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

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

NGÔ NGỌC HIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHE CHẮN CHO THIẾT BỊ
X QUANG CHẨN ĐOÁN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


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

NGÔ NGỌC HIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHE CHẮN CHO THIẾT BỊ
X QUANG CHẨN ĐOÁN

Chuyên ngành: VẬT LÝ HẠT NHÂN
Mã số: 60 44 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐÔNG SƠN

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


MỤC LỤC

Mục lục... ……………………………………………………………………………1
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt ................................................................... 4
Danh mục các bảng ..................................................................................................... 5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... 5
Lời nói đầu .................................................................................................................. 7

CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ...............................................................10
1.1. Tiêu chuẩn an toàn bức xạ ở Việt Nam[4]........................................................10
1.1.1. Đối với nhân viên bức xạ ...............................................................................10
1.1.2. Đối với công chúng........................................................................................10
1.2. Phòng X-quang theo tiêu chuẩn Việt Nam [4] .................................................10
1.2.1 Phòng chờ .......................................................................................................11
1.2.2. Phòng đặt máy X-quang [4]...........................................................................11
1.2.3. Phòng xử lý phim (phòng tối) [4] ..................................................................12
1.2.4. Phòng làm việc của nhân viên bức xạ ...........................................................12
1.3. Nguyên tắc che chắn bức xạ [11] .....................................................................12
CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO PHÒNG X-QUANG CỤ THỂ .......15
2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến bề dày che chắn của phòng X-quang .....................15
2.1.1. Hiệu điện thế (kVp) .......................................................................................15

1


2.1.2. Cƣờng độ dòng điện (mA) .............................................................................15
2.1.3. Thời gian phát tia và mAs..............................................................................15
2.1.4. Số bệnh nhân..................................................................................................15
2.1.5. Hệ số chiếm cứ ..............................................................................................16
2.1.6. Hệ số sử dụng ................................................................................................16
2.1.7. Kerma ............................................................................................................17
2.1.8. Hệ số truyền qua B ........................................................................................17

2.1.9. Phƣơng trình tính toán bề dày che chắn ........................................................17
2.1.9.1. Rào chắn bức xạ sơ cấp ..............................................................................18
2.1.9.2. Rào chắn bức xạ thứ cấp .............................................................................19
2.2. Sàn của phòng X-quang ....................................................................................21
2.2.1. Rào chắn cho bức xạ sơ cấp...........................................................................21
2.2.2. Rào chắn cho bức xạ thứ cấp .........................................................................23
2.3. Trần của phòng X-quang ..................................................................................24
2.4. Tƣờng chứa giá chụp phổi ................................................................................24
2.4.1. Rào chắn chính: giá chụp phổi ......................................................................24
2.4.2. Rào chắn thứ cấp: tƣờng chứa giá chụp phổi ................................................25
2.5. Phòng tối ...........................................................................................................26
2.6. Tƣờng nằm dọc theo bàn X-quang ..................................................................27

2


2.7. Phòng điều khiển ..............................................................................................29
2.8. Kiểm tra phòng X-quang thực tế ......................................................................30
2.8.1. Tính toán bề dày các bức tƣờng.....................................................................31
2.8.1.1. Tƣờng của phòng điều khiển (tƣờng A) .....................................................31
2.8.1.2. Tƣờng dọc theo bàn X-quang (tƣờng B) ....................................................33
2.8.1.3. Tƣờng chứa giá chụp phổi (tƣờng C) .........................................................33
2.8.1.4. Tƣờng giáp phòng đọc phim (tƣờng 4).......................................................34
CHƢƠNG 3 CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BỀ DÀY CHE CHẮN CHO MÁY
X-QUANG ................................................................................................................36
3.1. Yêu cầu bài toán ...............................................................................................36
3.2. Sơ đồ khối của chƣơng trình .............................................................................36
3.4. Thiết kế và phân tích từng giao diện của chƣơng trình ....................................37
PHỤ LỤC A ..............................................................................................................47
THÔNG SỐ LÀM KHỚP CHO CHÙM TIA X CHÍNH [11] .................................47

PHỤ LỤC B ..............................................................................................................48
THÔNG SỐ LÀM KHỚP CHO CHÙM TIA X THỨ CẤP [11] .............................48
PHỤ LỤC C ..............................................................................................................49
TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB ......................................49
PHỤ LỤC D ..............................................................................................................59

3


MÃ NGUỒN CHƢƠNG TRÌNH ........................................................................ 59
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu
, β,  :

các hệ số làm khớp (mm-1)

T:

hệ số chiếm cứ

U:

hệ số sử dụng

K:

kerma

K1 :
kerma không khí trung bình ở khoảng cách 1 m khi không che chắn tính

cho một bệnh nhân
KP1 :

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

N:

số bệnh nhân dự kiến trong tuần

B:

hệ số truyền qua

P:

mức kerma đƣợc phép

d:

khoảng cách

dP :

khoảng cách từ ống tia X đến tƣờng che chắn

x:

bề dày của tƣờng che chắn

xpre :

bề dày tƣơng đƣơng của vật liệu che chắn trƣớc khi tới tƣờng che chắn

Các chữ viết tắt
AAPM

American Association of Physicists in Medicine

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

Digital subtraction angiography

CT

Computerized Tomography
4


NCRP

National Council on Radiation Protection and Measurements

ALARA

As low as reasonably achievable

IAEA

International Atomic Energy Agency

ATBX

An toàn bức xạ

KHCNMT Khoa học công nghệ môi trƣờng
TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

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

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Hệ số chiếm cứ trung bình cho một số khu vực [11] ............................... 16
Bảng 2.2. Hệ số sử dụng trung bình đối với các tƣờng của phòng X-quang tổng quát
đƣợc đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11]. .................................................... 17
Bảng 2.3. Kerma không khí trung bình của bức xạ sơ cấp ở khoảng cách 1 m khi không
che chắn đƣợc đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11]. ..................................... 18
Bảng 2.4. Kerma không khí của bức xạ thứ cấp ở khoảng cách 1 m khi không che chắn
đƣợc đo bởi AAPM-TG9 (Simpkin, 1996a) [11]. .................................................... 19
Bảng 2.5. Bề dày tƣơng đƣơng của các vật liệu chắn chùm tia sơ cấp trƣớc khi tới
tƣờng che chắn [11]................................................................................................... 22
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp phát ra từ ống tia X…………………... 13
Hình 2.1. Bản vẽ mặt chiếu phòng X-quang ……………………………………….20
Hình 2.2. Bản vẽ mặt cắt ngang phòng X-quang ...................................................... 21
Hình 2.3. Sự suy giảm của chùm tia khi đi qua bê tông [11]. ................................... 22
Hình 2.4. Sự suy giảm của bức xạ sơ cấp khi qua chì. ............................................ 25

5


Hình 2.5. Bề dày chì cho rào cản thứ cấp trong phòng X-quang là một hàm số của
NT/Pd2 ....................................................................................................................... 26
Hình 2.6. Sự suy giảm của bức xạ thứ cấp qua chì [11]. .......................................... 29
Hình 2.7. Hệ thống máy tính, bảng điều khiển và máy X-quang ............................. 30
Hình 2.8. Mặt cắt ngang phòng X-quang. ................................................................. 31
Hình 3.1. Sơ đồ khối chƣơng trình tính toán che chắn……………………………. 36
Hình 3.2. Sơ đồ khối giao diện chính chƣơng trình ………………………………..37
Hình 3.3. Giao diện chính của chƣơng trình ............................................................. 37
Hình 3.4. Sơ đồ thuật toán diện tích phòng X-quang ............................................... 38
Hình 3.5. Giao diện kiểm tra diện tích phòng X-quang ............................................ 39
Hình 3.6. Sơ đồ thuật toán bề dày che chắn phòng X-quang .................................... 40
Hình 3.7. Giao diện tính bề dày che chắn cho phòng X-quang ................................ 41
Hình 3.8. Sơ đồ khối tính bề dày cộng thêm cho phòng X-quang ............................ 42
Hình 3.9. Giao diện tính bề dày che chắn cho phòng X-quang ................................ 43

6


LỜI NÓI ĐẦU
Cho đến nay, cả nước có khoảng hơn 3000 thiết bị X–quang chụp chẩn đoán
trong y học, riêng ở TP. HCM có gần 350 cơ sở y tế sử dụng gần 700 thiết bị X–
quang(tính đến tháng 4/2009), gồm nhiều loại như: chụp tổng quát, chụp mạch máu
(DSA), C-arm, chụp răng–hàm, máy di động, máy mô phỏng, chụp nhũ ảnh, chụp
cắt lớp CT, đo loãng xương v.v… [6].
Phần lớn các cơ sở X–quang đã có giấy phép đầy đủ theo luật định nhưng
một số cơ sở hoạt động trong thời gian dài mà không có giấy phép hoạt động. Điều
này có thể là nguồn gây ra mối nguy hiểm bức xạ cho bệnh nhân, người dân sống

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

7


Theo thống kê của Sở Khoa Học và Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh,
tổng số thiết bị X–quang chẩn đoán được cấp phép đạt tỷ lệ 57%, trong đó có nhiều
máy được sử dụng trước 1975 tức thời gian sử dụng trên 30 năm là các máy sản
xuất theo công nghệ cũ, liều chiếu cao so với máy thế hệ mới, không có tài liệu kỹ
thuật theo dõi của máy và hầu hết các máy X–quang không được kiểm định định kỳ
hàng năm [10].
Bên cạnh đó, vẫn còn nhiều nhân viên bức xạ không được đào tạo về an toàn bức xạ
(chiếm 46%) và việc sử dụng liều kế cá nhân cho nhân viên bức xạ không được

quan tâm. Đặc biệt, vấn đề xây dựng phòng ốc, che chắn bảo vệ bức xạ, tín hiệu
cảnh báo không được chú trọng mà làm theo kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học
của việc tính toán che chắn.
Trong điều kiện phát triển của ngành chẩn đoán X-quang tại Việt Nam, cùng với
nhu cầu về kiến thức và phương tiện để giải quyết các bài toán thực tiễn, NCRP
Report 147 là một tài liệu quý báu cho các nhà y vật lý. Luận văn này nhằm mục
đích tìm hiểu cơ sở khoa học và thực tiễn của việc tính toán che chắn cho thiết bị Xquang chẩn đoán và vận dụng NCRP Report 147 cho những bài toán che chắn
phòng X-quang cụ thể.
Đề tài “Tính toán thiết kế che chắn cho cơ sở X–quang chẩn đoán” nhằm khảo sát
một cách hệ thống việc tính toán che chắn cho phòng X–quang với các nội dung
chính sau:
-

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

-

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

-

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

Nội dung luận văn bao gồm 3 chương:
Chương 1 Giới thiệu tổng quan: sẽ giới thiệu về các tiêu chuẩn an toàn bức xạ, tiêu
chuẩn phòng X-quang ở Việt Nam và nguyên tắc che chắn bức xạ.

8

Chương 2 Tính toán che chắn cho phòng X-quang cụ thể: trình bày các yếu tố cần
xem xét trong thiết kế che chắn phòng X-quang chẩn đoán và tính toán các bề dày
che chắn cho một phòng X-quang cụ thể.
Chương 3 Chương trình tính toán bề dày che chắn cho máy X-quang: ứng dụng
ngôn ngữ Matlab để tính toán bề dày cho các bức tường của phòng X-quang và tính
toán bề dày vật liệu cần thêm vào.

9


CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Tiêu chuẩn an toàn bức xạ ở Việt Nam[4]
1.1.1. Đối với nhân viên bức xạ
- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm được lấy trung bình trong năm
năm liên tục không được vượt quá 20 mSv.
- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm riêng lẻ bất kỳ không được vượt
quá 50 mSv.
- Liều tương đương trong một năm đối với thủy tinh thể của mắt không được
vượt quá 150 mSv.
- Liều tương đương trong một năm đối với chân tay hoặc da không được
vượt quá 500 mSv.
1.1.2. Đối với công chúng
- Liều hiệu dụng toàn thân trong một năm không được vượt quá 1 mSv.
- Liều tương đương trong một năm đối với thủy tinh thể của mắt không được
vượt quá 15 mSv.
- Liều tương đương trong một năm đối với chân tay hoặc da không được
vượt quá 50 mSv.
1.2. Phòng X-quang theo tiêu chuẩn Việt Nam [4]

Địa điểm cơ sở X-quang:
Cơ sở X-quang phải đặt ở nơi cách biệt, bảo đảm không gần các khoa như
khoa nhi, khoa phụ sản, khu vực đông người qua lại vv…
Bố trí một cơ sở X-quang:
Một cơ sở X-quang tối thiểu phải gồm các phòng riêng biệt sau đây:
- Phòng chờ của bệnh nhân;
- Phòng đặt máy X-quang;
- Phòng xử lý phim;
- Phòng làm việc của các nhân viên bức xạ.
10


1.2.1 Phòng chờ
Phòng chờ hoặc nơi chờ của bệnh nhân phải tách biệt với phòng máy Xquang. Liều giới hạn ở mọi điểm trong phòng này không được vượt quá liều giới
hạn cho phép là 1 mSv/năm [4].
1.2.2. Phòng đặt máy X-quang [4]
Phòng đặt máy X-quang đáp ứng các yêu cầu sau:
a) Thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành thao tác máy, di chuyển an toàn
bệnh nhân.
Diện tích phòng tối thiểu là 25 m2, trong đó chiều rộng tối thiểu là 4.5 m,
chiều cao phải trên 3 m cho một máy X-quang bình thường [4].
Đối với những loại máy mới có thiết kế phòng đặt máy kèm theo của hãng
sản xuất, nếu kích thước nhỏ hơn quy định ở trên thì phải được phép của cơ quan
Nhà nước có thẩm quyền.
b) Khi tính toán, thiết kế độ dày của tường, trần, sàn và các cửa của phòng
X-quang phải chú ý đến đặc trưng của thiết bị(điện thế, cường độ dòng điện), thời
gian sử dụng máy, hệ số chiếm cứ bên ngoài phòng X-quang mà tính toán bề dày
thích hợp cho từng bức tường, cửa, trần, sàn nhà. Đặc biệt ở các chỗ giáp nối giữa
tường và các cửa hoặc giữa các bức tường của phòng máy X-quang phải được thiết
kế, xây dựng bảo đảm bức xạ rò thoát ra ngoài không vượt quá 1 mSv/năm( không

kể phông bức xạ tự nhiên). Các bức tường của phòng X-quang phía ngoài có lối đi
lại phải bảo đảm liều bức xạ cho phép trong một năm không được vượt quá 1 mSv
(không kể phông tự nhiên).
c) Mép dưới của các cửa thông gió, các cửa sổ không có che chắn bức xạ của
phòng X-quang phía ngoài có người qua lại phải có độ cao tối thiểu là 2 m so với
sàn nhà phía ngoài phòng X-quang.
d) Phải có đèn hiệu và biển cảnh báo bức xạ ở ngang tầm mắt gắn phía bên
ngoài cửa ra vào phòng X-quang. Đèn hiệu phải sáng trong suốt thời gian máy ở chế
độ phát bức xạ.

11


e) Việc lắp đặt máy X-quang phải bảo đảm: khi máy hoạt động, chùm tia X
không phát ra hướng có cửa ra vào hoặc hướng có nhiều người qua lại và phải được
che chắn bảo vệ tầm nhìn của mắt khỏi nguồn bức xạ. Chiều cao tấm chắn phải trên
2 m kể từ sàn nhà, chiều rộng tấm chắn tối thiểu là 90 cm và độ dày tương đương là
1,5 mm chì.
g) Các phòng có bố trí 2 máy X-quang thì mỗi khi chiếu, chụp chỉ cho phép
vận hành 1 máy;
h) Tùy theo mỗi loại máy mà bàn điều khiển được đặt trong hoặc ngoài
phòng X-quang. Phải có kính chì để quan sát bệnh nhân và phải bảo đảm liều giới
hạn tại bàn điều khiển không được vượt quá 20 mSv/năm tức là 0,0022
mSv/h(không kể phông tự nhiên).
1.2.3. Phòng xử lý phim (phòng tối) [4]
- Phòng xử lý phim phải biệt lập với phòng X-quang.
- Phòng xử lý phim phải đảm bảo liều không ảnh hưởng đến quá trình xử lý
phim và bảo đảm cho các phim chưa xử lý không bị chiếu quá liều
10µGy/tuần(không kể phông tự nhiên).
- Cửa ra vào phòng xử lý phim không bị chiếu bởi các tia trực tiếp.

- Hộp chuyển catset đặt trong phòng X-quang phải có vỏ bọc có độ dày
tương đương 2 mm chì.
1.2.4. Phòng làm việc của nhân viên bức xạ
Phòng làm việc của nhân viên bức xạ phải biệt lập với phòng máy X-quang.
Liều giới hạn cho phép tại bất kỳ điểm nào trong phòng không được vượt quá 1
mSv/năm (không kể phông bức xạ tự nhiên).
1.3. Nguyên tắc che chắn bức xạ [11]
Trong X-quang chẩn đoán hình ảnh có hai loại bức xạ cần xem xét trong
thiết kế che chắn là bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp. Bức xạ sơ cấp là bức xạ được
phát trực tiếp từ ống tia X để chụp ảnh bệnh nhân. Bức xạ thứ cấp là bức xạ sinh ra
do bức xạ sơ cấp tán xạ từ bệnh nhân hoặc các vật khác và bức xạ rò rỉ từ ống tia X.

12


Hình 1.1: Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp phát ra từ ống tia X.
Liều bức xạ chiếu đến bệnh nhân cũng như các cá nhân khác phụ thuộc vào
các yếu tố sau [11]:
- Cường độ chùm bức xạ và năng lượng photon mà nguồn phát ra.
- Khoảng cách giữa người cần che chắn và nguồn phát bức xạ.
- Thời gian mà người đó tiếp xúc với vùng có bức xạ.
- Mức độ che chắn giữa người đó với nguồn bức xạ.
Đối với máy X-quang, ta cần chú ý đến các thông số[10]:
- Cao áp kVp: là số đo điện áp giữa hai cực của bóng tia X, thể hiện bởi chỉ
số trên bàn điều khiển, ứng với mỗi ca chụp thì có một chỉ số thích hợp. Sai số cho
phép là 5%.
- Thời gian phát tia: được thể hiện trên bảng điều khiển. Sai số cho phép là
10%.
- Cường độ chùm tia(mA): cường độ dòng điện đi qua bóng tia X. Sai số cho
phép 5%.

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

13


Liều mà bức xạ chiếu đến mỗi cá nhân là tổng liều do bức xạ sơ cấp và bức
xạ thứ cấp có thể ảnh hưởng tới người đó. Khi thiết kế che chắn ta cần giảm mức
liều này tới mức được phép bằng các biện pháp sau (ALARA):
- Tăng khoảng cách từ người đến ống tia X.
- Giảm thời gian mà cá nhân tiếp xúc với bức xạ.
- Tăng bề dày vật liệu che chắn giữa cá nhân và ống tia X.

14


CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO PHÕNG X-QUANG CỤ THỂ
2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến bề dày che chắn của phòng X-quang
2.1.1. Hiệu điện thế (kVp)
Hiệu điện thế giữa hai đầu ống tia X đặc trưng cho khả năng xuyên thấu của
tia X. Hiệu điện thế càng cao thì khả năng xuyên thấu của tia X càng lớn và cần
phải tăng bề dày vật liệu che chắn. Ngược lại, hiệu điện thế càng thấp thì tia X càng
yếu và khả năng xuyên thấu giảm. Ứng dụng tính chất này, khi chụp những bộ phận
dày mỏng khác nhau thì cần thay đổi hiệu điện thế thích hợp và thiết kế bề dày che
chắn phù hợp. Trong NCRP, hiệu điện thế được thể hiện qua các thông số làm khớp
, ,  (phụ lục B).
2.1.2. Cƣờng độ dòng điện (mA)
Cường độ dòng điện đặc trưng cho lượng tia X phát ra. Cường độ dòng điện

càng cao thì tia X phát ra càng nhiều và ngược lại.
2.1.3. Thời gian phát tia và mAs
Thời gian phát tia càng dài thì lượng tia X phát ra càng nhiều và ngược lại.
mAs là tích số giữa cường độ dòng điện (mA) và thời gian phát tia(s). Ở cùng một
hiệu điện thế, khi tích số giữa thời gian và cường độ dòng điện không đổi (mAs =
const) thì tác dụng của tia X lên vật chất là như nhau. Trong NCRP, chỉ số mAs thể
hiện tải trung bình trên mỗi bệnh nhân và phụ thuộc vào loại hình chụp X-quang.
2.1.4. Số bệnh nhân
Đối với một cơ sở chụp X-quang, số bệnh nhân đến chụp trên một đơn vị
thời gian càng lớn thì lượng tia X phát ra càng lớn. Do đó, cần phải biết trước lượng
bệnh nhân lớn nhất có thể để thiết kế bề dày che chắn thích hợp. Khi lượng bệnh
nhân tăng lên thì các cơ sở X-quang phải tăng bề dày che chắn như tăng bề dày các
tường hoặc lắp thêm ván thạch cao để giảm mức ảnh hưởng của tia X đến mức cho
phép.

15


2.1.5. Hệ số chiếm cứ
Hệ số chiếm cứ (T) cho một khu vực là tỉ số trung bình thời gian lớn nhất mà
một người ở đó khi ống tia X hoạt động. Xét trong một tuần, hệ số chiếm cứ là tỉ số
giờ làm việc mà một cá nhân lưu lại ở khu vực đó tính trung bình cho năm. Ví dụ,
khu vực ngoài trời gần cơ sở X-quang có hệ số chiếm cứ là 1/40 có nghĩa là dân
chúng sẽ bị chiếu 1h/tuần trong vùng đó (khi cơ sở X-quang hoạt động). Hệ số
chiếm cứ phụ thuộc vào chức năng của từng khu vực và khi hệ số chiếm cứ tăng thì
cần phải tăng bề dày che chắn để giảm mức kerma đến mức cho phép.
Bảng 2.1: Hệ số chiếm cứ trung bình cho một số khu vực [11]
Vị trí
Khu vực hành chính, văn phòng, phòng thí nghiệm, nhà
thuốc, quầy tiếp tân, phòng kề phòng X-quang, khu vực

vui chơi trong nhà của trẻ em, phòng đọc phim, phòng
điều khiển, phòng y tá.

Hệ số chiếm cứ (T)
1

Phòng khám và điều trị.
Hành lang, phòng bệnh nhân, phòng đợi, phòng nghỉ của
nhân viên.
Cửa hành lang.
Nhà vệ sinh công cộng, khu vực bán hàng tự động, nhà
kho, khu vực ghế ngồi ngoài trời, phòng chờ tự do, khu
vực lưu bệnh.
Khu vực ngoài trời dành để đi bộ hoặc lưu thông của xe
cộ, bãi đỗ xe tự động, cầu thang, thang máy, trạm gác
cổng.
Các giá trị hệ số chiếm cứ (T) trong bảng 2.1 có được từ việc khảo sát nhiều phòng
X-quang và tính giá trị trung bình.
2.1.6. Hệ số sử dụng
Hệ số sử dụng (U) là tỉ lệ tải mà chùm tia chính hướng trực tiếp vào một rào
cản chính cho trước. Giá trị U phụ thuộc vào loại phòng sử dụng bức xạ và rào cản
tương ứng.

16


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

Tường dọc theo bàn chụp X-quang
Tường chứa giá chụp ngực
Các bức tường khác

Hệ số sử dụng U
0,89
0,09
1
0,02

2.1.7. Kerma
Kerma là tổng tất cả động năng ban đầu của các hạt mang điện được giải
phóng bởi các hạt không mang điện trong một thể tích xác định của vật chất trên
một đơn vị khối lượng vật chất chứa thể tích đó. Kerma là đại lượng được dùng
trong tính toán che chắn được ký hiệu là K và có đơn vị là jun/kg hoặc Gy.
2.1.8. Hệ số truyền qua B
Hệ số truyền qua đối với chùm tia rộng được định nghĩa là tỉ số của kerma
không khí khi có rào chắn bề dày x và khi không có rào chắn ở cùng vị trí.
2.1.9. Phƣơng trình tính toán bề dày che chắn
Mục đích của tính toán che chắn là xác định bề dày của rào chắn đủ để giảm
kerma không khí ở vùng quan tâm đến giá trị nhỏ hơn hoặc bằng P/T. Ở đây P là
liều giới hạn cho phép trên tuần ở khu vực đó, đo bằng đơn vị mGy/tuần, có giá trị
là 0,02 mGy/tuần đối với công chúng và 0,4 mGy/tuần đối với nhân viên [4]. Lúc
này, hệ số truyền qua được tính theo công thức [11]
B(x) 

P d2
.
T K1 N

(2.1)

với d: là khoảng cách từ nguồn đến rào chắn.
K 1 : là kerma không khí trung bình ở khoảng cách 1 m khi không che chắn

tính cho một bệnh nhân.
N: là số bệnh nhân dự kiến trong tuần.
Từ B, có thể tính bề dày lớp che chắn, theo nghiên cứu của Archer công bố
năm 1983, bề dày che chắn x được tính theo công thức [11]:

17


  NTK1    
 

2 
1   Pd   
x
ln


 
1






(2.2)

với , β,  là các hệ số làm khớp được cho trong phụ lục A, phụ lục B và
chúng phụ thuộc vào vật liệu che chắn, hiệu điện thế và tải.
2.1.9.1. Rào chắn bức xạ sơ cấp
Đối với bức xạ sơ cấp thì phương trình (2.1) và (2.2) cần có thêm hệ số sử
dụng U. Hệ số truyền qua đối với rào chắn sơ cấp nhằm giảm kerma không khí tới
mức cho phép P/T theo phương trình [11]:
BP ( x  x pre ) 

P d P2
.
T K P1UN

(2.3)

với:
x là bề dày của tường che chắn.
xpre là bề dày tương đương của vật liệu che chắn trước khi tới tường che
chắn.
dP là khoảng cách từ ống tia X đến tường che chắn.
K P1 là kerma không khí cách nguồn 1 m khi không che chắn.

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

K P1 (mGy/bệnh nhân)

Phòng X-quang (giá chụp ngực)

Phòng X-quang (sàn và các rào chắn khác)
Phòng chụp cản quang
Phòng chụp ngực

2,3
5,2
5,9
1,2

Ta tính được bề dày che chắn x [11]:
  NTUK 1   
P

  
2
Pd
1

P
  x
x
ln 
 pre


1







18

(2.4)


Các hệ số làm khớp , β,  đối với bức xạ sơ cấp được cho trong phụ lục A.
2.1.9.2. Rào chắn bức xạ thứ cấp
Hệ số truyền qua đối với rào chắn thứ cấp nhằm giảm kerma thứ cấp Ksec(0)
(kerma không khí của bức xạ thứ cấp khi không che chắn ở khoảng cách dsec) đến
giá trị P/T và được tính theo công thức [11]:
Bsec ( x) 

2
P dsec
. 1
T Ksec N

(2.5)

với:
dsec là khoảng cách từ nguồn bức xạ thứ cấp đến vị trí rào chắn thứ cấp.
1
là kerma không khí cách nguồn thứ cấp 1 m khi không che chắn.
K sec

Từ (2.2), ta tính được bề dày thứ cấp theo công thức [11]:
  NTK 1   
sec


  
2
Pd

1 
sec 
x
ln 



1






(2.6)

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

Rò rỉ

Tán xạ
bên

Rò rỉ và
tán xạ bên

Tán xạ
ngược

Rò rỉ và tán
xạ ngược

Phòng X-quang
(tất cả rào chắn)
Phòng X-quang
(giá chụp ngực)
Phòng X-quang
(sàn và các rào
chắn khác)
Phòng chụp ngực

5,3×10-4

3,4×10-2

3,4×10-2

4,8×10-2

4,9×10-2

3,9×10-4

4,9×10-3

5,3×10-3

6,9×10-3

7,3×10-3

1,4×10-4

2,3×10-2

2,3×10-2

3,3×10-2

3,3×10-2

3,8×10-4

2,3×10-3

2,7×10-3

3,2×10-3

3,6×10-3

Ví dụ tính toán che chắn cho phòng X-quang trong hình 2.1(mặt cắt đứng) và
hình 2.2 (mặt cắt ngang). Chúng ta cần tính toán bề dày các rào chắn cho phòng Xquang này. Giả sử có N = 125 bệnh nhân/tuần cần được chụp X-quang. Phân bố tải

dựa vào bảng nghiên cứu AAPM – TG (Simpkin, 1996a). Khu vực được bức xạ sơ
cấp chiếu vào bao gồm phòng nằm ở dưới sàn, phòng nghỉ của nhân viên, tường
19


nằm dọc theo bàn X-quang. Những vùng còn lại được giả định là chỉ chịu ảnh
hưởng của bức xạ thứ cấp.

Hình 2.1: Bản vẽ mặt chiếu phòng X-quang.

20


Hình 2.2: Bản vẽ mặt cắt ngang phòng X-quang
2.2. Sàn của phòng X-quang
2.2.1. Rào chắn cho bức xạ sơ cấp
Giả sử rằng khu vực bên dưới phòng X-quang là vùng không kiểm soát với
suất liều giới hạn là P = 0,02 mGy/tuần và hệ số chiếm cứ T = 1. Khu vực này sẽ
chịu ảnh hưởng của bức xạ sơ cấp cũng như bức xạ thứ cấp.
Đối với phòng X-quang (sàn và các rào chắn khác) thì từ bảng 2.3 ta có K1P = 5,2
mGy/bệnh nhân; dP = 4,1 m; U =1; N = 125 bệnh nhân/tuần. Ta có tổng kerma
không khí khi không che chắn ở vị trí này là:
 mGy 
 bn 
5,2 
 1 125 


 bn 
 tuaàn   39mGy / tuaàn

KP  0 
2
 4,1m 

Hệ số truyền qua ứng với T = 1 và P = 0,02 mGy/tuần:
B(x rµo ch¾ n  x pre ) 

0,02 mGy / tuÇn
 5,1 104
39 mGy / tuÇn

Sử dụng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số truyền qua đối với bề dày bê
tông che chắn, ta được bề dày tổng cộng xrào chắn + x pre = 107 mm bê tông. Từ bảng
21


2.5, ta có được xpre = 72 mm bê tông tương ứng khi đi qua bàn X-quang và bộ phận
ghi nhận ảnh. Do đó, bề dày cần thiết cho sàn bên dưới bàn X-quang để làm suy
giảm chùm bức xạ sơ cấp tới mức được phép P = 0,02 mGy/ tuần là xrào chắn = 107 72 = 35 mm.
Bảng 2.5: Bề dày tương đương của các vật liệu chắn chùm tia sơ cấp trước
khi tới tường che chắn [11]
ÁP DỤNG
Bàn X-quang với bộ phận tạo ảnh hoặc
giá giữ catset treo tường (sự suy giảm
bởi catset, hệ thống điện, các cấu trúc
hỗ trợ tạo ảnh)
Một phần của bàn X-quang (chỉ hệ
thống điện và catset)

Chì

xpre(mm)
Bê tông

Thạch cao

0,85

72

7

0,3

30

2

Hình 2.3: Sự suy giảm của chùm tia khi đi qua bê tông [11]
2.2.2. Rào chắn cho bức xạ thứ cấp
Khu vực sàn không đặt bàn X-quang được xem là rào chắn thứ cấp đối với
bức xạ tán xạ từ bệnh nhân, bộ phận thu nhận hình ảnh và bức xạ rò rỉ từ ống tia X.
Ví dụ cần tính toán che chắn bức xạ cho người phụ nữ trong hình 2.1, giả sử rằng
22


khoảng cách từ ống tia X đến người phụ nữ bằng với khoảng cách từ bệnh nhân đến
người phụ nữ (dS = dL = 3m). Tổng kerma không khí ở khoảng cách 1 m đối với
phòng X-quang (tất cả rào chắn) đối với bức xạ tán xạ 900 và bức xạ rò rỉ ở bảng 2.4
là K1sec = 3,4 x 10-2 mGy/bệnh nhân. Kerma không khí thứ cấp khi không che chắn

đối với 125 bệnh nhân mỗi tuần là:
K sec (0) 

3, 4  102 mGy / bn 125bn / tuÇn

 3m 

2

 0, 47mGy / tuÇn

Để giảm giá trị này tới 0,02 mGy/tuần thì hệ số truyền qua có giá trị:
Bsec (x rµo ch¾ n ) 

0,02 mGy / tuÇn
 4,3  102
0, 47 mGy / tuÇn

Sử dụng hình 2.3 biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số truyền qua tương ứng với
bề dày cần che chắn ta có được bề dày bê tông là 33 mm.
2.3. Trần của phòng X-quang
Đây là khu vực không kiểm soát nên ta có P = 0,02 mGy/tuần, với hệ số
chiếm cứ T = 1. Trần của phòng X-quang ngăn chặn bức xạ tán xạ ngược và bức xạ
rò rỉ từ ống tia X nên nó là rào chắn thứ cấp. Theo như hình 2.1, ta có dS = dL = dsec
= 2,7 m. Từ bảng 2.4, ta có tổng kerma không khí khi không che chắn đối với bức
xạ rò rỉ và tán xạ ngược là 4,9x10-2 mGy/bệnh nhân ở khoảng cách 1m. Tổng kerma
không khí khi không che chắn ở khoảng cách d = 2,7 m là:

Từ biểu đồ 3, ta suy ra bề dày cần thiết để che chắn là 44 mm bê tông.
2.4. Tƣờng chứa giá chụp phổi

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

23