Đánh giá độ ổn định các thông số vật lý chùm tia trường chiếu bất đối xứng của máy gia tốc xạ trị elekta tại bệnh viện quân y 103

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Lại Thị Định ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CHÙM TIA TRƢỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Lại Thị Định ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CHÙM TIA TRƢỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DANH THANH Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Bài luận văn kết học tập nghiên cứu trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội Trung tâm ung bướu Y học hạt nhân Bệnh viện Quân y 103 Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều giúp đỡ tận tình thầy cô đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Trường đại học khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nhân viên Trung tâm Ung Bướu Y học hạt nhân - Bệnh viện Quân y 103 tạo điều kiện, giúp đỡ tơi q trình học tập, cơng tác hồn thành luận văn Tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Danh Thanh – Chủ nhiệm Bộ môn Y học hạt nhân – Học viện Quân y, người tận tình bảo hướng dẫn tơi q trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới người thân, gia đình bạn bè ln ủng hộ, chia sẻ giúp đỡ sống học tập để em có điều kiện tốt hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2015 Lại Thị Định MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tác dụng sinh học xạ ion hóa ứng dụng xạ trị 1.1.1 Tác dụng sinh học xạ ion hóa 1.1.2 Cơ sở ứng dụng xạ ion hóa điều trị ung thư 1.2 Các phƣơng pháp xạ trị, thiết bị xạ trị 1.2.1 Khái niệm, mục đích nguyên tắc xạ trị 1.2.2 Những khái niệm vật lý xạ trị ung thư 10 1.2.3 Các phương pháp xạ trị 15 1.2.4 Thiết bị xạ trị từ xa 16 1.3 Quy trình thu thập liệu trƣờng tia 17 1.3.1 Đo liều chùm photon 18 1.3.2 Đo liều chùm electron 20 1.4 Các thông số vật lý chùm tia xạ trị 22 1.4.1 Liều sâu phần trăm 23 1.4.2 Liều lượng cực đại (Dmax): 23 1.4.3 Kích thước trường chiếu 24 1.4.4 Vùng bán 24 1.4.5 Độ phẳng (Flatness) 24 1.4.6 Độ đối xứng (Symmetry) 26 1.4.7 Độ lệch 27 1.5 Ứng dụng trƣờng bất đối xứng (Asymmetric Field) xạ trị 28 Chƣơng THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Thiết bị 34 2.1.1 Máy gia tốc 34 2.1.2 Nguyên lý hoạt động, cấu tạo máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA 35 2.1.3 Các thành phần máy gia tốc tuyến tính ELEKTA 39 2.1.2 Hệ thống thiết bị đo 54 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 56 2.2.1 Phương pháp 56 2.2.2 Các bước tiến hành 56 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 61 3.1 Liều sâu phần trăm (PDD) 61 3.2 Dữ liệu theo chiều ngang chùm tia (Profile) 65 3.2.1 Độ phẳng 71 3.2.2 Độ đối xứng 75 3.2.3 Vùng bán 80 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 Danh mục chữ viết tắt GTD Gốc tự PDD Liều sâu phẩn trăm (Percentage Depth Dose) LINAC Máy gia tốc tuyến tính (Linear Accelerator) MLC Bộ chuẩn trực đa (Multileaf Collimator) 3-D CRT Xạ trị chiều theo hình dạng khối u IMRT Xạ trị điều biến liều SSD Khoảng cách nguồn bề mặt da (Source Surface Distance) MU Đơn vị kiểm soát liều lượng (Monitor Unit) TPS Hệ thống lập kế hoạch điều trị (Treatment Planning System) FW Độ rộng trường chiếu (Field Width) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Trọng số xạ 14 Bảng 2.1: Thiết kế trường chiếu bất đối xứng: 58 Bảng 2.2: Các trường chiếu bất đối xứng cần đo: 59 Bảng 3.1 Minh họa liệu đo PDD chùm photon (15MV, trường chiếu chuẩn đối xứng, kích thước 10x10cm, độ sâu đo 35cm 61 Bảng 3.2 Kết độ sâu liều cực đại trường chiếu 6x6cm 63 Bảng 3.3 Kết độ sâu liều cực đại trường chiếu 10x10cm 63 Bảng 3.4 Kết độ sâu liều cực đại trường chiếu 20x20cm 64 Bảng 3.5 Kết độ phẳng trường chiếu 6x6cm 72 Bảng 3.6 Kết độ phẳng trường chiếu 10x10cm 73 Bảng 3.7 Kết độ phẳng trường chiếu 20x20cm 74 Bảng 3.8 Kết độ đối xứng trường chiếu 6x6cm 76 Bảng 3.9 Kết độ đối xứng trường chiếu 10x10cm 77 Bảng 3.10 Kết độ đối xứng trường chiếu 20x20cm 78 Bảng 3.11 Kết vùng bán trường chiếu 6x6cm 81 Bảng 3.12 Kết vùng bán trường chiếu 10x10cm 82 Bảng 3.13 Kết vùng bán trường chiếu 20x20cm 83 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ tế bào u tế bào lành Hình 1.2: Chu kỳ tế bào Hình 1.3: Vùng cân điện tích 10 Hình 1.4: Đường cong PDD photon lượng khác 11 Hình 1.5: Mơ hình xác định tỷ số mơ-khơng khí TAR 11 Hình 1.6: Vùng bán 12 Hình 1.7: Bản đồ đường đồng liều khơng có nêm có nêm 13 Hình 1.24 Đường cong PDD số lượng electron với applicator 21 Hình 1.25: PDD beam profile chùm tia 23 Hình 1.27: Minh họa phân tách chùm tia 29 Hình 1.28: Minh họa trường chiếu đối xứng bất đối xứng 30 Hình 1.29: Các trường chiếu bất đối xứng xạ trị ung thư vú 31 Hình 1.30: Các trường chiếu bất đối xứng xạ trị ung thư đầu cổ 32 Hình 1.31: Các trường chiếu bất đối xứng kỹ thuật 3D-CRT 33 Hình 2.1: Máy gia tốc xạ trị Elekta bệnh viện 103 34 Hình 2.2: Sơ đồ khối dàn quay gắn cấu trúc dạng trống 37 Hình 2.3: Các phận máy gia tốc xạ trị 38 Hình 2.4: Sơ đồ hình ảnh súng điện tử máy gia tốc ELEKTA 39 Hình 2.5: Uốn chùm tia góc 900 42 Hình 2.6: Uốn chùm tia góc 2700 43 Hình 2.7: Uốn chùm tia góc 112,50 43 Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển chùm tia máy ELEKTA 44 Hình 2.9: Ảnh hưởng từ trường uốn đến quỹ đạo chùm electron lối 45 Hình 2.10: Các thành phần đầu điều trị LINAC 46 Hình 2.11: Phân bố liều chùm tia khơng có lọc phẳng có lọc phẳng 47 Hình 2.12: Mơ hình lọc chùm tia collimator sơ cấp 48 Hình 2.13: Định dạng chùm tia theo khối u collimator đa 49 Hình 2.14: Collimator đa gắn điều trị 50 Hình 2.15: Cấu trúc collimator làm giảm rò xạ 51 Hình 2.16: Buồng ion hóa kiểm sốt liều lượng lối 51 Hình 2.17: (a) Chùm electron với hai tán xạ chuẩn trực mở (b) Phân bố electron tán xạ từ hai chuẩn trực 53 Hình 2.2: Phantom thùng chứa nước 54 Hình 2.3: Thiết bị điều khiển detector ghi nhận liệu 55 Hình 2.4: Buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex 0,125cm3 55 Hình 2.5: Giao diện phần mềm đo liều xử lý liệu 56 Hình 2.6: Minh họa chiều quét PDD phantom 57 Hình 2.7: Mơ tả chiều đo profile chùm photon 58 Hình 2.8: Minh họa trường bất đối xứng 20x20cm 59 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.26: Độ rộng trường chiếu vùng bán xác định theo profile 24 Biểu đồ 3.1: Phân tích liệu đường liều sâu phần trăm 62 Biểu đồ 3.2: Kết đo PDD trường chiếu 6x6cm bất đối xứng 62 Biểu đồ 3.3: Kết đo PDD trường chiếu bất đối xứng 10x10cm 63 Biểu đồ 3.4: Kết đo PDD trường chiếu 20x20cm bất đối xứng 64 Biểu đồ 3.5: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm (Inplane) 66 Biểu đồ 3.6: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm(Crossplane) 66 Biểu đồ 3.7: Profile photon 6MV trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm (Inplane) 67 Biểu đồ 3.8: Profile photon 6MV trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm (Crossplane) 67 Biểu đồ 3.9: Profile photon 6MV trường chiếu (2) bất đối xứng 10x10cm (Inplane) 68 Biểu đồ 3.10: Profile photon 6MV trường chiếu (2) bất đối xứng 10x10cm (Crossplane) 68 Biểu đồ 3.11: Profile photon 6MV trường chiếu (3) bất đối xứng 10x10cm (Inplane) 69 Biểu đồ 3.12: Profile photon 6MV trường chiếu (3) bất đối xứng 10x10cm (Crossplane) 69 Biểu đồ 3.13: Profile photon 6MV trường chiếu (4) bất đối xứng 10x10cm (Inplane) 70 Biểu đồ 3.14: Profile photon 6MV trường chiếu (4) bất đối xứng 10x10cm (Crossplane) 70 Biểu đồ 3.15: Sơ đồ bảng phân tích số liệu đường profile 71 Biểu đồ 3.16: Xác định vùng bán từ profile 80 Comment [VW81]: N Bảng 3.7 Kết độ phẳng trường chiếu 20x20cm (%) Độ sâu zmax cm 10 cm 20 cm 30 cm Trường 6MV chiếu Inplane 15MV Crossplane Inplane Crossplane 105,00 103,95 105,90 105,24 104,83 104,00 104,10 104,36 Chuẩn 102,69 103,22 102,67 103,33 104,38 104,96 104,79 104,97 105,44 105,38 105,20 105,82 105,45 104,90 105,38 105,97 104,79 104,47 104,54 104,62 Chuẩn 102,06 104,06 102,06 102,93 104,57 104,52 104,77 105,50 105,50 105,55 105,04 105,92 106,71 106,22 106,87 106,64 105,50 105,36 105,45 105,11 Chuẩn 104,52 104,84 102,95 103,46 105,42 105,57 105,22 106,17 106,54 106,21 106,61 107,07 108,45 108,45 108,56 109,19 107,62 107,45 108,56 109,22 Chuẩn 106,14 106,78 106,48 106,34 107,16 107,48 108,39 109,56 108,14 108,56 109,48 110,89 112,60 112,04 112,32 113,47 111,63 111,17 111,44 112,85 Chuẩn 108,66 109,14 109,39 109,38 111,12 112,27 110,74 110,87 113,98 113,59 113,07 114,10 74 Nhận xét: - Đối với trường chiếu 6x6cm 10x10cm: Độ phẳng tất trường chiếu bất đối xứng với photon lượng 15MV độ sâu từ zmax đến 10cm đền ổn định nằm giới hạn tiêu chuẩn nhà sản xuất (