CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ IMRT
3.3.2 Kiểm tra hệ thống phần cứng và phần mềm đƣợc sử dụng để lập kế hoạch và phân phối liều trong IMRT
Phần này tôi xin được giới thiệu sơ lược về nội dung của các nhiệm vụ: kiểm chuẩn, nghiệm thu hệ thống (thường gọi là commissioning), đo chuẩn suất liều các chùm tia định kỳ và kiểm soát an toàn bức xạ tại cơ sở. Trong đo liều xạ trị, ba công việc này đều có điểm chung là đo lường bức xạ, nhưng mỗi nhiệm vụ lại cần sử dụng các loại máy đo liều phóng xạ chuyên dụng khác nhau, phương pháp đo, xử lý số liệu khác nhau và phải tuân theo các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của Cơ quan
65
Năng lượng Nguyên tử Quốc tế -IAEA. Khi nắm vững được các kỹ thuật đo liều cơ bản này, thực hành thành thạo thường quy thì kỹ sư vật lý xạ trị mới có thể hiểu và sử dụng các thiết bị dùng để kiểm tra đánh giá kế hoạch điều trịIMRT rất phức tạp.
Theo khuyên cáo của IAEA, sai số lý tưởng trong xạ trị là ≤ ±5%, do vậy sai số cho phép về đo liều là ±2%, sai số cho phép c ủa hệ thống cơ khí máy gia tốc là
±1%. Đây là những sai số mà kỹ sư vật lý xạ trị phải chịu trách nhiệm kiểm soát.
Sai số còn lại phụ thuộc vào sự đánh giá kích thước, xác định vị trí khối u của các BS, vào việc đặt, cố định tư thế bệnh nhân hàng ngày của kỹ thuật viên xạ trị…
Kiểm chuẩn, nghiệm thu hệ thống là quy trình kỹ thuật vật lý khi đo, quét (scanning) toàn bộ các thông tin, dữ liệu về chùm tia sau khi đã l ắp đặt hoàn chỉnh máy gia tốc để tạo thành bộ cơ sở dữ liệu cho máy tính l ập kế hoạch điều trị (Treatment Planning System - TPS). Các dữ liệu này bao gồm: các mức năng lượng khác nhau của chùm tia, suất liều, liều sâu phần trăm - Percent Depth Dose (PDD), bản đồ đồng liều, độ phẳng, tính đối xứng … của các chùm tia theo từng mức năng lượng khác nhau, với các kích thước trường chiếu và các góc nêm tiêu chuẩn tại kho ảng cách từ nguồn đến mặt da bệnh nhân - SSD (Source Skin Distance) là 100cm.
a b
(3.8) (3.9)
Hình 3.29: Đồ thị và công thức tính độ bằng phẳng của chùm tia (a, 3.8) và tính đối xứng của chùm tia (b, 3.9)
66
Hình 3.30 là ví dụ về hệ thống phatom nước và máy quét để kiểm tra độ phẳng và tính đối xứng của chùm tia, từ các số liệu quét được, phần mềm đo liều sẽ tính toán các thông số khác như liều sâu phần trăm, bản đồ đồng liều. Nếu đặt buồ ng ion hóa tại một điểm cố định (thường là tại độ sâu có liều cực đại dmax) thì sẽ đo được suất liều của chùm tia.
Hình 3.30: Hệ thống phantom nước và máy quét (trái), phần mềm đo liều (phải) Ngoài kiểm chuẩn về các thông số chùm tia, công việc commissioning còn bao gồm kiểm chuẩn sự đồng tâm của hệ thống cơ khí như: dàn quay (gantry), bộ chuẩn trực (collimator), giường điều trị(table couch), và hệ thống quang học như các laser đồng tâm, sự trùng khít trường sáng và trường xạ, thước quang học…
Các thông số cơ khí ghi đo được phải lưu trữ trong văn bản kiểm chuẩn ngiệm thu như các bảng ví dụ dưới đây:
Bảng 3.1: Kết quả đo sự trùng khít giữa trường sáng và trường xạ
67
Bảng 3.2: Kết quả đo sự chính xác khi quay theo chế độ “auto” các góc cho trước của collimator và gantry
Không chỉ thực hiện kiểm chuẩn nghiệm thu hệ thống khi mới lắp đ ặt bàn giao, mà kỹ sư vật lý phải thực hiện lại toàn bộ công việc này một cách định kỳ hàng năm và sau mỗi lần bảo trì, bảo dưỡng, thay thế phụ kiện hệ thống gia tốc. Mọi thông số máy phải được đo đạc và hiệu chỉnh để trở về đúng như số liệu ban đầu được lưu trữ trong văn bản kiểm chuẩn nghiệm thu.
Đo chuẩn suất liều chùm tia định kỳ hàng ngày, hàng tuần là công việc đảm bảo số cGy đo được tại độ sâu dmax đúng bằng số MU đã setup trên bộ điều khiển máy gia tốc
Hình 3.31: Máy đo liều Daily QA
Nếu trung tâm xạ trị được trang bị máy đo, chuẩn liều (Daily QA) là loại máy tự động ghi đo liều lượng khi đặt dưới chùm tia mà không cần phantom thì có thể thực hiện đo liều output hàng ngày một cách nhanh chóng, ngay trong thời gian “warm up” từng mức năng lượng. Chỉ cần đặt máy dưới chùm tia, tại khoảng cách SSD =
68
100 cm, loại bức xạ, kích thước trường chiếu chọn trước, sau đó kết nối với máy tính để lấy kết quả ra. Kết quả này sẽ được phần mềm phân tích, nếu liều lượng đo được vượt quá sai số cho phép (2%) thì cần phải hiệu chỉnh suất liều.
Khi cần chuẩn lại suất liều hàng tuần thì phải sử dụng loại phantom rắn có mật độ gần đúng với nước. Để đo suất liều của mỗi mức năng lượng chùm tia X hoặc electron cần sử dụng một loại buồng ion hóa riêng đặt ở độ sâu tiêu chuẩn (d5cm hoặc d10cm hoặc dmax) trong phantom và đ ặt dưới chùm tia với SSD = 100cm.
Máy đo liều kết nối với buồng ion hóa sẽ hiển thị thời gian thực cho ta biết liều output (cGy) có tỷ lệ tương đương (tùy theo độ sâu đ ặt buồng ion hóa) với số MU đã setup trước khi phát tia hay không. Nếu sai số quá 2% thì cần hiểu chỉnh lại suất liều của máy gia tốc, sau đó phải lặp lại phép đo để kiểm tra. Công việc đo và hiệu chỉnh từng mức năng lượng này c ần thời gian một buổi sáng do vậy chỉ thực hiện được định kỳ hàng tuần.
Hình 3.32: Các buồng ion hóa hình trụ đo chùm photon và buồng ion hóa phẳng đo chùm electron
Hình 3.33: Máy đo liều và buồng ion hóa hình trụ của hãng PTW
69
Kết quả đo và hiệu chuẩn phải được lưu trữ lại trong nhật ký sử dụng máy gia tốc, như ví dụ dưới đây.
Bảng 3.3: Kết quả đo suất liều chùm photon hàng tuần Kiểm soát an toàn bức xạ tại cơ sở xạ trị bao gồm:
- Đo mức độ bức xạ trong và xung quanh khu vực làm việc - Đo mức độ bức xạ xung quanh thiết bị xạ trị
-Theo dõi liều lượng tương đương nhận bởi các cán bộ nhân viên làm việc với bức xạ
Ủy ban Quốc tế về đơn vị và đo lường bức xạ (ICRU - International Commission on Radiation Units and Measurements) và Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ phóng xạ (ICRP - International Commission on Radiological Protection) đã chia các lo ại bức xạ thành hai nhóm theo mức độ đâm xuyên đó là: bức xạ đâm xuyên yếu (tia Beta, photon năng lượng dưới 15kV) và bức xạ đâm xuyên mạnh (các loại còn lại)
Khi máy gia tốc phát tia, môi trường xung quanh thiết bị thường có các hiệu ứng bức xạ neutron và photon. Tia neutron sinh ra các hạt thứ cấp có độ truyền năng lượng tuyến tính cao (high LET), tia photon sinh ra các electron thứ cấp có độ truyền năng lượng tuyến tính thấp (low LET).
Thiết bị theo dõi bức xạ được chia thành hai nhóm là máy đo bức xạ khu vực (area monitor) và liều xạ kế cá nhân.
Nhóm máy đo bức xạ khu vực lại có hai loại detector khác nhau là detector khí hiếm (buồng ion hóa, Proportional counters, Geiger-Mueller (GM) counters) và detector rắn (tinh thể sáng nhấp nháy, diode bán dẫn). Các detector khí hiếm có ưu điểm là phân biệt được các hạt bức xạ khác nhau nhưng độ nhậy không cao. Các detector đế rắn có độ nhậy cao gấp 10.000 lần và thiết kế rất nhỏ gọn.
70
Thông thường một phòng máy gia tốc khi đưa vào sử dụng phải được cơ quan có thẩm quyền cấp giấy chứng nhận đảm bảo an toàn về bức xạ. Nhưng trong quá trình sử dụng máy, cửa chắn neutron đóng mở nhiều lần có thể không còn hoàn toàn kín như lúc mới lắp đặt, do đó dựa vào loại máy đo được trang bị, kỹ sư vật lý phải định kỳ tiến hành đo bức xạ xung quanh khu vực làm việc khi máy gia tốc phát tia với mực năng lượng và suất liều cao nhất, tại các góc gantry là 1800, 900, 2700. Nếu bức xạ dũ vượt quỏ giới hạn cho phộp (10àSv/ giờ) thỡ cần thụng bỏo ngay cho bộ phận phụ trách an toàn bức xạ chung của bệnh viện để khắc phục ngay.
Hình 3.34: Các loại máy đo bức xạ khu vực dùng detector khí hiếm
Liều xạ kế cá nhân cũng có hai lo ại detector khác nhau là liều xạ kế quang-nhiệt (TLD - ThermoLuminescence Dosimetry) và liều xạ kế phim (Film dosimeter).
Liều xạ kế phim có thể xác định và ước tính liều tia x, tia gamma, hạt beta và neutron nhiệt. Liều xạ kế TLD thường xác định và ước tính liều lượng của các tia x, bức xạ beta và gamma. Các cán bộ nhân viên y tế làm việc với bức xạ phải được trang bị liều xạ kế, cơ quan chức năng phải tiến hành đo đánh giá liều chiếu xạ cá nhân này 3 tháng một lần. Từ đó có phân công thời gian làm việc hợp lý để liều chiếu xạ cá nhân không vượt quá 20mSv/ năm.
71
Ngoài những công việc kiểm tra hệ thống gia tốc thường quy nêu trên, để đảm bảo cho chất lượng phân phối liều theo kỹ thuật IMRT kỹ sư còn phải thực hiện thêm những việc kiểm tra quan trọng như sau:
Kiểm traTP S: Trong tài liệu hướng dẫn kỹ thuật TRS-430 của IAEA đã trình bày rất đ ầy đủ, chi tiết về các bước tiến hành QA cho hệ thống TPS, đ ặc biệt là với phầm mềm có cài đặt chương trình tính toán cho hệ MLC. Do mỗi nhà sản xuất lại có thiết kế MLC khác nhau về hình dạng, độ dày, vị trí đặt trên đầu máy gia tốc...nên sẽ ảnh hưởng đến các thông số tính toán độ truyền và độ suy giảm chùm tia một cách khác nhau. Kỹ sư vật lý xạ trị không thể hiệu chỉnh các thông số đã được thiết lập cài đặt thành cơ sở dữ liệu sau quy trình commissioning, nhưng có thể kiểm tra TPS định kỳ bằng cách theo dõi các tài liệu cập nhật trong TPS như:
1.Nhật ký lỗi hệ thống (System Log)
Một hệ thống được duy trì liên tục để ghi lại lỗi các thành phần hệ thống, các thông báo lỗi, hành động khắc phục, và các thay đổi phần cứng và phần mềm.
2. Dữ liệu hệ thống các thiết bị đầu vào (System Data Input Devices)
Hệ thống đầu vào này kiểm tra chức năng và độ chính xác đầu vào cho TPS dựa trên việc hình ảnh phải đăng ký giải phẫu chính xác: trái - phải, đầu vào trước - sau, sấp - ngửa...từ tất cả các thiết bị đầu vào thích hợp.
3. Hệ thống các thiết bị đầu ra (System Output Devices)
Theo dõi các chức năng và độ chính xác c ủa tất cả các máy in, máy vẽ, và các đơn vị hiển thị đồ họa xuất ra.
4.Phần mềm hệ thống (System Software):
Các phần mềm của hệ thống cần được kiểm tra:
-Việc bảo đ ảm tính toàn vẹn liên tục của các tập tin hệ thống thông tin của TPS với hệ thống quản lý phân phối chiếu xạ bệnh nhân.
- Sự phù hợp của các chùm tia lâm sàng từ các phép đo vật lý với cơ sở dữ liệu.
- Đảm bảo các mô hình giải phẫu chính xác, bao gồm cả chỉ số CT thống nhất với mật độ electron tương đối.
-Bảo đảm tính thống nhất của các phần mềm tối ưu hóa liều.
72
- Xác nhận tính chính xác của các biểu đồ DVH và các công c ụ khác để đánh giá kế hoạch.
- Xác nhận tính chính xác của việc tính toán MU.
Kiểm tra MLC: việc đo đạc các thông số kỹ thuật của MLC phải được tiến hành trong quá trình commissioning ban đ ầu để làm cơ sở dữ liệu cho TPS. Nhưng đối với kỹ thuật IMRT nói riêng, những thông số của MLC cần được thường xuyên kiểm tra, kiểm soát là: Độ chính xác về vị trí chuyển động/ tốc độ chuyển động và khả năng lặp lại trung thực các thông số đó ở từng lá, độ chính xác về phân giải không gian và khả năng lặp lại. Đối với điều trị 3D-CRT thông thường, vị trí chính xác của các lá ảnh hưởng đến liều ở các cạnh của trường chiếu, nhưng với kỹ thuật phân phối liều theo IMRT nó ảnh hưởng đến liều trong thể tích bia, bởi vì các lá xây dựng liều khi chúng di chuyển đến vị trí khác nhau trên thể tích bia. Dung sai vị trí lá từ 1-2 mm có thể được chấp nhận với các trường thông thường, nhưng với IMRT cần độ chính xác dưới milimet đối với cả hai kỹ thuật step-and-shoot và dMLC.
Một chương trình bảo đảm chất lượng của MLC phải được thực hiện để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và an toàn c ủa phần mềm và các thành phần cơ khí khi sử dụng trong lâm sàng bao gồm:
• Độ chính xác vị trí lá
• Độ tin cậy chuyển động lá
• Bức xạ dò qua lá
• Khóa liên động
• Mạng truyền dữ liệu