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.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.11. Giá trị kQ cho những chùm tia electron có năng lượng khác nhau, cho các loại buồng ion hóa khác nhau được định chuẩn bằng nguồn Co60
, là hàm theo R50 [7].
Loại buồng ion hóa Chất lƣợng chùm tia R50
1,0 1,4 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 10,0 13,0 16,0 20,0
Buồng ion hóa phẳng
Attix RMI 449 0,953 0943 0,932 0925 0,919 0,913 0,908 0,904 0,900 0,896 0,893 0,886 0,881 0,871 0,859 0,849 0,837 Canpintec PS-033 0,953 0943 0,921 0,920 0919 0,918 0917 0,916 0,915 0,913 0,912 0,908 0,905 0,898 0,887 0,887 0,866 Exradin P11 0,958 0,948 0,937 0,930 0,923 0,918 0,913 0,908 0,904 0,901 0,987 0,891 0,885 0,875 0,863 0,853 0,843 Holt (Memorical) 0,971 0,961 0,950 0,942 0,936 0,931 0,926 0,921 0,917 0,913 0,910 0,903 0.897 0,887 0,875 0,865 0,863 NACP/ Calcam 0,952 0,942 0,931 0,924 0,918 0,912 0,908 0,903 0,899 0,895 0,892 0,886 0,880 0,870 0,858 0,848 0,836 Markus 0,952 0,942 0,925 0,920 0,916 0,913 0,910 0,907 0,904 0,901 0899 0,894 0,889 0,881 0,870 0,860 0,848 Roos 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,920 0,916 0,912 0,908 0,904 0,898 0,892 0,882 0,870 0,860 0,848
Buồng ion hóa hình trụ
Capintec PR06C Farmer 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,916 0,914 0,912 0,911 0,909 0,906 0,904 0,899 0,891 0,884 0,874 Exradin A2 Spokas 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,914 0,913 0,913 0,913 0,912 0,911 0,910 0,908 0,903 0,897 0,888 Exradin T2 Spokas 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,882 0,881 0,881 0,881 0,880 0,879 0,878 0,876 0,871 0,865 0,857 Exradin A2 Farmer 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,921 0,919 0,918 0,916 0,914 0,911 0,909 0,903 0,896 0,888 0,87 NE 2571 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,918 0,916 0,915 0,913 0,911 0,909 0,906 0,901 0,893 0,886 0,876 NE 2581 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,899 0,898 0,896 0,894 0,893 0,890 0,888 0,882 0,875 0,868 0,85
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC PTW 30001/30010 Farmer 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,911 0,909 0,907 0,905 0,904 0,901 0,898 0,893 0,885 0,877 0,868 PTW 30002/30011 Farmer 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,916 0,914 0,912 0,910 0,909 0,906 0,903 0,897 0,890 0,882 0,873 PTW 30004/30012 Farmer 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,920 0,918 0,916 0,915 0,913 0,910 0,907 0,902 0,894 0,887 0,877 PTW 30004/30012 flexible 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,921 0,910 0,908 0,906 0,905 0,901 0,898 0,893 0,885 0,877 0,867 Victoreen 30-348 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,910 0,908 0,906 0,903 0,902 0,898 0,895 0,888 0,880 0,872 0,862 Victoreen 30-351 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,906 0,904 0,902 0,901 0,899 0,896 0,893 0,888 0,880 0,873 0,864 Victoreen 30-349 0,965 0,955 0,944 0,937 0,931 0,925 0,899 0,898 0,897 0,896 0,895 0,893 0,891 0,888 0,881 0,875 0,866
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Hình 3.16. Giá trị kQ theo chất lượng chùm tia electron R50 cho một số loại buồng ion hóa hình trụ được định chuẩn bằng Co60[7].
Hệ số hiệ u chỉn h chất lƣợ ng k Q Chỉ số chất lƣợng chùm tia R50 (g/cm2) 1,01 0,95 0,90 0,85 0 5 10 20 25 Exradin A2 Exradin T2 Exradin A 12 Victoreen 30-349 Victoreen 30-351 PTW 30001 Victoreen 30-348 PTW 30004
Hình 3.15. Giá trị kQ theo chất lượng chùm tia electron R50 cho một số loại buồng ion hóa phẳng được định chuẩn bằng Co60
[7]. Hệ số hiệ u chỉn h chất lƣợ ng k Q Chỉ số chất lƣợng chùm tia R50 (g/cm2) 1,00 0,95 0,90 0 0,85 5 10 20 25 Attix RMI 449 Canpintec PS-033 Exradin P11 Holt (Memorical) NACP/Calcam Markus Roos
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.3.3.2. Buồng ion hóa định chuẩn bằng những chùm electron có chất lƣợng khác nhau lƣợng khác nhau
Khi buồng ion hóa của người sử dụng được định chuẩn bằng những electron có chất lượng khác nhau, phòng thí nghiệm chuẩn sẽ đưa ra một hệ số chuẩn liều hấp thụ duy nhất NDWQ
0 và tập hợp những hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia
0 Q,Q k . 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 electron 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,Qvới giá trị ND,W,Q
0vừa chọn ra ta sẽ thu được một tập hợp những hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia electron kQ,Q ND , W ,Q ND , W ,Q
0
0 . Sau này, nếu người sử dụng dùng chùm tia electron có chất lượng Q nào đó thì nội suy từ những giá trị trên để thu được
0
Q,Q
k tương ứng.
3.3.4. Đo liều hấp thụ trong nƣớc dƣới điều kiện chuẩn 3.3.4.1. Điều kiện chuẩn cho việc đo liều hấp thụ
Điều kiện chuẩn dùng để xác định liều hấp thụ trong nước cho chùm tia electron được cho trong bảng 3.12.
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
Bảng 3.12. Điều kiên chuẩn cho việc xác định liều hấp thụ trong nước cho chùm tia electron năng lượng cao [7].
Đại lƣợng ảnh hƣởng Điều kiện chuẩn
Vật liệu Phantom - Nước khi R g / cm
2 50 4
- Nước hay plastic khi R g / cm2 50 4
Loại buồng ion hóa - Phẳng hay hình trụ khi R g / cm
2 50 4 - Phẳng R g / cm2 50 4 Độ sâu zref , R , g / cm2 50 0 6 0 1
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: ở độ sâu zref
- Hình trụ, sâu hơn độ sâu chuẩn zref một khoảng 0,5rcyl
SSD 100 cm
Kích thước trường chiếu
tại bề mặt phantom 10 10 cm2
hoặc lớn hơn Độ sâu chuẩn zref được xác định như sau [7]:
ref
z , R , g / cm2 50
0 6 0 1 (R50 có đơn vị g/cm2) (3.19)
Đối với chất lượng chùm tia R g / cm2E MeV
50 4 0 10 thì độ sâu chuẩn zref gần bằng độ sâu có liều hấp thụ cực đại zmax trong nước. Đối với chất lượng chùm tia R50 lớn hơn thì độ sâu chuẩn nằm sâu hơn độ sâu zmax trong nước. Việc lựa chọn độ sâu chuẩn như trên giúp chúng ta giảm được sự biến thiên của hệ số định chuẩn buồng ion hóa đối với các máy gia tốc xạ tri khác nhau.
Khi ta đo liều hấp thụ ở độ sâu chuẩn zref vượt quá độ sâu zmax trong nước cho chùm tia electron năng lượng cao bằng buồng ion hóa hình trụ thì sai số sinh ra bởi ảnh hưởng nhiễu loạn hốc khí của buồng ion hóa hình trụ sẽ lớn hơn. Sai số này có thể lên tới 0,3% đối với chùm tia chất lượng có R50 = 5 g/cm2E0 12MeV[7].
CHƢƠNG 3 CHUẨN LIỀU HẤP THỤ TRONG NƢỚC
3.3.4.2. Xác định liều hấp thụ dƣới điều kiện chuẩn
Khi những điều kiện chuẩn của các các đại lượng trên được đảm bảo, cùng với việc hiệu chỉnh tất cả những thông số ảnh hưởng lên buồng ion hóa, và đã có hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia, thì liều hấp thụ trong nước ở độ sâu chuẩn zref dùng chùm tia chất lượng Q sẽ được xác định như sau [7]:
w ,Q Q D,W,Q Q,Q
D M N 0k 0 (3.20)
Trong đó:
- MQ: chỉ số điện tích ghi nhận bởi electrometer (nC hoặc rdg), chỉ số này đã được hiệu chỉnh cho những đại lượng ảnh hưởng buồng ion hóa và electrometer như áp suất, nhiệt độ; chuẩn electrometer; hiệu ứng phân cực; sự