2.4.1 Các quy trình đánh giá chất lƣợng chùm điện tử
Mặc dù có nhiều qui trình QA khác nhau cho máy gia tốc tuyến tính. Nhƣng có 3 tài liệu chính đƣợc khuyến cáo sử dụng là IEC 977 (Uỷ ban Kỹ thuật điện Quốc tế), IPEM 81 (viện Vật lý và Kỹ sƣ trong Y tế) và AAPM TG 40 (Hội vật lý trong y tế
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
Mỹ). Theo các khuyến cáo chỉ ra rằng cần phải kiểm tra kích thƣớc trƣờng chiếu, suất liều, liều, đƣờng đồng liều... Tuỳ theo các cơ sở xạ trị thì mỗi nơi lại có 1 chƣơng trình đánh giá chất lƣợng khác nhau theo đặc thù riêng (theo thiết bị, theo cấu hình máy, theo quan điểm của nhà cung cấp máy...).
Đối với chùm điện tử, ngoài các kiểm tra về cơ khí (trƣờng quay, góc quay collimator, chuyển động ngang dọc của giƣờng, sự đối xứng collimator…) thì các tài liệu chỉ ra việc đánh giá chất lƣợng chùm tia bao gồm việc kiểm tra năng lƣợng chùm tia, kiểm tra liều phát, kiểm tra độ phẳng, độ đối xứng của chùm tia. Các giá trị này đƣợc so sánh với giá trị ban đầu xuất xƣởng, hay dữ liệu của commisioning.
Tuỳ vào thiết bị đang có của cơ sở xạ trị thì việc đánh giá có thể đƣợc thực hiện theo các cách nhƣ sau: dùng trên hệ thống phantom nƣớc hoặc dùng trên hệ thống đo liều dùng phantom nhựa (mật độ tƣơng đƣơng mô).
2.4.2 TRS 398 và chuẩn liều điện tử trong phantom nƣớc
Cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã đƣa ra khuyến cáo chung cho các cơ sở y tế trong việc chuẩn liều chùm điện tử trong tài liều hƣớng dẫn TRS 398. Cơ sở lý thuyết cho việc chuẩn liều:
Liều hấp thụ trong nƣớc (đo tại cơ sở có máy xạ trị) của chùm điện tử biến đổi thành điện lƣợng thu đƣợc là Q khác với điện lƣợng thu đƣợc Q0 tại phòng thí nghiệm chuẩn. Do đó liều hấp thụ trong nƣớc ở độ sâu chuẩn zref đƣợc xác định kèm theo hệ số hiệu chỉnh kQ,Qo theo biểu thức sau:
0 ,Q Q D, ,Q Q Q, O
D M N k
Trong đó: -D ,Q là liều hấp thụ (Gy) đối với nƣớc tại độ sâu zref của chùm điện tử năng lƣợng Q. Độ sâu của zref thƣờng chọn tại độ sâu R50 tuỳ theo mức năng lƣợng phát ra của chùm tia.
- MQ M k k1 TP electk kpol s; M1 là giá trị đọc trên máy điện kế (nC), MQ là giá trị đã hiệu chỉnh theo điều kiện sử dụng của buồng ion hóa tại độ sâu xác định zref
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
(tại bệnh viện, điều kiện sử dụng bao gồm: hiệu chỉnh sai khác theo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, điện cực với lúc chuẩn buồng tại phòng thí nghiệm)
-
0 , ,
D Q
N là hệ số chuẩn buồng ion hóa (Gy/nC) trong điều kiện của nhà sản xuất đo đạc với năng lƣợng Q0
- ,
O
Q Q
k là hệ số hiệu chỉnh cho ảnh hƣởng của sự khác nhau giũa chùm tia chuẩn Q0 và chùm tia của ngƣời sử dụng Q. (Hệ số này có thể tra theo đồ thị quan hệ của chúng)
Sau khi tính toán đƣợc D ,Q tại độ sâu rref, chuẩn liều tại độ sâu z sẽ đƣợc tính qua liều sâu phần trăm (PDD). Đề tài sẽ không thực nghiệm chi tiết cho việc tính toán này. Việc đo liều sẽ đƣợc thực hiện trên máy đo liều (loại điện kế, tên máy: dose 1) mà kết quả hiện thị là liều đã đƣợc chuẩn (các tham số hiệu chỉnh về điều kiện sử dụng tại bệnh viện, hệ số chuẩn buồng ion hoá đã đƣợc nạp vào máy). Các sai số của phép đo này phải nhỏ hơn 3% [5].
2.4.3 Đo liều điện tử kiểm tra tại độ sâu z với máy đo liều (điện kế)
Liều hấp thụ của các chùm điện tử có thể đƣợc đo bằng máy đo đã tích hợp việc chuẩn hoá theo điều kiện chuẩn của nhà sản xuất. Buồng ion hoá, phantom và máy đo đƣợc bố trí nhƣ trên hình 2.12
Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thiết bị đo liều kiểm tra dùng buồng ion hoá.
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
Trong đó, D là liều hấp thụ (Gy) tại độ sâu cần đo; R là số đọc trung bình của máy đo, đƣợc hiệu chỉnh với áp suất, nhiệt độ, điện kế, độ ẩm tại nơi đo (Nc); N là hệ số chuẩn buồng ion hoá (Gy/ nC) ; C hệ số phẩm chất của năng lƣợng chùm tia (Do ảnh hƣởng của năng lƣợng chùm tia chuẩn thƣờng khác với năng lƣợng nơi sử dụng).
2.4.4 Phƣơng pháp đánh giá năng lƣợng chùm điện tử
Việc xác định năng lƣợng chùm điện tử truyền thống thực hiện theo hƣớng dẫn TRS 398. Việc tính toán này phải qua nhiều bƣớc vì vậy luận văn đã đƣa ra phƣơng pháp đánh giá năng lƣợng chùm điện tử qua độ sâu liều giảm 30% và 80% (R30 và R80 ) đơn giản hơn. Cách tính năng lƣợng chùm điện tử theo TRS 398, cơ sở lý luận phƣơng pháp mới và cách thức đánh giá đƣợc trình bày nhƣ sau:
a. Phƣơng pháp xác định năng lƣợng theo hƣớng dẫn của TRS 398
Theo TRS 398, năng lƣợng tại bề mặt đƣợc tính theo công thức:
Trong đó: C = 2,33MeV/cm là hệ đo trong nƣớc, độ sâu R50 đƣợc xác định qua kỹ thuật đo liên tục trên phantom nƣớc.
Giá trị độ sâu liều giảm nửa R50 đƣợc tính qua độ sâu liều giảm nửa R50,ion của đƣờng cong liều sâu phần trăm. Giá trị R50,ion xác định bằng cách đo liều liên tục trong phantom nƣớc.
Năng lƣợng trung bình của chùm điện tử đƣợc tính theo công thức:
b. Cơ sở lý luận phƣơng pháp đánh giá
Luận văn đƣa ra phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng năng lƣợng chùm điện tử thông qua đánh giá độ sâu R30 và R80 theo các cơ sở lý luận sau:
1. Độ sâu R30, R80 đƣợc xác định và so sánh với độ sâu R30 gốc, R80 gốc . Độ sâu R30 gốc, R80 gốc là giá trị mẫu cực kỳ quan trọng, là cơ sở dữ liệu đƣợc sử dụng trong suốt quá trình lập kế hoạch điều trị trên máy gia tốc và đƣợc
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
xác định lúc xuất xƣởng máy gia tốc.
2. Phƣơng pháp đánh giá mới tiến hành xác định R30, R80 và phƣơng pháp truyền thống xác định R50 đƣợc tiến hành trên cùng hệ thống phantom và cùng kỹ thuật xác định sẽ đảm bảo tính đồng bộ của 2 phƣơng pháp.
3. Đƣờng cong liều sâu phần trăm của chùm điện tử đặc trƣng theo năng lƣợng và độ dốc G tuyến tính qua độ sâu R30 và R80. Đánh giá tại độ sâu này sẽ đảm bảo đánh giá đƣợc đặc trƣng theo năng lƣợng này.
Các quy định về sai lệch cho phép của điều trị bằng máy gia tốc thẳng là 2mm [6], do đó sai lệch cho phép của phƣơng pháp đánh giá này là 2mm.
Bảng 2.4. Bảng đo liều để kiểm tra năng lượng trên máy đo
Năng lƣợng (MeV
Độ sâu liều giảm 80% Độ sâu liều giảm 30% Chỉ số máy (cm) Giá trị đo (cm) Chỉ số máy (cm) Giá trị đo (cm) 8 2,6 ± 0,2 3,5 ± 0,2
10 3,5 ± 0,2 4,5 ± 0,2 12 4,2 ± 0,2 5,4 ± 0,2
Tại các cơ sở xạ trị, thực trạng hiện nay là các thiết bị đo hỏng hoặc hỏng không hoàn toàn. Nếu hệ thống phantom nƣớc đo liên tục hỏng không thể xác định đƣợc giá trị độ sâu liều giảm 50% thì có thể đánh giá năng lƣợng chùm tia trên thiết bị đo kiểm tra điểm. Phƣơng pháp đo kiểm tra đƣợc đo trên máy điện kế (phần 2.4.4) kiểm tra liều tại các độ sâu xác định trƣớc R30, R80, Rmax và xác định liều sâu phần trăm tại đó. Các phép kiểm tra luôn phải đạt sai lệch dƣới 3% [5].
Bảng 2.5 Bảng đo liều và tính liều sâu phần trăm đánh giá năng lượng chùm tia
Năng lƣợng (MeV)
Độ sâu liều đạt
100% Độ sâu liều giảm 80% Độ sâu liều giảm 30% Chỉ số máy (cm) Giá trị đo (cGy) Chỉ số máy (cm) Chỉ số đo (cGy) Liều phần trăm Chỉ số máy (cm) Giá trị đo (cGy) Liều phần trăm 8 1,8 2,6 3,5 10 2,3 3,5 4,5 12 2,8 4,2 5,4
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
2.4.5 Phƣơng pháp xác định độ phẳng và độ đối xứng của chùm tia.
Việc đánh giá độ phẳng và đối xứng của chùm tia đƣợc sử dụng trên hệ thống đo liên tục và dùng phần mềm đo đạc liên tục OmniPro Accepts chỉ tại độ liều đạt cực đại (theo IEC). Cách ghép nối, cách đo trên các thiết bị sẽ đƣợc trình bày ở phần sau. Sau khi đo quét tất cả các vị trí trong phantom dữ liệu thu đƣợc sẽ ở dạng bảng dữ liệu hoặc đồ thị. Các công cụ trên phần mềm dễ dàng xác định đƣợc độ phẳng và độ xứng của chùm tia. Sai số nằm trong giới hạn 3%.
Trên thực tế độ sâu liều điều trị trải dài từ bề mặt vào trong, vƣợt qua độ sâu liều đạt cực đại. Độ sâu cần đánh giá độ phẳng, độ đối xứng phải đƣợc đánh giá tại nhiều độ sâu khác nhau. Phƣơng pháp đánh giá độ phẳng và độ đối xứng của chùm điện tử đƣợc đƣa ra trong đề tài không chỉ tại độ sâu liều đạt cực đại, mà tại nhiều độ sâu khác nữa. Phƣơng pháp này cũng đánh giá xem các yếu tố tán xạ, cơ khí... có ảnh hƣởng đến chất lƣợng độ phẳng, độ đối xứng chùm điện tử trên toàn bộ độ sâu hấp thụ.
Nếu các cơ sở không thể trang bị hệ thống phantom nƣớc hoặc do sử dụng lâu ngày hệ thống đã hỏng thì có thể thực hiện bằng cách đo kiểm tra trên máy đo điện kế. Các điểm đo liều sẽ đƣợc dịch chuyển trên giƣờng theo phƣơng vuông góc với trục trung tâm để kiểm tra độ phẳng và đối xứng của chùm tia. Phƣơng pháp này cần phải có độ chính xác cơ khí tốt.
Ngoài các phƣơng pháp kể trên còn có thể dùng phim để kiểm tra độ phẳng và đối xứng. Khi chiếu chùm tia vào phim theo các độ sâu đã xác định sẵn trong phantom nhựa, phim sẽ bị ion hoá. Các máy tính phân tích mật độ phim dựa trên hình ảnh scan phim có thể xác định đƣợc độ phẳng, độ đối xứng của chùm tia.
Trong đề tài, phƣơng pháp đo liên tục trên phantom nƣớc đánh giá độ phẳng, độ đối xứng tại nhiều độ sâu đã đƣợc thực nghiệm.
2.4.6 Phƣơng pháp xác định liều phát ra chùm điện tử
Phƣơng pháp xác định liều phát ra của máy gia tốc là đo liều kiểm tra khi máy gia tốc phát ra 300MU. Luận văn sẽ thực nghiệm để chứng minh liều phát ra, liều đo đƣợc
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
của máy gia tốc có tuyến tính (hình 2.13) và đề xuất đánh giá liều phát ra 200MU thay vì 300MU nhƣ mọi khi. Với việc đánh giá liều phát 200MU sẽ giảm đƣợc thời gian đánh giá, kéo dài tuổi thọ của súng điện tử nhƣng vẫn đảm bảo độ chính xác. Giá trị 200MU của máy phát ra để kiểm tra cũng là giá trị phát ra của máy gia tốc trong các kỹ thuật điều trị ung thƣ bằng chùm điện tử (tƣơng ứng với 2Gy) sẽ đảm bảo tính đồng bộ khi đánh giá.
Đã tiến hành thực nghiệm để chứng minh tính tuyến tính khi máy gia tốc phát ra 100MU, 150MU, 200MU, 250MU, 300MU, 350MU và 400MU. Các thực nghiệm này đƣợc thực hiện trên máy gia tốc thẳng Primus 5052, của hãng Siemens tại bệnh viện Bạch Mai. Các kết quả đo đƣợc tiến hành 5 lần cho các thực nghiệm và lấy kết quả đo trung bình (bảng 2.6)
Bảng 2.6. Bảng đo liều để đánh giá độ tuyến tính của liều phát ra
Năng lƣợng dmax cm) Kết quả đo trung bình (cGy)
100 MU 150 MU 200 MU 250 MU 300 MU 350 MU 400 MU 8 MeV 1,8 101,2 151,3 201,8 252,6 302,8 353,1 403,7 10 MeV 2,3 99,8 148,8 199,5 249,7 300 349,7 398,6 12 MeV 2,8 99,2 148,2 198,7 248,1 297 349,3 398.1
Với các giá trị đo đƣợc tƣơng ứng liều phát ra ta có thể dựng đƣợc đồ thị cho mối quan hệ tuyến tính này (hình 2.13). Từ đồ thị đƣờng thẳng quan hệ liều phát và liều đo đƣợc đi qua giá trị 200MU và 300MU là tuyến tính. Do đó có thể lấy giá trị phát ra 200MU cho việc đánh giá vẫn đảm bảo yêu cầu về độ chính xác.
Cơ sở thiết lập kiểm tra liều phát là đo và kiểm tra liều phát của máy khi tại một độ sâu dọc trục trung tâm so với liều phát ra của máy. Đơn vị mà máy gia tốc phát ra quy định là MU (Monitor Unit). MU là đơn vị của liều chiếu phát ra đƣợc quy ƣớc nhƣ sau: Máy gia tốc phát ra liều chiếu là 1MU thì khi đó liều hấp thụ thu đƣợc trong phanton nƣớc trên trục trung tâm chùm tia tại độ sâu có liều cực đại bằng 1cGy trong điều kiện khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nƣớc là 100cm (SSD = 100cm, source – skin distance), với độ rộng trƣờng chiếu là 10x10 cm (dựa vào qui ƣớc chung này để
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
chuẩn suất ra ban đầu cho máy).
Hình 2.13 Đồ thị kết quả đo liều phát ra của máy gia tốc có tuyến tính
Kỹ thuật truyền thống này đƣợc đo trên hệ thống phantom nƣớc hoặc nhựa, dùng máy đo liều điện tử. Với các máy đo liều đƣợc trang bị đi kèm để đo liều máy gia tốc có thể xác định đƣợc suất liều liên tục trên màn hình của máy đo và so sánh với suất liều của máy gia tốc phát ra.
Bảng 2.7. Bảng đo liều để đánh giá liều phát ra của máy gia tốc
Năng lƣợng (MeV)
Độ sâu dmax (cm)
Liều tại dmax
Chỉ số (MU) Liều đo (cGy) Sai số (%) 8 1,8 200
10 2,3 200 12 2,8 200
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
CHƢƠNG 3
THỰC HIỆN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CHÙM ĐIỆN TỬ
Để máy gia tốc điều trị ung thƣ hiệu quả thì trƣớc tiên chúng phải phát ra các chùm bức xạ ổn định theo các đặc trƣng của chùm tia. Tiếp theo là cần có một kế hoạch xạ trị tối ƣu nhất để tiêu diệt khối u. Việc điều trị hiệu quả sẽ là giảm chi phí điều trị cho bệnh nhân. Để có đƣợc điều đó thì quy trình sửa chữa, bảo dƣỡng, kiểm tra phải chính xác và hợp lý. Việc đánh giá chất lƣợng chùm tia không thể không có các hệ thống thiết bị đo.
Tại bệnh viện Bạch Mai, cũng nhƣ các bệnh viện Ung bƣớu Hà Nội, bệnh viện K, Chợ Rẫy và rất nhiều bệnh viện tuyến tỉnh khác có chung hệ thống đo chuẩn cho máy gia tốc. Chúng bao gồm: Hệ thống phantom nƣớc 3 chiều, hệ thống phantom nhựa, điện kế (hay còn gọi là máy đo điện tử, model: Dose 1), máy đo quét tuyệt đối CU500E và buồng ion hoá (đầu dò).
3.1 Hệ thống thiết bị đo liều của máy gia tốc 3.1.1 Hệ thống phantom nƣớc 3.1.1 Hệ thống phantom nƣớc
Hệ thống phantom nƣớc 3 chiều dùng để đo liều tại các độ sâu trong nƣớc. Hệ thống gồm có: một thùng tích nƣớc tinh khiết ít tạp chất, một bể chứa nƣớc có thành bể làm bằng thủy tinh hữu cơ (mật độ tƣơng đƣơng mô), bộ gá đỡ buồng ion hoá giúp buồng ion có thể dịch chuyển 3 chiều trong bể nƣớc, bàn nâng hạ giúp định vị bể nƣớc theo độ cao.
Đánh giá chất lượng chùm tia điện tử và ứng dụng trong điều trị ung thư dưới da
Hình 3.2 Hệ thống định vị và nâng hạ thùng nước
Hình 3.3 Thùng tích nước kèm máy bơm nước hai chiều.
Các thông số hệ thống phantom: Kích thƣớc (725 x 675 x 510)cm3; Giới hạn đo: 480 x 480 x 410 mm3; Độ phân giải 0,1mm; Độ chính xác: 0,5mm; Mật độ vật liệu bể chứa tƣơng đƣơng mô: 1; Độ dày bể: 1,5cm;
Hệ thống phantom đƣợc cài đặt theo sơ đồ minh hoạ hình 3.4.
Thùng chứa nƣớc Bàn nâng Nguồn phát Ống dẫn nƣớc Hệ động cơ định vị đầu dò
Buồng ion hóa
Hình 3.4 Hình ảnh minh họa hệ thống phantom nước
3.1.2 Máy đo CU500E quét dữ liệu và máy tính quản lý