Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị - Chương 2

Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị - Chương 2.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS 2.1 Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng xạ trị[4,5,6] 2.1.1 Nguyên lý cấu tạo máy gia tốc tuyến tính dùng xạ trị Máy gia tốc tuyến tính dùng xạ trị thường chia thành hệ thống là:  Hệ thống phun, nguồn electron hay gọi súng điện tử  Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton klyston, điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân khơng thấp electron gia tốc,…  Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trị vận chuyển electron chân khơng từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia tán xạ  Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh nước, hệ thống chất điện môi ga để truyền vi sóng từ phận phát sóng vơ tuyến tới ống dẫn sóng  Hệ thống theo dõi chuẩn trực chùm tia Có thể minh họa phận máy gia tốc xạ trị sơ đồ khối đơn giản hình 2.1 Hình 2.1 Các phận máy gia tốc xạ trị Bên cạnh cịn nhiều phần khác kèm với máy gia tốc [1]: - Hệ thống collimator chuẩn thông dụng - Hệ thống laser xác định trục quay máy, trục thẳng đứng chùm tia, hiển thị chùm tia ánh sáng nhìn thấy - Hệ thống camera theo dõi bệnh nhân, hệ thống đàm thoại thày thuốc bệnh nhân - Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; hình thơng báo số liệu liên quan tới việc điều trị - Hệ thống che chắn phóng xạ - Hệ thống tự ngắt máy gia tốc có cố Các hệ thống liên quan đến trình điều trị máy gia tốc: - Giường máy điều khiển lên, xuống, quay theo góc - Hệ thống tính liều lượng lập kế hoạch điều trị - Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ,… - Hệ thống làm khn chì,… 2.1.2 Ngun lý hoạt động máy gia tốc xạ trị Ban đầu, electron sinh xạ nhiệt từ súng điện tử, Catơt nung nóng Các electron sinh từ súng điện từ điều chế thành xung sau phun vào buồng tăng tốc Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng lượng cung cấp cho electron lấy từ phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 Mhz Bức xạ vi sóng phát dạng sung ngắn Các xạ tạo phát tần số vi sóng, “van” magnetron klystron Klystron thường dùng với máy gia tốc lượng cao với lượng đỉnh 5MW để gia tốc điện tử Các electron phun vào ống dẫn sóng cho đồng với xung xạ vi sóng để chúng gia tốc Hệ thống ống dẫn sóng súng electron hút chân không cho electron gia tốc chuyển động mà khơng bị va chạm với nguyên tử khí Chùm electron gia tốc buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ khơng chuyển động xác dọc theo trục Có nhiều nguyên nhân gây tượng Đó lực đẩy Coulomb electron mang điện tích dấu, lắp ghép khơng hồn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng khơng hồn tồn xun tâm, tác động điện từ trường ngoài, … Do đó, chùm electron gia tốc phải lái cách chủ động Trước hết sử dụng điện trường hội tụ đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng Sau cuộn lái tia tạo từ trường tác dụng lực lên electron để dẫn chùm tia theo hướng ống dẫn sóng từ hướng ngồi theo đường cong uốn để hướng đến bia tạo tia X Khi máy gia tốc chế độ phát chùm electron chùm electron đưa trực tiếp vào đầu điều trị qua cửa sổ nhỏ Sau tán xạ tán xạ từ trường quét diện rộng theo yêu cầu hình dạng, diện tích trường chiếu trường hợp điều trị cụ thể Chùm tia tạo hình dạng lọc phẳng, nên, collimator sơ cấp, thứ cấp Liều lượng kiểm soát detector Cịn chế độ phát tia X chùm electron gia tốc lại uốn theo đường cong thiết kế để đập vào bia Chùm electron có động lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với nguyên tử vật chất bị hãm lại, phát tia X lượng cao Phổ lượng tia X phát xạ suất liều xạ phụ thuộc vào mức lượng điện tử, số nguyên tử, bề dày bia chất liệu dùng làm bia Chùm tia X phát kiểm soát liều lượng, định dạng phù hợp Hầu hết máy gia tốc xạ trị có hai chế độ phát chùm photon chế độ phát electron Do đó, khí chế tạo phù hợp để thay đổi chế từ chế độ sang chế độ khác cách linh hoạt Ví dụ bia tia X đưa sử dụng chế độ phát tia X rút vào phát chùm electron Trong trình hoạt động, hãm chùm electron, bia tia X bị nóng lên, cần có hệ thống làm nguội nước Với mục đích điều trị, máy gia tốc thiết kế khí chuyển động linh hoạt cần máy giường điều trị Các hệ hống kiểm sốt an tồn chuỗi khóa liên động điện, khí, nhiệt độ, áp suất kiểm sốt chùm xạ với 2.1.3 Một số nét sơ lược máy gia tốc xạ trị Primus Đây máy gia tốc sử dụng điều trị ung thư Bệnh viện K - Hà Nội số sở điều trị khác Máy có nguyên lý cấu tạo hoạt động loại máy Megavolt xạ trị trình bày phần trên.[3,4] Trên hình 2.2 hình ảnh máy gia tốc xạ trị Primus sử dụng điều trị ung thư Hình 2.2 Máy gia tốc xạ trị Primus Khi máy chế độ phát tia gamma, chùm electron sau gia tốc đưa đến đập vào bia, tạo chùm tia X từ cửa sổ đầu máy điều trị Tuy nhiên, chùm tia lấy để điều trị chùm tia sơ cấp mà chùm tia sau qua hệ thống collimator che chắn, lọc, nêm,…Trong đó, lọc nêm phận dùng để lọc phẳng chùm tia, collimator sơ cấp để hạn chế kích thước trường cực đại chùm tia X, collimator thứ cấp để định dạng trường chiếu [3,4] Chùm eletron Bia tia X Collimator sơ cấp Bộ lọc phẳng Buồng ion hóa Collimator thứ cấp Chùm tia X điều trị Hình2.3 Sơ đồ hệ thống collimator lọc phẳng chùm tia X đầu điều trị máy gia tốc xạ trị Primus Năng lượng chùm tia từ cửa sổ đầu điều trị tập trung chủ yếu trường chiếu xác định định dạng collimator thứ cấp Các loại máy gia tốc xạ trị đại thường loại collimator đa collimator định dạng trường chiếu chi tiết trường chiếu Hình 2.4 Collimator đa định dạng trường chiếu 2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định số đặc trưng chùm photon từ lối máy gia tốc PRIMUS – Siemens 2.2.1 Máy gia tốc tuyến tính xạ trị Hãng sản xuất: Siemens - Xuất xứ: Đức Các tính năng: Máy gia tốc tuyến tính này có thể phát loại bức xạ (Photon và Electron) với các mức lượng khác phục vụ xạ trị: • Các mức lượng photon: MV và 15 MV • Các mức lượng electron: MeV, MeV, MeV, MeV, MeV 10 MeV, 12 MeV và 14 MeV 15 MeV 2.2.2 Thiết bị đo liều Trong phương pháp xạ trị, việc kiểm tra liều chiếu từ máy gia tốc phải tiến hành thường xuyên thiết bị đo liều xác IAEA cung cấp Phần thực nghiệm luận văn tiến hành đo phân bố liều máy gia tốc xạ trị PRIMUS bệnh viện K Hà Nội, Sử dụng thiết bị dùng để kiểm tra liều chiếu hàng ngày Thiết bị đo Dosimeter kết hợp với đầu đo buồng ion hóa Farmer chamber FC65 – P Trên hình 2.6 thiết bị đo liều Dosimeter Hình 2.6 Thiết bị đo liều Dosimeter Trên hình 2.7 đưa dạng đầu đo FC65 – p sử dụng luận văn Hính 2.7 Đầu đo Famer type chamber FC65 – P Một số thông số kỹ thuật buồng ion hóa Famer type chamber FC65 – P sau:  Ứng dụng: + Đo liều tuyệt đối chùm photon electron xạ trị + Đo chất rắn, khơng khí, phantom nước Sử dụng việc đo liều thường quy  Các đặc trưng: + Buồng ion hóa khơng khí + Có cấu trúc lớp nhựa vững giúp việc kiểm tra liều hàng ngày + Không thấm nước + Có lỗ khí qua lớp không thấm nước + Được bảo vệ chắn + Cung cấp cho việc chuẩn máy có hướng dẫn sử dụng  Vật liệu + Điện cực POM (1,42 g/cm3) + Điện cực nhôm (2,7 g/cm3)  Kích thước vùng hoạt + Thể tích thơng thường 0,65 cm3 + Tổng chiều dài vùng hoạt 2,3,2 mm + Đường kính bên hình trụ 6,2 mm + Độ dày lớp vỏ 0,4m  Cáp cầu nối + Kiểu kết nối TNC ba trục + Chiều dài dây cáp 1,4 m  Thông số hoạt động + Dòng điện dò < 10-15 A + Độ nhạy 21.10-9 C/Gys 2.2.3 Phantom nước Nhiệm vụ luận văn xác định phân bố liều chùm tia photon phát từ máy gia tốc PRIMUS – Siemens Trong thực nghiệm ta tiến hành đo liều hấp thụ phantom Do cấu tạo mô thể người chủ yếu nước nên người ta sử dụng môi trường nước để đo liều hấp thụ (gọi phantom nước) tính tốn liều để điều trị xác Phantom nước đo liều là loại Blue Phantom - Kích thước 40x40x40 cm3 Nhà sản xuất IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức Hình 2.8 Phantom nước Blue phantom thực chất là một thùng lập phương rỗng làm bằng Plastic được tích hợp các thiết bị sau: • Thùng chứa nước: Chứa nước để bơm vào phantom cần đo • Máy bơm nước: Bơm nước từ thùng chứa vào phantom cần thực hiện đo đạc và hút nước khỏi phantom vào thùng chứa kết thúc Thiết bị nâng, hạ phantom để điều chỉnh khoảng cách từ nguồn đến bề mặt nước cần thiết Nhưng thực tế, đo liều lượng thường ngày không cần thiết đến loại phantom nước to, cồng kềnh, mà dùng loại phantom đặc biệt tiện lợi Loại phantom khơng thiết phải có mật độ vật chất xác mơ thể mà gần Đó mỏng làm polystyrence có tỉ trọng lớn nước chút Trong có lỗ khoan để đặt đầu đo với độ sâu đo liều tham khảo 5cm Việc đo liều hấp thụ phantom có mật độ vật chất giống với mơ thể người nhằm mục đích tính tốn liều hấp thụ thể bệnh nhân điều trị tia xạ Tuy nhiên việc hấp thụ môi trường lại tỷ lệ thuận với liều chiếu 2.2.4 Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính CCU (Control Unit) được kết nối với máy tính cài đặt phần mềm OmniProAccepts Có chức điều khiển sự di chuyển của buồng ion hóa chính phantom (lên, xuống, trái, phải) theo các vị trí đã được lập trình sẵn phần mềm Đồng thời CCU thu nhận tín hiệu từ hai buồng ion hóa (chính và tham chiếu) và truyền tải về máy tính để phần mềm OmniPro-Accepts xử lý Hình 2.9 Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU 2.2.5 Phần mềm thu nhận và xử lý số liệu Tên phần mềm: OmniPro Accepts - Phiên bản: 6.6c - Nhà sản xuất: IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức Hình 2.10 Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts Các chức chính: • Kết nới với CCU để dịch chuyển đầu dò đến các vị trí cần đo liều theo yêu cầu của phần mềm mà người dùng đã nhập vào • Thu nhận và xử lý sớ liệu từ b̀ng ion hóa • Hiển thị kết quả đo đạc 2.2.7 Hình học đo Các đặc trưng của chùm photon được xác định đối với trường chiếu 10x10 (Sử dụng: Applicator 10x10 Cone size ) Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nước là SSD = 100 cm Buồng ion hóa được đặt trục chính của chùm tia để lần lượt đo liều hấp thụ nước tại các độ sâu từ 10 cm cho đến cm (bề mặt) Máy gia tốc sẽ liên tục phát tia cho đến phép đo hoàn thành Hình 2.11 Bố trí hình học đo đạc 2.2.8 Phương pháp đo Liều hấp thụ tương đối Sử dụng các thiết bị đo trình bày ở tiến hành việc đo đặc trưng liều sâu phần trăm của chùm photon với mức lượng MV 15 MV Các phép đo được lặp lại lần với trường chiếu khác 2.2.8.1 Phân bố liều hấp thụ theo bề dày 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 Liều hấp thụ D(Gy) 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Độ sâu (cm) L iề u h ấ p th ụ t n g đ n g ( % ) Hình2.12: Sự phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày chùm photon Các đại lượng hình 2.12 có ý nghĩa sau: Đại lượng Dm liều hấp thụ cực đại, Dx: liều hấp thụ xạ hãm gây R100 độ sâu ứng với liều cực đại Dm; R50 độ sâu liều hấp thụ 50% liều cực đại R85 chiều sâu liều 85% liều hấp thụ cực đại, khoảng cách điều trị F = 100 ⋅ Dmax − Dmin DKích+cỡ trường D max (2.5) 2.2.8.2 Phẩm chất chùm photon Liều hấp thụ tương đối a Xác định độ phẳng (F) [11] Diện tích tâm Hình 2.13: Hình vẽ xác định độ phẳng Kích thước trường chiếu Đánh giá độ phẳn (F) chùm photon hay electron dựa vào công thức sau: (2.6) F = 100 ⋅ Dmax − Dmin Dmax + Dmin Trong Dmax Dmin liều hấp thụ tương đối tương ứng lớn nhỏ b Xác định độ đồng (S) [11] 110 relative dose đối (%) Liều hấp thụ tươngin % 100 90 80 70 60 50 40 30 area left 20 area right 10 -100 -50 50 100 mm Hình 2.14: Hình vẽ xác định độ đồng Đánh giá độ đồng (S) chùm photon electron ta dựa vào công thức sau: Suy ra: S = 100% ∑ (D ∑ (D ( left ) i − D( right ) i ) (2.7) ( left ) i + D( right ) i ) Trong đó: - Diện tích bên trái trục trung tâm area left = ∑ D( left )i a - Diện tích bên phải trục trung tâm area right = ∑ D( right )i a - a bước nhẩy ... 0.3 0 .25 0 .2 0 .15 0.1 0.05 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Độ sâu (cm) L iề u h ấ p th ụ t n g đ n g ( % ) Hình2. 12: Sự phân bố liều hấp thụ tương... đối theo bề dày chùm photon Các đại lượng hình 2. 12 có ý nghĩa sau: Đại lượng Dm liều hấp thụ cực đại, Dx: liều hấp thụ xạ hãm gây R100 độ sâu ứng với liều cực đại Dm; R50 độ sâu liều hấp thụ. .. mức lượng MV 15 MV Các phép đo được lặp lại lần với trường chiếu khác 2. 2.8.1 Phân bố liều hấp thụ theo bề dày 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 Liều hấp thụ D(Gy) 0.8 0.75 0.7 0 .65 0 .6 0.55 0.5