Nghiên cứu ứng dụng chùm bức xạ photon và electon trên máy gia tốc linac primus trong xạ trị ung thơ tại bệnh viện k

ðI HC QUC GIA HÀ NI TRƯNG ðI HC KHOA HC T NHIÊN NGUYN TIN QUÂN NGHIÊN CU NG DNG CHÙM BC X PHOTON VÀ ELECTRON TRÊN MÁY GIA TC LINAC PRIMUS TRONG X TR UNG THƯ TI BNH VIN K LUN VĂN THC SĨ KHOA HC Hà Ni – Năm 2014 i ðI HC QUC GIA HÀ NI TRƯNG ðI HC KHOA HC T NHIÊN NGUYN TIN QUÂN NGHIÊN CU NG DNG CHÙM BC X PHOTON VÀ ELECTRON TRÊN MÁY GIA TC LINAC PRIMUS TRONG X TR UNG THƯ TI BNH VIN K Chuyên ngành: Vt lý nguyên t, ht nhân lư ng cao Mã s: 60440106 LUN VĂN THC SĨ KHOA HC NGƯI HƯNG DN KHOA HC: TS ðÀM NGUYÊN BÌNH Hà Ni – Năm 2014 ii LI CAM ðOAN Tên Nguyn Tin Quân, hc viên cao hc chuyê n ngành Vt lý nguyên t, ht nhân lưng cao, khoá 20112013 h c ao hc trung, trưng ðH Khoa hc T nhiên, ðH Quc gia Hà Ni Tơi xin cam đoan lun văn thc sĩ ‘‘Nghiên cu ng dng chùm bc x photon electron máy gia tc Linac Primus tr ong x tr ung thư ti bnh vin K’’ cơng trình nghiên cu ca riêng tơi, s liu kt qu nghiên cu trung thc chưa tng đưc cơng b bt kỳ cơng trình khác Hc viên NGUYN TIN QUÂN i LI CÁM ƠN Trong q trình hc tp, cơng tác, nht thi nhiu s quan tâm, ñng viên giúp ñ tơi đ hồn th tơi xin gi li cm ơn chân thành sâu sc ti: gian làm lun văn, tơi nhn ành bn lun văn Qua Ts ðàm Ngun Bình, ngưi hưng dn tơi v mt kho góp quý báu cho lun văn này; a hc nhng đóng Thy PGS.TS Bùi Văn Lốt, ngưi hưng vào ngh k sư vt lý x tr, thy ln to mi điu kin thun li, ch bo tn tình sut q trình hc t hc ti bc hc cao ñng thi thy ng ưi hưng dn tơi làm khố lun tt nghip; Thy ThS Nguyn Xuân K, nguyên trưng khoa Vt l ý x tr Bnh vin K, ngưi ñã hưng dn khóa lun tt nghip nh n tơi v làm vic ti khoa Thy tn tình hưng dn, ch bo, to điu kin cho tơi cơng vic ngh nghip; Ks Lê Văn Tình trưng khoa đng nghip khoa Vt lý x tr Bnh vin K, ñã giúp đ tơi cơng vic th c nghim cho lun văn; Các thy cô Khoa Vt lý Trưng ði hc Khoa hc T nhiên; Trung tâm Vt lý Ht nhân Vin Vt lý; Vin Năng lưng nguyên t Vit Nam sut năm hc ñi hc cao hc, ñã trang b cho tơi nhng kin thc cn thit, đưc to ñiu kin thun li nht t rong hc công tác Cui cùng, xin gi li cm ơn ti gia đình cnh tơi, giúp đ, đng viên, khuyn khích tơi tron ii bn bè, nhng ngưi ln bên g mi hoàn cnh MC LC DANH MC BNG BIU iii DANH MC HÌNH V iv DANH MC HÌNH V iv DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CÁC CH VIT TT vii M ðU CHƯƠNG TNG QUAN CƠ S LÝ THUYT CA PHƯƠNG PHÁP X TR UNG THƯ 1.1 Cơ s vt lý 1.1.1 Tương tác bc x photon electron vi vt cht 1.1.2 Gii thiu liu lưng x tr 1.1.3 Mt s khái nim bn vt lý x tr vùng th tích liên quan 15 1.2 Sinh lý hc u 19 1.2.1 Chu kỳ t bào 19 1.2.2 Các mơ hình tăng sinh 21 1.2.3 S phát trin u 22 1.3.1 Tác dng sinh hc ca bc x 23 1.3.2 Cơ s ca phân liu lưng theo thi gian 25 1.3.3 Cơ s ñáp ng ca t bào 27 CHƯƠNG ðI TƯNG NGHIÊN CU VÀ PHƯƠNG PHÁP THC NGHIM 29 2.1 Cu to nguyên lý hot ñng ca máy gia tc thng Primus Siemens 29 2.1.1 Cu to máy gia tc thng 29 2.1.2 Nguyên lý hot ñng 31 2.1.3 Thông s k thut máy gia tc thng PRIMUS 2.2 Các thit b đo liu mơ hình hóa thc nghi Siemens 32 m 34 2.2.1 H thng ño liu lưng 34 2.2.2 B trí hình hc đo 38 2.2.3 Phương pháp chnh tia lazer xác ñnh tâm ño 40 i 2.3 Phương pháp xác ñnh ñc trưng chùm bc x ton, electron 40 2.3.1 Phân b liu sâu phn trăm 40 2.3.2 Phân b liu sâu cách tâm 47 2.3.3 Tiêu chun ca mt s thơng s đc trưng 51 CHƯƠNG 53 KT QU THC NGHIM VÀ THO LUN 53 3.1 ðc trưng chùm photon máy gia tc Linac P rimus 53 3.1.1 Phân b liu sâu phn trăm chùm photon 53 3.1.2 Phân b liu sâu cách tâm chùm photon 57 3.2 ðc trưng chùm electron máy gia tc Linac Primus 61 3.2.1 Phân b liu sâu phn trăm 61 3.2.2 Phân b liu sâu cách tâm 64 3.3 Lp k hoch x tr mt s bnh ung thư ph bi n 67 3.3.1 Ung thư vòm hng 67 3.3.2 Ung thư phi 71 3.3.3 Ung thu vú 74 KT LUN 77 TÀI LIU THAM KHO 79 PH LC 81 ii DANH MC BNG BIU Bng 1.1: Tóm tt nhng s khác gia u lành tín Bng 2.1: ð sâu liu hp th cc z max cho h ác tính 22 nhng chùm photon có lưng khác vi kích thưc trưng chiu × cm 42 Bng 2.2: Xác đnh mt s thơng s đ sâu liu lưng, lư ng trung bình b mt phantom vi lưng khác 47 Bng 2.3: Tiêu chun k thut hãng Siemens cho Z Bng 2.4: Tiêu chun k thut hãng Siemens cho maxtc D10tc 51 R80 R30 52 Bng 2.5: Tiêu chun k thut hãng Siemens cho ñ bng phng chùm eletron 52 Bng 3.1: Mt s thơng s đc trưng lưng chùm photon 56 Bng 3.2: ð bng phng chùm photon MV 59 Bng 3.3: ð bng phng chùm photon 15 MV 59 Bng 3.4: Tính xng chùm photon MV 59 Bng 3.5: Tính xng chùm photon 15 MV 60 Bng 3.6: Vùng bán d photon MV 60 Bng 3.7: Vùng bán d photon 15 MV 60 Bng 3.8: Mt s thơng s đc trưng lưng chùm electron 9Mev 12 MeV 63 Bng 3.9: ð bng phng chùm electron MeV 65 Bng 3.10: ð bng phng chùm electron 12 MeV 65 Bng 3.11: Tính ñi xng chùm electron MeV 66 Bng 3.12: Tính ñi xng chùm electron 12 MeV 66 Bng 3.13: Vùng bán d electron MeV 66 Bng 3.14: Vùng bán d electron 12 MeV 66 iii DANH MC HÌNH V Hình 1.1: Mơ hình hin tưng quang đin Hình 1.2: Mơ hình Tán x Compton Hình 1.3: Hin tưng to cp trưng Coulomb ht nhân Hình 1.4: H s suy gim lưng ca photon tương tác vi nưc Hình 1.5: ð suy gim lưng electron Hình 1.6: Ngun lý hot đng bung ion hóa cha khí 12 Hình 1.7: Mơ t điu kin BraggGray môi trưng nưc 13 Hình 1.8: Mơ t cách tính PDD 15 Hình 1.9: Hình dng v trí trc chùm tia 16 Hình 1.10: Sơ đ v chu kỳ t bào 20 Hình 1.11: Trng thái t chc ca mơ t dng bình thưng đn u ng thư .21 Hình 1.12: Hàm Gompertz mơ t ñưng cong phát trin ca t bào 23 Hình 1.13: Mi tương quan gia hin tưng hp th t l s Hình 1.14: Tương quan gia kh kim soát u bin c ng sót 25 hng 28 Hình 2.1: Mơ hình máy gia tc thng x tr 29 Hình 2.2: ðu máy ñiu tr 30 Hình 2.3: Thơng s kĩ thut ca máy gia tc 33 Hình 2.4: Các cp Jaw s to dng trưng chiu 33 Hình 2.5: Sơ đ ghép ni h đo vi máy tính 34 Hình 2.6: Phantom nưc 35 Hình 2.7: Detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13 35 Hình 2.8: Cu to ca bung ion hóa CC13 36 Hình 2.9: Hình nh máy đo liu MD 240 37 Hình 2.10: B điu khin dch chuyn ca bung ion hóa CU500E 37 Hình 2.11: Giao din phn mm OmniproAccepts 38 Hình 2.12: Hình hc ño liu bc x phát t máy gia tc n tính 38 Hình 2.13: Các applicators (các côn) s dng x tr 39 Hình 2.14: Tâm ti khong cách 100 cm 40 iv Hình 2.15: Phân b liu hp th cho chùm photon MV phant om 40 Hình 2.16: ðưng PDD nưc vi kích thưc trưng chiu 10 × 10 cm , khong cách SSD 100 cm ng mc lưng 60 gii t Hình 2.17: PDD nưc vi kích thưc trưng 10x10cm Co ñn 25MV 42 , SSD= 100cm .44 Hình 2.18: Quãng chy R100, R90, R80, R50, Rp, Rmax 45 Hình 2.19: Các vùng liu phân b liu sâu cách tâm 47 Hình 2.20: Hình v xác đnh đ bng phng 48 Hình 2.21: Hình v xác tính xng 49 Hình 2.22: Thành phn truyn qua vùng bán d 50 Hình 2.23: Thành phn xng vùng bán d 50 Hình 3.1: Phân b liu sâu phn trăm tương ñi theo b dày c a chùm photon MV vi kích thưc trưng chiu khác 54 Hình 3.2: Phân b liu sâu phn trăm tương ñi theo b dày c a chùm photon 15 MV vi kích thưc trưng chiu khác 54 Hình 3.3: So sánh đưng cong phân b liu sâu phn trăm tương ca chùm photon MV 15 MV vi trưng chiu ñi theo b dày 10×10 cm 56 Hình 3.4: ð th phân b liu sâu cách tâm chùm photon MV 58 Hình 3.5: ð th phân b liu sâu cách tâm chùm photon 15 MV 58 Hình 3.6: Phân b liu sâu phn trăm chùm electron lưn g 9MeV 62 Hình 3.7: Phân b liu sâu phn trăm chùm electron lưn g 12 MeV 62 Hình 3.8: ð th phân b liu sâu cách tâm chùm electron lưng 9MeV 64 Hình 3.9: ð th phân b liu sâu cách tâm chùm electron lưng 12MeV .65 Hình 3.10: V trí vùng vịm hng (Nasophaynx) 67 Hình 3.11: Ví d v xác đnh GTV, CTV70, CTV60 ung thư v òm 68 Hình 3.12: K thut na trưng chiu cho ung thư vòm nâng liu lên 40 Gy .69 Hình 3.13: K thut na trưng chiu ung thư vịm nâng liu 40G y lên 50Gy .69 Hình 3.14: K thut đng tâm cho trưng vịm nâng liu 50Gy lên 60Gy 70 Hình 3.15: Trưng electron bù liu cho vùng che ty sng (a) v tăng liu cho hch sau chiu 50 Gy (b) 70 v Hình 3.16: Ví d v xác ñnh GTV, hch cho ung thư phi 72 Hình 3.17: Ví d v xác đnh CTV t GTV cho ung thư phi 72 Hình 3.18: Phân b trưng chiu ung thư phi 73 Hình 3.19: Phân b trưng chiu vú (a) trưng hch (b) 75 vi 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 14 0.67 0.67 0.66 0.66 0.6 0.65 0.65 0.64 0.64 0.63 0.63 0.63 0.62 0.62 0.61 0.61 0.61 0.60 0.60 0.60 0.59 0.59 0.59 0.58 0.58 0.57 0.57 0.57 0.56 0.56 0.56 0.55 0.55 0.55 0.54 0.54 0.54 0.53 0.53 0.53 0.52 0.52 0.52 0.51 0.51 0.51 0.50 0.50 0.50 0.50 83 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 17 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9 18 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 18.9 19 0.49 0.49 0.49 0.48 0.48 0.48 0.47 0.47 0.47 0.47 0.46 0.46 0.46 0.45 0.45 0.45 0.4 0.44 0.44 0.44 0.4 0.43 0.43 0.43 0.4 0.42 0.42 0.42 0.41 0.41 0.41 0.41 0.40 0.40 0.40 0.40 0.39 0.39 0.39 0.39 0.3 0.38 0.38 0.38 0.38 0.37 0.37 0.37 0.3 0.36 84 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 19.9 20 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8 20.9 21 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 21.8 21.9 22 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 23 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 23.7 23.8 23.9 24 0.36 0.36 0.36 0.35 0.35 0.35 0.35 0.3 0.34 0.34 0.34 0.34 0.33 0.33 0.33 0.33 0.3 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.2 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.2 85 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 24.9 25 25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.6 25.7 25.8 25.9 26 26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8 26.9 27 27.1 27.2 27.3 27.4 27.5 27.6 27.7 27.8 27.9 28 28.1 28.2 28.3 28.4 28.5 28.6 28.7 28.8 28.9 29 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.2 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.2 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.2 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.2 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.19 86 29.1 29.2 29.3 29.4 29.5 29.6 29.7 29.8 29.9 30 30.1 30.2 30.3 30.4 30.5 30.6 30.7 30.8 30.9 31 31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 31.6 31.7 31.8 31.9 32 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.1 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.1 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.1 0.1 0.16 0.16 0.16 Ph lc s ð sâu 0.831 0.833 0.838 0.845 0.856 0.867 0.88 0.89 0.9 0.91 0.92 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 87 : 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 0.932 0.94 0.949 0.957 0.969 0.979 0.987 0.993 0.998 0.999 0.996 0.991 0.981 0.966 0.948 0.927 0.898 0.866 0.827 0.784 0.738 0.686 0.635 0.579 0.521 0.462 0.404 0.344 0.287 0.236 0.184 0.141 0.108 0.079 0.053 0.039 0.027 0.018 0.014 0.012 0.01 0.009 0.009 0.009 0.009 0.008 0.009 0.009 88 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 0.009 0.009 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.007 0.008 0.008 0.008 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.006 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.006 0.006 0.007 89 10.9 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.005 0.005 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.005 0.006 0.005 0.006 0.006 0.006 0.006 0.005 0.005 0.006 0.005 0.005 0.006 0.005 0.006 0.004 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.006 0.006 0.005 0.005 90 15.8 15.9 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 Ph lc s : T s liu sâu cách tâm (OCR khong cách 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5 5.4 5.3 5.2 5.1 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 91 4.2 4.1 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 92 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 93 5.6 5.7 5.8 5.9 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ph lc s 4: T s liu sâu cách tâm (OCR) ca chùm chùm electron 12 MeV ð sâu so vi mt nưc (cm) khong cách 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1 5.9 5.8 5.7 94 5.6 5.5 5.4 5.3 5.2 5.1 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 95 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 96 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 97 ... thành xung phun vào bung gia tc Bung gia tc có hai loi, bung gia tc sóng ngang bung gia tc sóng ñng Bc x vi sóng ñưc cung cp dưi dng c 31 ác xung ngn, khong mt vài s ñưc phát dưi dng xung sóng...ðI HC QUC GIA HÀ NI TRƯNG ðI HC KHOA HC T NHIÊN NGUYN TIN QUÂN NGHIÊN CU NG DNG CHÙM BC X PHOTON VÀ ELECTRON TRÊN MÁY GIA TC LINAC PRIMUS TRONG X TR UNG THƯ TI BNH VIN K Chuyên ngành: Vt... 2.1.3 Thông s k thut máy gia tc thng PRIMUS K? ?ch thưc ca h thng máy PRIMUS ñưc th hin dư Năng lưng: Máy gia tc PRIMUS ñưc thit k ñ to lo lưng (chùm tia X, chùm ñin t): 02 mc lưng photon 6; 15