tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy pet và khu vực lân cận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Lê Huỳnh Xuân Mai TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG MÁY PET VÀ KHU VỰC LÂN CẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Thành phố Hồ Chí Minh - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Lê Huỳnh Xuân Mai TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG MÁY PET VÀ KHU VỰC LÂN CẬN Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đông Sơn Thành phố Hồ Chí Minh - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tôi, số liệu, nội dung luận văn trung thực Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 09 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Huỳnh Xuân Mai LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập hoàn thành luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình lời động viên gia đình, quý thầy cô bạn Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban Giám Hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Bộ môn Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Tiến sĩ Nguyễn Đông Sơn, người thầy kính mến hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp Toàn giảng viên môn Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho kiến thức quý báu, tảng vững để thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm luận văn cho đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới anh Nguyễn Tấn Châu sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy tập thể lớp cao học Vật lý hạt nhân khóa 22 động viên, giúp đỡ hoàn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG AN TOÀN BỨC XẠ ĐỐI VỚI MÁY PET 1.1 Sơ lược máy PET .9 1.1.1 Nguyên lý hoạt động máy PET 1.1.2 Một số ứng dụng lâm sàng PET, PET/CT 11 1.1.3 Các quy trình kỹ thuật [1] 13 1.2 Sự bố trí phòng chức sở PET hay PET/CT [11, tr 48-55] 15 1.2.1 Vị trí sở PET bệnh viện 15 1.2.2 Thiết kế sở PET 16 1.3 An toàn xạ sở PET 18 1.3.1 Những quy định giới hạn liều phóng xạ [3, tr.174-176] 18 1.3.2 Bảo vệ xạ cho nhân viên sở PET [10, tr.23-31] .20 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO CƠ SỞ PET 23 2.1 Mục đích nguyên tắc thiết kế che chắn 23 2.1.1 Mục đích 23 2.1.2 Nguyên tắc thiết kế che chắn 23 2.2 Những yếu tố cần thiết che chắn [16, tr.16-22] .26 2.2.1 Tường bên 26 2.2.2 Tường bên 27 2.2.3 Sàn nhà trần nhà 28 2.2.4 Vùng không gian xen kẽ 29 2.3 Một số khái niệm thuật ngữ liên quan đến tính toán che chắn 29 2.3.1 Mục tiêu thiết kế che chắn P (shielding design goals) 29 2.3.2 Hằng số suất liều hiệu dụng 𝚪 (effective dose rate constant) 29 2.3.3 Hoạt độ hấp thu Ao (administered activity ) 32 2.3.4 Hệ số chiếm T (occupancy factor) 32 2.3.5 Hệ số giảm liều Rt (dose reduction factor) 33 2.3.6 Hệ số truyền qua B (transmission factor) 33 36 2.3.7 Kerma (kinetic energy released per mass unit ) 37 2.3.8 Liều hiệu dụng (effective dose) .37 2.4 Phương pháp tính toán che chắn ATBX cho sở PET [6] 38 2.4.1 Tính toán che chắn cho phòng tiêm (hấp thu) .40 2.4.2 Tính toán che chắn phòng chụp ảnh 41 2.4.3 Tính toán che chắn tầng tầng sở PET 43 2.4.4 Các phòng liền kề với khu vực kiểm soát .46 2.5 Những cân nhắc thiết kế che chắn 48 2.5.1 Một số hướng dẫn để thực tốt thiết kế che chắn cho sở PET 49 2.5.2 Sự thiết kế sở PET cách hợp lý 52 2.5.3 Che chắn máy CT 52 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO CƠ SỞ PET/CT Ở BỆNH VIỆN CHỢ RẪY 53 3.1 Dữ liệu để tính toán che chắn cho sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy 53 3.1.1 Sơ đồ mô điểm tính liều sở PET/ CT 53 3.1.2 Các tham số tính toán che chắn cho sở PET/CT .54 3.1.3 Số liệu tính liều hiệu dụng phòng sở PET/CT .55 3.2 Tính toán che chắn ATBX cho sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy 57 3.2.1 Tính toán che chắn cho phòng tiêm 57 3.2.2 Tính toán che chắn cho phòng vệ sinh bệnh nhân 59 3.2.3 Tính toán che chắn cho phòng chụp PET/CT 62 3.2.4 Kiểm tra ATBX sau che chắn chì phòng phóng xạ .68 3.3 Đánh giá kết thảo luận 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 77 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAPM : American Association of Physicists in Medicine ALARA : As Low As Reasonably Achievable AP : Antero posterior ATBX : An toàn xạ CFR : Code of Federal Regulations CPM : Count per minute CT : Computed Tomography CTDI : Computed Tomography Dose Index DCPX : Dược chất phóng xạ DLP : Dose Length Product FDG : Fluorodeoxyglucose HVL : Half value layer IAEA : International Atomic Energy Agency ICRP : International Commission on Radiological Protection Kerma : Kinetic Energy Released in Material LOR : Line Of Response MRI : Magnetic resonance imaging NCRP : National Council on Radiation Protection PET : Positron Emission Tomography SI : The International System of Units SPECT : Single Photon Emission Computed Tomography TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TF : Table feed TVL : Tenth value layer MỞ ĐẦU Con người phải chống lại với khắc nghiệt sống lũ lụt, hạn hán, động đất, sống thần, bệnh tật Với bệnh tật ung thư xem án tử hình Để hỗ trợ bác sỹ việc khám chữa bệnh nói chung, bệnh ung thư nói riêng cần phải có thiết bị chẩn đoán hình ảnh đại Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật giới, thiết bị ngày hoàn thiện tính tiện dụng Trong đó, chụp ảnh cắt lớp phát xạ positron (PET) kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiệu đưa vào sử dụng nước ta năm gần Với ảnh chụp cắt lớp vi tính (CT) cho biết hình ảnh cấu trúc giải phẩu học Riêng với ảnh chụp PET cho biết chức trao đổi chất mô, quan người Chính khả giúp bác sỹ phát bệnh trước thể có thay đổi cấu trúc giải phẫu học đưa phác đồ điều trị cách có hiệu Tuy nhiên với kỹ thuật chụp ảnh PET bệnh nhân trở thành nguồn phóng xạ sau tiêm dược chất phóng xạ (DCPX) vào thể Các xạ phát mang lượng 511 KeV Đối với máy chụp ảnh cắt lớp đơn photon (SPECT) máy CT xạ phát mang lượng khoảng 140 KeV 100 KeV Như vậy, xạ từ chụp ảnh PET mang lượng cao nhiều so với chụp SPECT CT Điều nguy hiểm phóng xạ tích lũy thể người theo năm tháng Nó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người Do đó, vấn đề đảm bảo an toàn xạ (ATBX) phải đặt lên hàng đầu Với bệnh nhân, với lợi ích chẩn đoán kèm với tác hại tiềm tàng xạ Nên y bác sỹ cân nhắc cho trường hợp cụ thể Còn nhân viên xạ công chúng việc phòng chống xạ quy định rõ ràng tiêu chuẩn quốc gia Hiểu tầm quan trọng vấn đề này, số tổ chức ủy ban quốc tế an toàn xạ (ICRP) quan lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) có đóng góp quan trọng việc khuyến cáo ban hành tiêu chuẩn ATBX Từ năm 30, ICRP khuyến cáo tiếp xúc với xạ vượt giới hạn phông bình thường nên giữ mức độ thấp tốt Khuyến cáo bổ sung khuyến cáo giới hạn liều điều chỉnh hàng năm, để giúp đỡ nhân viên xạ công chúng phòng tránh liều Cụ thể giới hạn liều nhân viên xạ năm riêng lẻ lên tới 50 mSv/năm phải bảo đảm liều trung bình năm làm việc liên tục không vượt 20 mSv/năm Đối với công chúng liều thấp không nên vượt mSv/năm [3, tr.174-176] Để bảo đảm quy định ATBX vừa nêu, việc giảm thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ tăng khoảng cách đến nguồn phóng xạ chủ yếu thực cách che chắn Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng máy PET khu vực lân cận gọi tính toán che chắn an toàn xạ cho sở PET Sự tính toán có nhiều phức tạp đóng góp nhiều nguồn phóng xạ đặt nhiều nơi tiếp giáp với khu vực có người lưu lại (gọi khu vực chiếm cứ) Với chụp CT xạ phát khoảng thời gian định cần che chắn cho phòng máy CT Còn chụp PET xạ phát khoảng thời gian dài: 60 phút hấp thu, 30 phút chụp ảnh Bên cạnh đó, bệnh nhân có lại từ phòng tiêm thuốc (phòng hấp thu) đến phòng vệ sinh dành riêng cho bệnh nhân, đến phòng chụp PET Nên việc che chắn không cho phòng chụp PET mà che chắn cho phòng tiêm, phòng vệ sinh bệnh nhân PET, phòng bên cạnh, phòng phóng xạ Theo số liệu hệ số suy giảm tuyến tính tài liệu [3, tr.50] với xạ mang lượng 511 KeV bề dày nửa 4,2 mm chì hay 3,4 cm bê tông, với lượng xạ máy CT khoảng 100 KeV bề dày nửa 0,1 mm chì hay 1,7 cm bê tông Do đó, bề dày vật liệu che chắn cho PET lớn đáng kể so với che chắn cho máy CT Việc thiết kế che chắn an toàn xạ cho sở PET toán vừa mang tính khoa học vừa mang tính kinh tế Một mặt, phải đáp ứng quy định liều giới hạn đối tượng cụ thể Mặt khác, cần hợp lí chi phí che chắn Tuy nhiên, tính toán che chắn giải dựa vào công thức đơn giản suy giảm chùm tia photon qua vật chất, mà cần dựa hiểu biết đặc trưng nguồn phát xạ, thời lượng làm việc cách bố trí phòng chức sở PET Trước vấn đề quan tâm cần giải trên, chọn đề tài “Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng máy PET khu vực lân cận“ làm đề tài luận văn thạc sĩ Hiện nay, hướng dẫn chung phương pháp tính toán che chắn cho sở PET trình bày nhóm 108 hiệp hội y vật lí Bắc Mỹ (AAPM Task Group 108) [6] Dựa tài liệu này, luận văn tìm hiểu sở khoa học, phương pháp tính toán che chắn cho sở PET áp dụng trường hợp cụ thể Luận văn gồm nội dung sau: Phần I: Mở đầu Phần trình bày hiểu biết tổng quan tác giả ATBX liên quan đến chụp ảnh PET, kỹ thuật tính toán che chắn từ đề mục tiêu nghiên cứu Phần II: Nội dung Chương 1- Những vấn đề chung an toàn xạ máy PET Chương trình bày kiến thức nguyên lý hoạt động, ứng dụng lâm sàng, quy trình kỹ thuật chụp PET bố trí phòng chức sở PET Đồng thời đề cập đến quy định giới hạn liều vấn đề bảo vệ xạ cho nhân viên Chương - Phương pháp tính toán che chắn an toàn xạ cho sở PET Chương trình bày mục đích nguyên tắc thiết kế che chắn, yếu tố cần thiết che chắn, khái niệm đại lượng liên quan đến tính toán che chắn phương pháp tính toán che chắn cho sở PET Chương -Tính toán che chắn an toàn xạ cho sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy Chương trình bày trình tính toán bề dày chì che chắn cho phòng phóng xạ bệnh viện Chợ Rẫy đánh giá, thảo luận kết Phần III: Kết luận kiến nghị Tổng kết kết đạt đồng thời đưa kết luận nhận định đề tài Ngoài ra, nêu lên kiến nghị phương pháp tính toán, phương hướng nghiên cứu phát triển cho đề tài Bảng 3.9: Số liệu kiểm tra ATBX sau che chắn chì phòng phóng xạ sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy Tiêm TT Phòng Tiêm Vệ sinh D2 D3 D VS D Chụp D P µSv T µSv µSv µSv µSv µSv Bề dày bê tông cm Chì P tiêm Chì P D2’ m m m Chụp m 16,0 15,5 15,0 7,0 20 2,8 2,9 0,5 9,2 15,4 2,0 0,9088 0,6905 1,7 6,5 7,5 4,5 5,0 20 0,25 16,7 12,6 5,6 18,0 13,2 2,0 0,9088 0,6905 Bbê tông mm Bchì D3' tiêm µSv mm Chì VS D’ VS Chì P chụp D' D' P µSv µSv Bchì µSv mm Bchì VS µSv mm B chì p.chụp chụp µSv 0,6905 1,8 0,6905 0,3 0,8912 7,5 11,3 20 10,5 0,6905 7,9 0,6905 3,5 0,8912 14,6 9,1 20 Tiếp tân Chờ VIP Văn phòng 5,5 6,5 4,0 9,0 20 23,3 16,7 7,1 5,6 52,8 2,0 0,9088 10 0,2485 5,3 10 0,2485 3,8 10 0,2485 1,6 0,8912 4,5 15,2 20 Văn phòng 4,0 5,5 3,0 20,0 20 44,1 23,3 12,7 0,0 80,2 2,0 0,9088 10 0,2485 10,0 10 0,2485 5,3 10 0,2485 2,9 0,8912 0,0 18,1 20 Phòng đọc 6,0 7,5 5,0 22,0 20 19,6 12,6 4,6 0,0 36,7 2,0 0,9088 0,5227 9,3 0,5227 6,0 0,8912 3,7 0,8912 0,0 19,0 20 8,0 10,0 7,0 23,5 20 0,25 11,0 7,1 2,3 0,0 5,1 2,0 0,9088 0,5227 5,2 0,5227 3,4 0,8912 1,9 0,8912 0,0 2,6 20 11,0 11,0 10,0 2,5 20 0,25 5,8 5,8 1,1 72,1 21,2 2,0 0,9088 0,6905 3,7 0,6905 3,7 0,6905 0,7 0,8912 58,4 16,6 20 2,5 3,5 1,5 7,5 20 0,25 113,0 57,7 50,8 8,0 57,4 2,0 0,9088 10 0,2485 25,5 10 0,2485 13,0 10 0,2485 11,5 0,8912 6,5 14,1 20 Phòng họp Hành lang PET/CT Hành lang vệ sinh 69 D TT 10 Phòng Hành lang hấp thu Hành lang TBYT Bề dày Chì P D2 D3 D VS Chụp D bê tông tiêm Chì P Chì D' D' P m m m m µSv T µSv µSv µSv µSv µSv cm Bbê tông mm Bchì µSv mm Bchì µSv mm Bchì VS µSv mm Bchì p.chụp µSv µSv µSv 3,7 4,5 3,0 5,5 20 0,25 51,6 34,9 12,7 14,9 28,5 2,0 0,9088 0,6905 32,4 0,6905 21,9 0,6905 8,0 0,8912 12,1 18,6 20 6,0 7,0 12,5 3,0 20 0,25 19,6 14,4 0,7 50,1 21,2 2,0 0,9088 0,6905 12,3 0,6905 9,0 0,6905 0,5 0,8912 40,6 15,6 20 Tiêm Tiêm Vệ sinh Chụp P D2’ tiêm D3' Chì VS D’ VS P.chụp chụp 11 Cầu thang 15,0 15,0 15,5 3,0 20 0,25 3,1 3,1 0,5 50,1 14,2 2,0 0,9088 0,6905 2,0 0,6905 2,0 0,6905 0,3 0,8912 40,6 11,2 20 12 Hot lab 2,5 1,5 4,0 10,0 100 0,5 113,0 313,9 7,1 4,5 219,3 2,0 0,9088 0,4522 46,4 0,4522 129,0 0,4522 2,9 0,8912 3,7 91,0 100 2,5 4,0 2,0 13,0 100 113,0 44,1 28,6 2,7 188,4 2,0 0,9088 0,5227 53,7 0,5227 21,0 0,8912 23,1 0,8912 2,2 100,0 100 2,0 2,0 3,5 13,0 100 0,25 176,6 176,6 9,3 2,7 91,3 2,0 0,9088 0,5227 83,9 0,5227 83,9 0,8912 7,6 0,8912 2,2 44,4 100 5,5 5,5 5,5 5,0 100 23,3 23,3 3,8 18,0 68,5 2,0 0,9088 0,6905 14,7 0,6905 14,7 0,6905 2,4 0,8912 14,6 46,3 100 13 14 15 Văn phòng Cyclotron Vận hành Cyclotron Vận hành PET/CT 16 Trần phòng tiêm 4,5 4,5 6,5 21,0 20 34,9 34,9 2,7 0,0 72,5 10,0 0,3987 0,6905 9,6 0,6905 9,6 0,6905 0,7 0,8912 0,0 19,9 20 17 Trần phòng chụp 15,0 15,5 16,0 4,5 20 3,1 2,9 0,4 22,3 28,8 10,0 0,3987 1,0000 1,3 1,0000 1,2 1,0000 0,2 0,8912 7,9 10,5 20 70 3.3 Đánh giá kết thảo luận Với kết tính toán liều hiệu dụng sau che chắn chì phòng phóng xạ thấy mục tiêu che chắn đảm bảo Do đó, với bề dày lớp chì che chắn đảm bảo ATBX cho nhân viên công chúng sở PET/CT Khi so sánh với kết che chắn thực tế bệnh viện Chợ Rẫy có số tường chênh lệch từ 1-3mm chì Sau so sánh hai kết che chắn Bảng 3.10: So sánh bề dày chì che chắn theo tính toán thực tế sở PET/CT bệnh viện Chợ rẫy Phòng Tiêm Vệ sinh Bề dày chì Bề dày chì tính toán thực tế (mm) (mm) Hướng phía phòng vận hành PET/CT 3 Hướng phía phòng hot lab Hướng phía phòng vận hành cyclotron 5 Trần phòng tiêm 3 Hướng văn phòng 1,2 10 Hướng phía hành lang phòng tiêm 3 Hướng phía văn phòng cyclotron Hướng phía hàng lang PET/CT Hướng phía cầu thang thoát hiểm 2 Hướng phía phòng vận hành PET/CT Trần cùa phòng chụp Bức tường Chụp PET/CT Hướng phía hành lang phòng QTVT-TBYT Đối với phòng tiêm 3, hầu hết bề dày chì tính toán che chắn cho tường trùng khớp với bề dày che chắn thực tế Riêng tường hướng phía phòng hot lab 71 chênh lệch mm chì Điều có khác khoảng cách từ điểm tính liều đến nguồn phóng xạ lấy giá trị hệ số chiếm Bức tường hướng văn phòng cyclotron phòng vệ sinh bệnh nhân chênh lệnh mm chì Như trình bày phần 3.2.2.1 che chắn mm chì cho tường vừa đủ để đảm bảo mục tiêu ATBX, liều hiệu dụng vị trí văn phòng cyclotron sau che chắn với giá trị mục tiêu che chắn Nếu che chắn mm hay mm chì mức độ ATBX tăng lên Với phòng chụp PET/CT sau tính liều hiệu dụng phòng có liên quan không cần che chắn cho máy PET che chắn tường cho máy CT mm chì, cửa vào mm chì Kết phù hợp thông thường tường phòng máy CT che chắn từ 1-2 mm chì 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Việc tính toán che chắn ATBX cho sở PET toán đơn giản Đặc biệt tài liệu nghiên cứu che chắn hạn chế chưa thống Và vấn đề đảm bảo ATBX đặt lên hàng đầu Trước thực tế đó, mục đích luận văn tìm hiểu sở vật lý kỹ thuật tính toán che chắn cho sở PET Với mục đích vậy, đề tài “ Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng máy PET khu vực lân cận” đạt kết sau: - Tìm hiểu vấn đề chung ATBX liên quan đến máy PET bao gồm nguyên lý hoạt động, ứng dụng lâm sàng, quy trình kỹ thuật; bố trí phòng chức sở PET ATBX sở PET - Tìm hiểu phương pháp tính toán che chắn an toàn xạ sở PET bao gồm mục đích nguyên tắc thiết kế che chắn; yếu tố cần thiết thiết kế che chắn; khái niệm đại lượng liên quan đến tính toán che chắn áp dụng tính toán số toán điển hình - Thực tính toán che chắn sở PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy Các kết sau đánh giá thảo luận Kiến nghị Do vấn đề giới nước ta, tài liệu chưa cụ thể thống nên đề tài xin đưa vài kiến nghị với mong muốn xây dựng sở lý thuyết đầy đủ, thống cho toán tính toán che chắn an toàn xạ cho sở PET hay PET/CT sau: - Phương pháp tính toán che chắn cho máy PET trình bày luận văn chủ yếu dựa vào tài liệu AAPM Task Group 108 [6] Bài toán xác định bề dày vật liệu che chắn nên tính đến suy giảm liều ảnh hưởng khoang máy đầu dò suy giảm liều thời gian đưa bệnh nhân vào phòng chụp đặt vào vị trí ghi ảnh - Tính toán che chắn máy CT dựa theo tài liệu NCRP 147[16] phương pháp CTDI Phương pháp sử dụng CTDI giả sử xạ tán xạ có tính đẳng 73 hướng, tức phân bố xạ tán xạ theo hướng Tuy nhiên, thực tế xạ bị suy giảm khoang máy Khoang máy máy quét CT cho phép truyền qua 10% xạ tán xạ điều nên xem xét thiết kế che chắn Do xạ tán xạ phân bố khác theo hướng khác nên hệ số κ nhận giá trị khác Do đó, hệ số tán xạ κ cần lấy giá trị khác theo hướng quét khác tùy vào loại máy CT Với kết đạt được, luận văn góp phần việc xây dựng tảng kỹ thuật tính toán che chắn cho sở PET hay PET/CT, đảm bảo an toàn xạ cho nhân viên công chúng Cùng với đóng góp cá nhân, tổ chức quan tâm vấn đề che chắn đạt bước tiến xa Để từ chụp ảnh PET thực trở thành thiết bị chẩn đoán hình ảnh an toàn hiệu 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ y tế (2010), Hướng dẫn quy trình kỹ thuật sử dụng hệ thống PET PET/CT, Quyết định 3401/2010/QĐ-BYT Bùi Thị Hải (2012), Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng máy CT, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh Ngô Quang Huy (2004), An toàn xạ ion hóa, Nxb Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Đông Sơn (2009), Giáo trình Vật lý Hạt nhân Ứng dụng Y tế Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh Tiếng Anh AAPM Task Group 108 (2006), PET and PET/CT Shielding Requirements,Medical Physics Vol 33, No.1 Brain M Methe (2003), Shielding Design for a PET Imaging Suite: A Case Study, Operational radiation safety Fiona O Roberts (2005), Radiation Dose to PET Technologists and Strategies to Lower Occupational Exposure, J Nucl Technol 33, pp 44-47 Herman Cember, Thomas E Johnson (2009), Introduction to Health Physics, 4th Edition, Mc Graw Hil Mecical 10 IAEA (2008), Radiation Protection in Newer Medical Imaging Techniques: PET/CT,Safety reports series No 58 11 IAEA (2010), Planning a Clinical PET Center, IAEA human health series No 11 12 John C Courtney (2001), Photon shielding for a Positron Emission Tomography suite, Health Phys.81, pp S24-S28 75 13 Juan Cruzate and Adrian Discacciatti, Shielding of medical facilities Shielding design considerations for PET-CT facilities, Nuclear Regulatory Authority (Autoridad Regulatoria Nuclear in Spanish) 14 Max H.Lombardi (1999), Radiation safety in Nuclear Medicine,Second Edition, CRC 15 Melissa C Martin (2004), PET/CT- Site Planning and Shielding Design, ACMP Annual Meeting & Workshops 16 NCRP (2004), StructuralShielding Design for Medical X-Ray Imaging Facilities, NCRP report No 147 17 S.Cheenu Kappadath (2008), PET/CT: Radiation Satefy and Protection, The University of Texas 18 Thea M Lundberg (2002), Measuring and minimizing the Radiation Dose to Nuclear Medicine Technologists, J Nucl Technol 30, pp 25-30 Dẫn xuất từ Internet 19 Máy PET/CT bệnh viện Chợ Rẫy, http://www.choray.vn/Tintuc.aspx?NEWS-ID=68 20 Tổ hợp kỹ thuật PET/CT có mặt Việt Nam, http://hiendaihoa.com/Co-khi-Maymoc/Nhan-vat-Su-kien-Nganh-co-khi/to-hop-ky-thuat-pet-ct-va-cyclotron-da-co-mat-taiviet-nam.html 76 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHE CHẮN CHO MÁY CT Liều xạ máy CT a Chỉ số liều máy CT (CTDI) CTDI xem đại lượng đo liều CT CTDI đo tích phân phân bố liều hấp thụ dọc theo trục z chia cho bề dày danh định chùm tia X Đơn vị CTDI miligray (mGy) CTDI = Tb +∞ ∫ D( z ) dz −∞ (A1.1) Trong đó: D(z) phân bố liều xạ dọc theo trục z ( trục vuông góc với mặt phẳng quét ) Tb bề dày danh định chùm tia X Trong trường hợp máy CT đa lát cắt Tb = nTn với Tn bề dày danh định lát cắt, n số lát cắt thu đồng thời vòng quay ống phát tia X CTDI Liều tương đối cm Hình A.1: Ý nghĩa số liều máy CT Như hình A.1 mô tả, CTDI giá trị liều bên lát cắt bị chiếu xạ xác định toàn phân bố liều tập trung hình chữ nhật có bề rộng bề dày danh định lát cắt Theo đó, tất phân bố liều phía vùng có kích thước bề rộng danh định lát cắt thêm vào phía vùng a1 CTDI100 77 Giá trị CTDI biểu thức (A1.1) xác định với giới hạn lấy tích phân cụ thể Trong trường hợp CTDI100, giới hạn lấy tích phân ± 50 mm tương ứng với chiều dài 100 mm buồng ion hóa CTDI100 = Tb +50 mm ∫ D( z ) dz −50 mm (A1.2) Đơn vị CTDI100 hệ SI milligray (mGy) Các giá trị CTDI đưa trường hợp thường tương ứng với giá trị 100 mAs mAs Để phân biệt, người ta kí hiệu n CTDI100 (CTDI chuẩn hóa – normalized CTDI) giá trị CTDI tương ứng với mAS xác định sau: n CTDI100 = CTDI100 mAs (A1.3) m Khi đó: CTDI100 = n CTDI100  As (A1.4) Giá trị CTDI100 xác định nhờ vào buồng ion hóa tích hiệu dụng 3-cc hai phantom (mô hình) chuẩn tượng trưng cho đầu thân người Các phantom mẫu hình trụ làm acrylic có đường kính 16 cm phần đầu 32 cm phần thân thể người Phép đo thực dịch chuyển bàn bệnh nhân Giá trị CTDI100 đo trục trung tâm phantom kí hiệu CTD100,c CTDI100,p giá trị CTDI100 đo trục bên phantom cách bề mặt phantom 10mm CTDI100,p CTDI100,c CTDI100,p Phantom phần thân người đường kính 32 cm CTDI100,c Phantom phần đầu người đường kính 16 cm Hình A.2: Phantom phần thân đầu người a2 CTDIw (Weighted CTDI) 78 Giá trị CTDI thay đổi vị trí khác mặt cắt thể, ví dụ phần thân, giá trị CTDI bề mặt chụp xấp xỉ gấp đôi vùng trung tâm Do người ta sử dụng giá trị CTDI trung bình kí hiệu CTDIw = CTDI w CTDI100,c + CTDI100, p 3 (A1.5) Đơn vị CTDIw hệ SI milligray (mGy) a3 CTDIvol (Volume CTDI) Trong ca kiểm tra CT, lát cắt bị chồng chập lên chúng không liền nhau, nghĩa giá trị pitch không Khi cần thiết phải đưa đại lượng khác có tính tới ảnh hưởng giá trị pitch, đại lượng CTDIvol xác định cách chia CTDIw cho hệ số pitch: CTDI vol = Hay CTDI vol = CTDI w p (A1.6) 1/ 3 D CT I100,c + / 3 D CT I100, p p (A1.7) Đơn vị CTDIvol hệ SI milligray (mGy) b.DLP (Dose- Length Product) Để đặc trưng cho tổng lượng hấp thụ toàn chiều dài quét, người ta sử dụng khái niệm DLP DLP đo tích CTDIvol chiều dài quét L: = DLP CTDI vol × L (A1.8) = DLP CT = DI vol  N RTF CTDI vol     p N R Tb Hay (A1.9) Đơn vị DLP mGy.cm Phương pháp sử dụng CTDI Trong tính toán che chắn cho phòng máy CT, chùm tia sơ cấp bị suy giảm đầu dò khoang máy nên ta xét tới xạ thứ cấp, gồm có xạ tán xạ xạ rò Phantom sử dụng mô hình làm acrylic hình trụ có đường kính 16 cm 32 cm đặc trưng cho phần đầu phần thân với chiều dài xấp xỉ 15 cm Giá trị air kerma tán xạ khoảng cách 1m từ nguồn phát xạ tỉ lệ với tích phân liều hấp thụ D(z) dọc theo trục z vuông góc với mặt phẳng quét: +∞ +∞ 𝐾𝑆1 = 𝜅 ∫−∞ 𝐷 (𝑧)𝑑𝑧 = 𝜅𝑁𝑅 ∫−∞ 𝑓(𝑧)𝑑𝑧 79 (A2.1) Trong NR: tổng số vòng quay ống phát tia X pha chụp 𝑓(𝑧): phân bố liều ứng với vòng quay riêng lẻ (không có chuyển động phantom) 𝜅 số đặc trưng cho lượng xạ tán xạ đơn vị chiều dài dọc theo trục cách bề mặt phantom 10 mm Trong phương pháp tính này, trục cách bề mặt phantom κ bao gồm thành phần xạ rò ống phát tia X nên giá trị kerma không khí gọi kerma không khí thứ cấp Ksec κ có giá trị 10 mm chọn trục chuẩn Giá trị khác phần đầu phần thân 𝜅ℎ𝑒𝑎𝑑 = 10−5 cm-1 𝜅𝑏𝑜𝑑𝑦 = 10−4 cm-1 CTDI100 đo vòng quay riêng lẻ sử dụng buồng ion hóa dài 100 mm: 𝐶𝑇𝐷𝐼100 = 𝑇𝑏 +50𝑚𝑚 ∫−50𝑚𝑚 𝑓(𝑧)𝑑𝑧 (A2.2) Với Tb bề dày danh định chùm tia X Đối với CT đa lát cắt Tb= nTn với n số lát cắt thu vòng quay, Tn bề dày lát cắt xác định sau: Khi đó, 𝐾𝑠𝑒𝑐 𝐾𝑠𝑒𝑐 ≈ 𝜅𝑁𝑅 𝑇𝑏 𝐶𝑇𝐷𝐼100 (A2.3) Máy CT làm việc chế độ quét xoắn ốc bệnh nhân đặt bàn dịch chuyển liên tục dọc theo trục quay với vận tốc 𝑣 Khi đó, chùm tia xạ có dạng xoắn ốc bề mặt phantom Với 𝜏 thời gian để ống phát tia X quay vòng xung quanh phantom khoảng dịch chuyển phantom vòng quay tương ứng 𝑇𝐹 = 𝑣𝜏 Chiều dài quét dọc theo trục z 𝐿 = 𝑁𝑅 𝑇𝐹 𝐾𝑠𝑒𝑐 viết lại sau: 𝐿 𝐾𝑠𝑒𝑐 = 𝜅 𝐶𝑇𝐷𝐼100 (A2.4) 𝑝 Trong đó, p giá trị pitch xác định phương trình 𝑝= 𝑇𝐹 (A2.5) 𝑇𝑏 80 n CTDI100 định nghĩa giá trị CTDI100 ứng với mAs xác định phương trình n CTDI100 = CTDI100 nên từ 𝐾𝑠𝑒𝑐 ta được: mAs = K sec κ= N RTb mAs n CTDI100 κ L mAs n CTDI100 p (A2.6) Theo tài liệu [2] tỷ số giá trị CTDI100,c trục trung tâm CTDI100,p trục cách bề mặt phantom Perpex 10 mm mẫu máy quét ứng với kVp khác nhau, ta kết quả: Vùng đầu: Vùng thân: CTDI100,c CTDI100, p CTDI100,c CTDI100, p = 0,93 (A2.7) = 0, 47 (A2.8) * Trong trường hợp vùng đầu: Từ (A2.8) suy ra: 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑐 = 0,93 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑝 (A2.9) Thế (A2.9) vào (A1.7), ta có: 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑝 = 𝑝.𝐶𝑇𝐷𝐼𝑣𝑜𝑙 (A2.10) ( 0,93+ ) * Trong trường hợp vùng thân: Từ (A2.8) suy ra: 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑐 = 0,47 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑝 (A2.11) Thế (A2.11) vào (A1.7), ta có: 𝐶𝑇𝐷𝐼100,𝑝 = 𝑝.𝐶𝑇𝐷𝐼𝑣𝑜𝑙 (A2.12) ( 0,47+ ) 81 PHỤ LỤC B – CÁC ĐƯỜNG CONG BIỂU DIỄN SỰ TRUYỀN QUA MỘT SỐ VẬT LIỆU CHE CHẮN CỦA BỨC XẠ THỨ CẤP ĐỐI VỚI CT Sự truyền qua chì xạ thứ cấp từ CT Tỉ số truyền qua Các tham số phương trình (3.15) Bề dày chì (mm) Hình B.1: Đường cong biểu diễn truyền qua chì xạ thứ cấp CT [16, tr.123] 82 Sự truyền qua bê tông xạ thứ cấp từ CT Tỉ số truyền qua Các tham số phương trình (3.11) Bề dày bê tông (mm) Hình B.2: Đường cong biểu diễn truyền qua bê tông xạ thứ cấp CT [16, tr.124] 83 [...]... CHUNG TRONG AN TOÀN BỨC XẠ ĐỐI VỚI MÁY PET PET được xem là một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiện đại, mang lại hiệu quả cao PET hoạt động dựa trên cơ sở vật lý là sự phát xạ positron và tương tác của tia gamma với vật chất Bên cạnh đó, với đề tài Tính toán che chắn an toàn bức xạ cho phòng máy PET và khu vực lân cận thì rất cần thiết phải tìm hiểu sự bố trí các phòng chức năng trong cơ sở PET để đảm... tiếp cận khu vực này thường xuyên bị hạn chế trừ trường hợp cần thiết 2.3 Một số khái niệm và thuật ngữ liên quan đến tính toán che chắn 2.3.1 Mục tiêu của thiết kế che chắn P (shielding design goals) Mục tiêu của thiết kế che chắn là các mức liều hiệu dụng được sử dụng trong tính toán thiết kế và đánh giá cấu trúc lớp che chắn nhằm bảo vệ nhân viên bức xạ và công chúng Việc tính toán và thiết kế che chắn. .. gian dài Do đó việc che chắn cho phòng chụp ảnh, phòng tiêm thuốc,… là hết sức cần thiết Mục đích của việc che chắn là để giới hạn liều bức xạ theo quy định về an toàn bức xạ đến nhân viên, công chúng và các đầu dò bức xạ rất nhạy gần đó, chẳng hạn như máy chụp ảnh gamma 2.1.2 Nguyên tắc của thiết kế che chắn 2.1.2.1 Che chắn phải đảm bảo được những giới hạn quy định về liều bức xạ Tùy vào mỗi quốc gia... liều bức xạ quy định đối với nhân viên bức xạ, nhân viên khác trong bệnh viện và công chúng 22 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHE CHẮN AN TOÀN BỨC XẠ CHO CƠ SỞ PET 2.1 Mục đích và nguyên tắc của thiết kế che chắn 2.1.1 Mục đích Theo nguyên lý hoạt động của máy PET, các positron hủy cặp tạo ra các tia gamma có năng lượng 511 KeV Các tia phóng xạ này nguy hiểm nếu con người tiếp xúc trong thời gian dài... tuyến tính như sau: 25 𝑇𝑉𝐿 = 𝐻𝑉𝐿 = 𝑙𝑛10 (2.5) 𝑙𝑛2 (2.6) 𝜇 𝜇 Như vậy, áp dụng sự suy giảm của chùm bức xạ qua các vật liệu che chắn chúng ta sẽ giảm được liều chiếu đến với nhân viên bức xạ và công chúng 2.1.2.3 Tất cả các khu vực xung quanh một cơ sở PET phải được đánh giá để che chắn, bao gồm những phòng bên cạnh, trên và dưới phòng tiêm của bệnh nhân, phòng chụp ảnh và phòng vệ sinh dành riêng cho. .. - Liều chiếu xạ nghề nghiệp: 20 mSv/năm - Liều chiếu xạ công chúng: 1 mSv/năm 23 2.1.2.2 Thiết kế che chắn phải tuân theo nguyên tắc ATBX như thời gian, khoảng cách và che chắn * Thời gian Trong thiết kế cũng như trong vận hành các thiết bị có sử dụng nguồn bức xạ cần giảm tổng liều hiệu dụng cho nhân viên bức xạ Và chúng ta biết rằng liều bức xạ liên quan trực tiếp đến thời gian chiếu xạ Nếu tại vị... trong việc tính toán che chắn cho các vùng không kiểm soát Liều giới hạn cho các nhân viên làm việc trong vùng kiểm soát là 50 mSv/năm Tuy nhiên, hầu hết các tính toán che chắn nhằm đạt mức dưới 5 mSv/năm đối với khu vực kiểm soát nhằm phù hợp với các khuyến cáo ALARA 18 * Các giới hạn liều đối với chiếu xạ nghề nghiệp (occupational exposure) Chiếu xạ là hình thức bị bức xạ chiếu (rọi) vào đối tượng... gia bảo vệ bức xạ và các nhà cung cấp Bước tiếp theo là lập một kế hoạch có tính toán đến các phòng và không gian sẽ được phân phối theo chức năng trong mỗi vùng và các biện pháp bảo vệ bức xạ Tùy theo nguy cơ nhiễm phóng xạ và các mức độ tiếp xúc với bức xạ, người ta chia thành: vùng kiểm soát, vùng không kiểm soát - Vùng kiểm soát là vùng mà sự tiếp cận với vùng đó bị giới hạn và sự chiếu xạ nghề nghiệp... điều trị bệnh nhân 32 1/2 Hành lang, phòng chờ của nhân viên, nhà vệ sinh của nhân viên Khu vực ngay sát hành lang 1/4 1/8 Nhà vệ sinh công cộng, phòng lưu trữ, khu vực bên ngoài có chỗ ngồi, phòng chờ không có bệnh nhân tham gia 1/20 điều trị, khu vực giữ bệnh nhân Khu vực bên ngoài đối với người đi bộ hoặc các phương tiện giao thông, khu vực đậu xe, cầu thang, thang máy 1/40 2.3.5 Hệ số giảm liều... xạ của lớp che chắn bê tông phụ thuộc vào bề dày, mật độ và thành phần của nó Bề dày của sàn có thể thay đổi từ 4 cm đến 20 cm Để bảo đảm an toàn trong thiết kế che chắn, ta quan tâm tới bề dày cực tiểu của bê tông trong quá trình tính toán che chắn 2.2.3.1 Bê tông khối lượng chuẩn Bê tông khối lượng chuẩn được sử dụng trong hầu hết kết cấu móng và các thành phần cấu trúc chính như cột, dầm ngang và ... gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ tăng khoảng cách đến nguồn phóng xạ chủ yếu thực cách che chắn Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng máy PET khu vực lân cận gọi tính toán che chắn an toàn xạ. .. thiết kế che chắn, yếu tố cần thiết che chắn, khái niệm đại lượng liên quan đến tính toán che chắn phương pháp tính toán che chắn cho sở PET Chương -Tính toán che chắn an toàn xạ cho sở PET/ CT... Tính toán che chắn cho phòng tiêm 57 3.2.2 Tính toán che chắn cho phòng vệ sinh bệnh nhân 59 3.2.3 Tính toán che chắn cho phòng chụp PET/ CT 62 3.2.4 Kiểm tra ATBX sau che chắn