ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG CỤ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐƯỜNG ĐỒNG LIỀU TRÊN HỆ THỐNG LẬP KẾ HOẠCH XẠ TRỊ 3D (TPS)

Hiện nay, Công nghệ Kiểm tra không phá huỷ (NonDestructive TestingNDT) là một công nghệ thiết yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy bao gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra. Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử dụng. Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy trình công nghệ trong chế tạo, gia công. Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và kinh doanh của các doanh nghiệp. Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.NDT cũng được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tạo một sản phẩm. Sử dụng các phương pháp NDT trong các công đoạn của quá trình sản xuất mang lại một số hiệu quả sau:•Làm tăng mức độ an toàn và tin cậy của sản phẩm khi làm việc.•Làm giảm giá thành sản phẩm bằng cách giảm phế liệu và bảo toàn vật liệu, công lao động và năng lượng.•Nó làm tăng uy tín của nhà sản xuất khi được biết đến như làm một nhà sản xuất các sản phẩm chất lượng.Vì vậy, NDT đang ngày càng trở nên quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay. Kiểm tra không phá hủy gồm rất nhiều phương pháp khác nhau, và thường được chia thành hai nhóm chính theo khả năng phát hiện khuyết tật của chúng, đó là:•Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong (và trên bề mặt) của đối tượng kiểm tra:Phương pháp chụp ảnh bức xạ (Radiographic Testing RT),

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐƯỜNG ĐỒNG LIỀU TRÊN HỆ THỐNG LẬP KẾ HOẠCH

XẠ TRỊ 3D (TPS)

SHSV: 20092719

Lớp: KTHN & VLMT K54 Cán bộ hướng dẫn: Trần Văn Thống

HÀ NỘI 2014

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự giúp đỡ,

dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của những người khác Và trong suốt thờigian bước chân vào trường học và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhậnđược rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, động viên từ quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy hướng dẫn, Kỹ

sư Trưởng - Trần Văn Thống đã tận tâm hướng dẫn em trong suốt quá trình thựchiện làm đồ án tốt nghiệp

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Viện Kỹ thuậthạt nhân & Vật lý môi trường, các quý Thầy cô của Trường đại học Bách Khoa HàNội đã dành thời gian, tâm huyết và tri thức để truyền đạt lại cho em trong suốt thờigian học tập tại trường, đó là hành trang giúp em vững bước trong tương lai Và đặcbiệt trong kỳ đồ án tốt nghiệp này, Viện đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em được làm

đồ án tại Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu, Bệnh viện Bạch Mai, Hà Nội

Em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các anh chị trong Trung tâm Y học hạtnhân và Ung bướu bệnh viện Bạch Mai, Hà nội đã giúp đỡ em, cho em lời khuyên

bổ ích về chuyên môn, giúp em thực hành đo đạc trong suốt quá trình nghiên cứu

Và cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tất cả bạn bè, và đặc biệt làgia đình, những người luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em vượt qua những khókhăn, thử thách trong cuộc sống

Sinh viên

Phùng Quang Tiến

TÓM TẮT NỘI DUNG

Trong quy trình xạ trị ung thư, một trong những công việc quan trọng mà kỹ

sư vật lý cần thực hiện tốt đó là thiết lập và tính toán phân bố liều trên thể tích khối

u trong hệ thống lập kế hoạch xạ trị Ngoài việc lựa chọn năng lượng chùm tia,hướng chiếu thì việc sử dụng các công cụ để điều chỉnh phân bố liều trên thể tíchkhối u trong lập kế hoạch xạ trị cũng là một việc hết sức quan trọng Các công cụnày góp phần làm tối ưu hóa kế hoạch điều trị, giúp triệt căn hoặc giảm bớt thể tíchkhối u, đồng thời làm giảm liều chiếu tới các mô lành xung quanh

Đồ án tốt nghiệp với đề tài “đánh giá các công cụ ảnh hưởng tới đường đồngliều trên hệ thống lập kế hoạch xạ trị 3D (TPS)” đã nghiên cứu các vấn đề về lýthuyết cơ bản và chuyên sâu về tương tác của photon với môi trường vật chất, tínhtoán các đại lượng liều đặc trưng trong vật lý xạ trị ung thư, nghiên cứu quy trình xạtrị cho một bệnh nhân mắc bệnh ung thư Bên cạnh đó, đồ án nghiên cứu sâu về cáccông cụ (nêm, tấm bù da, khối che chắn, lọc phẳng) ảnh hưởng tới đường đồng liềutrên hệ thống phần mềm lập kế hoạch xạ trị 3D (TPS) Đồ án nghiên cứu đánh giá

sự ảnh hưởng của các công cụ dựa trên dữ liệu đặc trưng của chùm tia, liều truyềnqua khi đo đạc thực tế sử dụng hệ thống phantom nước, đầu dò, và máy gia tốctuyến tính, từ đó sẽ có những hướng điều chỉnh để tối ưu kế hoạch điều trị cho bệnhnhân

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CF Collimator factor (Hệ số trực chuẩn);

REF Relative exposure factor (hệ số lộ sáng tương đương);

Sc = SF Scatter factor (Hệ số tán xạ);

PSF,

Sp

Peak scatter factor (Hệ số tán xạ đỉnh);

Hệ số tán xạ phantom RDF Relative dose factor (Hệ số liều tương đương);

PDD Percentage depth dose (Liều sâu phần trăm);

TAR Tissue – air ratio (Tỉ số mô- không khí);

TPR Tissue- phantom ratio (Tỉ số mô- phantom);

TMR Tissue- maximum ratio (Tỉ số mô- cực đại);

SMR Scatter – maximum ratio (Tỉ số tán xạ- cực đại);

OAR Off – axis ratio (Tỉ số ngoài- trục);

F

S

Beam flatness (độ phẳng chùm tia);

Symmetry (độ đối xứng chùm tia);

WF Wedge factor (Hệ số nêm);

GTV Gross tumor volume (Thể tích khối u thô);

CTV Clinical taget volume (Thể tích khối u lâm sàng);

PTV Planning tumor volume (Thể tích lập hoạch);

OAR Organs at risk (Các cơ quan nguy cấp);

TV

IT

Treaatment volume (Thể tích điều trị);

CT A computed tomography (Chụp cắt lớp vi tính);

3D- CRT 3D- conformal radiation therapy ( Kỹ thuật xạ trị 3D);

BEV Beam eye view ( ảnh tầm nhìn của chùm tia)

DRR Digital reconstructed radiograph (Ảnh X-quang tái tạo số hóa)

DVH Dose volume histogram (Giản đồ liều khối)

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

MỤC LỤC 8

MỤC LỤC BẢNG, BIỂU 10

MỤC LỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 11

LỜI MỞ ĐẦU 13

NỘI DUNG 14

CHƯƠNG 1 14

TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ ION HÓA VỚI VẬT CHẤT 14

1.1 Bức xạ hạt 14

1.2 Tương tác của bức xạ gamma với vật chất 15

CHƯƠNG 2 22

CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ 22

2.1 Các thông số xạ trị 22

2.2 Kỹ thuật xạ trị khoảng cách nguồn – bề mặt (SSD) xác định độ sâu liều trên trục trung tâm trong nước 28

2.3 Kỹ thuật khoảng cách nguồn- trục (SAD) xác định liều sâu trục trung tâm trong nước 31

2.4 Tỉ số Ngoài – Trục (OAR) và đặc trưng chùm tia (profile) 41

2.5 Phân bố liều trên phantom nước 44

2.6 Các vùng thể tích liên quan đến xạ trị 46

CHƯƠNG 3 50

QUY TRÌNH XẠ TRỊ 50

3.1 Mở đầu 50

3.3 Tư thế bệnh nhân 50

3.4 Định vị trường chiếu 52

3.5 Định hướng chùm tia 53

3.6 Tạo thông tin, tư liệu định vị trường xạ 54

3.7 Các dụng cụ bù mô khuyết 54

3.8 Các khối che chắn thông dụng 54

3.9 Chụp CT lập kế hoạch điều trị 56

3.10 Lập kế hoạch điều trị trên hệ thống lập kế hoạch xạ trị 3D (TPS) 58

3.11 Truyền thông tin, dữ liệu sang máy điều trị 59

CHƯƠNG 4 60

CÁC CÔNG CỤ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN BỐ LIỀU TRÊN HỆ THỐNG LẬP KẾ HOẠCH XẠ TRỊ TPS 60

4.1 Mở đầu 60

4.3 Khối che chắn (Block) 63

4.4 Tấm bù da (bolus) 65

CHƯƠNG 5 68

ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG CỤ ẢNH HƯỞNG TỚI PHÂN BỐ LIỀU 68

TRÊN MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP UNG THƯ 68

5.1 Mở đầu 68

5.2 Lập kế hoạch xạ với bệnh nhân ung thư Phổi 68

5.3 Lập kế hoạch xạ với bệnh nhân ung thư não 70

5.4 Lập kế hoạch xạ với bệnh nhân ung thư vòm họng 72

5.5 Lập kế hoạch xạ với bệnh nhân ung thư vú 75

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 79

MỤC LỤC BẢNG, BIỂU

Bảng 2.1: Độ sâu điển hình đối với liều tối đa tại zmax với năng lượng chùm tiaphoton khác nhau và kích thước trường chiếu là 5×5 cm2 22Bảng 2.2 Liều sâu % của chùm photon khác nhau trong nước cùng trường A kíchthước 10*10 cm2, khoảng cách SSD=f =100 cm và tại hai độ sâu: 5 cm và 10 cm 31Bảng 2.3 Tỉ số mô – không khí đối với chùm Co60 trong nước với kích thướctrường chiếu khác nhau AQ và ở hai độ sâu trong phantom là 5 cm và 10 cm 32Bảng 4.1 Đo liều truyền qua nêm trên máy Dose 1 với các thông số được thiết lậptrên máy đo Điện áp vào 300 (V), thời gian đo 60 (s), sai số nhỏ hơn 3%, sử dụngđầu dò FC65 Năng lượng chùm photon là 6MV, đo 3 lần và lấy giá trị trung bình 62Bảng 5.1 Liều chỉ định của bác sĩ và liều chịu đựng các mô lành quanh khối u 68Bảng 5.2 Liều chỉ định vào khối u và liều chịu đựng vào các mô lành 71Bảng 5.3 Liều chỉ định vào khối u và liều chịu đựng các mô lành quanh khối u 73

MỤC LỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hiệu ứng tán xạ đàn hồi 16

Hình 1.2 Hiệu ứng quang điện 17

Hình 1.3 Hiệu ứng tán xạ compton 18

Hình 1.4 Hiệu ứng tạo cặp 19

Hình 2.1 Hình học đo của hệ số chuẩn trực CF(A,hv) 25

Hình 2.2 Hình học đo của hệ số tán xạ đỉnh PSF tại điểm P trong không khí và phantom 26

Hinh 2.3 Hệ số tán xạ đỉnh PSF với kích thước trường chiếu 27

của chùm tia γ từ nguồn Co60 27

Hình 2.4 Hình học của phép đo hệ số liều tương đương (RDF) 28

Hình 2.5 Giá trị của hệ số liều tương đương RDF(A), hệ số chuẩn trực CF(A) và hệ số tán xạ SF(A)của chùm γ Co60 29

Hình 2.6 Phép đo hình học của liều sâu % (PDD) 31

Hình 2.7 Đường cong của liều sâu % (PDD) trong nước có kích thước trường 10*10 cm2 tại khoảng cách SSD 100cm của chùm photon năng lượng 15 MV 31

Hình 2.8 Phép đo hình học và định nghĩa của tỉ số TAR 34

Hình 2.9 Hình học về mối quan hệ giữa liều sâu % PDD (z, A, f, hv) và tỉ số mô-không khí TAR (z, AQ, hv) 35

Hình 2.10 Biểu diễn mối quan hệ PDD với SSD 36

Hình 2.11 Mối quan hệ liều sâu % PDD với khoảng cách SSD cùng với kích thước trường AQ đồng nhất 36

Hình 2.12 Hình học đo của tỉ số mô- phantom TPR (d, AQ, hv) 39

Hình 2.13 Phép đo hình học của mối quan hệ giữa liều sâu % PDD và tỉ số mô-không khí TMR 41

Hình 2.14 Đặc trưng chùm tia trong 2 trường tại độ sâu khác nhau 43

Hình 2.15 Hình (a) phép đo hình học độ phẳng của chùm tia, hình (b) là phép đo hình học của độ đối xứng chùm tia 44

Hình 2.16 Các vùng thể tích liên quan đến xạ trị 48

Hình 3.1 Máy CT mô phỏng lập kế hoạch xạ 58

Hình 4.1 Máy đo liều Dose 1,đầu dò FC65 và nêm dùng trong xạ trị 63

Hình 4.2 Hệ thống phantom nước và đầu dò 64

Hình 4.3 Đặc trưng chùm tia của nêm sử dụng hệ đo phantom nước 64

Hình 4.4 Bảng 5 lớp suy giảm một nửa và che chắn chì [10] 65

Hình 4.5 Khay che chắn được lắp đặt trên máy gia tốc 66

Hình 4.6 Sử dụng tấm bù da tạo đường cong đồng liều đồng dạng với hình dạng bia (khối u) 67

Hình 5.1 Hình ảnh khối u phổi được vẽ trên bệnh nhân lập kế hoạch xạ 70

Hình 5.2 Giản đồ liều khối đánh giá liều lượng hấp thụ vào thể tích khối u và các cơ quan lành xung quanh 70

Hình 5.3 Hình ảnh đường đồng liều So sánh hai kế hoạch có sử dụng nêm (phải) và không nêm (trái) 71

Hình 5.4 Xác định khối u và các cơ quan cần bảo vệ 71

Hình 5.5 Giản đồ DVH đánh giá liều hấp thụ vào khối u và các mô lành xung quanh 73

Hình 5.6 Đường phân bố liều và đồ thị DVH với bệnh nhân mắc ung thư não 73

Hình 5.7 Hình ảnh khối u và các mô lành xung quanh được vẽ bởi bác sĩ 74

Hình 5.8 Giản đồ liều khối đánh giá định tính kế hoạch điều trị ung thư vòm họng 75

Hình 5.9 Hình ảnh so sánh phân bố liều trên khối u đối với 2 kế hoạch sử dụng che chắn (trái) và không che chắn (phải) 75

Hình 5.10 Hình ảnh lập kế hoạch xạ trị ung thư vú sử dụng tấm bù da 76

Hình 5.11 So sánh phân bố liều trên khối u trong 2 kế hoạch sử dụng tấm bù da (phải) và không sử dụng tấm bù da (trái) 77

Hình 5.12 Giản đồ liều khối xác định liều lượng vào khối u và các cơ quan lành xung quanh 77

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật áp dụng vàođiều trị ung thư, đã có rất nhiều phương pháp để điều trị cho bệnh nhân ung thư nhưphẫu thuật, hóa chất, xạ trị, Và trong đó, xạ trị vẫn là một trong những phươngpháp phổ biến đối với hầu hết các loại ung thư

Quy trình xạ trị chung là một hệ thống gồm nhiều khâu như đánh dấu điểmđồng tâm xạ, Chụp CT cắt lớp, định vị khối u, lập kế hoạch xạ trị, mô phỏng kiểmtra kế hoạch và cuối cùng là xạ trị cho bệnh nhân, mỗi công việc đều mang ý nghĩarất quan trọng trong quá trình điều trị cho bệnh nhân ung thư Để thiết lập và tínhtoán phân bố liều tại thể tích bia (khối u) thì ngoài việc sử dụng năng lượng, hướngchùm tia, các kỹ sư còn sử dụng các công cụ để hỗ trợ cho việc tối ưu hóa liều xạtrên khối u bệnh nhân

Để làm sáng tỏ vì sao các công cụ ảnh hưởng tới phân bố liều trên thể tích

bia, thì đồ án tốt nghiệp với đề tài “các công cụ ảnh hưởng đến đường đồng liều

trên hệ thống lập kế hoạch xạ trị 3D (TPS)” được đưa ra để nghiên cứu Trong đề

tài đề cập đến những kiến thức cơ bản về tương tác của bức xạ ion hóa vật chất, tínhtoán chuyên sâu về các đại lượng vật lý trong xạ trị, các kỹ thuật dùng trong xạ trị.Giới thiệu những đặc tính cơ bản và chuyên sâu về các công cụ, tính toán và đo đạctrên thực tế về sự thay đổi phân bố liều khi sử dụng các công cụ trong xạ trị Bêncạnh đó, đề tài nghiên cứu quy trình xạ trị, sử dụng các công cụ làm tối ưu hóa phân

bố liều trên hệ thống lập kế hoạch xạ trị (TPS)

Mặc dù em đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, đặc biệt là được sự giúp đỡtận tâm của thầy hướng dẫn nhưng không thể tránh khỏi sai sót Em rất mong muốnnhận được những ý kiến góp ý của các Thầy Cô để đề tài được hoàn thiện hơn trongnhững lần nghiên cứu sau

NỘI DUNGCHƯƠNG 1 TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ ION HÓA VỚI VẬT CHẤT

Khi chùm tia truyền qua môi trường, tương tác giữa các photon và môi tường

có thể xảy ra với những hiệu ứng mà hệ quả là năng lượng của chúng truyền chomôi trường Giai đoạn đầu của sự truyền năng lượng bao gồm sự bật các electron rakhỏi nguyên tử của môi trường hấp thụ Những electron có năng lượng cao này sẽtác động và truyền năng lượng bằng cách tạo ra sự ion hóa hoặc kích thích cácnguyên tử dọc theo quỹ đạo tương tác của chúng Nếu môi trường là mô cơ thể thìchùm tia năng lượng thấp sẽ hấp thụ tại các tế bào và ảnh hưởng đến khả năng sinhsản của tế bào Tuy nhiên, hầu hết năng lượng cao bị hấp thụ được biến đổi thànhdạng nhiệt, không gây hiệu ứng sinh học

1.1 Bức xạ hạt

Quá trình một nguyên tử trung hòa chuyển thành hạt tích điện âm hoặcdượng được gọi là sự ion hóa Khi một electron rời khỏi quỹ đạo, nguyên tử sẽ tíchđiện dương và tạo thành một cặp ion hóa, còn nguyên tử nhận thêm electron sẽ trởthành ion âm và nguyên tử mất electron sẽ trở thành ion dương Trong một sốtrường hợp, một nguyên tử trung hòa nhận thêm electron và nguyên tử tích điện âm

sẽ trở thành ion âm

Các hạt tích điện, chẳng hạn các electron, proton được xem là những bức xạion hóa trực tiếp nếu chúng có năng lượng đủ lớn để gây ra những va chạm khithâm nhập vào môi trường vật chất Năng lượng của hạt tới bị hao phí tăng dần trênmỗi khoảng cách gây ion hóa trong môi trường Đôi khi những electron bị làm bật

ra nhận được năng lượng đủ lớn sẽ tham ra tương tác và tạo ra bức xạ thứ cấp là cáctia “delta” Mặt khác, nếu sự mất năng lượng của các hạt tới không đủ lớn để làmbật electron ra khỏi nguyên tử nhưng lại cung cấp thêm cho electron đưa năng

lượng lên mức cao hơn, quá trình này được gọi là va chạm kích thích [6]

1.2 Tương tác của bức xạ gamma với vật chất

Độ suy giảm của chùm photon truyền qua lớp vật liệu sẽ bị hấp thụ và gây ra

5 loại tương tác khác nhau Một trong số đó, hiệu ứng hủy photon chỉ xảy ra khinăng lượng photon lớn hơn 10 MeV tương tác với hạt nguyên tử vật chất, sinh ranotron Còn 4 hiệu ứng khác là hiệu ứng tán xạ đàn hồi, hiệu ứng quang điện, hiệuứng tán xạ compton và hiệu ứng tạo cặp phụ thuộc vào năng lượng chùm photon vànguyên tử số của môi trường vật chất Hệ số suy giảm toàn phần trong quá trìnhtương tác của chùm photon là tổng của các suy giảm thành phần, ta có:

sẽ phát bức xạ có năng lượng đúng với tần số của chùm sóng tới Chùm tia X tán xạ

có cùng bước sóng của chùm tia tới

Hình 1.1 Hiệu ứng tán xạ đàn hồi

Do vậy, sẽ không có sự thay đổi năng lượng nào xảy ra với sự chuyển độngcủa electron và cũng không có sự hấp thụ năng lượng nào xảy ra trong môi trường.Chỉ có hiện tượng chùm photon bị tán xạ theo một góc nhỏ Tán xạ đàn hồi xảy ra

1.2.2 Hiệu ứng quang điện

Khi gamma tương tác với electron quỹ đạo của nguyên tử, gamma biến mất

và năng lượng gamma được truyền cho electron quỹ đạo để nó bay ra khỏi nguyên

tử Electron này được gọi là quang electron [1] Trong quá trình này, toàn bộ năng

lượng hv của photon được truyền cho electron nguyên tử Khi đó, động năng củaelectron bị bật ra (gọi là quang electron) có giá trị là : hv- E B, ở đây E B là nănglượng liên kết của electron Tương tác loại này có thể xảy ra với những electrontrong các lớp vỏ K, L, M, N

Sau khi electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử sẽ tạo ra chỗ trống tại lớp vỏ

và nguyên tử sẽ nằm trong trạng thái bị kích thích Chỗ trống này có thể được lấpđầy bởi một electron ở quỹ đạo ngoài kèm theo sự phát ra hoặc các bức xạ đặc trưng(tia X) hoặc các electron Auger Những electron này được sinh ra do hấp thụ cácbức xạ đặc trưng nội tại, gần hạt nhân (các electron bên trong nguyên tử) Vì nănglượng liên kết của các electron tại lớp vỏ K trong mô mềm là rất nhỏ, chỉ khoảng0,5 KeV nên năng lượng của các bức xạ đặc trưng sinh ra do hấp thụ về mặt sinhhọc cũng sẽ rất thấp và có thể xem như sự hấp thụ tại chỗ

Hình 1.2 Hiệu ứng quang điện

Với chùm photon năng lượng cao hơn và nguyên tử số của môi trường lớnhơn thì bức xạ đặc trưng sẽ có năng lượng cao hơn và có thể truyền năng lượng tớikhoảng cách xa hơn so với các photon electron Trong những trường hợp này, sựhấp thụ năng lượng tại chỗ sẽ giảm đi do năng lượng phát ra dưới dạng các bức xạ

1.2.3 Hiệu ứng Compton

Trong hiệu ứng tán xạ Compton, các photon tương tác với electron tự do củanguyên tử Thuật ngữ “tự do” ở đây có nghĩa là năng lượng liên kết của electronnhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của photon tới Trong tương tác này, electronnhận được một phần năng lượng của photon và bị bắn lệch ra một góc θ ,còn bảnthân photon bị giảm năng lượng và lệch khỏi quỹ đạo một góc ∅

Hình 1.3 Hiệu ứng tán xạ compton

Quá trình xảy ra hiệu ứng compton có thể được phân tích như va chạm của 2hạt, một là photon và một là electron Bằng cách áp dụng định luật bảo toàn nănglượng và xung lượng, ta có thể thu được mối quan hệ sau:

Quá trình tạo cặp là một ví dụ của hiện tượng năng lượng bị biến đổi thànhkhối lượng, đúng như Einstein đã tiên đoán: E= mc2 Quá trình ngược, chủ yếu khốilượng biến đổi thành năng lượng diễn ra khi một positron kết hợp với electron đểtạo ra 2 photon và gọi là bức xạ hủy cặp.

Hình 1.4 Hiệu ứng tạo cặp

Chùm tia X được sinh ra từ một bia hay chùm tia γ phát ra từ một nguồnphóng xạ bao gồm số lượng rất lớn các photon và thường có nhiều mức năng lượngkhác nhau Chùm photon có thể được mô tả theo nhiều thuật ngữ, trong đó một sốđược định nghĩa như sau:

1) Thông lượng ∅của các photon là tỉ số của dN/dα, ở đây dN là sốlượng photon đi qua một tiết diện dα

2) Tốc độ dòng hay mật độ dòng J là lưu lượng dòng trên một đơn vịthời gian:

J=d ∅/dt (1.3)

3) Thông năng ψ là tỉ số của dEfl/dα, ở đây dEfl là tổng các mức nănglượng của tất cả các photon đi vào khối cầu ảo:

Ψ= dEfl/dα (1.4)Trường hợp với chùm photon đơn năng thì dEfl chính là tích số các photon

dN với năng lượng hv mà mỗi photon mang theo:

dEfl= dN × hv (1.5)4) Suất thông năng, mật độ thông năng hoặc cường độ φ là tỉ số củathông năng trên một đơn vị thời gian:

φ = dψ/dt (1.6)

1.2.5 Sự suy giảm chùm tia

Thực nghiệm đã xác định đặc tính suy giảm của chùm photon Khi truyềnqua môi trường vật chất, chùm photon có thể bị tán xạ hoặc bị hấp thụ hoàn toàn.Trong những điều kiện đó, sự suy giảm số lượng các tia photon (dN) sẽ tỉ lệ với sốlượng các photon tới (N) và độ dày lớp hấp thụ (dx) Nghĩa là:

dN ~ Ndxhay dN= -µNdx

Ở đây, µ là hằng số tỉ lệ và còn gọi là hằng số suy giảm Dấu trừ có nghĩa là

số lượng các photon giảm dần khi độ dày lớp hấp thụ tăng Phương trình trên có thểbiểu diễn theo cách khác, chẳng hạn theo cường độ I, ta có:

dI= -µIdxhay: dI/I= -µdxNếu độ dày x được biểu diễn theo độ dài, khi đó µ được gọi là hệ số suygiảm tuyến tính Chẳng hạn, nếu độ dày được đo theo cm thì đơn vị µ được tínhtheo cm-1

Phương trình trên cũng giống như phương trình mô tả sự phân hủy bức xạ vàcũng tương tự như hằng số phân hủy λ Do đó ta có thể biểu diễn phương trình trênthành:

Ở đây, I(x) là cường độ chùm photon truyền qua độ dày x và Io là cường độcủa chùm photon tới Tương tự như thuật ngữ chu kỳ bán hủy, lớp bán hấp thụ(HVL) được xác định là độ dày của lớp vật chất làm suy giảm cường độ chùm tia đimột nửa so với ban đầu

1.2.6 Hệ số suy giảm

Như đã đề cập, hằng số suy giảm µ có đơn vị là cm-1 Nói chung, hệ số nàyphụ thuộc vào năng lượng của chùm photon và bản chất của môi trường hấp thụ Vì

sự suy giảm tùy thuộc độ dày x của lớp hấp thụ, nghĩa là số các electron có mặt tại

độ dày đó nên µ cũng sẽ phụ thuộc vào mật độ ρ của môi trường vật chất Nếu đem

chia µ cho mật độ ρ (µ/ρ) ta có khái niệm hệ số suy giảm khối lượng Hệ số suygiảm khối lượng có thứ nguyên là cm2/g vì µ/ρ = cm-1/ (g/cm3).

Tương tự hai hệ số trên, ta có hệ số suy giảm điện tử µe và hệ số suy giảmnguyên tử µa Khi đó ta có:

µa= µ/ρx1/N0 cm2/electron vàµa= µ/ρxZ/N0 cm2/nguyên tử

Ở đây, Z là số nguyên tử và N0 là các số electron/g, N0 được tính theo:

Trong đó, NA là số Avogadro và Aw là trọng lượng nguyên tử

1.2.7 Hệ số truyền năng lượng

Khi một photon tương tác với nguyên tử vật chất thì một phần hoặc toàn bộnăng lượng của nó được biến đổi thành động năng của các electron Nếu chỉ mộtphần năng lượng của photon truyền cho electron thì bản thân photon sẽ bị tán xạ vàhao phí năng lượng Photon tán xạ có thể tiếp tục tương tác và lại truyền một phầnhoặc toàn bộ năng lượng của nó cho electron Vì vậy, một photon có thể gặp mộthoặc nhiều tương tác, trong đó năng lượng bị mất do photon chuyển đổi thành độngnăng của điện tử Nếu ta xem chùm photon truyền trong môi trường vật chất và mộtphần năng lượng hao phí được chuyển thành động năng của hạt tích điện trên mộtđơn vị độ dài, khi đó hiện tượng sẽ được gọi là sự truyền năng lượng và được đánhgiá bằng hệ số truyền năng lượng (µtr) Hệ số này được tính theo:

Hầu hết các electron chuyển động và tương tác cũng sẽ hao phí năng lượng

do va chạm không đàn hồi (kích thích hoặc ion hóa) với các electron của nguyên tửmôi trường vật chất Một số ít trường hợp, tùy thuộc vào số nguyên tử của vật chất

mà sự hao phí năng lượng do tương tác và tạo ra bức xạ hãm với hạt nhân nguyên

tử Năng lượng bức xạ hãm được phát ra dưới dạng các tia X và không được tínhđến cho năng lượng bị hấp thụ tại chỗ

Hệ số hấp thụ năng lượng (µen) được định nghĩa là sản phẩm của hệ số truyềnnăng lượng và có giá trị bằng (1-g), ở đây g là phần năng lượng của hạt mang điệnthứ cấp trong môi trường tương tác bị hao phí dưới dạng bức xạ hãm

Như đã đề cập, hệ số hấp thụ năng lượng được tính bằng µen/ρ Vì hầu hếtmọi tương tác trong môi trường mô cơ thể hoặc môi trường có nguyên tử số Z thấptrong đó các electron hao phí gần như toàn bộ năng lượng do va chạm ion hóa, cònthành phần bức xạ hãm xem như không đáng kể vì vậy, kết quả sẽ là:

Những hệ quả này có thể sẽ khác nhau một cách đáng kể khi các hạt thứ cấpmang điện có động năng lớn và môi trường vật chất có số nguyên tử cao Hệ số hấpthụ năng lượng là một đại lượng rất quan trọng trong lĩnh vực xạ trị, bởi nó chophép đánh giá năng lượng bị hấp thụ trong mô và cho phép tiên lượng hiệu quả sinhhọc của bức xạ. [2]

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ

Trong xạ trị với chùm tia ngoài thì bệnh nhân và khối u trong cơ thể bệnhnhân được chiếu xạ với các chùm tia bức xạ ngoài, và khi ấy khoảng cách từ nguồntới bệnh nhân có một khoảng cách nhất định Hầu hết xạ trị với chùm tia ngoài đều

sử dụng chùm photon, một vài trường hợp sử dụng chùm electron và một số íttrường hợp dùng các loại chùm hạt như proton, các chùm hạt ion nặng hoặc notron

Trong chương này sẽ giải quyết các vấn đề với xạ trị chùm ion ngoài Cácchùm photon ngoài này được đặc trưng bởi tất cả các thông số vật lý giống nhautrong tất cả các công thức tính toán, nhưng sẽ khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốcmỗi chùm tia, thiết bị tạo ra chùm tia và năng lượng của mỗi chùm tia ấy Ở đây chủyếu xét tới chùm tia X trong máy gia tốc hay máy X-quang và chùm tia gammatrong hạt nhân phóng xạ, tính toán các đại lượng liều sinh ra do tương tác của cácchùm photon với cơ thể người

Bảng 2.1: Độ sâu điển hình đối với liều tối đa tại zmax với năng lượng chùm tiaphoton khác nhau và kích thước trường chiếu là 5×5 cm2

Bề mặt Photon Năng

lượng thấp

2.1.1 Kích thước trường chiếu của chùm tia xạ

Các chùm tia được sử dụng trong xạ trị phải có hình dạng khác nhau phù hợpvới hình dạng thể tích bia trên thực tế Có 4 dạng chính của hình dạng trường chiếuđược sử dụng trong xạ trị: vuông, chữ nhật, tròn và không đồng đều

Trường chiếu hình vuông và chữ nhật thường được sử dụng cùng với việcthiết lập ống chuẩn trực trong thiết bị xạ trị, nó thường được tạo ra tùy thuộc vàotừng bệnh nhân Trường chiếu tròn gắn liền trên các máy điều trị sử dụng hệ chuẩntrực đa lá (MLC)

hệ số tán xạ lớn

Suất liều trong không khí X , hệ số kerma trong không khí (Kair)air và liều vớikhối lượng nhỏ vật chất trong môi trường không khí D`med phụ thuộc vào kích thướctrường chiếu A và hệ số chuẩn trực (CF) CF được định nghĩa là:

phải điều chỉnh dữ liệu để chuẩn khoảng cách nguồn- bề mặt (SSD) của thiết bịbằng cách dùng tỉ số bình phương nghịch đảo.

Hệ số bình phương nghịch đảo là hệ số suy giảm liều theo bình phươngkhoảng cách Được tính theo công thức (2.2):

X (f a)

X (f b)=¿ ¿ (2.2)

Hình 2.1 Hình học đo của hệ số chuẩn trực CF(A,hv)

Hệ số chuẩn trực (CF) được chuẩn hóa hóa đến 1 với trường chiếu chuẩn cókích thước 10×10 cm2 và SSD chuẩn trên máy điều trị Hệ số chuẩn trực (CF) lớnhơn 1 với trường chiếu A vượt quá 10×10 cm2 và nhỏ hơn 1 với trường chiếu A nhỏhơn 10×10 cm2 Người ta thường đo tại điểm P trong không khí cùng với một buồngion hóa hình trụ trang bị một nắp tích tụ thích hợp và đặt nguồn tại tâm buồng ionhóa (chuẩn SSD + zmax) Khoảng cách nguồn- bề mặt (SSD) ở đây được viết tắt từSSD chuẩn (điển hình 80 hoặc 100 cm cho máy Co60 hoặc 100 cm cho máy gia tốc)

và zmax (độ dày nắp tích tụ) cho độ sâu liều tối đa trong phantom của chùm photonđặc trưng

Ở một số trung tâm xạ trị thì hệ số chuẩn trực (CF) được đo bởi máy đồngtâm xạ (isocentre)

2.1.3 Hệ số tán xạ đỉnh

Liều với khối lượng nhỏ vật chất trong không khí D ' P được đo cùng với đầy

đủ vật chất xung quanh điểm P để cung cấp cân bằng điện tử (buồng ion hóa vớinắp tích tụ phù hợp) D ' P liên quan đến Dp, liều tại độ sâu zmax trong phantom nướctại điểm P, qua hệ số tán xạ đỉnh (PSF) được tính theo:

PSF(A,hv) = Sp (A, hv) = D P(z max , A , f hv )

D ' P(A , hv) (2.3)Giá trị tiêu biểu của hệ số tán xạ đỉnh (PSF) biến thiên từ ~ 1 của trường nhỏđối với chùm năng lượng cao, qua 1,054 của kích thước trường 10×10 cm2 trongchùm tia Co60 đến 1.10 của trường 50×100 cm2 trong chùm Co60 (sử dụng tổngchiếu toàn thân (TBI))

Hình 2.2 Hình học đo của hệ số tán xạ đỉnh PSF tại điểm P trong không khí và

phantom

Hình 2.2a biểu diễn phép đo của D ' P và hình 2.2b biểu diễn phép đo của Dp

Vị trí buồng đo ở phần a được xét tại khoảng cách f+zmax từ nguồn

Hệ số PSF phụ thuộc vào kích thước trường A cũng như năng lượng chùmphoton (hv) và hệ số được đưa ra bởi liều phóng xạ tại điểm P trong không khí tăngbởi bức xạ tán xạ đến điểm P từ phantom hoặc từ bệnh nhân

Mối quan hệ qua lại giữa số lượng tán xạ ngược và sự đâm xuyên của photontán xạ ngược là nguyên nhân làm cho số hạng của hệ số PSF ban đầu tăng cùngnăng lượng chùm tia, đạt đỉnh xung quanh HVL ~ 1mm, và sau đó giảm dần cùngvới sự gia tăng năng lượng chùm tia Chất lượng chùm tia tại đó tán ngược tập trung

tối đa phụ thuộc vào kích thước trường, bức xạ sẽ di chuyển khó khăn hơn khi tăngkích thước trường

Năng lượng đưa ra là hv, hệ số PSF tăng tỉ lệ thuận với kích thước trường,được biểu diễn trong hình 2.3 của chùm Co60

Hệ số tán xạ (SF) (tương đương với hệ số tán xạ đỉnh (PSF)) tại một trườngchiếu A bất kỳ được tính như sau:

SF(A,hv)= PSF (10 , hv) PSF ( A , hv) (2.4)

Và như thế hệ số PSF có giá trị trung bình tiến đến 1 từ kích thước trường10×10 cm2 Hệ số tán xạ đỉnh (PSF) còn được gọi là hệ số tán xạ phantom và kýhiệu là Sp(A)

Hinh 2.3 Hệ số tán xạ đỉnh PSF với kích thước trường chiếu

của chùm tia γ từ nguồn Co 60 2.1.4 Hệ số liều tương đương

Trong kỹ thuật khoảng cách nguồn- trục SSD sử dụng chùm tia photon, hệ sốliều tại điểm P (tại độ sâu zmax trong một phantom) phụ thuộc vào kích thước trườngchiếu A, độ lớn kích thước trường chiếu, độ lớn liều Hệ số liều tương đương (RDF)được định nghĩa là tỉ số của liều Dp(zmax, A, f, hv) tại điểm P trong phantom củatrường A, với liều Dp(zmax,10, f, hv) tại điểm P trong phantom của kích thước trường10×10 cm2:

RDF(A,hv)= Sc,p(A.hv)= Dp(zmax , A , f ,hv ) Dp( zmax ,10, f ,hv ) (2.5)

Bố trí hình học đo của RDF(A,hv) được biểu diễn trong hình 2.4a với phép

đo liều tại điểm P Dp(zmax, A, f,hv) với kích thước trường A và trong hình 2.4b vớiphép đo liều tại điểm P Dp(zmax,10,f,hv) với kích thước trường 10×10cm

Từ định nghĩa cơ bản của hệ số CF và SF, chúng ta có thể viết hệ số RDFtheo công thức sau:

RDF(10,hv)=Dp ( zmax , A , f , hv )

Dp( zmax , 10, f , hv )=

D ' P(A ,hv ) × PSF ( A , hv )

D ' (10 ,hv ) × PSF (10 , hv )=CF ( A , hv )× SF ( A ,hv )

Hình 2.4 Hình học của phép đo hệ số liều tương đương (RDF)

2.2 Kỹ thuật xạ trị khoảng cách nguồn – bề mặt (SSD) xác định độ sâu liều

trên trục trung tâm trong nước

2.2.1 Độ sâu liều % PDD

Phân bố liều trên trục trung tâm bên trong bệnh nhân hay phantom thườngđược chuẩn đến liều cực đại Dmax=100% tại độ sâu tối đa zmax và khi đó được gọi làphân bố PDD Liều sâu % PDD được định nghĩa như sau:

PDD(z, A, f, hv)=100DQ/DP= 100 D´Q/ ´D P (2.7)

Ở đây DQ và D´ Q là liều và suất liều, tương ứng tại điểm Q với độ sâu z bất kỳtrên trục chính của phantom và DP và D´Q là liều và suất liều tại điểm P với độ sâuzmax trên trục chính của phantom

Hình học phép đo của liều sâu % (PDD) được xác định trên hình 2.6 Điểm

Q là một điểm tùy ý tại độ sâu z trên trục chính của chùm tia, điểm P tương ứng chođiểm tham chiếu tại z=zmax trên trục trung tâm chùm tia Liều sâu % PDD phụ thuộcvào 4 tham số: độ sâu trong phantom , kích thước trường chiếu A, khoảng cáchnguồn- bề mặt SSD (f) và năng lượng chùm photon Liều sâu % PDD có giải giá trị

từ 0 tại z −> ∞ đến 100 tại z=zmax

Hình 2.5 Giá trị của hệ số liều tương đương RDF(A), hệ số chuẩn trực CF(A) và

hệ số tán xạ SF(A)của chùm γ Co 60

Liều tại điểm Q gồm hai thành phần chính: cơ bản và tán xạ

- Thành phần cơ bản có thể được thể hiện như sau:

 Khi z, f và hv không đổi thì liều sâu % PDD tăng tỉ lệ thuận với kíchthước trường A vì thành phần tán xạ đóng góp tăng tại điểm trên trục trung tâm.

 Khi z, A, hv không đổi thì liều sâu % (PDD) tăng tỉ lệ tỉ lệ thuận vớikhoảng cách nguồn – bề mặt (SSD) do ảnh hưởng của bình phương khoảng cách

 Khi z, A, f không đổi thì liều sâu % (PDD) ở xa độ sâu zmax sẽ tăng cùngvới năng lượng chùm tia, điều này là do sự suy giảm năng lượng chùm tia

Hình 2.6 Phép đo hình học của liều sâu % (PDD)

Liều sâu % (PDD) của chùm tia xạ thường được tạo thành bảng dữ liệu chotrường chiếu vuông Tuy nhiên, phần lớn các trường chiếu được sử dụng trong xạ trị

có hình dạng chữ nhật hoặc không đồng đều Khái niệm bình phương tương đươngđược sử dụng để tính toán trường vuông đó sẽ tương ứng với việc đưa ra trường chữnhật hay trường không đồng đều

Hình 2.7 Đường cong của liều sâu % (PDD) trong nước có kích thước trường 10 ×

10 cm 2 tại khoảng cách SSD 100cm của chùm photon năng lượng 15 MV.

Bảng 2.2 Liều sâu % của chùm photon khác nhau trong nước cùng trường A kíchthước 10*10 cm2, khoảng cách SSD=f =100 cm và tại hai độ sâu: 5 cm và 10 cm

Chùm photon hv

Tương tự với liều sâu % (PDD), hàm tán xạ S phụ thuộc vào 4 thông số : độsâu z, kích thước trường chiếu A, khoảng cách nguồn - bề mặt SSD (f) và nănglượng chùm tia (hv)

- Khi A, f, hv không đổi thì hệ số tán xạ ban đầu tăng cùng với độ sâu z, đạtđến đỉnh điểm rồi sau đó giảm dần khi độ sâu z tăng

- Khi z, f, hv, S không đổi thì tán xạ S tăng cùng với kích thước trường A

- Tại z=zmax, ta có hàm tán xạ:

S(zmax, A, f, hv) = 100[PSF(A,hv)-1] (2.11)

2.3 Kỹ thuật khoảng cách nguồn- trục (SAD) xác định liều sâu trục trung

tâm trong nước

Khi sử dụng đa trường chiếu để điều trị khối u bên trong cơ thể bệnh nhân,

kỹ thuật khoảng cách nguồn – trục (SAD) thường được chọn bởi vì kỹ thuật này cónhiều điểm thuận lợi hơn khi so sánh với kỹ thuật SSD Liều trung tâm được thiếtlập với năng lượng cao cùng khoảng cách SAD là 80 cm, hay thông thường hơn là

100 cm, cho phép tùy chọn trong điều trị Trong việc điều trị bằng kỹ thuật SSD,người ta tính toán liều dựa vào sự phân bố liều sâu % (PDD) Thiết lập kỹ thuậtkhoảng cách nguồn- trục (SAD) dựa vào các hàm khác nhau, như tỉ số mô- khôngkhí (TAR), tỉ số mô- phantom (TPR) và tỉ số mô- cực đại (TMR) để tính toán liềulượng

2.3.1 Tỉ số mô- không khí (TAR)

Trong các máy gia tốc có thân có thể quay quanh một trục, nguồn bức xạ cóthể di chuyển trên một đường tròn xung quanh trục quay Trục quay này thường điqua khối u trong bệnh nhân Trong suốt quá trình quay quanh bệnh nhân, khoảngcách nguồn- bề mặt (SSD) thay đổi theo bề mặt da bệnh nhân còn khoảng cáchnguồn- trục (SAD) thì không thay đổi

Bảng 2.3 Tỉ số mô – không khí đối với chùm Co60 trong nước với kích thướctrường chiếu khác nhau AQ và ở hai độ sâu trong phantom là 5 cm và 10 cm.

AQ (cm)

Tỉ số mô- không khí TAR(z, AQ,hv) được định nghĩa như tỉ số của liều haysuất liều tại Q trên trục chính trong bệnh nhân hay trong phantom so với liều haysuất liều tại Q trong không khí, giống với điểm Q trên trục trung tâm chùm tia:

số mô- không khí (TAR) chỉ phụ thuộc vào 3 tham số: độ sâu z, trường chiếu A tạiđiểm Q và Năng lượng chùm tia (hv); về cơ bản tỉ số TAR không phụ thuộc vàokhoảng cách nguồn- mặt (SSD) hay khoảng cách nguồn- trục (SAD) trong dải củaSSD (50-150 cm) Tỉ số mô- không khí (TAR) khác nhau với chùm Co60 tại độ sâu

5 và 10 cm trong nước được đưa ra trong bảng 2.3

Hình 2.8 Phép đo hình học và định nghĩa của tỉ số TAR

- Khi AQ và E không đổi, tỉ số TAR giảm ở độ sâu z > zmax

- Khi z và E không đổi, tỉ số TAR tăng theo AQ

TAR(z=zmax, AQ=AP, hv) = PSF (AP, hv) (2.13)

- Tại vùng zero, tỉ số TAR (TAR(z,0,hv) có thể được tính toán từ:

TAR(z, 0, hv) = e μ eff(z− z max) (2.14)

Ở đây μ eff là hệ số suy giảm hiệu dụng của chùm photon hv Trường A cókích thước 0×0 là trường với giả thiết trong đó liều tại độ sâu phantom là hoàn toànđến từ chùm tia photon chính, thể tích ở đó có thể tán xạ bằng 0

Tỉ số TAR được đo bởi buồng ion hóa với độ tin cậy cao Tuy nhiên, cácphép đo là phức tạp hơn rất nhiều so với việc đo liều sâu % (PDD) Trong trườnghợp của tỉ số TAR với độ sâu trong nước phải được đo đạc theo khoảng cách giữabuồng ion hóa và nguồn chiếu xạ không đổi, khó để nhận được bằng cách sử dụng

kỹ thuật tự động Hơn nữa, phép đo liều phải rất cẩn thận để đảm bảo sự tích tụ đầy

đủ và chỉ số tán xạ tự do trong buồng từ phòng điều trị hay sàn nhà

2.3.2 Hệ thức liên hệ giữa tỉ số TAR (d, A Q , E) và liều sâu % PDD (d, A, f, hv)

Như biểu diễn trong hình 2.9 về mối quan hệ giữa tỉ số TAR (z, AQ,hv) vàliều sâu % PDD( z,A,f,hv) tương ứng từ định nghĩa từ 2 phương trình Định nghĩa

cơ bản của 2 phương trình là:

TAR(z, AQ, hv) = D' D Q

Q (2.15)PDD(z,A,f,hv)= 100 D D Q

P (2.16)

Hình 2.9 Hình học về mối quan hệ giữa liều sâu % PDD (z, A, f, hv) và tỉ số

Và thế biểu thức vào phương trình (3.17) ta được:

TAR(z, AQ,hv)= PSF(A,hv)× PDD(z , A , f , hv)

100 ׿)2 (2.19)Đối với trường hợp đặc biệt tại độ sâu z=zmax , ở đó liều sâu % PDD(zmax, A,hv) = 100%, phương trình (2.19) cho thấy rằng hệ số tán xạ đỉnh PSF(A,hv) là mộtTAR(zmax,A,hv) đặc trưng Do đó, dải giá trị của tỉ số TARs từ 0 tại z→ ∞ đến PSF(A,hv) tại z=zmax

Từ đó tỉ số TAR không phụ thuộc vào khoảng cách SSD, bảng tỉ số TARđược đưa ra cho một mức năng lượng cụ thể để bao gồm tất cả các khoảng cáchSSD được sử dụng trong lâm sàng

Hình 2.10 Biểu diễn mối quan hệ PDD với SSD.

Hình 2.11 Mối quan hệ liều sâu % PDD với khoảng cách SSD cùng với kích

thước trường A Q đồng nhất

Lựa chọn các giá trị bất kỳ của liều sâu % PDDs với kết hợp tùy ý giữa độsâu z, trường chiếu A, và khoảng cách nguồn- mặt f=SSD có thể tính toán từ mỗibảng tỉ số TAR

Căn cứ vào phương trình (2.19) chúng ta suy ra theo 2 mối quan hệ của liềusâu PDD tại 2 SSD khác nhau (f1 và f2)

- Giả định mối liên hệ thứ nhất từ một trường giống nhau tại 2 SSD, như biểudiễn trong hình 2.10:

PDD (z , A , f1, hv ) PDD (z , A , f2, hv )= (TAR(z , A TAR(z , A Q 1 , hv)

PSF(A2,hv)PSF(A1,hv))×(

2.3.3 Tỉ số tán xạ- không khí

Để nhận được hàm tán xạ ta phải tách thành phần tán xạ ra khỏi thành phần

sơ cấp Thường người ta tách thành phần sơ cấp của tỉ số TAR ra khỏi tổng tỉ sốTAR để nhận được sự đóng góp tán xạ, tỉ số tán xạ- không khí (SAR), được địnhnghĩa như sau :

SAR(z, AQ, hv)= TAR(z, AQ, hv)- TAR(z,0,hv) (2.22)

Tỉ số tán xạ- không khí (SAR) phụ thuộc vào 3 thông số giống với tỉ số không khí (TAR) và được đưa ra với sự đóng góp tán xạ đến liều tại điểm Q trongphantom với mỗi cGy liều tại điểm Q trong không khí

mô-2.3.4 Mối quan hệ giữa SAR (d, AQ, hv) và S(z, A, f, hv)

Tương tự như mối quan hệ giữa tỉ số mô- không khí TAR và liều sâu %PDD, chúng ta có thể tính được mối quan hệ giữa tỉ số SAR(z, AQ, hv) và hệ số tán

xạ S(z, A, f, hv) bằng cách:

SAR(z, AQ, hv) = S (z , A , f , hv )

100 ¿)2 (2.23)Phương trình đơn giản hơn với:

S(z, A, f, hv)= 100 SAR(z, AQ, hv) (2.24)Với z bất kỳ khi f → ∞ và f bất kỳ khi z → zmax

2.3.5 Tỉ số mô- phantom và tỉ số mô- cực đại

Tỉ số TAR được sử dụng trong kỹ thuật SAD trong chùm photon của Co60 vàcác chùm tia có năng lượng thấp Đối với photon năng lượng cao được tạo ra bởicác máy máy gia tốc thì người ta không còn sử dụng tỉ số TAR nữa vì khó khăntrong việc đo liều trong một mẫu nước trong không khí tại các mức năng lượng này(nắp tích tụ của buồng ion hóa lúc này phải rất lớn) Để giải quyết vấn đề này,người ta sử dụng tỉ số TPR trong kỹ thuật SAD cho chùm tia photon năng lượngcao

Tỉ số mô-phantom TPR(z, AQ, hv) được định nghĩa như sau:

Ở đây DQ và D´Q là liều và suất liều, tương ứng trong phantom tại điểm Q tùy

ý trên trục trung tâm của chùm tia và DQref và D´Qref là liều và suất liều tương ứngtrong phantom tại độ sâu chuẩn zref ( khoảng 5 hoặc 10 cm) trên trục chính của chùmtia

Đặc biệt tỉ số TPR còn được định nghĩa để tham khảo ở độ sâu chuẩn zref lấytại độ sâu của liều tối đa zmax, ở đó được gọi là tỉ số mô- cực đại (TMR), được địnhnghĩa như sau:

Ở đây DQ và D´Q là liều và suất liều tương ứng tại điểm Q ứng với độ sâu ztrong phantom và DQmax và D´ Qmax là liều và suất liều tương ứng tại điểm Q ứng độsâu zmax.

Hình 2.12 Hình học đo của tỉ số mô- phantom TPR (d, A Q , hv)

Phép đo hình học xác định tỉ số TMR giống như hình 2.12, chấp nhận rằngzref bây giờ là zmax

- Giống với tỉ số TAR, tỉ số TPR và TMR phụ thuộc vào 3 tham số z, AQ, hv,nhưng nó không phụ thuộc vào khoảng cách SAD hay SSD;

- Dải của tỉ số TMR từ 0 tại z→ ∞ đến 1 tại z=zmax ;

- Khi AQ và hv không đổi thì tỉ số TMR tăng tỉ lệ thuận với độ sâu z;

- Khi z và hv không đổi thì tỉ số TMR tăng tỉ lệ thuận với trường AQ;

- Khi z và AQ không đổi thì tỉ số TMR tăng tỉ lệ thuận với năng lượng hv;

Và khai triển DP và DQmax như sau:

DP = D`PPSF(A,hv)= D`Q× ¿)2 ×PSF (A,hv) (2.27)

DQmax = D`Q ×PSF(AQ, hv) (2.28)Chúng ta được:

TMR(z, AQ, hv)= PDD (z , A , f ,hv )100 × PSF (A , hv)

PSF( A Q , hv ) ׿)2 (2.28)

Trong phép gần đúng đầu tiên, bỏ qua tỉ số PSF trong phương trình (2.28).chúng ta có rất nhiều mối quan hệ về phép gần đúng giữa tỉ số TMR và liều sâu %PDD như:

TMR(z, AQ, hv) = PDD (z , A , f ,hv )

100 ׿)2 (2.29)

Bỏ qua các sai số trong tỉ số PSF(A,hv)/PSF(AQ,hv) rất nhỏ và có thể ướctính tỉ số TMR một cách dễ dàng với chùm tia Co60

2.3.6 Mối quan hệ giữa tỉ số TMR và liều sâu % PDD

Như đã biểu biễn trong hình 2.13, quan hệ đơn giản có thể được bắt nguồngiữa tỉ số TMR và liều sâu % PDD tương ứng từ định nghĩa cơ bản về 2 hàm

Định nghĩa cơ bản về hai hàm như sau:

TMR(z, AQ, hv) = D D Q

Qmax (2.30)PDD(z, A, f, hv)= 100D D Q

P (2.31)Giải phương trình (2.30) và (2.31) tính DQ chúng ta được:

TMR(z, AQ, hv)= PDD (z , A , f ,hv )100 × PSF (A , hv)

PSF( A Q , hv ) ׿)2 (2.34)Trong phép gần đúng đầu tiên, bỏ qua tỉ số PSF trong phương trình (2.34).chúng ta có rất nhiều mối quan hệ về phép gần đúng giữa tỉ số TMR và liều sâu %PDD như:

TMR(z, AQ, hv) = PDD (z , A , f ,hv )

100 ׿)2 (2.35)

Hình 2.13 Phép đo hình học của mối quan hệ giữa liều sâu % PDD và tỉ số

mô-không khí TMR

Bỏ qua các sai số trong tỉ số PSF(A,hv)/PSF(AQ,hv) là rất nhỏ và có thể ướctính một cách dễ dàng với chùm tia Co60 Tính toán tương tự với chùm tia photonnăng lượng cao trong máy gia tốc

tử số PSF(0,hv)=1

Với tia γ Co60, tỉ số tán cực đại (SMR) gần đúng giống như tỉ số tán không khí (SAR) Tuy nhiên với chùm năng lượng cao, tỉ số SMR nên được tính từ

xạ-tỉ số TMR bằng cách dùng công thức (2.35) và

TMR(z,0,hv)= e μ eff(z− z max) (2.37)

μ eff được gọi là hệ số suy giảm hiệu dụng của năng lượng chùm photon hv

2.4 Tỉ số Ngoài – Trục (OAR) và đặc trưng chùm tia (profile)

Phân bố liều dọc theo trục trung tâm của chùm tia chỉ đưa ra thành phầnthông tin diễn tả chính xác liều bên trong bệnh nhân trên trục trung tâm Phân bốliều trên hình ảnh 2D và 3D được xác định rõ bằng các dữ liệu trục trung tâm liênkết cùng với đặc trưng liều

Dữ liệu của tỉ số ngoài- trục (OAR) được đưa ra cùng với đặc trưng chùm tia,được đo vuông góc với trục trung tâm của chùm tia tại độ sâu trong phantom Người

ta đo dữ liệu đặc trưng chùm tia tại độ sâu đặc trưng zmax hoặc 10 cm tùy thuộc vàothiết bị, theo yêu cầu của hãng sản xuất Thêm vào đó, hệ thống lập kế hoạch xạ trịTPS còn cần các dữ liệu ở độ sâu khác Một ví dụ về đặc trưng liều tiêu biểu được

đo đạc ở độ sâu khác nhau trong nước với 2 kích thước trường ( 10×10 và 30×30

cm2) và chùm tia X năng lượng 10 MV biểu diễn trong hình 2.14

Kết hợp liều phân bố trên trục trung tâm với kết quả dữ liệu ngoài – trụctrong ma trận thể tích liều người ta có được đầy đủ thông tin về phân bố liều trênhình ảnh 2-D và 3-D Tỉ số ngoài- trục (OAR) thường được định nghĩa như tỉ số liềutại điểm ngoài- trục đến liều trên trục trung tâm chùm tia tại độ sâu trong phantom

Profile chùm photon năng lượng cao bao gồm 3 vùng phân biệt: Trung tâm,bán dạ (80%-20%) và vùng tối

- Vùng trung tâm tượng trưng cho phần trung tâm của đặc trưng chùm tia mởrộng từ trục trung tâm chùm tia đến bên trong 1- 1,5 cm từ rìa hình học trường chiếucủa chùm tia Kích thước hình học trường chiếu, chỉ ra bởi trường ánh sáng quanghọc, nó thường được xác định như sự phân chia giữa 50 % mức liều điểm tại đặctrưng chùm tia Trong vùng trung tâm, đặc trưng chùm tia của chùm Co60 bị ảnhhưởng bởi sự suy giảm liều bình phương nghịch đảo cũng như bởi sự gia tăng bề