bài tiểu luận thu nhận ảnh bằng bức xạ ion

Đối với lĩnh vực Y tế, hiện đa số sử dụng các thiết bị bức xạ đểphục vụ chẩn đoán, điều trị bệnh bằng các máy phát tia X để chiếu, chụp ảnh X-quangchẩn đoán bệnh.. Tuy vậy, luôn đi kèm k

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA ĐIỆN TỬ

BÀI TIỂU LUẬN

Đề tài: THU NHẬN ẢNH BẰNG BỨC XẠ ION Giảng viên hướng dẫn : TS Dương Trọng Lượng

Sinh viên thực hiện : Hà Như Quỳnh – MSSV: 20220032P

Dương Tiên Hưng – MSSV: 20220015P Ngành : Kỹ thuật y sinh

Năm 2023

MỤC LỤC

ĐẦU………

2

đề………

2 1.2 Thực trạng ứng dụng bức xạ trong các cơ sở y tế………

3 1.3 Ý nghĩa của việc sử dụng bức xạ ion………

7 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ TIA X SỬ DỤNG TRONG Y TẾ

7

-quang

7

X

7

tế

7 2.1.3 Hiệu ứng sinh học do bức xạ tia X gây ra

8

xạ

8 2.1.5 Cấp độ hiệu ứng sinh học do bức xạ gây ra

8 2.1.6 Thực trạng về an toàn bức xạ trong sử dụng thiết bị X – quang y

tế

9 2.1.7 Đề xuất và giải pháp đảm bảo an toàn bức xạ

11 2.2 Chụp cắt lớp vi tính (thường được viết tắt là chụp CT)

12

LUẬN

14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

1

CHƯƠNG I LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay bức xạ đã được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực: Nghiên cứu, công nghiệp, y học, bảo vệ môi trường và một số lĩnh vực khoa học… trong đó phổ biến và quan trọng nhất là ở 2 lĩnh vực Y tế và Công nghiệp, nhờ đó đã góp phần đáng kể cho sự phát triển kinh tế - xã hội Đối với lĩnh vực Y tế, hiện đa số sử dụng các thiết bị bức xạ để phục vụ chẩn đoán, điều trị bệnh bằng các máy phát tia X để chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn đoán bệnh Việc sử dụng máy X-quang giúp bác sĩ thực hiện thuận tiện, nhanh chóng và chính xác trong chẩn đoán viêm phổi, viêm khớp, gãy xương, các bệnh lý của tim, phổi, dạ dày, đầu, ngực, bụng, mạch máu…để phát hiện tình trạng bên trong cơ thể người bệnh, nhất là phim X-quang còn giúp thấy được các dấu hiệu sớm của bệnh để tiến hành điều trị trước khi bệnh nặng, từ đó đưa ra phương pháp điều trị hiệu quả hơn cho bệnh nhân

Chúng ta không phủ nhận những lợi thế và những hiệu quả thiết thực trong việc chẩn đoán bệnh cho con người do phương pháp này mang lại Tuy vậy, luôn đi kèm khi thực hiện kỹ thuật là những hậu quả hết sức nặng nề do bị nhiễm xạ, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe, đối với chính bản thân các bác sỹ, các kỹ thuật viên sử dụng máy móc chiếu, chụp X-quang; các bệnh nhân phải chiếu chụp để được chẩn đoán bệnh và những người xung quanh khu vực tác dụng của chùm tia X phát ra từ máy phát Khi bị nhiễm xạ, bức

xạ sẽ I-on hóa các phân tử sinh học làm hư hỏng các tế bào, dẫn tới làm tổn thương các chức năng và gây ra bệnh lý Tùy thuộc vào liều lượng hấp thụ, con người có biểu hiện như: Tủy xương (ngừng hoạt động), niêm mạc ruột (tiêu chảy, sụt cân), máu (nhiễm độc),

da (ban đỏ, viêm da, sạm da), giảm sức đề kháng cơ thể, vô sinh, ung thư nhất là đối với phụ nữ mang thai, khi chụp X-quang có thể gây hại cho thai nhi nếu dùng quá liều bức xạ…

Thu nhận ảnh bằng bức xạ ion là quá trình sử dụng các hạt ion để tạo ra hình ảnh trong

y học hoặc nghiên cứu khoa học Điều này thường được áp dụng trong các kỹ thuật hình ảnh như chụp X quang hoặc quét tomography

Bức xạ ion hoá bao gồm:

Các sóng điện từ năng lượng cao (tia x, tia gamma)

Các hạt (các hạt alpha, các hạt beta, neutron)

Bức xạ ion hoá được phát ra bởi các nguyên tố phóng xạ và các thiết bị như máy chụp X-quang và máy xạ trị

3

Hầu hết các phương tiện chẩn đoán hình ảnh sử dụng bức xạ ion hóa (như chụp X-quang, CT hoặc xạ hình) đều gây phơi nhiễm cho bệnh nhân ở liều phóng xạ tương đối thấp, và nhìn chung được coi là an toàn Tuy nhiên, tất cả các bức xạ ion hóa đều có khả năng gây hại, và không có ngưỡng an toàn nào có thể loại trừ hết cách tác động có hại,

do đó, cần tập trung nỗ lực tối đa nhằm đưa mức phơi nhiễm phóng xạ xuống thấp nhất

1.2 Thực trạng ứng dụng bức xạ trong các cơ sở y tế

Có nhiều cách để đo độ phơi nhiễm phóng xạ:

Liều hấp thụ là lượng bức xạ hấp thụ trên một đơn vị khối lượng Nó được biểu diễn

dưới dạng các đơn vị chuyên dụng là gray (Gy) và milligray (mGy) Trước đây, nó được biểu hiện dưới dạng liều hấp thụ bức xạ (rad); 1 mGy = 0,1 rad

Các liều tương đương là liều hấp thụ nhân với hệ số trọng lượng bức xạ điều chỉnh cho các tác động trên mô, dựa vào loại bức xạ (ví dụ như tia X, tia gamma, electron) Đơn vị biểu diễn là sieverts (Sv) và millisieverts (mSv) Trước đây, nó được biểu diễn dưới dạng từ trường tương đương roentgen ở người (rem; 1 mSv = 0,1 rem) Đối với các phương tiện chẩn đoán hình ảnh sử dụng tia X, bao gồm cả CT, hệ số trọng lượng bức

xạ là 1

Liều hiệu dụng là một trong số những thước đo nguy cơ ung thư; nó giúp điều chỉnh

liều tương đương dựa trên tính nhạy cảm của các mô bị phơi nhiễm (ví dụ, hệ sinh dục

là cơ quan dễ tổn thương nhất) Nó được biểu diễn bằng đơn vị Sv và mSv Liều hiệu dụng cao hơn đối với đối tượng trẻ tuổi

Chẩn đoán hình ảnh y khoa chỉ là một nguồn tiếp xúc với bức xạ ion hóa (xem bảng Liều lượng bức xạ điển hình) Một trong số những nguồn khác đến từ việc phơi nhiễm bức xạ trong môi trường tự nhiên (từ bức xạ vũ trụ và các đồng vị phóng xạ tự nhiên) Đây có thể là những nguồn phơi nhiễm có ý nghĩa, đặc biệt là ở những vùng có

độ cao lớn; các chuyến bay thường dẫn đến việc gia tăng phơi nhiễm với bức xạ môi trường, mức độ cụ thể như sau:

Từ một chuyến bay máy bay từ bờ biển đến bờ biển: 0,01 đến 0,03 mSv

Mức phơi nhiễm phóng xạ trung bình hàng năm tại Hoa Kỳ: Khoảng 3 mSv

Mức phơi nhiễm bức xạ trung bình hàng năm ở những vùng cao (ví dụ Denver, Colorado): Có thể > 10 mSv

4

Liều bức xạ điển hình* Liều bức xạ điển hình*

Phương pháp chẩn

đoán hình ảnh

X-quang ngực

X-quang ngực (2 tư

thế: sau-trước và bên) 0,1

X-quang cột sống lưng

thắt lưng 1,5

X-quang các chi 0,001–

0,01 X-quang, bụng 0,7

Thụt barit 8…

Chụp X-quang tuyến vú 0,4

Chụp CT, đầu 2

CT thân mình (ngực,

bụng, hoặc tiểu khung) 6–8

Chụp động mạch vành 7

Chụp động mạch vành

có can thiệp 15

Phương pháp chẩn đoán hình ảnh X-quang ngực

X-quang ngực (2 tư thế: sau-trước và bên) 0,1 X-quang cột sống lưng thắt lưng 1,5

X-quang các chi 0,001–

0,01 X-quang, bụng 0,7 Thụt barit 8… Chụp X-quang tuyến vú 0,4 Chụp CT, đầu 2

CT thân mình (ngực, bụng, hoặc tiểu khung) 6–8 Chụp động mạch vành 7 Chụp động mạch vành

có can thiệp 15

Bức xạ có thể gây hại nếu tổng liều tích lũy cao, ví dụ khi chụp CT nhiều lần, vì chụp

CT đòi hỏi liều bức xạ cao hơn hầu hết các phương tiện chẩn đoán hình ảnh khác Phơi nhiễm phóng xạ cũng cần được quan tâm trong một số trường hợp nguy cơ cao như:

Mang thai

5

Trẻ nhỏ

Trẻ nhỏ

Phụ nữ trẻ tuổi cần chụp mammography

Tại Hoa Kỳ, CT chiếm khoảng 15% tổng số lần chụp chiếu, nhưng sở hữu lượng bức xạ chiếm tới 70% tổng số bức xạ phát ra của tất cả các phương tiện chẩn đoán hình ảnh So với CT đơn dãy, CT đa dãy sở hữu lương bức xạ lớn hơn 40-70% Tuy nhiên, các tiến

bộ gần đây (như kiểm soát phơi nhiễm tự động, các thuật toán tái tạo lặp lại, các dãy đầu thu CT thế hệ thứ 3) đã làm giảm đáng kể liều bức xạ sử dụng trong mỗi lần chụp CT Hiệp hội X-quang Hoa Kỳ đã khởi xướng các chương trình — Image Gently (cho trẻ em) và Image Wisely (cho người lớn) - để giải đáp những lo ngại về sự gia tăng tiếp xúc với bức xạ ion hóa được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh y khoa Các chương trình này cung cấp nguồn lực và thông tin về giảm thiểu phơi nhiễm phóng xạ tới các bác sĩ chẩn đoán hình ảnh, các bác sỹ lâm sàng, các nhân viên y tế khác thuộc chuyên ngành chẩn đoán hình ảnh và bệnh nhân

Bức xạ và ung thư

Ước tính nguy cơ ung thư do phơi nhiễm phóng xạ trong chẩn đoán hình ảnh đã được ngoại suy từ các nghiên cứu tiến hành trên các đối tượng tiếp xúc với liều bức xạ rất cao (ví dụ những người sống sót sau vụ nổ bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki) Phân tích này cho thấy nguy cơ ung thư tuy nhỏ, nhưng vẫn hiện hữu, nếu liều bức xạ đạt ngưỡng hàng chục mGy (tương đương ngưỡng bức xạ sử dụng trong CT) Chụp CT mạch phổi, thường dùng để phát hiện tắc mạch phổi, phát liều bức xạ tới hai vú tương đương với khoảng từ 10 đến 25 lần chụp mammography vú 2 tư thế

Bệnh nhân trẻ có nguy cơ cao hơn bởi

Thời gian sống dài hơn, bởi thế ung thư có nhiều thời gian phát triển hơn

Tăng trưởng tế bào mạnh hơn ở người trẻ tuổi, và do đó nhạy cảm với tổn thương DNA hơn

Đối với trẻ 1 tuổi, khi chụp CT vùng bụng, nguy cơ ung thư phát triển trong suốt cuộc đời ước tính vào khoảng 0,18% Nếu bệnh nhân cao tuổi làm xét nghiệm này, nguy cơ

sẽ thấp hơn

Nguy cơ cũng phụ thuộc vào việc mô nào là mô bị chiếu xạ Các mô bạch huyết, tủy xương, máu, tinh hoàn, buồng trứng và ruột được xem là rất nhạy cảm với bức xạ; ở người trưởng thành, hệ thần kinh trung ương và hệ cơ xương khớp kháng tia xạ tương đối tốt

6

Bức xạ trong thai kỳ

Nguy cơ bức xạ phụ thuộc vào

Liều

Loại phương tiện chẩn đoán hình ảnh

Vùng cơ thể được tiến hành chụp

Thai nhi phơi nhiễm bức xạ ít hơn mẹ; trong những trường hợp sau đây, phơi nhiễm bức

xạ của thai nhi là không đáng kể:

Đầu

Chụp cột sống cổ

Cực đoan

Chụp X-quang vú trong khi tử cung đã được chắn xạ

Mức độ phơi nhiễm bức xạ của tử cung phụ thuộc vào tuổi thai và kích thước tương ứng của tử cung Tác động của bức xạ phụ thuộc vào tuổi thai (thời gian từ khi thụ thai)

Khuyến cáo:

Chỉ nên chỉ định các phương tiện chẩn đoán hình ảnh có bức xạ ion hóa khi cần thiết Nên cân nhắc các phương án thay thế Ví dụ, ở trẻ nhỏ, chấn thương nhẹ vùng đầu thường có thể được chẩn đoán và điều trị dựa trên lâm sàng, viêm ruột thừa thường có thể được chẩn đoán bằng siêu âm Tuy nhiên, không nên chần chừ nếu cần thiết phải chụp, ngay cả khi liều bức xạ cao (như chụp CT), miễn là lợi ích lớn hơn nguy cơ có thể có

Trước khi thực kiểm các kiểm tra chẩn đoán ở phụ nữ trong độ tuổi sinh đẻ, nên cân nhắc đến việc mang thai, đặc biệt là vì nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ cao nhất trong thời

kỳ đầu mang thai (ba tháng đầu của thai kỳ), thường không được phát hiện Cần lưu ý che chắn tử cung ở những đối tượng trên mỗi khi có thể Các nghiên cứu gần đây đã làm dấy lên tranh cãi xung quanh khuyến nghị tiêu chuẩn này, cụ thể là việc che chắn có thể làm tăng liều bức xạ đối với tử cung và thai nhi

Hiện nay trong y tế, các nguồn phóng xạ được xử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh

Có thể phân nguồn phóng xạ trong lĩnh vực y tế thành 2 loại

- một là nguồn từ máy xquang : Nghĩa là dùng chùm tia X có cường độ tương đối mạnh chiếu nhanh trong thời gian ngắn dùng trong chụp hình giúp cho việc chẩn đoán bệnh

- Nguồn từ máy phất tia X: Các nguồn phóng xạ phát ra các chum tia tương đối yếu và được chiếu liên tục trong soi hình

- Nguồn thứ 2 là sử dụng các đồng vị phóng xạ để điều trị bệnh: Nguồn này lại được chia làm hai loại là nguồn kín và nguồn hở

7

Nguồi kín là các máy có sử dụng đồng vị phóng xạ như máy xạ trị, máy gia tốc điện tử tuyến tính tạo chùm eclecteron hay tia X, dao phẫu thuật bằng tia gamma

Nguồn hở là các chất phóng xạ được đưa trực tiếp vào trong cơ thể qua đường tiêu hoá hoặc tiêm để chẩn đoán và chữa trị bệnh ( hay còn gọi là phươgn pháp điều trị chiếu trong) bằng cách tiêm hoặc uống các nguồn này thường phát ra năng lượng bức xạ bêta

1.3 Ý nghĩa của việc sử dụng bức xạ ion

Nhiệm vụ này sẽ góp phần giúp công tác đảm bảo an toàn bức xạ của các cơ sở y tế sử dụng thiết bị X-quang được thực hiện nghiêm túc, chặt chẽ, có hệ thống Thông qua việc khảo sát, đánh giá chi tiết tổng thể hiện trạng quản lý an toàn các cơ sở bức xạ ở các đơn

vị sử dụng thiết bị bức xạ sẽ giúp cơ quan quản lý xác định được những khó khăn vướng mắc ở cơ sở trong công tác thực thi các quy định pháp luật của nhà nước về an toàn bức

xạ, làm cơ sở đề ra giải pháp quản lý có hiệu quả, đảm bảo sử dụng an toàn thiết bị bức xạ trên địa bàn các cơ sở y tế

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ TIA X SỬ DỤNG TRONG Y TẾ 2.1 Tổng quan về thiết bị X -quang

2.1.1 Tia X

Tia X hay còn được gọi là tia Rơnghen có bản chất là bức xạ sóng điện từ không nhìn thấy được, có bước sóng từ 10 m đến 10 m, ngắn hơn bước sóng của tia tử ngoại nhưng-12 -8

lớn hơn bước sóng của tia gamma Những tia X có bước sóng khoảng từ 10 m đến 10-12

-11m có tính đâm xuyên mạnh hơn nhờ khả năng ion hóa được gọi là tia X cứng, thường được dùng trong y tế, những tia X có bước sóng lớn hơn gọi là tia mềm không có khả năng ion hóa

2.1.2 Thiết bị X - quang Y tế

Ứng dụng tính chất truyền qua các môi trường vật chất khác nhau và khả năng ion hóa của tia X để chế tạo thiết bị máy chụp, chiếu X-quang và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp Máy X-quang thông thường gồm 05 bộ phận chính: Bóng phát tia X, máy phát cao thế, tủ điều khiển, bộ khu trú chùm tia, hệ thống ghi nhận hình ảnh Trong đó bóng phát tia X là bộ phận quan trọng nhất của máy có nhiệm vụ phát ra tia X

Trong y tế, thiết bị phát tia X được sử dụng để chẩn đoán bệnh bao gồm: thiết bị X -quang chụp răng, thiết bị X - -quang chụp vú, thiết bị X - -quang di động, thiết bị X - -quang

đo mật độ xương, thiết bị chiếu, chụp X - quang tổng hợp, thiết bị X - quang tăng sáng

8

truyền hình, thiết bị chụp cắt lớp vi tính CT scanner, thiết bị X - quang chụp can thiệp và chụp mạch

2.1.3 Hiệu ứng sinh học do bức xạ tia X gây ra

Bản chất tia X là bức xạ ion hóa nên gây nên những tổn thương sinh học theo những quy luật chung như các tia ion hóa khác Ảnh hưởng của tia X lên cơ thể con người phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là: Liều lượng tia; công suất của liều lượng đó, tình trạng của cơ thể

2.1.4 Cơ chế tác động của bức xạ

Cơ chế tác động của bức xạ ion hóa lên cơ thể sống theo cơ chế trực tiếp hoặc gián tiếp Khi tác động bằng cơ chế trực tiếp, tia bức xạ sẽ tác động vào liên kết của phân tử ADN và trực tiếp phá vỡ liên kết này

Đối với cơ chế gián tiếp, trước hết tia bức xạ sẽ ion hóa các phân tử nước tạo ra những gốc tự, từ đó các gốc tự do này sẽ tiếp tục phản ứng làm tổn thương phân tử AND

và các thành phần hữu cơ trong tế bào như các protein và lipid

2.1.5 Cấp độ hiệu ứng sinh học do bức xạ gây ra

Cấp độ ảnh hưởng của hiệu ứng sinh học do bức xạ gây ra được phân chia theo đặc tính hiệu ứng, thời gian xuất hiện, bản chất và tổ chức chịu ảnh hưởng theo bảng

2.1.6 Thực trạng về an toàn b

9

ức xạ trong sử dụng thiết bị X – quang y tế

* Nguyên lý tạo ảnh X-quang

Cơ sở vật lý của máy chụp X-Quang dựa trên tính chất của tia X (tia Roentgen): Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901, và cũng từ đó chúng ta đã có được những bước tiến dài trong lĩnh vực này… Tia X là sóng điện từ gồm những sóng xoay chiều theo chu kỳ, cùng một loại với ánh sáng và sóng vô tuyến điện Đặc điểm của các bức xạ trên là truyền đi với tốc độ gần giống nhau (khoảng 300.000km/s) chỉ khác nhau

về bước sóng, chu kỳ và tần số Tia X có bước sóng dài khoảng 10-8 cm

Một số tính chất của tia X:

- Tính truyền thẳng và đâm xuyên

- Tính bị hấp thu

- Tính chất quang học

- Tính chất gây phát quang

- Tính chất hoá học

Chùm tia X khi xuyên qua một vật thể, ví dụ cơ thể người, sẽ bị suy giảm (hấp thụ), sau

đó tác động vào một vật hiện hình, từ đó tạo ra một hình ảnh tổng thể của toàn bộ thể tích được tia X chiếu qua Sự suy giảm này không đồng đều mà khác nhau, phụ thuộc vào khả năng hấp thụ tia X của vật chất và được đánh giá bởi công thức Lamber-Beer:

Trong đó:

I0: Năng lượng chùm tia tới

I: Năng lượng chùm tia sau khi đi qua đối

tượng (chùm tia ló)

s: Bề dày của đối tượng

p: mật độ vật chất trung bình của đối tượng

µ: hệ số suy giảm khối lượng Hệ số µ biểu thị cấu trúc vật chất của các đối tượng và phụ thuộc vào năng lượng bức xạ

10