khảo sát che chắn an toàn cho phòng x quang nha tại phòng khám thế hệ mới

LI  Để hoàn thành xong khóa luận này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô ThS. Nguyễn Thị Cẩm Thu và Thầy ThS. Lê Thanh Xuân. Thầy, Cô đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận. Mặc dù bận rộn nhiều công việc gia đình nhưng Cô vẫn luôn quan tâm nhắc nhở và chỉ bảo để em hoàn thành khóa luận đúng thời hạn. Xin chân thành cảm ơn những lời phản biện của ThS. Huỳnh Đình Chương, những ý kiến đóng góp của Thầy vô cùng hữu ích để khóa luận của em hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Vật Lý- Vật Lý Kỹ Thuật, hơn hết là bộ môn Vật Lý Hạt Nhân đã tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm học tập và nhiều bài học hữu ích trong cuộc sống. Những gì học được trong suốt bốn năm qua là hành trang vững chắc để em bước vào tương lai. Cám ơn tất cả các bạn, những người luôn luôn bên cạnh giúp đỡ và động viên mình trong suốt quá trình học tập. Cám ơn gia đình đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để con được học tập và rèn luyện . Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy, Cô, gia đình, bạn bè luôn dồi dào sức khỏe và đạt nhiều thành công trong cuộc sống. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014 Lê Việt Tân i MC LC MC LC……………………………………………………………………… i DANH MC CÁC KÍ HIU VÀ CÁC CH VIT TT…………………… iv DANH MC CÁC BNG…………………………………………………… v DANH MC CÁC HÌNH V………………………………………………… vi LI M U……………………………………………………………………….vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tia X 1 1.1.1 Lịch sử ứng dụng tia X 1 1.1.2 Bản chất của tia X 2 1.1.3 Cách tạo tia X 3 1.1.3.1 Bức xạ hãm 3 1.1.3.2 Tia X đặc trưng 4 1.1.4 Tính chất của tia X 6 1.1.4.1 Sự suy giảm tia X qua bề dày vật chất 6 1.1.4.2 Tương tác tia X với vật chất [6] 8 1.2 Máy X quang nha 10 1.2.1 Cấu trúc chung của một máy X quang 10 1.2.2 Nguyên lý quá trình phát tia X trong máy X quang nha 10 1.2.3 Cấu tạo ống phát tia X ( Bóng X quang) 11 1.2.3.1 Âm cực (cathode) 11 1.2.3.2 Dương cực (Anode) 12 1.2.3.3 Vỏ thủy tinh, dầu tản nhiệt, vỏ máy, bộ lọc và hệ chuẩn trực 13 1.3 Các thông số trong máy phát tia X cần quan tâm cho việc xây dựng mô hình 16 1.3.1 Góc vát (anode angel), vết tiêu ( focal splot) 16 1.3.2 Kilovolt áp đỉnh (KVp) 16 1.3.3 Thời gian phát tia (s) 17 1.3.4 Cường độ dòng qua tim (mA) 17 ii 1.3.5 Mật độ tia X (mAs) 17 CHƯƠNG 2: AN TOÀN BỨC XẠ TRONG X QUANG CHẨN ĐOÁN 18 2.1 Tác hại của bức xạ [3] 18 2.1.1 Cơ chế gây tác hại của bức xạ 18 2.1.2 Quá trình dẫn đến các tổn thương do bức xạ 18 2.1.2.1 Giai đoạn vật lý 18 2.1.2.2 Giai đoạn hóa lý 19 2.1.2.3 Giai đoạn hóa sinh 19 2.1.2.4 Giai đoạn sinh học 19 2.1.3 Những tổn thương do bức xạ gây ra 19 2.1.3.1 Tổn thương ở cấu trúc di truyền DNA 19 2.1.3.2 Tổn thương ở mức phân tử 20 2.1.3.3 Tổn thương mức tế bào 20 2.1.3.4 Tổn thương toàn cơ thể 20 2.2 An toàn bức xạ 20 2.2.1 Tiêu chuẩn quốc tế 20 2.2.2 Các tiêu chuẩn của Việt Nam 21 2.2.2.1 Tiêu chuẩn về phòng X quang (TCVN-4470:1995) [8] 21 2.2.2.2 Tiêu chuẩn An toàn bức xạ ion hoá tại các cơ sở X quang (TCVN- 6561:1999) [4] 23 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT CHE CHẮN CHO PHÒNG MÁY X QUANG NHA TẠI PHÒNG KHÁM THẾ HỆ MỚI BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MCNP5 29 3.1 Chương trình mô phỏng MCNP5 29 3.1.1 Giới thiệu phương pháp Monte Carlo 29 3.1.2 Giới thiệu chương trình mô phỏng MCNP5 (Monte Carlo N-Partical) 29 3.1.2.1 Cấu trúc file input 30 3.1.2.2 File output 32 3.1.2.3 Sai số tương đối 33 iii 3.2 Xây dựng mô hình phòng X quang nha tại phòng khám Thế Hệ Mới bằng chương trình MCNP5 34 3.2.1 Sơ đồ phòng máy X quang nha tại phòng khám Thế Hệ Mới 34 3.2.2 Cấu trúc đầu máy X quang nha khoa tại phòng khám Thế Hệ Mới được vẽ bằng MCNP5 35 3.2.3 Khảo sát độ chính xác của mô hình 36 3.2.3.1 Tally đánh giá 36 3.2.3.2 Giới thiệu về đầu dò Piranha 36 3.2.3.3 Công thức chuyển đổi từ tally sang suất liều. 37 3.3 Giới hạn an toàn cho người làm việc ở phòng X quang nha trong mỗi ca chụp tại phòng khám Thế Hệ Mới. 38 3.4 Đánh giá độ an toàn của vật liệu che chắn 41 KT LUN VÀ KIN NGH………………………………………………………49 TÀI LIU THAM KHO……………………………………………………… 50 iv DANH MC CÁC KÍ HIU VÀ CÁC CH VIT TT Ch vit tt Ting Anh Ting Vit MCNP Monter Carlo N-Particle ICRP International Commission on Radiological Protection Ủy ban quốc tế về bảo vệ an toàn bức xạ IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MP/TN Tỉ số giữa suất liều mô phỏng và suất liều thực nghiệm AP Chụp từ phía trước ra phía sau PA Chụp từ phía sau ra phía trước Lat Chụp nghiêng LSI Đốt sống cùng v DANH MC CÁC BNG Bng 1.1: Tia X đặc trưng của một vài nguyên tố được sử dụng làm anode………….5 Bng 2.1: Giới hạn liều qua các thời kì của ICRP. [3] 21 Bng 2.2: Liều giới hạn trong một năm 23 Bng 2.3: Liều khuyến cáo cho một phim chụp X quang quy ước đối với bệnh nhân (TCVN 6561:1999) 24 Bng 2.4: Kích thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X quang các loại theo (TCVN 6561:1999) 25 Bng 3.2: So sánh giá trị mô phỏng bằng MCNP5 với giá trị đo đạc bằng thiết bị Detector Piranha 37 Bng 3.3: Giá trị suất liều trong các vùng contour ở phòng X quang nha Thế Hệ Mới. 40 Bng 3.4: Bảng phân bố suất liều cho từng vùng trong phòng 41 Bng 3.5: So sánh độ xuyên sâu của các vùng suất liều trong các trường hợp được khảo sát theo hướng trường chiếu 47 vi DANH MC CÁC HÌNH V Hình 1.1: Thang sóng điện từ 3 Hình 1.2: Quá trình tương tác và phát ra bức xạ hãm 4 Hình 1.3: Bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng 5 Hình 1.4: Hiệu ứng quang điện và tán xạ 8 Hình 1.5: Sơ đồ máy X quang cơ bản 11 Hình 1.7: Vỏ thủy tinh 13 Hình 1.8: Quá trình lọc tia X 15 Hình 1.9: Minh họa tương quan giữa kích thước chùm tia X với sự phát xạ thứ cấp . 15 Hình 1.10: Ống chuẩn trực thực tế trong máy X quang nha 16 Hình 3.1: (a) Sơ đồ bố trí của phòng, (b) mặt cắt XY, (c) mặt cắt XZ và (d) mặt cắt YZ của phòng X quang nha tại phòng khám Thế Hệ Mới vẽ bằng Vised MCNP5. 34 Hình 3.2: Máy X quang TOSHIBA DG-073B-AC. 35 Hình 3.3: Hình vẽ mặt cắt đầu bóng X quang nha của phòng khámThế Hệ Mới. 36 Hình 3.4: Phân bố suất liều mặt XZ của chùm tia X đến mặt phẳng hướng chùm tia cách nguồn 75cm, vẽ theo thang 0-0,01mGy/s được mô phỏng theo mô hình của phòng Nha Thế Hệ Mới. 39 Hình 3.5: Đường contour các vùng suất liều của phòng X-quang Nha Thế Hệ Mới. 40 Hình 3.6: Hình vẽ đường contour phân bố từng vùng suất liều khi tường chỉ có lớp chì dày 1,5mm 42 Hình 3.7: Hình vẽ đường contour phân bố từng vùng suất liều bên trong và bên ngoài phòng với tường được cấu tạo gồm lớp chì dày 1,5mm kết hợp 15cm bê tông. 43 Hình 3.8: Hình vẽ đường contour phân bố từng vùng suất liều bên trong và bên ngoài phòng với tường được cấu tạo gồm lớp chì dày 1,5mm kết hợp 20cm bê tông 44 Hình 3.9: Hình vẽ đường contour phân bố từng vùng suất liều bên trong và bên ngoài phòng với tường được cấu tạo gồm lớp chì dày 1,5mm kết hợp 15cm gạch 45 Hình 3.10: Hình vẽ đường contour phân bố từng vùng suất liều bên trong và bên ngoài phòng với tường được cấu tạo gồm lớp chì dày 1,5mm kết hợp 20cm gạch 46 vii LI M U Kể từ sau cuộc cách mạng Khoa học - Kỹ thuật, các ngành khoa học cơ bản phát triển nhanh chóng. Y học hạt nhân là một ngành khoa học mới, ứng dụng những thành tựu của Vật Lý học hiện đại vào Y học, trong đó có tia X. Tia X ngày càng được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán và điều trị. Với chất lượng ngày càng tốt và nhu cầu sử dụng ngày càng cao máy X quang là thiết bị không thể thiếu trong các cơ sở y tế. Một bài toán được đặt ra trong thực tế là phải xây dựng phòng máy X quang như thế nào cho phù hợp với mục đích sử dụng và đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, kĩ thuật viên điều khiển và dân chúng trong khu vực xung quanh. Việc xây dựng phòng X quang tốn khá nhiều thời gian, nhân lực và chi phí, song song đó việc kiểm tra thực tế cũng gặp không ít khó khăn. Trong khi đó, với sự bùng nổ của kỉ nguyên máy tính, con người có thể giải quyết những bài toán phức tạp đến hàng tỉ phép tính một cách nhanh chóng. Do đó, nó thúc đẩy phương pháp mô phỏng phát triển và trở thành một công cụ hữu hiệu giúp giải quyết nhiều vấn đề một cách đơn giản với độ chính xác cao tiết kiệm rất nhiều chi phí, thời gian và nhân lực. Trong khóa luận này chúng tôi khảo sát độ an toàn bức xạ khi thay đổi vật liệu che chắn và độ dày của vật liệu che chắn để đưa ra khuyến cáo cho việc xây dựng phòng X quang sao cho đảm bảo an toàn bức xạ cho dân chúng nếu đứng bên ngoài phòng X quang. Khóa luận này sẽ mô phỏng cấu trúc phòng và máy X quang của phòng X quang nha Thế Hệ Mới. Khóa luận bao gồm 3 chương:  Chương 1 -Tổng quan: Trình bày về các tính chất, đặc điểm của tia X, cấu tạo chi tiết của máy X quang nha và các thông số cần quan tâm khi tiến hành mô phỏng máy X quang nha .  Chương 2 -An toàn bức xạ trong X quang chẩn đoán: Trình bày về tác hại và những thương tổn do tia bức xạ gây ra. Tìm hiểu về các tiêu chuẩn an toàn trong nước và quốc tế thông qua giới hạn liều chiếu xạ của ICRP, tiêu chuẩn về phòng X quang TCVN 4470 và TCVN 6561. viii  Chương 3 -Khảo sát độ an toàn phòng X quang nha Thế Hệ Mới bằng MCNP5: Trình bày về chương trình mô phỏng MCNP5 và ứng dụng MCNP5 để đánh giá độ an toàn của vật liệu che chắn và bề dày của vật liệu che chắn từ đó đưa ra khuyến cáo xây dựng phòng X quang an toàn và tiết kiệm hơn. 1  TNG QUAN 1.1 Tia X 1.1.1 Lch s ng dng tia X Roentgen tên đầy đủ là Wihelm Conrad Roentgen, sinh năm 1845 tại Lenep, CHLB Đức. Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc ông đang nghiên cứu hiện tượng phóng điện qua không khí. Trong một thời gian thí nghiệm trên các loại tia mới và bí ẩn này thì Roentgen đã chụp được một bức ảnh bóng của các vật thể khác nhau gồm những hộp đựng các quả cầu và một khẩu súng ngắn nhìn thấy được rõ ràng. Những bức ảnh bóng này đã đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnh bức xạ. Trong khoảng một năm sau, khi Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X thì phương pháp chụp ảnh bức xạ được áp dụng để kiểm tra mối hàn. Năm 1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X mới. Thiết bị này có khả năng phát phát bức xạ tia X có năng lượng cao hơn và có khả năng xuyên sâu hơn. Năm 1917 phòng thí nghiệm chụp ảnh bức xạ bằng tia X đã được thiết lập tại Royal Arsenal ở Woolwich. Bước phát triển quan trọng tiếp theo là vào năm 1930 khi hải quân Mĩ đồng ý dùng phương pháp chụp ảnh bức xạ để kiểm tra các mối hàn của nồi hơi. Phương pháp chụp ảnh bức xạ không những được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không, mà còn mở rộng sang các lĩnh vực khác như kiểm tra các mối hàn trong nhà máy điện, các nhà máy luyện kim, các cấu trúc của thiết bị vận chuyển và đặc biệt là trong lĩnh vực y học. Từ khi Wilhelm Conrad Roentgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đoán cấu trúc xương, tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế. Khoa X quang là một lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩ thuật khác để chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh nên còn được gọi là Khoa chẩn đoán hình ảnh. Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng cũng có thể giúp ích tìm ra các bệnh về phần mềm. Một vài ví dụ như khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù nề phổi, khảo sát vùng bụng, có thể phát hiện ra tắc ruột (tắc thực quản), tràn [...]... thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X quang các loại theo (TCVN 6561:1999) Diện tích phòng Kích thước tối thiểu (m2) Các loại phòng máy chiều rộng (m) Phòng chụp cắt lớp (CT canner) + Hai chiều 28 4 + Ba chiều 40 4 25 Phòng X quang chụp ảnh răng 12 3 Phòng X quang chụp ảnh vú 18 4 Phòng X quang tổng hợp 30 4,5 36 5,5 7 2,5 8 2,5 Phòng X quang loại có bơm thuốc cản quang để chụp mạch và tim Phòng tối rửa... X quang cơ bản 1.2.3 Cấu tạo ống phát tia X ( Bóng X quang) Bóng X quang có thể xem như dạng đặc biệt của Điốt chỉnh lưu chân không, bóng X quang gồm các bộ phận chủ yếu sau: + Nguồn bức x điện tử (cathode), + Nguồn bức x tia X (anode), + Vỏ thủy tinh (vỏ trong), + Vỏ bóng (vỏ ngoài) Hiện nay, hai loại bóng được ứng dụng phổ biến trong thiết bị X- quang là: + Bóng X- quang anode cố định + Bóng X- quang. .. quá trình phát tia X trong máy X quang nha Máy X quang là một thiết bị phát tia X Bộ phận quan trọng nhất trong máy X quang là ống phát tia X và nó tạo ra tia X thông qua phát bức x hãm và tia X đặc trưng Hai bộ phận quan trọng nhất của ống phát tia X là dương cực (anode) và âm cực (cathode), bên cạnh còn nhiều bộ phận hỗ trợ quá trình phát tia khác Hình 1.5 trình bày sơ đồ máy X quang cơ bản 10 Hình... phông bức x tự nhiên) Mép dưới của các cửa thông gió, các cửa sổ không có che chắn bức x của phòng X quang phía ngoài có người qua lại phải có độ cao tối thiểu là 2m so với sàn nhà phía ngoài phòng X quang Phải có đèn hiệu và biển cảnh báo bức x 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 x Việc lắp đặt máy X quang phải... hạn cho phép là 1mSv/năm  Phòng đặt máy X quang Phòng đặt máy X quang đáp ứng các yêu cầu sau: Thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành thao tác máy, di chuyển an toàn bệnh nhân Diện tích phòng tối thiểu là 25m2, trong đó chiều rộng tối thiểu là 4,5m, chiều cao phải trên 3m cho một máy X quang bình thường Đối với các phòng đặt máy X quang dùng chụp ảnh vú, chụp ảnh răng và chụp cắt lớp điện toán (CT scanner)... 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 20mSv/năm (không kể phông bức x tự nhiên)  Phòng x lý phim (phòng tối) Phòng x lý phim phải biệt lập với phòng X quang Phòng x lý phim phải đảm bảo liều không ảnh hưởng đến quá trình x lý phim và bảo đảm cho các phim chưa x lý không bị chiếu quá liều... 4,5m x 4m x 3 tương ứng với chiều dài, chiều rộng và chiều cao Đồng thời cơ sở X quang phải đặt ở nơi cách biệt, đảm bảo không gần các khoa như khoa nhi, khoa phụ sản, khu vực đông người qua lại,… Các cơ sở X quang y tế phải tuân thủ các quy định hiện hành trong tiêu chuẩn an toàn bức x ion hóa tại các cơ sở y tế (TCVN-6561:1999) 22 2.2.2.2 Tiêu chuẩn An toàn bức x ion hoá tại các cơ sở X quang (TCVN6561:1999)... cứ bên ngoài phòng X quang mà tính toán chiều 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 bức tường của phòng máy X quang phải được thiết kế, x y dựng bảo đảm bức x rò thoát ra ngoài không vượt quá 1mSv/năm (không kể phông bức x tự nhiên) Các bức tường của phòng X quang phía ngoài có lối đi lại phải bảo đảm liều bức x cho phép trong... 0.511MeV xuất hiện Quá trình tạo cặp hầu như không gây ảnh hưởng gì trong việc chụp X quang bởi vì năng lượng cần thiết cho quá trình tạo cặp này rất cao Trong thực tế quá trình này không đáng kể nếu không có nhiều photon mang năng lượng vượt ngưỡng 1,02MeV 1.2 Máy X quang nha 1.2.1 Cấu trúc chung của một máy X quang Máy X quang là một hệ thống, trong đó bao gồm các thiết bị chủ yếu sau:  Thiết bị tia X: ... 1,5 10 Vú - 7 B Bố trí phòng đặt máy 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 v.v Một cơ sở X quang tối thiểu phải gồm các phòng riêng biệt sau đây:  Phòng chờ (hoặc nơi chờ) của bệnh nhân Phòng chờ hoặc nơi chờ của bệnh nhân phải tách biệt với phòng máy X quang Liều giới hạn ở mọi điểm trong phòng này không được . 3.2 X y dựng mô hình phòng X quang nha tại phòng khám Thế Hệ Mới bằng chương trình MCNP5 34 3.2.1 Sơ đồ phòng máy X quang nha tại phòng khám Thế Hệ Mới 34 3.2.2 Cấu trúc đầu máy X quang nha. về phòng X quang (TCVN-4470:1995) [8] 21 2.2.2.2 Tiêu chuẩn An toàn bức x ion hoá tại các cơ sở X quang (TCVN- 6561:1999) [4] 23 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT CHE CHẮN CHO PHÒNG MÁY X QUANG NHA TẠI PHÒNG. phòng X quang sao cho đảm bảo an toàn bức x cho dân chúng nếu đứng bên ngoài phòng X quang. Khóa luận này sẽ mô phỏng cấu trúc phòng và máy X quang của phòng X quang nha Thế Hệ Mới. Khóa luận