2.2 Các ph ương pháp tính toán che chắn cho phòng máy CT
2.2.1 Ph ương pháp sử dụng CTDI
Trong tính toán che chắn cho phòng máy CT, do chùm tia sơ cấp thông thường bị suy giảm bởi các detector và khoang máy nên ta chỉ xét tới bức xạ thứ cấp (bức xạ tán xạ và bức xạ rò). Phantom được sử dụng là các mô hình làm bằng acrylic hình trụ có đường kính 16 cm và 32 cm tượng trưng lần lượt cho phần đầu và phần thân với chiều dài xấp xỉ 15 cm.
Giá trị air kerma tán xạ tại khoảng cách 1m từ nguồn phát bức xạ tỉ lệ với tích phân của liều hấp thụ D(z) dọc theo trục z vuông góc với mặt phẳng quét:
1 ( ) ( )
S R
K κ+∞D z dz κN +∞ f z dz
−∞ −∞
= ∫ = ∫
(2.11)
51
Trong đó, NR là tổng số vòng quay của ống phát tia X trong một pha chụp.
( )
f z là phân bố liều ứng với một vòng quay riêng lẻ (không có sự chuyển động của phantom).
κ là một hằng số đặc trưng cho lượng bức xạ tán xạ trên mỗi một đơn vị chiều dài dọc theo trục cách bề mặt phantom 10 mm (Trong phương pháp tính này, trục cách bề mặt phantom 10 mm được chọn là trục chuẩn). Giá trị κ bao
gồm cả thành phần bức xạ rò ở ống phát tia X nên sau này các giá trị air kerma được xác định với κ được viết lại là air kerma thứ cấp Ksec. κ có giá trị khác nhau đối với phần đầu và phần thân.
5 1
ad 9 10
he cm
κ = × − − (2.12.1)
4 1
d 3 10
bo y cm
κ = × − − (2.12.2)
CTDI100 đo được trên một vòng quay riêng lẻ sử dụng buồng ion hóa dài 10 cm:
50 100
50
D 1 ( )
mm
b mm
CT I f z dz
T
+
−
= ∫
(2.13) Với Tb là bề dày danh định của chùm tia X.
Đối với CT đa lát cắt thì Tb= nTn với n là số lát cắt thu được đồng thời trong mỗi vòng quay, Tn là bề dày của mỗi lát cắt.
Khi đó, phương trình (2.11) được xác định như sau:
1
D 100
sec R b
K ≈κN T CT I (2.14)
Khi máy CT làm việc ở chế độ quét xoắn ốc, bệnh nhân được đặt trên bàn và dịch chuyển liên tục dọc theo trục quay với vận tốc v. Khi đó, chùm tia bức xạ sẽ có dạng xoắn ốc trên bề mặt của phantom. Với τ là thời gian để ống phát tia X quay được một vòng xung quanh phantom thì khoảng dịch chuyển của phantom trong mỗi vòng quay tương ứng là TF =vτ. Chiều dài quét dọc theo trục z là
L=N TFR
Phương trình (2.14) được viết lại:
52
1
sec L D100
K CT I
κ p
=
(2.15) Trong đó, p là giá trị pitch và được xác định bằng phương trình (2.1)
Sử dụng phương pháp này là ta đã giả sử các bức xạ tán xạ có tính đẳng hướng, tức là sự phân bố bức xạ tán xạ theo mọi hướng là như nhau mà không xét tới phân bố bức xạ có dạng đồng hồ cát (hourglass) được đưa ra bởi các nhà sản xuất do bức xạ tán xạ bị suy giảm đáng kể bởi khoang máy.
Giá trị CTDI100 đối với nhiều loại máy quét CT được lập bảng cụ thể trong trang web IMPACT [26]. Trang web này cung cấp các giá trị CTDI100 ứng với 100 mAs tại mỗi giá trị kVp khác nhau và được cập nhật định kỳ khi các mẫu máy quét mới được đưa vào sử dụng.
D 100
nCT I được định nghĩa là giá trị CT ID 100ứng với mỗi mAs và được xác định bằng phương trình (2.4) nên từ (2.14) và (2.15) ta được:
1
sec R b Asn D 100 L Asn D 100
K N T m CT I m CT I
κ κ p
= =
(2.16) Mục đích của việc tính toán che chắn là xác định bề dày của lớp che chắn sao cho giá trị air kerma tại khu vực lưu trú bên ngoài lớp che chắn giảm tới giá trị
/
≤P T(mục tiêu của việc tính toán che chắn P được hiệu chỉnh bởi hệ số chiếm cứ T đối với khu vực tiến hành thiết kế che chắn).
Tỉ số truyền qua đối với chùm tia rộng B(x) được định nghĩa là tỉ số giữa giá trị air kerma tại vị trí sau lớp che chắn bề dày x và giá trị air kerma tại cùng vị trí mà không có sự can thiệp của che chắn bức xạ. Khi đó, bề dày xbarrier tối ưu nhất của lớp che chắn sẽ thỏa biểu thức:
2
arrier 1
( b ) P d
B x T K N
= (2.17) Trong đó, P là mục tiêu của việc tính toán che chắn.
T là hệ số chiếm cứ đối với khu vực thiết kế che chắn.
d là khoảng cách ngắn nhất từ nguồn phát bức xạ tới vị trí lưu trú bên ngoài lớp che chắn.
53
N là số pha chụp CT trong một tuần.
K1 là giá trị air kerma trung bình ứng với mỗi pha chụp CT tại khoảng cách 1 m từ nguồn phát bức xạ khi chưa được che chắn.
Đối với CT, ta chỉ quan tâm tới bức xạ thứ cấp do đó biểu thức (2.17) được viết lại:
2 sec
sec arrier 1
sec
( b ) P d
B x
T K N
= (2.18)
Trong đó, Ksec1 là giá trị air kerma thứ cấp ứng với mỗi pha chụp CT tại khoảng cách 1m khi chưa được che chắn.
dsec là khoảng cách từ nguồn phát bức xạ thứ cấp tới vị trí bị chiếm cứ bên ngoài lớp che chắn thứ cấp.
Từ các giá trị Bsec(xbarrier) ta dễ dàng xác định được bề dày tối ưu nhất cho lớp che chắn dựa vào đường cong thể hiện sự truyền qua một số vật liệu che chắn của bức xạ thứ cấp đối với CT (Hình B.1 và B.2)
Ngoài ra, ta cũng có thể xác định được nghiệm đại số của xbarrier theo công thức:
1 sec 2 sec arrier
1 d ln
1
b
NTK x P
γ β
α αγ β
α
+
=
+
(2.19)
Trong đó, α β γ, , là các tham số phụ thuộc vào vật liệu của lớp che chắn, cũng như sự phân bố tải làm việc theo giá trị của kVp.