radiation Safety) được thành lập để trao đổi ý

kiến và hợp tác về các vấn đề liên quan đến an toàn bức xạ và hạt nhân Trong khuôn khổ của hệ thống này, các tổ chức bảo trợ IAEA, FAO, ILO, OECD/NEA,

WHO và Tổ chức Y tế Pan của Mỹ viết tắt là PAHO (Pan American Health

Organization) đã lập ra một ban thư ký hỗn hợp để biên soạn tiêu chuẩn quốc tế cơ

bản về bảo vệ đối với bức xạ ion hóa và an toàn đối với các nguồn bức xạ Các tiêu

chuẩn đó được thể hiện trong ấn phẩm “Tiêu chuẩn an toàn quốc tế cơ bản về bảo

vệ bức xạ ion hóa và an toàn đối với nguồn bức xạ” xuất bản trong bộ sách Safety

Series No.115 năm 1996, gọi tắt là BSS (Basic Safety Standards)

Các tiêu chuẩn này có hiệu lực đối với các tổ chức đồng bảo trợ IAEA, FAO, ILO, OECD/NEA, PAHO và WHO và không bắt buộc các quốc gia coi là luật định đối với quốc gia mình và cũng không thay thế cho các điều khoản của luật hay quy phạm quốc gia Chúng chỉ được xem là những điều hướng dẫn thực tế đối với các nhà chức trách, các tổ chức, các chủ cơ sở, các nhân viên, các cơ quan an toàn bức

xạ chuyên trách, cở sở xí nghiệp và các hội đồng về an toàn và y tế

1.2.4 Giới hạn liều

Giới hạn liều là giá trị liều cực đại cho phép đối với một người bị chiếu xạ trong một khoảng thời gian nào đó Giới hạn liều được xác lập trên cơ sở xem xét các hiệu ứng sinh học đối với cơ thể người là hiệu ứng tất nhiên và hiệu ứng ngẫu nhiên Hiệu ứng tất nhiên là hiệu ứng có ngưỡng, nên giới hạn liều phải thấp hơn các ngưỡng này sao cho các hiệu ứng tất nhiên phải được loại trừ Các hiệu ứng ngẫu nhiên là hiệu ứng không có ngưỡng (hiệu ứng ngưỡng không) Không thể hạ thấp giới hạn liều để loại trừ hiệu ứng ngẫu nhiên mà chỉ đặt càng thấp càng tốt để tránh các hiệu ứng tất nhiên và hạn chế các hiệu ứng ngẫu nhiên Các giới hạn liều chiếu được chia thành 2 loại là giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp và giới hạn liều cho dân chúng

Chiếu xạ nghề nghiệp là mọi sự chiếu xạ đối với nhân viên bức xạ xảy ra trong công việc của họ, không tính đến những chiếu xạ được miễn trừ và sự chiếu

xạ từ những công việc bức xạ hoặc nguồn được miễn trừ Giới hạn liều đối với chiếu xạ nghề nghiệp được áp dụng cho chiếu xạ từ các công việc bức xạ, loại trừ các chiếu xạ y tế, chiếu xạ tiềm tàng và chiếu xạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên Đối với nhân viên bức xạ, ICRP khuyến cáo rằng liều hiệu dụng tổng cộng mà họ nhận được và phân bố đều trong suốt đời làm việc 50 năm của mình không nên vượt quá 1 Sv Tức liều cho mỗi năm đối với nhân viên bức xạ là 20 mSv trong khi mỗi

người đều phải chịu liều bức xạ tự nhiên trung bình khoảng 2 mSv/năm Như vậy liều giới hạn của nhân viên bức xạ gấp khoảng 10 lần mức liều bức xạ tự nhiên

Chiếu xạ dân chúng là sự chiếu xạ đối với các thành viên dân chúng từ các nguồn bức xạ, không kể chiếu xạ nghề nghiệp, chiếu xạ y tế và phông bức xạ tự nhiên khu vực bình thường, nhưng có tính tới chiếu xạ gây ra bởi các nguồn bức xạ

và các công việc bức xạ đã được cấp phép và chiếu xạ trong các trường hợp can thiệp Giới hạn liều đối với dân chúng là 1 mSv/năm chỉ bằng một nửa mức phông

tự nhiên

Các giới hạn liều còn được quy định cho các cơ quan thường xuyên tiếp cận với nguồn phóng xạ là chân tay, da và mắt Giới hạn liều tương đương cho thủy tinh thể của mắt là 150 mSv/năm, cho da và chân tay là 500 mSv/năm đối với nhân viên bức xạ Đối với dân chúng, giới hạn liều tương đương cho thủy tinh thể của mắt là

15 mSv/năm và cho da là 50 mSv/năm

1.3 An toàn bức xạ tại các cơ quan y tế theo tiêu chuẩn Việt Nam

1.3.1 Các quy chế an toàn bức xạ đã đƣợc ban hành ở Việt Nam

 “Quy chế tạm thời về việc sử dụng, bảo quản và vận chuyển các chất phóng xạ” do liên Bộ Lao động, Y tế, Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nhà Nước ban hành năm

1971

 „„Quy phạm an toàn bức xạ ion hóa” (TCVN 4397-87)

 „„Quy phạm vận chuyển an toàn các chất phóng xạ” (TCVN 4985-89)

 „„Pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ” năm 1996

 “Nghị định của Chính phủ quy định chi tiết việc thi hành pháp lệnh an toàn

và kiểm soát bức xạ” năm 1998

 “ Thông tư liên Bộ hướng dẫn việc thực hiện an toàn bức xạ y tế” năm 1999 Như vậy từ năm 1971 đến nay các tiêu chuẩn, quy chế an toàn phóng xạ ở nước ta đã hoàn thiện dần cho phù hợp với các khuyến cáo của ICRP

1.3.2 Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6561:1999 về an toàn bức xạ tại các cơ sở

1.3.2.1 Liều giới hạn

a Liều giới hạn cho các đối tƣợng khác nhau

Bảng 1.3 trình bày liều giới hạn trong một năm đối với các đối tượng nhân

viên bức xạ, thực tập học nghề và dân chúng

Bảng 1.3 Liều giới hạn trong một năm [4]

Loại liều và đối tƣợng

áp dụng

Nhân viên bức

xạ (mSv/năm)

Thực tập, học nghề (mSv/năm)

Nhân dân (mSv/năm)

Liều hiệu dụng toàn thân 20 6 1

Liều tương đương đối với

thủy tinh thể của mắt 150 50 15

Liều tương đương đối với

tay, chân và da 500 150 50

Liều hiệu dụng đối với nhân viên bức xạ là 20mSv/năm được lấy trung bình trong 5 năm làm việc liên tục Trong một năm riêng lẻ thì có thể lên tới 50 mSv, nhưng phải bảo đảm liều trung bình trong 5 năm không được vượt quá 20 mSv/năm

Trong tình huống đặc biệt, liều hiệu dụng cho nhân viên bức xạ là 20 mSv/năm được lấy trung bình trong 10 năm làm việc liên tục và trong một năm riêng lẻ trong thời gian đó không có năm nào được vượt quá 50 mSv

Khi liều hiệu dụng được tích lũy của nhân viên bức xạ kể từ khi bắt đầu của thời kỳ lấy trung bình cho đến khi đạt tới 100 mSv thì phải xem xét lại Nếu sức khỏe vẫn bình thường, không có biểu hiện ảnh hưởng của phóng xạ, không có sự

thay đổi trong công thức thì được tiếp tục công việc đã làm

Trong tình huống đặc biệt, liều hiệu dụng đối với nhân viên có thể là 5 mSv trong một năm riêng lẻ nhưng liều trung bình trong 5 năm liên tục không được vượt

Chụp từ phía trước ra phía sau (AP) 0,06 5

Chụp từ phía sau ra phía trước (PA) 0,04 5

Chú thích: liều xâm nhập bề mặt là liều hấp thụ tại tâm điểm của một diện tích

bề mặt nơi bức xạ đi vào cơ thể bệnh nhân đang thực hiện chẩn đoán X-quang, được tính như liều hấp thụ trong không khí bao gồm cả bức xạ tán xạ ngược

1.3.2.2 Bố trí phòng đặt máy X-quang

Địa điểm: 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 Một cơ sở X-quang tối thiểu phải gồm các phòng riêng biệt sau đây:

a Phòng chờ (hoặc nơi chờ) của bệnh nhân

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 đựơc vượt quá giới hạn cho phép là 1 mSv/năm

Bảng 1.5 Kích thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X-quang các loại theo (TCVN

- Phòng tối rửa phim tự động 7 2,5

- Phòng tối rửa phim không tự động 8 2,5

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 thì cần phải được phép của cơ quan Nhà nước có thẩm quyền

Khi tính toán, thiết kế độ dày của tường, trần, sàn và các cửa của phòng quang phải chú ý đến đặc trưng của thiết bị (điện thế, cường độ của dòng điện), thời gian sử dụng máy, hệ số chiếm cứ bên ngoài phòng X-quang mà tính toán chiều dày thích hợp Đặc biệt chỗ giáp nối giữa tường và các cửa hoặc giữa các bức tường của phòng máy X-quang phải được thiết kế xây dựng đảm bảo bức xạ rò thoát ra ngoài không vượt quá 1 mSv/năm (không kể phông tự nhiên) Các bức tường của phòng X-quang phía ngoài có lối đi lại phải đảm bảo liều bức xạ cho phép trong một năm không được vượt quá 1 mSv (không kể phông tự nhiên)

Mép dưới cửa thông gió, các cửa sổ không có che chắn bức xạ của phòng 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

X-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

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 của tấm chắn tối thiểu là 90 cm và độ dày tương đương là 1,5 mm chì

Các phòng có bố trí 2 máy X-quang thì mỗi khi chụp, chiếu chỉ cho phép vận hành 1 máy 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 10 mSv/h (không

kể phông tự nhiên)

c Phòng (hoặc nơi) 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 tự nhiên)

1.3.2.3 Trang bị phòng hộ cá nhân

Nhân viên bức xạ làm việc với máy phát tia X chẩn đoán điều trị phải được trang bị và phải sử dụng các phương tiện tạp dề cao su chì (độ dày tương đương 0,25mm chì), găng tay cao su chì (độ dày tương đương 0,25 mm chì), tấm che chắn

bộ phận sinh dục (bề dày tương đương 0,5 mm chì), liều kế cá nhân Ngoài ra nhân viên bức xạ phải được theo dõi bức xạ nghề nghiệp định kỳ 3 tháng một lần

1.3.2.4 Kiểm định và hiệu chuẩn máy

Máy X-quang sau khi lắp đặt hoặc sau khi sửa chữa phải được kiểm định và hiệu chuẩn trước khi sử dụng Máy X-quang phải được kiểm định định kỳ hàng năm bởi cơ quan có thẩm quyền Máy phải được bảo dưỡng định kỳ 3 tháng 1 lần, sửa chữa duy tu mỗi năm một lần sau khi kiểm tra định kỳ hằng năm

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIA X

2.1 Cấu tạo máy phát X-quang thông thường

2.1.1 Cấu tạo ống phát tia X

Ống phát tia X là thiết bị có chức năng chuyển đổi điện năng thành hai dạng năng lượng khác là năng lượng tia X và nhiệt Trong đó nhiệt tạo ra là phần năng lượng không mong muốn (hao phí), do đó ống phát tia X được thiết kế sao cho lượng nhiệt tạo ra là ít nhất và tiêu tán càng nhanh càng tốt Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường

Ống phát tia X hiện đại gồm 2 thành phần chính là âm cực (cathode), dương cực (anode) và các bộ phận phụ như: động cơ quay dương cực (rotor và stator), vỏ ống, hộp chứa, dầu tản nhiệt, cổng giao tiếp Về nguyên tắc, bản cực âm (cathode)

là một dây tóc kim loại, nơi bức xạ ra các electron nhiệt do tác dụng của dòng điện

chạy qua và một bản cực dương (anode) là nơi các electron đập vào để sinh ra bức

xạ hãm Ống tia X được hút chân không để electron không bị mất năng lượng do va

chạm với các phân tử khí khi đi từ âm cực đến dương cực

Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường

Đa phần cathode các bóng X-quang hiện nay đều có 2 chén hội tụ với 2 sợi tóc nhằm đáp ứng các chế độ chụp khác nhau Sợi tóc lớn thường có kích thước dày 1,2 mm dùng để chụp những cơ quan lớn, dày, ở sâu trong cơ thể, cần công suất cao; sợi tóc nhỏ thường có kích thước dày 0,6 mm sử dụng cho những cơ quan nhỏ,

mỏng, ở gần ngoài da, cần công suất thấp Hai sợi tóc này được nung nóng bằng mạch điện với hiệu điện thế khoảng 10V, dòng điện qua sợi tóc có cường độ thay đổi từ 3 đến 7A

Chùm electron phát ra từ cathode được gia tốc bởi một hiệu điện thế lớn đến đập vào anode là chùm phân kỳ, chùm tia này sẽ đập vào anode trên diện tích rộng, làm giảm hiệu suất phát tia X và làm mờ hình ảnh X-quang Để khắc phục tình trạng trên, người ta đưa vào một điện cực bổ sung có hình dạng đặc biệt bao quanh cathode giữ vai trò hội tụ chùm electron phát ra đập vào anode, điện cực này chính

là chén hội tụ còn được gọi là điện cực Wehnelt ( hình 2.3)

Hình 2.3 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ

Để hội tụ được chùm electron phát ra từ cathode, chén hội tụ phải được tích điện thế âm (Hình 2.3.a) Sự chênh lệch điện thế giữa chén hội tụ và cathode càng lớn thì khả năng làm hội tụ chùm electron sẽ càng cao Ví dụ như trong hình 2.3.: chén hội tụ làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron khi nó có cùng giá trị điện áp với sợi tóc (Hình 2.3.b) và chén hội tụ được tích điện thế âm có giá trị lệch

khoảng 100 V so với sợi tóc có tác dụng giảm bề rộng chùm electron mạnh hơn (Hình 2.3.c)

2.1.1.2 Dương cực (anode)

Anode là một tấm kim loại cứng có mật độ phân tử cao, là nơi các electron chuyển động từ cathode tới đập vào và phát tia X Anode có nhiệm vụ chuyển một phần năng lượng của electron thành bức xạ tia X và làm tiêu tán nhiệt lượng được tạo ra trong quá trình phát tia X Anode có 2 loại là anode cố định có công suất thấp

và anode quay có công suất cao

a Anode cố định

Anode cố định bao gồm 1 tấm bia Volfram được gắn chặt vào một khối đồng như hình 2.4 Tấm Volfram là nơi chùm electron đập vào để phát ra tia X còn khối đồng có vai trò tiêu tán nhiệt cho bia Volfram vì đồng dẫn nhiệt rất tốt

Anode cố định thường được đặt nghiêng một góc từ 150- 200 so với mặt phẳng thẳng đứng, góc nghiêng này quyết định diện tích hội tụ của chùm electron (là phần diện tích của anode bị chùm electron đập vào) Nhược điểm của loại anode này là diện tích bia bị bắn phá nhỏ nên giới hạn sự tiêu tán nhiệt do đó giới hạn dòng cực đại qua ống và hạn chế hiệu suất phát tia, ngoài ra còn làm bia Volfram mau mòn và làm giảm tuổi thọ của anode cũng như của ống phát tia X

Hình 2.4 Các thành phần của ống tia X có anode cố định

Loại bóng này thường dùng trong các máy X-quang công suất nhỏ như máy

X-quang nha, máy X-quang di động, máy chiếu (fluoro)

b Anode quay

 Cấu tạo:

Như đã trình bày, đối với anode cố định thì chùm electron chỉ đập vào 1 vị trí

cố định làm nhiệt độ vị trí này rất cao đồng thời làm giảm công suất của bóng và làm giảm tuổi thọ của anode Để khắc phục những nhược điểm trên người ta sử dụng anode quay để thay đổi liên tục điểm tiếp xúc của anode và chùm electron, làm cho diện tích vết hội tụ rất bé so với diện tích giải nhiệt Chuyển động quay làm cho vị trí đập của electron lên anode thay đổi liên tục, điều này làm cho anode mòn đều nên không ảnh hưởng đến góc phát tia Chuyển động quay còn có tác dụng tiêu tán lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phát tia X làm tăng công suất bóng, tăng tuổi thọ anode Với những ưu điểm trên, anode quay được sử dụng phổ biến trong các thiết bị chụp X-quang hiện nay

Anode quay được thiết kế dạng hình đĩa có gờ vát nghiêng một góc θ so với mặt phẳng thẳng đứng, có tác dụng hướng phần lớn tia X ló ra phía cổng của ống phát Đường phân giác của góc vát phải nằm trong vùng ló ra của tia X, góc vát được thiết kế sao cho phù hợp với mục đích sử dụng Góc vát càng nhỏ thì độ phân giải không gian càng lớn nhưng lại làm giảm diện tích hiệu dụng của tiêu điểm và diện tích bao phủ của vùng tia X phát xạ Anode với góc vát nhỏ ( 70 – 90) thích hợp với các thiết bị thu nhận cỡ nhỏ như máy chụp X-quang động mạch, chụp dây thần kinh Các máy X-quang thường quy thông dụng yêu cầu vùng chụp lớn thì thường

sử dụng anode có góc vát lớn ( 120 -160) Kích thước của đĩa anode nằm trong khoảng từ 5cm – 12,5cm và kích thước này quyết định khả năng chịu nhiệt của anode Góc vát ảnh hưởng đến suất liều chiếu lên bệnh nhân do ảnh hưởng đến hiệu suất phát ra tia X Ngoài ra góc vát còn ảnh hưởng đến nhiệt độ của anode do ảnh hưởng đến phần diện tích trên anode mà chùm electron đập vào, diện tích này càng nhỏ thì nhiệt độ càng cao [6]

 Vật liệu:

Do phần lớn năng lượng electron đập vào anode được chuyển hóa thành nhiệt năng (trên 99%) nên anode phải có khả năng chịu nhiệt cao Hầu hết các ống tia X đều sử dụng Volfram ( Z 74) làm vật liệu anode vì Volfram là một kim loại nặng, dẫn nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên đến 33700C), khả năng bay hơi rất thấp

Hình 2.5 Cấu tạo anode quay [7]

Những năm gần đây người ta dùng nguyên liệu hỗn hợp Rheni Volfram-Molypden (RTM) để chế tạo anode, trong đó hợp kim của Volfram và Rheni được sử dụng làm vật liệu bề mặt anode Mặt cắt ngang của anode RTM được thể hiện trong hình 2.6 Lớp hợp kim Rheni-Volfram trên bề mặt anode dày khoảng 1,3mm, bên trong là lớp Molybdenum dày 5-11mm (một số hãng sản xuất

(Re)-sử dụng Graphit thay cho Molybdenum) Hợp kim Rheni-Volfram có tỉ lệ khối lượng tùy thuộc vào mỗi hãng sản xuất, ví dụ như: W-Re 3%, W-Re 5%, W-Re 25%, W-Re 26% [8]

Hình 2.6 Mặt cắt của một anode RTM

c Hiệu ứng chân (Heel effect)

Vì anode được bố trí nghiêng góc nên cường độ chùm tia X phát ra dọc theo trục ống tia X sẽ khác nhau, tức là có sự phân bố không đồng đều dọc theo hướng

song song với trục cathode-anode Ảnh hưởng này được gọi là hiệu ứng chân (Heel

effect) Sự khác nhau này là do bia anode hấp thụ chính photon mà nó phát ra [6]

Hình 2.7 Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathode-anode 2.1.2 Vỏ ống chân không, dầu tản nhiệt, vỏ kim loại, cửa sổ ống phát tia X 2.1.2.1 Vỏ ống chân không

 Chức năng

Vỏ chân không bao bọc lấy cathode, anode, rotor để duy trì môi trường gần như chân không (áp suất dưới 10-5

mmHg) có các tác dụng sau: hỗ trợ cách điện cho anode và cathode; hạn chế sự mất mát năng lượng của dòng electron do va chạm với các phân tử khí trong ống khi di chuyển từ cathode đến anode; hạn chế sự oxi hóa các thiết bị kim loại bên trong ống khi làm việc ở nhiệt độ cao do đó tăng tuổi thọ của bóng X-quang

 Vật liệu

Vỏ ống thường làm bằng thủy tinh borosilicate là loại thủy tinh chống nhiệt

có ít nhất 5% oxit boron (B2O3) Vỏ thủy tinh có bề dày khoảng 1-2 mm tùy theo thiết kế của mỗi hãng, một số hãng chế tạo loại thủy tinh borisilicat có pha chì trừ phần thủy tinh ở lối ra nhằm ngăn chùm tia X đi ra theo các hướng khác

2.1.2.2 Dầu tản nhiệt (dầu biến áp)

Dầu tản nhiệt hay dầu biến áp là dung dịch được đổ đầy vào vùng không gian

giữa vỏ kim loại ngoài cùng của ống (tube housing) và vỏ ống thủy tinh rút chân

không nhằm chiếm chỗ không khí trong các thiết bị điện áp cao, có tác dụng cách ly

vỏ thủy tinh với nguồn cao thế để cách điện Ngoài ra dầu còn có tác dụng làm mát, tăng cường thoát nhiệt do tổn hao công suất trong dây quấn và trong lõi thép máy biến áp sinh ra và tăng tuổi thọ của các thiết bị trong ống [5]

2.1.2.3 Vỏ kim loại

Bao bọc ngoài cùng ống phát tia X là vỏ kim loại (housing) có chức năng

bảo vệ vỏ thủy tinh bên trong, hấp thụ các bức xạ phát ra trừ bức xạ hữu dụng và làm tiêu tán hầu hết nhiệt tạo ra trong ống do dầu tản nhiệt mang tới Vỏ kim loại có

2 lớp: lớp chì bên trong nhằm hấp thụ tia ló bất thường bao gồm tia X chệch hướng

từ anode, tia X sinh ra khi điện tử thứ cấp va chạm với các linh kiện kim loại khác trong ống phát Bên ngoài lớp chì là lớp thép không gỉ hoặc barit có tác dụng hỗ trợ

bảo vệ ống Vỏ kim loại có bề dày khác nhau tùy theo thiết kế của từng hãng

2.1.3 Bộ lọc tia

Bộ lọc tia X có chức năng loại bỏ những tia X năng luợng thấp và tạo chùm tia X có mức năng lượng cao đồng đều hơn Những tia X có năng lượng thấp trong phổ tia X vừa làm tăng liều chiếu lên bệnh nhân vừa không đóng góp vào tín hiệu thu nhận và làm mờ ảnh chụp, vì vậy việc loại bỏ những tia X này là cần thiết

Hình 2.8 Bộ lọc hấp thụ các photon năng lượng thấp [7]

Bộ lọc tia X gồm có 2 phần là bộ lọc sẵn có (inherent filter) và bộ lọc bổ sung (additional filter) Bộ lọc sẵn có được tạo nên do các vật liệu có sẵn trong ống

tia X nằm trên lối ra của chùm tia có chức năng đóng góp vào quá trình lọc tia như

vỏ thủy tinh, dầu cao áp, của sổ bakelite Tùy theo theo tiêu chuẩn thiết kế của các hãng sản xuất mà bộ lọc sẵn có có bề dày tương đương 0,5-1,5 mm Al Bộ lọc bổ sung là một tấm kim loại bằng nhôm hoặc đồng đặt sau cửa sổ ống có bề dày phụ thuộc vào điện thế cực đại sử dụng trong ống, bộ lọc này loại bỏ những tia X có thể