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 w,Q max ref D z D (z ) PDD(z ) 100 (3.15) Bố trí SAD: w ,Q ref w ,Q max ref D (z ) D (z ) TMR(z ) (3.16)
3.2.4. Sai số của liều hấp thụ trong nƣớc dƣới điều kiện chuẩn
Sai số của giá trị liều hấp trong nước có nguồn gốc từ sai số của các đại lượng vật lý khác nhau như: hệ số định chuẩn buồng ion hóa ND,w; chỉ số điện tích MQ của Electromter; hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ ...
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Sai số của các đại lượng vật lý khác nhau liên quan đến sai số liều hấp thụ trong nước có thể chia thành hai phần sau đây:
Phần 1: Sai số của ND,w khi định chuẩn buồng ion hóa ở phòng thí nghiệm chuẩn. Phần 2: Sai số khi định chuẩn chất lượng chùm tia của người sử dụng, sai số khi thực hiện phép đo ở điểm quy chiếu trong phantom nước, sai số của giá trị điện tích MQ và sai số của hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia người sử dụng Q so với chùm tia chất lượng chuẩn Q0 (Co60) kQ.
Nếu ta gọi sai số trong phần 1 là uA và sai số trong phần 2 là uB thì sai số kết hợp u của hai phần tổng cộng (cũng là sai số của giá trị liều hấp thụ) được tính như sau:
A B
u u2 u2 (3.17)
Bảng 3.9 cho một ước lượng của sai số tương đối cho liều hấp thụ Dw,Q trong nước. Ta nhận thấy khi việc định chuẩn buồng ion hóa được thực hiện bằng nguồn Co60 ở phòng thí chuẩn thứ cấp SSDL thì sai số kết hợp của giá trị liều hấp thụ Dw,Q vào khoảng 1,5%.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.9. Sai số tương đối ước chừng của giá trị liều hấp thụ Dw,Q ở độ sâu chuẩn zref trong nước cho chùm photon năng lượng cao, dựa vào định chuẩn buồng ion hóa bằng nguồn Co60
[7] .
Đại lƣợng vật lý Sai số tƣơng đối (%)
Bƣớc 1: Phòng thí nghiệm chuẩn a
Định chuẩn ND,w của chuẩn thứ cấp (SSDL) theo phòng thí nghiệm chuẩn sơ cấp PSDL
0,5
Đô ổn định của chuẩn thứ cấp. 0,1
Định chuẩn ND,w của buồng ion hóa người sử dụng theo phòng chuẩn thứ cấp.
0,4
Sai số kết hợp của bƣớc 1a 0,6
Bƣớc 2: Chùm tia electron của ngƣời sử dụng
Độ ổn định của buồng ion hóa người sử dụng 0,3
Bố trí phép đo của điều kiện chuẩn 0,4
Chỉ số MQ liên quan đến thiết bị xem ngoài (electrometer)
0,6
Hiệu chỉnh cho các đại luợng ảnh hưởng 0,4
Hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ (được tính toán) 1,0b
Sai số kết hợp của bƣớc 2 1,4
Sai số kết hợp của Dw,Q ( Bƣớc 1+2) 1,5
a Nếu buồng ion hóa ngƣời sử dụng đƣợc định chuẩn theo phòng thí nghiện chuẩn sơ cấp (PSDL) thì sai số tƣơng đối kết hợp trong bƣớc 1 nhỏ hơn 0,6.
b
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.3. Chuẩn liều hấp thụ cho chùm electron năng lƣợng cao
Phần này trình bày phương pháp chuẩn liều hấp thụ cho chùm electron năng lượng cao. Những electron này được phát ra từ máy gia tốc thằng có năng lượng từ 3 tới 50 MeV. Cũng tương tự trong trường hợp cho chùm photon năng lượng cao, phương pháp cho chùm electron cũng phải dựa vào hệ số định chuẩn liều hấp thụ
0 D,w,Q
N của buồng ion hóa khi sử dụng chùm tia có chất lượng chuẩn Co60 ở phòng thí nghiệm chuẩn.
Về phần thiết bị đo liều cần dùng cần dùng cho thủ tục chuẩn liều hấp thụ như loại buồng ion hóa sử dụng cho chùm electron; electrometer, nguồn cấp điện; electrometer; nội dung cho các đại lượng ảnh hưởng phải hiệu chỉnh cho giá trị liều hấp thụ trong nước thì xem lại mục 3.1.3.
Các mục tiếp theo của phần 3.3 này chỉ trình bày cách xác định liều hấp thụ trong nước tại độ sâu chuẩn zref cho chùm electron năng lượng cao. Công việc này đòi hỏi ta cũng phải xác định giá trị các đai lượng sau:
Hệ số định chuẩn theo liều hấp thụ của buồng ion hóa (đã có được từ phòng thí nghiệm chuẩn)
Ghi nhận chỉ số đọc Mraw từ electrometer, tính toán các hiệu chỉnh kT,P, kpol, kelec, ks để suy ra MQ MrawkT,Pk kpol elecks
Xác định hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia chất lượng Q, kQ,Q0, so với chùm tia chất lượng chuẩn Q0.
Khác biệt của việc chuẩn liều cho chùm electron so với việc chuẩn liều cho chùm photon là hệ số hiệu chỉnh kQ,Q0của chùm tia chất lượng Q so với chùm tia chất lượng Q0 (nguồn Co60) sẽ được xác định thông qua một tham số mô tả chất lượng chùm tia electron. Tham số mô tả chất lượng chùm Q photon là TPR20,10. Trong khi đó tham số mô tả chất lượng chùm electron là độ sâu R50 trong nước (xem lại chương 2). Tại độ sâu này, giá trị liều hấp thụ bằng 50% liều hấp thụ cực
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
đại ở độ sâu zmax trong nước. Việc sử dụng độ sâu trong nước R50 đã làm giảm đi đáng kể ảnh hưởng của sự khác nhau về phổ chùm electron phát ra từ những máy gia tốc khác nhau và cũng giảm được sự nhiễm xạ của electron và photon cho chùm tia electron ban đầu [7].
3.3.1. Lƣu ý khi sử dụng buồng ion hóa và phantom cho việc chuẩn liều 3.3.1.1. Buồng ion hóa
Ngoài phần nội dung buồng ion hóa đã được trình bày trong mục 3.1.3.1. Khi sử dụng buồng ion hóa, chúng ta cần lưu ý một số vấn đề sau:
Buồng ion hóa phẳng có thể dùng cho tất cả chất lượng chùm electron và bắt buộc phải sử dụng cho chùm electron có chất lượng R50 4g / cm2E0 10MeV. Điểm quy chiếu phải là một điểm tại vị trí tâm bề mặt mặt bên trong của buồng ion hóa (xem lại hình 3.8).
Đối với chùm electron có chất lượng R50 4g / cm2E0 10MeV, chúng ta cũng có thể sử dụng buồng ion hóa hình trụ để chuẩn liều hấp thụ trong nước. Điểm quy chiếu nằm tại tâm hốc buồng ion hóa hình trụ, phải được định vị tại khoảng cách 0,5rcyl sâu hơn zref ( xem lại hình 3.9), với rcyl là bán kính hốc khí buồng ion hóa hình trụ (bảng 3.1).
3.3.1.2. Phantom
Ngoài phần nội dung phantom đã được trình bày trong mục 3.2.4. Khi chúng ta sử dụng phantom cho việc chuẩn liều hấp thụ trong nước thì cũng cần lưu ý một số vấn đề sau:
Khi chiếu chùm tia electron chiếu nằm ngang, cửa sổ phantom nên làm bằng plastic và có bề dày twin trong khoảng 0,2 cm và 0,5 cm [7]. Bề dày này được tính bởi tích twin pl, với pl là khối lượng riêng của plastic (g/cm3).
Đối với chất lượng chùm tia R50 4g / cm2E0 10MeV, một phantom plastic có thể được dùng để chuẩn liều hấp thụ trong nước [7].
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.3.2. Xác định chất lƣợng chùm tia electron 3.3.2.1. Đại lƣợng mô tả chất lƣợng chùm tia
Đối với chùm tia electron, chất lượng của nó được mô tả bởi độ sâu R50 trong nước (g/cm2). Ở độ sâu này, liều hấp thụ bằng 50% giá trị liều hấp thụ cực đại ở độ sâu zmax.
Liểu hấp thụ trong nước ở độ sâu R50 được đo với bố trí hình học SSD = 100 cm, kích thước trường phải ít nhất là 10 10 cm2
cho R50 7g / cm2E0 16MeV và ít nhất là 20 20 cm2 cho R50 7g / cm2E0 16MeV.
Việc lựa chọn độ sâu R50 trong nước làm hệ số mô tả chùm tia electron thay thế cho năng lượng trung bình E0tại bề mặt phantom nước bởi R50 có các ưu điểm sau [7]:
Khi đo liều hấp thụ từ những chùm electron có năng lượng danh định như nhau nhưng năng lượng trung bình E0 tại bề mặt phantom của chúng là khác nhau thì ta có thể dựa vào độ sâu R50 trong nước để phân biệt chúng;
Việc sử dụng độ sâu trong nước R50 sẽ làm giảm đi đáng kể ảnh hưởng của sự khác nhau về phổ của chùm electron phát ra từ những máy gia tốc khác nhau và cũng làm giảm sự nhiễm xạ của electron và photon trong chùm tia electron ban đầu [7].
3.3.2.2. Xác định đại lƣợng mô tả chất lƣợng chùm tia R50
Đại lượng mô tả chất lượng chùm tia R50 không đo được trực tiếp mà phải được tính gián tiếp giá trị độ sâu R50, ion. Đại lượng này ta phải đo bằng buồng ion hóa theo các điều kiện chuẩn. R50, ion được định nghĩa là độ sâu mà tại đó giá trị ion hóa bằng 50% giá trị ion hóa cực đại ở độ sâu zmax trong nước. R50,ion liên hệ với R50 như sau [7]:
,ion
R50 1 029, R50 0 06, g / cm2 R50,ion 10g / cm2 (3.18a)
,ion
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Những điều kiện chuẩn được sử dụng để đại lượng R50,ion được cho trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Điều kiện chuẩn để xác định chất lượng chùm tia electron R50 [7].
Đại lƣợng ảnh hƣởng Điều kiện chuẩn
Vật liệu phantom - Nước khi R g / cm
2 50 4
- Nước hay plastic khi R504g / cm2 Loại buồng ion hóa - Hình trụ khi R g / cm
2 50 4
- Phẳng khi R50 4g / cm2 Điểm quy chiếu của
buồng ion hóa
- Phẳng: nằm tại tâm ở bề mặt trong của cửa sổ - Hình trụ: nằm trên trục trung tâm chùm tia, tại tâm
của thể tích hốc khí. Vị trí điểm quy chiếu của
buồng ion hóa
- Phẳng: trùng vị trí zref.
- Hình trụ, sâu hơn zref khoảng 0,5rcyl
SSD 100 cm
Kích thước trường chiếu tại bề mặt Phantom
- Ít nhất 10 10 cm2
khi R50 7g / cm2 - Ít nhất 20 20 cm2 (a) khi R50 7g / cm2
(a) Một kích thƣớc trƣờng chiếu nhỏ hơn 20 20 cm2 đƣợc dùng đã cho thấy R50 không thay đổi hơn 0,1 g/cm2 so với phép đo sử dụng kích thƣớc trƣờng chiếu 20 20 cm2.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.3.3. Tính toán đại lƣợng hiệu hiệu chỉnh chất lƣợng chùm tia kQ,Q0
Ta biết chất lượng chùm tia chuẩn Co60
ở phòng thí nghiệm chuẩn và chùm tia electron ở bệnh viện thì có chất lượng 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,Q
0.
Giá trị kQ,Q0cho chùm electron 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,Q0.
3.3.3.1. Buồng ion hóa định chuẩn bằng nguồn Co60
Khi buồng ion hóa được định chuẩn bởi nguồn 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
Hình 3.14. Đường PDD và ion hóa cho mối liên hệ giữa độ sâu R50
và R50, ion trong nước.
PDD và đ ộ io n hóa Độ sâu (cm) R50 R50,ion 100%
đƣờng cong ion hóa
đƣờng cong PDD
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
tính cho chùm electron năng lượng cao theo R50 và cho một số loại buồng ion hóa được cho trong bảng 3.11.
Dựa vào giá trị R50 có được trong bảng 3.11 cho một loại buồng ion hóa ta có thể thu được tương ứng giá trị hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ . Giá trị kQ cũng có thể xác định bằng phương pháp đồ thị cho bởi hình 3.15 và 3.16.