Đánh giá che chắn an toàn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc tuyến tính tại bệnh viện nhân dân 115

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN – KỸ THUẬT HẠT NHÂN
--------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
ĐÁNH GIÁ CHE CHẮN AN TOÀN CHO PHÒNG XẠ TRỊ
DÙNG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH
TẠI BỆNH VIỆN NHÂN DÂN 115

SVTH: Trần Hoài Nhơn
CBHD: ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh
CBPB: TS. Hoàng Thị Kiều Trang

Thành Phố Hồ Chí Minh - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN – KỸ THUẬT HẠT NHÂN
--------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
ĐÁNH GIÁ CHE CHẮN AN TOÀN CHO PHÒNG XẠ TRỊ
DÙNG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH

TẠI BỆNH VIỆN NHÂN DÂN 115

SVTH: Trần Hoài Nhơn
CBHD: ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh
CBPB: TS. Hoàng Thị Kiều Trang

Thành Phố Hồ Chí Minh - 2015


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. AN TOÀN BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ........................................................ 2
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ................................................................................. 2
1.1.1. Thế giới ............................................................................................................ 2
1.1.2. Trong nƣớc ....................................................................................................... 2
1.2. Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ trong xạ trị ......................................... 2
1.2.1. Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ theo ICRP ............................... 3
1.2.2. Các quy định về an toàn bức xạ tại Việt Nam ................................................. 7
1.3. Những biện pháp nhằm hạn chế tiếp xúc với chùm tia bức xạ ................................... 8
CHƢƠNG 2 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN
BỨC XẠ .................................................................................................... 10
2.1. Một số khái niệm trong tính toán thiết kế che chắn................................................. 10
2.1.1. Khu vực kiểm soát và khu vực đƣợc không kiểm soát .................................. 10
2.1.2. Khối lƣợng công việc (W) ............................................................................. 10
2.1.3. Hệ số sử dụng (U) .......................................................................................... 10
2.1.4. Hệ số chiếm cứ (T) ........................................................................................ 11

2.1.5. Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp ................................................................... 11
2.1.6. Rào chắn bảo vệ ............................................................................................. 12
2.1.7. Suất liều tức thời và suất liều trung bình theo thời gian ................................ 12
2.2. Lý thuyết tính toán che chắn an toàn bức xạ ............................................................ 14
2.2.1. Lý thuyết tính toán che chắn chùm bức xạ sơ cấp ......................................... 14
2.2.2. Lý thuyết tính toán che chắn chùm bức xạ thứ cấp ....................................... 15
2.2.3. Lý thuyết tính liều tƣơng đƣơng tại lối vào Ziczac ....................................... 17


2.3. Sơ đồ các bƣớc tính toán che chắn và đánh giá an toàn bức xạ ............................... 20
CHƢƠNG 3 . TÍNH TOÁN BỀ DÀY TƢỜNG CHE CHẮN BỨC XẠ CHO
PHÒNG XẠ TRỊ TẠI BỆNH VIỆN NHÂN DÂN 115 ............................ 22
3.1. Tính phân bố liều tại các khu vực theo NCRP 151 .................................................. 22
3.1.1. Khu vực C ...................................................................................................... 23
3.1.2. Khu vực D ...................................................................................................... 25
3.1.3. Khu vực E ...................................................................................................... 26
3.1.4. Liều tại cửa ra vào do bức xạ rò rỉ và bức xạ tán xạ ...................................... 28
3.1.5. So sánh bề dày tính đƣợc theo NCRP-151 với bề dày khuyến cáo của
hãng Siemens ................................................................................................. 30
3.2. Tính phân bố liều trong phòng máy gia tốc dùng chƣơng trình EGSnrc ................. 30
3.2.1. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo đầu máy gia tốc HPD PRIMUS 5712
tại bệnh viện Nhân Dân 115 .......................................................................... 30
3.2.2. Mô hình hóa đầu máy gia tốc trong BEAMnrc dùng chƣơng trình
EGSnrc ........................................................................................................... 33
3.2.3. Quá trình tính liều với DOSXYZnrc ............................................................. 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 42
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 44

i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu
Ký hiệu

Ý nghĩa

Ao

Diện tích chùm tia tán xạ lần thứ nhất trên tường G

A1

Diện tích tường G có thể nhìn thấy từ cửa

Az

Diện tích khu vực tường ngoài tường Ziczac mà bức xạ đập vào

Bpri

Hệ số truyền qua tường sơ cấp

Bps

Hệ số truyền qua tường thứ cấp do bức xạ tán xạ từ bệnh nhân

BL

Hệ số truyền qua tường thứ cấp do bức xạ rò rỉ

dpri

Khoảng cách từ nguồn đến điểm cần che chắn tường sơ cấp

dsca

Khoảng cách từ nguồn đến bệnh nhân

dsec

Khoảng cách từ bệnh nhân đến điểm cần che chắn tường thứ cấp

dh

Khoảng cách từ tường G đến nguồn

dr

Khoảng cách từ trung tâm chùm tia sơ cấp đến trung tâm lối vào

dz

Khoảng cách từ trung tâm lối vào b đến cửa

dzz

Khoảng cách từ tường G đến cửa

Dch

Liều chiếu

DT,r

Liều hấp thụ trung bình của bức xạ

Dht

Liều hấp thụ

DRo

Suất liều ở đầu ra cách nguồn 1 m

E

Liều hiệu dụng

E

Năng lượng của bức xạ bị mất đi do ion hóa

f

Hệ số truyền qua bệnh nhân


ii

F

Diện tích trường chiếu

Hpri

Liều tương đương truyền qua tường sơ cấp

HL

Liều tương đương truyền qua tường thứ cấp do bức xạ rò rỉ

Hps

Liều tương đương truyền qua tường thứ cấp do bức xạ tán xạ với
bệnh nhân

Hs

Liều tương đương do chùm sơ cấp tán xạ lên tường G

HLS

Liều tương đương do bức xạ rò rỉ tán xạ lên tường ở lối vào

HLT

Liều tương đương do bức xạ rò rỉ truyền trực tiếp qua tường Ziczac

I1

Cường độ chùm tia phát ra từ nguồn

I2

Cường độ chùm tia sau khi đi qua lớp vật liệu có bề dày x

Lf

Tỉ lệ liều bức xạ rò rỉ

m

Khối lượng của đối tượng bị chiếu xạ

P

Liều giới hạn bên ngoài tường

Q

Điện tích sinh ra do ion hóa

tpri

Bề dày tường sơ cấp

tps

Bề dày tường thứ cấp chắn bức xạ tán xạ từ bệnh nhân

tL

Bề dày tường thứ cấp chắn bức xạ rò rỉ

Wr

Trọng số phóng xạ của bức xạ

WT

Trọng số mô

W

Khối lượng công việc

α

Hệ số tán xạ

µ

Hệ số suy giảm tuyến tính


iii
Các chữ viết tắt
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

HVL

Hafl - Value Layer

Bề dày một nửa

IAEA

International Atomic Energy

Cơ quan Năng Lượng Nguyên Tử

Agency

Quốc Tế

International Commission on

Ủy ban Quốc Tế về An Toàn Bức

Radiological Protection

Xạ

IDR

Instantaneous Dose Rate

Suất liều tức thời

NCRP

National Council on Radiation

Hội đồng Quốc Gia về An Toàn

Protection and Measurements

và Đo Lường Bức Xạ

SAD

Source to Axis Distance

Khoảng từ cách nguồn đến trục

T

Occupancy Factor

Hệ số chiếm cứ

TADR

Time Averaged Dose Rate

Suất liều trung bình theo thời gian

TVD

Tenth - Value Distance

Khoảng cách một phần mười

TVL

Tenth - Value Layer

Bề dày một phần mười

TVL1

First Tenth - Value Layer

Bề dày một phần mười thứ nhất

TVLe

Equilibrium Tenth-Value Layer Bề dày một phần mười cân bằng

Wpri

Primary Workload

Khối lượng công việc sơ cấp

WL

Leakage-radiation Workload

Khối lượng công việc thứ cấp

ICRP


iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Chỉ số

Nội dung

bảng

Trang

1

1.1

Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ

4

2

1.2

Các hệ số trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT

5

3

1.3

Liều giới hạn qua các thời kỳ được ICRP đưa ra

6

4

2.1

Giá trị của hệ số sử dụng của chùm tia sơ cấp

11

5

2.2

Giá trị của hệ số chiếm cứ tại các vị trí làm việc

11

6

2.3

Tóm tắt các khuyến cáo về thiết kế giới hạn liều hiệu dụng

13

7

3.1

Điều kiện làm việc tại bênh viện Nhân Dân 115

23

8

3.2

Các giá trị để tính toán bề dày che chắn và suất liều tức thời

23

tại khu vực C
9

3.3

Giá trị số lớp bề dày 1/10 TVL của bức xạ rò rỉ và bức xạ tán

24

xạ từ bệnh nhân tại khu vực C
10

3.4

Bảng giá trị liều tương đương và liều giới hạn trong một giờ

25

tại khu vực C
11

3.5

Các giá trị để tính toán bề dày che chắn và suất liều tức thời

25

tại khu vực D
12

3.6

Giá trị liều giới hạn trong một giờ tại khu vực D

26

13

3.7

Các giá trị để tính toán bề dày che chắn và suất liều tức thời

26

tại khu vực E
14

3.8

Liều giới hạn trong một giờ tại khu vực E bên ngoài phòng xạ

27

trị cách tường 30 cm
15

3.9

Các giá trị tính liều tại cửa

28


v

16

3.10

Giá trị liều tương đương tại lối vào phòng

29

17

3.11

Bề dày tường tại các khu vực

30

18

3.12

Suất liều tương đương ghi nhận được bên ngoài phòng máy

35

với kích thước phòng thực tế (Sv/tuần)
19

3.13

Kết quả đo suất liều tại bệnh viện Nhân Dân 115 và suất liều

36

mô phỏng
20

3.14

Giá trị vùng liều trong đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y)

36

21

P.1

Bề dày TVL của tường sơ cấp đối với bê tông (2,35 g/cm3),

44

thép (7,87 g/cm3), chì (11,35 g/cm3)
22

P.2

Hệ số tán xạ (α) từ nguồn đến phantom với khoảng cách 1 m

45

kích thước trường 400 cm2

23

P.3a

Hệ số phản xạ tại tường G (mỗi giá trị nhân với 10-3), đối với

46

tường bê tông, với góc tới 0o
24

P.3b

Hệ số phản xạ tại tường G (mỗi giá trị nhân với 10-3), đối với

46

tường bê tông, với góc tới 45o
25

P.4

Giá trị TVL (cm) của bê tông đối với bức xạ tán xạ với bệnh

47

nhân tại các góc tán xạ khác nhau
26

P.5

Giá trị TVL cho bức xạ rò rỉ của bê tông

47

27

P.6

Giá trị hệ số truyền qua bệnh nhân, f, cho trường chiếu có

48

diện tích 10×10 cm2, SSD = 100 cm, tại độ sâu 30 cm
28

P.8

Bảng giá trị suất liều (Gy) theo phương x, y (cm) với bề dày

48

tường thực tế, ở góc quay gantry 270o
29

P.9

Bảng giá trị suất liều (Gy) theo phương x, y (cm) với bề dày
tường thực tế, ở góc quay gantry 90o

51


vi

30

P.10

Bảng giá trị suất liều (Gy) theo phương x, y (cm) với bề dày

53

tường sơ cấp giảm 5 cm, ở góc quay gantry 270o
31

P.11

Bảng giá trị suất liều (Gy) theo phương x, y (cm) với kích
thước phòng giảm 30 cm theo phương x, y, ở góc quay gantry
270o

56


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
1

Chỉ số

Nội dung

Trang

Biểu diễn sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào bề dày lớp che

9

hình
1.1

chắn
2

2.1

Sơ đồ nguồn bức xạ, tường sơ cấp, tường thứ cấp

12

3

2.2

Bố trí phòng cho biết khoảng cách dL và dps

17

4

2.3

Bố trí phòng với trục quay gantry vuông góc với trục của lối

17

vào Ziczac
5

2.4

Bố trí hình học cho việc tính toán ở cửa cho phòng điều trị

19

năng lượng thấp (<10 MV) cho các góc quay của gantry là
90o và 270o
6

2.5

Sơ đồ các bước tính toán che chắn và đánh giá an toàn bức xạ

21

7

3.1

Sơ đồ vị trí tính liều bên ngoài phòng máy

22

8

3.2

Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy gia tốc

31

9

3.3

Các thành phần trong đầu máy gia tốc

32

10

3.4

Mối liên hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc

32

11

3.5

Mô hình 2D của đầu máy gia tốc HPD

34

12

3.6

Đồ thị biểu diễn suất liều mặt (x,y) với bề dày tường thực tế

37

góc gantry 270o
13

3.7

Đồ thị biểu diễn suất liều mặt (x,y) với bề dày tường thực tế

38

góc gantry 90o
14

3.8

Đồ thị biểu diễn suất liều mặt (x,y) với bề dày tường sơ cấp

giảm 5 cm góc quay gantry 270o

39


viii

15

3.9

Đồ thị biểu diễn suất liều với kích thước phòng giảm 30 cm

40

theo phương x và phương y góc quay gantry 270o
16

P.12

Giao diện GUI trong Matlab tính bề dày tường che chắn

58


1
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, bệnh viện Nhân Dân 115 là một trong những cơ sở y tế có số lượng bệnh
nhân đông. Riêng tại khoa Ung Bướu số lượng bệnh nhân ung thư được xạ trị tương đối
nhiều, khoảng 100 ca/ngày. Tuy nhiên do suất liều cung cấp bởi các máy gia tốc là rất

cao, vì vậy phòng xạ trị phải được che chắn thích hợp để đảm bảo an toàn bức xạ cho
nhân viên và công chúng. Việc thiết kế che chắn cho phòng xạ trị phải đảm bảo hai yếu
tố: an toàn bức xạ và tiết kiệm về mặt kinh tế.
Để giải quyết bài toán đặt ra cần có thông tin về suất liều, tần suất phát tia, số lượng
bệnh nhân, góc chiếu tia, thời gian lưu trú của nhân viên và công chúng, cách bố trí các
khu vực lân cận… Từ đây ta sẽ tính được bề dày che chắn cần thiết.
Bên cạnh phương pháp tính toán giải tích được trình bày trong tài liệu của IAEA
[12] và NCRP-151 [13], chương trình Monte Carlo EGSnrc cũng cho phép tính toán che
chắn. Các chương trình chuyên dụng như BEAMnrc và DOSXYZnrc, giúp ta trong việc
mô phỏng đầu máy gia tốc và tính suất liều bên trong phantom để tính toán che chắn cho
phòng xạ trị. Từ mục đích và nội dung công việc như trên, đề tài được chia làm 3 chương:
Chƣơng 1. An toàn bức xạ trong xạ trị: Trong chương này tác giả tìm hiểu mức
liều chiếu xạ được phép cho công chúng, cho nhân viên bức xạ theo khuyến cáo của ICRP
và theo quy định của an toàn bức xạ Việt Nam. Những biện pháp nhằm hạn chế tiếp xúc
với chùm tia bức xạ.
Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết của tính toán che chắn an toàn bức xạ: Tác giả tìm
hiểu các thuật ngữ thường sử dụng trong quá trình tính toán che chắn, liều giới hạn tại các
khu vực, cách tính toán bề dày che chắn và đánh giá bề dày che chắn bức xạ theo NCRP
151.
Chƣơng 3. Tính toán bề dày che chắn cho phòng xạ trị tại bệnh viện Nhân Dân
115: Sau khi đã tìm hiểu về lý thuyết tính toán bề dày che chắn theo NCRP-151, tác giả
tiến hành tính toán bề dày che chắn với những điều kiện làm việc tại bệnh viện Nhân Dân
115, và mô phỏng đầu máy gia tốc tính phân bố liều bên trong phantom sử dụng chương
trình EGSnrc.
Sau cùng là kết luận và kiến nghị.


2
CHƢƠNG 1
AN TOÀN BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ

1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
1.1.1. Thế giới
Trên thế giới, công tác bảo vệ an toàn bức xạ trong lĩnh vực y tế được nhiều cơ quan
tổ chức quan tâm. Hằng năm các tổ chức Hội Đồng Quốc Gia về An Toàn và Đo Lường
Bức Xạ (NCRP) và Ủy ban Quốc Tế về An Toàn Bức Xạ (ICRP) đều đưa ra các khuyến
cáo mới nhằm bảo vệ an toàn bức xạ cho môi trường, nhân viên y tế, bệnh nhân điều trị
sao cho phù hợp.
Đến nay trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến an toàn bức
xạ cho phòng xạ trị: Sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo khảo sát phân bố của 2
quá trình (n,γ) và (γ,n) trong phòng xạ trị năng lượng cao; Sử dụng chương trình MCNPX
để tính toán mô phỏng ảnh hưởng của photon đến các mô lành xung quanh khối u; Thay
đổi vật liệu che chắn trong việc thiết kế phòng xạ trị … [4]
1.1.2. Trong nƣớc
Tại Việt Nam hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến máy gia tốc
tuyến tính như: tìm hiểu về cơ chế phát chùm photon và khảo sát bằng thực nghiệm một
số thông số đặc trưng của chùm photon phát ra từ máy gia tốc tuyến tính Primus –
Siemens; Xác định phân bố liều hấp thụ trong phantom của chùm photon với mức năng
lượng 6 MeV và 15 MeV theo bề dày với kích thước trường chiếu khác nhau; Từ đó xác
định vị trí điều trị, nghiên cứu độ tăng năng lượng của electron và tính toán năng lượng
electron của máy gia tốc thẳng trong xạ trị … [4]
Thông tư liên tịch số 13/2014/TTLT - BKHCN - BYT ngày 25/7/2014 [16] quy
định về đảm bảo an toàn bức xạ trong y tế, cụ thể đối với thiết bị xạ trị, thiết bị sử dụng
trong y học hạt nhân: kiểm định và hiệu chuẩn thiết bị đo bức xạ, khảo sát điều kiện che
chắn để đảm bảo an toàn bức xạ cho nhân viên y tế và bệnh nhân.
1.2. Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ trong xạ trị
Việc sử dụng các thiết bị phát bức xạ trong điều trị ung thư đang ngày càng được sử
dụng rộng rãi. Do đó vấn đề đảm bảo an toàn bức xạ là vấn đề được đặt lên hàng đầu.


3

Mục đích đánh giá che chắn an toàn bức xạ nhằm giúp cho nhân viên làm việc trong
môi trường bức xạ và công chúng hạn chế tiếp xúc và duy trì được ở mức giới hạn cho
phép. Để đạt được mục đích nêu trên, trước khi đi tính toán, tác giả đã tìm hiểu về các đại
lượng về liều lượng và các tiêu chuẩn an toàn bức xạ.
1.2.1. Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ theo ICRP
1.2.1.1. Các đại lƣợng liều áp dụng trong tính toán che chắn
 Liều hấp thụ
Liều hấp thụ là năng lượng của bức xạ bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối
tượng bị chiếu xạ.
Dht 

E
m

(1.1)

trong đó
E (J) là năng lượng của bức xạ mất đi do sự ion hóa trong đối tượng bị chiếu xạ,
m (kg) là khối lượng của đối tượng bị chiếu xạ,
Đơn vị của liều hấp thụ là: J/kg. Ngoài hệ SI, liều hấp thụ còn có đơn vị là: Gray
(Gy), rad, với: 1 Gy = 100 rad = 1 J/kg.
Giá trị của liều hấp thụ 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 tia bức xạ
với electron của nguyên tử vật chất. Do đó năng lượng hấp thụ trong một đơn vị 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 [7].
 Liều chiếu
Liều chiếu của tia X và tia gamma là thành phần năng lượng của nó mất đi, để biến
đổi thành động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lượng của không khí, khí
quyển ở điều kiện tiêu chuẩn.

Dch 

Q
m

trong đó:
Q (C) là điện tích xuất hiện do sự ion hóa không khí trong một khối thể tích,

(1.2)


4
m (kg) là khối lượng không khí của thể tích này.
Đơn vị của liều chiếu là Coulomb trên kilôgam (C/kg), đơn vị ngoài hệ SI là
Roentgen (R), với 1 C/kg = 3876 R.
 Liều tƣơng đƣơng
Thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ không chỉ phụ thuộc vào
liều bức xạ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ. Vì vậy, một đại lượng được dùng là liều
tương đương, “tương đương” có nghĩa giống nhau về tác dụng sinh học.
Liều tương đương là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T do loại bức xạ
r nhân với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng, Wr, của bức xạ.
HT,r  Wr .DT,r

(1.3)

trong đó:
DT,r là liều hấp thụ trung bình của bức xạ r trong mô hoặc cơ quan T,
Wr là hệ số trọng số phóng xạ đối với bức xạ r (bảng 1.1).
Đơn vị của liều tương đương là: J/kg, rem, hoặc Sievert (Sv) với 1 Sv = 100 rem
Bảng 1.1. Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP-1990).

Loại bức xạ và dãy năng lƣợng

Hệ số trọng số bức xạ WR

Photon với năng lượng bất kỳ

1

Chùm điện tử với năng lượng bất kỳ

1

Neutron

dưới 10 KeV

5

10 KeV đến 100 KeV

10

100 KeV đến 2 MeV

20

2 MeV đến 20 MeV

10

trên 20 MeV

5

Các hạt proton giật lùi, có năng lượng trên 2 MeV

5

Các hạt anpha, các mảnh phân hạch, các hạt nhân nặng

20


5
 Liều hiệu dụng
Trong những trường hợp cần phải xác định liều đối với từng bộ phận hay cơ quan T
của cơ thể thì ICRP đã đề nghị các hệ số trọng số mô WT. Các mô khác nhau cùng nhận
cùng một liều tương đương thì tổn thương sinh học lại khác nhau.
Liều hiệu dụng là tổng của những liều tương đương ở các mô hay cơ quan. Mỗi một
liều được nhân với trọng số mô tương ứng.
E   WT .HT

(1.4)

trong đó:
HT là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan T,
WT là trọng số mô (bảng 1.2).
Đơn vị của liều hiệu dụng là J/kg hoặc Sievert (Sv).
Bảng 1.2. Các hệ số trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT [7].
Tổ chức mô hoặc cơ quan

Hệ số trọng số mô WT

Cơ quan sinh dục

0,20

Tủy sống

0,12

Ruột

0,12

Phổi

0,12

Dạ dày

0,12

Bàng quang

0,05

Vú

0,05

Gan

0,05

Thực quản

0,05

Tuyến giáp

0,05

Da

0,01


6

Mặt xương

0,01

Các bộ phận còn lại

0,05

Dựa vào các định nghĩa đã nêu trên, tác giả áp dụng phương pháp tính liều tương
đương vào tính toán thiết kế và che chắn.

1.2.1.2. Giới hạn liều đối với con ngƣời
Nhiệm vụ chủ yếu của việc bảo vệ chống bức xạ ion hóa là không để chiếu xạ trong
và ngoài lên cơ thể vượt quá liều lượng giới hạn cho phép, nhằm phòng ngừa các bệnh ở
da và di truyền của con người. Năm 1928, Ủy ban Quốc Tế về An Toàn Bức Xạ (ICRP)
được thành lập nhằm mục đích thiết lập các nguyên tắc cơ bản và đưa ra các khuyến cáo
cho an toàn bức xạ. Các khuyến cáo được bổ sung và điều chỉnh hằng năm để giúp nhân
viên và công chúng phòng tránh việc quá liều.
Các tiêu chuẩn quốc gia quy định trong các luật sử dụng về an toàn phóng xạ của
các nước trên thế giới đều dựa vào khuyến cáo của ICRP năm 1991.
Bảng 1.3. Liều giới hạn qua các thời kì được ICRP đưa ra [7].
Cho công chúng

Năm

Cho nhân viên bức xạ (mSv/năm)

1925

5200

1934

3600

1950

150

15

1957

50

5

1990

20

1

(mSv/năm)

Đối với nhân viên bức xạ: Theo khuyến cáo của ICRP, thì mức liều đối với nhân
viên không nên vượt quá 50 mSv/năm và liều trung bình trong 5 năm không được vượt
quá 20 mSv. Nếu một phụ nữ mang thai làm việc trong điều kiện bức xạ, thì giới hạn liều
nghiêm ngặt hơn, là 2 mSv. Giới hạn liều được chọn để đảm bảo rằng rủi ro nghề nghiệp


7
đối với nhân viên bức xạ không cao hơn rủi ro nghề nghiệp trong các ngành công nghiệp
khác được xem là an toàn.
Đối với công chúng: Giới hạn liều đối với công chúng nói chung thấp hơn đối với
nhân viên bức xạ. ICRP khuyến cáo rằng giới hạn liều đối với công chúng không nên
vượt quá 1 mSv/năm.
Đối với bệnh nhân: ICRP không khuyến cáo giới hạn liều đối với bệnh nhân. Ở
nhiều trường hợp chụp X quang, bệnh nhân phải chịu nhiều liều cao hơn nhiều lần so với
giới hạn liều của công chúng. Trong xạ trị, liều chiếu có thể tăng gấp hàng trăm lần so với
giới hạn liều của nhân viên. Bởi vì liều được dùng để chẩn đoán và điều trị bệnh, nên hiệu

quả của việc điều trị được xem là cần thiết ngay cả khi phải dùng đến liều cao.
1.2.2. Các quy định về an toàn bức xạ tại Việt Nam
Được quy định trong TCVN 6866:2001 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 85
Năng lượng hạt nhân biên soạn dựa trên cơ sở tiêu chuẩn của Cơ quan Năng lượng
Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) [1].
1.2.2.1. Giới hạn liều nghề nghiệp
 Đối với nhân viên bức xạ
-

Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm được lấy trung bình trong 5 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 tay chân hoặc da không được vượt quá 500
mSv.

 Đối với ngƣời học việc, học sinh, sinh viên từ 16 đến 18 tuổi sử dụng bức xạ trong
học tập nghiên cứu
-

Liều hiệu dụng trong một năm không được vượt quá 6 mSv.

-

Liều tương đương trong một năm đối với thủy tinh thể mắt không được vượt quá 50
mSv.


8
-

Liều tương đương trong một năm đối với chân tay hoặc da không được vượt quá 150
mSv.

1.2.2.2. Giới hạn liều công chúng
 Đối với công chúng
-

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

-

Trong một vài trường hợp, liều hiệu dụng có thể tăng tới 5 mSv cho một năm riêng lẻ,
nhưng liều hiệu dụng trung bình cho 5 năm liên tục không vượt quá 1 mSv trong một
năm.

-

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 tay chân hoặc da không được vượt quá 50
mSv.

 Đối với ngƣời thăm nuôi bệnh nhân
-

Liều của một cá nhân bất kỳ tham gia chăm sóc bệnh nhân và khách đến thăm cần
phải được kiềm chế sao cho liều bức xạ không vượt quá giá trị 5 mSv trong cả thời kỳ
bệnh nhân được chẩn đoán và điều trị.

-

Liều đối với trẻ em đến thăm bệnh nhân đang sử dụng dược chất phóng xạ cũng phải
được kiềm chế ở mức nhỏ hơn 1 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân được chẩn đoán và
điều trị.

1.3. Những biện pháp nhằm hạn chế tiếp xúc với chùm tia bức xạ
Nhằm đảm bảo an toàn bức xạ cho nhân viên làm việc với nguồn bức xạ và công
chúng, để giảm liều chiếu xạ ngoài có thể áp dụng và kết hợp các biện pháp:
-

Thứ nhất: Giảm thời gian tiếp xúc với chùm tia bức xạ.

-

Thứ hai: Tăng khoảng cách từ nguồn phát tia đến nơi làm việc. Do cường độ bức xạ tỉ
lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn.

-

Thứ ba: Che chắn bức xạ với các bề dày khác nhau. Khi bức xạ truyền qua một lớp
vật chất thì cường độ của chùm bức xạ suy giảm theo hàm mũ.
I2  I1ex

(1.5)


9
trong đó:
I2 là cường độ chùm tia sau khi đi qua lớp vật liệu có bề dày x,
I1 là cường độ chùm tia phát ra từ nguồn,
µ là hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu.

Hình 1.1. Biểu diễn sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào bề dày lớp che chắn [9].
Do suất liều bức xạ phát ra từ các nguồn khác nhau tỉ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách nên NCRP 151 khuyến cáo các cá nhân nên đứng cách tường bảo vệ một
khoảng cách an toàn là 0,3 m [13]. Và đây cũng là khoảng cách được áp dụng để tính toán
và mô phỏng.


10
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ
2.1. Một số khái niệm trong tính toán thiết kế che chắn
2.1.1. Khu vực kiểm soát và khu vực không đƣợc kiểm soát
Khu vực đƣợc kiểm soát: là khu vực hạn chế các cá nhân tiếp xúc, chỉ những nhân
viên chuyên trách được qua đào tạo về chuyên môn và được hướng dẫn chi tiết về an toàn

bức xạ mới được tiếp xúc. Khu vực kiểm soát trong khu vực xạ trị là phòng máy gia tốc
và phòng điều khiển máy gia tốc. Theo NCRP, mức liều giới hạn (liều tương đương)
trong khu vực này là: 5 mSv/năm hoặc 0,1 mSv/tuần [12, 13].
Khu vực không đƣợc kiểm soát: là những khu vực khác ngoài những khu vực
kiểm soát. Theo NCRP mức liều giới hạn ở những khu vực này là 1 mSv/năm hoặc 0,02
mSv/tuần.
2.1.2. Khối lƣợng công việc (W)
Là liều hấp thụ trung bình của bức xạ được sinh ra bởi một nguồn trong một thời
gian nhất định (thường là tuần) tại một vị trí xác định. Trong khóa luận này, khối lượng
công việc là liều hấp thụ tại isocenter cách bia 100 cm trong thời gian một tuần được tính
trung bình trong một năm. Có 2 dạng khối lượng công việc là khối lượng công việc sơ cấp
và khối lượng công việc thứ cấp.
-

Khối lượng công việc sơ cấp (Wpri) xuất hiện do chùm tia sơ cấp (chùm hữu ích).

-

Khối lượng công việc thứ cấp (WL) xuất hiện do bức xạ rò rỉ và tán xạ được đo tại vị
trí cách nguồn bức xạ 1 m.

2.1.3. Hệ số sử dụng (U)
Hệ số sử dụng tỉ lệ với khối lượng công việc sơ cấp khi chùm tia hướng trực tiếp đến
tường sơ cấp (dùng để che chắn chùm sơ cấp phát ra từ nguồn đến bệnh nhân), hệ số sử
dụng phụ thuộc vào loại bức xạ là chùm tia sơ cấp hay chùm tia thứ cấp. Hệ số sử dụng
của chùm tia thứ cấp luôn bằng 1. Hệ số sử dụng của chùm tia sơ cấp tại các vị trí khác
nhau được cho trong bảng 2.1.


11

Bảng 2.1. Giá trị của hệ số sử dụng của chùm tia sơ cấp.
Vị trí

Hệ số sử dụng (U)

Sàn nhà

1

Trần nhà

0,25

Tường

0,25

2.1.4. Hệ số chiếm cứ (T)
Hệ số chiếm cứ là tỉ lệ thời gian trung bình mà nhân viên bức xạ hay công chúng
tiếp xúc với bức xạ khi đứng ở trong khu vực cần tính toán che chắn an toàn bức xạ
(thông thường vị trí cách tường 30 cm). Hệ số chiếm cứ cho từng vùng làm việc khác
nhau là khác nhau. Hệ số chiếm cứ luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1 (T ≤ 1).
Bảng 2.2. Giá trị của hệ số chiếm cứ tại các vị trí làm việc.
Khu vực làm việc

Hệ số chiếm cứ (T)

Khu vực lập kế hoạch, khu vực kiểm soát điều trị, phòng y tế,
khu vực tiếp tân, phòng chờ
Các phòng làm việc, phòng khám bệnh nhân tiếp giáp phòng

máy gia tốc

1

1/2

Hành lang, phòng nhân viên, phòng nhân viên nghỉ ngơi

1/5

Cửa hầm điều trị

1/8

Khu vực vệ sinh công cộng, khu vực bán hàng tự động, khu
vực lưu trữ, khu vực ngoài trời
Khu vực dành cho người đi bộ, bãi giữ xe, thang máy, cầu
thang

1/20

1/40

2.1.5. Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp
Bức xạ sơ cấp: là bức xạ phát ra từ đầu máy gia tốc và được truyền trực tiếp đến
bệnh nhân hoặc truyền trực tiếp đến tường sơ cấp (trần, sàn, tường).


12
Bức xạ thứ cấp: có 2 dạng

-

Bức xạ tán xạ là bức xạ được tạo ra khi bức xạ sơ cấp tán xạ từ bệnh nhân, từ các
thiết bị điều trị như collimator, tường, trần, sàn của phòng điều trị.

-

Bức xạ rò rỉ là bức xạ xuất hiện trong quá trình điều trị. Với các máy gia tốc, bức xạ
rò rỉ chỉ xuất hiện khi máy đang hoạt động, đối với các nguồn 60Co luôn luôn tồn tại
bức xạ rò rỉ.

2.1.6. Rào chắn bảo vệ
Có hai loại rào chắn bảo vệ, bao gồm:
- Rào chắn sơ cấp: dùng để che chắn bức xạ sơ cấp phát ra trực tiếp từ nguồn đến
bệnh nhân.
- Rào chắn thứ cấp: dùng để che chắn bức xạ thứ cấp là bức xạ tán xạ với đầu máy gia
tốc hay bức xạ được tạo ra khi tương tác với bệnh nhân hay các dụng cụ khác cũng
như các tia bức xạ bị rò rỉ.

Hình 2.1. Sơ đồ nguồn bức xạ, tường sơ cấp, tường thứ cấp [13].
2.1.7. Suất liều tức thời và suất liều trung bình theo thời gian
Khi thiết kế tường che chắn bức xạ, ta thường giả định rằng khối lượng công việc
phân bố đều trong một năm. Do đó, thiết kế tường che chắn đáp ứng một giới hạn liều


13
hàng tuần bằng 1/50 giới hạn liều hằng năm. Tuy nhiên khi lấy giới hạn liều trong một
khoảng thời gian ngắn hơn năm (như tháng, tuần, ngày) có thể dẫn đến yêu cầu che chắn
cao hơn.
Ở nước Anh, thiết kế che chắn cho phòng điều trị có thể tính toán theo suất liều tức

thời mỗi giờ (Instantaneous Dose Rate, IDR) (giá trị này được đọc trực tiếp từ dosimeter
trong mỗi giờ và được lấy trung bình trong mỗi phút), bảng 2.3. Khi tính toán tường che
chắn, giá trị IDR được so sánh với liều đo trực tiếp sau khi cơ sở đã được thiết kế và đưa
vào sử dụng. Suất liều trung bình theo thời gian (Time Averaged Dose Rate, TADR) là sự
suy giảm liều trung bình trong một thời gian nhất định, TADR tỉ lệ thuận với IDR [12].
TADR được tính trung bình trong một ngày với 8 giờ làm việc, ký hiệu là R8
(µSv/giờ):
R 8  IDR.

Wd U
8.DR 0

(2.1)

trong đó:
IDR là suất liều tức thời tính trong một giờ tại vị trí cách tường 0,3 m với máy hoạt
động suất liều ở đầu ra là DR0 (µSv/giờ),
Wd là khối lượng công việc tại vị trí cách nguồn 1 m (Gy/giờ),
U là hệ số sử dụng (bằng 1 cho tường thứ cấp và lối vào Ziczac),
DR0 là suất liều ở đầu ra cách nguồn 1 m (Gy/giờ hoặc Sv/giờ).
Bảng 2.3. Tóm tắt các khuyến cáo về thiết kế giới hạn liều hiệu dụng.
Giới hạn liều
Thiết kế giới hạn cho
liều nghề nghiệp

Mỹ
Nhỏ hơn 10 mSv/năm

Anh
6 mSv/năm

IDR là 7,5 µSv/giờ
0,3 mSv/năm

Thiết kế giới hạn liều
cho khu vực công chúng

1 mSv/năm và 20 µSv/giờ

IDR < 7,5 µSv/giờ
TADR < 0,5 µSv/giờ

TADR hàng tuần (Rw): suất liều trung bình trong một tuần với 40 giờ làm việc