Nghiên ứu, tính toán vị trí dừng của chùm proton trong bia lỏng sản xuất fdg trên hệ thống cyclotron

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HỮU SƠN NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VỊ TRÍ DỪNG CỦA CHÙM PROTON TRONG BIA LỎNG SẢN XUẤT FDG TRÊN HỆ THỐNG CYCLOTRON LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204884301000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HỮU SƠN NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VỊ TRÍ DỪNG CỦA CHÙM PROTON TRONG BIA LỎNG SẢN XUẤT FDG TRÊN HỆ THỐNG CYCLOTRON Chuyên ngành: KỸ THUẬT Y SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THÁI HÀ Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Hà nội, ngày tháng năm 2018 Học viên thực Nguyễn Hữu Sơn i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY GIA TỐC CYCLOTRON 30MEV 1.1 Lịch sử phát triển phân loại máy gia tốc 1.1.1 Lịch sử phát triển máy gia tốc 1.1.2 Phân loại máy gia tốc 1.2 Hệ thống máy gia tốc Cyclotron 30MeV 1.2.1 Nguyên lý cấu tạo hoạt động Cyclotron 30MeV 1.2.2 Ứng dụng máy gia tốc Cyclone 30 y tế 30 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT F 18 -FDG TRÊN BIA LỎNG 34 2.1 Cấu tạo hệ thống bia lỏng sản xuất F 18-FDG 34 2.1.1 Cấu tạo bia lỏng 34 2.1.2 Các loại bia lỏng 36 2.2 Quy trình sản xuất F18 -FDG máy gia tốc Cyclotron 30MeV 37 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu kiểm tra hệ thống 39 2.2.2 Tiến hành bắn bia, hiệu chỉnh theo dõi chùm tia, áp suất bia 39 2.2.3 Lắp kit tổng hợp F18-FDG module tổng hợp tự động IBA Synthera 41 2.2.4 Tổng hợp F18-FDG module IBA Synthera 43 ii 2.2.5 Chia liều, kiểm nghiệm vận chuyển tới sở sử dụng PET 46 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới xuất lượng đồng vị phóng xạ F18 sau bắn bia nước giàu H2O18 chùm proton 46 2.3.1 Xuất lượng đồng vị F18 theo thời gian chiếu: 46 2.3.2 Xuất lượng F18 theo lượng chùm tia 47 2.3.3 Xuất lượng F18 theo cường độ chùm tia 48 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VỊ TRÍ DỪNG CỦA CHÙM PROTON TRONG BIA LỎNG SẢN XUẤT F 18 -FDG 49 3.1 Lý thuyết suất hãm quãng chạy chùm ion vật liệu 49 3.1.1 Năng suất hãm 49 3.1.2 Quãng chạy 51 3.2 Giới thiệu phần mềm SRIM-CODE 51 3.3 Năng xuất hãm quãng chạy chùm proton bia lỏng sản xuất F18 -FDG 55 3.3.1 Mơ hình hóa lớp vật liệu chiếu chùm proton lên bia lỏng H2O18 55 3.3.2 Xác định tỷ trọng lớp vật liệu 56 3.3.3 Mơ hình mơ SRIM 58 3.3.4 Kết mô SRIM 59 3.3.5 Nhận xét đánh giá 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT - FDG: fluorodeoxyglucose - PET: positron emission tomography - SPECT: single-photon emission computed tomography - PET/CT: positron emission tomography/ computed tomography - SRIM: The Stopping and Range of Ions in Matter - TRIM: The Transport of Ions in Matter - RF: Radio Frequency - D: Dee - MeV: mega electronvolt - μA: micro ampere - mCi: mili Curie - IAEA: International Atomic Energy Agency iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các loại bia sử dụng để sản xuất F18-FDG 37 Bảng 3.1: Bảng giá trị kích thước tỷ trọng 57 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu tạo Cyclone 30 Hình 1.2 Nguồn Culham S4/3N Hình 1.3 Sơ đồ nguồn ion Hình 1.4 Dịng arc 10 Hình 1.5 Điện áp arc 10 Hình 1.6 Dịng khí 11 Hình 1.7 Điện áp triệt tiêu 12 Hình 1.8 Hệ thống dẫn chùm dọc trục 12 Hình 1.9 Nam châm lái 13 Hình 1.10 Thấu kính tĩnh điện Einzell 13 Hình 1.11 Thấu kính solenoid (Glazer) 14 Hình 1.12 Bộ gom hạt (Buncher) 14 Hình 1.13 Giản đồ mặt cắt ngang mặt phẳng trung tuyến Cyclotron 16 Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống RF 17 Hình 1.15 Hình dạng từ trường đẳng thời cyclotron 30MeV 18 Hình 1.16 Phân bố từ trường cực từ Cyclotron 30MeV 19 Hình 1.17 Mơ hình chiết dùng carbon 20 Hình 1.18 Mơ hình chiết dùng carbon 21 Hình 1.19 Hệ thống dẫn chùm 21 Hình 1.20 Kênh bia lỏng- khí sản xuất đồng vị cho PET 24 Hình 1.21 Kênh bia rắn sản xuất đồng bị cho SPECT 25 Hình 1.22 Bơm chân không cho nguồn ion 26 Hình 1.23 Bơm chân khơng cho khoang gia tốc 26 vi Hình 1.24 Sơ đồ hệ thống điều khiển cyclotron 30MeV 27 Hình 1.25 Màn hình SCADA điều khiển theo dõi hoạt động Cyclotron 28 Hình 1.26 Hệ thống bơm làm mát cho Cyclotron 29 Hình 1.27 Giao diện hệ thống theo dõi an ninh an toàn vận hành 30 Hình 2.1 Hình dạng bia lỏng 34 Hình 2.2 Bộ chuẩn trực bia 35 Hình 2.3 Cửa sổ bia (Spacer, Titalium, Havar foil) 35 Hình 2.4 Thân bia 36 Hình 2.5 So sánh cấu tạo F18 -FDG Glucose 38 Hình 2.6 Nguyên lý sản xuất F18-FDG phản ứng nhân 38 Hình 2.7 Nạp nguyên liệu bia để sản xuất đồng vị phóng xạ F18 39 Hình 2.8 Cường độ chùm vị trí q trình bắn bia H2O18 40 Hình 2.9 Kit IFP sử dụng sản xuất F18-FDG module IBA Synthera 41 Hình 2.10 Bộ tổng hợp F18-FDG IBA 42 Hình 2.11 Hoạt động thường qui tổng hợp F 18-FDG 42 Hình 2.12 Sơ đồ tổng hợp F18 -FDG IBA Synthera 43 Hình 2.13 Xuất lượng sinh đồng vị F18 theo khoảng thời gian chiếu 47 Hình 2.14 Xuất lượng đồng vị F18theo lượng chùm tia 47 Hình 2.15 Xuất lượng F18 theo cường độ chùm 48 Hình 3.1 Năng suất dừng chùm proton nước giàu H2O 18 50 Hình 3.2 Quãng chạy proton nước giàu H2O18 51 Hình 3.3 Giao diện phần mềm SRIM 53 Hình 3.4 Giao diện cài đặt lớp vật liệu bia ion 54 Hình 3.5 Giao diện mơ qng chạy ion vật liệu 54 vii Hình 3.6 Kích thước bia lỏng sản xuất F18 56 Hình 3.7 Cấu trúc lớp vật liệu chiếu xạ proton vào bia lỏng 56 Hình 3.8 Tỷ lệ chất giá trị tỷ trọng Havar 58 Hình 3.9 Cài đặt vật liệu bia 59 Hình 3.10 Mô đâm xuyên chùm proton bia 60 Hình 3.11 Chiều sâu vị trí dừng chùm proton bia 60 Hình 3.12 Vị trí dừng chùm proton bia bắt đầu bắn 61 Hình 3.13 Vị trí dừng chùm proton q trình bắn bia áp suất >1bar 61 Hình 3.14 Vùng ion hóa bắt đầu bắn bia 62 Hình 3.15 Vùng ion hóa trình bắn bia 62 Hình 3.16 Suy giảm lượng chùm proton trình chiếu xạ 63 viii