XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM PHÂN BỐ THÔNG LƯỢNG NƠTRON TRÊN MÁY GIA TỐC VARIAN CX TẠI BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108 LÊ MẠNH ĐỨC Khoa Xạ trị & Xạ phẫu – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Số 1 Trần Hưng Đ[.]
XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM PHÂN BỐ THÔNG LƯỢNG NƠTRON TRÊN MÁY GIA TỐC VARIAN CX TẠI BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108 LÊ MẠNH ĐỨC Khoa Xạ trị & Xạ phẫu – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Số Trần Hưng Đạo, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: manhduc1303@gmail.com Tóm tắt: Nhằm đánh giá xác thơng lượng nơtron q trình điều trị phịng máy Varian CX sử dụng mức lượng 15 MV Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, nghiên cứu thực để xác định phân bố thông lượng nơtron vị trí khác bàn điều trị phương pháp kích hoạt dị vàng Kết nghiên cứu: thông lượng nơtron dọc theo bàn điều trị khoảng 3,97x103 đến 2,33x106 n/𝑐𝑐𝑐𝑐2 /s Kết thu từ nghiên cứu sử dụng làm liệu tính tốn liều nơtron ảnh hưởng tới bệnh nhân giúp nâng cao chất lượng điều trị Từ khóa: xạ trị, thông lượng nơtron I MỞ ĐẦU Ngày nay, việc sử dụng máy gia tốc xạ trị để điều trị cho bệnh nhân chùm tia electron photon ngày phổ biến Tuy nhiên, sử dụng chùm photon lượng lớn MV xảy phản ứng quang hạt nhân (γ,n) tạo chùm tia nơtron thứ cấp Hiện nay, ảnh hưởng xạ nơtron tới bệnh nhân trình xạ trị chưa đánh giá đầy đủ Trên giới nghiên cứu tiến hành trước tác giả (Hong Suk KIM [2] , Najmeh Mohammadi[3] , Seyed Mehdi HASHEMI [1] , H Yucel[4] …) thu kết quả: thông lượng nơtron khu vực buồng điều trị khoảng (1,17±0,06)x107 n/𝑐𝑐𝑐𝑐2[4] Các máy gia tốc y học đại điều trị photon electron Nếu điều trị electron, dòng electron sơ cấp sử dụng cho điều trị, bệnh nhân điều trị photon, dòng electron sơ cấp bắn vào bia để tạo xạ hãm, neutron không mong muốn tạo trình điều trị phản ứng quang hạt nhân (γ,n) từ thành phần đầu máy gia tốc (bia, lọc phẳng ống chuẩn trực) cấu trúc vật liệu khác Ở trạng thái điều trị photon, photon với lượng cao ngưỡng xảy phản ứng (γ,n) thành phần vật liệu W Pb sử dụng đầu máy gia tốc xạ trị tương tác với hạt nhân vật liệu có điện tích hạt nhân lớn phát neutron nhanh Nếu lượng photon phản ứng (γ,n) lớn lượng liên kết neutron hạt nhân nguyên tử, ngưỡng lượng liên kết neutron 𝐸𝐸𝑡𝑡ℎ tính 7.41 MeV với phản ứng 𝑊𝑊 184 (γ,n)𝑊𝑊 183 7.19 MeV với phản ứng 𝑊𝑊 186 (γ,n)𝑊𝑊 185 bia Tungsten sử dụng Như nhiều khả neutron tán xạ phịng điều trị tới vị trí bệnh nhân Một dịng neutron nhỏ tác động nguy hiểm tới bệnh nhân neutron có số gây hiệu ứng sinh học cao photon nhiều Khi liều photon cao hơn, khoảng 50 Gy isocenter, lượng đáng kể neutron sinh từ phản ứng quang hạt nhân Neutron nhanh sinh tăng nhanh theo lượng photon làm nhiễm bẩn trường chiếu ảnh hưởng đến liều điều trị bệnh nhân Như việc xác định liều sinh phản ứng quang hạt nhân ảnh hưởng tới quan nguy cấp xạ trị việc quan trọng có ý nghĩa thiết kế che chắn, bảo vệ bệnh nhân xạ trị Hiện để tính tồn liều nơtron phòng máy gia tốc xạ trị có nhiều nghiên cứu giới tiến hành, nghiên cứu chia theo hai phương pháp Phương pháp thứ sử dụng phần mềm mơ với code tính tốn Monte Carlo để tính tốn phân bố liều nơtron, sau đo đạc liều nơtron số điểm để xác nhận lại kết mô Hướng nghiên cứu thứ hai trực tiếp đo phân bố liều nơtron phòng máy gia tốc xạ trị lượng cao, từ tính tốn phân bố nơtron tồn phịng máy gia tốc xạ trị Tiêu biểu cho mô phân bố nơtron phòng máy LINAC nghiên cứu Hong Suk KIM [4] cộng thực trung tâm an toàn xạ Hàn Quốc năm 2006, nghiên cứu thực với máy gia tốc hãng Varian với hai mức lượng photon nghiên cứu 10 MV 15 MV Sử dụng công cụ mơ Monte Carlo MCNPX, nhóm nghiên cứu thu kết quả: liều nơtron đạt cực đại với trường chiếu photon 20x20 cm lượng nơtron isocenter máy gia tốc 0,38 MeV 0,45 MeV tương ứng với hai mức lượng photon 10 MV 15 MV Kết tính thơng lượng nơtron nhóm nghiên cứu 3,5x 106 𝑛𝑛 𝑐𝑐𝑐𝑐−2 𝐺𝐺𝐺𝐺 −1 8,7x106 𝑛𝑛 𝑐𝑐𝑐𝑐−2 𝐺𝐺𝐺𝐺 −1 tương ứng với hai mức lượng 10 MV 15 MV Năm 2014, nhóm nghiên cứu H Yucel[6] cộng tiến hành đo thông lượng nơtron phantom nước máy gia tốc Varian, lượng 18 MeV, nghiên cứu thực trung tâm xạ trị thuộc trường đại học Suleyman Demirel, Thổ Nhỹ Kỳ Bằng phương pháp kích hoạt dị vàng, nhóm nghiên cứu tiến hành đo thơng lượng nơtron với trường chiếu khác 10x10 𝑐𝑐𝑐𝑐2 ; 15x15 cm2 ; 20x20 cm2 với ba mức lượng photon 10 MV, 15 MV 18 MV, vị trí đo isocenter máy gia tốc xạ trị (vị trí cách bia máy gia tốc xạ trị 1m) Với trường chiếu 20x20 cm2 cm thông lượng nơtron đo (1,17±0,06)x107 n/cm2 Gy liều photon Liều nơtron đạt cực đại độ sâu 5cm có giá trị 0,67 ± 0.04 mSv/Gy Tại nước ta, máy gia tốc xạ trị bắt đầu đưa vào điều trị bệnh nhân gần 20 năm, nhiên, chưa có nghiên cứu cơng bố thơng lượng nơtron phịng máy gia tốc xạ trị Chúng tơi thực nghiên cứu với mục đích xác định phân bố thơng lượng nơtron phịng máy gia tốc xạ trị Kết nghiên cứu đưa vào tính liều điều trị liều tới quan lành bệnh nhân, giúp nâng cao hiệu điều trị giảm tác dụng phụ tới bệnh nhân II NỘI DUNG II.1 Đối tượng phương pháp Máy gia tốc xạ trị khảo sát Varian Model CX xuất xưởng đưa vào vận hành năm 2013 Bệnh viện TWQĐ 108 Máy phát mức lượng photon MV, 15 MV mức lượng electron MeV, MeV, 12 MeV, 15 MeV, 18 MeV Trong nghiên cứu chúng tơi sử dụng kỹ thuật kích hoạt dị, phương pháp có độ tin cậy cao để đo đóng góp neutron nhiệt nhiệt phòng gia tốc điều trị Trong phạm vi nghiên cứu này, đồng vị theo dõi 197𝐴𝐴𝐴𝐴 sử dụng để đo thông lượng nơtron (neutron nhiệt nhiệt) tương ứng với Gy tia X máy phát khoảng cách 100 cm tính từ nguồn với máy gia tốc sử dụng lượng 15 MV Sơ đồ bố trí thực nghiệm thể qua hình Hình Sơ đồ bố trí dị ký hiệu mẫu kích hoạt Các dị bố trí dọc theo trục đồng tâm bàn điều trị, khoảng cách từ nguồn đến mặt bàn điều trị (SSD: Source to Surface Distance) 100 cm, vị trí chiếu bao gồm 02 Au có bọc khơng bọc hộp cadmi Độ dày hộp bọc Cadmi 0.508 mm Các dò vàng sử dụng dò ngưỡng hãng Shieldwerx (USA), đặc tính phản ứng đặc trưng kỹ thuật thể bảng bảng Bảng Đặc tính dị Au sử dụng Ngưỡng lượng Tiết diện Thời phản ứng phản ứng bán rã Phản ứng gian Năng Xác suất lượng γ phát γ (eV) T1/2 (keV) (%) 197 Au(n,γ)198Au Tất mức 98.8±0.3 b lượng 2.6943 ngày 411.8 95.62 197 Au(n,γ)198Au Cộng hưởng (>4.906 1551±13b eV) 2.6943 ngày 411.8 95.62 Bảng Ký hiệu đặc trưng kỹ thuật dị Au sử dụng thí nghiệm Foils Au( Au(1 2) 3) Tham số Au( 92) Au( 14) Au( M6) Au( A) Au( B) Au( 18) Au( 2M) Au( 16) Au( 11) Au( 23) Đ.Kính (mm) 10 10 10 10 10 12.7 12.7 10 10 10 10 10 Khối lượng(gam) 0.2 04 0.17 0.11 0.19 0.11 0.12 0.12 0.21 0.11 0.17 0.12 0.17 Thông số chiếu thời gian đo: Thời gian chiếu dò 11.6 phút, lượng photon 15MV, trường chiếu 30cmx30cm, suất liều 600 MU/phút, tổng liều phát 7000 MU (70Gy), SAD 100cm - Thời điểm bắt đầu chiếu: 12h50 ngày 23 tháng 11 năm 2017 - Thời điểm ngừng chiếu: 13h01 ngày 23 tháng 11 năm 2017 Trong thí nghiệm sử dụng hệ phổ kế gamma phân giải cao Detector HPGe Canberra GC1520 Viện Hóa học – Mơi trường qn sự/BCHH Hình Hệ phổ kế gamma phân giải cao HPGe Canberra GC1520 II.2 Kết Từ phổ gamma sau xác định diện tích đỉnh phổ áp dụng cơng thức tính thơng lượng nơtron tổng nơtron nhanh thu kết thơng lượng nơtron sau Bảng Kết tính thông lượng nơtron theo chiều dọc bàn điều trị Vị trí Isocenter Đo T8 Điểm A 20cm Điểm B 30cm Điểm C 50cm Điểm D 80cm Điểm E 120cm Điểm F 160cm Lá dò Au(B)Cd Au(A) Au(11)Cd Au(23) Au(B)Cd Au(A) Au(92)Cd Au(16) Au(18)Cd Au(13) Au(2)Cd Au(2M) Au(14)Cd Au(M6) T.gian chiếu T.gian T gian (s) rã (s) đo (s) 699,6 82 3600 699,6 62,4 3001,85 699,6 104340 7200 699,6 96240 7200 699,6 83940 3600 699,6 76200 3001,85 699,6 68700 7200 699,6 61380 7200 699,6 43680 7200 699,6 36360 7200 699,6 21600 7200 699,6 28920 7200 699,6 13860 7200 699,6 6300 7200 diện tích đỉnh (cnt.) 828 1306 4436 40848 5609 20264 2149 10156 59414 76498 9955 43208 10251 17447 sai số (%) 8,19 5,08 2,77 0,59 1,94 0,87 3,9 1,37 0,45 0,39 1,38 0,55 1,44 1,06 thơng lượng (n/cm2/s) 3,97×103 1,19×105 1,49×104 1,46×106 3,45×104 2,32×106 6,77×103 3,33×105 9,60×104 2,33×106 1,55×104 1,87×106 1,65×104 7,35×105 sai số (%) 8,76 5,91 4,17 3,07 3,67 3,14 4,99 3,31 3,15 3,04 3,41 3,07 3,43 3,20 Để thử nghiệm che chắn liều nơtron không mong muốn tạo trình xạ trị cho bệnh nhân, chúng tơi thử nghiệm cấu hình che chắn meka hỗn hợp paraphin Boron với tỉ lệ Boron/Paraphin ¼ Vị trí đo điểm A cách Isocenter 20cm theo trục y Kết phân tích bảng 4, tỉ số suy giảm nơtron so với không che chắn cho bảng biểu đồ hình Bảng Kết che chắn thử nghiệm nơtron với meka, hỗn hợp paraphin + Boron vị trí cách isocenter 20cm Cấu hình che Lá dị Thời Thời Thời diện sai số thơng sai số gian chiếu gian rã gian đo tích đỉnh lượng (%) (%) 0,5cm meka& 1cm P_B Au-18 699,6 65530 5000 3853 2,84 1,49×105 4,14 Au-16 699,6 22150 5000 2900 3,39 7,74×103 4,6 Au-23 699,6 32771 5000 3941 2,58 1,68×105 3,97 Au-14 699,6 45324 5000 2576 3,73 6,53×103 4,86 0,5cm meka& 1cm P_B boc Cd 1,5cm meka& 1,5cm P_B 1,5cm meka& 1,5cm P_B Bảng Tỉ số suy giảm nơtron có che chắn so với khơng che chắn vị trí cách Isocenter 20cm Hệ số suy giảm Cấu hình che Không che chắn Loại nơtron Thông lượng I=Փ che chắn/ Փ koche chắn Nơtron tổng 1,46×106 - Nơtron nhiệt 1,49×104 - Nơtron tổng 1,49×105 0,102 Nơtron nhiệt 7,74×103 0,53 Nơtron tổng 1,68×105 0,115 Nơtron nhiệt 6,53×103 0,447 0,5cm meka& 1cm P_B 0,5cm meka& 1cm P_B boc Cd 1,5cm meka& 1.5cm P_B 1,5cm meka& 1,5cm P_B bọc Cd Hình So sánh suy giảm thơng lượng nơtron có che chắn so với khơng che chắn vị trí cách Isocenter 20cm Các kết cho thấy suy giảm thông lượng nơtron nhiệt trở nên đáng kể so với thông lượng nơtron tổng theo chiều dày lớp vật liệu che chắn II.3 Bàn luận Kết thu từ nghiên cứu cho thấy thơng lượng nơtron phịng máy gia tốc điều trị đáng kể cần tính đến q trình tính tốn liều điều trị liều an toàn với quan lành bệnh nhân Kết thu số hệ che chắn cho thấy việc giảm liều nơtron cho bệnh nhân khả thi, nhiên hệ che chắn có kích thước lớn chưa phù hợp cho sử dụng thường quy Hướng nghiên cứu đề tài thiết kế hệ che chắn nơtron tốt để đảm bảo khả giảm liều nơtron đồng thời kích thước nhỏ gọn không làm ảnh hưởng đến liều điều trị bệnh nhân III KẾT LUẬN ... nhiên, chưa có nghiên cứu công bố thông lượng nơtron phịng máy gia tốc xạ trị Chúng tơi thực nghiên cứu với mục đích xác định phân bố thơng lượng nơtron phịng máy gia tốc xạ trị Kết nghiên cứu đưa... tốn phân bố liều nơtron, sau đo đạc liều nơtron số điểm để xác nhận lại kết mô Hướng nghiên cứu thứ hai trực tiếp đo phân bố liều nơtron phòng máy gia tốc xạ trị lượng cao, từ tính tốn phân bố nơtron. .. phịng máy gia tốc xạ trị Tiêu biểu cho mơ phân bố nơtron phịng máy LINAC nghiên cứu Hong Suk KIM [4] cộng thực trung tâm an toàn xạ Hàn Quốc năm 2006, nghiên cứu thực với máy gia tốc hãng Varian