4.1.1. Giới thiệu các dụng cụ đo (xem phần p4.2, phụ lục 4) 4.1.2. Qui trình thực nghiệm với phantom nước
4.1.2.1. Sơ đồ đo
Hình 4.1: Bố trí đo liều hấp thụ do chùm tia từ máy gia tốc phát ra.
Đặt đầu dò tại isocenter (là điểm giao nhau giữa trục chùm tia và trục quay của gantry), nằm trong mặt phẳng trực giao với trục trung tâm của chùm tia cũng chính là mặt nước. Isocenter được định vị trong không gian bằng hệ thống đèn lazer (có thể quan sát được) lắp đặt trong phòng máy điều trị. Khoảng cách từ nguồn đến bề mặt phantom nước (SSD) là 100cm. Hệ đo sử dụng hai đầu dò là buồng ion hóa CC13, một buồng đặt trong phantom nước, buồng còn lại được đặt trên không khí. Đầu dò trong phantom có thể di chuyển ngang, dọc, lên, xuống với bước dịch chuyển là 0,3 mm. Sự chuyển động của đầu dò được điều khiển bằng hệ thống phần mềm điều khiển thông qua khối CU500E, giúp đưa đầu đo đến đúng vị trí cần đo và chỉ giới hạn trong phạm vi kích thước trường chiếu. Còn đầu dò trong không khí đặt tại một vị trí cố định nằm trong chùm bức xạ. Nó được gọi là đầu dò tham chiếu. Mục đích của việc này là làm giảm sai số trong quá trình đo do sự thăng giáng của
chùm bức xạ phát ra từ đầu máy gia tốc. Phantom được bơm đầy nước với độ sâu khoảng 40cm để giảm thiểu sự tán xạ ngược từ đáy lên. Hai đầu dò và hệ động cơ của phantom nước được kết nối với khối CU500E. Khối này có nhiệm vụ cấp điện áp (khoảng 300V) cho hai đầu dò và điều khiển hệ thống động cơ di chuyển tự động buồng ion hóa trong nước đến vị trí cần đo, đồng thời thu nhận kết quả đo từ đầu dò rồi chuyển tín hiệu đến máy tính xử lý hiển thị kết quả đo thông qua phần mềm Omni Pro-Accept. Sơ đồ kết nối hệ đo như trong hình 4.2.
Hình 4.2: Sơ đồ kết nối hệ đo
Sau khi bố trí hình học và kết nối hệ thống đo xong, chúng tôi sử dụng phần mềm Omni Pro-Accept để đo và thu thập các dữ liệu cần thiết cho quá trình QA. Trước tiên là xác định tỉ lệ phần trăm liều theo độ sâu (PDD) sau đó xác định các đường đồng liều và cuối cùng là lấy kết quả đo để xử lý và kiểm chuẩn.
4.1.2.2. Xác định tỉ lệ phần trăm liều theo độ sâu PDD (đo trên trục trung tâm)
Trong giao diện phần mềm tự động đo đạc dữ liệu OmniPro-Accept, chọn chế độ đo phần trăm liều hấp thụ theo độ sâu PDD và thiết lập các thông số đặc trưng cần thu thập của nó để phần mềm thực hiện như: độ sâu có liều hấp thụ cực đại tại dmax (hay zmax), phần trăm liều hấp thụ tại độ sâu d10=10 cm , d20= 20 cm và tỉ số liều hấp thụ tại 2 độ sâu này (D10/D20). Sau đó thiết lập các thông số đo: đặt mức năng lượng cần đo, độ sâu đo, sao cho nằm trong giới hạn kích thước của phantom nước. Kích thước trường chiếu cần đo (10x10cm, 40x40cm,…), SSD = 100cm. Đặt
điện áp cho buồng ion hóa (+300V).Việc thiết lập các thông số đo được miêu tả như trong hình p3.8, phụ lục 3.Sau thiết lập các thông số xong, chúng tôi cho hệ thống đo lần lượt với các mức năng lượng (6MV, 15MV với chùm photon hay 5, 7, 8, 10, 12, 14 MeV với chùm electron), đường đo nằm trên trục trung tâm của chùm tia và ghi nhận kết quả (chi tiết xem phần 4.2.3.1).
4.1.2.3. Xác định các đường đồng liều (đo ngoài trục trung tâm)
Trước tiên chọn chế độ đo các đường đồng liều và thiết lập các dữ liệu đặc trưng cần thu thập của nó để phần mềm thực hiện như: độ phẳng (F), sự đối xứng (S), vùng bán dạ, độ rộng trường chiếu bằng 50% đường đồng liều chuẩn, tỉ số ngoài trục cực đại. Sau đó lần lượt đặt các thông số đo: mức năng lượng cần đo; 6MV, 15MV với chùm photon hay 5, 7, 8, 10, 12, 14 MeV với chùm electron. Đặt đường cần đo là đường cắt ngang (crossplane), đường cắt dọc (inplane) hay theo đường chéo góc 450, 1350. Kích thước trường chiếu là 10x10cm, 20x20cm,... Độ sâu đo tại các độ sâu có liều cực đại (zmax hay d max như mặc định trong phần mềm), độ sâu 5cm hay 10cm, giới hạn đường đo nằm trong phạm vi kích thước trường chiếu, SSD = 100cm. Đặt điện áp cho buồng ion hóa (+300V). Việc thiết lập được miêu tả như trong hình p3.9, phụ lục 3.
Thiết lập các thông số đo cần thiết xong chúng tôi chọn mức năng lượng 6MV và 15MV. Mỗi mức năng lượng tiến hành đo lần lượt với các đường: đường cắt ngang (crossplane), theo đường cắt dọc (inplane) với kích thước trường chiếu lần lượt là 10x10cm và 40x40cm. Rồi ghi lại kết quả để xử lý (cụ thể ở phần 4.2.3.2).
4.1.3. Chuẩn liều theo Qui trình thực hành đo liều hấp thụ trong nước (TRS
398) của IAEA
Về cơ bản, công việc chuẩn liều hấp thụ trong nước cho chùm tia bức xạ photon hoặc electron năng lượng cao được thực hiện theo các bước sau (xem lại 3.4.2.7):
4.1.3.1. Xác định hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ
Hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia cho biết sự khác biệt giữa chất lượng chùm tia dùng để chuẩn ở các phòng thí nghiệm chuẩn (Qo) với chùm tia có chất
lượng Q đo tại hiện trường (chẳng hạn như bệnh viện). Người ta kí hiệu kQ,Qo cho chùm Qo, còn kQ cho chùm Co-60.
a. Với chùm photon
Trong thực tế kQ,Qođược xác định bằng phương pháp thực nghiệm thông qua các thông số đặc trưng cho chất lượng chùm tia photon như: phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước PDD(10), độ sâu trong nước mà tại đó liều hấp thụ bằng 80% liều hấp thụ cực đại d80% và TPR20,10. IAEA khuyến cáo sử dụng TPR20,10 để đặc trưng cho hệ số chất lượng chùm tia. Nó 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, với kích thước trường chiếu chuẩn, SSD=100 cm. TPR20,10 có thể được đo trực tiếp hay được tính toán theo PDD(10) hoặc PDD(20,10) [17]:
TPR20,10 = -7898 + 0,0329 PDD (10) – 0,000166.[PDD(10)]2 (4.1) TPR20,10 = 1,22661.PDD(20,10) – 0,0595 (4.2) Với PDD(10) là phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước, kích thước trường chiếu 10x10 cm ở bề mặt phantom, SSD = 100 cm. PDD(20,10) là tỷ số của phần trăm liều hấp thụ ở độ sâu 20 cm và liều hấp thụ ở độ sâu 10 cm trong nước.
Chúng tôi sử dụng đại lượng TPR20,10 để đặc trưng cho chất lượng chùm tia photon vì nó có các số ưu điểm [17]: 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 thì TPR là giá trị hệ số suy giảm, mà hệ số này mô tả sự suy giảm theo quy luật hàm 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. Nó cũng 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. (Bố trí đo như hình p3.7, phụ lục 3 và điều kiện chuẩn khi đo cho trong bảng p2.5 phụ lục 2)
b. Với chùm electron: Đối với chùm tia electron, chất lượng chùm tia được đặc
trị liều hấp thụ cực đại ở độ sâu zmax. Liều hấp thụ trong nước ở độ sâu R50 đo với bố trí SSD = 100 cm, kích thước trường phải ít nhất là 10×10 cm khi R50 7 (g/cm2) (Eo 16 MeV) còn khi R50 7 (g/cm2) (Eo 16 MeV) thì kích thước trường phải từ 20x20 cm trở lên [25]. Việc lựa chọn độ sâu R50 trong nước làm hệ số đặc trưng cho chất lượng chùm tia electron, thay thế năng lượng trung bình E0 tại bề mặt phantom nước do nó có các ưu điểm sau:
Khi đo liều hấp thụ từ những chùm electron có năng lượng ban đầu như nhau, nhưng năng lượng trung bình E0 tại bề mặt phantom 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 các máy gia tốc khác nhau và cũng làm giảm sự nhiễm xạ của electron và photon trong chùm tia electron ban đầu. Đại lượng R50 không đo được trực tiếp mà tính gián tiếp từ giá trị độ sâu R50, ion. Đại lượng này ta phải đo bằng buồng ion hóa theo các điều kiện chuẩn. Nó 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 [17].
Khi R50, ion10 (g/cm2): R50 = 1,029R50, ion – 0,06 (g/cm2) (4.3) Khi R50, ion >10 (g/cm2): R50 = 1,059R50, ion – 0,37 (g/cm2) (4.4) Chú ý: độ sâu chuẩn zref được xác định như sau [7]:
zref =0,6.R50 – 0,1 (g/cm2) (4.5) Đối với chất lượng chùm tia R 50 < 4 (g/cm2) (Eo 10 MeV) 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 khác nhau. Khi ta đo liều hấp thụ ở độ sâu chuẩn zref lớn hơn độ sâu zmax trong nước với 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/cm2)(E0 ≈ 12 MeV) [17].
Ngoài bước xác định kQ,Qo từ thông số đặc trưng cho chất lượng chùm tia electron R50 là khác với photon (TPR20,10), các bước còn lại tiến hành tương tự.
4.1.3.2. Xác định giá trị điện tích MQ
Ghi nhận giá trị điện tích thô Mraw hiển thị dưới dạng số trên màn hình electrometer. Từ đó, ta tính được giá trị của đại lượng MQ:
MQ= MrawkT,Pkskpolkelec (4.6) Với Mraw đọc trên electrometer (nC, rdg); kT,P là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất; kpol là hệ số hiệu chỉnh sự phân cực; ks là hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp của ion trái dấu; kelec là hệ số định chuẩn electrometer.
4.1.3.3. Xác định giá trị liều hấp thụ trong nước tại độ sâu chuẩn
Từ hệ số định chuẩn
o D,W ,Q
N được cung cấp bởi các phòng thí nghiệm
chuẩn (sơ cấp hoặc thứ cấp) và các hệ số o Q,Q
k , MQ, ta xác định được giá trị liều hấp thụ ở độ sâu chuẩn zref trong nước (tại bệnh viện).
o o
w ,Q ref Q D,W,Q Q,Q
D (z )M N k (4.7)
4.1.3.4. Xác định giá trị liều hấp thụ trong nước tại độ sâu cực đại zmax
Dựa vào phép đo có bố trí hình học SSD hoặc SAD, ta sẽ xác định được liều hấp thụ cực đại tại độ sâu zmax :
w ,Q ref w ,Q max ref D (z ) D (z ) .100 PDD(z ) (4.8) w ,Q ref w ,Q max ref D (z ) D (z ) TMR(z ) (4.9)
Với Dw,Q(zmax) là liều hấp thụ tại độ sâu cực đại (Gy); Dw,Q(zref) là liều hấp thụ tại độ sâu chuẩn (Gy); PDD(z )ref là tỉ số liều sâu phần trăm (%);TMR(z )ref là tỉ số mô cực đại.
4.1.3.2. Xác định giá trị hệ số chuẩn
Hệ số chuẩn là tỉ số giữa liều hấp thụ trong phantom tại độ sâu chuẩn hay độ sâu cực đại (thường là Dw,Q(zmax)) với suất ra của máy gia tốc (Output). Giá trị của nó nằm trong khoảng 0,98 – 1,02 là đạt yêu cầu (sai số cho phép của suất ra là 2%)
Hệ số chuẩn = Dw,Q(zmax)/ suất ra (4.10)
4.2. Kết Quả kiểm chuẩn liều hấp thụ và QA 4.2.1. Kết quả kiểm chuẩn liều hấp thụ 4.2.1. Kết quả kiểm chuẩn liều hấp thụ
Vì sai số tối đa cho phép đối với suất ra (Output) của máy gia tốc thẳng là 2%[8]. Nên hệ số chuẩn phải nằm trong khoảng 0,98-1,02 (cGy/MU) thì quá trình chuẩn mới được thông qua. Tuy nhiên do tổng sai số trong quá trình xạ trị là khoảng 5% trở xuống cho tất cả các khâu như [20]: khám lâm sàng, mô phỏng và ghi nhận hình ảnh khối u, lập kế hoạch điều trị, chuẩn máy,…nên để đảm bảo yêu cầu trên, sai số của việc chuẩn liều càng nhỏ càng tốt.
Dưới đây là bảng giá trị hệ số chuẩn và sai số tương ứng với các lần đo tại Bệnh viện Unng Bướu Hà Nội và Bệnh viện Chợ Rẫy
Bảng 4.1 Hệ số chuẩn liều và sai số tương đối ở Bệnh viện Ung Bướu Hà Nội
Năng
lượng Bệnh viện Ung Bướu Hà Nội
MV Hệ số chuẩna Sai số b L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 6 1,00065 1,0003 0,9995 1,0012 0,0007 0,0003 -0,0005 0,0012 15 1,00865 1,0035 1,0079 0,9965 0,0087 0,0035 0,0079 -0,0035 5 1,007 1,0016 0,9995 1,001 0,007 0,0016 -0,0005 0,001 7 1,0033 1,0012 1,0048 0,9963 0,0033 0,0012 0,0048 -0,0037 8 1,0105 1,003 1,0003 0,9968 0,0105 0,003 0,0003 -0,0032 10 1,009 0,9975 0,996 0,9999 0,009 -0,0025 -0,004 -0,0001 12 1,0103 1,00067 1,00083 1,0067 0,0103 0,0007 0,00083 0,0067 14 1,0058 0,9986 0,9963 0,998 0,0058 -0,0014 -0,0037 -0,002 a
L1, L2, L3, L4 là lần chuẩn thứ 1, 2, 3, 4, chi tiết xem phần p1.3, phụ lục 1.
bL1, L2,L3,L4 là sai số tương đối ứng với các lần đo trên.
Nhận xét: Các sai số tương đối trong quá trình đo nằm trong khoảng 0,1- 1,05% là đạt yêu cầu. Điều này cũng phù hợp với thực tế vì máy gia tốc và các thiết bị đo ở đây mới đưa vào sử dụng hơn một năm, nên hoạt động với chất lượng ổn định. Mặt khác là do các kỹ sư Vật lý ở đây chuẩn liều khá tỉ mỉ và nghiêm túc.
Bảng 4.2 Hệ số chuẩn liều và sai số ở Bệnh viện Chợ Rẩy
Năng
lượng c Bệnh viện Chợ Rẩy
MV Hệ số chuẩna Sai số b L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 6 1,001404 1,003 0,99995 1,0002 0,0014 0,003 0,00005 0,0002 15 1,001601 0,0016 5 1,001526 1,00042 0,0015 0,00042 7 0,99991 1,0095 1,0025 -0,001 0,0095 0,0025 8 1,006783 1,0069 0,9994 1,01245 0,0068 0,0069 -0,0006 0,0125 10 0,993702 1,0013 0,9987 1,01435 -0,0063 0,0013 -0,0013 0,0144 12 1,008737 0,9962 0,0087 -0,0038 14 0,986985 1,0042 -0,013 0,0042 a
L1, L2, L3, L4 là lần chuẩn thứ 1, 2, 3, 4, chi tiết xem phần p1.2, phụ lục1
bL1, L2,L3,L4 là sai số tương đối ứng với các lần đo trên.
c
Hai mức năng lượng (6, 15 MV) của chùm photon, còn lại là của chùm electron Nhận xét: Các sai số đo được trong khoảng 0,1%-1,44% là đạt yêu cầu. Tuy nhiên sai số ở đây lớn hơn là do máy và các thiết bị đo ở đây đã hoạt động gần bảy năm, nên hoạt động ít ổn định hơn cho dù các kỹ sư tiến hành đo rất cẩn thận.
4.2.2. So sánh kết quả chuẩn liều tại các Bệnh viện
Từ kết quả trên cho thấy kết quả chuẩn liều tại hai bệnh viện trên ít có sự khác biệt. Mặc dù điều kiện, thiết bị và các bước tiến hành đo có khác nhau. Sự
chênh lệch về sai số tương đối chủ yếu là do tuổi thọ của máy móc chứ không phải do phương pháp đo gây ra.
4.2.3. Kết quả của việc QA cho chùm photon
Trong phần này chúng tôi đưa ra các kết quả đo được và tiến hành so sánh với các tiêu chuẩn của hãng sản xuất (Siemens) và AAMP TG 40 (bảng p2.2 phụ lục 2), gọi chung là tiêu chuẩn cho phép [8], [14] để kiểm chuẩn kết quả đo: nếu kết quả có sai số nằm trong giới hạn cho phép của các tiêu chuẩn thì chúng ta chấp nhận kết quả đo làm dữ liệu lưu vào phần mềm lập kế hoạch xạ trị, sử dụng để tính toán liều cho bệnh nhân. Nếu kết quả có sai số vượt quá giới hạn cho phép, chúng tôi sẽ tiến hành điều chỉnh, khắc phục để có kết quả đạt yêu cầu. Dưới đây là các kết quả đo và số liệu thu nhận được.
4.2.3.1. Tỉ lệ phần trăm liều hấp thụ theo độ sâu PDD của chùm photon
a. Với năng lượng 15MV
Đo với trường chiếu 10x10 cm, SSD =100 cm, chúng tôi thu được đường cong PDD và các đại lượng đặc trưng như: phần trăm liều hấp thụ tại các độ sâu 10cm (D100), độ sâu 20cm (D200), độ sâu zmax (Dmax) và tỉ số D100/D200, hình 4.3.
Hình 4.3: Đồ thị và các đại lượng đặc trưng của đường cong PDDđo với trường chiếu 10x10 cm của chùm photon 15 MV
b. Với năng lượng 6MV
Cũng tiến hành đo với trường chiếu 10x10 cm, SSD =100 cm, chúng tôi thu