Nghiên cứu đánh giá liều trong chẩn đoán CT bằng mô phỏng monte carlo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KIM XUYẾN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ LIỀU TRONG CHẨN ĐOÁN CT BẰNG MÔ PHỎNG MONTE CARLO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KIM XUYẾN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ LIỀU TRONG CHẨN ĐOÁN CT BẰNG MÔ PHỎNG MONTE CARLO Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân lượng cao Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, thực hoàn thành luận văn, nhận giúp đỡ, hướng dẫn bảo tận tình thầy cô, anh chị bạn công tác học tập môn Vật lý – Kỹ thuật hạt nhân Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: TS Trương Thị Hồng Loan, người hết lòng dạy bảo, định hướng, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Đặc biệt, ý kiến quý báu, kịp thời cô giúp tháo gỡ vướng mắc đề tài gặp khó khăn để có kết ngày hôm Chị Trần Ái Khanh, chị tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, chỉnh sửa cho đóng vai trò quan trọng suốt trình thực hoàn thành luận văn Anh Đặng Nguyên Phương, người cung cấp tài liệu bổ ích, quan trọng cho kiến thức MCNP ROOT ThS Thái Mỹ Phê, thầy giúp đỡ trình liên hệ tiến hành đo đạc bệnh viện Anh Dương Thành Tài, kỹ sư vật lý bệnh viện Đa khoa Đồng Nai, nhiệt tình giúp đỡ trình thu thập liệu đo đạc bệnh viện Bác sĩ Đinh Thanh Bình, trưởng khoa, đội ngũ bác sĩ, kỹ sư khoa Y học Hạt nhân bệnh viện Đa khoa Đồng Nai tạo điều kiện cho khảo sát, thu thập số liệu bệnh viện TS Nguyễn Đông Sơn, thầy truyền dạy cho kiến thức bổ ích ứng dụng vật lý hạt nhân y tế tạo cho nguồn cảm hứng, say mê với lĩnh vực Vật lý Y khoa Các thầy cô Bộ môn Vật lý - Kỹ thuật hạt nhân cung cấp cho kiến thức chuyên môn vững Các bạn học viên cao học Vật lý Hạt nhân - K23 đồng hành giúp đỡ trình học tập Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè bên cạnh tiếp sức, ủng hộ động viên để hoàn thành khóa học Nguyễn Thị Kim Xuyến MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CT .4 1.1 Giới thiệu chung CT 1.2 Lịch sử phát triển CT .5 1.3 Thực trạng sử dụng CT giới Việt Nam 1.3.1 Thực trạng sử dụng CT giới 1.3.2 Thực trạng sử dụng CT Việt Nam .10 1.4 Nguyên lý kỹ thuật chụp cắt lớp CT 13 1.5 Cấu tạo máy CT nguyên lý phát tia X .14 1.5.1 Cấu tạo máy CT 14 1.5.1.1 Đầu bóng tia X .14 1.5.1.2 Bộ chuẩn trực (Collimator) 20 1.5.1.3 Bộ lọc chùm tia (Filter) .22 1.5.2 Nguyên lý phát tia X .23 1.5.2.1 Bức xạ hãm 23 1.5.2.2 Bức xạ đặc trưng 25 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH LIỀU HẤP THỤ TRÊN PHANTOM .29 2.1 Các đại lượng tính liều 29 2.1.1 Liều chiếu .29 2.1.2 Liều hấp thụ 30 2.1.3 Liều tương đương 30 i 2.1.4 Liều hiệu dụng 31 2.2 Các thông số ảnh hưởng đến liều bệnh nhân 33 2.2.1 Các thông số thiết bị .33 2.2.1.1 Bộ lọc chùm tia 33 2.2.1.2 Tạo hình dạng chùm tia bow-tie 33 2.2.1.3 Khoảng cách từ bia anode đến tâm vật chiếu 34 2.2.1.4 Hệ chuẩn trực .34 2.2.2 Các thông số liên quan đến cách thức chụp 34 2.2.2.1 Chiều dài vùng quét L 35 2.2.2.2 Hệ số pitch 36 2.2.2.3 Cường độ dòng I 37 2.2.2.4 Thời gian chiếu t 37 2.2.2.5 Điện áp 38 2.3 Liều xạ máy CT 38 2.3.1 Chỉ số liều CT (CTDI) 38 2.3.2 CTDI100 39 2.3.3 CTDIw (Weighted CTDI) .40 2.3.4 CTDIvol (Volume CTDI) 41 2.4 Tính liều hấp thụ mô MCNP5 41 2.4.1 Giới thiệu phương pháp Monte-Carlo .41 2.4.2 Giới thiệu chương trình mô MCNP 42 2.4.2.1 Lịch sử chương trình MCNP .42 2.3.2.2 Dữ liệu hạt nhân phản ứng MCNP 45 2.3.2.3 Cấu trúc chương trình MCNP .46 2.4.2.4 Độ xác kết nhân tố ảnh hưởng 47 2.4.3 Tally đánh giá 48 2.4.3.1 Tally F2 48 2.4.3.2 Tally Fmesh4 .49 2.4.3.3 Tally F6 49 ii CHƯƠNG - TÍNH LIỀU HẤP THỤ TRÊN PHANTOM PMMA 51 3.1 Mô cấu hình hệ đầu bóng tia X dùng máy CT 51 3.1.1 Thông số đầu bóng tia X 51 3.1.2 Cấu hình hệ đầu bóng tia X từ MCNP5 52 3.2 Đánh giá phổ tia X thu từ chương trình MCNP5 53 3.2.1 Phổ tia X 53 3.2.2 So sánh phổ tia X từ mô MCNP5 phổ tia X thu từ chương trình SpekCalc 55 3.2.3 Ảnh hưởng cấu hình máy lên phổ tia X 57 3.2.4 Phổ tia X trước sau bow-tie .59 3.2.5 Ảnh hưởng hình dạng bow-tie lên phổ tia X 61 3.2.6 Ảnh hưởng bề dày lọc 62 3.3 Đánh giá liều hấp thụ phantom 63 3.3.1 Liều hấp thụ theo vị trí nguồn 63 3.3.2 Ảnh hưởng yếu tố chụp lên liều hấp thụ 67 3.3.2.1 Ảnh hưởng giá trị điện áp lên liều hấp thụ 67 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian chụp lên liều hấp thụ 69 3.3.2.3 Ảnh hưởng cường độ dòng lên liều hấp thụ 70 3.3.2.4 Ảnh hưởng hệ số pitch lên liều hấp thụ 71 3.3.3 So sánh liều hấp thụ từ MCNP5 chương trình CT Dosimetry 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt ACTL ANSI CBCT Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt The Activation Library Thư viện kích hoạt American Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa National Standards Institute Kỳ Cone Beam Computed Tomography Chụp cắt lớp điện toán chùm nón CT Computed Tomography Chụp cắt lớp điện toán CTD100,c Center CT dose index Chỉ số liều CT tâm CTDI100,p Periphery CT dose index Chỉ số liều CT vùng rìa CTDIvol Volume CT dose index Chỉ số liều CT cục CTDIw Weight CT dose index Chỉ số liều CT tính đến trọng số Chương trình mô Monte  CYLTRAN Carlo CYLTRAN nhóm Halnleib Mehlhorn, 1986 Chương trình mô Monte Carlo DETEFF DETector EFFiciency Cornejo DETEFF Diaz D nhóm Pérez Sánchez, 1998; Jurado Vargas, 2002 EBCT EMI ENDF ENDL The Electron Beam Computed Tomograpy The Electric Chụp cắt lớp điện toán chùm electron Musical  Instrument The Evaluated Nuclear Data File The Evaluated File liệu hạt nhân đánh giá Nuclear Thư viện Dữ liệu hạt nhân đánh giá Data Library iv FBP Filtered Back Projection Phương pháp chiếu ngược có lọc FOV Field Of View Trường chiếu FWHM FWTM The Full Width Half Maximum The Width Tenth Maximum Độ rộng nửa chiều cao cực đại Độ rộng 1/10 chiều cao cực đại Chương trình mô Monte GEANT Geometry And Tracking Carlo GEANT nhóm R Brun 1986, CERN Data Handling Division, Geneva GESPECOR Germanium SPEctroscopy CORrection Factors Chương trình mô Monte Carlo GESPECOR nhóm O.Sima D Arnold, 2000 Chương MCG trình Monte Carlo gamma xử lý photon Monte Carlo Gamma lượng cao MCN MCNG Chương trình Monte Carlo xử lý Monte Carlo Neutron toán vận chuyển neutron Monte Carlo Neutron – Chương trình Monte Carlo ghép Gamma cặp neutron-gamma Chương trình Monte-Carlo mô vận chuyển hạt N MCNP Monte Carlo N-Particle nhóm J.F Briesmeister, 1997, Los Alamos National Laboratory Report, LA-12625-M MCNPX MCP Monte Carlo N-Particle eXtended Phiên mở rộng MCNP Chương trình Monte Carlo xử lý Monte Carlo Photon toán vận chuyển photon v MCS General-purpose transport Monte Carlo code Positron Chương trình Monte Carlo vận chuyển hạt với mục đích chung Robert R Johnston, 1963 Mã định dạng thư viện số liệu  NJOY PET particle hạt nhân MCNP Emission Tomography Chụp Positron cắt lớp PMMA Polymetyl Mathacrylate  RTM Reni – Wolfram - Molyden  SpekCalc Chương trình tính phổ tia X từ  vật liệu bia Tungsten vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Năng lượng liên kết electron lớp K ứng với số vật 28 liệu làm anode Bảng 2.1 Trọng số xạ Wr 31 Bảng 2.2 Trọng số mô wT cho mô quan 32 Bảng 3.1 So sánh kết mô thư viện tia X [35] đỉnh 54 tia X đặc trưng Wolfram Bảng 3.2 So sánh phổ thu từ mô MCNP chương 56 trình SpekCalc Bảng 3.3 Độ giảm thông lượng photon qua lọc nhôm 59 bow-tie với giá trị điện áp đỉnh 100, 110, 120 130 kVp Bảng 3.4 Thông lượng tia X với bề dày lọc thay đổi từ 1,0 – 8,0 63 mm điện áp đỉnh 120 kVp Bảng 3.5 Liều hấp thụ phantom đường kính 16 cm với lát 65 cắt điện áp đỉnh 100 kVp Bảng 3.6 Liều hấp thụ phantom đường kính 16 cm với lát 66 cắt điện áp đỉnh 130 kVp 10 Bảng 3.7 Liều hấp thụ phantom đường kính 32cm với lát 66 cắt điện áp đỉnh 120 kVp 11 Bảng 3.8 Liều hấp thụ vị trí phantom với giá trị điện 67 áp 100, 120 130 kVp 12 Bảng 3.9 Ảnh hưởng thời gian chụp lên số liều CTDIvol 69 13 Bảng 3.10 Ảnh hưởng cường độ dòng lên số liều CTDIvol 70 vii 3.3.2 Ảnh hưởng yếu tố chụp lên liều hấp thụ Trong phần này, ảnh hưởng thông số chụp như: điện áp đỉnh, giá trị mAs, pitch lên liều xạ để lại phantom thể số liều CTDIvol khảo sát 3.3.2.1 Ảnh hưởng giá trị điện áp lên liều hấp thụ Để đánh giá ảnh hưởng giá trị điện áp lên liều hấp thụ, tác giả tiến hành khảo sát ba giá trị điện áp 100, 120 130 kVp với phantom đường kính 16 cm Kết thể hình 3.17 bảng 3.8 3.50E-16 Liều hấp thụ (mGy) 3.00E-16 2.50E-16 2.00E-16 100 kVp 1.50E-16 120 kVp 1.00E-16 130 kVp 5.00E-17 0.00E+00 Cell Hình 3.17 Liều hấp thụ cell điện áp đỉnh 100, 120 130 kVp Bảng 3.8 Liều hấp thụ vị trí phantom với giá trị điện áp 100, 120 130 kVp Điện áp đỉnh Liều hấp thụ (×10-16 mGy) Trung tâm Vùng biên Phantom cell cell cell cell cell 100 kVp 1,402 1,043 1,019 1,020 1,019 1,151 120 kVp 2,498 1,899 1,857 1,858 1,858 2,078 130 kVp 3,145 2,404 2,352 2,354 2,354 2,626 67 Từ bảng 3.8 thấy tăng giá trị điện áp dẫn đến liều xạ để lại phantom tăng theo Cụ thể, điện áp tăng từ 100 kVp lên 120 kVp liều hấp thụ tăng lên 80,54%, điện áp tăng từ 120 kVp đến 130 kVp liều hấp thụ tăng 26,36% Do đó, chụp ảnh CT để giảm liều cho bệnh nhân người ta tiến hành giảm điện áp nguồn Mặt khác, việc giảm điện áp nguồn làm tăng độ tương phản hình ảnh giúp phân biệt cấu trúc khác xương mô mềm (hình 3.19) [6], [20] Tuy nhiên, giảm điện áp nguồn làm tăng tỉ lệ nhiễu cường độ dòng khả xuyên sâu chùm tia giảm, từ dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh CT (hình 3.18) Vì vậy, chụp hình CT cần phải cân nhắc giá trị điện áp phù hợp để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân đảm bảo chất lượng hình ảnh Các nghiên cứu giá trị điện áp tối ưu cho chụp ảnh CT thường vào khoảng 90 đến 140 kVp người trưởng thành [6] Các hãng CT lắp đặt máy mặc định sẵn giá trị điện áp phù hợp với loại máy Tại bệnh viện Đa khoa Đồng Nai, 130 kVp sử dụng cho máy CT Somatom Spirit lát cắt hãng Siemens 100 kVp giá trị điện áp sử dụng cho máy CT Somatom Definition Flash hãng Siemens Đối với trẻ em, để giảm liều giá trị điện áp khuyến cáo sử dụng 80 kVp Hình 3.18 Mối quan hệ giá trị điện áp độ nhiễu ảnh CT [31] 68 Hình 3.19 Mối quan hệ giá trị điện áp độ tương phản ảnh CT [31] 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian chụp lên liều hấp thụ Thời gian chụp thông số cần quan tâm chụp CT Để đánh giá ảnh hưởng thông số lên giá trị liều, tác giả tiến hành khảo sát với thay đổi thời gian chụp thông số khác không thay đổi (điện áp 120 kVp, hệ số pitch 1, cường độ dòng 180 mA) với chế độ chụp đầu Kết thể bảng 3.9 Bảng 3.9 Ảnh hưởng thời gian chụp lên số liều CTDIvol Thời gian quay vòng (s) CTDIvol (mGy) 0,45 3,19 0,8 5,67 7,08 1,2 8,50 Hình 3.20 cho thấy số liều hấp thụ phantom tăng tuyến tính theo thời gian chụp Thời gian chụp nhỏ liều xạ để lại bệnh nhân Do đó, chụp CT cần có biện pháp giảm tối đa thời gian chụp bệnh nhân Các biện pháp đưa tăng hệ số pitch với vùng chiếu dài, cải tiến kỹ thuật (kỹ thuật ghi nhận, xử lý ảnh, tăng dãy đầu dò…) thay đổi phương thức quét (chuyển từ chế độ quét xoay – tịnh tiến sang chế độ quét xoắn ốc) 69 CTDIvol (mGy) CTDIvol 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 y = 7.0849x R² = 0.5 1.5 Thời gian quay vòng (s) Hình 3.20 Đồ thị thể phụ thuộc CTDIvol vào thời gian chụp 3.3.2.3 Ảnh hưởng cường độ dòng lên liều hấp thụ Tiếp tục khảo sát phụ thuộc số CTDIvol vào cường độ dòng việc thay đổi giá trị dòng giữ thông số khác không đổi (điện áp 120 kVp, thời gian quay vòng 1s, hệ số pitch 0,8) với chế độ chụp đầu Kết từ bảng 3.10 cho thấy liều hấp thụ tăng tuyến tính theo cường độ dòng Như vậy, giảm cường độ dòng phương pháp giúp giảm liều bệnh nhân Tuy nhiên, cần cân nhắc sử dụng phương pháp việc giảm cường độ dòng làm tăng tỉ lệ nhiễu dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh Trên thực tế, dòng ống tia X thường khoảng 80 đến 250 mA [6] Bảng 3.10 Ảnh hưởng cường độ dòng lên số liều CTDIvol mA CTDIvol (mGy) 100 4,92 120 5,90 180 8,86 200 9,84 70 CTDIvol 12.00 CTDIvol (mGy) 10.00 y = 0.0492x - 2E-14 R² = 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 50 100 150 200 250 mA Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc CTDIvol vào cường độ dòng 3.3.2.4 Ảnh hưởng hệ số pitch lên liều hấp thụ Khảo sát liều hấp thụ dựa vào số liều CTDIvol với chế độ chụp đầu thay đổi hệ số pitch thông số khác không đổi (điện áp 120 kVp, cường độ dòng 180 mA thời gian quay vòng 1s) Kết cho bảng 3.11 Bảng 3.11 Ảnh hưởng hệ số pitch lên số liều CTDIvol Pitch CTDIvol (mGy) 0,5 14,17 1,0 7,08 1,2 5,90 1,5 4,72 2,0 3,54 71 CTDIvol 16.00 CTDIvol (mGy) 14.00 12.00 y = 7.0849x-1 R² = 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0.5 1.5 2.5 Pitch Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn suy giảm số liều theo hệ số pitch Đồ thị hình 3.22 cho thấy liều xạ để lại phantom giảm mạnh tăng hệ số pitch Tuy nhiên, việc tăng hệ số pitch (p>1) tạo khoảng trống lớn lát cắt làm giảm chất lượng hình ảnh thu Do đó, chụp CT đầu hệ số pitch lựa chọn p1 chụp CT ngực bụng, chiều dài vùng quét lớn nên để giảm thời gian chụp, giảm liều cho bệnh nhân hệ số pitch p>1 lựa chọn sử dụng Như hình 3.23, với việc tăng hệ số pitch CT quét vùng rộng thời gian Như vậy, giá trị điện áp thông số thời gian quay vòng, cường độ dòng hệ số pitch có ảnh hưởng lớn đến số liều hấp thụ CTDIvol Tuy nhiên, thay đổi giá trị thời gian quay vòng, cường độ dòng hệ số pitch mà giá trị mAs không đổi giá trị liều không đổi [19] Với bệnh nhân kiểu chụp có giá trị mAs khác 72 Hình 3.23 Chiều dài vùng quét (L) với thay đổi hệ số pitch [29] Bảng 3.12 cho thấy thay đổi số liều CTDIvol theo giá trị dòng hiệu dụng mAs Bảng 3.12 Chỉ số liều CTDIvol theo giá trị mAs trot p mA mAs CTDIvol (mGy) 0,5 100 200 7,87 0,8 0,8 200 200 7,87 0,8 400 320 12,60 0,5 1,2 150 360 14,17 Kết cho thấy thay đổi giá trị pitch, mA thời gian quay vòng giá trị mAs không đổi 200 mAs số liều 7,87 mGy Đồng thời ta thấy giá trị mAs tăng lên số liều phantom tăng theo Do đó, để giảm liều ta giảm giá trị mAs Tuy nhiên đề cập, việc giảm liều dẫn đến tăng nhiễu làm giảm chất lượng hình ảnh (hình 3.24) 73 Hình 3.24 Ảnh CT tim với chế độ chụp 60, 120, 180 240 mAs [31] 3.3.3 So sánh liều hấp thụ từ MCNP5 chương trình CT Dosimetry Liều hấp thụ thu từ MCNP5 so sánh với kết liều từ chương trình CT Dosimetry ImPACT với chế độ chụp đầu (phantom đường kính 16 cm, 125 kV, mAs/slice 120, thời gian quay vòng 1,5 s pitch 1) chế độ chụp bụng (phantom đường kính 32 cm, 125 kV, mAs/slice 100, thời gian quay vòng 1s pitch 1,5) Kết thu cho bảng 3.13 Bảng 3.13 So sánh số CTDIvol tính toán từ MCNP5 ImPACT [33] CTDIvol (mGy) Chế độ chụp Hệ số chuẩn hóa MCNP ImPACT Chụp đầu 5,5 8,7 1,6 Chụp bụng 1,9 5,1 2,7 Kết cho thấy liều xạ để lại bệnh nhân với lát cắt chế độ chụp bụng thấp chế độ chụp đầu Việc khảo sát liều hai phantom kích cỡ 16 cm 32 cm cho thấy kích cỡ bệnh nhân có ảnh hưởng đến số liều hấp thụ, bệnh nhân kích cỡ nhỏ nhận liều xạ lớn [13] Do cần có 74 điều chỉnh thông số chụp thích hợp nhằm giảm liều cho bệnh nhân mà đảm bảo chất lượng hình ảnh chụp Kết so sánh với chương trình CT Dosimetry ImPACT cho thấy kết liều thu từ mô MCNP tương đối tốt Hệ số chuẩn hóa với kết ImPACT chế độ đầu 1,6 chế độ bụng 2,7 Sở dĩ có lệch kết mô ImPACT hạn chế việc mô số lượng vị trí nguồn vòng quay đầu bóng tia X quanh phantom sai số thống kê số lịch sử hạt hữu hạn Ngoài kể đến sai số hệ thống thông tin cấu hình máy chưa đầy đủ hay sai lệch mô tả hình học mô tả chưa xác cấu hình, vật liệu gặp phải trình mô Và nguyên nhân dẫn đến có chênh lệch hệ số chuẩn hóa chế độ chụp đầu với chế độ chụp bụng trình mô tác giả tiến hành lấy trường chiếu cho hai chế độ chụp Với trường chiếu này, chế độ chụp bụng chùm tia X không bao trùm hết phantom liều ghi nhận thấp thực tế cho chùm tia bao trùm hết phantom 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận văn này, với mục tiêu sử dụng chương trình mô MCNP5 để nghiên cứu đánh giá liều chụp cắt lớp CT hệ máy CT Somatom Spirit hãng Siemens Bệnh viện Đa khoa Đồng Nai đạt kết sau: Mô cấu hình đầu bóng tia X dùng máy CT Somatom Spirit hãng Siemens bệnh viện Đa khoa Đồng Nai Đánh giá phổ tia X phát từ máy CT cho thấy phổ tia X thu từ chương trình MCNP5 tốt, phổ thể chi tiết đỉnh đặc trưng cho vật liệu làm bia sai lệch so với liệu thư viện tia X 1,33% So sánh với phổ thu từ phần mềm bán thực nghiệm SpekCalc phổ tia X thu từ MCNP5 có độ lệch 10% Ảnh hưởng giá trị điện áp, thông số cấu hình máy (collimator, lọc đặc biệt lọc Bow-tie) đánh giá Từ cho thấy rõ vai trò phận dùng máy CT Khảo sát phân bố liều phantom cho thấy có phân bố liều đồng vị trí biên, liều tập trung vùng trung tâm phantom với chế độ chụp đầu liều thấp vùng trung tâm với chế độ chụp bụng Như vậy, kích cỡ vùng chụp kích cỡ bệnh nhân có ảnh hưởng tới phân bố liều Ảnh hưởng thông số chụp (điện áp, cường độ dòng, thời gian chụp hệ số pitch) đánh giá Kết cho thấy liều hấp thụ phantom giảm giảm giá trị điện áp, cường độ dòng hay thời gian chụp ngược lại liều lại giảm tăng hệ số pitch Liều hấp thụ lát cắt với chế độ chụp đầu (5,5 mGy), chụp bụng (1,9 mGy) tính toán MCNP5 so sánh với chương trình CT Dosimetry ImPACT Kết cho thấy tỉ lệ liều từ hai chương trình 1,6 với chế độ chụp đầu 2,7 với chế độ chụp bụng Những kết thu dùng để hỗ trợ việc đánh giá phơi chiếu liều xạ từ chụp CT chẩn đoán Từ góp phần nghiên cứu thiết kế hệ CT 76 điều kiện chiếu chụp tối ưu để giảm liều lên bệnh nhân sử dụng CT chẩn đoán Tuy nhiên, thời gian có hạn nên việc thực luận văn số hạn chế sau: Trong luận văn này, tiến hành đánh giá liều tổng phantom với lát cắt, chưa đề cập đến liều hấp thụ quan bệnh nhân mối liên hệ liều hấp thụ chất lượng hình ảnh CT để đưa biện pháp giảm liều cho bệnh nhân mà đảm bảo chất lượng hình ảnh Kết liều thu từ MCNP5 so sánh với chương trình CT Dosimetry ImPACT mà chưa so sánh với chương trình mô khác thực nghiệm Chưa tận dụng hết ưu điểm chương trình MCNP5 mô tính toán Nguyên nhân dẫn đến hạn chế giới hạn việc thu thập thông số máy CT từ nhà sản xuất, kiến thức kỹ thuật chụp ảnh CT khả sử dụng hết tính có MCNP5 hạn hẹp Bên cạnh giới hạn mặt thời gian thực luận văn Những hạn chế mục tiêu nghiên cứu nhóm nghiên cứu 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Tấn Châu (2013), Tính liều chiếu cho bệnh nhân ghi hình 18 F- FDG PET/CT phương pháp MIRD, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp HCM [2] Thái Khắc Định, Tạ Hưng Quý (2001), Vật lý nguyên tử hạt nhân, NXB Đại học Quốc Gia Tp HCM, tr 85-88 [3] Bùi Thị Hải (2012), Tính toán che chắn an toàn xạ cho phòng chụp CT, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp HCM [4] Ngô Quang Huy (2004), An toàn xạ ion hóa, NXB Khoa học Kỹ thuật [5] Đinh Thị Thu Ngân (2014), Tính liều hiệu dụng cho bệnh nhân chụp CT, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP HCM [6] Nguyễn Đông Sơn (2009), Giáo trình Vật lý Hạt nhân Ứng dụng Y tế [7] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM Tiếng Anh: [8] Abolaban F.A (2011), On Board Cone Beam CT for Treatment Planning in Image Guided Radiotherapy, Philosophiae Doctor thesis, University of Surrey Guildford [9] Brenner D.J (2010), Slowing the Increase in the Population Dose Resulting from CT Scans, Radiation Research Society, 174(6), pp.809-815 [10] Bushberg J.T., Seibert J.A & Leidholdt E.M (2002), The Essential Physics Of Medical Imaging, Second Edition, pp.98-115, 135-150, 294 78 [11] Christner J.A., Kofler J.M & McCollough C.H (2010), “Estimating Effective Dose for CT Using Dose–Length Product Compared With Using Organ Doses: Consequences of Adopting International Commission on Radiological Protection Publication 103 or Dual-Energy Scanning”, Medical Physics and Informatics, pp.881-889 [12] Colagrande S., Origgi D., Zatelli G., Giovagnoni A & Salerno S (2013), CT exposure in adult and paediatric patients: a review of the mechanisms of damage, relative dose and consequent possible risks, Italian Society of Medical Radiology [13] DeMarco J.J., Cagnon C.H., Cody D.D., Stevens D.M., McCollough C.H., Zankl M., Angel E & McNitt-Gray M.F (2007), “Estimating radiation doses from multidetector CT using Monte Carlo simulations: effects of different size voxelized patient models on magnitudes of organ and effective dose”, Physics in Medicine and Biology, 52, pp.2583–2597 [14] Ding G & Coffey C (2009), “Radiation dose from kilovoltage cone beam computed tomography in an image-guided radiotherapy procedure”, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, vol 73(2), pp.610-617 [15] Ding G & Munro P (2011), “Reduced CBCT Imaging Dose Due to the New X-Ray Source”, Medical Physics, June.38(6), pp.1904 [16] Feng W., Guan H & Bakalyar (2011), “Monte Carlo Simulation of Varian OBI Cone Beam CT (CBCT) and Dose Distribution in Head Phantom in 125kVp and 100kVp”, Medical Physics, 38(6), pp.3373 [17] Ferreira C.C., Vieira J.W & Maia A.F (2009), “The influence of calculated CT X-ray spectra on organ absorbed dose to a human phantom”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 267, pp.3447–3455 [18] Galanski M., Hidajat N., Maier W., Nagel H.D & Schmidt Th (2000), Radiation exposure in computed tomography: Fundamentals, influencing, 79 parameters, dose assessment, optimasation, scanner data, terminology, Second Edition, Offizin Paul Hartung Druck, Hamburg, Germany [19] Higley K (2008), Dose to the female breasts from nuclear medicine and diagnostic radiology, Master thesis of Science in Radiation Health Physics, Oregon State University [20] Hsieh J (2009), Computed Tomography principles, design, artifacts and recent advances, Second Edition, SPIE press, Bellingham, Washington USA [21] Hyer D (2010), “An organ and effective dose study of XVI and OBI conebeam CT systems”, Journal of Applied Clinical Medical Physics, Volume 11(2), pp.181-197 [22] Kalender W.A (2000), Computed Tomography, Publicis MCD Verlag, Germany [23] Kalos M.H & Whitlock P.A (2004), Monte Carlo Methods, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA [24] Kan M., Leung L.H., Wong W & Lam (2008), “Radiation dose from cone beam computed tomography for image-guided radiation therapy”, International Journal of Radiation Oncology Biology and Physics., 70(1), pp.272–279 [25] McCollough C., Shrimpton P., Timmer J & Wilson C (2008), The Measurement, Reporting, and Management of Radiation Dose in CT, AAPM Report No 96 [26] Nagel H.D (2000), Radiation Exposure in Computed Tomography, European Coordination Committee of the Radiological and Electromedical Industries, Germany [27] Poludniowski G (2009), SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes, Physics in Medicine and Biology, 54, pp.433-438 80 [28] Shastri AN (2008), Diagnostic Radiology and Imaging for Technicians, Jaypee Brothers Medical Publishers, Gopsons Papers, Noida, pp.63-71 [29] Siemens, What are the basics of CT?, Siemens Medical Solutions [30] X-5 Monte Carlo Team (2003), MCNP - A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5, Los Alamos National Laboratory [31] Yu L., McCollough C.H., Leng S & Kofler J.M (2012), Optimization of Image Acquisition and Reconstruction in Multi-slice CT, Department of Radiology, Mayo Clinic, Rochester [32] Zhang & Di (2012), Reduction of radiation dose to radiosensitive organs and its tradeoff with image quality in Computed Tomography, Biomedical Physics Thesis, University of California Internet: [33] http://www.impactscan.org/ [34] http://vietbao.vn/Khoa-hoc/May-chup-cat-lop-co-an-toan/40157275/188/ [35] http://xdb.lbl.gov/Section1/Table_1-2.pdf [36] http://www.yhth.vn/mot-so-van-de-trong-cong-tac-lien-ket-dat-may-chup-c-tscanner-tai-mot-so-benh-vien-o-phia-bac-cua-mot-cong-ty-co-phan-cho-thue-thietbi-y-te-viet-nam_t3302.aspx [37] https://en.wikipedia.org/wiki/Monte_Carlo_method 81 [...]... cho phòng chụp CT của tác giả Bùi Thị Hải [3]… Trước tình hình này, tác giả chọn đề tài Nghiên cứu đánh giá liều trong chẩn đoán CT bằng mô phỏng Monte Carlo với mục đích kế thừa những bước phát triển và thành tựu mà các nhà khoa học trên thế giới đã đạt được khi nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến liều lượng trong chụp CT, trên cơ sở đó có những đánh giá cụ thể về liều lượng bức xạ CT và ảnh hưởng... các thủ tục CT Để đánh giá liều hấp thụ trong chụp CT, chương trình mô phỏng MCNP5 dựa trên thuật toán mô phỏng Monte Carlo được sử dụng, đối tượng nghiên cứu là hệ máy CT Somatom Spirit của hãng Siemens tại bệnh viện Đa khoa Đồng Nai Công việc đầu tiên và rất quan trọng trong đánh giá liều là xây dựng hệ đầu bóng tia X và đánh giá phổ phát ra từ máy CT Kế đến dựa trên phổ tia X ghi nhận, liều hấp thụ... hấp thụ và ảnh hưởng của các thông số chụp lên liều hấp thụ được tiến hành đánh giá, nhằm cung cấp những đánh giá toàn diện phục vụ cho các nghiên cứu giảm liều trên bệnh nhân trong chụp CT Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với chương trình tính toán phổ bán thực nghiệm SpekCalc và chương trình tính liều CT Dosimetry của ImPACT nhằm đánh giá hiệu quả mô phỏng từ chương trình MCNP5 Với mục đích trên,... SpekCalc - Mô phỏng tính liều hấp thụ trên phantom PMMA và đánh giá ảnh hưởng của các thông số chụp lên liều hấp thụ, tính chỉ số liều hấp thụ với các chế độ chụp đầu và chụp bụng Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thu được từ chương trình tính liều CT Dosimetry của ImPACT 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CT 1.1 Giới thiệu chung về CT Chụp cắt lớp vi tính CT (Computer Tomography) là một phương pháp chẩn đoán. .. chẩn đoán, chất lượng điều trị CT cũng dần được các bác sĩ, nhân viên và cả bệnh nhân quan tâm 1 Trong bài toán xác định liều bệnh nhân và giải pháp giảm liều trong chụp CT mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh, đánh giá ảnh hưởng của các thông số chụp lên liều hấp thụ là một trong những công việc rất quan trọng Do đó, trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu đánh giá liều hấp thụ trên các phantom... và Di đã tiến hành đánh giá việc giảm liều bệnh nhân đồng thời đảm bảo chất lượng hình ảnh trong chụp CT [32] Ngoài ra, một số đề tài khác đã thiết lập lên các phương pháp có thể được sử dụng để xác định liều đồng thời, hoặc mô phỏng tính toán liều hiệu dụng bằng cách sử dụng thuật toán Monte Carlo với hình học CBCT chi tiết (Ding & Munro, 2011 [15] và Ding & Coffey, 2009 [14]) hoặc bằng cách sử dụng... pháp Monte Carlo tính toán trên phantom RANDO đầu Hiện nay, tại Việt Nam, cũng đã có một số nghiên cứu của các tác giả khác trong lĩnh vực này Tác giả Đinh Thị Thu Ngân đã sử dụng hai phương pháp tính liều hiệu dụng thông qua DLP và sử dụng chương trình CT Dosimetry để đánh giá liều hiệu dụng trong CT đồng thời tiến hành so sánh với các kết quả trên thế giới nhằm đưa ra những đánh giá về liều hiệu dụng... số liều CTDIvol 71 15 Bảng 3.12 Chỉ số liều CTDIvol theo giá trị mAs 73 16 Bảng 3.13 So sánh chỉ số CTDIvol được tình toán từ MCNP và 74 ImPACT viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 a - Thế hệ CT thứ nhất và b - Thế hệ CT thứ hai 6 Hình 1.2 a - Thế hệ CT thứ ba và b - Thế hệ CT thứ tư 6 Hình 1.3 Sơ đồ máy CT kiểu chùm EBCT 7 Hình 1.4 Chế độ quét xoắn ốc 8 Hình 1.5 CT. .. nghiên cứu toàn diện xác định liều hiệu dụng trên 26 cơ quan trong cơ thể Các phép đo được thực hiện tại ba vùng quét khác nhau: đầu, ngực và xương chậu Feng, (2011) [16] đã sử dụng code BEAMnrc và DOSXYZnrc để mô phỏng và đo liều CBCT từ phiên bản mới 1.4 Varian OBI-CBCT, nghiên cứu này chỉ ra những ảnh hưởng của các thông số quét lên liều hiệu dụng mà bệnh nhân nhận được khi sử dụng phương pháp Monte. .. sự đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng của phổ tia X lên liều hấp thụ trên các cơ quan bằng chương trình EGSnrc/BEAM dựa trên thuật toán mô phỏng Monte Carlo, kết quả được so sánh với kết quả tính toán từ bốn chương trình bán thực nghiệm Xcomp5r, X-raytbc, X-rayb&m và Srs-78 [17]; Colagrande, Origgi và các cộng sự đã đánh giá liều bệnh nhân và mức độ rủi ro có thể nhận được trong chụp ảnh CT trên đối tượng ... cứu đánh giá liều chẩn đoán CT mô Monte Carlo với mục đích kế thừa bước phát triển thành tựu mà nhà khoa học giới đạt nghiên cứu vấn đề liên quan đến liều lượng chụp CT, sở có đánh giá cụ thể liều. .. CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KIM XUYẾN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ LIỀU TRONG CHẨN ĐOÁN CT BẰNG MÔ PHỎNG MONTE CARLO Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân lượng cao Mã số chuyên... liều CT cục CTDIw Weight CT dose index Chỉ số liều CT tính đến trọng số Chương trình mô Monte  CYLTRAN Carlo CYLTRAN nhóm Halnleib Mehlhorn, 1986 Chương trình mô Monte Carlo DETEFF DETector