ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ VINH QUANG KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI SUẤT LIỀU BÊN TRONG PHÒNG X QUANG CHUẨN ĐOÁN Y TẾ THEO KÍCH THƯỚC PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Tp Hồ Chí Minh, Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ VINH QUANG KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI SUẤT LIỀU BÊN TRONG PHÒNG X QUANG CHUẨN ĐOÁN Y TẾ THEO KÍCH THƯỚC PHÒNG Chuyên ngành: VẬT LÍ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN Tp Hồ Chí Minh, Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Để đạt kết ngày hôm nay, nhận dạy dỗ, giúp đỡ tận tình thầy cô, bạn bè, người thân gia đình Thông qua luận văn này, xin chân thành cảm ơn:  Cô TS Trương Thị Hồng Loan, người tận tình định hướng bảo cho thực luận văn  Thầy ThS Thái Mỹ Phê người trước hướng dẫn cho em làm khóa luận tốt nghiệp đại học, thầy lại tiếp tục giúp đỡ cho em hoàn thành luận văn  Tập thể ban lãnh đạo nhân viên Bệnh viện Nhi Đồng I TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn  Thầy TS Trần Thiện Thanh thầy TS Trần Văn Hùng đọc góp ý, góp phần làm cho luận văn em hoàn chỉnh  Các thầy cô môn Vật lý Hạt nhân – Khoa Vật Lý – Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM tận tình giảng dạy, hướng dẫn suốt thời gian học cao học  Các kỹ sư vật lý đồng nghiệp bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung Bướu bệnh viện 115 cung cấp cho tài liệu quí giúp đỡ gặp khó khăn nghiên cứu  Các bạn học viên cao học Vật lý Hạt nhân – K20, gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, động viên khuyến khích suốt thời gian qua Cuối xin chúc quý Thầy Cô người mà yêu quý dồi sức khỏe thành công nghiệp Tôi xin cảm ơn tất Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 03 năm 2014 Ngô Vinh Quang MỞ ĐẦU Hiện X quang kỹ thuật cận lâm sàng không đắt tiền thực cách nhanh chóng, thích hợp để chuẩn đoán viêm phổi, viêm khớp, gãy xương, bệnh lý tim, phổi, dày, đầu, ngực, bụng, mạch máu… Chụp X quang phương pháp tốt chẩn đoán hình ảnh, giúp bác sĩ thấy tình trạng bên thể bệnh nhân, tạo điều kiện cho khâu chẩn đoán bệnh xác Tuy nhiên, việc chụp X quang ẩn chứa nguy hiểm biện pháp bảo vệ thích đáng Tính nguy hiểm loại máy X quang thấp so với nguồn phóng xạ, mức độ ảnh hưởng nhỏ cộng đồng Tuy nhiên, việc kiểm soát chặt chẽ thường xuyên sở sử dụng máy X quang chưa sở y tế đơn vị quản lý nhà nước y tế nhận thức quan tâm mức Trong bệnh viện nay, việc sử dụng phòng X quang gặp nhiều khó khăn vấn đề kích thước phòng hạn chế diện tích, phòng nhỏ dẫn đến liều chiếu lên bệnh nhân cao che chắn không đủ an toàn ảnh hưởng đến bệnh nhân, nhân viên vận hành máy X quang dân chúng nói chung khu vực tác dụng chùm tia X phát từ máy phát Luận văn thực với mục đích ứng dụng chương trình mô MCNP để mô phòng X quang nhằm khảo sát phân bố liều phòng X quang, khảo sát thay đổi liều thay đổi kích thước phòng X quang Với mục đích trên, luận văn chia thành chương:  Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIA X  Chương 2: AN TOÀN BỨC XẠ PHÒNG X QUANG  Chương 3: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC PHÒNG X QUANG ĐẾN PHÂN BỐ SUẤT LIỀU i MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ – đồ thị Mở đầu CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ TIA X 1.1 Đại cƣơng tia X .1 1.1.1 Tƣơng tác tia X với vật chất 1.1.1.1 Sự hấp thụ quang điện 1.1.1.2 Tán xạ Rayleigh 1.1.1.3 Tán xạ Compton 1.1.1.4 Tạo cặp 1.1.2 Sự hấp thụ tán xạ tia X 1.1.2.1 Sự hấp thụ tia X 1.1.2.2 Sự tán xạ tia X 1.2 Cấu tạo máy phát tia X 1.2.1 Cấu tạo ống phát tia X 1.2.1.1 Âm cực (Cathode) 1.2.1.2 Dƣơng cực (Anode) 11 1.2.1.3 Động quay cảm ứng điện từ 15 1.2.1.4 Vỏ ống chân không, dầu tản nhiệt, vỏ kim loại, cửa sổ ống phát tia X 16 1.2.2 Bộ lọc tia 19 1.2.3 Hệ chuẩn trực đầu đèn (Collimator) 20 1.3 Nguyên lý hoạt động máy phát tia X 22 1.3.1 Nguyên lý tạo tia X 22 1.3.1.1 Bức xạ hãm 22 1.3.1.2 Bức xạ đặc trƣng 25 CHƢƠNG – AN TOÀN BỨC XẠ PHÒNG X QUANG 30 ii 2.1 Tác hại sinh học xạ ion hóa 30 2.1.1 Cơ chế tác dụng xạ ion hóa lên thể sống 30 2.1.1.1 Giai đoạn hóa lí 30 2.1.1.2 Giai đoạn sinh học 31 2.1.2 Các tổn thƣơng xạ ion hóa 32 2.1.2.1 Tổn thƣơng mức phân tử .32 2.1.2.2 Tổn thƣơng mức tế bào 32 2.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu ứng sinh học xạ ion hóa 33 2.2 Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6561:1999 an toàn xạ ion hóa sở X quang y tế .34 2.2.1 Phạm vi áp dụng 34 2.2.2 Nội dung 34 2.2.2.1 Liều giới hạn 34 2.2.2.2 Bố trí phòng đặt máy X quang 37 CHƢƠNG – KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA KÍCH THƢỚC PHÒNG X QUANG ĐẾN PHÂN BỐ SUẤT LIỀU 41 3.1 Chƣơng trình mô MCNP 41 3.1.1 Giới thiệu 41 3.1.2 Đặc điểm chƣơng trình MCNP 43 3.1.2.1 Các thƣ viện liệu đƣợc sử dụng 43 3.1.2.2 Các bảng số liệu .43 3.1.3 Cấu trúc MCNP 44 3.1.4 Cấu trúc file input chƣơng trình MCNP .45 3.1.4.1 Cell cards 46 3.1.4.2 Surface cards 46 3.1.4.3 Data cards 48 3.1.5 Sai số MCNP 52 3.2 Kết khảo sát thay đổi liều theo kích thƣớc phòng X quang chuẩn đoán y tế chƣơng trình MCNP 53 iii 3.2.1 Mô phòng X quang thƣờng quy bệnh viện Nhi đồng I .53 3.2.1.1 Mô tả phòng máy X quang .53 3.2.1.2 Thông số cấu trúc hình học máy X quang 55 3.2.2 Kết thảo luận 56 3.2.2.1 Khảo sát phân bố suất liều theo khoảng cách 57 3.2.2.2 Khảo sát suất liều bên phòng X quang 61 3.2.2.3 Khảo sát thay đổi suất liều bên phòng X quang giảm kích thƣớc phòng .62 3.2.2.4 Khảo sát thay đổi suất liều giƣờng bệnh nhân giảm kích thƣớc phòng 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC .77 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Năng lượng liên kết electron lớp K ứng với số vật liệu anode 29 Bảng 2.1 Hiệu ứng sinh học theo mức độ liều 33 Bảng 2.2 Liều giới hạn năm .35 Bảng 2.3 Liều khuyến cáo cho phim chụp X quang quy ước bệnh nhân (TCVN 6561:1999) 36 Bảng 2.4 Liều khuyến cáo chụp, chiếu X quang qui ước cho lần chụp phim 37 Bảng 2.5 Kích thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X quang loại theo TCVN 6561:1999 39 Bảng 3.1 Một số loại mặt định nghĩa MCNP 47 Bảng 3.2 Các loại tally MCNP 51 Bảng 3.3 Các đại lượng tương ứng với tally 52 Bảng 3.4 Chú giải sai số tương đối R MCNP 52 Bảng 3.5 Kết đo suất liều theo khoảng cách 57 Bảng 3.6 Kết tính toán suất liều số điểm bên phòng 58 Bảng 3.7 Kết tính toán suất liều số điểm bên phòng 62 Bảng 3.8 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 20 cm .64 Bảng 3.9 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 40 cm .66 Bảng 3.10 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 60 cm 68 Bảng 3.11 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 80 cm 70 Bảng 3.12 Sự thay đổi suất liều giường bệnh nhân giảm kích thước phòng 72 DANH MỤC CÁC HÌNH – ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tương tác tia X với vật chất Hình 1.2 Sự hình thành xạ hủy Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống chụp ảnh X quang Hình 1.4 Những phận ống phát tia X thông thường .8 Hình 1.5 Các phận ống tia X máy X quang đại .8 Hình 1.6 Cấu trúc cathode ống tia X sợi đốt Volfram nằm chén hội tụ .9 Hình 1.7 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm điện tử chén tội tụ 10 Hình 1.8 Các thành phần ống tia X có anode cố định 11 Hình 1.9 Vết hội tụ bóng X quang có anode cố định 12 Hình 1.10 Cấu tạo anode quay 12 Hình 1.11 Diện tích vùng tiêu điểm hiệu dụng diện tích bao phủ vùng tia X thay đổi theo góc vát 13 Hình 1.12 Mặt cắt anode RTM .14 Hình 1.13 Mặt cắt anode RTM – than chì 15 Hình 1.14 Cấu tạo động cảm ứng điện từ 15 Hình 1.15 Bầu thủy tinh chứa anode quay 16 Hình 1.16 Bộ lọc tia 19 Hình 1.17 Cấu trúc bên hệ chuẩn trực đầu đèn 20 Hình 1.18 Mặt cắt ngang chuẩn trực loại R20–J hãng Shimadzu 21 Hình 1.19 Bức xạ hãm phát electron tương tác với hạt nhân bia .23 Hình 1.20 Sự phân bố lượng xạ hãm giá trị điện áp đỉnh 90 kVp 24 Hình 1.21 Tương tác làm phát xạ tia X đặc trưng 26 Hình 1.22 Các dãy phổ ứng với chuyển dời electron nguyên tử 28 Hình 2.1 Mô hình phòng X quang 37 Hình 2.2 Mặt cắt ngang mô hình phòng X quang .38 Hình 3.1 Mô hình phòng X quang thường quy bệnh viện Nhi đồng I 53 Hình 3.2 Mặt cắt ngang phòng X quang 54 Hình 3.3 Mặt cắt dọc phòng X quang 55 Hình 3.4 Máy X quang sử dụng bệnh viện Nhi đồng I 55 Hình 3.5 Mô tả mặt cắt dọc anode, lọc nhôm collilmator 56 Hình 3.6 Sơ đồ điểm khảo sát phân bố suất liều bên phòng X quang 57 Hình 3.7 Phân bố suất liều điểm từ đến 15 59 Hình 3.8 Phân bố suất liều điểm từ 15 đến 29 .60 Hình 3.9 Phân bố suất liều điểm từ 29 đến 43 .60 Hình 3.10 Phân bố suất liều điểm từ 43 đến 56 .60 Hình 3.11 Sơ đồ điểm khảo sát phân bố suất liều bên phòng X quang 61 Hình 3.12 Sơ đồ điểm khảo sát trước sau thay đổi kích thước phòng .63 Hình 3.13 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 20 cm 65 Hình 3.14 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 40 cm 67 Hình 3.15 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 60 cm 69 Hình 3.16 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 80 cm 71 Bảng 3.9 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 40cm Điểm 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 Suất liều Suất liều Độ tăng chƣa thay đổi thay đổi X (cm) Y (cm) Z (cm) tƣơng đối kích thƣớc kích thƣớc (%) phòng (μSv/h) phòng (μSv/h) -168 -140 -112 -84 -56 -28 28 56 84 112 140 168 176 176 176 176 176 176 176 176 176 176 176 176 176 168 140 112 84 56 28 -28 -56 -84 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -204 -192 -168 -128 -96 -64 -32 32 64 96 128 168 192 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 5,83E+04 6,63E+04 6,94E+04 7,40E+04 8,47E+04 8,90E+04 9,47E+04 9,85E+04 1,02E+05 9,66E+04 9,19E+04 8,77E+04 8,14E+04 8,42E+04 1,01E+05 1,21E+05 1,37E+05 1,59E+05 1,92E+05 2,07E+05 2,19E+05 2,12E+05 1,94E+05 1,65E+05 1,36E+05 1,22E+05 1,21E+05 1,22E+05 1,26E+05 1,35E+05 1,46E+05 1,36E+05 1,29E+05 1,23E+05 1,23E+05 1,17E+05 - 66 - 6,15E+04 6,88E+04 7,19E+04 7,65E+04 8,73E+04 9,17E+04 9,75E+04 1,01E+05 1,05E+05 1,00E+05 9,54E+04 9,12E+04 8,65E+04 8,99E+04 1,04E+05 1,25E+05 1,41E+05 1,63E+05 1,98E+05 2,13E+05 2,26E+05 2,19E+05 2,01E+05 1,72E+05 1,42E+05 1,29E+05 1,27E+05 1,27E+05 1,31E+05 1,39E+05 1,51E+05 1,40E+05 1,32E+05 1,27E+05 1,27E+05 1,21E+05 5,51 3,83 3,57 3,35 3,11 3,03 2,97 3,03 3,17 3,62 3,80 3,99 6,28 6,77 3,47 3,38 3,13 3,09 3,04 2,80 3,07 3,25 3,55 3,78 4,08 6,09 5,21 3,55 3,48 3,27 3,12 2,92 2,88 3,01 3,65 3,80 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 -112 -140 -168 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 -176 204 204 204 192 168 128 96 64 32 -32 -64 -96 -128 -168 -192 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 8,95E+04 7,66E+04 6,46E+04 6,42E+04 7,04E+04 8,29E+04 8,52E+04 8,98E+04 9,61E+04 8,95E+04 8,45E+04 8,02E+04 6,80E+04 6,33E+04 6,12E+04 5,95E+04 9,30E+04 7,97E+04 6,86E+04 6,78E+04 7,32E+04 8,61E+04 8,84E+04 9,28E+04 9,91E+04 9,21E+04 8,75E+04 8,33E+04 7,07E+04 6,59E+04 6,38E+04 6,33E+04 3,90 4,08 6,14 5,60 4,02 3,87 3,79 3,34 3,15 2,94 3,46 3,87 3,93 4,08 4,14 6,43 Hình 3.14 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 40cm - 67 - Bảng 3.10 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 60cm Suất liều Suất liều Độ tăng chƣa thay đổi thay đổi Điểm X (cm) Y (cm) Z (cm) tƣơng đối kích thƣớc kích thƣớc (%) phòng (μSv/h) phòng (μSv/h) 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 -140 -112 -84 -56 -28 28 56 84 112 140 166 166 166 166 166 166 166 166 166 166 166 166 166 140 112 84 56 28 -28 -56 -84 -112 -140 -166 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -194 -192 -168 -128 -96 -64 -32 32 64 96 128 168 192 194 194 194 194 194 194 194 194 194 194 194 192 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 7,12E+04 7,47E+04 8,05E+04 8,57E+04 9,71E+04 1,02E+05 1,04E+05 1,06E+05 1,02E+05 9,89E+04 9,36E+04 8,68E+04 1,04E+05 1,29E+05 1,67E+05 1,91E+05 2,05E+05 2,16E+05 2,47E+05 2,27E+05 2,11E+05 1,97E+05 1,68E+05 1,33E+05 1,41E+05 1,46E+05 1,53E+05 1,59E+05 1,54E+05 1,50E+05 1,46E+05 1,29E+05 1,21E+05 1,08E+05 9,30E+04 7,92E+04 - 68 - 7,60E+04 7,80E+04 8,38E+04 8,90E+04 1,01E+05 1,05E+05 1,08E+05 1,10E+05 1,06E+05 1,03E+05 9,94E+04 9,34E+04 1,09E+05 1,35E+05 1,74E+05 1,99E+05 2,13E+05 2,24E+05 2,56E+05 2,36E+05 2,21E+05 2,06E+05 1,77E+05 1,43E+05 1,50E+05 1,53E+05 1,59E+05 1,66E+05 1,60E+05 1,56E+05 1,52E+05 1,35E+05 1,26E+05 1,14E+05 9,94E+04 8,53E+04 6,67 4,29 4,17 3,85 3,62 3,53 3,61 3,93 4,15 4,40 6,21 7,58 4,83 4,55 4,23 4,20 3,94 3,48 3,62 4,26 4,41 4,75 4,82 7,73 6,77 4,54 4,52 4,38 4,11 4,00 4,23 4,44 4,71 4,89 6,83 7,63 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 -166 168 128 96 64 32 -32 -64 -96 -128 -168 -192 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 8,59E+04 9,22E+04 9,84E+04 9,98E+04 1,02E+05 9,97E+04 9,74E+04 9,20E+04 7,83E+04 7,99E+04 7,52E+04 6,70E+04 9,00E+04 9,64E+04 1,02E+05 1,04E+05 1,06E+05 1,04E+05 1,01E+05 9,59E+04 8,21E+04 8,38E+04 7,89E+04 7,22E+04 4,84 4,55 4,15 4,11 4,05 3,78 4,05 4,25 4,77 4,83 4,87 7,83 Hình 3.15 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 60cm - 69 - Bảng 3.11 Kết thay đổi suất liều giảm chiều dài rộng 80cm Điểm 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 Suất liều Suất liều Độ tăng chƣa thay đổi thay đổi X (cm) Y (cm) Z (cm) tƣơng đối kích thƣớc kích thƣớc (%) phòng (μSv/h) phòng (μSv/h) -140 -112 -84 -56 -28 28 56 84 112 140 156 156 156 156 156 156 156 156 156 156 156 140 112 84 56 28 -28 -56 -84 -112 -140 -156 -156 -156 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -184 -168 -128 -96 -64 -32 32 64 96 128 168 184 184 184 184 184 184 184 184 184 184 184 168 128 96 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 8,02E+04 8,37E+04 9,35E+04 9,85E+04 1,03E+05 1,09E+05 1,10E+05 1,12E+05 1,09E+05 1,08E+05 1,00E+05 1,09E+05 1,46E+05 1,77E+05 1,93E+05 2,18E+05 2,32E+05 2,63E+05 2,39E+05 2,25E+05 2,10E+05 1,86E+05 1,46E+05 1,48E+05 1,54E+05 1,61E+05 1,58E+05 1,52E+05 1,48E+05 1,34E+05 1,23E+05 1,12E+05 1,03E+05 8,88E+04 9,43E+04 9,99E+04 - 70 - 8,56E+04 8,81E+04 9,83E+04 1,03E+05 1,08E+05 1,14E+05 1,15E+05 1,17E+05 1,14E+05 1,14E+05 1,06E+05 1,15E+05 1,53E+05 1,85E+05 2,01E+05 2,27E+05 2,41E+05 2,74E+05 2,49E+05 2,35E+05 2,20E+05 2,00E+05 1,55E+05 1,56E+05 1,62E+05 1,70E+05 1,65E+05 1,58E+05 1,56E+05 1,41E+05 1,30E+05 1,19E+05 1,11E+05 9,58E+04 9,99E+04 1,05E+05 6,73 5,24 5,17 5,04 4,96 4,61 4,65 5,01 5,25 5,57 6,35 6,13 4,86 4,80 4,11 4,08 3,90 4,15 4,56 4,74 4,90 7,92 6,51 5,36 5,16 5,07 4,68 4,19 5,13 5,58 5,69 5,92 7,83 7,82 5,86 5,64 245 246 247 248 249 250 251 252 -156 -156 -156 -156 -156 -156 -156 -156 64 32 -32 -64 -96 -128 -168 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 45,2 1,05E+05 1,07E+05 1,03E+05 9,94E+04 9,35E+04 8,79E+04 8,23E+04 7,89E+04 1,10E+05 1,13E+05 1,08E+05 1,05E+05 9,89E+04 9,31E+04 8,71E+04 8,51E+04 5,42 5,30 5,25 5,41 5,82 5,88 5,92 7,86 Hình 3.16 Đồ thị thay đổi suất liều giảm chiều dài, chiều rộng 80cm Từ kết khảo sát suất liều bên phòng X quang trước sau thay đổi kích thước phòng cho thấy giảm kích thước phòng suất liều tán xạ tăng lên - Khi giảm chiều dài rộng 20cm suất liều tăng trung bình khoảng 3,7% - Khi giảm chiều dài rộng 40cm suất liều tăng trung bình khoảng 3,85% - Khi giảm chiều dài rộng 60cm suất liều tăng trung bình khoảng 4,75% - 71 - - Khi giảm chiều dài rộng 80cm suất liều tăng trung bình khoảng 5,46% Do ta không nên xây dựng kích thước phòng X quang nhỏ tránh đặt máy X quang gần tường (nếu đặt gần tường nên lót thêm vật liệu nhẹ để giảm tán xạ) 3.3.2.4 Khảo sát thay đổi suất liều giƣờng bệnh nhân giảm kích thƣớc phòng Chúng tiến hành khảo sát thay đổi suất liều giường bệnh nhân trước thay đổi kích thước phòng 1,11E+9 μSv/h Sau giảm kích thước phòng khảo sát lại suất liều, kết trình bày bảng 3.12 Bảng 3.12 Sự thay đổi suất liều giường bệnh nhân giảm kích thước phòng Sự thay đổi kích thƣớc phòng Suất liều (μSv/h) Độ tăng tƣơng đối (%) Giảm chiều dài, chiều rộng 20 cm 1,115E+09 0,45 Giảm chiều dài, chiều rộng 40 cm 1,119E+09 0,77 Giảm chiều dài, chiều rộng 60 cm 1,121E+09 0,95 Giảm chiều dài, chiều rộng 80 cm 1,125E+09 1,35 Ta thấy giảm kích thước phòng suất liều giường bệnh nhân tăng lên, điều dẫn đến liều hấp thụ bệnh nhân tăng, làm ảnh hưởng đến sức khỏe bệnh nhân Tuy nhiên giường bệnh nhân đặt xa tường che chắn nên suất liều tăng lên - 72 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với mục tiêu khảo sát thay đổi phân bố liều theo kích thước phòng X quang chuẩn đoán thông thường chương trình mô MCNP, luận văn này, tác giả thực vấn đề sau: - Khảo sát suất liều phòng X quang theo khoảng cách đến nguồn phát Kết tính toán cho thấy suất liều thay đổi phù hợp với khoảng cách từ điểm khảo sát đến anode Các điểm gần nguồn phát suất liều cao, điểm xa nguồn phát suất liều giảm dần - Khảo sát suất liều phòng X quang Kết tính toán cho thấy suất liều bên phòng X quang nhỏ, xấp xỉ Điều cho thấy Phòng X quang bệnh viện Nhi đồng I thỏa mãn tiêu chí an toàn xạ - Khảo sát ảnh hưởng kích thước phòng lên phân bố liều bên phòng X quang cho thấy giảm kích thước phòng suất liều tán xạ tăng lên - Khảo sát ảnh hưởng kích thước phòng lên suất liều giường bệnh nhân cho thấy suất liều tăng lên giảm kích thước phòng Tuy nhiên giường bệnh nhân đặt xa tường nên tăng Do bước đầu nghiên cứu vấn đề nên kết luận văn nhiều hạn chế như: - Chưa thay đổi vật liệu che chắn xung quanh phòng để đánh giá an toàn, từ tìm loại vật liệu đảm bảo an toàn xạ có hiệu kinh tế - Mô mô hình phantom vị trí bàn bệnh nhân để tính suất liều hấp thụ bệnh nhân ứng với phim chụp X quang, từ có khuyến cáo an toàn xạ cho người bệnh - Tận dụng ưu điểm chương trình MCNP, sử dụng tally FMESH MCNP5, sử dụng việc giảm phương sai để tăng hiệu việc chạy chương trình Những hạn chế nêu mục tiêu nghiên cứu nhóm nghiên cứu lĩnh vực - 73 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Doãn Cường – Nguyễn Văn Nam – Võ Bá Tùng (2010), Kỹ thuật X quang thông thường, Trường Đại học y dược Tp.HCM [2] Thái Khắc Định – Tạ Hưng Quý (2007), Vật lý nguyên tử hạt nhân, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM [3] Nguyễn Minh Huy – Nguyễn Phúc Như (2010), Thiết kế mô hình X quang xách tay, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường đại học Bách khoa Tp.HCM [4] Ngô Quang Huy (2004), An toàn xạ ion hóa, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật [5] Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng phương pháp mô Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường ĐHKHTN Tp.HCM [6] Trương Thị Hồng Loan (2005), Phương pháp Monte–Carlo, Chuyên đề luận án, Trường ĐHKHTN Tp.HCM [7] Lê Văn Ngọc Trần Văn Hùng (2005), Bài giảng lớp tập huấn MCNP, Trung Tâm Đào Tạo, viện Nghiên cứu Hạt Nhân Đà Lạt [8] Đặng Nguyên Phương (2012), Hướng dẫn sử dụng MCNP cho hệ điều hành Windows, Tài liệu lưu hành nội bộ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM [9] Sở Khoa học Công nghệ Tp.HCM, “Tổng hợp kết khảo sát kích thước phòng X–quang 2009–2010”, Tài liệu nội bộ, Sở Khoa học Công nghệ Tp.HCM, 2011 [10] Trần Văn Son (2008), Lý thuyết thiết bị hình ảnh y tế, tập I: máy X quang, Nhà xuất giáo dục [11] Nguyễn Đông Sơn (2010), Giáo trình Ứng dụng xạ ion hóa kỹ thuật hạt nhân Y Tế, Phân Viện Vật Lý Y Sinh Học [12] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM - 74 - [13] Trần Thịên Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế Gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sĩ vật lý trường ĐHKHTN Tp.HCM [14] TCVN 6561:1999, “An toàn xạ ion hóa sở X quang y tế” (1999), Viện Năng lượng Hạt nhân biên soạn, Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường ban hành Tiếng Anh [15] Briesmeister J.F., Ed (2001), “MCNP4C2 – Monte Carlo N–particle Transport Code System”, Los Alamos National Laboratory, LA–13709–M [16] Carter L.L and Cashwell E.D (1975), “Particle Transport Simulation with the Monte Carlo Methods” ERDA Critical Review Series.TID-26607 [17] Kalos M.H and Whitlock P.A (1986) “Monte Carlo Methods”, John Wiley and Sons.USA [18] Lippincott William & Wilkins (2002), The Essential Physics Of Medical Imaging, Second Edition, Jerrold T.Bushberg [19] Metropolis N and Ulam S (1949), “The Monte Carlo Method” Journal of The American Statistical Association [20] Shastri AN (2008), Diagnostic Radiology and Imaging for Technicians, Jaypee Brothers Medical Publishers Ltd, india [21] Shimadzu co (2008), “Operation Mumual X–ray tube assembly 1.2U161CS– 31” Shimadzu corporation, Kyoto Japan [22] Shimadzu co (2008), “Operation Manual for collimator type R–20J”, Shimadzu corporation [23] Spamer J and Gelbard E.M (1969) “Monte Carlo Principle and Neutron Transport” Addison-Wesley Massachusetts Từ Internet [24] http://www-ns.iaea.org [25] http://www-pub.iaea.org - 75 - [26] http://en.wikipedia.org [27] http://mathword.wolfram.com [28] http://www.varans.vn - 76 - PHỤ LỤC C Chương trình mô phòng X quang C Định nghĩa cell C nguồn 10 -19.3 (33 -34 -35 36 -37 38) imp:p,e=1 $ anode tungsten 20 -11.35 (-55:56:57:-58:59) (60 -61 -62 63 -64 38) imp:p,e=1 $ bọc nguồn 30 -1.032 (55 -56 -57 58 -59 38) (-66:67:68:-69:70) imp:p,e=1 $ plastic 40 -11.35 (-39:40:41:-42) (43 -44 -45 46 -47 48) imp:p,e=1 $ collimator 50 -2.699 (49 -50 -51 52 -53 54) imp:p,e=1 $ lọc nhôm 60 -0.001205 (1 -2 -3 -5 6)#10#20#30#40#50 imp:p,e=1 $ không khí phòng 70 -0.001205 (31 -2 -1 26 -5 6) imp:p,e=1 $ không khí trước cửa phòng điều khiển 80 -7.86 (-26 31 -2 -5 6) imp:p,e=1 $ thép trước cửa phòng điều khiển 90 -0.001205 (2 -25 29 -30 -5 6) imp:p,e=1 $ không khí trước cửa 100 -7.86 (25 -8 29 -30 -5 6) imp:p,e=1 $ thép trước cửa 110 -0.0001205 (73 -72 -1 74 -75 76) imp:p,e=1 $ không khí trước kính chì 120 -6.22 (71 -72 -73 74 -75 76) imp:p,e=1 $ kính chì phòng điều khiển 130 -0.001205 (19 -72 -71 74 -75 76) imp:p,e=1 $ không khí sau kính chì 140 -2.3 (-1:2:3:-4:5:-6)(7 -8 -9 10 -11 12)& #70#80#90#100#110#120 imp:p,e=1 $ bêtông tường trước lớp chì 150 -11.35 (-7:8:9:-10:11:-12) (13 -14 -15 16 -17 18)#120 imp:p,e=1 $ chì lót tường cửa 160 -7.86 (-13 28 31 -2 -5 6) imp:p,e=1 $ thép cửa phòng điều khiển 170 -0.001205 (-28 19 31 -2 -5 6) imp:p,e=1 $ không khí sau cửa phòng điều khiển 180 -7.86 (14 -27 29 -30 -5 6) imp:p,e=1 $ thép sau cửa 190 -0.001205 (27 -20 29 -30 -5 6) imp:p,e=1 $ không khí sau cửa 200 -2.3 (-13:14:15:-16:17:-18) (19 -20 -21 22 -23 24) & #160#170#180#190#120#130 imp:p,e=1 $ bêtông tường sau lớp chì 210 -0.001205 -32 (-19:20:21:-22:23:-24) imp:p,e=1 $ không khí bên phòng 220 32 imp:p,e=0 $ chân không C Định nghĩa mặt C chọn gốc tọa độ tâm mặt sàn PX -197 $ trái cell 60 PY 225 $ sau cell 60 PX 197 $ phải cell 60 PY -225 $ trước cell 60 PZ 355 $ cell 60 PZ $ cell 60 PX -208.9 $ trái cell 140 - 77 - PY 236.9 $ sau cell 140 PX 208.9 $ phải cell 140 10 PY -236.9 $ trước cell 140 11 PZ 366.9 $ cell 140 12 PZ -11.9 $ cell 140 13 PX -209.1 $ trái cell 150 14 PY 237.1 $ sau cell 150 15 PX 209.1 $ phải cell 150 16 PY -237.1 $ trước cell 150 17 PZ 367.1 $ cell 150 18 PZ -12.1 $ cell 150 19 PX -221 $ trái cell 200 20 PY 249 $ sau cell 200 21 PX 221 $ phải cell 200 22 PY -249 $ trước cell 200 23 PZ 379 $ cell 200 24 PZ -24 $ cell 200 25 PY 235 $ (cửa chính) 26 PX -207 $ (cửa phụ) 27 PY 239 $ (cửa chính) 28 PX -211 $ (cửa phụ) 29 PX -53 $ trái (cửa chính) 30 PX 107 $ phải (cửa chính) 31 PY 129 $ trái (cửa phụ) 32 SO 1000 $ vòng bao 33 P -0.2867 11.27116 $ trái anode 34 PY 34.5 $ sau anode 35 P -0.2867 11.37116 $ phải anode 36 PY 33.5 $ trước anode 37 PZ 145.7 $ anode 38 PZ 144.7 $ anode 39 PX 51.8811 $ trái collimater 40 PY 35.1189 $ sau collimater 41 PX 54.1189 $ phải collimater 42 PY 32.8811 $ trước collimater 43 PX 21.8811 $ trái collimater 44 PY 65.1189 $ sau collimater 45 PX 84.1189 $ phải collimater 46 PY 2.8811 $ trước collimater 47 PZ 140.2 $ collimater 48 PZ 115.2 $ collimater 49 PX 43 $ trái lọc nhôm 50 PY 44 $ sau lọc nhôm - 78 - 51 PX 63 $ phải lọc nhôm 52 PY 24 $ trước lọc nhôm 53 PZ 143.2 $ lọc nhôm 54 PZ 143.1 $ lọc nhôm 55 PX 51.5 $ trái vỏ bọc nguồn 56 PY 35.5 $ sau vỏ bọc nguồn 57 PX 55 $ phải vỏ bọc nguồn 58 PY 32.5 $ trước vỏ bọc nguồn 59 PZ 146.7 $ vỏ bọc nguồn 60 PX 51.4 $ trái vỏ bọc nguồn 61 PY 35.6 $ sau vỏ bọc nguồn 62 PX 55.1 $ phải vỏ bọc nguồn 63 PY 32.4 $ trước vỏ bọc nguồn 64 PZ 146.8 $ vỏ bọc nguồn 66 PX 51.6 67 PY 35.4 68 PX 54.9 69 PY 32.6 70 PZ 146.6 $ vỏ bọc nguồn 71 PX -209.5 $ trái kính chì 72 PY 90 $ trước kính chì 73 PX -208.5 $ trái kính chì 74 PY 16 $ sau kính chì 75 PZ 163 $ kính chì 76 PZ 109 $ kính chì mode p e C Định nghĩa vật liệu m1 006000 -0.000124 007000 -0.755268 008000 -0.231781 018000 -0.012827 $ không khí m2 006000 -0.0062 025000 -0.0045 026000 -0.9893 $ thép lót cửa chì m3 001000 -0.022100 006000 -0.002484 008000 -0.574930 011000 -0.015208 & 012000 -0.001266 013000 -0.019953 014000 -0.304627 019000 -0.010045 & 020000 -0.042951 026000 -0.006436 $ bê tông lót tường m4 082000 $ chì lót tường cửa m5 074000 $ tungsten làm anode m6 013000 $ nhôm làm lọc m7 001000 -0.085 006000 -0.915 $ plastic bọc nguồn m8 008000 -0.156453 014000 -0.080866 022000 -0.008092 033000 -0.002651 & 082000 -0.751938 $ kính chì C Định nghĩa nguồn SDEF POS=54 34 145.2 X=54 Y=d1 Z=d2 PAR=3 ERG=70E-3 VEC=-1 0 DIR=1 - 79 - SI1 33.95 34.05 SP1 SI2 145.05665 145.34335 SP2 C Tally c Tính suất liều điểm F5:p -156 -64 45.2 -0.3 de5 0.01 0.015 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.08 0.1 0.15 0.2 0.3 & 0.4 0.5 0.6 0.8 1.5 10 df5 2.78E-06 1.11E-06 5.88E-07 2.56E-07 1.56E-07 1.20E-07 1.11E-07 & 1.20E-07 1.47E-07 2.38E-07 3.45E-07 5.56E-07 7.69E-07 9.09E-07 & 1.14E-06 1.47E-06 1.79E-06 2.44E-06 3.03E-06 4.00E-06 4.76E-06 & 5.56E-06 6.25E-06 7.69E-06 9.09E-06 fm5 1.9968E21 $160mA*6.24E15*0.2s*10E4 nps 10000000 - 80 - [...]... hướng Ở đ y không có sự hấp thụ năng lượng và hầu hết -2- các photon tới bị tán x với một góc rất nhỏ X c suất để x y ra tán x Rayleigh, kí hiệu là coh , tăng theo bậc số nguyên tử Z của nguyên tố hấp thụ và giảm theo năng lượng tia X Do đó, trong mô mềm x c suất x y ra sự tán x n y rất thấp do bậc số nguyên tử hiệu dụng của các mô mềm thấp (Z  7,5) 1.1.1.3 Tán x Compton Tán x Compton là sự tương... khác sự thấp thụ tăng theo trọng lượng nguyên tử của chất bị chiếu x -5- - Mật độ nguyên tử: số nguyên tử trong một thể tích nhất định của vật càng nhiều thì sự hấp thu tia X càng tăng Ví dụ nước ở trạng thái lỏng hấp thụ tia X nhiều hơn ở trạng thái hơi 1.1.2.2 Sự tán x tia X Sự tán x của tia X có quy luật khác với sự tán x của ánh sáng trong vùng quang phổ học (là vùng ánh sáng nhìn th y hay tia... ngoại) Như ta đã biết, trong vùng quang phổ học, ở đó độ dài sóng ánh sáng cỡ 10-5cm, như v y lớn hơn nhiều kích thước của nguyên tử (cỡ A0=10-8 cm) sự tán x tỷ lệ nghịch với l y thừa bậc 4 của bước sóng Trong vùng tia X, độ dài bước sóng của nó cùng bậc về giá trị với kích thước của nguyên tử Như v y quy luật về tán x với tia X sẽ phải khác Cụ thể, về sự tán x được khảo sát như kết quả của những... Trong tán x Compton, do photon tới tương tác với các electron tự do nên x c suất x y ra tương tác, kí hiệu là  , tỉ lệ với mật độ của electron trong vật liệu Trong khoảng năng lượng của tia X dùng trong chuẩn đoán hình ảnh (10→15 keV), x c suất để hiệu ứng Compton x y ra phụ thuộc vào năng lượng, mặc dù ở mức năng lượng cao hơn x c suất đó giảm đi khoảng 1/E0 Tại mức năng lượng thấp, photon tán x ... công suất phát cao hơn Sự cải tiến n y chính là nền tảng cho sự phát triển của thế hệ ống phát tia X ng y nay Hình 1.4 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường Hình 1.5 Các bộ phận chính của ống tia X trong m y X quang hiện đại -8- Ống phát tia X hiện đại ít sử dụng dương cực tĩnh như trong các thế hệ đầu mà dùng dương cực quay bằng cảm ứng điện từ Như v y, ống phát tia X hiện đại là sự. .. Nhược điểm của loại anode n y là diện tích bia bị bắn phá nhỏ nên giới hạn tốc độ tiêu tán nhiệt và do đó giới hạn dòng cực đại qua ống và hạn chế hiệu suất phát tia - 11 - Loại bóng n y dùng trong các m y X quang công suất nhỏ như m y X quang nha, m y X quang di động, m y chiếu (fluoro) Hình 1.9 Vết hội tụ của bóng X quang có anode cố định b Anode quay Hình 1.10 Cấu tạo anode quay Khi sử dụng anode cố... anode quay ng y càng phát triển Anode quay Vonfram được sản xuất trên cơ sở chuẩn luyện kim bột, hạn chế của công nghệ n y là sự mài mòn bề mặt do sự nén cơ nhiệt cao Hiệu ứng n y dẫn đến sự sụt giảm nhanh chóng cường độ tia X và g y nên cái gọi là hiệu ứng mặt nghiêng Ở đ y, một phần bức x trong những lớp sâu hơn của anode bị hấp thụ trước khi rời khỏi anode Thêm vào đó là sự biến dạng cơ học x y ra... chắn cho phép thay đổi được kích thước hiệu dụng của chùm tia 1.2.2 Bộ lọc tia Bộ lọc tia X đuợc sử dụng nhằm loại bỏ những tia X năng luợng thấp và tạo chùm tia X có năng lượng đồng đều hơn Những tia X có năng lượng thấp trong phổ tia X tạo ra rất nhiều liều cho bệnh nhân nhưng không đóng góp vào tín hiệu thu nhận Bởi v y việc lọc bỏ những tia X n y là cần thiết, do đó trong các m y X quang luôn có... vai trò là bộ lọc bổ sung Bên ngoài vỏ collimator có núm điều khiển để thay đổi khoảng cách giữa các lá chì thuộc lớp chì trước và chì giữa nhằm thay đổi kích thước trường chiếu Hình 1.18 Mặt cắt ngang bộ chuẩn trực loại R20–J của hãng Shimadzu Trong một số m y X quang hiện đại có hệ chuẩn trực tối ưu là hệ chuẩn trực có khả năng tự động giới hạn kích thước trường chiếu nằm trong diện tích đón nhận... bị thu nhận cỡ nhỏ như m y chụp X quang động mạch, chụp d y thần kinh Các m y X quang thường quy thông dụng y u cầu vùng chụp lớn thì thường sử dụng anode có góc vát lớn (120  150) Kích thước của đĩa anode nằm trong khoảng từ 5cm đến 12,5cm, kích thước n y quyết định khả năng chịu nhiệt của anode Khi chùm điện tử đập vào anode, hơn 90% năng lượng của chùm điện tử được chuyển hóa thành nhiệt, chỉ ... NHIÊN NGÔ VINH QUANG KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI SUẤT LIỀU BÊN TRONG PHÒNG X QUANG CHUẨN ĐOÁN Y TẾ THEO KÍCH THƯỚC PHÒNG Chuyên ngành: VẬT LÍ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO Mã số chuyên ngành: 60... Kết khảo sát thay đổi liều theo kích thƣớc phòng X quang chuẩn đoán y tế chƣơng trình MCNP 53 iii 3.2.1 Mô phòng X quang thƣờng quy bệnh viện Nhi đồng I .53 3.2.1.1 Mô tả phòng m y X quang. .. m y X quang 55 3.2.2 Kết thảo luận 56 3.2.2.1 Khảo sát phân bố suất liều theo khoảng cách 57 3.2.2.2 Khảo sát suất liều bên phòng X quang 61 3.2.2.3 Khảo sát thay đổi suất