Hệ uốn chùm tia 2700: electron từ ống gia tốc ñi vào ñầu máy ñưới một ñiện
trường cung cấp bới một nam châm điện được uốn góc 2700.
Cặp lá tá xạ: một lá tán xạ bằng vàng ñộ dầy 0.002÷0.008 inch dùng cho
năng lượng cao, lá cịn lại được làm bằng thép khơng gỉ có độ dầy 0.003÷0.006 inch dùng cho năng lượng trung bình hoặc thấp.
Bia tia X: vật liệu bia ñược làm bằng hợp kim Wolfram.
Bộ phận lọc phẳng chùm bức xạ: là thiết bị làm cho sự phân bố liều phát ra ñược ñồng nhất. Tùy thuộc vào mức năng lượng mà vật liệu có thể là nhơm hoặc thép khơng gỉ với độ dầy và hình dạng khác nhau.
Hệ 2 ngàm chuyển động độc lập: Hệ ngàm này có nhiệm vụ chuẩn trực chùm
bức xạ và thiết lập ñộ rộng trường chiếu.
Buồng ion hóa mỏng được lắp ngay lối ra của chùm bức xạ. Nhiệm vụ của buồng ion hóa này là kiểm sốt liều lượng do máy gia tốc phát ra, ñảm bảo rằng lượng liều phát ra phải ñúng với lượng liều ñã ñặt trước vào máy.
Giường bệnh: là nơi đặt bệnh nhân và bố trí các tư thế xạ trị. Nó có thể quay
được quanh trục trên mặt phẳng nằm ngang và cũng có thể nâng lên, hạ xuống để tạo khoảng cách điều trị thích hợp.
Bảng ñiều khiển: là thiết bị ñiều khiển các hoạt ñộng của máy gia tốc như
quay, đặt vị trí cho các jaw (ngàm) trong ống chuẩn trực ñể ñịnh vị trường ñiều trị…
Nguồn cao áp: cung cấp nguồn điện một chiều cho máy phát sóng.
Ngồi ra máy cịn có một số bộ phận khác khơng được thể hiện trên hình vẽ: các cuộn hội tụ và lái tia, hệ thống nước làm mát, hệ thống bơm hút chân không, hệ thống bảo vệ chống lại sự rò rỉ bức xạ…
2.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng
ðầu tiên, các electron ñược sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng ñiện tử, hay súng electron. Các electron này ñược ñiều chế thành các xung và phun vào buồng gia tốc. Buồng gia tốc có hai loại, đó là buồng gia tốc sóng ngang và buồng gia tốc sóng đứng. Bức xạ vi sóng được cung cấp dưới dạng các xung ngắn, khoảng một
vài µs và được phát ra dưới dạng các xung sóng cao tần, khoảng 50 KV, từ bộ điều chế xung ñến nguồn phát vi sóng. Cấu trúc này thường là “van” Magnetron. Ở một số máy phát năng lượng cao người ta dùng Klystron.
Xung ñiện tử và xung sóng cao tần được phun vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời ñiểm (tạo ra sự cộng hưởng). Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân khơng dưới áp suất thấp, tạo ra chuyển ñộng tự do, tránh va chạm với các phần tử khí suốt dọc chiều dài chuyển ñộng của chúng. Năng lượng mà các electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống gia tốc tùy thuộc vào biên độ của điện trường, có nghĩa là phụ thuộc vào cơng suất khơng đổi của nguồn sóng cao tần.
Chùm electron được tăng tốc có xu hướng phân kỳ một phần do lực tương tác ñẩy Coulomb. Tuy nhiên, sự phân kỳ này có thể được khắc phục khi sử dụng một từ trường hội tụ ñồng trục. Từ trường này do các cuộn dây nam châm cung cấp, ñương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng. Ngồi ra cịn có các cuộn lái bức xạ, ñược sử dụng ñể dẫn chùm electron chuyển ñộng theo đúng hướng và vị trí u cầu.
Các electron được gia tốc tới năng lượng yêu cầu ñược lái qua ñầu máy ñiều trị ñể sử dụng trực tiếp khi ñiều trị bằng chùm electron. Khi máy ñược sử dụng trong chế ñộ phát photon tia X, chùm electron (ñã ñược gia tốc tới năng lượng khá lớn) sẽ ñược hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử Z lớn (bia tia X), ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia X nhờ hiệu ứng phát bức xạ hãm. Bức xạ này ñược sử dụng ñể ñiều trị ung thư.
2.1.3. Thông số kỹ thuật máy gia tốc thẳng PRIMUS- Siemens
Kích thước của hệ thống máy PRIMUS được thể hiện dưới hình 2.3.
Năng lượng: Máy gia tốc PRIMUS ñược thiết kế ñể tạo ra các loại năng
lượng (chùm tia X, chùm ñiện tử):
- 02 mức năng lượng photon 6; 15 MV.
Hình 2.3: Thơng số kĩ thuật của máy gia tốc
Suất liều cực ñại: 600 MU/phút.
Thân máy: có thể quay ± 1800; khoảng cách từ bia tới tâm là 100cm.
Ống chuẩn trực (Collimator): quay ± 1800 với bộ ñầu ñịnh dạng chùm tia hiệu suất cao.
Kích thước của trường chiếu: Trường chiếu ñược ñịnh nghĩa bởi hai cặp
ngàm trực giao, cặp ngàm Y (hướng dọc hay phía trên) và cặp ngàm X (hướng ngang hay phía dưới) đều có thể cân chỉnh được. Các cặp ngàm này có khả năng tạo ra các trường chiếu có kích thước từ 0x0 cm đến 40x40 cm tại mặt phẳng trực giao có chứa điểm đồng tâm. Có thể chọn các cặp ngàm dịch chuyển độc lập phía trên (Y) và phía dưới (X), các cặp ngàm đều có thể cân chỉnh. Các ngàm X có thể dịch chuyển qua tâm 2 cm (10 cm với ngàm ña lá) và 10 cm ñối với các cặp ngàm Y (Hình 2.4).
Hình 2.4: Các cặp Jaw và sự tạo dạng trường chiếu
Bộ hội tụ chùm ñiện tử (Electron applicator): Sẵn có các loại chuẩn hình
và 25x25 cm.
Trọng lượng: 680 kg.
Nguồn: 380 VAC/ 3 phase/50Hz. Công suất máy: 42 KVA.
2.2. Các thiết bị đo liều và mơ hình hóa thực nghiệm
2.2.1. Hệ thống ño liều lượng
Hệ thống đo liều gồm: máy tính cài đặt phầm mềm Omnipro-Accepts đóng vai trị trung tâm sử lý và ñiều khiển; bộ điều khiển CU500E đóng vai trị là bộ điều khiển dịch chuyển buồng ion hóa; phantom nước là mơi trường đo liều được thiết kế gắn ñầu ño và ñộng cơ di chuyển buồng ion hóa; máy đo liều MD240 ñiều khiển detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13, ghi nhận và sử lý tín hiệu thơng qua cáp CA24. Sơ đồ ghép nối hệ đo được thể hiện như trong hình 2.5. Ngồi ra cịn có detector tham chiếu và cổng kết nối PCI CAN Bus.
Hình 2.5: Sơ đồ ghép nối hệ đo với máy tính
2.2.1.1. Phantom nước
Phantom nước là một bể chứa có thành bể làm bằng thủy tinh. Trong quá trình đo đạc bể được bơm đầy nước. Nước được dùng là nước tinh khiết có thành phần tạp chất thấp. Trong phantom này có vị trí gắn đầu đo ñược kết nối với hệ
thống ñộng cơ, giúp cho ta có thể đặt đầu đo tại bất kì vị trí nào trong phantom nước đó (như trong hình 2.6). Kích thước của phantom nước đó như sau:
- Kích thước ngồi: 725 x 675 x 510 mm3. - Thể tích quét: 480 x 480 x 410 mm3. - ðộ phân giải vị trí: 0.1 mm.
- ðộ chính xác: ± 0.5 mm. - Thể tích chứa: 200 lít.
- Chiều dày bể chứa / vật liệu: 15mm/acrylic.
Hình 2.6: Phantom nước
2.2.1.2. Buồng ion hóa
Có nhiều loại buồng ion hóa được sử dụng trong xạ trị, hiện tại ở bệnh viện K sử dụng detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13 như trong hình 2.7.
Hình 2.7: Detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13
Thơng số về kích thước của buồng ion hóa CC13 được thể hiện trong hình 2.8. Vị trí đặt buồng Ion hóa
Hình 2.8: Cấu tạo của buồng ion hóa CC13
ðặc điểm
Có những đặc điểm chung của buồn ion hóa Compact Wellhưfer: - Buồng ion hóa khơng khí.
- Có các lỗ thống khí. - Khơng thấm nước. - ðược bảo vệ ñầy ñủ. Ứng dụng
- ðo liều tương ñối chùm photon (1 ÷ 50 MV), electron (3 ÷ 50MeV) và proton (50 ÷250 MeV) trong xạ trị.
- ðo trong mơi trường khơng khí, chất rắn, trong phantom nước. - Sử dụng là detector tiêu chuẩn trong thực nghiệm ño phantom nước.
Vật liệu
- ðiện cực ngồi làm bằng vật liệu C552, độ dầy 0.4 mm, 1.7 g/cm3. - ðiện cực trong làm bằng vật liệu C552, đường kính 1 mm.
Kích thước vùng hoạt
- Thể tích thơng thường 0.13 cm3. - Tổng chiều dài của vùng hoạt 5.8 mm. - ðường kính bên trong của hình trụ 3.0 mm.
Cáp và ñầu nối
- Kiểu kết nối TNC ba trục. - Chiều dài của dây cáp 10 m.
2.2.1.4. Máy ño liều MD 240
Máy ño liều MD 240 được thiết kế đặc biệt có khả năng ghi nhận tín hiệu từ 23 buồng ion hóa khác nhau thơng qua cáp kết nối CA24 và thêm một kênh tín hiệu để đo liều tương đối từ ñầu ño CC13. Hình ảnh mặt trước và mặt sau của máy ño liều MD 240 được thể hiện như trong hình 2.9.
Hình 2.9: Hình ảnh máy đo liều MD 240
MD 240 thu nhận tín hiệu từ hai buồng ion hóa (chính và tham chiếu) và truyền tải về máy tính để phần mềm OmniPro-Accept xử lý.
2.2.1.4. Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính
CU (Control Unit) ñược kết nối với máy tính cài đặt phần mềm OmniPro- Accept. Có chức năng điều khiển sự di chuyển của buồng ion hóa chính trong phantom (ñi lên, ñi xuống, sang trái, sang phải) theo các vị trí đã được lập trình sẵn trong phần mềm. Hình ảnh mặt trước và mặt sau của bộ ñiều khiển dịch chuyển buồng ion hóa chính được thể hiện như trong hình 2.10.
Hình 2.10: Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính CU500E
2.2.1.5. Phần mềm thu nhận và xử lý số liệu
Tên phần mềm: OmniPro Accepts - Phiên bản: 6.6c - Nhà sản xuất: IBA Dosimetry - Xuất xứ: ðức. Hình ảnh giao diện phần mềm như trong hình 2.11.
Các chức năng chính:
- Kết nối với CU ñể dịch chuyển đầu dị đến các vị trí cần đo liều theo yêu cầu của phần mềm mà người dùng ñã nhập vào.
- Hiển thị kết quả đo đạc.
Hình 2.11: Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts
2.2.2. Bố trí hình học đo
Hình học đo xác định các ñặc trưng của chùm bức xạ có đặc điểm chung và riêng ứng với ñặc trưng năng lượng và phẩm chất chùm tia như mơ tả trong hình 2.12.
Buồng ion hóa chính (field ion chamber): ðược đặt trong phantom nước, trong vùng chiếu xạ. Sử dụng để đo liều tích lũy trong phantom nước tại các vị trí khác nhau.
Buồng ion hóa tham chiếu (Reference ion chamber): ðược đặt ở phía trên trong khơng khí, trong vùng chiếu xạ. Sử dụng trong việc đo liều tham chiếu trong khơng khí để so sánh với liều ño ñạc trong phantom nước.
ðặc ñiểm chung là khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nước là SSD = 100 cm, góc quay đầu máy 0o, đầu đo 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 đo. Số liệu được 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. Một số đặc điểm riêng ñược nêu trong chương 3 ứng với từng ñặc trưng ño.
Về kích thước trường chiếu, chúng tơi sử dụng trường chiếu tiêu chuẩn 10x10 cm2 khi đo cho chùm photon, cịn electron chúng tơi sử dụng bộ hội tụ chùm điện tử (electron applicators hay các cơn) kích thước 10x10 cm2.
Hình 2.13: Các applicators (các cơn) sử dụng trong xạ trị
Các applicators ñược dùng khi sử dụng chùm electron. Nguyên nhân là sau khi chùm eletron qua lá tán xạ, có một lượng eletron tương tác với các thành phần cấu tạo ñầu máy gia tốc và vùng khơng khí giữa lối ra và bệnh nhân. Lượng bức xạ này đủ lớn đóng góp vào phần bán dạ tới mức không thể chấp nhận được trong thực tế lâm sàng. Hình ảnh applicators dùng trong xạ trị như được mơ tả trên hình 2.13. Trong điều trị cần căn cứ vào hình dạng khối u, ta chọn cơn với kích thước thích hợp để tạo khn chi phù hợp hình dạng khối u.
2.2.3. Phương pháp căn chỉnh tia lazer xác ñịnh tâm ño
Hình 2.14: Tâm tại khoảng cách 100 cm
Ta dùng các tia lazer mảnh hai bên và lazer thẳng đứng để xác định tâm đo (như hình vẽ 2.14 ñã minh họa).
2.3. Phương pháp xác ñịnh ñặc trưng chùm bức xạ photon, electron.
2.3.1 Phân bố liều sâu phần trăm
2.3.1.1. ðối với chùm photon
Khi một chùm photon ñi vào mơi trường khơng khí, thơng lượng photon và liều hấp thụ sẽ giảm theo quy luật bình phương khoảng cách. Tuy nhiên, khi photon đi vào một mơi trường có khối lượng riêng lớn như phantom nước thì liều hấp thụ khơng còn tuân theo quy luật khoảng cách nữa.
Hình 2.15 minh họa một phân bố liều hấp thụ trên trục trung tâm khi chùm tia photon ñi vào phantom nước. Ta thấy rằng, khi chùm photon ñi vào bề mặt phantom, tại đó liều hấp thụ có giá trị Ds. Sau đó, khi nó đi sâu vào phantom, liều hấp thụ tăng lên nhanh chóng đạt giá trị cực ñại Dmax tại z = zmax, vượt quá ñộ sâu zmax liều hấp thụ giảm cho ñến giá trị Dex ở cạnh lối ra của
phantom.
ðối với chùm photon, liều hấp thụ tại bề mặt phantom thấp hơn nhiều so với liều hấp thụ cực ñại tại ñộ sâu zmax. Nó phụ thuộc vào năng lượng và tăng theo kích thước trường chiếu. Liều hấp thụ này bằng khoảng 30% liều hấp thụ cực ñại cho chùm photon nguồn Co60, 15% cho tia X (6 MV), 10% cho tia X (18 MV) [20]. Liều hấp thụ tại bề mặt phantom có sự đóng góp: Những photon tán xạ từ collimator, nêm lọc và khơng khí; Photon tán xạ từ phantom; Những electron năng lượng cao ñược sinh ra do tương tác của photon với khơng khí.
Vùng hình thành liều hấp thụ là vùng liều tăng rất nhanh giữa bề mặt z = 0 và ñộ sâu z = zmax trong phantom. Liều hấp thụ tại một ñiểm trong phantom ñược quyết ñịnh bởi những hạt mang ñiện thứ cấp ñược tạo ra bởi các hiệu ứng quang ñiện, tán xạ Compton, tạo cặp giữa photon với phantom. Những electron ñược sinh ra trong các hiệu ứng trên sẽ ñể lại năng lượng bên trong phantom.
Tại bề mặt phantom, ñiều kiện cân bằng hạt mang điện khơng thỏa mãn cho nên liều hấp thụ nhỏ hơn Kerma va chạm D < Kcol .
Khi ñạt tới ñộ sâu z = zmax (bằng quãng chạy R của hạt mang ñiện thứ
cấp), ñiều kiện cân bằng hạt mang điện thỏa mãn thì liều hấp thụ có giá trị gần bằng Kerma va chạm D = kcol .
Vượt quá ñộ sâu zmax, ñiều kiện cân bằng hạt mang ñiện tạm thời tồn tại vì cả liều hấp thụ và Kerma va chạm sẽ giảm như nhau (thông lượng photon trong phantom giảm). ðộ sâu zmax của liều hấp thụ cực ñại Dmax phụ thuộc vào năng lượng của photon và kích thước trường chiếu.
Ví dụ kết quả thực nghiệm ñộ sâu zmax ứng các mức năng lượng khác nhau ñược ñưa ra trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: ðộ sâu liều hấp thụ cực ñại zmax cho những chùm photon có năng lượng khác nhau với kích thước trường chiếu 5 × 5 cm [20] .
E (MV) Co-60 4 6 10 18 25
zmax(cm) 0,5 1 1,5 2,5 3,5 5
ðối với một chùm tia năng lượng cho trước, ñộ sâu zmax lớn nhất khi kích thước trường chiếu 5×5 cm, cịn độ sâu zmax giảm khi kích thước trường chiếu lớn hơn 5×5 cm (ảnh hưởng của tán xạ từ collimator và nêm lọc) và khi kích thước trường chiếu nhỏ hơn 5×5 cm (ảnh hưởng của tán xạ từ phantom) [20] .
Với cùng một kích thước trường chiếu, năng lượng càng tăng thì độ sâu zmax
càng lớn và phân bố đường đồng liều càng ít nhọn đi. Hình 2.16 ở dưới mô tả liều sâu phần trăm trong nước ứng với mức năng lượng khác nhau thể hiện rõ ñiều này.
Hình 2.16: ðường PDD trong nước với kích thước trường chiếu 10 × 10 cm2, khoảng cách SSD 100 cm ứng các mức năng lượng trong giải từ 60Co ñến 25MV.
ðể ñánh giá chất lượng chùm tia photon, IAEA khuyến cáo sử dụng TPR20,10
ñể ñặc trưng cho hệ số chất lượng chùm tia. Nó được định nghĩa là tỷ số giữa giá trị liều hấp thụ ở ñộ sâu 20 cm và giá trị liều hấp thụ ở ñộ sâu 10 cm trong nước, với kích thước trường chiếu chuẩn, SCD=100 cm. TPR20,10 có thể được