Khảo sát phân bố liều lượng trong phòng máy x quang chuẩn đoán sử dụng chương trình MCNP

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


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU
TRONG PHÒNG MÁY X-QUANG CHẨN ĐOÁN
SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5

SVTH : PHAN TRỌNG THANH
CBHD : TS. TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN
ThS. THÁI MỸ PHÊ
CBPB : ThS. TRẦN THIỆN THANH

TP HỒ CHÍ MINH - 2011


LỜI CẢM ƠN
Để đạt kết quả như ngày hôm nay, tác giả đã nhận được sự dạy dỗ, giúp đỡ tận
tình của quý thầy cô, bạn bè trong suốt quá trình học tập vừa qua. Thông qua
quyển khóa luận này tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
 Cô TS. TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN, người đã hướng dẫn tận tụy, chỉ bảo
hết lòng và đã định hướng cho tác giả thực hiện bản luận văn này.
 Thầy ThS. THÁI MỸ PHÊ, người đã chỉ bảo và đã tạo điều kiện cho tác giả
thực tập ở Bệnh viện Nhi đồng I, đồng hướng dẫn với cô LOAN.
 Thầy PGS.TS. CHÂU VĂN TẠO, hiện là trưởng khoa và trưởng bộ môn,
người đã đồng ý và giới thiệu tác giả cho cô LOAN hướng dẫn thực hiện khóa

luận này.
 Thầy ThS. TRẦN THIỆN THANH, người đã giành thời gian đọc và góp ý cho
khóa luận của tác giả được hoàn thiện hơn.
 Các thầy cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng
dạy, hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập.
 Gia đình và bạn bè của tác giả, đặc biệt là bạn HUỲNH THANH PHƯƠNG,
bạn chí thân từ thuở thiếu thời, hiện đang công tác tại Đại học Mở TPHCM,
người đã giúp đỡ tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình học tập.
TPHCM, tháng 7 năm 2011
Tác giả

PHAN TRỌNG THANH



i

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ......................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
Chƣơng 1. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIA X................................................................ 4
1.1. Cấu tạo máy phát X-quang thông thƣờng ....................................................... 4
I.1.1. Phần chính ........................................................................................... 4
I.1.2.Phần phụ máy X-Quang ....................................................................... 4
1.2. Hoạt động máy phát X-quang.......................................................................... 6
1.3. Nguyên lý của quá trình phát tia X .................................................................. 7

1.3.1. Quang phổ tia X liên tục .................................................................... 8
1.3.2. Quang phổ tia X đặc trƣng ................................................................ 8
1.3.3. Hiệu ứng Auger ................................................................................. 9
1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng liều ra của tia X ................................ 10
1.4.1. Điện cao áp đỉnh (kVp) .................................................................. 10
1.4.2. Dòng phát tia của bóng X-quang (mA) .......................................... 10
1.4.3. Dạng sóng điện nguồn .................................................................... 11
1.4.4. Vật liệu làm bia của bóng X-quang ................................................ 11
1.4.5. Góc nghiêng anode ........................................................................ 11


ii

1.4.6. Sự ảnh hƣởng của tấm lọc và cao thế đến liều bệnh nhân ........... 11
1.4.7. Chiều dày hấp thụ một nửa ........................................................... 13
1.4.8. Thời gian phát tia .......................................................................... 14
1.5. Ứng dụng của tia X trong y học .................................................................... 14
Chƣơng 2. AN TOÀN BỨC XẠ TRONG X-QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ .............. 15
2.1. Các giới hạn liều chiếu xạ ............................................................................. 15
2.1.1. Hệ thống giới hạn liều do ICRP khuyến cáo ................................. 15
2.1.2. Các giới hạn liều tƣơng đƣơng ...................................................... 15
2.1.2.1. Đối với các nhân viên bức xạ ..................................................... 17
2.1.2.2. Đối với nhân dân ......................................................................... 17
2.2. An toàn bức xạ tại các cơ quan y tế theo tiêu chuẩn Việt Nam –
TCVN 6561:1999 ......................................................................................... 17
2.2.1. Phạm vi áp dụng .......................................................................... 17
2.2.2. Liều giới hạn ................................................................................. 18
2.2.2.1. Liều giới hạn cho các đối tƣợng khác nhau .............................. 18
2.2.2.2. Liều giới hạn đối với ngƣời trợ giúp bệnh nhân ....................... 19
22.2.3. Liều khuyến cáo để chiếu, chụp 1 phim X-quang một lần

đối với bệnh nhân ...................................................................... 19
2.2.3. Địa điểm của một cơ sở X-quang ................................................. 21
2.2.4. Bố trí một cơ sở X-quang ............................................................. 21


iii

2.2.4.1 Phòng chờ ( hoặc nơi chờ ) của bệnh nhân ..................................21
2.2.4.2 Phòng đặt máy X-quang .............................................................. 21
2.2.4.3 Phòng xử lý phim ........................................................................23
2.2.4.4 Phòng ( hoặc nơi) làm việc của nhân viên bức xạ ....................... 24
2.2.5. Máy chụp X-quang chẩn đoán....................................................... 24
2.2.5.1. Mức rò phát xạ qua vỏ bọc bóng phát tia X ................................ 24
2.2.5.2. Các chụp nón chuẩn trực hoặc bộ khu trú chùm tia ...................24
2.2.5.3. Bộ lọc chùm tia ...........................................................................24
2.2.5.4. Bộ vít khóa .................................................................................25
2.2.5.5. Cáp nối ....................................................................................... 25
2.2.5.6. Bàn điều khiển ...........................................................................25
2.2.6. Máy chiếu X-quang chẩn đoán....................................................... 26
2.2.6.1. Máy chiếu X-quang chẩn đoán ...................................................26
2.2.6.2. Đối với máy chiếu X-quang có màn huỳnh quang ......................26
2.2.6.3. Bộ khu trú chùm tia (diaphragm) của máy chiếu X-quang .........26
2.2.6.4. Điều khiển độ sáng tự động ( nếu có ) .........................................27
2.2.6.5. Công tắc điều khiển bằng chân và đèn báo ..................................27
2.2.6.6. Kính chì bảo vệ ............................................................................27
2.2.6.7. Ghế của máy chiếu X-quang ........................................................ 27
2.2.6.8. Tấm chắn cao su chì .....................................................................27


iv

2.2.7. Máy chiếu X-quang chẩn đoán có thiết bị tăng sáng
truyền hình ....................................................................................... 28
2.2.8. Máy chiếu X-quang điều trị ............................................................. 28
2.2.8.1. Vỏ bọc phát tia X...........................................................................28
2.2.8.2. Chụp hình nón ...............................................................................28
2.2.8.3. Đặt thời gian tự động .....................................................................29
2.2.8.4. Khóa an toàn ..................................................................................29
2.2.8.5. Thiết bị quan sát, liên lạc với bệnh nhân .......................................29
2.2.8.6. Trang bị phòng hộ cá nhân ............................................................ 29
2.2.8.7. Tạp dề cao su chì ...........................................................................29
2.2.8.8. Găng tay cao su chì .......................................................................29
2.2.9. Theo dõi liều bức xạ cá nhân............................................................ 29
2.2.10. Kiểm định và hiệu chuẩn máy ........................................................ 30
2.2.11. Bảo dƣỡng, duy tu các máy X-quang chẩn đoán, điều trị ..............30
2.3. Một số yêu cầu An toàn Bức xạ đối với X-quang chẩn đoán ........................ 30
2.3.1. Những rủi ro trong X-quang chẩn đoán ...........................................30
2.3.1.1. Các nguồn bức xạ ..........................................................................30
2.3.1.2. Các ảnh hƣởng của thông số kỹ thuật và liều bệnh nhân ..............31
2.3.2. Các nguyên tắc bảo vệ an toàn bức xạ cơ bản trong Y tế ................33
2.3.3. Các yêu cầu đối với máy X-quang ...................................................34
2.3.4. Các biện pháp giảm liều ...................................................................34
2.3.4.1. Che chắn để giảm liều cho nhân viên ............................................34


v

2.3.4.2. Các biện pháp giảm liều cho bệnh nhân........................................35
Chƣơng 3. PHƢƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ CHƢƠNG TRÌNH MCNP ..........38
3.1. Phƣơng pháp Monte Carlo .............................................................................38

3.2. Giới thiệu chƣơng trình MCNP ......................................................................39
3.3. Đặc điểm của chƣơng trình MCNP ................................................................ 39
3.3.1. Cấu trúc của một Input file của MCNP ............................................39
3.3.2. Hình học của MCNP ........................................................................40
3.3.2.1. Thẻ ô .............................................................................................. 40
3.3.2.2. Thẻ mặt ......................................................................................... 41
3.3.3. Dữ liệu hạt nhân ...............................................................................41
3.3.4. Các đặc trƣng về nguồn ....................................................................42
3.3.5. Các Tally (các đánh giá) ...................................................................43
3.3.6. Tập tin xuất ....................................................................................... 43
3.3.7. Sai số tƣơng đối ................................................................................44
Chƣơng 4. KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU TRONG PHÒNG MÁY
X-QUANG CHẨN ĐOÁN CHỤP NHA SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH
MÔ PHỎNG MCNP5.....................................................................................46
4.1. Mô phỏng MCNP phòng máy X-quang chụp nha..........................................46
4.1.1. Hình học phòng X-quang chụp nha..................................................46
4.1.2. Thông số tƣờng che chắn ................................................................ 46
4.1.3. Các thông số máy X quang chụp nha ...............................................47


vi

4.1.4. Tâm điểm phát tia X .........................................................................48
4.1.5. Tally sử dụng ....................................................................................48
4.2. Kết quả và thảo luận ......................................................................................48
4.2.1. Kết quả đo suất liều trung bình tại vị trí ..........................................48
4.2.2. Khảo sát phân bố suất liều xung quanh máy phát tia X,
cao độ bằng tâm nguồn phát tia X (Z = -39 cm) ............................ 48
4.2.3. Khảo sát phân bố suất liều theo khoảng cách từ tâm
nguồn phát tia X (cao độ bằng tâm nguồn Z = -39) ........................ 51

4.2.4. Khảo sát phân bố suất liều theo độ cao từ tâm
nguồn phát tia X ..............................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................57
PHỤ LỤC ..............................................................................................................58


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT Bảng

Diễn giải

Trang

1

1.1

Giá trị HVL của nhôm tƣơng ứng với các năng lƣợng khác nhau

13

2

2.1

Các giới hạn liều tƣơng đƣơng đối với nhân viên bức xạ và nhân

16

dân theo khuyến cáo của ICRP
3

2.2

Số liệu thừa số rủi ro và trọng số của các loại mô khác nhau theo

16

ICRP 26
4

2.3

Liều giới hạn trong một năm ( Đơn vị tinh bằng mSv)

18

5

2.4

Liều khuyến cáo cho 1 phim chụp X-quang quy ƣớc đối với bệnh

19

nhân

6

2.5

Liều khuyến cáo chụp, chiếu X-quang quy ƣớc cho một lần chụp

20

phim
7

2.6

Kích thƣớc tối thiểu tại các buồng làm việc đối với các máy X-

22

quang chẩn đoán, điều trị
8

2.7

Hiệu quả che chắn cho bệnh nhân tuyến giáp

35

9

3.1

Các loại tally trong MCNP

43

10

3.2

Các đánh giá sai số tƣơng đối R trong MCNP

45

11

4.1

Phân bố suất liều tại các điểm theo sơ đồ hình 4.3.

49

12

4.2

Phân bố suất liều theo khoảng cách từ tâm nguồn

51

13

4.3

Phân bố suất liều theo độ cao z’Oz từ tâm nguồn

54


viii

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

STT

Hình Diễn giải

Trang

1

1.1

Cấu tạo máy phát tia X

4

2

1.2

Phần phụ máy X-quang

6

3

1.3

Cơ chế tạo quang phổ liên tục

8

4

1.4

Cơ chế tạo quang phổ tia X đặc trƣng

9

5

1.5

Sự biến đổi phổ của bức xạ đƣợc phát bởi các điện tử có năng

12

lƣợng 200 keV bắn phá vào bia Wolfram có các tấm lọc khác nhau
6

1.6

Hình chụp bàn tay đeo nhẫn bằng tia X

14

7

2.1

Phân bố liều tán xạ từ máy chiếu X-quang

32

8

2.2

Ảnh hƣởng bức xạ khi bóng trên bàn và bóng dƣới bàn

33

9

2.3

Hiệu ứng giảm liều cho bệnh nhân bằng cách giảm kích thƣớc

36

chùm tia
10

2.4

Hiệu ứng giảm liều cho bệnh nhân bằng cách chọn đúng tƣ thế

37

chụp
11

4.1

Mặt cắt dọc của phòng đặt máy X-quang

47

12

4.2

Mặt cắt ngang của phòng đặt máy X-quang

47

13

4.3

Sơ đồ các điểm khảo sát phân bố liều quanh ống tia X bên trong

49

và ngoài phòng X-quang
Suất liều theo khoảng cách bên phải nguồn phát (hƣớng vào trong)

14

4.4a

15

4.4b Suất liều theo khoảng cách bên trái nguồn phát (hƣớng ra ngoài

52
53

cửa)
Phân bố suất liều theo độ cao (hƣớng lên trần)

16

4.5a

17

4.5b Phân bố suất liều theo độ cao (hƣớng xuống đất)

55

55


ix


1

MỞ ĐẦU
Năm 1895, nhà bác học người Đức Wilhelm Roentgen đã phát hiện tia X và từ
đó đến nay tia X (và cả tia gamma) đã được ứng dụng và phát triển. Nó đã trở thành
một phần rất quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại và văn minh của loài
người tiến bộ.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của tia X và tia gamma là trong lĩnh
vực Y tế chẩn đoán như: Y học hạt nhân, xạ trị ung thư, đo xương, chụp CT, chụp
xương gãy, chụp nha, chụp phát hiện ung bướu, chụp xoang,…
Phương pháp sử dụng các máy phát tia-X để chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn
đoán bệnh trong Y tế ở nước ta suốt nhiều thập kỷ qua mới chỉ đơn thuần nhìn nhận ở
khía cạnh lợi ích và hiệu quả có tính chất hiển thị của phương pháp. Còn thì cách thức
sử dụng, giới hạn sử dụng kỹ thuật này, tức là những đòi hỏi nghiêm ngặt về mặt
chuyên môn và kỹ thuật của phương pháp, bao gồm nhiều yếu tố, đã không được đề
cập, không được xem xét đến. Qua công tác điều tra, thống kê, đánh giá thực trạng an
toàn bức xạ tại nhiều địa phương trong cả nước đã cho thấy: chỉ xét riêng vấn đề bảo
đảm an toàn bức xạ trong ngành Y tế, cụ thể là trong lĩnh vực chiếu, chụp X-quang
chẩn đoán bệnh, đã thấy tồn tại những vấn đề mà về phương diện xã hội cũng như
cuộc sống sẽ cần phải được đánh giá, xem xét một cách đúng mực và nghiêm túc. Thực
tế cho thấy, việc chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn đoán bệnh trong ngành Y tế ở nước ta
từ trước đến nay thực sự là chưa bảo đảm yêu cầu về an toàn bức xạ; chưa có sự giám
sát, kiểm soát và quản lý mang tính pháp quy của Nhà nước đối với loại hình hoạt động
này.

Chúng ta không phủ nhận những lợi thế và những hiệu quả thiết thực trong việc
chẩn đoán bệnh cho con người do phương pháp này mang lại. Tuy nhiên, nếu thực hiện
việc chiếu, chụp ảnh X-quang mới dừng lại, mới chỉ biết đến khả năng chẩn đoán bệnh


2

qua hình ảnh của phương pháp mà không biết đến, không nhìn nhận và xem xét một
cách thận trọng đặc thù tác hại luôn đi kèm theo khi thực hiện kỹ thuật này thì sẽ dẫn
đến những hậu quả hết sức tai hại, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe, cho cuộc sống,
thậm chí gây ra những rủi ro, nguy hiểm cho chính bản thân các bác sỹ, các kỹ thuật
viên sử dụng máy móc chiếu, chụp X-quang; cho các bệnh nhân phải chiếu chụp để
được chẩn đoán bệnh; cho cả các nhân viên không liên quan đến việc thực thi kỹ thuật
này và cả với dân chúng nói chung trong khu vực tác dụng của chùm tia X phát ra từ
máy phát. Điều này có nghĩa là việc chiếu, chụp X-quang chẩn đoán bệnh trong Y tế
phải được kiểm soát, được quản lý nghiêm chỉnh. Khi thực hành chiếu, chụp phải bảo
đảm đã thực sự tuân thủ những quy định nghiêm ngặt các giới hạn, các đặc trưng kỹ
thuật trong phương pháp, bảo đảm thực hiện tốt các yêu cầu về che chắn an toàn bức
xạ.
Về mặt xã hội, để thực hiện quản lý Nhà nước trong lĩnh vực này, tại nhiều nước
trên thế giới, nhất là các nước công nghiệp phát triển, Nhà nước thực hiện ban hành các
văn bản pháp quy, các tài liệu khuyến cáo, hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật... quy định
cụ thể các điều kiện hoạt động, quy định bảo đảm các yêu cầu của luật pháp, các yêu
cầu chuyên môn và kỹ thuật, nhằm thực hiện và thực thi quản lý an toàn bức xạ đối với
một cơ sở X-quang chẩn đoán bệnh.
Ở nước ta, trên thực tế hệ thống các văn bản pháp quy, các tài liệu hướng dẫn
chuyên môn, hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật đáp ứng cho công tác quản lý Nhà nước
về mặt này đang còn chưa đầy đủ và hoàn thiện đáp ứng cho công tác quản lý đạt được
hiệu quả hơn, bảo đảm được lợi ích thiết thực đối với người bệnh, đối với môi trường
sống tự nhiên cho con người nói chung, đặc biệt là bảo đảm các quyền lợi, bảo đảm sự

an toàn cho các bác sỹ, các kỹ thuật viên X-quang trong ngành Y tế.
Đối với việc thực hiện chiếu xạ cần bảo đảm sự an toàn con người và lợi ích của
việc chiếu xạ phải thuần dương. Việc che chắn phải bảo đảm an toàn và lợi ích kinh tế,


3

nghĩa là vị trí, kích thước không gian phòng, vật liệu che chắn phù hợp điều kiện cho
phép của cơ quan X-quang sao cho tối ưu nhất, nghĩa là thiết kế phòng X-quang đủ tiêu
chuẩn an toàn hợp lý mà chiếm không gian tối thiểu.
Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng chương trình MCNP5 để mô phỏng
máy X-quang chụp nha và tường che chắn xung quanh phòng máy, bước đầu tính toán
phân bố suất liều xung quanh máy X-quang trong cũng như ngoài phòng. Từ đó đưa ra
những đánh giá về mặt an toàn bức xạ cho nhân viên điều khiển máy cũng như những
người làm việc xung quanh phòng đặt máy X-quang khảo sát.
Với mục đích trên, khóa luận được chia làm 4 chương:
- Chương 1: Nguyên lý máy phát tia X.
- Chương 2: Bức xạ ion hóa và an toàn bức xạ.
- Chương 3: Phương pháp Monte Carlo và chương trình mô phỏng MCNP.
- Chương 4: Khảo sát phân bố suất liều trong phòng máy X-quang chẩn đoán
chụp nha sử dụng chương trình MCNP5.


4

CHƢƠNG 1.

NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIA X
1.1. Cấu tạo máy phát X-quang thông thƣờng
Cấu tạo máy phát X-quang thông thường bao gồm phần chính và phần phụ:

1.1.1. Phần chính
Máy X-quang gồm các bộ phận không thể thiếu được: bộ cấp nguồn đốt tim đèn
X quang, bộ cấp điện cao thế vào anode và cathode, bộ điều khiển thời gian phát tia và
bộ phận quan trọng nhất đó là ống phóng tia X. Những phần chính của ống tia X bao
gồm: cathode, anode, rotor, stator, vỏ bọc kim loại, vỏ bọc tia X.

Hình 1.1. Cấu tạo của bóng phát tia X.
1.1.2.Phần phụ máy X-Quang
Phần phụ máy X-quang thường có những bộ phận chính sau:


5

- Tủ điều khiển: đây là bộ phận điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ máy. Trên
tủ điều khiển cho phép đặt các thông số chụp (kVp, mA, ms, mAs) và các chương trình
hoạt động của máy cho phù hợp với các ca bệnh dùng chẩn đoán X-quang. Tủ điều
khiển là một bộ phận điện tử phức tạp. Trên tủ là các công tắc điều khiển kvp, mA, ms,
công tắc phát tia và các đồng hồ chỉ thị chế độ hoạt động của máy. Hoạt động chính
xác của hệ điện tử đóng vai trò quyết định chất lượng hình ảnh chẩn đoán X-quang.
-Máy phát cao thế: đây là nguồn cung cấp cao thế cho bóng X-quang. Cấu tạo
cơ bản của máy là mạch biến thế nâng áp và chỉnh lưu điện xoay chiều. Tùy theo các
loại chỉnh lưu được sử dụng mà phổ tia X có các phần năng lượng khác nhau. Đối với
máy nửa sóng thì điện áp giữa anode và cathode có giá trị từ 0 đến giá trị cực đại nên
tia X phát ra có cả các thành năng lượng thấp. Phần năng lượng thấp của tia X không
có ý nghĩa gì trong việc tạo ảnh mà chỉ làm tăng liều bệnh nhân. Để giải quyết điều này
các máy X-quang hiện đại đã được chế tạo là các máy đa xung, chỉnh lưu nhiều pha và
cao tần. Thông thường các máy phát cao áp có thể là dạng 2 xung, 6 xung, 12 xung;
trong đó loại 12 xung là loại có hiệu suất bức xạ (mGy/mAs) lớn nhất.
-Bàn chụp: được cấu tạo bằng cao su lưu hoá (gỗ phíp) có tác dụng cho tia XQuang đi qua một cách dễ dàng. Khung sườn bằng nhôm định hình rất vững chãi để
bệnh nhân có thể nằm, ngồi lên bàn chụp. Phía dưới bàn chụp người ta thiết kế một

ngăn kéo để đựng hộp phim X-Q (hoặc bộ đầu dò detector đối với máy X-Q tăng sáng
truyền hình). Giữa ngăn kéo với mặt bàn có hệ thống lưới để chống tia thứ cấp, khi
chụp, lưới này được một mô tơ di chuyển tịnh tiến cho phù hợp theo yêu cầu.


6

Hình 1.2. Phần phụ máy X-quang.
-Bộ khu trú chùm tia: đây là bộ phận có tác dụng định vị trường chụp chiếu Xquang và hạn chế liều bức xạ tới bệnh nhân và người vận hành máy. -Hệ thống ghi
nhận hình ảnh: bao gồm khay cassette, hộp đựng phim có kích thước 30x40; 24x30;
18x24 và 13x18 cm. Hoạt động của bộ phận này cũng đóng vai trò nâng cao chất lượng
hình ảnh.
1.2. Hoạt động máy phát X-quang
- Cathode của ống tia X thường là 1 dây tóc Tungsten có hình lò xo xoắn thẳng
đứng là nguồn phát ra các electron. Chén hội tụ xoay quanh tim đèn để làm hội tụ
chùm âm điện tử, chén hội tụ thông thường được làm từ Nikel.
- Anode chia làm 2 loại: loại quay và loại không quay. Loại không quay gồm 1
bia Tungsten gắn chặt vào 1 khối đồng, nó đóng 2 vai trò là vật mang cực dương và vật
tải nhiệt. Nhưng khuyết điểm của loại anode không quay là nó dễ bị ăn mòn và giới


7

hạn cường độ dòng tia X. Loại không quay được dùng để chụp X-quang ở các cơ quan
như hàm, răng, X quang xách tay.
- Loại quay thì được dùng cho hầu hết các chẩn đoán. Bộ phận làm cho anode
quay chính là Rotor. Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều
nam châm điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc
độ quay từ 3000-3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất là 9000-10000 vòng/phút. Giá
đỡ rotor phải chịu được nhiệt, đây là nguyên nhân thường làm hỏng ống tia X. Để dẫn

nhiệt tốt người ta thường dùng dầu làm chất giải nhiệt .
Toàn bộ cathode và anode của bóng X-quang được bọc trong bóng thủy tinh
Silicarbon có chân không cỡ 10-6 mmHg. Do tia X phát ra theo mọi hướng, nên phải
khu trú tia X hữu ích về tới nơi mà chúng ta cần chụp. Bóng X-quang thường bọc bằng
thép hoặc chì xung quanh để tia X đi qua một cửa sổ nhỏ, để hạn chế sự rò tỉ tia xạ.
Ngày nay, do để tăng tuổi thọ của bóng X-quang bia Tungsten được phủ trên bề
mặt các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao, hệ số dẫn nhiệt tốt và hiệu suất phát tia X
cao và nguyên tử số lớn như Wolfram –W ( Z=74), Molybden – Mo (Z=42) hay Rodi –
Rh (Z=45).
1.3. Nguyên lý của quá trình phát X-quang
Tia X được sinh ra từ sự đốt nóng tim đèn X-quang (được thiết kế bằng chất liệu
tungsten) của cathode làm bật một lượng lớn electron, các electron được gia tốc với
một cao thế rất lớn (khoảng 20-300 kV), chính cao thế này tạo điện trường cũng rất lớn
giữa anode và cathode, và điện trường này đã cung cấp cho electron một động năng rất
lớn di chuyển đến, tác dụng vào chất liệu của anode, khi đó có 3 hiệu ứng xảy ra:


8

1.3.1. Quang phổ tia X liên tục [1]
Electron “dùng” động năng của mình xuyên sâu qua lớp vỏ nguyên tử và tác
dụng vào hạt nhân của nguyên tử nguyên tố của chất liệu cấu tạo anode và mất dần
năng lượng (động năng) và một phần năng lượng này electron đốt nóng anode cho đến
khi dừng lại thì phát ra photon, đó chính là tia X, và quá trình này gọi là quá trình phát
bức xạ hãm. Quang phổ của tia X này là quang phổ tia X liên tục, nó không phụ thuộc
vào bản chất của vật liệu làm anode mà chỉ phụ thuộc vào cao thế U giữa anode và
cathode. Quang phổ có cực đại phổ dịch chuyển về phía sóng ngắn λ min được xác định
bởi công thức:

eU=h

(1.1)

hγ

Hình 1.3. Cơ chế tạo quang phổ liên tục.
eE : electron mang năng lượng E; hγ : năng lượng photon phát ra
1.3.2. Quang phổ tia X đặc trưng (quang phổ vạch) [1]
Trường hợp này chỉ xảy ra khi hiệu điện thế U có giá trị rất cao (phụ thuộc vào
nguyên tử nguyên tố của anode) và phổ này chồng chập lên quang phổ liên tục. Quang


9

phổ vạch đặc trưng cho chất liệu nguyên tử nguyên tố anode gồm nhiều dãy ký hiệu là
dãy K, dãy L, dãy M, … Lúc này electron mang một động năng rất lớn (T= mv2=eU),
có khả năng xuyên sâu vào lớp vỏ nguyên tử , kích thích các electron thuộc các lớp sâu
bên trong làm cho các electron này bị đánh bật ra khỏi lớp đó và tạo ra những trạng
thái lượng tử bị bỏ trống; các electron khác ở các lớp bên ngoài sẽ nhảy vào chiếm chỗ
và phát ra các photon theo tiên đề 2 của Bohr.
Đối với trường hợp electron thuộc lớp K bị kích thích và bị đẩy ra ngoài thì các
electron ở các lớp L hoặc M hoặc N, … nhảy vào chiếm chỗ, từ đó phát ra các photon
(tia X) tạo thành dãy K (gồm Kα , Kβ, …).Tương tự nếu electron thuộc lớp L bị kích
thích, các electron thuộc các lớp M hoặc N hoặc O, … nhảy vào chiếm chỗ, thì phát ra
photon tạo thành dãy L (gồm các vạch Lα, Lβ, …).

hγ

Hình 1.4. Cơ chế tạo quang phổ tia X đặc trưng.
1.3.3. Hiệu ứng Auger [2]

Hiệu ứng này còn gọi là sự biến hoán trong (hấp thụ quang điện nội tại), đây là
hiệu ứng phụ của 2 hiệu ứng trên. Trong trường hợp này tia X vừa phát ra ở 2 hiệu ứng
trên bị hấp thụ ngay bởi một electron ở tầng phía ngoài hơn trong cùng một nguyên tử,


10

khi đó tia X sẽ truyền năng lượng cho electron, nếu năng lượng này đủ lớn thì electron
này sẽ bức ra và phóng thích ra ngoài, và electron này gọi là electron Auger.
1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng liều ra của tia X [3]
Các đặc trưng kỹ thuật và đo lường cơ bản của máy X-quang ảnh hưởng đến
chất lượng liều lối ra gồm:
1.4.1. Điện cao áp đỉnh (kVp)
Đây là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến bức xạ của bóng X-quang, điện
áp này đặt trên hai cực của bóng X-quang và nó quyết định năng lượng của phổ tia X.
Với cùng một bề dày của tấm lọc, kVp sẽ xác định phẩm chất và khả năng đâm xuyên
của chùm tia X. Khả năng đâm xuyên tỷ lệ thuận với giá trị cao thế, do đó nó đóng vai
trò quan trọng trong việc tạo ảnh X-quang.
Về nguyên tắc cường độ trung bình của tia X truyền qua cơ thể sẽ tỷ lệ bậc 4 với
kVp và tỷ lệ nghịch với chiều dày d của cơ thể:
Cường độ ~ (kVp)4/d

(1.2)

Thực tế cho thấy nếu tăng 10 kV thì độ đen của phim sẽ tăng gấp đôi và độ
tương phản của phim X-quang sẽ giảm nếu ta chụp với giá trị kVp thấp.
1.4.2. Dòng phát tia của bóng X-quang (mA)
Dòng phát tia của bóng X-quang là dòng điện chạy từ anode đến cathode của
bóng X-quang trong thời gian phát tia. Khi tăng dòng mA sẽ làm tăng số photon lối ra
nhưng không làm thay đổi dạng phổ. Ví dụ nếu tăng dòng mA từ 200- 400 mA thì liều

chiếu cũng tăng gấp đôi, nhưng các đỉnh kVp không thay đổi.


11

1.4.3. Dạng sóng điện nguồn
Dạng sóng điện nguồn có ảnh hưởng đáng kể đối với phổ tia X, khi bóng tia X
được cấp điện áp 1 pha thì kVp sẽ thay đổi ở tất cả các thời điểm, điều đó có nghĩa là
cường độ và năng lượng phổ tia X thay đổi liên tục trong chu kỳ. Nếu bóng tia X được
cấp điện áp 3 pha hay nguồn không đổi thì hiệu suất phát tia sẽ được nâng cao vì giá trị
kVp hiệu dụng (kVp eff) được nâng cao:
kVp eff = 0,7 kVp

(1.3)

1.4.4. Vật liệu làm bia của bóng X-quang
Đây cũng là một tham số có ảnh hưởng đến chất lượng chùm tia X. Các nhà chế
tạo thường chọn các vật liệu làm bia có nguyên tử số và nhiệt độ nóng chảy cao.
1.4.5. Góc nghiêng anode
Bởi vì các điện tử đâm xuyên vào bia của bóng X-quang nên các tia X được tạo
ra ở các chiều sâu khác nhau sẽ có sự suy giảm khác nhau. Nếu góc của bia giảm thì
quãng đường mà các tia X đi qua sẽ tăng, hiệu ứng này tương tự như ta tăng tấm lọc cố
định, một số photon có năng lượng thấp sẽ bị hấp thụ.
1.4.6. Sự ảnh hưởng của tấm lọc và cao thế đến liều bệnh nhân
Liều bệnh nhân ký hiệu PD (patient dose), là liều bức xạ (bao gồm cả tán xạ
ngược) mà bệnh nhân phải chịu trong quá trình chiếu chụp X-quang có đơn vị đo là
gray, ký hiệu Gy (1 Gy = 1 J/kg). Đại lượng này tùy thuộc vào số photon tia X phát ra
từ chùm và năng lượng của chúng. Tấm lọc tổng cộng làm suy giảm chùm tia X. Các
photon năng lượng thấp suy giảm mạnh hơn các photon có năng lượng cao.
Thực nghiệm đã cho thấy:

12

- Với năng lượng 20 keV độ đâm xuyên của photon qua 1cm là 0,45; nghĩa là
45% số photon của chùm tia X có thể đi qua mô cơ dày 1cm.
-Nếu độ dày cơ thể là 15 cm thì độ đâm xuyên là:
P = (0,45)15 = 0,000 0063

(1.4)

- Và với năng lượng 50 keV thì độ đâm xuyên qua 15cm mô của photon là:
P = (0,8)15 = 0,035

(1.5)

Ta thấy với năng lượng 50 keV thì có 3,5% photon có khả năng xuyên qua cơ
thể và có thể tạo ảnh; còn với năng lượng 20 keV thì hầu như photon không thể xuyên
qua 15cm mô cơ thể. Điều đó có nghĩa là đối với photon năng lượng thấp thì tia X
không thể tạo ảnh và chúng bị hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân. Để khắc phục điều này
ta cần phải dùng vật liệu có khả năng lọc các photon có năng lương thấp trước khi
chúng đến cơ thể bệnh nhân.


13

Hình 1.5. Trình bày sự biến đổi phổ của bức xạ được phát bởi các điện tử có
năng lượng 200 keV bắn phá vào bia Wolfram với các tấm lọc khác nhau.
Đường A – Biểu diễn phổ tia X khi không có tấm lọc;
Đường B – Biểu diễn phổ tia X với tấm lọc 1mm Al;

Đường C – Biểu diễn phổ tia X với tấm lọc 2,5 mm Al;
Đường D – Biểu diễn phổ tia X với các tấm lọc (1mm Al + 0,25mm Cu +
0,25mm Zn)
1.4.7. Chiều dày hấp thụ một nửa
Tia X có khả năng xuyên thấu vật chất, độ có suy giảm của tia X tùy thuộc vào
độ dày vật chất và số nguyên tử tạo nên vật chất. Chiều dày hấp thụ một nửa (HVL) là
chiều dày của tấm lọc hấp thụ mà liều chiếu của tia X sau nó bằng một nửa so với giá
trị liều khi không có tấm lọc hấp thụ.
Bảng 1.1. Giá trị HVL của nhôm tương ứng với các năng lượng khác nhau
kVp

Giá trị HVL đối với nhôm (Al)

30

0,3

50

1,2

70

1,5

90

2,5

110

3,0