Nghiên cứu quá trình mô hình hóa máy gia tốc và chùm bức xạ trong xạ trị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU Q TRÌNH MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH VÀ CHÙM BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ Chuyên ngành : KỸ THUẬT Y SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN ĐỨC THUẬN Hà Nội – 2013 Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU x DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ XẠ TRỊ UNG THƯ 1.1 TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ 1.1.1 Ung thư 1.1.2 Thực trạng ung thư giới Việt Nam 1.1.3 Các phương pháp điều trị ung thư 1.2 XẠ TRỊ TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 1.2.1 Khái niệm vai trò xạ trị điều trị ung thư 1.2.2 Các phương pháp xạ trị 10 1.2.3 Những nghiên cứu đạt xạ trị 12 CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ 16 2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN 17 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 20 2.3 CÁC DỤNG CỤ THÊM VÀO ĐỂ ĐIỀU CHỈNH CƯỜNG ĐỘ CHÙM BỨC XẠ 22 2.3.1 Bộ lọc nêm (Wedge Filters) 23 2.3.2 Dụng cụ bù trừ mô (Compensator) 25 2.3.3 Ống chuẩn trực đa (MLC – Multi-leaf Collimator) 25 2.4 MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH PRIMUS - SIEMENS 26 2.4.1 Thông số kỹ thuật 26 2.4.2 Cơ chế kiểm soát liều lượng 29 CHƯƠNG 3: CÁC ĐẶC TRƯNG ĐẦU RA CHO CHÙM BỨC XẠ CỦA MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH .31 3.1 ĐỘ SÂU VÀ LIỀU CỰC ĐẠI 31 3.2 LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD – PERCENT DEPTH DOSE) 32 3.3 CÁC TỶ SỐ LIỀU ĐỒNG TÂM 36 3.3.1 Tỷ số mơ-khơng khí (TAR – Tissue-Air Ratio) 36 3.3.2 Tỷ số mô-phantom (TPR – Tissue-Phantom Ratio) tỷ số mô-cực đại (TMR – Tissue-Maximum Ratio) 37 3.4 TỶ SỐ NGOÀI TRỤC (OCR – OFF-CENTER RATIO) 39 3.5 CÁC TỶ SỐ TÁN XẠ 42 3.5.1 Hệ số tán xạ Collimator (Collimator Scatter Factor – Sc) 43 3.5.2 Hệ số tán xạ Phantom (Phantom Scatter Factor – Sp) 43 3.5.3 Output Factor (OF) 45 Hà Nội, 22/09/2013 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị CHƯƠNG 4: THUẬT TỐN TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG TỪ MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ .46 4.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG VÀ ĐƠN VỊ LIỀU LƯỢNG CỦA BỨC XẠ PHOTON 46 4.1.1 Thông lượng suất thông lượng 46 4.1.2 Thông suất thông 47 4.1.3 Kerma (Kinetic Energy Released per unit Mass) 47 4.1.4 Liều chiếu xạ 47 4.1.5 Liều hấp thụ xạ 48 4.1.6 Liều tương đương 48 4.1.7 Terma (Total Energy Released per unit Mass) 48 4.1.8 Năng lượng tích lũy Kernel 49 4.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG “FAST PHOTON” 49 4.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN BỨC XẠ TÁN XẠ 52 4.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LIỀU LƯỢNG “FAST ELECTRON” CHO CHÙM ELECTRON 53 4.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG “COVOLUTION” 56 4.5.1 Phương pháp lặp thông thường (Convolution) 56 4.5.2 Phương pháp lặp “hình nón suy yếu” (Collapsed Cone Convolution) 58 CHƯƠNG 5: THU NHẬN DỮ LIỆU ĐẦU RA CỦA MÁY GIA TỐC KHỚP DỮ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ MƠ HÌNH HĨA 61 5.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC MDE (MACHINE DATA ENTRY) CỦA PROWESS PANTHER 61 5.2 CÁC THÔNG SỐ PHẦN CỨNG 62 5.2.1 Thông tin chung máy 63 5.2.2 Bộ chuẩn trực (Collimator) 63 5.2.3 Bộ chuẩn trực đa (MLC – Multi-leaf Collimator) 64 5.2.4 Giàn quay (Gantry) 66 5.2.5 Giường bệnh nhân (Couch) 67 5.2.6 Bộ lọc nêm (Wedge Filters) 68 5.3 DỮ LIỆU ĐO ĐẠC CHO MƠ HÌNH FAST PHOTON VÀ CONVOLUTION 69 5.3.1 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR trường mở 69 5.3.2 Hệ số hiệu chuẩn (Calibration Factor) 71 5.3.3 Output Factors (OF) 72 5.3.4 Hệ số tán xạ Collimator (Relative Collimator Scatter) 72 5.3.5 Hệ số truyền qua MLC Hệ số truyền qua khay đựng Block 73 5.3.6 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR cho Wedge tương ứng (Wedge field) 73 5.3.7 Hệ số truyền qua Wedge (Wedge Transmission Factor) 75 5.4 DỮ LIỆU ĐO ĐẠC CHO MÔ HÌNH FAST ELECTRON 76 5.4.1 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR 76 5.4.2 Output Factors (OF) 78 5.4.3 VSSD (Virtual Source to Surface Distance) 79 5.5 QUÁ TRÌNH KHỚP DỮ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN CHO MƠ HÌNH CONVOLUTION 80 5.5.2 InAir Profile 83 Hà Nội, 22/09/2013 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị 5.5.3 PDD 84 5.5.4 OCR 86 5.5.5 OF 88 CHƯƠNG 6: MƠ HÌNH HÓA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MƠ HÌNH HĨA SO VỚI DỮ LIỆU ĐO ĐẠC .91 6.1 MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS 91 6.1.1 Hiệu chỉnh mức lượng 6MV 91 6.1.2 Hiệu chỉnh mức lượng 15 MV 93 6.2 SO SÁNH LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 94 6.2.1 Mức lượng MV 94 6.2.2 Mức lượng 15 MV 99 6.2.3 Nhận xét 104 6.3 SO SÁNH TỶ SỐ NGOÀI TRỤC (OCR) GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 106 6.3.1 Mức lượng MV độ sâu 10 cm 106 6.3.2 Mức lượng 15 MV độ sâu 10 cm 111 6.3.3 Nhận xét 115 6.4 SO SÁNH OUTPUT FACTOR GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 116 KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 Hà Nội, 22/09/2013 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Tất liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Thị Hà Hà Nội, 22/09/2013 i Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Đức Thuận tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận văn Tôi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới tồn thể nhân viên Trung tâm Vật lý – công ty TNHH Med-Aid cung cấp tài liệu, giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu, thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Điện tử - Viễn thông, thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Điện tử Kỹ thuật Y sinh dìu dắt, giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập trường Cuối xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè ln bên động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho học tập tốt Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2013 Tác giả Nguyễn Thị Hà Hà Nội, 22/09/2013 ii Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU x DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ XẠ TRỊ UNG THƯ 1.1 TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ 1.1.1 Ung thư 1.1.2 Thực trạng ung thư giới Việt Nam 1.1.3 Các phương pháp điều trị ung thư 1.2 XẠ TRỊ TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 1.2.1 Khái niệm vai trò xạ trị điều trị ung thư 1.2.2 Các phương pháp xạ trị 10 1.2.3 Những nghiên cứu đạt xạ trị 12 CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ 16 2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN 17 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 20 2.3 CÁC DỤNG CỤ THÊM VÀO ĐỂ ĐIỀU CHỈNH CƯỜNG ĐỘ CHÙM BỨC XẠ 22 2.3.1 Bộ lọc nêm (Wedge Filters) 23 2.3.2 Dụng cụ bù trừ mô (Compensator) 25 2.3.3 Ống chuẩn trực đa (MLC – Multi-leaf Collimator) 25 2.4 MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH PRIMUS - SIEMENS 26 2.4.1 Thông số kỹ thuật 26 2.4.2 Cơ chế kiểm soát liều lượng 29 CHƯƠNG 3: CÁC ĐẶC TRƯNG ĐẦU RA CHO CHÙM BỨC XẠ CỦA MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH .31 3.1 ĐỘ SÂU VÀ LIỀU CỰC ĐẠI 31 3.2 LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD – Percent Depth Dose) 32 3.3 CÁC TỶ SỐ LIỀU ĐỒNG TÂM 36 3.3.1 Tỷ số mơ-khơng khí (TAR – Tissue-Air Ratio) 36 3.3.2 Tỷ số mô-phantom (TPR – Tissue-Phantom Ratio) tỷ số mô-cực đại (TMR – Tissue-Maximum Ratio) 37 3.4 TỶ SỐ NGOÀI TRỤC (OCR – Off-Center Ratio) 39 3.5 CÁC TỶ SỐ TÁN XẠ 42 3.5.1 Hệ số tán xạ Collimator (Collimator Scatter Factor – Sc) 43 3.5.2 Hệ số tán xạ Phantom (Phantom Scatter Factor – Sp) 43 3.5.3 Output Factor (OF) 45 Hà Nội, 22/09/2013 iii Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị CHƯƠNG 4: THUẬT TỐN TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG TỪ MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ .46 4.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG VÀ ĐƠN VỊ LIỀU LƯỢNG CỦA BỨC XẠ PHOTON 46 4.1.1 Thông lượng suất thông lượng 46 4.1.2 Thông suất thông 47 4.1.3 Kerma (Kinetic Energy Released per unit Mass) 47 4.1.4 Liều chiếu xạ 47 4.1.5 Liều hấp thụ xạ 48 4.1.6 Liều tương đương 48 4.1.7 Terma (Total Energy Released per unit Mass) 48 4.1.8 Năng lượng tích lũy Kernel 49 4.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG “FAST PHOTON” 49 4.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỨC XẠ TÁN XẠ 52 4.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG “FAST ELECTRON” CHO CHÙM ELECTRON 53 4.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU LƯỢNG “COVOLUTION” 56 4.5.1 Phương pháp lặp thông thường (Convolution) 56 4.5.2 Phương pháp lặp “hình nón suy yếu” (Collapsed Cone Convolution) 58 CHƯƠNG 5: THU NHẬN DỮ LIỆU ĐẦU RA CỦA MÁY GIA TỐC KHỚP DỮ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ MƠ HÌNH HĨA 62 5.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC MDE (MACHINE DATA ENTRY) CỦA Prowess Panther 62 5.2 CÁC THÔNG SỐ PHẦN CỨNG 63 5.2.1 Thông tin chung máy 64 5.2.2 Bộ chuẩn trực (Collimator) 64 5.2.3 Bộ chuẩn trực đa (MLC – Multi-leaf Collimator) 65 5.2.4 Giàn quay (Gantry) 67 5.2.5 Giường bệnh nhân (Couch) 68 5.2.6 Bộ lọc nêm (Wedge Filters) 69 5.3 DỮ LIỆU ĐO ĐẠC CHO MƠ HÌNH FAST PHOTON VÀ CONVOLUTION 70 5.3.1 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR trường mở 70 5.3.2 Hệ số hiệu chuẩn (Calibration Factor) 72 5.3.3 Output Factors (OF) 73 5.3.4 Hệ số tán xạ Collimator (Relative Collimator Scatter) 73 5.3.5 Hệ số truyền qua MLC Hệ số truyền qua khay đựng Block 74 5.3.6 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR cho Wedge tương ứng (Wedge field) 74 5.3.7 Hệ số truyền qua Wedge (Wedge Transmission Factor) 76 5.4 DỮ LIỆU ĐO ĐẠC CHO MƠ HÌNH FAST ELECTRON 77 5.4.1 Liều sâu phần trăm PDD tỷ số trục OCR 77 5.4.2 Output Factors (OF) 79 5.4.3 VSSD (Virtual Source to Surface Distance) 80 5.5 QUÁ TRÌNH KHỚP DỮ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN CHO MƠ HÌNH CONVOLUTION 81 5.5.2 InAir Profile 84 Hà Nội, 22/09/2013 iv Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị 5.5.3 PDD 85 5.5.4 OCR 87 5.5.5 OF 89 CHƯƠNG 6: MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH HĨA SO VỚI DỮ LIỆU ĐO ĐẠC .92 6.1 MƠ HÌNH HĨA MÁY GIA TỐC PRIMUS – Siemens 92 6.1.1 Hiệu chỉnh mức lượng 6MV 92 6.1.2 Hiệu chỉnh mức lượng 15 MV 94 6.2 SO SÁNH LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 95 6.2.1 Mức lượng MV 95 6.2.2 Mức lượng 15 MV 100 6.2.3 Nhận xét 105 6.3 SO SÁNH TỶ SỐ NGOÀI TRỤC (OCR) GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 107 6.3.1 Mức lượng MV độ sâu 10 cm 107 6.3.2 Mức lượng 15 MV độ sâu 10 cm 112 6.3.3 Nhận xét 116 6.4 SO SÁNH OUTPUT FACTOR GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN 117 KẾT LUẬN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 Hà Nội, 22/09/2013 v Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị DANH SÁCH HÌNH VẼ Tỷ lệ chuẩn (%) theo giới loại ung thư chủ yếu Hà Nội [14] Thành phố Hồ Chí Minh [14] Hình 1.2 Tỷ lệ điều trị ung thư phương pháp khác [18] Hình 1.3 Tấm áp bề mặt kim chứa nguồn phóng xạ 11 Hình 1.4 Bốn trường MLC sử dụng ví dụ dùng kỹ thuật Step-and-shoot IMRT 14 Hình 2.1 Mơ hình máy gia tốc tuyến tính xạ trị 18 Hình 2.2 Sơ đồ khối máy gia tốc tuyến tính xạ trị 18 Hình 2.3 Đầu máy gia tốc PRIMUS mơ hình đầu máy chế độ phát tia-X 19 Hình 2.4 Phân bố đồng liều chùm xạ trường mở (a) qua lọc nêm (b) 23 Hình 2.5 Ảnh hưởng lọc nêm vật lý lọc nêm động đến đặc trưng liều chùm xạ 24 Hình 2.6 Dụng cụ bù trừ mô (Compensator) 25 Hình 2.7 Ống chuẩn trực đa (MLC) 26 Hình 2.8 Kích thước hệ thống PRIMUS 27 Hình 2.9 Các cặp ngàm (Jaw) định dạng trường xạ 28 Hình 2.10 Bộ định dạng chùm điện tử (Applicator hay Cone size) 29 Hình 2.11 Hệ thống điều khiển tay 29 Hình 3.1 Xác định liều sâu phần trăm (PDD): Khoảng cách nguồn tới bề mặt SSD (Source to Surface Distance) số f PDD phụ thuộc vào độ sâu (d), lượng chùm xạ (E), SSD, kích thước trường chiếu (r) 33 Hình 3.2 Phân bố liều sâu phần trăm (PDD) trường 10x10 cm2 chùm xạ MV, SSD = 100 cm Trong đó, A vùng build-up, B vùng suy giảm 33 Hình 3.3 Phân bố liều sâu phần trăm (PDD) trường 2x2, 10x10 40x40 cm2 chùm xạ MV, SSD = 100 cm 34 Hình 3.4 Đồ thị phân bố liều sâu trường 10x10 cm2 chùm xạ MV với SSD = 90, 100 105 cm với hai cách hiển thị: (a) Phân bố liều sâu tương đối, giá trị chuẩn hóa 100% theo giá trị đo dmax = 1,7 cm với SSD = 100 cm (b) Phân bố liều sâu phần trăm PDD, với độ sâu tham chiếu dmax = 1,7 cm 35 Hình 3.5 Xác định tỷ số mơ-khơng khí (TAR) TAR phụ thuộc vào lượng chùm xạ (E), độ sâu (d) kích thước trường (rd) 36 Hình 3.6 Xác định tỷ số mô-phantom (TPR) Khoảng cách từ nguồn tới điểm đo (SAD) không đổi TPR phụ thuộc vào lượng chùm xạ (E), độ sâu (d) kích thước trường chiếu (rd) 38 Hình 3.7 Phân bố tỷ số mô-phantom (TPR) cho chùm xạ MV hàm độ sâu với trường chiếu định 39 Hình 3.8 Xác định tỷ số ngồi trục (OCR): Khoảng cách nguồn tới bề mặt SSD số f Tỷ số trục phụ thuộc vào khoảng cách tới trục (x), độ sâu (d), lượng chùm xạ (E), SSD (f), kích thước trường chiếu (r) 40 Hình 3.9 Phân bơ tỷ số trục (OCR) trường 10x10 cm2 chùm xạ MV, SSD = 100 cm Các giá trị liều chuẩn hóa 100% điểm trục độ sâu dmax = 1,7 cm 41 Hình 3.10 Phân bơ tỷ số ngồi trục (OCR) độ sâu 10 cm, trường 4x4, 10x10 30x30 cm2, chùm xạ MV, SSD = 100 cm Giá trị liều chuẩn hóa Hình 1.1 Hà Nội, 22/09/2013 vi Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 3x3 cm2 Hình 6.28 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 3x3 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 4x4 cm2 Hình 6.29 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 4x4 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 108 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 5x5 cm2 Hình 6.30 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính toán mức 6MV ứng với trường chiếu 5x5 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 10x10 cm2 Hình 6.31 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính toán mức 6MV ứng với trường chiếu 10x10 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 109 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 15x15 cm2 Hình 6.32 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 15x15 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 20x20 cm2 Hình 6.33 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 20x20 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 110 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 30x30 cm2 Hình 6.34 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 30x30 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 40x40 cm2 Hình 6.35 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 6MV ứng với trường chiếu 40x40 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 111 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị 6.3.2 Mức lượng 15 MV độ sâu 10 cm Trường chiếu 2x2 cm2 Hình 6.36 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 2x2 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 3x3 cm2 Hình 6.37 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 3x3 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 112 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 4x4 cm2 Hình 6.38 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 4x4 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 5x5 cm2 Hình 6.39 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 5x5 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 113 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 10x10 cm2 Hình 6.40 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 10x10 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 15x15 cm2 Hình 6.41 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 15x15 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 114 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 20x20 cm2 Hình 6.42 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 20x20 cm2 độ sâu 10 cm Trường chiếu 30x30 cm2 Hình 6.43 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 30x30 cm2 độ sâu 10 cm Hà Nội, 22/09/2013 115 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Trường chiếu 40x40 cm2 Hình 6.44 Tỷ số ngồi trục đo đạc tính tốn mức 15MV ứng với trường chiếu 40x40 cm2 độ sâu 10 cm 6.3.3 Nhận xét Qua khảo sát tỷ số trục xạ với mức lượng MV 15 MV trường chiếu khác độ sâu 10 cm máy PRIMUS – Siemens, luận văn nhận thấy: • Hình dạng đường OCR cho tính tốn hồn tồn xác: - OCR đối xứng qua trục trung tâm chùm tia - OCR chia làm vùng: Vùng liều cao (OCR ổn định, chùm xạ không bị ảnh hưởng ống chuẩn trực); vùng OCR giảm mạnh (vùng gradient liều cao hay vùng bán – chùm xạ bị ảnh hưởng hình dạng ống chuẩn trực); vùng liều thấp (vùng ngồi kích thước trường hay vùng out of filed size – chùm xạ bị chắn ống chuẩn trực, cịn liều tán xạ) • Khi mức lượng chùm xạ tăng lên: Hà Nội, 22/09/2013 116 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị - Ở chân vùng bán dạ, luận văn nhận thấy chênh lệch OCR tính tốn đo đạc nhiều Điều mức lượng tăng lên, giảm sút liều vùng bán nhanh hơn, đồ thị gần thẳng đứng nên phép đo thường có sai số lớn • Sai số tính tốn đo đạc: - Trong vùng liều cao, OCR tính tốn gần trùng khít với đo đạc, điều chứng tỏ xác thuật tốn - Trong vùng bán dạ, OCR tính toán trường nhỏ sai số lớn trường lớn Điều sai số phép đo với trường nhỏ, kích thước trường xác định từ liệu đo đạc (thông qua đường đồng liều 50%) thường lớn giá trị trường chiếu Chính với trường nhỏ, đường tính tốn hẹp rộng đường đo đạc Trong q trình mơ hình hóa, sai số OCR tính tốn đo đạc điều chỉnh để ưu tiên độ sâu 10 cm Để đảm bảo thỏa mãn báo cáo TG-53 AAPM [4] đảm bảo chất lượng kế hoạch điều trị, thông số hiệu chỉnh cho sai số PDD đo đạc tính tốn vùng liều cao sai số không 2% Như qua khảo sát so sánh OCR (phân bố liều trục) tính tốn đo đạc, luận văn kết luận kết tính tốn kiểm nghiệm xác so với đo đạc, sát với thực nghiệm 6.4 SO SÁNH OUTPUT FACTOR GIỮA ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TỐN Sau q trình hiệu chỉnh PDD OCR, thông qua công thức 5.7 5.8 thực hiệu chỉnh Output Factor tính tốn đo đạc cho trường liệu tương ứng Giá trị OF trường trường thu thập liệu nội suy dựa giá trị Kết sau hiệu chỉnh hệ số OF: Hà Nội, 22/09/2013 117 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Hình 6.45 OF đo đạc tính tốn mức MV Hình 6.46 OF đo đạc tính tốn mức 15 MV Hà Nội, 22/09/2013 118 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị KẾT LUẬN Mục đích luận văn: Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị; áp dụng mơ hình hóa máy gia tốc thực tế Luận văn thực cơng việc sau: Tìm hiểu cấu tạo máy gia tốc tuyến tính ứng dụng xạ trị nguyên lý tạo chùm xạ Tìm hiểu đại lượng đặc trưng cho chùm xạ đầu máy gia tốc tuyến tính: PDD, OCR, TAR, TPR, TMR, OF, Sc, Sp, Sc,p Tìm hiểu sở lý thuyết cho thuật tốn tính tốn liều lượng Fast Photon, thuật tốn tính tốn xạ tán xạ, thuật toán Convolution cho xạ photon; thuật tốn tính tốn liều lượng Fast Electron cho chùm electron Tìm hiểu q trình thu thập liệu mơ phần cứng máy gia tốc tuyến tính; trình thu thập liệu cho ứng với mơ hình tính tốn liều Nghiên cứu thơng số ảnh hưởng điện tử tạp nhiễu vào mơ hình tính tốn liều lượng Từ đó, nghiên cứu q trình hiệu chỉnh thông số ảnh hưởng điện tử tạp nhiễu q trình mơ hình hóa máy gia tốc Thực mơ hình hóa máy gia tốc PRIMUS hãng Siemens đặt Bệnh viện Bạch Mai Khảo sát phân bố liều lượng xạ photon từ máy gia tốc tuyến tính Primus-Siemens theo chiều sâu (PDD – Liều sâu phần trăm) chiều ngang từ trái sang phải (OCR – Tỷ số trục) máy mơ Qua khảo sát, so sánh tính toán đo đạc liều lượng xạ photon, luận văn nhận thấy q trình mơ đảm bảo sai số giới hạn cho phép (thỏa mãn báo cáo TG-53 AAPM đảm bảo chất lượng kế hoạch điều trị) Hướng nghiên cứu tiếp theo: Hiện tại, luận văn thực mơ hình hóa với thuật tốn Convolution cho trường mở (Open Field) mà chưa thực cho trường sử dụng Wedge Q trình mơ hình hóa trường sử dụng Wedge với thuật toán Fast Photon cho kết với độ Hà Nội, 22/09/2013 119 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị xác chưa cao Vì vậy, thời gian tới luận văn phát triển nghiên cứu mơ hình hóa trường sử dụng Wedge với thuật tốn Convolution Đồng thời, thực tế này, thuật tốn tính tốn liều lượng đề cập luận văn, cịn tồn nhiều thuật tốn khác Do thời gian hồn thành luận văn có hạn nên thời gian tới luận văn phát triển nghiên cứu thuật toán khác, so sánh đưa đánh giá tổng quan để tìm thuật tốn tối ưu q trình tính tốn liều lượng Hà Nội, 22/09/2013 120 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Tổ chức y tế giới – WHO, Bản báo cáo ung thư giới năm 2008 [2] Bác sĩ Lê Phúc Thịnh, Bài giảng sinh học ung thư, Bệnh viện u bướu – TPHCM Tiếng Anh: [3] American Association of Physicists in Medicine Radiation Therapy Committee Task Group 142 report: Quality assurance of medical accelerators [4] American Association of Physicists in Medicine Radiation Therapy Committee Task Group 53: Quality assurance for clinical radiotherapy treatment planning [5] Anders Ahnesjo (1989), “Collaped cone convolution of radiant energy for photon dose calculation in heterogeneous media”, Medical Physics, 16(4), pp 577-15 [6] Boyer AL, Strait JP., “Delivery of intensity modulated treatments with dynamic multileaf collimator”, Proc 12th Int.Conf on the use of computers in radiation therapy (Salt Lake City, Utah 1997), Madison WI: Medical Physics Publishing, pp 13–6 [7] David Greene, P.C Williams (1997), Linear Accelerators for Radiation Therapy, 2nd Edition, Institute of Physics Publishing, Bristol, UK [8] Dobbs HJ, Parker RP, Hodson NJ, Hobday P, Husband JE (1983), “The use of CT in radiotherapy treatment planning”, Radiother Oncol., 1(2), pp 13341 [9] E.B Podgorsak (2005), Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Agency, Vienna [10] George Starkschall, Roy E Steadham, Jr., Richard A Popple, Salahuddin Ahmad, and Isaac I Rosene (200), “Beam-commissioning methodology for a three-dimensional convolution/superposition photon dose algorithm”, Journal Hà Nội, 22/09/2013 121 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị of Applied Clinical Medical Physics, 1(1), pp 8-20 [11] Harold Elford Johns, John Robert Cunningham (1983), The Physics Of Radiology, 4th Edition, Charles Thomas Publisher, Springfield, Illinois U.S.A [12] Jane Dobbs, Ann Barrett, Dan Ash (1999), Practical Radiotherapy Planning, 3rd Edition, Hodder Arnold Publishing, United Kingdom [13] Khan Faiz M (2003), The physics of radiation therapy, 3rd Edition, New York [14] Nguyễn Minh Quốc, Nguyễn Chấn Hùng, Parkin DM (1998), “Cancer Incidence in Ho Chi Minh City, Việt Nam”, 1995-1996, International Journal of Cancer, 76, tr 472-7 [15] P Mayles, A Nahum, J.C Rosenwald (2007), Handbook of Radiotherapy Physics Theory and Practice, Taylor & Francis, New York [16] Peter Metcalfe, Tomas Kron, Peter Hoban (1997), The Physics of Radiotherapy X-Rays from Linear Accelerators, Medical Physics Publishing, Hardback (USA) [17] Takahashi S (1969), “Conformation radiotherapy, rotation techniques as applied to radiography and radiotherapy”, Acta Radiol Suppl., 242, pp 1–142 [18] Tô Anh Dũng, Bùi Diệu (2002), Current Status of Radiotherapy in Vietnam [19] William R Hendee and Geoffrey S Ibbott (1996), Radiation Therapy Physics, 3rd Edition, Mosby-Year Book Medical Publishing, Chicago Hà Nội, 22/09/2013 122 Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B ... Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Hình 5.20 Hình 5.21 Hình 5.22 Hình 5.23 Hình 5.24 Hình 5.25 Hình 6.1 Hình 6.2 Hình 6.3 Hình 6.4 Hình 6.5 Hình 6.6 Hình 6.7 Hình. .. CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Hình 6.24 Hình 6.25 Hình 6.26 Hình 6.27 Hình 6.28 Hình 6.29 Hình 6.30 Hình 6.31 Hình 6.32 Hình 6.33 Hình 6.34 Hình 6.35 Hình. .. hóa Hình 1.1 Hà Nội, 22/09/2013 vi Nguyễn Thị Hà – Lớp CH2011B Nghiên cứu q trình mơ hình hóa máy gia tốc tuyến tính chùm xạ xạ trị Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình