Phantom cầu Polystyrene cho nguồn phóng xạ 60Co của thiết bị xạ phẫu Gamma knife. Phương pháp này dựa vào hệ số chuẩn liều hấp thụ trong nước ND,wcủa buồng ion hóa. Liều hấp thụ trong phantom cầu Polystyrene Dw(t) được xác định theo biểu thức [1, 22]: 0 , , ( ) w Q Q D w Q D t =k ×N ×M (3.2)
Chúng ta phải xác định giá trị của các đại lượng sau:
• Hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo liều hấp thụ ND,W (nhận được từ phòng thí nghiệm chuẩn) (Gy/nC);
• Ghi nhận chỉ số điện tích Mraw (nC) ghi nhận trên electrometer;
• Xác định hệ số kQ,Q
0 hiệu chỉnh chất lượng chùm tia chất lượng Q so với chùm tia chất lượng chuẩn Q0;
• Liều hấp thụ Dw(t) (Gy).
A. Hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia
Hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm tia kQ,Q
0được định nghĩa là tỷ số của hệ số chuẩn liều hấp thụ bởi chùm tia chất lượng Q và chùm tia chất lượng chuẩn Q0[1]:
D,W,Q W,Q Q Q,Q D,W,Q W,Q Q N D M k N D M 0 0 0 0 = = (3.3)
Nếu sử dụng nguồn Co60 làm chùm tia chất lượng chuẩn thì kQ,Q
0được ký hiệu là kQ.
B. Giá trị MQ
Giá trị MQ được xác định thông qua giá trị điện tích thô Mraw (nC) đọc trên màn hình electrometer. Ngoài ra, chúng ta cần hiệu chỉnh những đại lượng ảnh hưởng đến kết quả của giá trị liều hấp thụ: k , k , k , ks pol T,P elecđể tính được giá trị điện tích MQ [1]:
Q raw T,P elec pol s
M =M ×k ×k ×k ×k (3.4)
• Mraw: Chỉ số điện tích thô đọc trên Electrometer (nC);
• kT,P: Hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất của không khí trong hốc khí tại thời điểm đo so với thời điểm chuẩn;
• kelec: Hệ số định chuẩn Electrometer;
• kpol: Hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của sự phân cực;
• ks: Hệ số hiệu chỉnh cho sự tái hợp ion.
B.1. Nhiệt độ và áp suất, độ ẩm
Hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất của không khí trong hốc khí của buồng ion hóa đến giá trị liều hấp thụ được cho bởi biểu thức [1]:
( ) ( ) T,P , T P k , T P + = × + 0 0 273 2 273 2 (3.5) Trong đó:
− T và P là nhiệt độ và áp suất của hốc khí ở thời điểm đo;
− T0 và P0 là nhiệt độ và áp suất chuẩn (1013 mbar và 200C).
B.2. Định chuẩn electrometer
Khi buồng ion hóa và electrometer được định chuẩn riêng biệt thì hệ số định chuẩn của mỗi dụng cụ sẽ được cung cấp bởi phòng thí nghiệm chuẩn bao gồm hệ số định chuẩn buồng ion hóa ND,wvà hệ số định chuẩn electrometer kelec. Khi buồng ion hóa và electrometer được định chuẩn chung thì hệ số định chuẩn kết hợp ND,w sẽ có
đơn vị Gy/nC (đơn vị phụ thuộc vào giá trị ghi của electrometer) và không cần thiết sử dụng hệ số định chuẩn electronmeter kelec và có giá trị là 1.
B.3. Ảnh hưởng của sự phân cực (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trước khi đo đạc, ta phải kiểm tra xem sự phân cực buồng ion hóa có ảnh hưởng lên giá trị điện tích đo được của buồng ion hóa hay không. Khi ảnh hưởng phân cực là đáng kể thì giá trị thật của buồng ghi được nên được tính bằng trung bình của trị tuyệt
việc đo đạc thường quy, thường chỉ dùng một kiểu phân cực cho buồng ion hóa. Khi đó cần phải hiệu chỉnh sự phân cực. Giá trị hiệu chỉnh cho ảnh hưởng phân cực lên giá trị đo được của buồng ion hóa sẽ được hiệu chỉnh qua biểu thức sau [1]:
pol M M k M 2 + + − = × (3.6) Trong đó:
− M+, M- là giá trị điện tích electromter đo khi phân cực là dương hay âm.
− M là giá trị điện tích electrometer đo được ứng với cách phân cực thông thường (dương hoặc âm).
B.4. Sự tái hợp ion
Không phải mọi điện tích được tạo ra bên trong hốc khí buồng ion hóa đều được tập hợp hoàn toàn về hai điện cực vì có sự tái hợp của những ion trái dấu. Sự tái hợp ion phụ thuộc vào dạng hình học và điện thế phân cực của buồng ion hóa.
Để hiệu chỉnh cho sự tái hợp ion, cần sử dụng một hệ số hiệu chỉnh cho sự tái hợp ks. Nó được xác định theo phương pháp sau: khi chùm photon có năng lượng cao dạng xung được chiếu tới buồng ion hóa thì ta sử dụng phương pháp hai điện thế để xác định hệ số tái hợp ion ks. Phương pháp này giả định rằng có sự thuộc tuyến tính giữa các tham số nghịch đảo 1/M và 1/V, với M là chỉ số giá trị điện tích đọc trên electrometer tại điện thế V. Trong phương pháp này, ta sử dụng giá trị điện tích đo được M1 và M2 ở hai điện thế, với điện thế V1 làm việc bình thường và điện thế V2 thấp hơn, tỷ số V V1 2 ≥2. Hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp tại điện thế làm việc V1 được xác định theo biểu thức [1]: s M M k a a a M M 2 1 1 0 1 2 2 2 = + × ÷+ × ÷ (3.7)
Bảng 3.3 Hệ số a0, a1, a2 dùng tính toán hệ số ks [11] V1/V2 Bức xạ dạng xung (Pulsed beam) a0 a1 a2 2,0 2,337 -3,636 2,299 2,5 1,474 -1,587 1,114 3,0 1,198 -0,875 0,677 3,5 1,080 -0,542 0,463 4,0 1,022 -0,363 0,341 5,0 0,975 -0,188 0,214
Trong chương sau, chúng tôi sẽ áp dụng hình thức luận trên để xác định liều hấp thụ tuyệt đối trong phantom cầu Polystyrene cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife model C. Ngoài phương pháp đo liều theo tài liệu IAEA TRS − 398 trên, chúng tôi cũng sẽ trình bày thêm phương pháp đo liều theo tài liệu AAPM TG – 21 được sử dụng để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị xạ phẫu LGK.
3.3.2.2. Protocol AAPM TG – 21
Theo protocol AAPM TG – 21, đối với nguồn Co60 được đo, liều hấp thụ tại tâm Phantom cầu tính theo hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo hốc khí Ngas như biểu thức sau [40]:
( )med .
med gas gas ion rep wall
D =M N× ×L ρ × ×P P P (3.8)
Trong đó:
− M: Chỉ số điện tích đo được từ electrometer (nC)
− ( )med
gas
L ρ : Tỷ số của công suất hãm khối giữa phantom và không khí
− Pion: Hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp ion của buồng ion hóa
− Prep: Hệ số hiệu chỉnh sự thay thế của vật liệu phantom bằng hốc khí.
− Pwall: Hệ số hiệu chỉnh thành buồng ion hóa
( )
( ) ( ) (1 )( ) ( )
ion wall wall
gas X wall air cap air
wall cap gas gas k W e A A N N L L β α ρ µ ρ α ρ µ ρ = × + − (3.9)
NX: hệ số định chuẩn buồng ion hóa theo kerma không khí (Gy/nC).
Để hiểu rõ hơn về phương pháp đo liều hấp thụ theo tài liệu AAPM TG – 21 thì tham khảo tài liệu [34, 40]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3.3. Các dụng cụ trong phép đo liều hấp thụ tuyệt đối 3.3.3.1. Phantom cầu, Cassette
Hình dạng và kích thước của phantom cầu mô phỏng đầu của một người trưởng thành. Hãng Elekta − Thụy Điển đã thiết kế phantom cầu bằng vật liệu Polystyrene. Loại vật liệu này đáp ứng về mặt liều hấp thụ đối với phóng xạ Co60 giống như nước. Sai số trong việc đo liều hấp thụ tại tâm của phantom cầu ≤ 3 %.
Hình 3.6 Phantom cầu, Cassette, chốt cố định dùng đo liều hấp thụ [30]
Hình 3.6 trên mô tả phantom cầu có đường kính 160 mm, gồm 2 nửa bán cầu có bề rộng 130 mm. Ở khoảng giữa 2 nửa bán cầu, ta chèn một cassette (vật liệu Polystyrene) bề dày 10 mm. Bên trên cassette có một lổ sâu 80 mm với đường kính là 10 mm. Phantom cầu và cassette được kết nối với nhau bằng các chốt nhựa hình trụ (vật liệu Lucite). Hai chốt nhựa cho phép gắn cố định phantom cầu vào thiết bị xạ phẫu Gamma knife bằng hai Trunnion. Khi cả hai Trunnion bị khóa ở vạch 100 mm thì isocenter của phantom cầu sẽ trùng với điểm tập trung UCP của thiết bị Gamma knife.
Phantom cầu
Chốt cố định Cassette
Một trong ba cassette có thể được gắn vào giữa phantom cầu. Các cassette cho phép thực hiện các phép đo liều bằng phim ảnh, TLD và buồng ion hóa khí.
3.3.3.2. Giá đỡ phim (Film holder)
Giá đỡ phim được thiết kế bằng vật liệu nhôm, cho phép xác định vị trí hình học của điểm tập trung UCP − cơ khí (xem Hình 3.7). Bên trong giá đỡ phim có một khoảng trống hình chữ nhật với một mũi nhọn nằm ở trung tâm. Có thể gắn giá đỡ phim vào mũ chuẩn trực đường kính 4 mm bằng hai thanh Trunnion. Khi đó, mũi nhọn sẽ nằm chính xác tại vị trí UCP − cơ khí (cả hai trunnion đều nằm ở vạch 100,0 (mm). Khi đặt một mảnh phim nhỏ vào thiết bị giữ phim, nó sẽ bị đâm xuyên bởi đầu nhọn ngay trước khi nhận liều bức xạ.
Hình 3.7 Giá đỡ phim dùng đo độ chính xác trong phân bố liều hấp thụ 3.3.3.3. Hệ thiết bị đo liều buồng ion hóa
3.3.3.3.1. Buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2
Hình 3.8 là buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 được thiết kế để kết nối với thiết bị đo điện tích Electrometer tạo thành hệ đo liều lượng trong các loại phantom nước và phantom khác cho chùm tia phóng xạ của máy gia tốc tuyến tính, máy xạ trị
60Co. Dưới đây là thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2.
− Nhà sản xuất: MULTIDATA – Mỹ.
− Loại buồng ion hóa: hình trụ Thimble.
− Thể tích buồng ion hóa: 0,125 (cm3).
− Điện thế phân cực cực đại: 500 (V).
− Vật liệu thành buồng: C5H8O2 (Arylic).
− Độ dày thành buồng: 0,75 (mm).
− Liều cực đại đạt 99% ở 300 V: 9,1 (Gy/s).
− Khoảng nhiệt độ cho phép: (10 – 40) 0C.
− Độ ẩm tương đối: < 75 (%).
− Chiều dài cáp nối: 140 (cm).
− Loại kết nối: Triax – BNC.
Hình 3.8 Buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 [37]
Trong luận văn này, chúng tôi sẽ sử dụng buồng ion hóa Thimble model 9732 − 2 trên để đo liều hấp thụ tuyệt đối tại isocenter trong Phantom cầu Polystyrene vì lý do sau:
− Tại đơn vị Gamma knife − bệnh viện Chợ Rẫy không có bất kỳ loại buồng ion hóa nào để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị xạ phẫu LGK model C. Như đã trình bày trong mục 3.3.1.1, vì cassette có lỗ sâu 80 mm với đường kính 10 mm nên chúng tôi phải sử dụng một buồng ion hóa có bán kính ≤5 mm [33]. Ở khoa Ung Bướu – bệnh
hầu hết chúng có đường kính lớn hơn đường kính lỗ trên cassette nên không thể sử dụng các buồng hóa đó để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị xạ phẫu LGK.
− Khoa Ung Bướu có buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 của hãng MULTIDATA
− Mỹ thích hợp cho việc đo liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị xạ phẫu LGK vì buồng ion hóa có đường kính 7 mm nên đáp ứng về kích thước cho trường chiếu phóng xạ hẹp, nó cũng cho kết quả đo đạc với độ ổn định cao và độ phân giải không gian tốt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo tìm hiểu, buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 không có hệ số định chuẩn theo liều hấp thụ trong phantom nước. Vì vậy, để xác định liều hấp thụ tuyệt đối trong phantom cầu Polystyrene bằng buồng ion hóa này, chúng tôi phải thực hiện phương pháp chuẩn chéo buồng ion hóa này theo buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 hiện có ở khoa Ung bướu − bệnh viện Chợ Rẫy (sẽ trình bày kỹ ở chương 4).
3.3.3.3.2. Buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245
Hình 3.9 là buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245cho phép đo liều hấp thụ tuyệt đối trong loại phantom nuớc và phantom khác cho chùm photon năng lượng cao của máy gia tốc tuyến tính.
Hình 3.9 Buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 [39]
Dưới đây là thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245.
Thông số kỹ thuật:
− Thể tích buồng ion hóa: 0,6 (cm3).
− Thời gian tập hợp điện tích: 140 µs ở 400 V.
− Điện thế phân cực cực đại: 500 (V).
− Vật liệu và độ dày thành buồng: 0,335 (mm) PMMA; 0,09 (mm) Graphite.
− Kích thước thể tích nhạy: chiều dài 23 (mm), đường kính 6 (mm).
− Liều cực đại đạt 99% ở 300 V: 5 (Gy/s).
− Khoảng nhiệt độ cho phép: (10 – 40) 0C.
− Độ ẩm tương đối: (10 – 80) %.
− Áp suất không khí: (700 – 1060) mbar.
− Loại kết nối: Triax – BNC.
3.3.3.3.3. Electrometer MAX − 4000
Electrometer Max − 4000 (xem Hình 3.10) là thiết bị ghi nhận điện tích, kết nối với buồng ion hóa tạo thành hệ đo liều lượng buồng ion hóa. Thiết bị đo và hiển thị điện tích của buồng ion hóa với độ ổn định cao cho phép xác định liều hấp thụ của chùm tia phóng xạ ngoài trong phantom nuớc và phantom khác của máy gia tốc tuyến tính và máy xạ trị Co60.
Hình 3.10 Electrometer Max − 4000 [17]
Dưới đây là thông số kỹ thuật của Electrometer Max − 4000.
Thông số kỹ thuật:
− Kích thước: chiều cao 7 (cm), chiều dài 23 (cm), chiều rộng 22,2 (cm)
− Khối lượng: 1,4 (kg).
− Kiểu hiển thị điện tích, khoảng ghi nhận cao: 0,01 nC – 999,999 nC.
− Độ phân giải điện tích: 10 (pC).
− Khoảng thời gian cho phép ghi nhận: (0 – 600) s với độ tăng giảm 15 s.
− Điện thế phân cực cực đại: 300 V, các mốc điện thế: -300, -150, 0, 150, 300 V.
− Độ chính xác điện thế: ± 0,3 (V).
− Loại kết nối: 2 đầu Triax – BNC.
3.3.3.4. Liều lượng kế phim ảnh Grafchromic MD – 55 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong xạ trị, phim Grafchromic MD – 55 (Hình 3.11) dùng để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho những photon năng lượng cao. Độ nhạy của phim không phụ thuộc vào năng lượng của những photon trên 0,2 MeV.
Hình 3.11 Phim Grafchromic MD − 55 [44]
Như đã trình bày, phim Grafchromic MD − 55 được chiếu bởi tia gamma, tạo ra một polymer màu xanh riêng biệt cho phim gọi là mật độ quang học của phim. Phim Grafchromic MD – 55 được dùng đo những chùm tia phóng xạ hẹp vì có ưu điểm: cho
Vật liệu Độ dày (µm) Lớp nền Polyster trong suốt 96
Lớp kích hoạt 17,5
Lớp getalin 0,75
Lớp kết dính adhesive 32 Lớp nền Polyster trong suốt 25 Lớp kết dính adhesive 32
Lớp getalin 0,75
Lớp kích hoạt 17,5 Lớp nền Polyster trong suốt 96
tính lên tới 70 Gy, mật độ quang học thay đổi ít sau khi chiếu xạ lên tới 24 giờ, phim không chịu ảnh hưởng của ánh sáng thông thường sau khi chiếu xạ lên tới hàng giờ.
Phổ hấp thụ của phim có 2 đỉnh trung tâm ở bước sóng 615 nm và 675 nm. Để có phép đo với độ nhạy tốt nhất thì sử dụng đèn chiếu chuyên biệt có bước sóng gần với bước sóng 2 đỉnh trên.
Hình 3.12 Độ tuyến tính về liều của Phim GrafChromic MD – 55 [44]
Trong xạ phẫu GK, phim Gafchromic MD – 55 dùng đo phân bố liều hấp thụ và độ chính xác của chùm tia phóng xạ của thiết bị xạ phẫu Gamma knife. Trong phép đo liều hấp thụ bằng phim, máy đo mật độ quang học truyền qua (transmission dositometer) dùng để đo mật độ quang của phim ảnh Gafchromic MD – 55 vì nó trang bị đèn Led ánh sáng đỏ và bộ lọc 10 nm được định vị với bước sóng (660 ± 2) nm, phù hợp phổ hấp thụ của phim Gafchromic MD – 55 (615 nm và 675 nm) và khoảng mật độ quang học cho phép sử dụng từ 0 − 400, độ phân giải mật độ quang là 0,01 [44].
3.3.4. Độ chính xác trong phân bố chùm tia phóng xạ 3.3.4.1. Độ chính xác và độ lệch chuẩn của phép đo
− Độ chính xác của phép đo: M ật đ ộ q u an g (O .D ) Liều hấp thụ (Gy)