L ỜI CẢM ƠN
3.2.Tally đánh giá
3.2.1. Tally F4
Để khảo sát phân bố liều trong phòng chụp, chúng tôi sử dụng tally F4 để đánh giá suất liều tại một số điểm trong phòng X quang và so sánh với kết quả thực nghiệm.
Tally F4: được sử dụng để xác định độ dài vết ứng với các khoảng năng lượng được chia. Các kết quả ghi nhận được trong tally F4 là độ dài vết của các photon có năng lượng tương ứng đi qua các voxel trong một cell. Khi hạt đi qua một voxel thì nó sẽ bỏ lại năng lượng do tương tác với các vật chất trong cell đó.
Khi tiến hành mô phỏng, tôi sử dụng tally F4 do đó kết quả trả về của MCNP5 là thông lượng photon tại các cell với đơn vị là hạt/cm2
. Sau khi nhân hệ số chuyển đổi đơn vị thì kết quả cuối cùng của MCNP5 có đơn vị là rem/h. Giá trị được tính bởi MCNP5 là liều chiếu trung bình tính trên 1 electron đến tương tác với
bia trong 1 giây. Như vậy muốn tính suất liều chiếu trong 1 giờ, ta phải nhân với số electron trung bình đến tương tác với bia trong 1 giờ.
Giá trị dòng sử dụng khảo sát thực nghiệm là I=200mA, mà q=I.t= n.e, do đó số electron đến bia trong 1 giờ được tính như sau:
) s electron ( 10 . 25 , 1 10 . 6 , 1 10 . 200 e I t n 18 19 3 = = = −−
Như vậy giá trị mô phỏng khi chuyển qua đơn vị (µSv/h)thì phải nhân với hệ số chuyển đổi fm=1,25.1022
.
3.2.2. Tally Fmesh4
Fmesh4 là một card giúp cho người dùng có thể tạo ra một mạng lưới (mesh) các ô và ước lượng các giá trị (liều, năng lượng…) trong mỗi ô này. Ưu điểm của việc dùng fmesh là giúp làm giảm thời gian tính toán đối với những cấu hình gồm nhiều voxel. Do đó trong luận văn, khi khảo sát phân bố liều trong và ngoài phòng X quang chúng tôi sử dụng tally fmesh4.
3.2.3. Tally F2
Ngoài ra để đánh giá cấu hình máy X quang thông qua việc khảo sát phổ tại lối thoát tia của ống phát tia X, chúng tôi sử dụng tally F2 để ghi nhận thông lượng hạt tại lối ra ống phát tia. Tally F2 tính thông lượng qua một mặt sử dụng mối quan hệ giữa thông lượng và dòng : J(r,E,t,µ)= µΦ(r,E,t,µ)A
Thông lượng sẽ được tính bằng công thức:
A * /
W µ
3.3. Kết quả khảo sát phân bố liều xung quanh phòng máy X quang chẩn đoán y tế bằng chương trình MCNP y tế bằng chương trình MCNP
Trong luận văn này chúng tôi sử dụng chương trình MCNP5 để mô phỏng máy X quang thường quy đặt tại phòng chụp X quang chẩn đoán ở bệnh viện Nhi
(3.1)
đồng I. Từ đó đánh giá phân bố suất liều hấp thụ xung quanh máy phát trong và ngoài phòng và đánh giá an toàn che chắn của phòng khảo sát.
3.3.1. Mô tả phòng X quang thường quy tại bệnh viện Nhi đồng I
3.3.1.1. Mô tả phòng chụp X quang thường quy ở bệnh viện Nhi đồng I
Kích thước bên trong phòng: chiều rộng 394 cm ứng với trục x, chiều dài 450 cm ứng với trục y, chiều cao 355 cm ứng với trục z.
Tường: bề dày 24 cm làm bằng bê tông có lót chì 2 mm, chì được lót bên trong tường từ mặt đất lên đến độ cao 240 cm.
Cửa bệnh nhân: là loại cửa kéo có chiều cao 220 cm, rộng 160 cm, bề dày 4 cm làm bằng thép có lót chì 2 mm.
Cửa phòng điều khiển: cao 220 cm, rộng 96 cm, bề dày 4cm làm bằng thép có lót chì 2 mm.
Loại chì lót tường và lót cửa là chì tấm, Trên tường ngăn cách với phòng điều khiển có lắp kính chì có kích thước 54 cm x 74 cm, dày 1 cm có mép dưới cách mặt đất 109 cm.
Hình 3.1. Quang cảnh phòng chụp X quang thường quy ở bệnh viện Nhi đồng I Gốc tọa độ được chọn ngay tâm sàn, trục Oz hướng lên, Ox hướng về phía phòng điều khiển, Oy hướng ra phía cửa bệnh nhân. Khu vực bên ngoài tường theo chiều dương của trục Oy là khu vực ngồi chờ của bệnh nhân. Bên ngoài tường theo
chiều âm của trục Oy là sân bệnh nhân. Khu vực bên ngoài tường theo chiều dương của trục Ox là phòng làm việc của nhân viên bức xạ. Bên ngoài tường theo chiều âm của trục Ox là hành lang bệnh viện.
Hình 3.2. Mô phỏng 3D phòng X quang nhi đồng 1 bằng chương trình MCNP5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3. Mô phỏng các lớp chì trần, chì tường, chì ốp cửa, kính chì,vị trí ống phát tia X bằng MCNP5
Máy X quang thường quy sử dụng ở phòng khám của bệnh viện Nhi đồng 1 là loại máy X quang thường quy có anode xoay hiệu RADspeedM của hãng Shimadzu, Nhật Bản.
Hình 3.4. Máy X quang sử dụng ở bệnh viện Nhi đồng 1 Các thông số máy như sau:
Hình 3.5.Kích thước cấu hình đầu bóng phát tia X tính theo mm (inch) [13]
Anode là hợp chất của Reni và Vonfram đường kính 100 mm. Góc nghiêng 160, điện thế cực đại là 150 kV, dòng cực đại 5,6 A.
Bộ lọc tương đương 1,5mm Al (Bộ lọc sẵn có (inherent filter) tương đương 1 mmAl, bộ lọc bổ sung, additional filter, tương đương 0,5 mmAl).
Bức xạ rò trong 1h từ ống phát tại khoảng cách 1m tính từ tâm bóng thấp hơn 2,97x10-5 C/kg (115 mR).
Bức xạ rò trong 1h từ collimator thấp hơn 1,04x10-5
C/kg (40,3 mR). Trường chiếu 35 cm x 35 cm tại khoảng cách 65 cm tính từ tâm bóng.
Collimator: loại collimator sử dụng là R-20J của hãng Shimadzu có cấu trúc như hình 3.6. Cấu trúc bên trong collimator gồm hệ 3 lớp chì:
Lớp thứ nhất: Inner leaf là hệ các lá chì bố trí như hình 3.8 có bề dày 2 mm. Lớp thứ hai: Middle leaf hệ các lá chì như lớp inner leaf dày 3 mm. Lớp thứ ba: Front leaf hệ các lá chì như lớp inner leaf dày 2 mm. Trong hộp collimator có một tấm Al bề dày 0,5 mm đóng vai trò là tấm lọc bổ sung.
Hình 3.7. Mô hình ống phát tia X và hệ thống Collimator của hãng Shimadzu
3.3.2. Kiểm tra hiệu lực của mô hình - chuẩn hóa kết quả mô phỏng
3.3.2.1. Khảo sát thực nghiệm suất liều chiếu từ chùm tia X sơ cấp theo khoảng cách so với tâm phát
Để kiểm tra hiệu lực của chương trình mô phỏng, chúng tôi tiến hành khảo sát suất liều chiếu của chùm sơ cấp theo khoảng cách từ nguồn phát tia X bằng máy đo suất liều chiếu nhãn hiệu RAD Check Gammex.
Hình 3.8. Vỏ ống chân không và cấu trúc bên trong collimator được mô phỏng bằng MCNP5
mô phỏng bằng MCNP5
Chế độ chiếu chụp khi đo: 70 kVp, 200 mA, 100 ms. Input file được trình bày trong phụ lục 1. Kết quả đo được trình bày trong bảng 3.1 dưới đây. Trong đó suất liều chiếu đo được trên hệ RAD Check Gammex tính theo đơn vị (R/mAs) được cho trong cột thứ 3 của bảng 3.1, và suất liều hấp thụ tương đương quy đổi sang đơn vị thường dùng là (µSv/h)được cho ở cột thứ 4 của bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả đo suất liều theo khoảng cách
Khoảng cách nguồn phát – máy đo (cm)
Tọa độ Suất liều
(R/mAs)
Suất liều quy đổi (µSv/h) 50 (-52 47 120,5) 0,6540 4,1296.109 60 (-52 47 110,5) 0,4127 2,6057.109 70 ( -52 47 100,5) 0,2883 1,8207.109 80 (-52 47 90,5) 0,2097 1,3239.109 90 (-52 47 80,5) 0,1607 1,0145.109 100 ( -52 47 70,5) 0,1217 7,6825.108 110 ( -52 47 60,5) 0,0977 6,1671.108 120 ( -52 47 50,5) 0,0747 4,7148.108
3.3.2.2. Mô phỏng suất liều từ chùm tia X sơ cấp theo khoảng cách so với tâm phát và chuẩn theo thực nghiệm
Hình 3.10. Hình chụp các vị trí đặt các cell khảo sát liều vẽ bằng MCNP5
Với mô hình máy phát tia X và phòng đã xây dựng, chúng tôi tiến hành mô phỏng suất liều chiếu từ dòng sơ cấp bằng việc đặt các cell khảo sát trên hướng phát tia tại các vị trí cách nguồn phát tia X từa 40 cm đến 170 cm. Các cell này được bố trí cách đều nhau 10 cm như trong hình 3.10.
Tiến hành ghi nhận suất liều tại các cell này bằng tally F4 với chế độ chiếu chụp giống như chế độ đo đặc trong thực nghiệm : 70 kVp, 200 mA, 100 ms.
Kết quả thu được sau khi nhân hệ số chuyển đổi đơn vị được trình bày trong bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.2. Giá trị suất liều mô phỏng tại các khoảng cách khảo sát và sai số thống kê tương đối tương ứng
STT (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khoảng cách so với nguồn phát
(cm)
Suất liều (µSv/h) Sai số tương đối (%)
1 40 1,2690.109 1,15 2 50 7,7575.108 1,47 3 60 5,0505.108 1,82
4 70 3,5821.108 2,17 5 80 2,6501.108 2,51 6 90 2,0281.108 2,86 7 100 1,6164.108 3,21 8 110 1,3053.108 3,58 9 120 1,0597.108 3,94 10 130 8,7856.107 4,29 11 140 7,5760.107 4,65 12 150 6,7139.107 4,90 13 160 5,7429.107 5,24 14 170 5,3361.107 5,44
Dựa trên kết quả mô phỏng tôi tiến hành vẽ đồ thị suất liều theo khoảng cách giữa nguồn phát và vị trí ghi nhận như trong hình 3.11. Kết quả cho thấy suất liều chiếu suy giảm theo khoảng cách dạng hàm mũ. Các điểm gần nguồn phát (anode) thì giá trị suất liều cao, các điểm xa nguồn phát thì suất liều giảm dần. Giá trị tuyệt đối của suất liều mô phỏng được chuẩn theo kết quả thực nghiệm đo chùm tia sơ cấp trình bày ở phần trên.
Hình 3.11.Đồ thị suất liều (µSv/h)theo khoảng cách nguồn – máy đo (cm)
3.3.2.3. Mô phỏng phổ tia X trong máy X quang Nhi đồng I
Để đánh giá mô hình X quang được mô phỏng, trong nội dung luận văn chúng tôi còn sử dụng tally F2 để ghi nhận phổ tia X tại lối ra với chế độ điện áp 100kV. Việc khảo sát phổ tia X được thực hiện trong trường hợp có tấm lọc bổ sung và không có tấm lọc bổ sung, kết quả cho phổ như hình 3.12. Đường đồ thị màu đỏ ứng với phổ tia X khi không sử dụng tấm lọc bổ sung, đường màu xanh ứng với phổ tia X khi có tấm lọc bổ sung.
Nhìn vào đồ thị ta nhận thấy tác dụng lọc tia khi có tấm lọc bổ sung, cụ thể số lượng photon năng lượng thấp bị hấp thụ, nên chiếm ít hơn so với trường hợp không có tấm lọc bổ sung. Chú ý bên trong máy X quang còn có sự đóng góp tác dụng lọc tia của bộ lọc sẵn có (inherent filter) như thủy tinh ống chân không, cửa nhựa Bakelite, dầu cao áp nên đã loại bỏ bớt các photon năng lượng thấp không cần thiết trong ghi nhận hình ảnh. Do đó trong trường hợp khảo sát không có tấm lọc bổ sung, phổ vẫn được lọc nhờ bộ lọc sẵn có.
Hình 3.12. Mô phỏng phổ tia X tại giá trị điện áp 100kV
Ngoài ra khi ghi nhận phổ tia X của Vonfram ta còn thu nhận được các đỉnh
1 2 1,K ,K
Kα α β là các đỉnh phổ tia X đặc trưng của Vonfram. So sánh với số liệu tính toán lý thuyết trong bảng 1.2. cho thấy sự sai lệch tương đối là rất nhỏ.
Bảng 3.3. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm các đỉnh tia X đặc trưng của Vonfram
Loại dịch chuyển Thực nghiệm Mô phỏng Sai lệch (%)
1 α K 59,32 60,4 1,82 2 α K 57,98 58,5 0,90 1 β K 67,24 67,4 0.24
3.3.3. Mô phỏng phân bố suất liều trong phòng chụp X quang bằng tally Fmesh với các chế độ chiếu chụp khác nhau
Khi dùng tally Fmesh để khảo sát phân bố suất liều trong phòng chụp X quang số lượng các cell khảo sát rất lớn. Do dó chương trình đòi hỏi tốn rất nhiều
thời gian cũng như số lịch sử hạt để đạt được độ chính xác thống kê mong muốn. Ở đây chúng tôi sử dụng kỹ thuật giảm phương sai để cải thiện tốc độ chạy chương trình và tăng độ chính xác thống kê.
Dưới đây trình bày việc mô phỏng phân bố suất liều với các chế độ chiếu chụp khác nhau. Đồ thị phân bố suất liều được mô phỏng theo mặt cắt ngang phòng tại vị trí có độ cao z =42,6 cm, đây là độ cao ứng với bàn bệnh nhân. Tọa độ tâm nguồn phát tia tại vị trí ứng với x = -53 cm; y = 47 cm; z = 170,5 cm. Các khu vực quan tâm gồm:
Khu vực I: tâm trường chiếu.
Khu vực II: vùng lân cận cách tâm trường chiếu 50 cm.
Khu vực III: vùng không gian nằm ở biên trong tường ngăn cách phòng chụp X quang và khu vực bệnh nhân ngồi chờ (trên đồ thị là vùng ứng với giá trị y max).
Khu vực IV: vùng không gian nằm ở biên trong tường ngăn cách phòng chụp X quang và phòng điều khiển (trên đồ thị là vùng ứng với giá trị x max).
Khu vực V: vùng không gian biên trong tường ngăn cách phòng chụp X quang và hành lang bệnh viện (trên đồ thị là vùng ứng với giá trị x min).
Khu vực VI: vùng không gian biên trong tường ngăn cách phòng chụp X quang và sân bệnh viện (trên đồ thị là vùng ứng với giá trị y min).
3.3.3.1. Mô phỏng phân bố suất liều ứng với chế độ chụp có khảo sát thực nghiệm 70 kVp, 200 mA, 100 ms
Hình 3.13 trình bày đồ thị phân bố suất liều mô phỏng theo mặt cắt ngang phòng tại vị trí có độ cao z = 42,6 cm (vị trí bàn bệnh nhân) ứng với chế độ chiếu chụp giống với khi đo: 70 kVp, 200 mA, 100 ms.
Dựa vào đồ thị phân bố ta có thể thấy khu vực tâm trường chiếu suất liều có giá trị cực đại cỡ 5.108 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
h / Sv
µ . Càng ra xa tâm trường chiếu giá trị suất liều càng giảm dần. Khu vực bán kính 50 cm xung quanh tâm trường chiếu có giá trị liều nằm trong khoảng 1,4339.106
h / Sv
khu vực ngồi chờ của bệnh nhân giá trị liều trong khoảng 1,5011.104 ÷
2,8287.105µSv/h.
Biên trong tường ngăn cách phòng điều khiển: 9,6119.103 ÷
1,6850.105µSv/h. Bên trong tường ngăn cách hành lang bệnh viện: 8,5085.103 ÷
4,8965.105 µSv/h . Biên trong tường ngăn cách sân bệnh viện: 1,3187.104 ÷
1,1978.105µSv/h.
Hình 3.13. Mô phỏng phân bố suất liều tại vị trí bàn bệnh nhân ở chế độ chụp 70 kVp, 200 mA, 100 ms
3.3.3.2. Mô phỏng phân bố suất liều ứng với các chế độ chụp trên bảng điều khiển
Hiện nay, các máy chụp X quang hiện đại đều có các chế độ làm việc cài đặt sẵn trên bảng điều khiển. Do đó, chúng tôi cũng tiến hành mô phỏng phân bố suất liều trong phòng ứng với các chế độ chụp khác nhau tại cùng cao độ z = 42,6 cm.
Bảng 3.4. Các chế độ chụp của phòng X quang chẩn đoán thường quy tại bệnh viện nhi đồng I
STT Chế độ chụp kVp mAs ms mA
2 Ngực 52 1 2 500 3 Hộp sọ 62 1,4 2,8 500 4 Tay 53 200 25 8000 5 Bụng (chụp thẳng) 75 3,6 7,1 507 6 Đầu gối 53 200 25 8000 7 Nhũ & Lưng 120 160 32 5000 8 Bụng (chụp nghiêng) 90 12,5 32 390 9 Ngực AP 72 2,8 5,6 500 A. Chế độ chụp ngực
Hình 3.14 trình bày phân bố suất liều hấp thụ trong phòng X quang khảo sát ở tại cao độ z = 42,6cm với chế độ chụp ngực: 52 kVp, 1 mAs, 2 ms, 500 mA.
Hình 3.14. Mô phỏng phân bố suất liều mặt (xy) của chế độ chụp ngực Như vậy với chế độ làm việc của máy X quang tại bệnh viện nhi đồng đảm bảo an toàn cho bệnh nhân khi chụp ngực.
Hình 3.15 trình bày phân bố suất liều hấp thụ trong phòng X quang khảo sát ở tại cao độ z = 42,6 cm với chế độ chụp chân: 46 kVp, 1 mAs, 4 ms, 250 mA.
Hình 3.15. Mô phỏng phân bố suất liều xy của chế độ chụp chân
C. Chế độ chụp tay
Hình 3.16 trình bày phân bố suất liều hấp thụ trong phòng X quang khảo sát ở tại cao độ z = 42,6 với chế độ chụp tay: 53 kVp, 5 mAs, 25 ms, 200 mA.
Hình 3.16. Mô phỏng phân bố suất liều mặt (x,y) của chế độ chụp tay
D. Chế độ chụp bụng (chụp thẳng)
Hình 3.17 trình bày phân bố suất liều hấp thụ trong phòng X quang khảo sát ở tại cao độ z = 42,6 cm với chế độ chụp bụng: 75 kVp; 3,6 mAs; 7,1 ms; 507 mA.
Hình 3.17. Mô phỏng phân bố suất liều mặt (x,y) ứng với chụp bụng thẳng
E. Chế độ chụp bụng (chụp nghiêng)
Hình 3.18 trình bày phân bố suất liều hấp thụ trong phòng X quang khảo sát ở tại cao độ z = 42,6 cm với chế độ chụp bụng: 90 kV; 12,5 mAs; 32 ms, 390 mA.
Hình 3.18. Mô phỏng phân bố suất liều mặt (x,y) của chế độ chụp bụng 90kV