Phương pháp đo dữ liệu chùm photon và chuẩn liều photon năng lượng cao cho máy gia tốc y tế thẳng tuyến tính luận văn ths 06

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Ngọc Huynh PHƯƠNG PHÁP ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO CHO MÁY GIA TỐC Y TẾ THẲNG TUYẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 Luận văn Thạc sỹ khoa học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Ngọc Huynh PHƯƠNG PHÁP ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO CHO MÁY GIA TỐC Y TẾ THẲNG TUYẾN TÍNH Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Thầy hướng dẫn: TS Trần Ngọc Toàn Hà Nội – Năm 2014 Luận văn Thạc sỹ khoa học MỤC LỤC Danh mục kí hiệu chữ viết tắt …………… Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU CHO MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH CHƯƠNG - MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH 2.1 Sơ lược cấu tạo máy gia tốc y tế tuyến tính 2.2 Nguyên lý hoạt động 10 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO 12 Các khái niệm vật lý mô tả chùm tia máy gia tốc phát 12 3.1.1 Khái niệm trường chiếu 12 3.1.2 Độ phẳng trường chiếu (Flatness) 13 3.1.3 Sự đối xứng trường chiếu (Symmetry) 14 3.1.4 Vùng mờ chùm xạ (Penumbra) 15 3.2 Cơ sơ lý thuyết phương pháp đo liệu chùm photon 16 3.2.1 Phân bố liều hấp thụ chùm photon vào phantom nước 16 3.2.2 Phương pháp chuẩn SSD dùng để đo PDD 18 3.2.3 Phương pháp chuẩn SAD xác định đại lượng TAR, TPR, TMR 21 3.2.4 Hệ số tán xạ phantom 27 3.2.5 Mối liên hệ PDD TAR, TMR 27 3.2.6 Hiệu chỉnh liều từ điều kiện chuẩn đến điều kiện điều trị 28 3.3 Đo liệu chùm photon 31 3.3.1 Các thiết bị đo liều 31 3.3.2 Thiết lập phép đo 33 3.3.3 Đo liệu chùm photon với kích thước trường mở 34 3.3.4 Đo liệu chùm photon với kích thước trường nêm 36 Luận văn Thạc sỹ khoa học 3.3.5 Đo hệ số truyền qua khay đỡ khối che chắn 37 3.3.6 Đo hệ số truyền qua nêm học 39 3.3.7 Chuẩn bảng hệ số liều tương đối 40 3.4 Chuẩn liều hấp thụ nước theo quy trình TRS398 41 3.4.1 Điều kiện chuẩn, đại lượng ảnh hưởng đến liều hấp thụ nước 41 3.4.2 Định vị buồng ion hóa 42 3.4.3 Chuẩn buồng ion hóa 42 3.4.4 Phương pháp luận cho việc xác định liều hấp thụ nước 43 CHƯƠNG - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 50 4.1 Kết đo liệu chùm photon với kích thước trường mở 50 4.2 Kết đo liệu chùm photon với kích thước trường nêm 53 4.3.Đo hệ số truyền qua khay đỡ khối che chắn 57 4.4 Kết chuẩn bảng hệ số liều tương đối 58 4.5 So sánh kết đo với liệu BJR 1996 58 4.6 Kết thực nghiệm chuẩn liều cho máy gia tốc thẳng xạ trị 60 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾ TT SSD SAD SCD SPD PDD RDF TMR TPR TAR SAR 10 OAR 11 rcyl 12 13 dref dmax 14 MU 15 Isocenter 16 BJR 1996 Luận văn Thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Bảng chuẩn hệ số liều tương đối Bảng 3.2: Điều kiện chuẩn cho việc xác định TPR20,10 Bảng 3.3: Các hệ số hàm bậc hai tính tốn hệ số tái hợp ion ks Bảng 4.1: Kết đo hệ số truyền qua khối che chắn Bảng 4.2: Kết đo hệ số truyền qua khay đỡ Bảng 4.3: Bảng hệ số liều tương đối tất trường mở chuẩn theo phương pháp SSD dref 5cm, kích thước trường tham khảo 10cm x 10cm, SSD=100 lượng 6MV Bảng 4.4: Bảng so sánh kết đo hệ số liều tương liệu BJR 1996 Luận văn Thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính Hình 2.2: Sơ đồ khối máy gia tốc thẳng thơng thường Hình 2.3: Đầu máy gia tốc phát chùm tia 10 Hình 3.1: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm photon .12 Hình 3.2: Chuyển đổi liệu trường xạ vng - chữ nhật -trịn 13 Hình 3.3: Độ phẳng chùm photon 14 Hình 3.4: Mơ tả vùng đường phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm để tính hệ số đối xứng chùm photon 15 Hình 3.5: Mơ tả kích thước vùng mờ điều trị chùm photon 16 Hình 3.6: Phân bố liều hấp thụ chùm photon trục trung tâm phantom nước 17 Hình 3.7: Bố trí phép đo liều sâu phần trăm (PDD) 19 Hình 3.8: Sự thay đổi liều sâu phần trăm (PDD) theo SSD 20 Hình 3.9: Mơ tả điểm đồng tâm phép đo SAD 22 Hình 3.10: Bố trí phép đo TAR 23 Hình 3.11: Bố trí phép đo PSF 24 Hình 3.12: Bố trí phép đo TPR(s,Q,d) 25 Hình 3.13: Bố trí phép đo TMR(s,Q,d) 26 Hình 3.14: Hiệu chỉnh liều khác biệt kích thước trường chuẩn kích thước trường điều trị 29 Hình 3.15: Hiệu chỉnh suất liều đầu độ sâu điều kiện điều trị 30 Hình 3.16: Hiệu chỉnh với khối che chắn nêm lọc 30 Hình 3.17: Hiệu chỉnh khoảng cách điều trị so với điều kiện chuẩn 31 Hình 3.18: Cấu tạo buồng ion hóa hình trụ Farmer 32 Hình 3.19: Phantom nước hình lập phương 32 Hình 3.20: Thiết lập phép đo phân bố liều đường chéo trường xạ 36 Hình 3.21: Thiết lập phép đo phân bố liều theo hướng nêm 37 Hình 3.22: Bố trí phép đo hệ số truyền qua nêm 39 Luận văn Thạc sỹ khoa học Hình 3.23: Thiết lập phép đo để xác định hệ số phẩm chất chùm tia Q (TPR20,10) 46 Hình 4.1: Phân bố liều theo chiều sâu phantom nước với lượng chùm photon 6MV 50 Hình 4.2: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia ứng với đô sâu khác 51 Hình 4.3: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia theo phương đường chéo trường xạ lớn 40cm x 40cm 51 Hình 4.4: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia với trường 10cm x 10cm độ sâu dmax 52 Hình 4.5: Phân bố liều theo chiều sâu phantom nước với nêm 15 53 Hình 4.6: Phân bố liều theo chiều sâu phantom nước với nêm 30 53 Hình 4.7: Phân bố liều theo chiều sâu phantom nước với nêm 45 54 Hình 4.8: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia theo hướng nêm 15 55 Hình 4.9: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia theo 55 hướng nêm 30 Hình 4.10: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia theo hướng nêm 45 56 Hình 4.11: Phân bố liều theo khoảng cách đến trục trung tâm chùm tia theo hướng nêm 60 56 Hình 4.12: Đồ thị so sánh kết đo liều sâu phần trăm liệu BJR 1996 với trường tham khảo 10cm x10cm 58 Hình 4.13: So sánh kết đo hệ số liều tương liệu BJR 1996 60 Luận văn Thạc sỹ khoa học LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Trần Ngọc Tồn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo trường Đại học Khoa học tự nhiên, đặc biệt thầy cô Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý giảng dạy em năm đại học thạc sỹ Trong thời gian học tập trường Đại học Khoa học tự nhiên, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cô, kiến thức mà em nhận thời gian học tập nghiên cứu trường hành trang giúp em vững bước công viêc sống Em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị bạn đồng nghiêp Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Cục An toàn xạ hạt nhân giúp đỡ, chia sẻ với em kiến thức, trao đổi chun mơn, học thuật q trình em nghiên cứu, thực khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân người ln kịp thời động viên giúp đỡ em công việc sống Em xin trân trọng cảm ơn! Học viên Nguyễn Ngọc Huynh MỞ ĐẦU Năm 1895, sau Roentgen khám phá tia X, trình khởi đầu kỹ thuật xạ trị, cơng nghệ phát tia xạ ban đầu trọng vào việc tạo cường độ lượng chùm electron photon cao Trong suốt 50 năm đầu phát triển kỹ thuật xạ trị, công nghệ xạ trị phát triển chậm chạp chủ yếu dựa ống phóng tia X Phát minh thiết bị xạ trị từ xa dùng nguồn Cobalt- 60 H.E Johns vào đầu năm năm mươi Thế kỷ XX tạo nên bước phát triển lớn việc tìm kiếm nguồn photon lượng lớn thiết bị xạ trị dùng nguồn Cobalt- 60 đặt lên vị trí hàng đầu số năm Trong thời gian đó, máy gia tốc tuyến tính nghiên cứu phát triển nhanh chóng chiếm ưu so với thiết bị xạ trị dùng nguồn Cobalt- 60 Cho đến máy gia tốc tuyến tính dùng xạ trị chiếu trở thành nguồn xạ sử dụng rộng rãi kỹ thuật xạ trị đại – phương pháp hữu hiệu điều trị ung thư Với thiết kế nhỏ gọn hiệu quả, máy gia tốc tuyến tính linh hoạt sử dụng, cung cấp nguồn tia X megavolt electron cho điều trị với dải lượng rộng đáp ứng yêu cầu Với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, máy gia tốc dùng xạ trị kết nối với hệ điều khiển tự động Quá trình chiếu điều khiển tự động từ hệ máy tính trung tâm cho phép điều chỉnh lượng chùm electron, kiểm soát liều suất liều phát Bản Luận văn: “Đo liệu chùm photon chuẩn liều liều photon lượng cao cho máy gia tốc y tế tuyến tính” có nhiệm vụ: - Nghiên cứu, thực hành phương pháp đo liệu chùm photon phục vụ mục đích commissioning cho máy gia tốc y tế tuyến tính; - Tìm hiểu quy trình chuẩn liều cho máy gia tốc y tế tuyến tính TRS398 theo hướng dẫn quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA); – Đo liệu chùm photon trường mở, trường có nêm lọc chuẩn bảng hệ số đầu cho máy gia tốc Ngoài phần mở đầu, kết luận phụ lục, Luận văn chia thành bốn chương: Chương I trình bày “Tổng quan đo liệu chùm photon chuẩn liều cho máy gia tốc y tế tuyến tính” Chương mô tả Luận văn Thạc sỹ khoa học 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 6 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 Luận văn Thạc sỹ khoa học 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 278 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 Luận văn Thạc sỹ khoa học Phụ lục 3: Dữ liệu liều sâu phần trăm trường nêm 15 d 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 Luận văn Thạc sỹ khoa học 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 Phụ lục4: Dữ liệu liều sâu phần trăm trường nê d 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Luận văn Thạc sỹ khoa học 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 Luận văn Thạc sỹ khoa học 150 152 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 Luận văn Thạc sỹ khoa học 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 278 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 Phụ lục 5: Dữ liệu liều sâu phần trăm trường có nêm 45 d 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 Luận văn Thạc sỹ khoa học 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 154 Luận văn Thạc sỹ khoa học 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 256 258 260 Luận văn Thạc sỹ khoa học 262 264 266 268 270 272 274 276 278 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 Luận văn Thạc sỹ khoa học Phụ lục 6: Bảng chuẩn liều photon lượng cao Luận văn Thạc sỹ khoa học Luận văn Thạc sỹ khoa học Phụ lục 7: Bảng tra cứu hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia Luận văn Thạc sỹ khoa học Luận văn Thạc sỹ khoa học ... VỀ ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU CHO M? ?Y GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH CHƯƠNG - M? ?Y GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH 2.1 Sơ lược cấu tạo m? ?y gia tốc y tế tuyến tính 2.2 Nguyên... commissioning cho m? ?y gia tốc y tế tuyến tính; - Tìm hiểu quy trình chuẩn liều cho m? ?y gia tốc y tế tuyến tính TRS398 theo hướng dẫn quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA); – Đo liệu chùm photon trường... suất liều phát Bản Luận văn: ? ?Đo liệu chùm photon chuẩn liều liều photon lượng cao cho m? ?y gia tốc y tế tuyến tính? ?? có nhiệm vụ: - Nghiên cứu, thực hành phương pháp đo liệu chùm photon phục vụ mục