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 photon tới tạo ra.
Khi photon ở độ sâu lớn hơn độ sâu zmax (độ sâu tại đó liều hấp thụ cực đại) thì TPR là giá trị hệ số suy giảm, mà hệ số này mô tả sự suy giảm theo quy luật dạng mũ của đường cong liều hấp thụ khi ở độ sâu lớn hơn độ sâu zmax. Vì TPR20,10 được tính bởi tỷ số của hai giá trị liều hấp thụ ở hai độ sâu 20
cm và 10 cm nên chúng ta không phải hiệu chỉnh sự thay thế khi đo ở hai độ sâu trên trong nước riêng lẻ.
TPR20,10 ít bị ảnh hưởng bởi sai số hệ thống khi chúng ta định vị buồng ion
hóa không chính xác, vì việc định vị buồng ion hóa ở hai vị trí này bị ảnh hưởng như nhau.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Tuy TPR20,10 có các ưu điểm trên trên nhưng nó cũng không thể được xem là hoàn hảo bởi vì đại lượng này không thể đáp ứng việc xác định giá liều hấp thụ chính xác cho tất cả các chùm tia photon có năng lượng khác nhau [7].
3.2.1.2. Xác định hệ số chất lƣợng chùm tia TPR20,10
Bố trí phép đo dùng để xác định chất lượng chùm tia TPR20,10 được mô tả như hình 3.12. Những điều kiện chuẩn của các đại lượng ảnh hưởng trong phép đo được cho trong bảng 3.6 bên dưới.
Bảng 3.6. Điều kiện chuẩn dùng xác định chất lượng chùm photon TPR20,10 [7].
Đại lƣợng ảnh hƣởng Điều kiện chuẩn
Vật liệu Phantom Nước
Loại buồng ion hóa Hình trụ hoặc phẳng
Độ sâu cho phép đo 20 g/cm2 và 10 g/cm2
Điểm quy chiếu của buồng ion hóa - Buồng ion hóa hình trụ: điểm quy chiếu nằm trên trục trung tâm ở tâm của thể tích hốc khí.
- Buồngion hóa phẳng: điểm quy chiếu nằm tại tâm ở bề mặt trong cửa sổ
Định vị điểm quy chiếu của buồng ion
hóa Ở độ sâu chuẩn zref
SSD/SCD 100 cm
Kích thước trường chiếu 10 cm 10 cma
a Kích thƣớc trƣờng chiếu đƣợc xác định tại mặt phẳng đi ngang điểm quy chiếu của buồng ion hóa
Mặc dù TPR20,10 được định nghĩa là tỷ số của hai giá trị liều hấp thụ ở hai độ sâu trong phantom nước nhưng có thể coi như tỷ lệ của sự ion hóa. Kết quả tỷ lệ sự ion hóa ở hai độ sâu trong phantom nước có thể chấp nhận được bởi vì sự thay đổi
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
khá chậm của tỷ số năng suất hãm giữa nước và không khí, sự không thay đổi của những yếu tố ảnh hưởng ở các độ sâu lớn hơn độ sâu dmax, nơi có liều hấp thụ cực đại [7].
3.2.2. Tính toán đại lƣợng hiệu chỉnh chất lƣợng chùm tia kQ,Q0
Như đã nói, thường chất lượng chùm tia photon ở phòng thí nghiệm chuẩn và ở bệnh viện là khác nhau, cho nên cần phải hiệu chỉnh sự khác biệt về chất lượng chùm tia bằng cách tính toán hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q0.
Hình 3.12. Bố trí phép đo để xác định hệ số chất lượng chùm tia
TPR20,10, SCD = 100 cm giữ cố định, buồng được đo ở hai độ sâu 10
g/cm2 và 20 g/cm2 trong nước. Kích thước trường chiếu ở điểm quy chiếu của buồng là 10 cm 10 cm [7].
Nguồn
10 10 cm2 SCD
20 g/cm2
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Giá trị kQ,Q0cho chùm photon năng lượng cao có thể thu được bằng một số cách khác nhau. Điều này phụ thuộc vào việc buồng ion hóa của người sử dụng được định chuẩn cho chùm tia có chất lượng như thế nào. Dưới đây là phương pháp xác định kQ,Q
0.
3.2.2.1. Buồng ion hóa định chuẩn bằng nguồn Co60
Đối với chùm tia photon có chất lượng chuẩn là Co60 thì hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q0sẽ được ký hiệu là kQ. Hệ số kQ được tính cho chùm photon năng lượng cao theo TPR20,10 và cho một số loại buồng ion hóa thông dụng được cho trong bảng 3.7.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.7. Giá trị kQ được tính toán cho chùm photon năng lượng như là hàm của chất lượng chùm tia TPR20,10 [7].
Loại buồng ion hóa Chất lƣợng chùm tia TPR20,10
0,50 0,53 0,56 0,59 0,62 0,65 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 Capintec PR-05P mini 1,004 1,003 1,002 1,001 1,000 0,998 0,996 0,994 0,991 0,987 0,983 0,975 0,968 0,960 0,949 Capintec PR-05 mini 1,004 1,003 1,002 1,001 1,000 0,998 0,996 0,994 0,991 0,987 0,983 0,975 0,968 0,960 0,949 Capintec PR-06CG Farmer 1,001 1,001 1,000 0,998 0,998 0,995 0,992 0,990 0,988 0,984 0,980 0,972 0,965 0,956 0,944 Exradin A2 Spokas 1,001 1,001 1,001 1,000 0,999 0,997 0,996 0,994 0,992 0,989 0,986 0,979 0,971 0,962 0,949 Exradin T2 Spokas 1,002 1,001 0,999 0,996 0,993 0,988 0,984 0,980 0,977 0,973 0,969 0,962 0,954 0,946 0,934
Exradin A1 mini Shonka 1,002 1,002 1,001 1,000 1,0000 0,998 0,996 0,994 0,991 0,986 0,982 0,974 0,966 0,957 0,945
Exradina T1 mini Shonka
1,003 1,001 0,999 0,996 0,993 0,988 0,984 0,980 0,975 0,970 0,965 0,957 0,949 0,942 0,930
Exradin A12 Farmer 1,001 1,001 1,000 1,000 0,999 0,997 0,994 0,992 0,990 0,986 0,981 0,974 0,966 0,942 0,930
Far West Tech. IC-18 1,005 1,003 1,000 0,997 0,993 0,988 0,983 0,979 0,976 0,971 0,966 0,959 0,953 0,945 0,934
FZH TK 01 1,002 1,001 1,000 0,998 0,996 0,993 0,990 0,987 0,984 0,980 0,975 0,968 0,960 0,952 0,939 Nuclear Assoc. 30-751 Farmer 1,002 1,0002 1,000 0,999 0,997 0,994 0,991 0,989 0,985 0,981 0,977 0,969 0,961 0,953 0,940 Nuclear Assoc. 30-752 Farmer 1,004 1,003 1,001 1,0001 0,998 0,996 0,993 0,991 0,989 0,985 0,981 0,974 0,967 0,959 0,947
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC NE 2505 Farmer 1,001 1,001 1,000 0,999 0,997 0,994 0,991 0,988 0,984 0,980 0,975 0,967 0,959 0,950 0,937 NE 2505/A Farmer 1,005 1,003 1,001 0,997 0,995 0,990 0,985 0,982 0,978 0,974 0,969 0,962 0,955 0,947 0,936 NE 2505/3, 3A Farmer 1,005 1,004 1,002 1,000 0,998 0,995 0,993 0,991 0,989 0,986 0,982 0,975 0,969 0,961 0,949 NE 2505/3, 3B Farmer 1,006 1,004 1,001 0,999 0,996 0,991 0,987 0,984 0,980 0,976 0,971 0,964 0,957 0,950 0,938 NE 2571 Farmer 1,005 1,004 1,002 1,000 0,998 0,995 0,993 0,991 0,989 0,986 0,982 0,975 0,969 0,961 0,949 NE 2581 Farmer 1,006 1,003 1,001 0,998 0,995 0,991 0,986 0,983 0,980 0,975 0,970 0,963 0,956 0,949 0,937 PTW 23331 rigid 1,004 1,003 1,000 0,999 0,997 0,993 0,990 0,988 0,985 0,982 0,978 0,971 0,964 0,956 0,945 PTW 23332 rigid 1,004 1,003 1,001 0,999 0,997 0,994 0,990 0,988 0,984 0,980 0,976 0,968 0,961 0,954 0,943 PTW 23333 1,004 1,003 1,001 0,999 0,997 0,994 0,990 0,988 0,985 0,981 0,976 0,969 0,963 0,955 0,943 PTW 30001/30010 Farmer 1,004 1,001 1,001 0.999 0,997 0,994 0,990 0,988 0,985 0,981 0,976 0,969 0,962 0,955 0,943 PTW 30002/30011 Farmer 1,006 1,004 1,001 0,999 0,997 0994 0,992 0,990 0,987 0,984 0,980 0,973 0,967 0,959 0,948 PTW 30004/30012 Farmer 1,006 1,005 1,002 1,000 0,999 0,996 0,994 0,992 0,989 0,986 0,982 0,976 0,969 0,962 0,950 PTW 31002/30003 flexible 1,003 1,002 1,000 0,999 0,997 0,994 0,990 0,988 0,984 0,980 0,975 0,968 0,960 0,952 0,940
Victoreen Radocon III 550 1,005 1,004 1,001 0,998 0,996 0,993 0,989 0,986 0,983 0,979 0,975 0,968 0,961 0,954 0,943
Victoreen Radocon III 555 1,005 1,003 1,000 0,997 0,995 0,990 0,986 0,983 0,979 0,975 0,970 0,963 0,9560 0,949 0,938
Victoreen 30-348 1,004 1,003 1,000 0,998 0,996 0,992 0,989 0,986 0,982 0,978 0,973 0,966 0,959 0951 0,940
Victoreen 30-351 1,004 1,002 1,000 0,998 0,996 0,992 0,989 0,986 0,983 0,979 0,974 0,967 0,960 0,952 0,941
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Dựa vào giá trị TPR20,10 có được trong bảng trên cho một loại buồng ion hóa ta có thể thu được tương ứng giá trị kQ. Giá trị kQ cũng có thể xác định bằng hay phương pháp đồ thị từ một tập hợp những chất lượng chùm tia Q cho bởi hình 3.13.
Các giá trị trong bảng trên được áp dụng cho các buồng ion hóa có ống bọc ngoài dày 0,5 mm để chống thấm nước. Khi ống này dày tới 1mm thì giá trị kQ có thể thay đổi không lớn hơn 0,1% [1].
3.2.2.2. Buồng ion hóa định chuẩn bằng những chùm tia photon có chất lƣợng khác nhau lƣợng khác nhau
Khi buồng ion hóa của người sử dụng được định chuẩn bằng những chùm photon có chất lượng khác nhau, phòng thí nghiệm chuẩn sẽ đưa ra một hệ số chuẩn liều hấp thụ duy nhất NDWQ
0và tập hợp những hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia
0
Q,Q k .
Hình 3.13. Giá trị hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ theo chất lượng chùm tia photon TPR20,10 cho một số loại buồng ion hóa[7].
Hệ số hiệ u chỉn h c h ất lƣợ ng chùm tia k Q Chất lƣợng chùm tia photon Q (TPR20,10) 1,01 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 NE2581 PTW30001 Capintec PR-06c Extradin A12 NE 2571
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Cách tính giá trị ND,W,Q
0và tập hợp giá trị
0
Q,Q
k như sau: Khi chuẩn buồng ion hóa bằng những chùm photon có chất lượng Q khác nhau thì ta thu được một tập hợp hệ số chuẩn liều hấp thụ ND,W,Q. Từ tập hợp những giá trị này, ta chọn ra một hệ chuẩn liều ND,W,Q làm hệ số chuẩn liều chuẩn ND,W,Q
0. Lần lượt lấy tỷ số những giá trị ND,W,Q với giá trị ND,W,Q
0vừa chọn ra: kQ,Q ND , W ,Q ND , W ,Q
0
0 ta sẽ thu được một
tập hợp những hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q
0. Sau này, nếu người sử dụng dùng chùm tia photon có chất lượng Q thì có thể nội suy từ những giá trị trên để thu được
0
Q,Q
k tương ứng.
3.2.3. Đo liều hấp thụ trong nƣớc dƣới điều kiện chuẩn 3.2.3.1. Điều kiện chuẩn cho việc đo liều hấp thụ
Trong quá trình thực hiện phép đo để xác định liều hấp thụ trong nước, người sử dụng cần tiến hành phép đo dưới điều kiện chuẩn của các đại lượng ảnh hưởng, như được cho trong bảng 3.8:
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.8. Điều kiện chuẩn cho việc xác định liều hấp thụ trong nước cho chùm photon năng lượng cao [7].
Đại lƣợng ảnh hƣởng Điều kiện chuẩn
Vật liệu Phantom Nước
Loại buồng ion hóa Hình trụ
Độ sâu chuẩn zref cho phép đo
10g/cm2 (hay 5 g/cm2) khi TPR20,10 < 0,7 5 g/cm2 khi TPR20,10 ≥ 0,7
Điểm quy chiếu của buồng ion hóa Trên trục trung tâm ở tâm của hốc khí Định vị điểm quy chiếu của buồng ion
hóa Ở độ sâu chuẩn zref
SSD/SCD 100 cm
Kích thước trường chiếu 10 cm 10 cm
Lƣu ý: Khi ta sử dụng phép đo bố trí SSD, kích thƣớc trƣờng chiếu đƣợc xác định tại bề mặt của phantom nƣớc, còn nếu phép đo bố trị SAD đƣợc dùng thì kích thƣớc trƣờng chiếu đƣợc xác định tại tâm hốc khí buồng ion hóa.
3.2.3.2. Xác định liều hấp thụ dƣới điều kiện chuẩn
Khi những điều kiện chuẩn của các các đại lượng trên được thỏa mãn, cùng với việc hiệu chỉnh tất cả những thông số ảnh hưởng lên buồng ion hóa, và hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia bức xạ kQ,Q0đã có, thì liều hấp thụ trong nước ở độ sâu chuẩn zref cho chất lượng chùm tia Q được xác định như sau:
w ,Q Q D,W,Q Q,Q
D M N 0k 0 (3.14)
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
- MQ: chỉ số điện tích ghi nhận bởi electrometer đọc được (nC), chỉ số này đã tính đến sự hiệu chỉnh những đại lượng ảnh hưởng buồng ion hóa và
electrometer như áp suất, nhiệt độ; chuẩn electrometer; hiệu ứng phân cực; sự tái hợp ion;
- ND,W,Q0: hệ số định chuẩn của buồng ion hóa Gy/nC (đã được định chuẩn
trước đó);
- kQ,Q0: hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia.
3.2.3.3. Xác định liều hấp thụ cực đại ở độ sâu zmax trong nƣớc
Trong xạ trị, kỹ sư Vật lý cần biết giá trị liều hấp thụ lớn nhất ở độ sâu nào đó trong cơ thể người bệnh. Do đó, việc đo liều hấp thụ trong nước đòi hỏi phải xác định liều hấp thụ cực đại ở độ sâu zmax.
Để xác định liều hấp thụ ở những độ sâu mong muốn trong nước bằng một chùm tia photon cho trước, người sử dụng cần có một bảng dữ liệu PDD tương ứng với phép đo bố trí SSD, hoặc một bảng dữ liệu TMR tương ứng với phép đo bố trí SAD. Từ những bảng dữ liệu đó, ứng với độ sâu chuẩn zref, ta sẽ thu được PDD(zref) hoặc TMR(zref). Áp dụng biểu thức (2.10) và (2.13), ta xác định được liều hấp thụ cực đại tại độ sâu zmax trong nước theo các biểu thức sau:
Bố trí SSD: w,Q ref