Việc định chuẩn buồng ion hóa cho liều hấp thụ trong nước có thể được thực hiện tại phòng thí nghiệm chuẩn sơ cấp (PSDL) hoặc phòng thí nghiệm chuẩn thứ cấp (SSDL).
Việc định chuẩn buồng ion hóa bằng nguồn Co60
được tiến hành như sau: Giả sử liều hấp thụ ở độ sâu chuẩn 5 g/cm2
trong nước (khi được chiếu bởi nguồn chuẩn Co60
trong điều kiện chuẩn) là Dw ,Q
0đã được biết. Bây giờ, đưa buồng ion hóa của bệnh viện vào độ sâu chuẩn 5 g/cm2
trong điều kiện chuẩn như trên thì ta sẽ nhận được giá trị điện tích MQ trên electrometer. Khi đó, hệ số định chuẩn cho buồng ion bằng nguồn Co60 được tính như sau:
o o o w ,Q D,w ,Q Q D N M (3.2) Trong đó: - MQ
0: chỉ số của liều kế (dosimeter reading), chỉ số này đã được hiệu chỉnh cho những đại lượng ảnh hưởng và có đơn vị nC hoặc rdg;
- ND,W,Q
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.4. Điều kiện chuẩn dùng để chuẩn buồng ion hóa bằng nguồn Co60 ở phòng thí nghiệm chuẩn [7].
Đại lƣợng ảnh hƣởng Giá trị chuẩn (điều kiện chuẩn)
Vật liệu phantom Nước
Kích thước phantom 30 cm 30 cm 30 cm
Khoảng cách từ nguồn tới tâm buồng ion
hóa SCD 100 cm
Nhiệt độ không khí 200C
Độ ẩm không khí 101,3 kPa
Điểm quy chiếu của buồng ion hóa
- Hình trụ: điểm quy chiếu nằm trên trục trung tâm ở tâm của thể tích hốc khí.
- Phẳng: điểm quy chiếu nằm ở điểm giữa tại bề mặt bên trong cửa sổ. Độ sâu tại điểm quy chiếu của buồng ion
hóa 5 g/cm
2
Kích thước trường chiếu ở vị trí điểm
quy chiếu của buồng ion hóa 10 cm 10 cm
Độ ẩm tương đối 50%
3.1.5.2. Định chuẩn bằng những chùm tia chất lƣợng khác nhau
Việc định chuẩn buồng ion hóa bằng những chùm tia photon và electron có chất lượng khác nhau chỉ có thể thực hiện được ở những phòng thí nghiệm chuẩn có trang bị máy gia tốc. Khi thực hiện điều này, người sử dụng nhận được một tập hợp những hệ số chuẩn ND,w,Qở những chất lượng chùm tia khác nhau. Từ tập hợp những hệ số chuẩn ND,w,Q, ta sẽ chọn ra các hệ số chuẩn cho cho buồng ion hóa, tương ứng với những chất lượng chùm tia ở bệnh viện.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.1.6. Hình thức luận cho việc xác định liều hấp thụ trong nƣớc
3.1.6.1. Liều hấp thụ trong nƣớc cho chùm tia chất lƣợng chuẩnQ0
Khi đã biết hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo liều hấp thụ ND,W,Q
0 cho chùm tia chất lượng chuẩn Q0, thìliều hấp thụ trong nước ở độ sâu chuẩn, dưới các điều kiện chuẩn giống như ở phòng thí nghiệm, có thể được xác định theo biểu thức sau [7]: W,Q Q D,W,Q D M N 0 0 0 (3.3) Trong đó: - ND,W,Q
0: hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo liều hấp thụ (nhận được ở phòng thí nghiệm chuẩn), đơn vị Gy/nC hoặc Gy/rdg;
- MQ
0: chỉ số hiển thị của dosimeter (dosimeter reading) nhận được trong điều kiện chuẩn giống như ở phòng thí nghiệm, đơn vị nC hoặc rdg;
- Dw ,Q
0: đơn vị Gy.
3.1.6.2. Liều hấp thụ trong nƣớc cho chùm tia chất lƣợng Q
Thông thường chất lượng Q của chùm tia ở bệnh viện là khác với chất lượng Q0 của chùm tia ở phòng thí nghiệm chuẩn. Do đó liều hấp thụ trong nước (đo tại bệnh viện) ở độ sâu chuẩn zref được xác định kèm theo hệ số hiệu chỉnh kQ,Q
0theo biểu thức sau [7]: W,Q Q D,W,Q Q,Q D M N k 0 0 (3.4) Trong đó: - ND,W,Q
0: hệ số định chuẩn liều hấp thụ của buồng ion hóa nhận được từ phòng thí nghiệm chuẩn, đơn vị Gy/nC hoặc Gy/rdg;
- MQ Mraw ks kpolkT,Pkelec, đơn vị nC hoặc rdg.
- Giá trị Mraw sẽ được đọc trên electrometer.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
- kQ,Q
0: hệ số hiệu chất lượng chùm tia Q so với chùm tia chuẩn Q0 (xem mục 3.1.6.3);
- Dw,Q: đơn vị Gy.
3.1.6.3. Hệ số hiệu chỉnh chất lƣợng chùm tia
Hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q
0được định nghĩa là tỷ số của hệ số chuẩn liều hấp thụ bởi chùm tia chất lượng Q và chùm tia chất lượng chuẩn Q0 [3]:
D,W,Q W,Q Q Q,Q D,W,Q W,Q Q N D M k N D M 0 0 0 0 (3.5) Nếu sử dụng nguồn Co60
làm chùm tia chất lượng chuẩn thì kQ,Q
0được ký hiệu là kQ. Lý tưởng nhất, hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q
0nên được đo trực tiếp cho mỗi loại buồng ion hóa với chất lượng chùm tia tương tự với chất lượng chùm tia người sử dụng. Thực tế, vì chất lượng chùm tia của người sử dụng không có ở những phòng nghiệm chuẩn nên không thể đo được kQ,Q
0. Vì vậy kQ,Q0 phải được tính theo lý thuyết. Với điều kiện Bragg-Gray của lý thuyết Spencer - Attix thỏa mãn (xem lại mục 2.3 chương 2), biểu thức tổng quát cho kQ,Q
0có dạng như sau [7]: w ,air Q air Q Q Q,Q air Q w ,air Q Q s W P k W P s 0 0 0 0 (3.6) Trong đó: - sw ,air Q, sw ,airQ
0: tỷ số năng suất hãm Spencer-Attix của nước và không khí khi sử dụng chùm tia chất lượng Q và chùm tia chất lượng chuẩn Q0;
- Wair Q, WairQ
0: năng lựong để tạo ra 1 căp ion khi dùng chùm tia chất lượng Q và chùm tia chất lượng chuẩn Q0;
- PQ PwallPcavPcelPdis: hệ số nhiểu loạn liên quan đến buồng ion hóa, ảnh hưởng tới điều kiện Bragg-Gray. Xem lại mục 2.4 hoặc xem thêm phụ lục.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Đối với những chùm photon và electron được dùng trong xạ trị thì ta có Wair Q WairQ
0 [7]. Do đó, từ biểu thức (3.6) ta thu được biểu thức đơn giản hơn:
w ,airQ Q Q,Q Q w ,air Q s P k P s 0 0 0 (3.7) 3.1.6.4. Giá trị MQ
Giá trị MQ được xác định thông qua giá trị điện tích thô Mraw (nC) được đọc trên màn hình electrometer. Để xác định Mraw chính xác thì điểm quy chiếu của buồng phải được định vị theo các điều kiện chuẩn. Ngoài ra, chúng ta cần phải hiệu chỉnh những đại lượng ảnh hưởng k , k , ks pol T,P, kelec(các hệ số này được trình bày trong mục 3.1.6.5 bên dưới) để tính được giá trị điện tích MQ :
Q raw s pol T,P elec
M M k k k k (3.8)
MQ có đơn vị nC hoặc rdg.
3.1.6.5. Hiệu chỉnh đại lƣợng ảnh hƣởng 3.1.6.5.1. Nhiệt độ và áp suất, độ ẩm
Hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất của không khí trong hốc khí của buồng ion hóa đến giá trị liều hấp thụ được cho bởi biểu thức [14]:
T,P . T P k . T P 0 0 273 2 273 2 (3.9) Trong đó:
- T và P là nhiệt độ và áp suất của hốc khí ở thời điểm đo;
- T0 và P0 là nhiệt độ và áp suất chuẩn (101,3 kPa và 200C).
Chú ý nhiệt độ và áp suất trong hốc khí có cùng giá trị với nhiệt độ và áp suất khí trong phantom, không nhất thiết trùng với nhiệt độ không khí xung quanh.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Đối với những phép đo trong phantom nước, ta nên sử dụng ống bọc ngoài buồng ion hóa để nhanh chóng có được sự cân bằng nhiệt độ và áp suất giữa không khí xung quanh và không khí trong hốc khí buồng ion hóa.
Nếu hệ số định chuẩn buồng hóa đã nhận được ở điều kiện chuẩn với độ ẩm tương đối là 50% và chúng ta sử dụng buồng ion hóa này trong khoảng độ ẩm từ 20% tới 80% thì không cần phải hiệu chỉnh độ ẩm [7]. Nếu hệ số định chuẩn buồng nhận được ở điều kiện không khí khô thì hệ số hiệu chỉnh độ ẩm là kh=0,97 [7].
Hình 3.11. Nhiệt kế đo nhiệt độ [1].
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.1.6.5.2. Định chuẩn electrometer
Khi buồng ion hóa và electrometer được định chuẩn riêng biệt thì hệ số định chuẩn của mỗi dụng cụ sẽ được cung cấp bởi phòng thí nghiệm chuẩn bao gồm hệ số định chuẩn buồng ion hóa ND,wvà hệ số định chuẩn electrometer kelec.
Khi buồng ion hóa và electrometer được định chuẩn chung thì hệ số định chuẩn kết hợp ND,w sẽ có đơn vị là Gy/Rdg hoặc Gy/nC (đơn vị phụ thuộc vào giá trị ghi của electrometer) và không cần thiết sử dụng hệ số định chuẩn electronmeter kelec và có giá trị là 1.
3.1.6.5.3. Ảnh hƣởng của sự phân cực
Trước khi đo đạc, ta phải kiểm tra xem sự phân cực buồng ion hóa có ảnh hưởng lên chỉ số ghi được của buồng ion hóa hay không. Đối với hầu hết các loại buồng ion hóa, ảnh hưởng này không đáng kể cho chùm photon năng lượng cao, nhưng ảnh hưởng đáng kể cho chùm electron [14].
Khi ảnh hưởng phân cực là đáng kể thì giá trị thật của buồng ghi được nên được tính bằng trung bình của trị tuyệt đối của các giá trị ghi được ứng với hai cách phân cực dương và âm, M+ và M--. Trong việc đo đạc thường quy, thường ta chỉ dùng một kiểu phân cực cho buồng ion hóa. Khi đó cần phải hiệu chỉnh sự phân cực. Giá trị hiệu chỉnh cho ảnh hưởng phân cực lên giá trị ghi được của buồng ion hóa sẽ được hiệu chỉnh qua biểu thức sau [14]:
pol M M k M 2 (3.10) Trong đó:
- M+, M- là giá trị điện tích electromter ghi khi phân cực là dương hay âm.
- M là giá trị điện tích electrometer ghi được ứng với cách phân cực thông thường (dương hoặc âm).
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.1.6.5.4. Sự tái hợp ion
Không phải mọi điện tích được tạo ra bên trong hốc khí buồng ion hóa đều được tụ tập hoàn toàn về hai điện cực, do có sự tái hợp của những ion trái dấu. Sự tái hợp ion phụ thuộc vào dạng hình học buồng ion hóa và điện thế phân cực cho buồng ion hóa.
Để hiệu chỉnh cho sự tái hợp ion, cần đưa vào một hệ số hiệu chỉnh cho sự tái hợp ks. Hệ số hiệu chỉnh này được xác định theo phương pháp sau: khi chùm photon có năng lượng cao dạng xung được chiếu tới buồng ion hóa thì ta sử dụng phương pháp hai điện thế để xác định hệ số tái hợp ion ks. Phương pháp này giả định rằng có sự thuộc tuyến tính giữa các tham số nghịch đảo 1/M và 1/V, với M là chỉ số giá trị điện tích đọc trên electrometer tại điện thế V. Trong phương pháp này, ta sử dụng giá trị điện tích đo được M1 và M2 ở hai điện thế, với điện thế V1 làm việc bình thường và điện thế V2 thấp hơn, tỷ số V V1 2 2. Hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp tại điện thế làm việc V1 được xác định theo biểu thức [7]:
s M M k a a a M M 2 1 1 0 1 2 2 2 (3.11)
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.5. Bộ ba hệ số a0, a1, a2 dùng để tính toán hệ số hiệu chỉnh tái hợp ion ks như là hàm của tỷ số điện thế V1/V2 bằng phương pháp hai điện thế (two voltage technique) [7]. V1/V2 Bức xạ dạng xung (Pulsed beam) Bức xạ dạng xung quét (Pulsed-scanned beam) a0 a1 a2 a0 a1 a2 2,0 2,337 -3,636 2,299 4,711 -8,242 4,533 2,5 1,474 -1,587 1,114 2,719 -3,977 2,261 3,0 1,198 -0,875 0,677 2,001 -2,402 1,404 3,5 1,080 -0,542 0,463 1,665 -1,647 0,984 4,0 1,022 -0,363 0,341 1,468 -1,200 0,734 5,0 0,975 -0,188 0,214 1,279 -0,750 0,474
Như vậy, chúng ta đã tìm hiểu hình thức luận và các bước cơ bản cho việc xác định liều hấp thụ trong nước theo các điều kiện chuẩn. Trong mục 3.2 và 3.3 tiếp theo, chúng ta áp dụng hình thức luận đã trình bày ở trên để chuẩn liều hấp thụ cho chùm photon và electron năng lượng cao.
3.2. Chuẩn liều hấp thụ cho chùm photon năng lƣợng cao
Trong mục này, chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp chuẩn liều trong nước cho chùm photon năng lượng cao dùng trong xạ trị. Phương pháp này dựa vào hệ số chuẩn liều hấp thụ trong nước ND,w ,Q
0(xem lại mục 3.1.5.1) của buồng ion hóa khi sử dụng chùm tia chuẩn Q0. Thủ tục chuẩn liều áp dụng cho chùm photon được tạo ra từ những electron có năng lượng từ 1 tới 50 MeV, phát từ máy gia tốc thẳng.
Đối với chùm photon, chất lượng chùm tia chuẩn thông dụng Q0 là nguồn Co60, có mặt ở hầu hết phòng thí nghiệm chuẩn. Khi chúng ta sử dụng chùm tia chất lượng chuẩn Q0 là Co60 để định chuẩn buồng ion hóa thì hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q
0và hệ số định chuẩn buồng ion hóa ND,w ,Q
0 được ký hiệu lần lượt là kQ và ND,w.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Về phần thiết bị đo liều cần dùng cần dùng cho thủ tục chuẩn liều hấp thụ như loại buồng ion hóa sử dụng; electrometer; nguồn cấp điện cùng với các đại lượng ảnh hưởng cần hiệu chỉnh cho giá trị liều hấp thụ trong nước thì xem lại mục 3.1.3.
Trong mục này, chúng ta chỉ tìm hiểu cách xác định liều hấp thụ tuỵệt đối trong nước ở độ sâu chuẩn zref cho chùm photon năng lượng cao. Công việc này đòi hỏi ta phải xác định giá trị của các đại lượng sau:
Hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo liều hấp thụ ND,W,Q
0 (nhận được từ phòng thí nghiệm chuẩn);
Ghi nhận chỉ số điện tích Mraw trên electrometer; tính toán các hiệu chỉnh kT,P, kpol, kelec, ks để suy ra chỉ số điện tích sau khi đã hiệu chỉnh:
Q raw T,P pol elec s
M M k k k k ;
Xác định hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia chất lượng Q so với chùm tia chất lượng chuẩn Q0 kQ,Q
0.
Ta sẽ tìm hiểu cách xác định hệ số kQ,Q0 trong các mục tiếp theo.
3.2.1 Xác định hệ số chất lƣợng chùm tia photon 3.2.1.1 Lựa chọn hệ số chất lƣợng chùm tia
Nguồn Co60 là chất lượng chùm tia chuẩn thông dụng cho chùm photon, chủ yếu chỉ có ở những phòng thí nghiệm chuẩn. Còn tại bệnh viện, người ta sẽ dùng chùm photon chất lượng Q khác chùm photon chuẩn Co60
. Ta cần xác định hệ số chất lượng chùm tia kQ để hiệu chỉnh sự khác biệt giữa chùm tia chất lượng Q và chất lượng chuẩn Q0.
Có một số đại lượng được dùng để mô tả chất lượng chùm tia photon như PDD(10): phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước; d80%: độ sâu trong nước, tại đó liều hấp thụ đạt 80% của liều hấp thụ cực đại và TPR20,10. IAEA
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
khuyến cáo sử dụng hệ số chất lượng chùm tia được mô tả bởi TPR20,10. TPR20,10 được định nghĩa là tỷ số giữa giá trị liều hấp thụ ở độ sâu 20 cm và giá trị liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước. Kích thước trường chiếu cho việc đo TPR20,10 là 10 cm 10cm, ở khoảng 100 cm tính từ nguồn.
TPR20,10 có thể được đo trực tiếp hay được tính toán theo PDD(10) hoặc PDD(20,10) bởi các biểu thức sau [7]:
TPR20 10, 0 7898 0 0329, , PDD(10)0 000166, PDD(10)2 (3.12)
TPR20 10, 1 2661, PDD20 10, 0 0595, (3.13)
Trong đó:
- PDD(10): phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước, kích thước trường chiếu 10cm x 10 cm ở bề mặt phantom, cách nguồn 100 cm.
- PDD(20,10): tỷ số của phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 20 cm và liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước.
Khi chúng ta sử dụng đại lượng TPR20,10 để mô tả chất lượng chùm tia photon thì đại lượng này có một số ưu điểm sau đây [7]:
Không phụ thuộc vào sự nhiễm bẩn electron do các electron trong chùm