Xác định phân bố liều bức xạ photon ở lối ra của máy gia tốc primus siemens dùng trong xạ trị

THƯ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NGUYỄN THỊ THU HÀ XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ LIỀU BỨC XẠ PHOTON Ở LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS DÙNG TRONG XẠ TRỊ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS BÙI VĂN LOÁT Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện, Bản Luận văn “Xác định phân bố liều xạ photon lối máy gia tốc Primus Siemen dùng xạ trị” hồn thành Với tình cảm đặc biệt chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Lốt - Trường Bộ mơn Vật Lý Hạt nhân - trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội, thầy tận tình, trực tiếp hướng dẫn, bảo em suốt trình thực Luận Văn Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên khoa Xạ Trị bệnh viện K- Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em thời gian thực tập bệnh viện Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo khoa Vật Lý, khoa KHCN - Sau Đại học Trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, dẫn em trình học tập trường Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em thời gian học tập thực đề tài Dù có nhiều cố gắng trình thực hiện, song Luận Văn khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô, bạn bè người quan tâm T.P Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Học viên Nguyễn Thị Thu Hà MỞ ĐẦU Ngay sau khám phá tia X Roentgen năm 1895, trình khởi đầu kỹ thuật xạ trị, công nghệ phát tia xạ ban đầu trọng vào việc tạo cường độ lượng chùm electron photon cao Trong suốt năm mươi 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 điều trị từ xa Cobalt- 60 H.E Johns vào đầu năm năm mươi Thế kỉ XX tạo nên bước phát triển lớn việc tìm kiếm nguồn photon lượng lớn thiết bị 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 Cobalt- 60 Cho đến máy gia tốc dùng xạ trị phát triển qua năm hệ với độ phức tạp ngày tăng trở thành nguồn xạ sử dụng rộng rãi kỹ thuật xạ trị đại Với thiết kế nhỏ gọn hiệu quả, máy gia tốc tuyến tính linh hoạt sử dụng, cung cấp nguồn tia X megevolt 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 photon phát kiểm soát liều suất liều phát Hiện bệnh ung thư bệnh nguy hiểm với mức độ phát triển nhanh giới nói chung Việt Nam nói riêng Do đó, việc chẩn đốn điều trị ung thư có vai trị vơ quan trọng chương trình Phịng chống ung thư quốc gia Và việc trang bị thiết bị điều trị, lựa chọn phác đồ, phương pháp điều trị thích hợp cần thiết Có ba phương pháp điều trị ung thư - phương pháp áp dụng riêng rẽ kết hợp với để đạt hiệu điều trị cao nhất:  Phẫu thuật  Xạ trị  Hóa trị Trong xạ trị phương pháp hiệu quả, phát triển toàn giới Việt Nam Xạ trị thực điều trị đơn kết hợp với phẫu thuật hóa trị để loại bỏ hồn tồn khối u, góp phần làm giảm triệu chứng đau đớn thể người bệnh Phương pháp xạ trị đại phổ biến giới xạ trị chiếu sử dụng máy gia tốc tuyến tính – phương pháp hữu hiệu điều trị ung thư Tháng năm 2001, Bệnh viện K- Hà Nội trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính Primus hệ với nhiều ưu điểm bật hãng Siemens - hãng sản xuất thiết bị y tế tốt giới Hiện nước có thêm số sở khác sử dụng máy gia tốc xạ trị trị bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Đa khoa Đà Nẵng…Phương pháp xạ trị từ xa sử dụng máy gia tốc có xu hướng phát triển mạnh nước ta Một nguyên tắc cần phải đảm bảo điều trị tia xạ nói chung xạ trị chùm photon phát từ máy gia tốc nói riêng liều xạ phải tập trung đồng khối u giảm thiểu tối đa liều tổ chức lành bao quanh khối u Để có thơng tin xác việc tính tốn liều chiếu hình học chiếu cần phải biết dạng phân bố liều chiếu khu vực xung quanh khối u Xác định liều hấp thụ phân bố liều chùm xạ phát từ máy xạ trị việc làm tuần kỹ sư Vật Lý Khoa Xạ Trị sở y tế có điều trị ung thư tia phóng xạ Ngồi kết thu phân bố liều chiếu chùm xạ photon phát từ máy gia tốc cho biết rõ chế tương tác electron với vật chất chế sinh xạ hãm chùm electron gia tốc tương tác với vật chất Để nâng cao hiệu việc điều trị bệnh ung thư chùm photon phát từ máy gia tốc electron, đầu máy gia tốc xạ trị, người ta sử dụng colimator đa để định dạng kích thước chùm xạ photon gạt bỏ phần phổ xạ hãm có lượng thấp Vì vậy, theo quy ước, người ta lấy gia tốc chùm electron tạo chùm photon để mức lượng chùm photon tương ứng Cụ máy gia tốc xạ trị Bệnh viện K, chế độ phát chùm photon có mức ứng với gia tốc MV 15MV, tương ứng ta thu chùm photon 6MV 15MV Bản Luận văn: “ Xác định phân bố liều xạ photon lối máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng xạ trị” có nhiệm vụ: - Tìm hiểu chế tương tác chùm xạ photon với vật chất ứng dụng xạ photon điều trị bệnh ung thư - Tìm hiểu chế sinh xạ hãm chùm electron gia tốc tương tác với bia nặng đặc điểm chùm xạ photon phát từ máy gia tốc tuyến tính PRIMUS dùng xạ trị Bệnh viên K - Xác định thực nghiệm phân bố liều hấp thụ chùm xạ photon lượng MV 15 MV điểm cách bia (nguồn) 100cm, ứng với vị trị bệnh nhân nằm điều trị với kích thước trường chiếu khác nhau, từ đánh giá đồng liều hấp thụ khối u Ngoài phần mở đầu kết luận, Bản Luận văn chia thành ba chương: Chương 1: Phương pháp xạ trị dùng tia gamma Chương trình bày sở vật lý sinh học xạ trị dùng xạ photon, trình tương tác xạ photon với vật chất với thể sống, tác dụng sinh học xạ, đơn vị đo liều lượng xạ Chương 2: Máy gia tốc Primus- Siemens dùng xạ trị Chương trình bày ngắn gọn nguyên lý hoạt đồng sơ đồ cấu tạo máy gia tốc dùng xạ trị, chế lấy chùm xạ photon từ máy gia tốc electron để phục vụ việc điều trị bệnh ung thư Chương 3: Xác định thực nghiệm: - Phân bố liều chiếu xạ photon theo khoảng cách - Phân bố liều chùm xạ photon lượng MV 15 MV mặt phẳng vng góc với trục chùm xạ ngồi khơng khí phantom, từ đánh giá đồng liều hấp thụ khối u - Xây dựng đường cong liều sâu phần trăm hay đồ thị phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu phantom nước, từ thấy hiệu việc điều trị khối u sâu dùng chùm photon CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG TIA GAMMA 1.1 TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON VỚI VẬT CHẤT Khi chùm xạ bêta môi trường chúng tương tác với nguyên tử môi trường dần lượng hai q trình chủ yếu ion hóa va chạm phát xạ hãm Sự lượng va chạm kết tán xạ không đàn hồi xạ bêta với electron nguyên tử môi trường Khác với hạt nặng tích điện, xạ bêta có khối lượng khối lượng electron, sau lần tương tác với electron nguyên tử môi trường, hạt bêta phần lớn lượng Ngồi ra, góc tán xạ biến đổi từ 00 đến 1800 Đường hạt bêta môi trường đường zic-zắc Trên đường lượng xạ bêta giảm dần nên vận tốc giảm dần Hạt xạ bêta chuyển động có gia tốc Bức xạ bêta chuyển động có gia tốc trong trường Coulomb hạt nhân trường Coulomb electron Theo điện động lực học cổ điển, xạ bêta phát xạ hãm Xác suất phát xạ hãm lớn khối lượng hạt nhỏ, lượng lớn nguyên tử số môi trường tăng Độ mát lượng riêng phát xạ đơn vị đường xạ bêta [6] xác định theo công thức sau :  dE   dE   dE        dx   dx Coul  dx  rad (1.1)  dE   dE   dE  ,   ,   tương ứng độ mát lượng tổng cộng, độ  dx   dx Coul  dx  rad Trong  mát lượng ion hóa phát xạ hãm tính đơn vị đường Tùy theo lượng xạ bêta nguyên tử số mơi trường q trình mát lượng ion hóa phát xạ hãm thể mức độ khác 1.1.1 Sự mát lượng xạ bêta ion hóa kích thích mơi trường Khi mơi trường, tương tác Coulomb với electron nguyên tử môi trường, hạt bêta truyền lượng cho electron Nếu eletron nhận lượng lớn ion hóa, bay khỏi nguyên tử, kết cặp ion-electron tạo thành Nguyên tử bị ion hóa Ngược lại lượng mà electron nhận nhỏ ion hóa nguyên tử, electron nhảy lên mức lượng cao Quá trình gọi kính thích ngun tử mơi trường Sau lần tán xạ không đàn hồi electron, phần đáng kể lượng Do khối lượng bêta khối lượng electron, nên sau lần va chạm, xác suất để xạ bêta nửa lượng lớn Độ mát lượng xạ bêta đơn vị đường [6] xác định theo công thức Bethe-Bloch: Z  k (k  1) CV   dE  2 )   P(k )    (1.2   2 N A re me c   ln A   2(1 / me c ) Z   dx Col đó: NA số Advogadro, re, me bán kính cổ điển tính cm khối lượng electron; Z, A điện tích số khối môi trường,  mật độ khối môi trường;   v với v vận tốc c hạt bêta c vận tốc ánh sáng, k động hạt bêta tính đơn vị m ec2, , Cv hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ hiệu ứng vỏ; F(k) hàm động Hàm F(k) có dạng sau: k2  (2 k  1) ln F (k )     (k  1) (1.3) Với xạ bêta có lượng xác định, độ lượng đơn vị đường tỉ lệ thuận với mật độ môi trường Với môi trường xác định, độ mát lượng đơn vị đường giảm dần, sau đạt giá trị không đổi Khi lượng xạ bêta nhỏ, mát lượng phát xạ hãm nhỏ độ mát lượng ion hóa Tuy nhiên lượng xạ bêta tăng, độ mát lượng ion hóa kích thích mơi trường giảm dần, cịn độ mát lượng phát xạ hãm tăng dần Đến giá trị lượng đủ lớn, độ mát lượng xạ bêta phát xạ hãm chiếm ưu 1.1.2 Độ mát lượng xạ bêta phát xạ hãm Khi chuyển động điện trường hạt nhân, xạ bêta thu gia tốc lớn Gia tốc hạt tích điện thu tỉ lệ với điện tích hạt nhân tỉ lệ nghịch với khối lượng Theo điện động lực học cổ điển, hạt tích điện chuyển động có gia tốc, phát xạ điện từ, gọi xạ hãm Phổ xạ hãm phổ liên tục, có lượng từ đến lượng cực đại lượng hạt tích điện Độ mát lượng phát xạ hãm đơn vị đường [6] xác định theo công thức :  E0   dE  2    f ( Z )  (1.4)   N E0 Z re   ln  dx  rad  me c  N số nguyên tử môi trường đơn vị thể tích; E0 động electron,  số cấu trúc tinh tế, m e khối lượng nghỉ electron; Z điện tích hạt nhân 137 Độ mát lượng phát xạ hãm tăng theo hàm logarit tự nhiên lượng Khi lượng tăng độ mát lượng phát xạ hãm tăng theo, đó, độ mát lượng ion hóa không đổi Khi lượng electron cỡ vài MeV trở lên, mối liên hệ độ mát lượng phát xạ hãm ion hóa xác định theo cơng thức sau:  dE     dx  rad  EZ  dE  800    dx col (1.5) Từ công thức (1.2) (1.4) nhận thấy, độ mát lượng đơn vị đường electron phụ thuộc vào nguyên tử số chất hấp thụ Với môi trường hấp thụ cho trước, lượng nhỏ, độ mát lượng ion hóa kích thích mơi trường chiếm ưu thế, đó, tỉ số độ mát lượng phát xạ hãm ion hóa nhỏ đơn vị Khi lượng tăng, tỉ số tăng dần Đến giá trị lượng gọi lượng tới hạn Ec độ mát lượng phát xạ hãm độ mát lượng ion hóa Tại lượng tới hạn E=EC, ta có:  dE   dE       dx rad  dx  col (1.6) Năng lượng tới hạn Ec phụ thuộc vào điện tích hạt nhân hay xác phụ thuộc vào nguyên tử số môi trường Từ biểu thức (1.5) nhận thấy: Nguyên tử số môi trường lớn, lượng tới hạn giảm Năng lượng tới hạn [6] xác định theo công thức: EC  800 MeV Z  1,2 (1.7) Khi lượng electron lớn nhiều lượng tới hạn, mát lượng chủ yếu phát xạ hãm Để đặc trưng cho khả hãm xạ bêta môi trường người ta đưa khái niệm chiều dài xạ môi trường Chiều dài làm chậm xạ chất khoảng cách mà lượng electron giảm hệ số  0,367 phát xạ hãm Chiều dài e xạ chất phụ thuộc vào nguyên tử số số khối Chiều dài xạ kí hiệu X0 xác định theo công thức [6 ]: Xo  716,4 A ( g / cm )  287  Z ( Z  1) ln    Z  Z nguyên tử số, A số khối nguyên tử môi trường (1.8) Đối với môi trường phức tạp nhiều thành phần, chiều dài làm chậm xạ môi trường xác định theo chiều dài làm chậm xạ tất thành phần có mơi trường theo công thức sau: n A 1   qi i  X o i 1 AM X i (1.9) đó: Xo chiều dài làm chậm xạ môi trường phức tạp; Xi chiều dài làm chậm xạ mơi trường có ngun tử có số khối Ai ; q i hàm lượng nguyên tử có số khối n Ai; AM   Ai số khối hiệu dụng môi trường i 1 Khi môi trường tương tác electron với vật chất, lượng giảm dần Khi lượng electron lớn lượng tới hạn, độ mát lượng electron chủ yếu phát xạ hãm Sự thay đổi lượng trung bình E hàm đường x electron môi trường, xác định theo công thức sau:  x   E  E o exp  X  o  (1.10) E0, X0 lượng ban đầu xạ bêta chiều dài xạ môi trường 1.1.3 Các đặc trưng xạ hãm Trong nguyên lí máy gia tốc dùng xạ trị, máy chế độ phát tia X, chùm electron sau gia tốc lái đến đập vào bia làm phát xạ hãm (tia X ) Với mục đích đó, lượng chùm hạt phải lớn lượng tới hạn nhiều để phần động truyền cho electron phần lớn chuyển thành lượng xạ hãm Mặt khác, bia phát xạ hãm phải cấu tạo cho suất phát xạ hãm tối ưu Từ công thức (1.7) cho thấy lượng tới hạn tỉ lệ nghịch với nguyên tử số môi trường Mặt khác từ công thức (1.8) nhận thấy chiều dài làm chậm xạ giảm nguyên tử số môi trường tăng Do đó, người ta sử dụng bia nặng, tức bia nguyên tố có nguyên tử số lớn, để làm bia phát xạ Từ công thức (1.10) ta thấy mát lượng chùm hạt electron tỉ lệ với chiều dài đường mơi trường vật chất, hay suất hãm tăng bề dày bia tăng Tuy nhiên, kết thực nghiệm cho thấy bề dày bia tăng kéo theo nhiều hiệu ứng không mong muốn Khi bề dày bia lớn, lượng hạt electron bị mát không phát xạ tăng lên Mặt khác, photon xạ sinh bị hấp thụ phần bên bia Trong bia có bề dày lớn chiều dài xạ chùm electron lượng cao chuyển động tạo tượng mưa rào thác lũ electron - photon làm cho việc tính tốn phân bố chùm tia tạo rắc rối, khó thực Do đó, bề dày bia phải tính tốn thật phù hợp Một bia hãm phù hợp bia cho lượng xạ hãm lớn lượng xác định electron tới Khi nghiên cứu phụ thuộc suất hãm xạ vào bề dày bia nặng với giá trị lượng xác định electron, biểu diễn đường cong có dạng hình 1.1 Từ đồ thị ta thấy đường cong có đỉnh cực đại Như vậy, với chất liệu làm bia, giá trị lượng electron xác định có giá trị bề dày để suất hãm xạ đạt giá trị lớn Giá trị bề dày tối ưu bia hãm xạ bêta Giá trị tìm từ thực nghiệm Người ta thấy với electron có lượng khoảng MeV đến 30 MeV thỡ cỏc Năng suất phát xạ hÃm (đ.vị t-ơng đối) bia nng cú b dy ti u để hãm xạ khoảng 0,3 lần chiều dài xạ 1.4 E e =1 M eV 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.1 10 Hình 1.1: Sự phụ thuộc suất hãm vào bề dày bia Au ( với mức lượng Ee= 17MeV) Năng suất hãm xạ bia phụ thuộc mạnh vào lượng chùm electron Đối với bia làm nguyên tố nặng, suất hãm [6] xác định công thức : P  82.Eo2.63 (1.11) Eo lượng ban đầu electron Nói chung bề dày tối ưu bia hãm xạ thường nhỏ qng chạy electron mơi trường 10 -8 -6 -4 -2 Hình 1.2 Sự phụ thuộc cường độ trung bình xạ hãm tạo chùm electron 25MeV từ bia Ta có bề dày 4mm vào góc phát xạ Phân bố liều hấp thụ khơng khí với chùm photon 6MV 600 Liều hấp thụ (mGy) 500 400 300 200 100 -30 -20 -10 10 20 30 Độ lệch trục (cm) Hình 3.5 Đường cong phân bố liều hấp thụ khơng khí với chùm photon 6MV Phân bố liều hấp thụ khơng khí với chùm photon 15MV 600 Liều hấp thụ (mGy) 500 400 300 200 100 -30 -20 -10 10 20 30 Độ lệch trục (cm) Hình 3.6 Đường cong phân bố liều hấp thụ khơng khí chùm photon 15MV Từ đồ thị hình 3.5 hình 3.6 nhận thấy phân bố liều hấp thụ khơng khí chùm photon có dạng đối xứng qua trục Liều hấp thụ trục nhỏ so với miền xung quanh Để đánh giá độ không phẳng phân bố liều hấp thụ, người ta sử dụng hệ số: q Dmax  Dmin 100% Dmax  Dmin Trong D max , Dmin liều hấp thụ cực đại liều hấp thụ nằm trục Từ bảng 3.3 3.4 nhận thấy độ phẳng phân bố liều hấp thụ khơng khí cỡ 2,2% chùm photon 6MV từ 2,1% chùm photon 15MV Liều hấp thụ tương đối phẳng khoảng cách 30cm tới trục chùm chiếu giảm nhanh biên Tại vị trí cách trục 20cm liều hấp thụ giảm 50% liều hấp thụ điểm nằm trục, sau giảm nhanh tới phơng xa biên Đặc điểm này cho phép khảng định chùm xạ hãm phát từ máy xạ trị Primus Bệnh viện K Hà Nội tập trung góc nhỏ không hạn chế trường chiếu Về mặt an tồn xạ hạt nhân, ưu việt bật xạ trị dùng máy gia tốc so với máy Co-ban nguồn đồng vị phóng xạ tia phóng xạ phát đẳng hướng 3.2.3 Xác định phân bố liều hấp thụ phantom Thực nghiệm tiến hành xác định phân bố liều phantom cấu tạo tương đương mơ có bề dày 20 cm, khoảng cách từ bia đến đầu đo 100cm Quá trình thực nghiệm xác định liều hấp thụ điểm tiến hành tương tự xác định liều ngồi khơng khí Đối với chùm photon MV buồng ion hóa đặt độ sâu cm phantom Kết thực nghiệm chùm photon lượng 6MV kích thước trường chiếu 40cmx40cm cho bảng 3.5 Các phép đo chế độ chiếu thời gian đo không thay đổi, liều hấp thụ điểm trục 2,000 Gy Bảng 3.5 Kết đo phân bố liều hấp thụ phantom với chùm photon MV Độ lệch tâm(cm) Liều hấp thụ(Gy) Độ lệch tâm(cm) Liều hấp thụ(Gy) -20 1,022 2,006 -19 2,068 2,013 -18 2,102 2,046 -15 2,131 2,072 -10 2,121 2,086 -5 2,088 10 2,122 -4 2,074 15 2,136 -3 2,045 18 2,104 -2 2,015 19 1,967 -1 2,002 20 1,020 2,000 Đối với chùm photon 15 MV buồng ion hóa đặt độ sâu cm phantom Kết thực nghiệm, chùm photon lượng 15MV kích thước trường chiếu 40cm x 40cm, cho bảng 3.6 Từ số liệu bảng 3.5 bảng 3.6, tiến hành xây dựng đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tính từ tâm chùm phantom mơ Hình 3.7 dạng phân bố liều hấp thụ phantom theo khoảng cách tới trục chùm chiếu ứng với chùm photon 6MV Hình 3.8 dạng phân bố liều hấp thụ phantom theo khoảng cách tới trục chùm chiếu ứng với photon lượng 15MV Bảng 3.6 Kết đo phân bố liều hấp thụ phantom với chùm photon 15 MV Độ lệch tâm Liều hấp thụ Độ lệch tâm Liều hấp thụ (cm) (Gy) (cm) (Gy) -21 0,592 2,016 -20 1,006 2,025 -19 1,965 2,074 -18 2,123 2,113 -15 2,119 2,121 -10 2,127 10 2,123 -5 2,123 15 2,115 -4 2,113 18 2,127 -3 2,073 19 1,966 -2 2,027 20 1,110 -1 2,013 21 0,675 2,000 Phân bố liều hấp thụ phantom chùm photon 6MV 2.5 Liều hấp thụ (Gy) 1.5 0.5 -25 -20 -15 -10 -5 10 15 20 25 Độ lệch tâm (cm) Hình 3.7 Đường cong phân bố liều hấp thụ phantom chùm photon MeV Phân bố liều hấp thụ phantom chùm photon 15MV 2.5 Lều hấp thụ (Gy) 1.5 0.5 -25 -20 -15 -10 -5 10 15 20 25 Độ lệch tâm (cm) Hình 3.8 Đường cong phân bố liều hấp thụ phantom chùm photon 15 MV Từ dạng đường cong Hình 3.7 Hình 3.8 cho thấy liều lượng hấp thụ mô với chùm photon tia X đồng mặt phẳng Độ không phẳng chùm photon 6MV 3,02% chùm photon 15MV 2,8% Liều hấp thụ giảm 50% khoảng cách cỡ 20cm tính đến trục chùm chiếu Điều đáp ứng yêu cầu chùm tia phát từ máy gia tốc điều trị đề cập chương luận văn phải có liều đồng mơ chiếu ảnh hưởng tới tế bào lành xung quanh Điều có tác dụng lọc phẳng chùm tia trình bày chương 3.2.4 Xác định phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới trục phantom nước độ sâu khác Để đánh giá xác phân bố liều hấp thụ mô thường phép đo liều tiến hành phantom nước, trình bày mục 3.1.3 Bộ điều khiển –CCU kết nối với máy tính có cài đạt phần mềm OmniPro- Accepts cho phép di chuyển xác định vị trí buồng đo phantom nước xác tới mm Phần mềm cho phép xác định liều tương đối điểm đo so với liều điểm chọn trước Trong q trình đo chùm photon phát liên tục với suất liều không đổi, thời gian đo điểm Trong bảng số 3.7 đưa kết đo liều hấp thụ tương đối phantom nước điểm cách trục với khoảng cách khác nhau, ứng với chiều sâu 1,6cm và10cm, trường chiếu 10x10cm2, khoảng cách từ bia tới mặt phantom 100cm chùm photon 6MV Liều hấp thụ điểm tính theo liều hấp thụ điểm trục chùm chiếu Ta chọn điểm làm chuẩn có liều hấp thụ Từ số liệu thực nghiệm bảng 3.7 tiến hàng xây dựng phân bố liều hấp thụ mặt phẳng vng góc với trục chùm chiếu ứng với độ sâu 1,6cm 10cm Bảng 3.7 Kết thực nghiệm đo phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục phantom nước độ sâu 1,6cm 10 cm, chùm photon MV, trường chiếu 10cm x 10cm Độ lêch tâm(cm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Ở độ sâu 1,6cm 10,000 0,9989 0,9950 0,9942 0,9980 10,034 10,079 10,110 10,044 0,9893 0,9568 0,8684 0,7074 0,4900 0,2495 0,1196 0,0667 0,0494 0,0392 0,0340 0,0299 0,0269 0,0228 0,0209 0,0178 0,0160 0,9989 Ở độ sâu 10cm 10,000 10,000 0,9946 0,9905 0,9900 0,9905 0,9870 0,9817 0,9650 0,9476 0,9126 0,8338 0,6804 0,4890 0,2741 0,1619 0,1115 0,0894 0,0760 0,0666 0,0602 0,0548 0,0494 0,0450 0,0396 0,0346 0,9985 0,9978 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 - 0,5 - 1,0 0,9980 Bảng 3.7 Kết thực nghiệm đo phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục phantom nước độ sâu 1,6cm 10 cm, chùm photon MV, trường chiếu 10cm x 10cm (tiếp theo) Độ lêch tâm(cm) - 1,5 - 2,0 - 2,5 - 3,0 - 3,5 Ở độ sâu 1,6cm 0,9992 Ở độ sâu 10cm 0,9950 10,023 10,114 10,174 10,196 0,9980 0,9995 0,9980 0,9905 - 4,0 -4,2 -4,4 -4,6 -4,8 -5,0 -5,2 -5,4 -5,6 -5,8 -6,0 -6,2 -6,4 -6,6 -6,8 -7,0 -7,2 -7,4 10,121 10,009 0,9678 0,8807 0,7009 0,4710 0,2685 0,1378 0,07611 0,0526 0,0412 0,0360 0,0317 0,0279 0,0248 0,0218 0,0206 0,0178 0,9740 0,9574 0,9233 0,8420 0,6802 0,4660 0,2821 0,1699 0,1173 0,0918 0,0790 0,0716 0,0644 0,0572 0,0516 0,0480 0,0424 0,0382 Hình 3.9 đồ thị phân bố liều hấp thụ mặt phẳng vng góc với trục chùm xạ 6MV độ sâu 1,6cm Trục tung đồ thị liều tương đối, cịn trục hồnh khoảng cách từ điểm đo tới trục chùm chiếu Hình 3.9 Đồ thị phân bố liều hấp thụ phantom nước độ sâu 1,6cm chùm photon MV, kích thước trường chiếu 10X10cm2 Tương tự, hình 3.10 đồ thị phân bố liều mặt phẳng vuông góc với trục chùm xạ 6MV độ sâu 10cm Hình 3.10 Đồ thị phân bố liều hấp thụ phantom nước độ sâu 10cm chùm photon MV, kích thước trường chiếu 10X10cm Từ đồ thị hình 3.9 hình 3.10 số liệu bảng 3.7 cho thấy: - Với kích thước trường chiếu 10x10cm2 điểm cách trục nhỏ 4,2cm phân bố liều hấp thụ tương đối đồng - Khi tới gần biên, tức điểm cách trục từ 4,2cm đến 5cm, liều hấp thụ giảm nhanh theo khoảng cách tới trục Cụ thể với độ sâu 1,6cm điểm cách trục 4,2cm liều hấp thụ tương đối xấp xỉ Tại điểm cách trục 4,8cm liều hấp thụ tương đối có 0,707 tăng thêm 2mm tức điểm cách trục chùm chiếu 5,0cm liều hấp thụ tương đối lại 0,490 tức giảm cỡ nửa - Khi biên, liều hấp thụ giảm nhanh theo khoảng cách Cụ thể: + Tại điểm cách 5,4cm liều tương đối cịn có 0,1196 tức liều hấp thụ lại cỡ 12% so với liều điểm nằm trục + Tại điểm cách trục 7,0cm, tức điểm trường chiếu 2cm,ở độ sâu 1,6 cm liều hấp thụ 2,1% so với điểm nằm trục độ sau 10 cm liều hấp thụ lại 4,5% so với điểm nằm trục Kết khẳng định sử dụng chùm photon từ máy gia tốc xạ trị, mô lành xung quanh bị ảnh hưởng nhỏ Ngồi thực tế điều trị cịn áp dụng chế độ phân liều tức chia liều cần chiếu thành nhiều lần chiếu, lần chiếu tế bào lành xung quanh nhận liều nhỏ dễ dàng hồi phục lại sau lần chiếu - Điều thực tế điều trị có ý nghĩa đặc biệt quan trọng: Tùy thuộc vào kích thước khối u để chọn trường chiếu thích hợp, cho phạm vi khối u nơi cần chiếu xạ liều hấp thụ đồng đều, cịn ngồi biên liều hấp thụ giảm nhanh Để giảm ảnh hưởng tia xạ tới khối u ta cần tạo khn chì có bề dày 3cm đủ an tồn cho tế bào xung quanh 3.2.5 Xác định phân bố liều hấp thụ theo độ sâu ứng với kích thước trường chiếu khác Thực nghiệm tiến hành xác định phân bố liều theo độ sâu phantom nước ứng với trường chiếu 10cm x 10cm, 20cm x 20cm, 30cm x 30cm khác Khoảng cách từ bia đến mặt phantom 100cm ứng với khoảng cách từ bia đến da bệnh nhân Tiến hành xây dựng đường cong phân bố liều hấp thụ trục chùm tia với độ sâu thay đổi Lần lượt thực với chùm photon 6MV 15MV Bảng 3.8 bảng 3.9 đưa kết thực nghiệm xác định liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu phantom nước Bảng 3.8 Kết đo liều hấp thụ tương đối theo độ sâu chùm photon 6MV Độ sâu (cm) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 Liều hấp thụ tương đối chùm photon 6MV theo độ sâu Trường 30x30cm Trường 10x 10cm Trường 20x20 cm 0.461 0.537 0.599 0.669 0.728 0.779 0.934 0.951 0.968 0.998 0.998 1 0.996 0.994 0.982 0.98 0.979 0.963 0.962 0.963 0.942 0.943 0.945 0.919 0.923 0.927 0.897 0.905 0.908 0.874 0.885 0.89 0.854 0.866 0.873 0.833 0.847 0.855 0.812 0.828 0.837 0.791 0.81 0.82 Độ sâu (cm) 7.5 10 12 15 18 20 25 30 32 Liều hấp thụ tương đối chùm photon 6MV theo độ sâu Trường 30x30cm Trường 10x 10cm Trường 20x20 cm 0.773 0.792 0.802 0.752 0.776 0.786 0.713 0.741 0.751 0.674 0.707 0.719 0.604 0.641 0.657 0.513 0.552 0.57 0.432 0.474 0.495 0.385 0.427 0.45 0.288 0.329 0.35 0.217 0.252 0.273 0.193 0.226 0.245 Bảng 3.9 Kết đo liều hấp thụ tương đối theo độ sâu chùm photon 15MV Độ sâu (cm) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 10 12 15 18 20 25 30 Liều hấp thụ tương đối chùm photon 15MV theo chiều sâu Trường 10x10 cm Trường 20x20cm Trường 30x30cm 0.298 0.403 0.487 0.478 0.576 0.656 0.752 0.818 0.868 0.888 0.928 0.958 0.96 0.981 0.994 0.991 0.998 1.001 1 0.998 0.998 0.99 0.988 0.987 0.978 0.975 0.97 0.96 0.958 0.953 0.944 0.94 0.934 0.928 0.925 0.917 0.911 0.909 0.897 0.895 0.893 0.88 0.877 0.876 0.864 0.863 0.862 0.848 0.847 0.849 0.824 0.816 0.818 0.779 0.7895 0.789 0.719 0.73 0.734 0.634 0.649 0.655 0.557 0.578 0.587 0.512 0.535 0.545 0.415 0.441 0.451 0.339 0.363 0.374 Độ sâu (cm) 33 Liều hấp thụ tương đối chùm photon 15MV theo chiều sâu Trường 10x10 cm Trường 20x20cm Trường 30x30cm 0.301 0.324 0.334 Từ bảng 3.8 bảng 3.9 ta xây dựng đồ thị hình 3.11 hình 3.12 mơ tả dạng phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu phantom mơ chùm photon 6MV 15MV tương ứng Trường 10x10cm Trường 20x20cm Trường 30x30cm 1.2 Liều hấp thụ tương đối 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 Độ sâu (cm) 25 30 35 Hình 3.11 Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu chùm photon MV Từ đồ thị hình 3.11 hình 3.12 nhận thấy bề mặt mô hay bề mặt phantom liều hấp thụ nhỏ, vào sâu liều hấp thụ tăng dần đặt cực đại chiều sâu cỡ 2cm chùm photon MV cỡ cm chùm photon 15 MV Sau vị trị cực đại, vào sâu bên mô liều hấp thụ giảm dần theo chiều sâu Dạng phân bố liều hấp thụ tương đối mô khơng phụ thuộc vào kích thước trường chiếu Từ đồ thị hình 3.11 hình 3.12 nhận thấy vị trí cực đại liều hấp thụ khơng phụ thuộc vào trường chiếu mà phụ thuộc vào lượng chùm photon mà Liều hấp thụ tương đối 1.2 0.8 Trường 10x10cm 0.6 Trương 20x20cm Trường 30x30cm 0.4 0.2 0 10 15 20 25 30 35 Độ sâu (cm) Hình 3.12 Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu chùm photon 15 MV Dạng đồ thị giải thích sau Ban đầu với chiều sâu nhỏ mô cường độ chùm photon coi không đổi, mặt khác lượng photon nhỏ xác suất tương tác photon với vật chất nhỏ hay nói cách khác lượng chùm photon truyền cho mô nhỏ, dẫn tới liều hấp thụ nhỏ Càng sâu vào trong, tương tác với tế bào mô, photon dần lượng dẫn tới xác suất tương tác với mơ tăng, lượng chùm photon truyền cho mô đơn vị đường tăng dần, kết liều hấp thụ tăng theo chiều sâu Sau cực đại, chiều sâu đủ lớn, hiệu ứng suy giảm cường độ chùm photon trở lên đáng kể, chiều sâu tăng, liều hấp thụ giảm dần Kết thực nghiệm chương phân bố liều hấp thụ ngồi khơng khí hay thực chất bề mặt mô phân bố liều hấp thụ mơ có dạng Đó là: phạm vi trường chiếu mặt phẳng vng góc với trục chùm photon, liều phân bố tương đối đồng giảm nhanh ngồi biên Chính đặc điểm làm cho phương pháp xạ trị máy gia tốc có hiệu cao so với dùng chùm gamma từ nguồn 60Co Dạng phân bố liều hấp thụ mô phụ thuộc phụ thuộc vào lượng chùm photon mà không phụ thuộc vào kích thước trường chiếu KẾT LUẬN Bản Luận Văn đạt mục tiêu đề ra, cụ thể: Bản Luận Văn tìm hiểu sở vật lý sở sinh học phương pháp xạ trị Cơ sở vật lý chủ yếu phương pháp xạ trị dựa tương tác loại xạ bêta gamma vật chất Cơ sở sinh học phương pháp xạ trị dựa tác dụng sinh học tia xạ, quan trọng tác dụng làm chết tế bào Từ đường cong mô tả xác suất tiêu diệt tế bào phụ thuộc vào liều chiếu, với liều chiếu thích hợp chủ yếu tiêu diệt tế bào ung thư, tế bào lành bị ảnh hưởng Phần thực nghiệm tiến hành đánh giá phân bố liều hấp thụ chùm photon lượng 6MV 15 MV máy gia tốc xạ trị Primus Bệnh viện K- Hà Nội Tiến hành đánh giá suy giảm liều hấp thụ ngồi khơng khí liều chiếu chùm photon 6MV 15MV gây điểm nằm trục chùm chiếu Kết liều chiếu chùm xạ photon gây điểm khảo sát giảm theo quy luật bình phương khoảng cách tới bia Đánh giá phân bố liều hấp thụ chùm tia photon lượng MV 15 MV gây điểm nằm mặt phẳng vng góc với trục chùm chiếu Với trường chiếu có kích thước cực đại, kết cho thấy điểm cách trục nhỏ 20 cm, phân bố liều chùm chiếu đồng mặt phẳng vng góc với trục chùm tia Kết Luận văn cho phép khẳng định chùm xạ hãm phát từ máy xạ trị Primus tập trung góc nhỏ khơng hạn chế trường chiếu Đã đánh giá phân bố liều hấp thụ mặt phẳng vng góc với trục chùm chiếu chùm photon MV ứng với trường chiếu 10cm x10cm Kết phạm vi bên trường chiếu, liều hấp thụ tương đối phẳng, biên, liều hấp thụ giảm nhanh theo khoảng cách tới trục chùm xạ Liều hấp thụ khỏi biên 2cm liều cịn cỡ 2% Tính chất thực tế điều trị có ý nghĩa: Tùy thuộc vào kích thước khối u tiến hành chọn trường chiếu thích hợp cho phạm vi khối u, nơi cần chiếu xạ liều hấp thụ đồng đều, ngồi biên ứng với ví trí tế bào lành xung quanh, liều hấp thụ giảm nhanh Để giảm ảnh hưởng tia xạ tới tế bào lành xung quanh, ta cần tạo khn chì có bề dày không 5cm, thực tế bề dày khuôn chì cần 3cm đủ an tồn cho tế bào xung quanh Đã tiến xây dựng phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu phantom hay gọi liều sâu phần trăm phantom nước chùm photon MV 15 MV, với trường chiếu khác tương ứng với chiều sâu 1,6cm 10cm Kết rằng: Dạng phân bố liều hấp thụ mô phụ thuộc vào lượng chùm photon mà không phụ thuộc vào kích thước trường chiếu Các kết thực nghiệm thu Luận văn cho phép ta khẳng định tính ưu việt việc sử dụng chùm photon phát từ máy gia tốc Primus để điều trị khối u sâu TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thái Hà, Nguyễn Đức Thuận (2006), Y học hạt nhân kỹ thuật xạ trị , Nhà Xuất Bản Bách Khoa - Hà Nội Ngô Quang Huy (2004), An tồn xạ ion hố, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Ngô Quang Huy (2004), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Nguyễn Xuân Kử (6/2000), Nguyên lý máy gia tốc xạ trị ung thư, Hội thảo máy gia tốc tổ chức 26-27/6/2000 Viện Ung thư Trung ương Nguyễn Xuân Kử (6/2000), Cơ sở vật lý thiết bị chủ yếu xạ trị, Hội thảo máy gia tốc tổ chức 26-27/6/2000 Viện Ung thư Trung ương Bùi Văn Loát ( 2009), Địa vật lý hạt nhân, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Nguyễn Thị Kim Ngân, Lê Hùng ( 2004), Sinh học phóng xạ, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội Phùng Phướng, Nguyễn Văn Cầu, Nguyễn Trần Thúc Huân (2000), Đại cương ung thư, giáo trình Trường Đại học Y Dược Huế ... BỨC XẠ PHOTON Ở LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS 3.1 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ LIỀU BỨC XẠ PHOTON 3.1.1 Xác lập chế độ chiếu Trong phép đo phân bố liều chiếu chùm xạ photon. .. tồn ổn định khí thông số quan trọng 2.2 MÁY GIA TỐC DÙNG TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ NGÀY NAY 2.2.1 Nguyên lý cấu tạo máy gia tốc electron Máy gia tốc tuyến tính dùng xạ trị cịn gọi máy gia tốc Megavolt... lành liều chiếu giảm rõ rệt so với việc chiếu cố định theo phương Đây ưu việt xạ trị dùng máy gia tốc CHƯƠNG MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS DÙNG TRONG XẠ TRỊ 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY GIA TỐC