So sánh khả năng cản xạ giữa vật liệu có chì và không chì là một ví dụ điển hình về một trong số những phương pháp xác định khả năng cản xạ.
a. Bố trí thí nghiệm
Bố trí theo hình 1.18a; sử dụng buồng ion hoá 60ml (phạm vi năng lượng: 25keV đến 1MeV, liều kế 9015, nhãn RadCal - Mỹ). Cho tia X chiếu trực tiếp đến vật liệu làm tạp dề có chì và không chì. Điện áp tia X đựơc thực hiện tại: 60, 70, 80, 90, 100, 110 và 120 kV. Tại 160mA. Thời gian tiếp xúc (chiếu tới) là 0,5 phút và diện tích tiếp xúc 13x13cm.
a. Đo tia X trực tiếp b. Đo tia X phân tán
Hình 1.18. Mô hình thí nghiệm tia phân tán và trực tiếp
Hình 1.18b cho thấy sơ đồ của phép đo liều lượng phương pháp được sử dụng để đo về hiệu quả của phân tán tia X có và không có tạp dề. Các phép đo được thực hiện bằng cách sử dụng “Phantom” ảo có kích thước dày 20cm, 30 x 30 cm. Vị trí từ nguồn máy X quang (phân tán các tia X tương tự như những gì các bệnh nhân tiếp xúc) tới tâm “Phantom” là 100cm. Quá trình khảo sát trong buồng ion hoá với bố trí và tiêu chuẩn như hình vẽ (ICS-321; Aloka, Nhật Bản) Detector được đặt dưới “Phantom”
tại mức điện áp 60, 80, 100 và 120 kV. Tại 1 mA (liên tục). Diện tích tiếp xúc chùm tia tới “Phantom” là 30x30cm.
b. Kết quả
* Phƣơng pháp xác định kết quả
- Bước 1: Xác định tỷ lệ giá trị Air Kerma khi không và có vật liệu cản xạ
S = ((Ko – Kl)/Ko)*100% (1.5)
- Bước 2: So sánh khả năng cản xạ của vật liệu có chì và không có chì
P = (Sno/ SPb)*100% (1.6)
Trong đó:
+ S: hiệu quả cản xạ của vật liệu;
+ Sno: hiệu quả cản xạ của vật liệu không có chì; + SPb: hiệu quả cản xạ của vật liệu có chì;
+ Ko: giá trị Air Kerma khi không có vật liệu cản xạ; + Kl: giá trị Air Kerma khi có vật liệu cản xạ.
Hình 1.19. Hiệu quả cản xạ tia X trực tiếp của vật liệu chì và không chì tại các điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu
0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb
Hình 1.20. Hiệu quả cản xạ tia X phân tán của vật liệu chì và không chì tại các
điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu 0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb
Hình 1.19, cho thấy hiệu quả che chắn tia X khi chiếu trực tiếp tới tạp dề chì. (a) 0,25mmPb, (b) 0,35mmPb và (c) 0,475mmPb. Trên hình cho thấy tác dụng che chắn của mỗi tạp dề từ tia X trực tiếp: Khi điện áp tăng lên, che chắn tác động của cả hai loại tạp dề giảm.
Hình 1.21. Hiệu quả cản xạ tia X trực tiếp của vật liệu không chì tại các điện áp
Hình 1.22. Hiệu quả cản xạ tia X phân tán của vật liệu không chì tại
Hình 1.20, hiệu quả che chắn tia X khi chiếu trực tiếp tới tạp dề không pha chì: tương đương chì 0,25mm; 0,35mm và 0,475mm. Tác dụng bảo vệ của tạp dề, không pha chì cho các tia X trực tiếp lúc đầu ổn định tại 60-100 kV, và giảm nhẹ từ hơn 100 kV; giảm 4% ở 0,35mmPb tại 120 kV. Hiệu quả bảo vệ giữa tạp dề chì và không chì 0,25mmPb, phần nào thấp hơn so với tương đương 0,35mm và 0,475.
* Kết quả quá trình thực hiện chiếu và đo tia X phân tán:
Hình 1.21, hiệu quả che chắn tia X phân tán tới tạp dề chì: tương đương chì 0,25mm; 35mm và 0,475mm. Tác dụng che chắn của mỗi tạp dề từ tia X phân tán. Khi điện áp tăng lên, tác dụng che chắn giảm cho cả ba tạp dề (0,25mm; 0,35mm và 0,475mm)
Hình 1.22, cho thấy các hiệu ứng bảo vệ của tạp dề không pha chì đối với các tia X phân tán lúc đầu ổn định 60-120 kV. Tỷ lệ % mức độ cản xạ giữa tạp dề chì và không chì tại 0,25mmPb thấp hơn một chút so với hai loại 0,35mmPb và 0,475mmPb, đối với tia X phân tán.
c. Kết luận
Trong ba yếu tố làm giảm nguy cơ bức xạ tới con người (giảm thời gian tiếp xúc, tăng khoảng cách từ các nguồn bức xạ và sử dụng che chắn. Tạp dề, không pha chì cho phép đảm bảo không những giảm bực xạ tới bác sỹ và nhân viên X quang, mà còn tạo ra sự thoải mái hơn bởi mức độ an toàn hơn sự độc hại của chì khi tiếp xúc (mặc).
Đối với tia X trực tiếp, hiệu ứng che chắn của tạp dề chì là tốt nhất tại điện áp trên 100kV. Tại điện áp thấp hơn, tạp dề không pha chi có giá cản xạ tương đương với tạp dề chì (60 đến 120 kV). Ở đây, việc bảo vệ bức xạ được cung cấp bởi tạp dề chì và không pha chì. Đối với tia X trực tiếp, tạp dề không pha chì cung cấp sự suy giảm bức xạ tương tự trong tạp dề chì (trong 2% tương đương 0,35mm Pb). Mặc dù điện áp trên 100 kV, hấp thụ bức xạ của tạp dề không chì thấp (tạp dề không pha chì giảm 4% so với tạp dề chì tương đương 0,35mmPb tại 120 kV). Đối
với các tia X phân tán, bảo vệ bởi tạp dề, không pha chì và chì tương tự như (chênh lệch ít khoảng 1% tương đương 0,35mm Pb) ở điện áp từ 60 đến 120 kV. Mà trong môi truờng làm việc thì số lượng tia X phân tán nhiều hơn tia X trực tiếp (năng lượng tia X trực tiếp cao hơn năng lượng tia X phân tán). Do đó, tạp dề không pha chì đáp ứng được cho công việc của các bác sỹ, đảm bảo an toàn bức xạ, khối lượng nhẹ hơn và ít độc tình hơn.
1.3.2 Nghiên cứu của các nhà khoa học Ireland – Ai Len [13]
Xác định giá trị tương đương chì của áo cản xạ tại các cơ sở y tế và chụp chiếu: Trải qua nhiều năm sử dụng các sản phẩm bảo hộ che chắn từ các vật liệu nặng truyền thống là kết quả của những hỗn hợp chì với cao su hay chì với các polymer. Các vật liệu pha chì hay hoàn toàn không chì được sử dụng là hỗn hợp đồng thời của các nguyên tố Iot (I, 53), thiếc (Sn, 50), Bari (Ba, 56) và chì (Pb, 82) - Trọng lượng có thể giảm hơn chì tinh khiết từ 20 đến 30%. Hoặc Vonfram (W, 74), Ba và Pb, khối lượng có thể giảm tới 30%. Hay Xennolite (Pb, antimoan – 51 và W) cũng có thể giảm trọng lượng tới 29,8%. Khi kiểm tra đánh giá các sản phẩm với các vật liệu khác nhau với khả năng cản xạ của chúng cần đánh giá với các mức độ kỹ thuật tương ứng với tình huống kỹ thuật xảy ra khi con người tiếp xúc với chùm tia X. Xác định khả năng cản xạ của chúng trên những điều kiện điện áp khác nhau (Tức là nguồn năng lượng chùm tia X tại các điện áp: 60, 80, 100, 120kV,…)
a. Phƣơng pháp thực hiện
Vật liệu được sử dụng là 41 mẫu, tại bệnh viện Dublin Twomajor. Các loại tạp dề sau đây đã được nghiên cứu: Ultraflex (Tập đoàn Wardray Ltd, Surrey, Anh), Superlight Envirolight (Burlington Medical Supplies / Burmed, bang Virginia, Mỹ), Xenolite (Vertec, Reading, Anh) và Light (Tập đoàn Thiết bị phẫu thuật và y tế Amray , Drogheda, Ireland). Thông tin chi tiết trong bảng sau:
Bảng 1.7. Thông tin mẫu thí nghiệm tại bệnh viện Dublin Twomajor
Hãng sản xuất Loại vật liệu cản xạ
Loại áo Tƣơng đƣơng chì (mmPb)
Chức năng sử dụng
Wardray Vật liệu tổng hợp có chì
Áo dài quây kín 0,25 Chụp mạnh máu, chụp X quang chung Burmed Vật liệu tổng hợp có chì
Áo – váy rời 0,25 Chụp mạnh máu
Xenolite Vật liệu tổng hợp không chì
Áo – váy rời 0,25
Amray “light” Vật liệu tổng hợp có chì
Áo dài quây kín
0,25 Chụp mạnh
máu
Tất cả các mẫu được lựa chọn đều có tương đương chì 0,25mmPb; với các vật liệu có chì và không chì. Tất cả các mẫu được lựa chọn từ các khoa trong bệnh viện sử dụng với các vị trí công việc khác nhau. Mỗi mẫu được đánh số mã hoá và lập hồ sơ để tiện theo dõi trong quá trình nghiên cứu tổng kết đánh giá.
Hình 1.23. Mô hình thí nghiệm khả năng cản xạ của mẫu thí nghiệm tại bệnh viện Dublin Twomajor
Thí nghiệm được bố trí: Thiết bị và mẫu thí nghiệm được thực hiện trong một buồng thí nghiệm đảm bảo tiếu chuẩn để nó có điều kiện tương đương với môi trường sử dụng áo của con người làm việc với tia X. Một nguồn phát tia X trong bệnh viện (Nguồn tia X: "Polydorus 50", trước nguồn được lọc bởi tấm nhôm 2,5mm). Liều lượng hiệu chuẩn (xác định và kiểm soát giá trị kerma tại mỗi cơ sở có tia X) trên một diện tích nhất định (DAP) được gắn liền với buồng thí nghiệm. Mẫu được đặt trên giá đỡ khoét rỗng (Polystyrene Frame), kích thước 85cm. Một đầu dò đo Kerma (MDH 2025, California, Mỹ) được đặt tại tâm trong phần rỗng của giá là 15cm. Bề mặt nguồn phát tia X được sử dụng có kích thước 15x20cm. Bề mặt mẫu trên giá (Polystyrene Frame) đặt cách bề mặt nguồn phát tia X là 100cm. Tất cả các khoảng cách và kích thước bố trí thí nghiệm không đổi trong quá trình thí nghiệm. Quá trình đo mỗi mẫu sản phẩm được thực hiện tại 6 điểm khác nhau. Vị trí điểm đo, đầu ghi Kerma và nguồn phát tia X nằm trên 1 trục đồng tâm. Mỗi vị trí đo được thực hiện tại 2 điện áp (70 và 100kV), tổng số phép đo là 12 lần.
Để xác định được khả năng cản xạ hay mức tương đương chì của mỗi mẫu, người ta sử dụng công thức sau [13]:
(1.7)
(1.8)
Trong đó: T- hiệu quả cản xạ của vật liệu thông qua tỷ lệ giá trị Kerma khi có vật liệu che chắn và khi không có vật liệu che chắn. (1.7)
Y- giá trị Kerma được đo bởi đầu dò MDH khi có mẫu che chắn, y là giá trị mà DAP đo được khi có mẫu che chắn
X- giá trị Kerma được đo bởi đầu dò MDH khi không có mẫu che chắn, x là giá trị mà DAP đo được khi không có mẫu che chắn
Kết quả cuối cùng khi xác định hiệu quả cản xạ - tương đương chì được tính bởi công thức (1.7 và 1.8). Trong đó: Th - độ dày tương đương chì; B - rào cản truyền; α , β và γ là hệ số có nguồn gốc từ một phụ kiện nhỏ nhất. Thực nghiệm xác định (tại 70 kVp, α = 5,369, β = 23,49 và γ = 0,45881; 100 kVp, α = 2,5, β = 15,28 và γ = 0,7557).
b. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thu được qua quá trình thí nghiệm bao gồm: - Những khuyết tật trong các sản phẩm
- Thực tế giá trị chì tương đương so với danh nghĩa
- Kêt quả tuơng đương chì thực tế được đánh giá đạt nếu giá trị này không quá 5% giá trị danh nghĩa.
1.3.3 Nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ [20]
Áo bảo hộ cản xạ loại nhẹ trong bảo vệ bức xạ tia X: Để bảo vệ bức xạ cho người làm việc tiếp xúc trong môi trường tia X. Vật liệu mới được phát triển không những che chắn tốt mà còn có khối lượng được giảm nhẹ, giúp họ có cảm giác thoải mái, không mệt mỏi, đau lưng. Có 2 phương pháp để thực hiện điều này. Một là, giảm hàm lượng chì điều này ảnh hưởng đến mức độ cản xạ. Phương pháp thứ 2 hiệu quả hơn là sử dụng vật liệu Composite bao gồm các nguyên tố có Z cao có mức năng lượng (cạnh hấp thụ) khác nhau nhằm hấp thụ các photon, bức xạ phân tán . Với cạnh hấp thụ K của chì là 88keV, được sử dụng pha lẫn trong vật liệu với số ít nhằm giải quyết khả năng cản xạ tốt trong dải phạm vi năng lượng lớn. Trong những nghiên cứu gần đây vật liệu tổng hợp có 96,9% suy giảm chùm tia trực tiếp với 100 kVp và 99,2% với 70 kVp, giảm tới 30% trọng lượng.
Hình 1.24. Mô hình bố trí thí nghiệm của các nhà khoa học Mỹ
Hình 1.24, vật liệu được đặt trước cửa sổ trung tâm 5cm của 1 tấm chắn gỗ bọc chì có độ dày 2,5mm. Sử dụng 2 máy đo Kerma (Detector), một đặt trước tấm chắn và một đặt sau tấm chắn 25cm cùng trên trục của cửa sổ trung tâm. Tất cả được thực hiện trong buồng tiêu chuẩn về bức xạ tia X (MDH 1015C; RadCal, Monrovia, CA)
Thí nghiệm được thực hiện với các vật liệu: 0,37mm tấm chì nặng 4,21 kg/m2; sản phẩm X (Xenolite Lite Tech, Inc., Bridgeport PA), một hỗn hợp của chì, antimon, vonfram nặng 5,56 kg/m2 sản phẩm Y (Ban-Ray; Burlington Medical Supplies, Inc, Brooklyn, NY), ba lớp trọng lượng nhẹ 0,35mm chì / vinyl tạp dề có trọng lượng 5,27 kg/m2; sản phẩm Z (Bunkhart Roentgen, New Milford, CT), một dẫn 0,5 mm vinyl tạp dề có trọng lượng 7,92 kg/m2.
Các mẫu vật liệu được tiếp xúc với chùm tia trực tiếp từ nguồn, đồng thời từ các bức xạ phân tán. Xác định tỷ lệ phơi nhiễm (mFVhr) được đo liên tục dưới dạng tích luỹ, trong khi tiếp xúc (mR) được đo từ chùm tia X chính. Sự suy giảm bức xạ từ các phép đo của tia X chính đã thu được trên các vật liệu thử nghiệm bằng cách sử dụng một nguồn tia X - Angioskop Siemens, máy phát Pandoros Optimatic (Siemens - hệ thống y tế, Iselin, NJ); lá chắn nhôm với độ dày một nửa 4,5mm được đặt vuông góc với chùm tia chính (lọc đảm bảo chất lượng chùm tia). Quá trình phân tích được lấy giá trị từ 3 dạng đo khác nhau: giá trị Kerma dưới chùm tia trực tiếp, giá trị đo được trước và sau của sổ của tấm chắn bọc chì 2,5mm.
Hình 1.25. Tỷ lệ phần trăm suy giảm bức xạ của 3 mẫu sản phẩm với chất liệu có thành phần khác nhau, và tấm chì là có độ dày 0,37mm.
Với chùm tia X chính: tấm chì 0,37mm hấp thụ 93,2 ± 0,1%; sản phẩm Y hấp thụ 93,7 ± 0,1%; sản phẩm X hấp thụ 96,8 ± 0,1%, và sản phẩm Z (tạp dề chì 0,5 mm thông thường) hấp thụ 96,9 ± 0,1%. Theo ghi nhận, ba vật liệu tạp dề (sản phẩm X, Y, Z) có khả năng làm suy giảm bức xạ tốt hơn so với tấm chì 0,37mm
Trường hợp, hiệu quả bảo vệ bức xạ của vật liệu hấp thụ phân tán: % sự suy giảm của phantom phân tán là 97,2 ± 0,3% cho các tấm chì 0,37mm; 97,5 ± 0,3% cho sản phẩm Y; 98,6 ± 0,2% đối với sản phẩm X, và 98,7 ± 0,1% cho sản phẩm Z (tạp dề chì thông thường 0,5 mm). Sự hấp thụ bởi các tấm chì 0,37mm ít hơn so với sản phẩm X và Z; trong khi đó sản phẩm Y có một sự suy giảm tương tự như tấm chì 0,37mm.
Kết quả từ cách đo thứ 3 (liều tích luỹ từ sự tiếp xúc trong môi trường - buồng tia X) thấy rằng. Trên đối tượng thứ nhất, tạp dề chì 0,37 mm dẫn đầu và các sản phẩm X được đánh giá: sự suy giảm là 99,3 ± 0,04% và 99,5 ± 0,1%. % sự suy giảm của sản phẩm X cao hơn so với các tấm chì 0,37mm. Composite (sản phẩm X), sản phẩm ba lớp (sản phẩm Y), và tạp dề chì thông thường (sản phẩm Z) được đánh giá trong đối tượng thứ hai: Sản phẩm Y hấp thụ 98,0 ± 0,1%; sản phẩm X hấp thụ 99,4 ± 0,3% và sản phẩm Z hấp thụ 99,7 ± 0,2% .
Qua kết quả thu nhận từ nghiên cứu này đánh giá cao việc vật liệu hấp thụ tốt các bức xạ phân tán từ fluoroscopic. Kết quả chứng minh rằng sản phẩm tạp dề X, Y, Z cung cấp tốt hơn so với 97,5% sự suy giảm của bức xạ phân tán. Sản phẩm Z (0,5mm tạp dề chì) có sự suy giảm cao nhất khi thử nghiệm cho tất cả các tiếp xúc. Nhưng thống kê, sản phẩm X (composite) có một mức độ hấp thụ bức xạ tương tự, tại một trọng lượng nhẹ hơn là 29,8% . Sản phẩm Y ít giảm nhẹ cho bệnh nhân phân tán bức xạ hơn là tấm chì dày 0,37mm và sản phẩm Z, và điều này là đúng như lý thuyết bởi vì sản phẩm Y đã làm giảm hàm lượng chì. Tuy nhiên, vì điều này, hàng bảo hộ cản xạ loại nhẹ - trọng lượng (33,5% nhẹ hơn) có thể được sản xuất có sự suy giảm tương đương với tấm chì dày 0,37 mm cho cả hai dạng bức xạ (trực tiếp và phân tán, suy giảm 97,5%).
Nghiên cứu thừa nhận rằng việc giảm hàm lượng chì và đưa vào đó là vật liệu thay thế vẫn đảm bảo kiểm soát khả năng suy giảm bức xạ dạng phân tán. Trên nghiên cứu này thực hiện ở số ít là 2 đối tượng để chứng minh được bằng giá trị cụ thể. Các nghiên cứu hay kiểm định nào khác có thể lấy tiêu chuẩn đã định bởi tấm chì (tạp dề chì) 0,5mm.
KẾT LUẬN CHƢƠNG I
Ngày nay, bức xạ đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau: năng