2.3. Phương pháp xác ñịnh ñặc trưng chùm bức xạ photon, electron
2.3.2. Phân bố liều sâu cách tâm
Phân bố liều lượng trên đường vng góc với trục trung tâm của chùm tia ở một ñộ sâu nhất ñịnh ñược gọi là ñường ñồng mức chùm tia (phân bố liều sâu cách tâm). Sự biến ñổi của ñường ñồng mức từ tâm chùm tia ra bên chủ yếu có 3 phần sau (Hình 2.19):
Hình 2.19: Các vùng liều trong phân bố liều sâu cách tâm
- Phần trung tâm trường chiếu (central region) thường bằng phẳng và là vùng có phần trăm liều lượng tương đối lớn hơn 80% so với liều ở ñiểm trung tâm trường chiếu.
- Vùng bán dạ (penumbra region) là khoảng cách vùng liều lượng giảm nhanh ở 2 bên cánh giữa vùng liều lượng tương ñối 20%và 80%.
- Vùng bóng tối (umbra region) là vùng liều lượng tương đối nhỏ dưới 20% ở phần đi của đồ thị.
2.3.2.1. Xác ñịnh ñộ bằng phẳng (Flatness: F)
Hình 2.20: Hình vẽ xác định độ bằng phẳng
ðịnh nghĩa ñộ phẳng trường chiếu là sự biến ñổi của liều tương đối trong vùng liều tương đối đó. Vùng này chiếm 80% kích thước trường chiếu (trường chuẩn; với bề rộng của nó được định nghĩa là bề rộng tại vị trí 50% của một đường đồng liều chuẩn trên một mặt phẳng ngang), tính từ trục trung tâm của trường, trường này nằm trong mặt phẳng vng góc với trục đó (hình 2.20).
ðánh giá ñộ bằng phẳn (F) của chùm photon hay electron dựa vào cơng thức sau:
min max min max . 100 D D D D F + − = (2.6)
Trong đó trong đó, Imax và Imin tương ứng là giá trị phần trăm liều lớn nhất và nhỏ nhất trong khoảng 80% bề rộng của kích thước trường chiếu của một ñường cong liều chuẩn trên một mặt cắt ngang. Giới hạn cho phép của F là ±3%. Và việc kiểm tra thực nghiệm nên ño ở độ sâu có liều cực đại hoặc độ sâu 10 cm tùy trường hợp.
2.3.2.2. Tính đối xứng (S)
Dựa vào các ñường ñồng liều chuẩn ta khơng chỉ đánh giá ñược ñộ phẳng của chùm tia mà cịn có thể đánh giá được sự ñối xứng của chùm tia. Từ ñồ thị của ñường ñồng liều chúng ta gập lại ở giữa và so sánh hai nửa của ñồ thị với
nhau tại mọi ñiểm ñể suy ra ñộ ñối xứng, giới hạn sai khác cho phép là không vượt quá 2% ở mọi điểm đối xứng (hình 2.21).
Hình 2.21: Hình vẽ xác tính đối xứng
ðánh giá độ đồng đều (S) của chùm photon và electron ta dựa vào công thức sau: ∑ ∑ + − = − − = ) ( ) ( %. 100 %. 100 ) ( ) ( ) ( ) ( i right i left i right i left right left right left D D D D area area area area S (2.7)
Trong đó: Diện tích bên trái trục trung tâm arealeft =∑D(left)i.a ;Diện tích bên phải trục trung tâm arearight =∑D(right)i.a; a là bước nhẩy.
2.3.2.3. Vùng bán dạ (vùng bóng mờ)
Trong vùng bóng mờ có 3 thành phần: thành phần truyền qua (transmission penumbra), thành phần ñối xứng (geometric penumbra), thành phần tán xạ (scatter penumbra). Hình ảnh bên dưới mô tả trực quan thành phần truyền qua và thành phần đối xứng đóng góp hình thành vùng bóng mờ.
Hình 2.22: Thành phần truyền qua vùng bán dạ
Hình 2.23: Thành phần đối xứng vùng bán dạ
Trong vùng bóng mờ, đường đồng mức có sự thay đổi liều lượng nhanh tróng và phụ thuộc vào kích thước trường chiếu được tạo từ collimator, kích thước của nguồn phát và sự khơng đồng đều của điện tử. Liều lượng giảm nhanh khi ra ngoài trường chiếu và mở rộng ra vùng dưới collimator trong vùng đi bóng mờ, đóng góp vào vùng này có 3 thành phần, thành phần chuyền qua ngàm (jaw) của collimator (thành phần truyền qua), do kích thước của nguồn (thành phần đối xứng) và đóng góp có ý nghĩa nữa là tán xạ sảy ra trong mô hay phantom (thành phần tán
Thành phần đối xứng ảnh hưởng do kích thước nguồn phát Kích thước nhỏ = Thành phần đối xứng nhỏ Tăng kích thước = Tăng thành phần đối xứng
Tăng SSD hoặc tăng ñộ sâu = Tăng thành
phần ñối xứng
Tăng kích thước trường chiếu = Tăng thành phần ñối xứng
Geometric Penumbra
Jaw cắt ngang trường chiếu tại góc khác nhau phụ thuộc vào kích thước trường chiếu. Vì vậy trường chiếu ảnh hưởng ñến thành phần truyền qua.
Một số Jaw ñã ñược thiết kế với ñường cong ở ñầu khắc phục ảnh hưởng của thành phần truyền qua. Collimator Transmission Penumbra Transmission Penumbra
xạ). Tổng 3 thành phần được gọi là vùng bóng mờ vật lý. Vùng bóng mờ vật lý phụ thuộc vào năng lượng chùm tia, kích thước nguồn, SSD, khoảng cách nguồn phát tới collimator và độ sâu trong phantom.
2.3.2.4. Vùng bóng tối
Vùng bóng tối là vùng nằm ngồi trường chiếu xạ, vùng ngồi biên của đường phân bố liều sâu cách tâm. Liều lượng vùng này là rất thấp, được hình thành từ bức xạ truyền qua ñầu máy, collimator và tán xạ từ trường chiếu hoặc từ collimator.
2.3.3. Tiêu chuẩn của một số thơng số đặc trưng
ðể cho rõ ràng hơn trong luận văn, chúng tơi xin trình bày tiêu chuẩn kỹ thuật của một số thơng số đặc trưng cho chùm bức xạ đã sử dụng.
2.3.3.1 ðặc trưng năng lượng chùm photon
Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của hãng Siemens cho máy gia tốc Primus, một số ñặc trưng về khoảng cách liều hấp thụ cực ñại, liều hấp thụ tại ñộ sâu 10 cm ứng các mức năng lượng khác nhau ñược cho trong bảng 2.3.
Bảng 2.3: Tiêu chuẩn kỹ thuật hãng Siemens cho Zmax-tc và D10-tc [23]. Năng lượng Năng lượng
danh ñịnh (MV)
4 6 10 15 18 23 25
D10-tc (cm) 63 ±2 67 ±2 74 ±2 77 ±2 78 ±2 80 ±2 81 ±2 Zmax (cm) 1.0 ±0.2 1.5 ±0.2 2.5 ±0.2 3.0 ±0.2 3.2 ±0.2 3.5 ±0.2 3.6 ±0.2
Theo khuyến cáo của IAEA, ch ú ng t ôi sử dụng TPR20,10 ñể ñặc trưng cho hệ số chất lượng chùm tia. Giá trị thông số TPR20,10 trong miền 0.5 ñến 0.84 cho chùm photon được tạo bởi chùm eletron có năng lượng 1÷50MeV [15].
2.3.3.2 ðặc trưng năng lượng chùm electron
Về thông số chất lượng chùm tia eletron, theo khuyến cáo của IAEA, chùm electron có năng lượng trong khoảng từ 3÷50 MeV với thơng số đặc trưng chất lượng chùm tia R50 có giá trị 1÷20 g/cm2 [15].
Theo bản quy trình kỹ thuật của AAPM, nhóm làm việc thứ 51 của AAPM có đưa ra giá trị R50>2.6 cm với năng lượng danh ñịnh electron > 6 MeV, khi năng lượng danh ñinh > 10MeV giá trị thích hợp của R50>4.3 cm [11].
Trong quy trình kỹ thuật của hãng Siemens khơng sử dụng giá trị R50 ñể ñánh giá mà sử dụng 2 giá trị R80 và R30. Số liệu R80 và R30 ñược cho dưới bảng 2.4.
Bảng 2.4: Tiêu chuẩn kỹ thuật hãng Siemens cho R80 và R30 [23].
MeV 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 15 16 18 20 21 R30 (±0.2) 1.8 2.2 2.5 2.8 3.2 3.7 4.1 4.6 5.3 6.0 6.8 7.3 8.2 9.3 9.4 R80 (±0.2) 1.3 1.5 1.7 2.0 2.3 2.7 3.0 3.4 4.0 4.5 5.0 5.3 6.0 6.5 6.7
2.3.3.3 ðặc trưng phẩm chất chùm tia
Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của hãng Siemens, ñặc chưng phẩm chất chùm tia photon với trường chiếu 10x10 cm2 hoặc 40x40 cm2 về ñộ bằng phẳng ≤ 3%, tính đối xứng ≤ 2%, vùng bán dạ của trường chiếu tiêu chuẩn là 8±2 mm [23]. Còn theo các tác giả Leonard L Gunderson, Joel E Tepper, giá trị vùng bóng mờ điển hình trong khoảng 7 mm tới 12 mm [14].
Cũng theo tiêu chuẩn kỹ thuật của hãng Siemens cho ñặc chưng phẩm chất chùm tia electron với trường chiếu sử dụng côn 25x25 cm2 về tính đối xứng nhỏ hơn 2%, ñộ bằng phẳng ñược cho dưới bảng 2.5 [23].
Bảng 2.5: Tiêu chuẩn kỹ thuật hãng Siemens cho ñộ bằng phẳng chùm eletron MeV 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 15 16 18 20 21 MeV 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 15 16 18 20 21
% 10 7 6 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 6
Trong quy trình kỹ thuật của hãng Siemens khơng có thơng số đánh giá cho vùng bán dạ của chùm electron, chúng tơi xin trình bày từ tài liệu khác. Theo các tác giả Philip Mayles, Alan Nahum, Jean-Claude Rosenwald, với chùm electron năng lượng dưới 10 MeV giá trị bán dạ ñược kỳ vọng trong vùng từ 10 mm tới 12 mm, với năng lượng từ 10 MeV tới 20 MeV giá trị ước ñạt trong miền 8 mm tới 10 mm [19]. Theo Uỷ ban Kỹ thuật ðiện Quốc tế (IEC) sử dụng giá trị một nửa của R80 ñể ñánh giá ñộ bán dạ của chùm electron. Một số nhà sản xuất khác sử dụng một số thơng số khác để đánh giá cho vùng bán dạ của chùm electron như ở ñộ R90 hoặc R100 [20].
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
Phần kết quả thực nghiệm của luận văn tiến hành ño liều hấp thụ tương ñối của bức xạ photon, electron phát ra từ máy gia tốc xạ trị Primus Plus tại bệnh viện K, Hà Nội với mức năng lượng photon 6 MV, 15 MV và electron 9 MeV, 12 MeV theo ñộ sâu và khoảng cách tới trục trong Phantom nước.
3.1. ðặc trưng chùm photon trên máy gia tốc Linac Primus
3.1.1. Phân bố liều sâu phần trăm chùm photon
ðể xác ñịnh phân bố liều sâu phân trăm của chùm photon, hệ đo được bố trí như đã trình bày ở chương 2, trong đó kích thước trường chiếu 5×5 cm2, 10×10 cm2, 15×15 cm2, 20×20 cm2, 30×30 cm2, 40×40 cm2. ðặt đầu đo trùng tâm trường chiếu ở khoảng cách SSD 100 cm, ñầu ño dịch chuyển xuống sâu 32 cm, ñầu ño ghi nhận số liệu sau mỗi khoảng cách 0.1 cm. Máy gia tốc phát tia liên tục, bật hệ ño quét và ghi nhận dữ liệu thiết lập ñến khi hết khoảng cách cần ño. Số liệu ñược ghi nhận ít nhất 1 lần cho mỗi trường chiếu và chọn số liệu ghi nhận được khi khơng có sự thăng giáng bất thường. Số liệu ghi nhận ñược cho trong phụ lục số 1.
Qua sử lý số liệu phụ lục số 1 về phân bố liều sâu phần trăm của mức năng lượng 6 MV và 15 MV với các trường chiếu khác nhau thu ñược ñồ thị phân bố liều sâu phần trăm cùng một số thơng số đặc trưng đánh giá năng lượng chùm tia.
3.1.1.1 ðồ thị phân bố liều sâu phần trăm chùm photon
Hình ảnh đồ thị phân bố liều sâu phần trăm chùm photon mức năng lượng 6 MV và 15 MV ứng với các trường chiếu khác nhau được mơ tả tương ứng dưới hình vẽ 3.1 và hình vẽ 3.2. Từ hình vẽ 3.1, 3.2, và phụ lục số 1, chúng tơi có một số nhận xét sau.
Về hình dạng đường cong phân bố liều hấp thụ, chúng tôi nhận thấy rằng trên bề mặt mô hay bề mặt phantom liều hấp thụ tương ñối nhỏ, càng vào sâu liều hấp thụ tương ñối tăng nhanh ñến giá trị cực ñại tại ñộ sâu 1.6 (cm) ñối với chùm photon 6 MV và 2.9 cm đối với photon 15 MV. Sau vị trí cực đại, càng vào sâu bên trong liều hấp thụ tương ñối giảm dần theo ñộ sâu. Từ ñồ thị 3.1 và 3.2 ta thấy dạng
đồ thị và vị trí cực đại phụ thuộc khơng đáng kể vào trường chiếu mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng chùm photon.
PDD Photon 6 MV 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 độ sâu (cm) li ề u s â u t ư ơ n g đ ố i (% ) 5x5 10x10 15x15 20x20 30x30 40x40
Hình 3.1: Phân bố liều sâu phần trăm tương ñối theo bề dày của chùm photon
6 MV với kích thước trường chiếu khác nhau
PDD Photon 15 MV 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 độ sâu (cm) li ề u s â u t ư ơ n g đ ố i (% ) 5x5 10x10 15x15 20X20 30x30 40x40
Hình 3.2: Phân bố liều sâu phần trăm tương ñối theo bề dày của chùm photon 15
Về liều bề mặt phantom, liều bề mặt tăng khi kích thước trường chiếu tăng với cùng mức năng lượng, cùng kích thước trường chiếu liều bề mặt giảm khi năng lượng tăng. Những điều trên có thể giải thích do đo liều hấp thụ bề mặt chủ yếu là ño bức xạ tán xạ trực tiếp từ môi trường khơng khí và tán xạ ngược lại từ mơi trường phantom. Nên kích thước trường càng lớn đóng góp vào liều hấp thụ tại tâm càng lớn hơn. Với năng lượng nhỏ hơn, đóng góp bức xạ tán xạ trực tiếp từ khơng khí là nhiều hướng hơn so với năng lượng lớn hơn đóng góp chủ yếu từ hướng chính nên cùng kích thước trường chiếu năng lượng càng lớn thì liều bề mặt càng nhỏ hơn. Liều sâu phần trăm mức 6 MV tăng từ 41.8% tới 64.7% khi kích thước tăng 5×5 cm2 đến kích thước 40×40 cm2, với mức 15 MV tăng từ 24.3% tới 54.6% khi kích thước tăng 5×5 cm2 đến kích thước 40×40 cm2. Cùng kích thước trường chiếu 10×10 cm2, liều sâu phần trăm mức 6 MV là 46.1% nhưng mức 15 MV chỉ là 29.8%.
Từ ñồ thị 3.1 và 3.2 và bảng số liệu phụ lục 1, chũng tôi cũng nhẫn thấy giá trị liều hấp thụ Dmax, ứng với mỗi mức năng lượng 6 MV và 15 MV, thỏa mãn ñộ sâu Zmax lớn nhất ở trường chiếu 5×5 cm2 và giảm khi các trường chiếu lớn hơn.
Về vùng giảm liều sau khi ñạt cực ñại, cũng có đặc điểm chung vùng giảm chậm hơn so với vùng tăng ñến ñạt cực ñại, với cùng mức năng lượng thì kích thước trường chiếu rộng hơn mức giảm chậm hơn nghĩa là cùng độ sâu kích thước trường lớn hơn thì liều sâu phần trăm lớn hơn.
Khi so sánh 2 mức năng lượng 6 MV và 15 MV, hình vẽ 3.3 thể hiện liều hấp thụ tương ñối của 2 mức năng lượng trong cùng trường chiếu tiêu chuẩn. Từ hình vẽ 3.3 chúng tơi nhận thấy, vùng cân bằng điện tích (vùng liều sâu phần trăm từ bề mặt tới giá trị ñộ sâu ñạt Dmax) càng rộng khi năng lượng càng tăng do bức xạ thứ cấp có năng lượng lớn hơn nên ñộ sâu ñạt ñược cũng lớn hơn bề rộng vùng lớn hơn cùng ñộ sâu Dmax tăng lên.
So sánh PDD chùm photon với trường chiếu 10x10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 ñộ sâu (cm) li ề u s â u t ư ơ n g ñ ố i (% ) Photon 6MV Photon 15MV
Hình 3.3: So sánh đường cong phân bố liều sâu phần trăm tương ñối theo bề dày
của chùm photon 6 MV và 15 MV với cùng trường chiếu 10×10 cm2 3.1.1.2 Một số thơng số đặc trưng năng lượng chùm photon
Do giới hạn trong khuôn khổ luận văn, chúng tơi xin đi vào một số thơng số cơ bản như, khoảng cách liều hấp thụ cực ñại, và thơng số đánh giá chất lượng chùm tia tại ñộ sâu 10 cm cùng với tỉ số mô phantom tại khoảng cách 20 cm so với 10 cm. Kết quả ñược ñưa ra trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Một số thơng số đặc trưng năng lượng chùm photon Mức năng lượng Zmax (cm) Zmax–tc (cm) D10 D10-tc TPR20,10 TPR20,10–tc 6MV 1.6 1,5 ± 0.2 67.4% 67 ± 2% 0.66 0.50÷0.84 15MV 2.9 3.0± 0.2 76.8% 77 ± 2 % 0.77 0.50÷0.84
Trong bảng 3.1, các kí hiệu Zmax và Zmax-tc lần lượt là khoảng cách liều sâu cực ñại và khoảng cách liều sâu cực ñại theo tiêu chuẩn; D10 và D10–tc tương ứng liều sâu phần trăm ở ñộ sâu 10 cm của máy ño ñược và tiêu chuẩn máy; TPR20,10 và
So sánh kết quả ño ñược với tiêu chuẩn cho phép, chúng tơi thấy kết quả đo các ñặc của PDD nằm trong giới hạn sai số tiêu chuẩn cho phép. Nên phân bố liều sâu của mức năng lượng photon 6 MV, 15 MV do máy gia tốc phát ra vẫn ñảm bảo thơng số đặc trưng về năng lượng chùm tia. Kết quả đo này có thể sử dụng làm dữ liệu đưa vào phần mềm lập kế hoạch để nâng cao độ chính xác.
3.1.2. Phân bố liều sâu cách tâm chùm photon
ðể xác ñịnh phân bố liều sâu cách tâm của chùm photon, hệ đo vẫn được bố trí như đã trình bày chương 2, trong đó các thơng số trường chiếu: góc quay đầu máy 0o, khoảng cách SSD 100 cm, kích thước trường chiếu 10×10 cm2. ðặt đầu đo trùng tâm trường chiếu ở, ñầu ño dịch chuyển dọc theo trục vng góc ra biên cách -7.5 cm. ðo ở các ñộ sâu 1.6 hoặc 2.9 , 5, 10, 15, 20, 25 cm, khi ño ñầu ño dịch chuyển từ khoảng cách -7.5 cm ñến 7.5 cm. Số liệu ghi nhận ñược cho trong phụ lục số 3.