Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 17
NHIỄU TẦN SỐ RADIO TỪ BỘ ĐIỀU BIẾN CỦA
MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH
M. Lamey, S. Rathee, L. Johnson, M. Carlone, E. Blosser, and B. G. Fallone
TÓM LƯỢC
Một phương pháp mới về xạ trị dùng hình ảnh đang được một vài nhóm thực
hiện có liên quan tới sự tích hợp của máy gia tốc tuyến tính với ảnh hóa cộng hưởng từ
(MRI). Để kết hợp thành công máy gia tốc tuyến tính với một MRI thì điều quan trọng
là hiểu về các đặc điểm và các nguồn chính gây ra tiếng ồn tần số sóng vô tuyến (RF)
từ bộ điều biến công suất của máy gia tốc khi những đặc điểm và nguồn này có thể cản
trở hoạt động của MRI. Mật độ quang phổ công suất tiếng ồn RF từ bộ biến điệu của
máy gia tốc tuyến tính đo được,mà được nạp tải riêng rẽ với một magnetron và một tải
điện trở. Trường RF được phát ra do mạng dạng xung (PFN) mà được xác định nhờ
mô phỏng và được so sánh với các số đo. Các cảm ứng bão hòa được giới thiệu trong
các mạch khởi động của thyratron để giảm các xung nhiễu điện áp được them vào
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 1
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
trong mạch khởi động để đánh giá tác động của các xung nhiễu này lên các số đo tiếng
ồn RF. Các kết quả đã minh họa cho nguồn chính gây ra tiếng ồn RF từ bộ biến điệu
của một máy gia tốc tuyến tính là hoạt động của magnetron. Nó cũng loại ra cuộn PFN
mà những xung điện áp lưới điện gird của thyratron là các nguồn chính có thể có của
tiếng ồn RF. Đối với các hệ thống linac-MRI, bộ biến điệu của một máy gia tốc nên
được đặt trong một hộp RF riêng biệt xa khỏi MRI.
Các thuật ngữ- Máy gia tốc tuyến tính, ảnh hóa cộng hưởng từ (MRI),
magnetron, vật lý y học, bộ biến điệu, mạng dạng xung (PFN), tiếng ồn RF, thyratron.
I-GIỚI THIỆU
Một cách lý tưởng thì trong khi xạ trị chúng ta muốn chữa trị mô ung thư bằng
một liều lượng phóng xạ thích hợp trong lúc không làm ảnh hưởng tới bất cứ mô khỏe
mạnh nào. Để đạt được mục tiêu này, có một thay đổi lớn về xạ trị dùng hình ảnh

tạo ra các chùm photon có hình dạng không đều; điều này được thực hiện nhờ việc sử
dụng các ống chuẩn trực lá chuyển động được vận hành bởi các động cơ một chiều.
Công việc trong [10] cho biết rằng nhiễu tần số sóng vô tuyến được tạo ra do các động
cơ một chiều có thể được chắn để không có sự giảm chất lượng của các MRI mà được
phân tích trong khi ống chuẩn trực đa lá được hoạt động cùng lúc đó.
Tuy nhiên, những báo cáo trước đó không bàn luận về các nguồn của nhiễu RF
có liên hệ với máy gia tốc tuyến tính. Mục đích của nghiên cứu này là để tìm ra các
nguồn của nhiễu RF từ bộ điều biến công suất của máy gia tốc tuyến tính. Chúng tôi
giới thiệu các kết quả từ các phép đo và các mô phỏng, mà cố gắng để xác định các
nguồn chính của nhiễu RF hoặc để lọai trừ các máy móc có thể là nguồn gây nhiễu RF.
Các kết quả từ nghiên cứu này là có ích cho các hệ thống cộng hưởng từ-tuyến tính ở
nơi mà sự phát sinh ra nhiễu RF từ máy gia tốc tuyến tính là quan trọng. Công việc
này trình bày một cách cụ thể về bộ điều biến của máy gia tốc tuyến tính mà công suất
sóng ngắn của máy được tạo ra nhờ một magnetron.
II-NGUYÊN LÝ
Nhiễu RF từ bộ điều biến của máy gia tốc tuyến tính được đo bằng các điện tử
sẵn có (E) và các máy dò cường độ từ trường (H). Các phép đo này được sử dụng để
biểu diễn các dữ liệu được đo bằng mật độ quang phổ công suất RF. Tổng số dạng
sóng trục thời gian N, e
i
(t), và h
i
(t), lần lượt từ máy dò trường E và H thu được đầu
tiên. Trong đó i là dạng sóng thứ i và t là thời gian. Một ngàn dạng sóng được sử dụng
trong nghiên cứu này để thu được một ước tính về số đo này. Trong ký hiệu này,
chúng ta coi là độ lớn của các trường vì máy dò E được sử dụng trong nghiên cứu này
đo độ lớn của trường E và trong khi ngoại tuyến chúng ta đã thêm vào các thành phần
trường H lệch pha 90
o
. Mật độ quang phổ đo được của các trường E và H, lần lượt là

(t) bằng h
i
(t), E
i
bằng H
I
, và M
E
bằng M
H
.
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 3
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
Các mật độ quang phổ đo được M
E
(f) và M
H
(f) được liên hệ lần lượt với với
cường độ trường E và H mặc dù các nhân tố thể hiện PF
E
(f) và PF
H
(f). Ví dụ, trường E
được liên hệ với số đo sau:
E=M
E
(f)PF
E
(f). (2)
H thay thế cho E trong (2) cho trường H. Như được minh họa trong (2), các chỉ

. Do
đó, trong nghiên cứu này mật độ quang phổ lực tương đối (P) của nhiễu RF được tính
nhờ công thức sau đây:
P
upper
(f) =
2
)()( fHfE
(4)
Phương trình (4) cung cấp giới hạn trên, ví dụ cho (3), đánh giá mật độ quang
phổ lực đo được của nhiễu RF.
III-THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP
Một bộ điều biến được tân trang lại của máy gia tốc 6-MV được sử dụng để
nghiên cứu các nguồn gây nhiễu RF. Một biểu đồ về bộ điều biến được minh họa trong
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 4
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
Hình.1. Các thành phần chính của bộ biến điệu bao gồm 3 nguồn điện (nguồn điện một
chiều trong Hình.1), một cuộn cảm kháng lớn và mạch de’Q, một mạng dạng xung
(PFN) với một bộ tụ điện Hipotronics của các tụ 10nF, và một thyratrin E2 V và một
magenetron E2 V MG5193. ( được biểu thị như tải trong hình 1). Công suất sóng ngắn
được tạo ra nhờ magnetron được cấp trong một tải nước được thiết kế điện từ (EM
Design, Medford Oregon, mẫu R284B-3). Tải nước được sử dụng để làm tiêu tan năng
lượng sóng ngắn từ magnetron . Tải thuần trở không đòi hỏi việc sử dụng tải nước.
Hình 1. Sơ đồ của các thành phần chính của bộ điều biến của máy gia tốc tuyến
tính
Các trường E và H được tạo ra bởi bộ điều biến được đo nhờ sử dụng bộ máy
dò HZ-11 trường gần ( Rohde và Schwarz, Munich, Đức). Máy đo E đo toàn bộ cường
độ trường E, trong khi máy đo H được sử dụng để đo ba thành phần trực giao riêng rẽ
của cường độ trường H; 3 thành phần này được thêm khi lệch pha 90
o

được giữa magnetron và tải điện trở có thể được cho là sự nạp tải magnetron. Một bên
bảng của khung RF, gần magnetron nhất, của bộ điều biến được bỏ đi trong các số đo
này. Các máy đo trường E và H được lắp vào bệ thí nghiệm để magnetron và các máy
dò ở độ cao xấp xỉ như nhau. Các máy đo thẳng hàng với magnetron khi đặt ở khoảng
cách 2 mét từ bộ điều biến.
Khi được tháo ra, chiều dài của cuộn PFN xấp xỉ 20 m,ở chiều dài này, cuộn
dây bức xạ tốt trong giới hạn hàng chục MHZ. Một nghiêng cứu riêng biệt được thực
hiện để xác định trường RF được tạo ra do cuộn PFN trong khi PFN xả điện.
MultiSIM ( National Instruments, Austin, TX) gói phần mềm được sử dụng để tái tạo
mạch hoàn chỉnh của bộ điều biến, được minh họa trong hình 1, và được đo các điện
thế và các cường độ dòng điện tại những điểm cụ thể trong mạch của bộ điều biến. Cụ
thể là, mô phỏng bao gồm nguồn điện 3 pha; một cuộn cảm kháng lớn và mạch De’Q;
cuộn cảm ứng từ được tạo như các cuộn cảm kháng rời rạc với ghép tương hỗ;
thyratron như một điốt/ống 2 cực, một nút và một điện trở nhỏ; magnetron như một
điốt không đối xứng của điện trở 400Ω với dung kháng nhỏ nối song song. Mô phỏng
này cũng bao gồm mạng khử xung nhọn, một mạch chia điện thế để đo điện thế PFN,
một mạch để đo cường độ dòng điện nguồn điện điện thế cao, một biến thế giữa
thyratron và magnetron, và một máy đo cường độ dòng điện đơn giản được sử dụng để
đo cường độ dòng điện qua magnetron. Mô phỏng bộ điều biến được công nhận nhờ
việc so sánh các điện thế hoặc cường độ dòng điện đo được tại những vị trí như nhau
trong bộ điều biến khi chúng được tính nhờ mô phỏng. Những cường độ dòng điện
được mô phóng đi qua cuộn PFN được sử dụng như các đầu vào trong một chương
trình phần mềm thứ hai, COMSOL Multiphysics (COMSOL Inc., Los Angles,
California), mà được sử dụng để xác định cường độ trường E và H từ cuộn PFN như
một hàm số thời gian trong khi xả điện cuộn PFN. Mô phỏng của các trường được tạo
ra xung quanh cuộn PFN trong khi xả điện được hoàn thành khi sử dụng một hình 2-D.
Cuộn gồm các vòng ¼ đường tròn của các kích thứoc và không gian của chính cuộn
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 6
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
PFN ( điều này có thể được hoàn thiện nhờ đối xứng hướng tâm). Điều chỉnh đường

mỉ/ kiểm tra nhanh nhờ việc đo nhiễu RF trong quá trình hoạt động bình thừơng và sau
đó việc đo nhiễu RF sau khi khởi động 2 cuộn cảm bão hòa SRs được mô tả trước đó.
Như trong hình 2, các cuộn cảm được nối trực tiếp với các điểm tiếp xúc của mạng
lưới thyatron để các xung khởi động phải đi qua SR. Bộ máy đo trường E và H được
sử dụng để thu một đánh giá về mật độ quang phổ lực/ điện. Những máy đo trường E
và H được đặt cùng độ cao như thyratron nhưng cách xấp xỉ 2 m với thyratron. Bảng
bên của của hộp RF, cạnh thyratron, được bỏ ra khỏi các phép đo này. Các kỹ thuật
phần cứng và phần mềm này như mô tả trước đó được theo dõi. Một so sánh trực tiếp
giữa nhiễu RF có và không có sử dụng các cuộn cảm bão hòa SRs được sử dụng để
giảm nhiễu RF mà được tạo ra do xung nhiễu/vạch cộng hưởng khi xâm nhập vào
mạch khởi động.
IV- KẾT QUẢ
Mật độ quang phổ công suất RF đo được với các tải magnetron và tải điện trở
được minh họa trong hình 3. Dữ liệu được chỉ ra trong giới hạn tần số từ 0-400 MHz.
3 đường của các mật độ quang phổ công suất RF được chỉ ra trong mỗi đồ thị; tải
magnetron, tải điện trở và tải điện trở với máy tạo xung ( tải điện trở biến đổi).
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 8
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
Hình 3. Mật độ phổ công suất RF đo được khi bộ điều biến được nạp tải với
một magnetron và sau đó với một tải điện trở trong giới hạn tần số từ 0-400 MHz
Hình 4. (a) Cường độ dòng điện magnetron mô phỏng và đo được trong miền
thời gian. (b) Cường độ dòng điện magnetron mô phỏng và đo được trong miền tần số.
Hình 4 cho thấy cường độ dòng điện đo được và mô phỏng ( sử dụng gói phần
mềm MultiSIM) trong cả miền thời gian và tần số. Hình 5 cho thấy tổng các điện thế
của bộ tụ điện PFN riêng rẽ như một hàm số của thời gian trong khi xả điện ( các điện
thế được chỉ ra ở đây vì chúng cung cấp minh họa rõ hơn về sự xả điện của PFN). Các
cường độ dòng điện riêng biệt được sử dụng như các đầu vào trong COMSOL để xác
định các trường xung quanh cuộn dây trong khi xả điện.
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 9
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN

Hình 10. Mật độ phổ công suất RF đo được từ bộ điều biến có hoặc không có
SRs đặt trong 2 dòng lưới điện của thyratron. ( Chúng ta mong đợi phổ công suất khác
nhau ít ở đây khi so sánh với hình 3; do các bản khác nhau của hộp bộ điều biến được
mở trong khi nghiên cứu độc lập và riêng rẽ 2 lưới điện này.)
Hình 10 cho thấy rằng mật độ phổ công suất RF đo được trong quá trình hoạt
động bình thường và khi các cuộn cảm bão hòa của chúng ra được sử dụng để chặn
xung nhiễu lưới điện từ việc xâm nhập trực tiếp vào mạch khởi động, dữ liệu được chỉ
ra trong giới hạn tần số 5-70MHz. Giới hạn này được dùng vì các tần số Larmor cho
các hệ thống MRI 0,2-1,5 T đựơc chứa trong trường hợp đó.
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 14
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
V- THẢO LUẬN
Máy gia tốc tuyến tính tạo ra bức xạ dưới dạng các xung; trong lúc nó là sự
hình thành các xung này mà một bộ biến điệu tạo ra nhiễu RF [8]. Công việc trước đó
của chúng ta đã thảo luận về tầm quan trọng của việc nghiên cứu nhiễu RF từ máy gia
tốc tuyến tính. Với việc chắn RF chưa hoàn chỉnh, những hình ảnh mà được ghi nhận
trong [5] bị giảm giá trị. Các hình ảnh được đưa ra trong [10] minh họa rằng nhiễu RF
từ máy gia tốc tuyến tính chứng tỏ chính nó như những đường trong không gian k của
sự thu nhận dữ liệu MR. Các kết quả được biểu diễn trong [11] minh họa sự giảm chất
lượng của SNR với việc chắn không hoàn chỉnh nhiễu RF của động cơ một chiều. Đối
với các hệ thống cộng hưởng tuyến tính thật đáng mong ước để hiểu quá trình và sự
sản xuất của nhiễu RF từ bộ điều biến của máy gia tốc tuyến tính. Tầm quan trọng của
nghiên cứu này là ở chỗ xác định ra các nguồn gây nhiễu RF. Thông tin thu được trong
nghiên cứu hiện nay có thể hữu ích trong các cân nhắc/xem xét thực tiễn trong bản
thiết kế của các hệ thống cộng hưởng từ tuyến tính. Ví dụ, tín hiệu MR hoặc các cáp
điện mà đi qua gần các nguồn RF điện cao thế nên được định tuyến lại.
Nhiễu RF được tạo ra bởi bộ điều biến của máy gia tốc tuyến tính có thể được
bắt được bởi các cuộn được sử dụng trong MRI;khi đó nhiễu RF này có thể tạo ra
những tác động có hại cho toàn bộ chất lượng hình ảnh. Một cách lý giải về các nguồn
gây nhiễu RF sẽ thay đổi thiết kế của hệ.

phỏng từ cuộn PFN và tổng cường độ trường đo được. Do đó, có thể kết luận rằng sự
xả điện của chính cuộn PFN không có đóng góp lớn vào toàn bộ nhiễu RF. Nguồn gốc
của xung nhiễu mà được giới thiệu ở sự khởi đầu của pha được chỉ ra trong hình 6 là
không rõ ràng. Nó không được quan sát trong mô hình hóa của chúng ta, điều này cho
thấy một thành phần chưa xác định chịu trách nhiệm cho điều này. Dữ liệu được chỉ ra
trong hình 7 minh họa rằng cuộn PFN có thể tạo ra một số RF nhưng chỉ ở những tần
số thấp hơn ( dưới 1MHz). Khi so sánh hình 3 với 7, chúng ta có thể thấy rằng những
thành phần khác đối với sự tạo ra nhiễu RF, bộ điều biến được nạp tải magnetron lớn
hơn đáng kể so với sự bắt nguồn lực mô phỏng từ cuộn PFN. Chúng ta cũng thấy rằng
dữ liệu được chỉ ra trong hình 7, là một phương vuông góc tới cuộn PFN. Các trường
dọc trục cuộn PFN là lớn hơn một chút nhưng vẫn không đáng kể đối với các trường
đó (those) được chỉ ra trong hình 3 ( các dữ liệu này không được chỉ ra).
Một thyratron cũng tạo ra nhiễu RF khi lên tới 20MHz [18]. Các xung nhiễu lớn
được thấy ở các lưới điện của thyratron trong trường hợp bắt lửa chỉ trước khi xả điện
ở PFN. Những xung nhiễu này có thế tiếp cận tới một phần đáng kể của điện thế anốt
[12], mà cụ thể là 24 KV cho các máy gia tốc công suất thấp. Một phân tích Fourier
của các xung nhiễu này chỉ ra rằng các tần số lên tới 60MHz có tồn tại; cụ thể là các
tần số trong dải 42 tới 60. 2 SRs được xây dựng và đặt trên các lưới điện của thyratron
của chúng ta, như được minh họa trong hình 2. Nhiễu RF này được đo có hoặc không
có các SRs được kết nối. Các dữ liệu đo đựơc, trong giới hạn tần số 5-70 MHz, được
chỉ ra trong hình 10. Nhiễu RF giảm nhẹ trong dải tần số 42-60 MHz; mặc dù do một
số lượng nhỏ. Công việc tiếp theo được đòi hỏi xác định nếu nhiểu RF trong vùng này
có thể được cho là các xung nhiễu điện lưới. Dữ liệu trong hình 8 và 9 minh họa rằng
nhiễu RF xen vào trong mạch khởi động và mạch đốt tìm đèn bị giảm xuống. Tuy
nhiên, tổng nhiễu đo được về cơ bản không giảm.
Các tác giả cũng chú ý thấy nếu RF không hoạt động tại điểm chính xác theo
đường BH, nhiễu RF nhìn chung là tăng lên. Các kết quả trong hình 10 cho biết rằng
xung nhiễu điện thế trực tiếp xâm nhập vào mạch khởi động không phải là một thành
phần chính của việc tạo ra nhiễu RF. Tuy nhiên, các thành phần khác như mạch ghép
cảm ứng và mạch ghép điện dung ở những phần khác của bộ điều biến có thể có tiềm

vì sự giúp đỡ của ông với tải magnetron công suất cao, B. Richardson từ E2 V vì sự
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 17
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
giúp đỡ xây dựng cuộn cảm bão hòa, và D. Tymofichuck, C. Lambert, D. Doran, và J.
Venekamp từ Học viện ưng thư chữ thập đỏ vì sự giúp đỡ của họ với sự giúp đỡ phần
cứng và bảo dưỡng mỗi ngày
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M. K. Bucci, A. Bevan, and M. Roach, “Advances in radiation therapy:
conventional to 3D, to IMRT, to 4D and beyond,” A. Cancer. J. Clin., vol. 55, pp.
117–134, 2005.
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 18
Tương thích điện từ Trường ĐH Bách Khoa HN
[2] L. A. Daswon and D. A. Jaffray, “Advances in image-guided radiation therapy,” J.
Clin. Oncol., vol. 25, pp. 938–946, 2007.
[3] M. B. Sharpe, T. Craig, and D. J. Moseley, “Image guidance: Treatment target
localization systems” from “IMRT-IGRT-SBRT advances in the treatment planning
and delivery of radiotherapy,” Front. Radiat. Ther. Oncol., vol. 40, pp. 72–93, 2007.
[4] D. Verellen, M. De Ridder, N. Linthout, K. Tournel, G. Soete, and G. Storme,
“Innovations in image-guided radiotherapy,” Nature Rev. Cancer, vol. 7, pp. 949–960,
2007.
[5] B. G. Fallone, B.Murray, S. Rathee, T. Stanescu, S. Steciw, S. Vidokovic, E.
Blosser, and D. Tymofichuk, “First MR images obtained during megavoltage photon
irradiation from a prototype linac-MR system,” Med. Phys., vol. 36, pp. 2084–2088,
2009.
[6] J. Dempsey, B. Dionne, J. Fitzsimmons, A. Haghigat, J. Li, D. Low, S. Mutic, J.
Palta, H. Romeijn, and G. Sjoden, “A real-time MRI guided external beam
radiotherapy delivery system,” Med. Phys., vol. 33, p. 2254, 2006.
[7] J. J. W. Lagendijk, B. W. Raaymakers, A. J. E. Raaijmakers, J. Overweg, K. J.
Brown, E. M. Kerkhof, R. W. van der Put, B. H°ardemark, M. van Vulpen, and U. A.
van der Heide, “MRI/linac integration,” Radiother. And Oncol., vol. 86, pp. 25–29,

3, pp. 821–824, Jun. 1998.
[19] S. Goldberg, “On the design and measurement of hydrogen thyratron modulator
characteristics,” presented at the Tech. Minutes of the 3
rd
Hydrogen Thyratron Symp.,
Pentagon, Washington, DC, 1953.
Hình ảnh và tiểu sử tác giả không có trong quá trình xuất bản.
Họ tên: Đỗ Hữu Trọng 20