Xây dựng chương trình tính liều cho kế hoạch 3d sử dụng phương pháp clarkson

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LIỀU CHO KẾ HOẠCH 3D SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CLARKSON SVTH: HOÀNG ANH TÙNG GVHD: ThS CAO HỮU VINH GVPB: ThS NGUYỄN THỊ CẨM THU TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6/2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LIỀU CHO KẾ HOẠCH 3D SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CLARKSON SVTH: HOÀNG ANH TÙNG GVHD: ThS CAO HỮU VINH GVPB: ThS NGUYỄN THỊ CẨM THU TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6/2015 LỜI CẢM ƠN Em xin dành lời khóa luận để thể biết ơn sâu sắc đến thầy cô khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật, đặc biệt thầy cô môn Vật lý hạt nhân dạy cho em kiến thức quý báu niềm đam mê khoa học nhƣ dìu dắt đƣa chúng em đến gần với việc ứng dụng kiến thức học vào thực tế Đặc biệt em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến ThS Cao Hữu Vinh – ngƣời thầy với lòng tận tụy, nhiệt tình hƣớng dẫn, động viên, trực tiếp giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ks Đặng Quang Huy Trung tâm chuẩn đoán điều trị ung bƣớu bệnh viện 175 tạo điều kiện tốt nhƣ truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu cho em để em hoàn thành khóa luận Em xin cảm ơn TS Hoàng Thị Kiều Trang ThS Nguyễn Tấn Châu tạo điều kiện tốt giúp em lựa chọn đƣợc hƣớng cho Em xin cảm ơn ThS Nguyễn Hoàng Anh quan tâm theo sát, động viên em trình thực khóa luận Đồng thời, em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến ThS Nguyễn Thị Cẩm Thu dành thời gian đọc góp ý cho đề tài Cảm ơn tập thể lớp 11VLHN chia sẻ giúp đỡ suốt trình học tập Cảm ơn anh chị, bạn, em đội VNXK cho kỉ niệm đẹp suốt bốn năm qua Trên hết, xin cảm ơn bố động viên đƣờng học tập, cảm ơn mẹ quan tâm chăm sóc, cảm ơn gia đình mãi chỗ dựa tinh thần vững suốt đời Xin trân trọng cảm ơn! HOÀNG ANH TÙNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG : LÝ THUYẾT TÍNH LIỀU VÀ ĐO LIỀU Tính liều .2 1.1 Các khái niệm 1.2 Liều phần trăm theo độ sâu (PDD) 1.3 Tỉ số mô – phantom (TPR) 1.4 Hệ số tán xạ (Sc, Sp) 1.5 Tỉ số lệch trục (OAR) 1.6 Hệ số hiệu chỉnh không đồng (ICF) 1.7 Hệ số nghịch đảo bình phƣơng (ISF) 1.8 Hệ số hiệu chỉnh che chắn (BCF) 1.9 Tính liều số MU phƣơng pháp Clarkson Đo liều tia photon lƣợng cao 12 2.1 Điều kiện chuẩn cho thiết bị dùng đo liều 12 2.1.1 Hiệu chỉnh buồng ion hóa .12 2.1.1.1 Hiệu chỉnh áp suất, nhiệt độ độ ẩm 13 2.1.1.2 Hiệu chỉnh việc chuẩn Electrometer .13 ~i~ 2.1.1.3 Hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực 14 2.1.1.4 Hiệu chỉnh hiệu ứng tái tổ hợp .15 2.1.2 Vỏ phantom vỏ buồng ion hóa 18 2.2 Đặc điểm chất lƣợng chùm tia 19 2.2.1 Lựa chọn chất lƣợng chùm tia .19 2.2.2 Đo chất lƣợng chùm tia 19 2.3 Xác định liều hấp thụ nƣớc 21 2.4 Giá trị 21 2.4.1 Chuẩn buồng ion hóa sử dụng 60Co .21 2.4.2 Chuẩn buồng theo chất lƣợng chùm tia 22 2.5 Ƣớc lƣợng độ bất định việc xác định liều hấp thụ nƣớc điều kiện chuẩn 23 CHƢƠNG : THỰC HIỆN ĐO LIỀU TRONG PHANTOM NƢỚC 25 Thiết bị .25 1.1 Máy gia tốc tuyến tính 25 1.2 Phantom nƣớc 26 1.3 Electrometer (điện kế) 26 1.4 Detector 26 1.5 Giới thiệu Treatment Planning System (TPS) bệnh viện 175: phần mềm XiO 27 1.6 Phần mềm Dose Calculation 28 Các thông số hiệu chỉnh .29 Xác định khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn (SCD) 29 Lập kế hoạch 30 ~ ii ~ 4.1 Kế hoạch 31 4.2 Kế hoạch 31 4.3 Kế hoạch 32 4.4 Kế hoạch 33 4.5 Kế hoạch 34 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .35 Kết .35 1.1 Kế hoạch 35 1.2 Kế hoạch 36 1.3 Kế hoạch 36 1.4 Kế hoạch 37 1.5 Kế hoạch 38 1.6 Kết từ chƣơng trình Dose Calculation TPS 40 Bàn luận .41 KẾT LUẬN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 ~ iii ~ DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BCF Block Correction Factor Hệ số hiệu chỉnh che chắn CF Calibration Factor Hệ số chuẩn DICOM RT Digital Imaging and Chuẩn hình ảnh kĩ thuật số Communications in Medicine – giao tiếp dùng xạ trị Radiotherapy Inhomogeneous Correction Hệ số hiệu chỉnh không đồng Factor ISF Inverse Square Factor Hệ số nghịch đảo bình phƣơng MF Mayneord Factor Hệ số Mayneord MLC Multi Leaf Collimator Collimator đa MU Machine Unit Số MU OAR Off – Axis Ratio Tỉ số lệch trục PDD Percent Depth Dose Liều phần trăm theo độ sâu PSDL Primary Standard ICF SAD Dosimetry Phòng thí nghiệm đo liều chuẩn Laboratory sơ cấp Source to Axis Distance Khoảng cách từ nguồn đến điểm xét trục Sc Collimator Scatter Factor Hệ số tán xạ Collimator Sc,p Total Scatter Factor Hệ số tán xạ toàn phần SCD Source to Calibrate Distance Khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn SMR Scatter – Maximum Ratio Tỉ số tán xạ - cực đại Sp Phantom Scatter Factor Hệ số tán xạ Phantom SSD Source to Surface Distance Khoảng cách từ nguồn đến bề mặt ~ iv ~ SSDF SSD Factor Hệ số hiệu chỉnh SSD SSDL Secondary Standard Dosimetry Phòng thí nghiệm đo liều chuẩn Laboratory thứ cấp TAR Tissue – Air Ratio Tỉ số mô – không khí Terma Total Energy Released per unit Tổng lƣợng giải phóng Mass đơn vị khối lƣợng TMR Tissue – Maximum Ratio Tỉ số mô – cực đại TPR Tissue – Phantom Ratio Tỉ số mô – Phantom TPS Treatment Planning System Hệ thống lập kế hoạch ~v~ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các số dùng tính toán ks phƣơng pháp hai điện phát xạ xung quét xung [3] 17 Bảng 1.2: Các điều kiện chuẩn đo chất lƣợng chùm tia photon (TPR20,10) [3] 20 Bảng 1.3: Các điều kiện chuẩn để xác định liều hấp thụ nƣớc sử dụng tia photon lƣợng cao [3] 21 Bảng 1.4: Ƣớc lƣợng độ bất định chuẩn tƣơng đối Dw,Q độ sâu tham chiếu nƣớc sử dụng tia photon lƣợng cao, dựa theo phép chuẩn buồng ion hóa phát xạ gamma 60Co [3] .24 Bảng 2.1: Bảng giá trị hệ số hiệu chỉnh thông số liên quan 29 Bảng 2.2 Các thiết lập kế hoạch 31 Bảng 2.3: Các thiết lập kế hoạch .31 Bảng 2.4: Các thiết lập kế hoạch .32 Bảng 2.5: Các thiết lập kế hoạch .34 Bảng 2.6: Các thiết lập kế hoạch 34 Bảng 3.1: Thiết lập phép đo kế hoạch 35 Bảng 3.2: Thiết lập phép đo kế hoạch 36 Bảng 3.3: Thiết lập phép đo kế hoạch 37 Bảng 3.4: Các thiết lập kế hoạch 38 Bảng 3.5: Các thiết lập kế hoạch 39 Bảng 3.6: Kết tính liều phần mềm, TPS kết đo liều 40 ~ vi ~ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đƣờng cong PDD photon lƣợng MV, SSD = 100 cm máy gia tốc tuyến tính Elekta – bệnh viện 175 Hình 1.2: Sơ đồ thiết lập đo Percent Depth Dose [2] Hình 1.3: Sơ đồ thiết lập đo Tissue – Phantom Ratio [2] Hình 1.4: Sơ đồ biểu diễn phƣơng pháp đo Sc khác nhau: sử dụng lớp build – up (trái) hay mini – phantom (phải) [2] Hình 1.5: Sơ đồ diễn tả thiết lập đo Sc,p [2] Hình 1.6: Sơ đồ biểu diễn thiết lập đo OAR [2] Hình 1.7: Sơ đồ diễn tả phantom đơn giản có lớp có mật độ khác [2] Hình 1.8: Minh họa việc chia trƣờng chiếu bất bình thƣờng thành “múi” (phƣơng pháp Clarkson) [2] 10 Hình 1.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo chất lƣợng chùm tia (TPR20,10) [3] 20 Hình 2.1: Máy gia tốc Precise Treatment System [6] .25 Hình 2.2: Phantom nƣớc PTW MP3 – M [8] 26 Hình 2.3: Electrometer PTW UNIDOS Universal [9] 26 Hình 2.4: Detector Farmer PTW 30013[10] .27 Hình 2.5: Bản vẽ cấu tạo detector Farmer PTW 30013: a) kích thƣớc thể tích nhạy, b) kích thƣớc toàn detector, c) kích thƣớc build – up cap [5] 27 Hình 2.6: Giao diện chƣơng trình tính liều Dose Calculation version 1.0 .28 Hình 2.7: Đƣờng cong PDD photon lƣợng MV, SSD = 100 cm máy gia tốc tuyến tính Elekta – bệnh viện 175 30 Hình 2.8: Hình dạng MLC kế hoạch .32 Hình 2.9: Hình dạng MLC kế hoạch .33 Hình 2.10: Hình dạng MLC kế hoạch 33 Hình 2.11: Hình dạng MLC kế hoạch 34 Hình 3.1: Vị trí đặt detector kế hoạch 35 Hình 3.2: Vị trí đặt detector kế hoạch 36 ~ vii ~ ~ 58 ~ ~ 59 ~ ~ 60 ~ ~ 61 ~ Bảng P3.2: Bảng Sc, Sp ~ 62 ~ Bảng P3.3: Bảng Crossplane ~ 63 ~ ~ 64 ~ Bảng P3.4: Bảng Inplane ~ 65 ~ Phụ lục 4: Code chƣơng trình Dose Calculation Function r_cal: hàm tính bán kính “múi” function r=r_cal(x_lim1,x_lim2,y_lim1,y_lim2,x,y,link_pic) step=2*pi/36; matrix=loadpicture(link_pic,x_lim1,x_lim2,y_lim1,y_lim2); size_mt=size(matrix); x_one_pix=(x_lim1+x_lim2)/size_mt(2); y_one_pix=(y_lim1+y_lim2)/size_mt(1); stt=1; for i=0:step:(2*pi-step) m=1; n=1; X=0; Y=0; if i3*pi/2 for j=x:x_one_pix:x_lim2 Y(n)=tan(i)*(j-x)+y; X(n)=j; if Y(n)>y_lim2 Y(n)=y_lim2; X(n)=(Y(n)-y)/tan(i)+x; n=n+1; break elseif Y(n)pi/2 && iy_lim2 Y(n)=y_lim2; X(n)=(Y(n)-y)/tan(i)+x; n=n+1; break elseif Y(n)[...]... để tính liều của một số kế hoạch, sau đó so sánh với kết quả liều đo trong thực tế của cùng các kế hoạch đó, các công việc chi tiết gồm: - Xác định các hệ số hiệu chỉnh khi đo đạc - Xác định điểm chuẩn liều (SCD – Source to Calibrate Distance) - Lập kế hoạch sử dụng TPS của bệnh viện 175 - Tính liều trên phần mềm Dose Calculation theo kế hoạch đã lập ra - Đo liều trong phantom nƣớc tại điểm tính liều. .. dụng: phƣơng pháp SSD hay phƣơng pháp SAD Phƣơng trình (12) cho ta công thức tính liều nhận đƣợc cho phƣơng pháp cố định SSD: Liều nhận đƣợc/MU = CF  PDD  Sc  S p  OAR  ICF  BCF  SSDF  MF (12) Với phƣơng pháp đồng tâm ta sử dụng công thức: Liều nhận đƣợc/MU = CF  TPR  Sc  S p  OAR  ICF  BCF  ISF Dẫn đến công thức tính MU cho cả hai phƣơng pháp: ~9~ (13) (14) Với liều chỉ định là liều xạ mà... khi đo liều, tính các hệ số hiệu chỉnh trong thực nghiệm, xác định khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn, lập các kế hoạch đo liều - Chƣơng 3: Kết quả đo liều thực nghiệm, tính toán trên Dose Calculation và tính toán trên TPS cũng nhƣ bàn luận về các kết quả đó - Kết luận: Những kết luận tác giả rút ra đƣợc trong quá trình thực hiện việc tính liều và đo liều cùng với phƣơng hƣớng cải thiện chƣơng trình. .. detector trong kế hoạch 3 37 Hình 3.4: Vị trí đặt detector trong kế hoạch 4 38 Hình 3.5: Vị trí đặt detector (1) trong kế hoạch 5 .39 Hình 3.6: Vị trí đặt detector (2) trong kế hoạch 5 .40 Hình 3.7: So sánh sự sai lệch giữa liều thực nghiệm, liều tính bằng TPS và liều tính bằng phần mềm Dose Calculation 42 Hình 3.8: So sánh sự sai lệch giữa liều thực nghiệm, liều tính bằng... tia của ngƣời sử dụng không giống với chất lƣợng chuẩn, nhƣng có thể tái tạo chất lƣợng chuẩn, thì hệ số hiệu chỉnh phân cực mà trong lúc chuẩn không đƣợc áp dụng phải đƣợc tính sử dụng phƣơng trình (22) và phải sử dụng điện thế phân cực và cực nhƣ sử dụng trong phòng thí nghiệm chuẩn Do hiệu ứng phân cực trong chất lƣợng chùm tia của ngƣời sử dụng, kpol, cũng phải đƣợc tính từ phƣơng trình (22) với... nghiệm, từ đó cho ra cái nhìn tổng quan cũng nhƣ cung cấp những kiến thức cần thiết và các vấn đề cơ bản về tính liều và đo liều Nội dung chính của đề tài gồm: - Chƣơng 1: Cung cấp các khái niệm cần biết khi tính liều, công thức tính liều sử dụng thuật toán Clarkson, cung cấp các điều kiện chuẩn của thiết bị khi đo liều, cách tính các hệ số hiệu chỉnh tín hiệu ghi nhận, cách xác định liều hấp thụ trong... Chỉ loại buồng ion hóa hình trụ đƣợc đề nghị trong đo liều chuẩn sử dụng tia photon năng lƣợng cao Buồng ion hóa bản mặt song song chỉ có thể đƣợc sử dụng để đo liều tƣơng đối, chỉ khi loại buồng này đƣợc chuẩn trong cùng một chất lƣợng tia với tia sử dụng thì mới có thể sử dụng để đo liều trong điều kiện chuẩn Khi giá trị tính toán của kQ đƣợc sử dụng, sự thiếu hụt hệ số hiệu chỉnh tƣờng pwall đối với... PDD và TPR đƣợc cho dƣới dạng phần trăm A B C Q Hình 1.8: Minh họa việc chia trƣờng chiếu bất bình thƣờng thành các “múi” (phƣơng pháp Clarkson) [2] Ngoài ra còn có một phƣơng pháp khác để tính MU, phƣơng pháp này không sử dụng hệ số BCF để hiệu chỉnh che chắn, đƣợc đƣa ra bởi Clarkson và sau đó đƣợc chỉnh sửa bởi Cunningham Phƣơng pháp Clarkson dựa trên nguyên lý thành phần tán xạ của liều tại một điểm... đƣợc cho bởi phƣơng trình: BCF  TPR  d , rblocked  S p  rblocked   TPR  d , ropen  S p  ropen  (11) Phƣơng pháp này không quan tâm đến hình dạng của block và giả sử rằng TPR và Sp sẽ giống nhau giữa trƣờng chiếu bất kì và trƣờng chiếu hình vuông kích thƣớc tƣơng đƣơng 1.9 Tính liều và số MU bằng phƣơng pháp Clarkson Monitor unit đƣợc tính bằng cách sử dụng một trong hai phƣơng pháp thông dụng: ... nghiệm hay ngƣời sử dụng sẽ quyết định điện thế và cực sử dụng lâm sàng của buồng ion hóa Việc chuẩn hóa nên đƣợc thực hiện tại điện thế này (và cực này, nếu chỉ sử dụng một cực để chuẩn) Khi phòng thí nghiệm chuẩn đã hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực, ngƣời sử dụng phải áp dụng hệ số kpol vào tất cả các phép đo sử dụng phân cực Khi phòng thí nghiệm không hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực, những biện pháp xử lý hiệu ... chuẩn liều (SCD – Source to Calibrate Distance) - Lập kế hoạch sử dụng TPS bệnh viện 175 - Tính liều phần mềm Dose Calculation theo kế hoạch lập - Đo liều phantom nƣớc điểm tính liều kế hoạch. .. Lập kế hoạch 30 ~ ii ~ 4.1 Kế hoạch 31 4.2 Kế hoạch 31 4.3 Kế hoạch 32 4.4 Kế hoạch 33 4.5 Kế hoạch 34 CHƢƠNG : KẾT... .35 Kết .35 1.1 Kế hoạch 35 1.2 Kế hoạch 36 1.3 Kế hoạch 36 1.4 Kế hoạch 37 1.5 Kế hoạch 38 1.6 Kết từ chƣơng trình