ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Ngọc Huynh
PHƯƠNG PHÁP ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ
CHUẨN LIỀU PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO CHO MÁY GIA TỐC Y
TẾ THẲNG TUYẾN TÍNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUẨN LIỀU PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO CHO MÁY GIA TỐC
Y TẾ THẲNG TUYẾN TÍNH Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Thầy hướng dẫn: TS. Trần Ngọc Toàn Hà Nội – Năm 2014
Luận văn Thạc sỹ khoa học
MỤC LỤC
o dữ liệu chùm photon với kích thước các trường nêm 36
Luận văn Thạc sỹ khoa học
3.3.5. Đo các hệ số truyền qua của khay đỡ và các khối che chắn 37
3.3.6. Đo hệ số truyền qua của nêm cơ học 39
3.3.7. Chuẩn bảng hệ số liều tương đối 40
3.4. Chuẩn liều hấp thụ trong nước theo quy trình TRS398 41
3.4.1. Điều kiện chuẩn, các đại lượng ảnh hưởng đến liều hấp thụ trong nước 41
3.4.2. Định vị buồng ion hóa 42
3.4.3. Chuẩn buồng ion hóa 42
3.4.4. Phương pháp luận cho việc xác định liều hấp thụ trong nước 43
CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 50
4.1. Kết quả đo dữ liệu chùm photon với kích thước các trường mở 50
4.2. Kết quả đo dữ liệu chùm photon với kích thước các trường nêm 53
4.3.Đo các hệ số truyền qua của khay đỡ và các khối che chắn 57
4.4. Kết quả chuẩn bảng hệ số liều tương đối 58
4.5. So sánh kết đo v
ới dữ liệu trong BJR 1996 58
4.6. Kết quả thực nghiệm chuẩn liều cho máy gia tốc thẳng xạ trị 60
KẾT LUẬN 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
PHỤ LỤC 68
ref
8 TAR Tỉ số mô không khí (Tissue Air Ratio)
TAR
(s,d, Q)
= D
d
/D
air
9 SAR Tỉ số tán xạ không khí (Scatter-Air Ratio)
10 OAR Tỉ số liều ngoài trục (Off-Axis Ratio)
11 r
cyl
Bán kính vùng nhạy của buồng ion hoá hình trụ
12 d
ref
Độ sâu tham khảo (g/cm
2
) đối với phép đo trong phantom.
13 d
max
Độ sâu liều cực đại
14 MU Đơn vị kiểm soát liều chiếu (monitor unit)
15 Isocenter Điểm giao nhau của trục cần máy, bộ chuẩn trực, bàn điều trị
và trục của chùm tia
16 BJR 1996 Bộ dữ liệu tham khảo về liều sâu phần trăm dùng trong xạ trị
Luận văn Thạc sỹ khoa học
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 6
Hình 2.2: Sơ đồ khối chính của một máy gia tốc thẳng thông thường 7
Hình 2.3: Đầu máy gia tốc khi phát chùm tia 10
Hình 3.1: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm photon 12
Hình 3.2: Chuyển đổi dữ liệu trường xạ vuông - chữ nhật -tròn 13
Hình 3.3: Độ phẳng của chùm photon 14
Hình 3.4: Mô tả các vùng của đường phân bố liều theo khoảng cách đến trục
trung tâm để tính hệ số đối xứng chùm photon 15
Hình 3.5: Mô tả kích thước vùng mờ điều trị của chùm photon 16
Hình 3.6: Phân bố liều hấp thụ của chùm photon trên trục trung tâm trong
phantom nước 17
với các đô sâu khác nhau 51
Hình 4.3: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm tia theo
phương đường chéo trường xạ lớn nhất 40cm x 40cm 51
Hình 4.4: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm tia với
trường 10cm x 10cm tại độ sâu d
max
52
Hình 4.5: Phân bố liều theo chiều sâu trong phantom nước với nêm 15
0
53
Hình 4.6: Phân bố liều theo chiều sâu trong phantom nước với nêm 30
0
53
Hình 4.7: Phân bố liều theo chiều sâu trong phantom nước với nêm 45
0
54
Hình 4.8: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm tia theo
hướng của nêm 15
0
55
Hình 4.9: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm tia theo
hướng của nêm 30
0
55
Hình 4.10: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm của chùm tia theo
hướng của nêm 45
0
56
nghiên cứu tại trường sẽ là hành trang giúp em vững bước hơn trong công viêc và
cuộc sống.
Em xin gửi lời cảm ơn đế
n các anh, chị và các bạn đồng nghiêp tại Viện
Khoa học và kỹ thuật hạt nhân, Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã giúp đỡ, chia sẻ
với em những kiến thức, trao đổi chuyên môn, học thuật trong quá trình em nghiên
cứu, thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân
những người luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em trong công việc và cuộc số
ng.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Học viên
Nguyễn Ngọc Huynh
1
MỞ ĐẦU
Năm 1895, ngay sau khi Roentgen khám phá ra tia X, trong quá trình khởi
đầu của kỹ thuật xạ trị, công nghệ phát tia xạ ban đầu chú trọng vào việc tạo ra
cường độ và năng lượng chùm electron và photon cao hơn. Trong suốt 50 năm đầu
phát triển kỹ thuật xạ trị, công nghệ xạ trị phát triển khá chậm chạp và chủ yếu dựa
trên ống phóng tia X. Phát minh về thiết bị xạ trị từ xa dùng nguồn Cobalt- 60 của
H.E. Johns vào
đầu những năm năm mươi của Thế kỷ XX đã tạo nên bước phát
triển lớn trong việc tìm kiếm những nguồn photon năng lượng lớn hơn và thiết bị xạ
trị dùng nguồn Cobalt- 60 đã được đặt lên vị trí hàng đầu trong một số năm. Trong
thời gian đó, máy gia tốc tuyến tính cũng được nghiên cứu phát triển và nhanh
chóng chiếm ưu thế so với thiết bị xạ trị dùng nguồn Cobalt- 60. Cho đến nay máy
gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị chiếu ngoài đã trở thành nguồn bức xạ được sử
dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật xạ trị hiện đại hiện nay – đây là phương pháp rất
lương nguyên tử quốc tế (IAEA). Chương IV trình bày kết quả thực nghiệm đo dữ
liệu chùm photon 6MV tại Bệnh viện Ung bướu Tp HCM và so sánh một số kết quả
đo được với bộ dữ liệu liều tham khảo trong BJR 1996.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
3
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ
CHUẨN LIỀU CHO MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH
Tại Việt Nam việc xạ trị bằng máy gia tốc đã được áp dụng từ năm 2001 khi
Bệnh viện K- Hà Nội được trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính Primus của
4
phải đo đạc và tính toán. Vấn đề commissioning cho các máy gia tốc y tế là rất phức
tạp và mất nhiều thời gian, các kỹ sư vật lý phải đối mặt với rất nhiều thách thức
như cần độ chính xác cao, phải lựa chọn nhiều phương pháp và cần một khoảng thời
gian dài. Các thông số dữ liệu chùm tia sẽ làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho hệ thống
lập kế ho
ạch điều trị. Vì vậy, công việc đo đạc các thông số dữ liệu chùm photon và
điện tử trên máy gia tốc xạ trị là một yêu cầu quan trọng đối với các cơ sở xạ trị và
bắt buộc phải được thực hiện trước khi đưa máy gia tốc vào hoạt động. Việc đo đạc
dữ liệu chùm tia là tuyệt đối quan trọng, cần độ chuẩn xác cao nhất để
tránh sai số
khi điều trị bệnh nhân. Ngoài ra, việc đo đạc các thông số chùm tia để có thể xác
nhận đặc tính chùm tia có đúng với đặc trưng kỹ thuật của nhà sản xuất máy gia tốc
đã công bố hay không.
Trên thế giới, công việc đo đạc dữ liệu chùm tia cho máy gia tốc đã được
thực hiện từ rất lâu. Với sự phát triển rất nhanh của các cơ sở xạ trị và các v
ấn đề
vật lý xạ trị liên quan, năm 1953 Viện phóng xạ Anh Quốc (British Institute of
Radiology) đã công bố tài liệu về bộ dữ liệu liều sâu phần trăm sử dụng trong xạ trị
(BJR Supplement 5), đến năm 1983, đã cập nhât và tái bản bộ dữ liệu liều sâu phần
trăm sử dụng trong xạ trị (BJR Supplement 17) và đến năm 1996 các nhà khoa học
của Anh tại Viện nghiên cứu về ung bướu và Viện V
ật lý và Kỹ thuật trong y học và
sinh học đã xây dựng bộ dữ liệu tham khảo về giá trị liều sâu phần trăm sử dụng
trong xạ trị (BJR 1996). Dữ liệu liều sâu phần trăm tham khảo đã cung cấp bởi tài
liệu BJR 1996 thường được các kỹ sư vật lý y sinh sử dụng rất hữu hiệu. Đối với
các cơ sở xạ trị không có đủ trang thiết bị
về đo liều hoặc không có các nhân viên
phương pháp chuẩn liều photon cho máy gia tốc thẳng xạ trị theo quy trình TRS 398
của IAEA. Tiến hành đo và thu thập phân bố liều hấp thụ tương đối của chùm
photon năng lượng 6 MV đối với các trường mở và trường có nêm lọc theo độ sâu
trong phantom nước và phân bố liều theo các mặt phẳng vuông góc với trục của
chùm photon trong phantom. Đo các thông số đặc trưng của chùm photon 6 MV
như: xác định độ đối xứng, độ phẳng, vùng bán dạ
. Ngoài ra, bản Luận văn đã
nghiên cứu phương pháp xác định các hệ số truyền qua các nêm lọc, khối che chắn
và khay đỡ và chuẩn bảng hệ số liều tương đối. Luận văn Thạc sỹ khoa học
6
CHƯƠNG 2 - MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH
Đối với kỹ sư vật lý làm công tác chuẩn liều cũng như đảm bảo chất lượng
cho máy gia tốc y tế tuyến xạ trị, cần phải hiểu rõ cấu tạo, chức năng và nguyên lý
hoạt động của từng bộ phận và cấu tạo của máy gia tốc để khi liều phát ra từ máy
gia tốc không đạt chất lượng mong muốn thì cần phả
i hiệu chỉnh thông số nào,
thông số đó ảnh hưởng bởi những bộ phận nào. Để từ đó có sự hiệu chỉnh cho phù
hợp. Chương này sẽ giới thiệu những bộ phận chính và nguyên lí hoạt động của
máy gia tốc y tế thẳng.
2.1. Sơ lược về cấu tạo của máy gia tốc y tế tuyến tính
Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ khối chính củ
a máy gia tốc tuyến tính thông
giữa, với súng loại 3 cực còn có thêm một lưới điều khi
ển. Các electron phát ra từ
sợi dây Catôt được nung nóng sẽ hội tụ thành một chùm và được gia tốc xuyên qua
lỗ trên Anôt sau đó bị cuốn vào trong ống sóng gia tốc.
Hệ thống ống dẫn sóng (Wave Guide System): gồm có ống dẫn sóng để
truyền sóng từ nguồn phát sóng tới ống gia tốc và ống dẫn sóng gia tốc.
Cần máy (Gantry): chứa hệ thống gia tốc electron, đầu máy điều trị. Cần
máy được gắn vào c
ần máy đứng và có thể quay quanh trục vuông góc với nó.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
8
Hệ thống gia tốc electron gồm có ống gia tốc, dùng để gia tốc chùm
electron tới năng lượng cao nhờ vi sóng, hệ thống từ trường hội tụ chùm electron
này khi chúng chạy trong ống.
Ống gia tốc: được cấu tạo gồm các ống bằng đồng có bề mặt bên trong
tròn phẳng, được đặt tách biệt nhau và các hốc cộng hưởng dùng để tạo ra độ lệch
pha 180
o
với cấu trúc gia tốc bằng sóng dừng.
Hệ thống vận chuyển chùm electron:
Ở các máy gia tốc y tế tuyến tính năng lượng thấp thì bia tia X (Bia phát bức
xạ hãm) được nhúng trong ống dẫn sóng gia tốc và không có sự vận chuyển chùm
tia giữa ống dẫn sóng gia tốc và bia tia X.
Đối với máy gia tốc thẳng y tế năng lượng trung bình (10MV) và năng lượng
cao (trên 15MV), ống dẫn sóng gia tốc được đặt song song với trục quay cần máy
và chùm đ
iện tử bị uốn để nó đập vào bia phát bức xạ hãm, có ba hệ thống lái chùm
điện tử góc 90º, 270º, 112.5º đã được sử dụng trong máy giá tốc y tế tuyến tính. Hệ
trình điều trị. Khi hệ thống này kiểm soát liều chiếu phát ra. Đơn vị mà máy gia tốc
“hiểu” để kiểm soát liều chiếu là MU (Monitor Unit). Như vậy MU chính là đơn vị
của liều chiếu phát ra từ máy gia tốc. Mối liên hệ giữa liều chiếu (đơn vị là MU) và
liều hấp thụ (đơn vị là Gy) được quy ước như sau: giả sử máy gia tốc phát ra liều
chiếu là 1MU thì khi đó liều hấp thụ thu trong phanton nước trên trục của chùm tia
tại độ sâu có liều cực đại bằng 1cGy trong điều kiện khoảng cách từ nguồn tới bề
mặt nước là 100 cm, với độ rộng trường chiếu là 10x10cm
2
.
Trong quá trình lập kế hoạch tính liều hấp thụ mong muốn đưa vào bệnh
nhân, liều này cần được quy đổi ra liều chiếu MU. Giá trị MU này chính là giá trị sẽ
được thiết lập sẵn khi điều trị. Khi điều trị hệ thống kiểm soát sẽ kiểm soát trình
phát tia đến lúc máy phát đủ liều thì nó sẽ tự động dừng lại.
Hệ thống phụ của máy gia tốc thẳng y tế bao g
ồm các bộ phận hỗ trợ không
trực tiếp liên quan tới việc gia tốc các điện tử. Hệ thống phụ của máy gia tốc thẳng
y tế gồm có bốn hệ thống sau:
Hệ thống bơm chân không tạo ra một áp suất chân không khoảng ~10
6
Torr
trong ống dẫn gia tốc và bộ phát sóng cao tần RF;
Hệ thống nước làm lạnh được sử dụng cho sự làm mát ống dẫn sóng gia tốc,
bia, và máy phát RF;
Hệ thống khí nén sử dụng để vận chuyển Bia tia X và những thành phần tạo
dạng chùm tia;
Hệ thống che chắn chống lại bức xạ rò.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
10
electron được tăng tốc có xu hướng phân kì một phần do lực tương tác Culông,
nhưng chủ yếu là do lực điện trường trong cấu trúc ống dẫn sóng có thành phần
xuyên tâm. Tuy nhiên, sự
phân kì này được khắc phục bằng cách sử dụng một từ
trường hội tụ đồng trục, từ trường này do các cuộn dây nam châm quấn quanh ống
gia tốc cung cấp, đương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng gia tốc. Ngoài ra
còn có các cuộn lái chùm tia phụ (Steering), được sử dụng để dẫn chùm electron sao
cho khi xuất hiện từ ống gia tốc, chúng sẽ chuyển động theo đúng hướng vào vị trí
yêu cầu. Khi máy ở
chế độ phát photon thì chùm electron (đã được gia tốc tới
năng lượng đủ lớn) sẽ được hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số nguyên tử
lớn. Tại đây các electron bị hãm lại và phát ra photon dưới dạng hiệu ứng phát bức
xạ hãm. Chùm bức xạ này được định dạng ngay trong đầu máy điều trị rồi sau đó
được sử dụng điều trị bệnh cho bệ
nh nhân. Để tạo hình dạng cho chùm bức xạ trong
điều trị người ta sử dụng các ống chuẩn trực, nó được cấu tạo bởi 2 cặp Jaw: X1, X2
và Y1, Y2. Cặp X1, X2 chuyển động theo trục Ox, còn cặp Y1, Y2 chuyển động
theo trục Oy. Như ta đã biết chùm tia do máy gia tốc phát ra là không thấy được. Do
đó, để đo đạc chùm tia thì trước tiên ta phải “xác định hình dạng chùm tia”. Việc
định dạng này nhằm xác định kích thước, hình dạng, tính chất,…c
ủa chùm tia.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
12
CHƯƠNG 3 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP ĐO DỮ LIỆU
cùng diện tích là 100cm
2
. Tuy nhiên, hệ số đầu ra bức xạ tại điểm D trên Hình 3.2
của trường xạ vuông tương đương với trường xạ chữ nhật (5 x 20 cm
2
) sẽ là (8 x
8cm
2
), điều này là do năng lượng tán xạ theo hướng chiều dài của hình chữ nhật
đóng góp vào điểm D giảm đi. Trường vuông tương đương với kích thước của
trường chữ nhật (31 x 40 cm
2
) là trường xạ (34.9 x 34.9cm
2
), khi đó dữ liệu đo đạc
đối với kích thước của trường được lưu giữ dưới trường xạ (35 x 35cm
2
).
Nếu các hệ số đầu ra của các trường hình chữ nhật mà sai khác quá 2% so với
các trường vuông tương đương, thì khi đó cần phải có một bảng hệ số đầu ra đối với
mỗi trường hình chữ nhật.
3.1.2 Độ phẳng của trường chiếu (Flatness)
Định nghĩa độ phẳng trường chiếu là sự biến đổi của liều tương đối trong
vùng có độ rộng 80% kích thước trườ
ng chiếu (trường chuẩn với bề rộng của nó
được định nghĩa là bề rộng tại vị trí 50% của một đường đồng liều chuẩn trên một
mặt phẳng ngang), tại độ sâu 10 cm, trường này nằm trong mặt phẳng vuông góc
với trục trung tâm của chùm tia. Biểu thức xác định hệ số phẳng (F)[3]:
(3.1)
Trong đó: I
left
: Vùng bên trái từ điểm liều 50% tới giá trị liều tại trục trung tâm.
area
right
: Vùng bên phải từ điểm liều 50% tới giá trị liều tại trục trung tâm.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
15 Hình 3.4: Mô tả các vùng của đường phân bố liều theo khoảng cách đến trục
trung tâm để tính hệ số đối xứng chùm photon
3.1.4. Vùng mờ chùm bức xạ (Penumbra)
Vùng mờ chùm tia là mép của chùm tia được tạo ra do nguồn có kích thước
xác định, vùng mờ trong một chùm bức xạ được phân loại thành vùng mờ hình học
và vùng mờ điều trị.
Vùng mờ hình học phụ thuộc vào: Kích thước của nguồn, khoảng cách từ
nguồn đế
n bộ chuẩn trực chùm tia và khoảng cách từ nguồn đến da bệnh nhân.
Vùng mờ điều trị phụ thuộc vào vùng mờ hình học và đóng góp của năng lượng tán
xạ.
Kích thước thực tế của vùng mờ điều trị có thể được đo từ phân bố liều theo
phương ngang, thông thường vùng mờ điều trị là khoảng cách giữa điểm liều 80%
và 20% trên đường phân bố
liều theo phương ngang của chùm tia được đo tại độ sâu
10 cm trong phantom nước. Yêu cầu đối với kích thước vùng mờ chùm bức xạ là
càng nhỏ càng tốt.
Luận văn Thạc sỹ khoa học
16
. Nó phụ thuộc vào năng lượng và tăng theo
kích thước trường chiếu.
Liều hấp thụ tại bề mặt phantom có sự đóng góp: Những photon tán xạ từ bộ
chuẩn trực, nêm lọc và không khí, photon tán xạ từ phantom, những electron năng
lượng cao được sinh ra do tương tác của photon với không khí.
Vùng hình thành liều hấp thụ là vùng liều tăng rất nhanh giữa bề mặt d = 0
Copyright: Tài liệu đại học ©