GIỚI HẠN CỦA THUẬT TOÁN ELECTRON MONTE CARLO TRONG XẠ TRỊ BẰNG CHÙM TIA ELECTRON

Tính chất chùm electron phụ thuộc vào E, lá ngàm, chuẩn trực, trường chiếu,.. Tính bằng giải tích rất khó khăn, đặc biệt là các trường chiếu nhỏ. Công thức thực nghiệm Đường vẽ hình học và bảng phân bố liều trong môi trường đồng chất Thuật toán Pencil Beam Thuyết đa tán xạ, phát triển đầu năm 1980 bởi Hogstrom Sai lệch > 2% với trường chiếu nhỏ, tại đó mất tán xạ cân bằng electron Thuật toán eMC Trong hệ thống Varian Eclipse, có độ chính xác cao nhất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI HOÀNG MINH     GIỚI HẠN CỦA THUẬT TOÁN ELECTRON MONTE CARLO TRONG XẠ TRỊ BẰNG CHÙM TIA ELECTRON   Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO Mã số chuyên ngành: 60 44 05    LUẬN VĂN THẠC SĨ   NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ ÁI THU TP.HCM, ngày 26 tháng năm 2015 Nội Dung Tổng quan Mơ hình nghiên cứu Trang thiết bị Phương pháp nghiên cứu Kết nhận xét Kết luận & kiến nghị Tổng Quan Chùm tia xạ electron: ● Tổn thương vùng nông cạn (da, môi, lồng ngực, đầu cổ) Hình Máy gia tốc tuyến tính ● Xạ bổ sung hạch ● Vùng thiếu liều, nơi giao hai chùm photon Hình Hệ thống TPS Tổng Quan   Tính chất chùm electron phụ thuộc vào E, ngàm, chuẩn trực, trường chiếu, Tính giải tích khó khăn, đặc biệt trường chiếu nhỏ Công thức thực nghiệm ● Đường vẽ hình học bảng phân bố liều mơi trường đồng chất Thuật tốn Pencil Beam ● Thuyết đa tán xạ, phát triển đầu năm 1980 Hogstrom Sai lệch > 2% với trường chiếu nhỏ, tán xạ cân electron Thuật tốn eMC ● Trong hệ thống Varian Eclipse, có độ xác cao Tổng Quan Tán xạ hạt thứ cấp ● Phân bố lượng để lại thuật tốn đơn giản ● Bỏ qua vị trí đường 25x25 15x15 10x10 Hình Các trường chiếu lớn (cm ) Hình Mơ hình dịch chuyển electron Tổng Quan 10x10 4x4 3x3 2x2 1x1 Hình Các trường chiếu nhỏ Mục tiêu nghiên cứu Tìm kích thước nhỏ trường chiếu mà thuật tốn eMC cịn mơ xác Sai lệch eMC có phụ thuộc vào hình dạng trường chiếu hay khơng Mơ hình nghiên cứu Trường vuông : x đến 10 x 10 cm So Sánh Depth dose Depth dose Beam profiles Beam profiles Thực nghiệm eMC Output factors Output factors Phân bố liều Phân bố liều Hình Mơ hình nghiên cứu Sai lệch eMC Hình Khối che chắn 2x2 cm Hình Khối che chắn trịn, chữ nhật, chữ L ~ 2cm Trang thiết bị Hình 10 Máy gia tốc tuyến tính Varian Clinac iX Chùm tia electron: 6, 9, 12, 15, 20 MeV Hình Giao diện hệ thống TPS Eclipse  Thuật toán Generalize Gaussian Pencil Beam  Thuật toán Electron Monte Carlo Trang thiết bị Vng Trịn : : đường kính từ đến cm Chữ nhật : Chữ L kích thước 1x1 đến 10x10 kích thước 10x1, 10x2, 10x3, 10x4 : bề rộng từ đến cm Hình 11 Khối che chắn (52% bismuth, 30% chì, 18% thiếc) độ dày 1,2 cm Hình 12 Khung chuẩn trực 10x10 cm Trang thiết bị  Thể tích hoạt động 0,015 cm , đường kính hoạt động mm, chiều dài hoạt động mm  Tinh thể diode cách bề mặt detector 0,57 mm Hình 13 Diode detector – EFD10025/24 10 Kết & Nhận xét Sai lệch eMC phân bố liều  Phân bố liều •  Sai lệch xảy từ R50 Phụ thuộc vào kích thướt lượng Trường 1x1 cm vượt giới hạn Bảng Giá trị % gamma pass 100 Gamma pass ( % ; mm) % Gamma pass Trường (cm ) MeV 12 MeV 20 MeV 10x10 97.8 97.5 97.2 4x4 95.6 95.2 94.7 3x3 94.8 93.9 93.2 93.8 92.6 92.5 2x2 % gamma pass % cm 96 10x10 92 4x4 3x3 88 2x2 84 1x1 1x1 88.6 86.2 86.2 80 Mất cân electron tán xạ tăng MeV 12 MeV 20 MeV Hình 44 Giá t rị % gamma pass 26 * Zhigang, X Evaluation of the eclipse electron Monte Carlo dose calculation for small field, 2009 Kết & Nhận xét ● Percent Depth Dose ● Beam Profile : trùng với trường chiếu ● Output Factor : 3x3 cm ● Phân bố liều : 2x2 cm 2 : 1x1 cm Kích thước nhỏ trường chiếu mà thuật tốn eMC cịn mơ xác : 3x3 cm 27 Kết & Nhận xét Sai lệch eMC có phụ thuộc vào hình dạng trường chiếu hay khơng Sai lệch eMC Hình 45 Trường vng ● Percent Depth Dose ● Output Factor ● Phân bố liều Hình 46 Trường trịn, chữ nhật, chữ L 28 Kết & Nhận xét Percentage Depth Dose Bảng Trường không vuông Độ lệch trung bình (mm) Trường Bảng Trường chiếu vng C4 Độ lệch trung bình (mm) ±SD C3 C2 TC MeV 12 MeV 20 MeV 4x4 0,39±0,08 0,27±0,05 0,64±0,11 3x3 0,30±0,15 0,48±0,09 0,67±0,15 C1 10x4 10x3 10x2 2x2 1x1 1,25±0,12 2,26± 0,86 1,44±0,04 7,35± 1,27 2,11±0,47 12,8 ± 2,2 10x1 L4 L3 L2 L1 MeV 12 MeV 20 MeV 0,4±0,56 0,21±0,99 0,61±0,18 0,5±0,67 0,43±1,03 0,71±0,34 1,00±0,86 1,24±0,78 2,20±1,96 2,51±1,78 8,02±2,13 12,2±2,25 0,5±0,42 0,47±0,13 0,72±0,98 0,4±0,89 0,72±0,81 0,82±1,34 0,9±0,16 1,16±0,82 1,85±1,24 2,24±1,43 6,27±2,28 13,2±3,68 0,2±0,08 0,62±0,81 0,90±0,07 0,2±0,91 0,83±1,27 1,00±1,03 0,7±0,11 1,45±1,23 1,90±1,86 2,08±1,86 6,15±2,75 13,8±3,03 29 Kết & Nhận xét Percentage Depth Dose Độ lệch eMC với hình dạng trường chiếu khác nhau, < 2mm có độ rộng tương đương 12 MeV < mm Vng Trịn C1 (2.51mm) 1x1 (2.26mm) 16 L1 (2.08mm) Chữ L 14 12 < 2mm < 2mm 10 % lệch trung bình eMC – t.nghiệm Hình 48 TC độ rộng tương đương/12MeV Chữ nhật 10x1 (2.24mm) 2.5 1.5 MeV 0.5 20 MeV 0 Độ rộng TC (cm) Hình 47 TC độ rộng tương đương/6MeV Hình 49 TC độ rộng tương đương/20MeV 30 Kết & Nhận xét Output Factor Bảng 10 Trường không vuông % sai lệch Bảng Trường vuông % sai lệch Trường 4x4 MeV 12 MeV 20 MeV 1,6 0,4 0,9 TC MeV 12 MeV 20 MeV C4 1,3 0,8 0,6 C3 2,3 1,7 0,5 C2 4,8 4,5 2,5 C1 16,8 8,1 6,2 10x4 1,6 1,2 0,4 10x3 1,9 1,8 0,4 3x3 2,5 1,5 0,2 10x2 5,3 4,8 2,2 2x2 5,1 4,2 2,2 10x1 15,2 7,3 4,8 L4 1x1 16,4 7,6 5,8 0,8 0,7 0,8 L3 2,3 1,2 0,7 L2 5,5 3,6 1,4 L1 14,7 6,8 4,7 31 Kết & Nhận xét Output Factor Độ lệch eMC với hình dạng trường chiếu khác nhau, Vng % sai lệch eMC – T.nghiệm có độ rộng tương đương