IDR = BIDR ×DR

- d, SAD, DR0: như đã được định nghĩa trong công thức (2.4).

IDR = BIDR ×DR

(d+SAD)2 (2.12)

Từ IDR, liều giới hạn ở bất kỳ một giờ Rh được xác định theo công thức 2.3: Rh = IDRWhU

27

Nếu Rh < 20 μSv/giờ (theo qui định của Mỹ, bảng 2.4) thì bề dày che chắn là đủ tiêu chuẩn an toàn, nếu Rh ≥ 20 μSv/giờ thì bề dày che chắn phải tăng lên để đảm bảo an toàn bức xạ.

Phạm vi của rào cản sơ cấp được xác định bởi sự phân kỳ của chùm sơ cấp (được xác định bởi hình nón sơ cấp) ra bên ngoài rào cản (hình 2.3 – phần màu xanh đậm trên hình), sau đó các rào cản sơ cấp được mở rộng thêm 300 mm ở mỗi bên để giúp cho góc tán xạ nhỏ (còn gọi là hiệu ứng chùm: sự mở rộng của chùm tia bức xạ vượt ra ngoài hình nón sơ cấp do tích tụ của tán xạ chung quanh và tán xạ sâu bên trong rào cản sơ cấp) (hình 2.4). Đường kính lớn nhất của một hình nón sơ cấp tại isocenter (ứng với trường chiếu tối đa 40 × 40 cm2) là 500 mm, sự phân kỳ ra bên ngoài một rào cản cách isocenter 5 m được xác định: 500 × (1 + 5) = 3000 mm. Thêm 300 mm ở mỗi bên, phạm vi yêu cầu của rào sơ cấp là 3600 mm [10].

Hình 2.4: Phạm vi của rào cản sơ cấp được mở rộng thêm 300 mm mỗi bên [10].

2.3.3. Lý thuyết tính toán che chắn thứ cấp

Đây là những rào cản không nằm trong dòng trực tiếp của bức xạ nhưng cần thiết phải thiết kế để che chắn bức xạ rò rỉ từ đầu máy gia tốc, tán xạ từ bệnh nhân hoặc từ các bức tường trong phòng điều trị.

28

2.3.3.1. Bức xạ rò rỉ

Theo Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International electrotechnical commission – IEC) quy định sự rò rỉ từ đầu máy gia tốc tuyến tính không được vượt quá mức trung bình 0,1% và tối đa là 0,2% của chùm sơ cấp trong bán kính 2 m đo từ trục trung tâm chùm tia trong mặt phẳng của chùm tia. Theo NCRP 151 [9], để đơn giản chọn việc rò rỉ bằng 0,1% của chùm sơ cấp.

Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ bị rò rỉ (BL) được tính:

BL =1000PdL2

WxT (2.13)

Trong đó:

- P: liều giới hạn được phép.

- dL: là khoảng cách từ isocenter đến điểm cần quan tâm (m) (hình 2.5).

- W: khối lượng công việc (tải làm việc).

- T: hệ số chiếm cứ, bảng 2.3.

Bức xạ rò rỉ có năng lượng thấp hơn đáng kể so với chùm sơ cấp do tán xạ bên trong đầu máy gia tốc tuyến tính, được thể hiện qua TVL trong phụ lục 1.

2.3.3.2. Bức xạ tán xạ

 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ từ bệnh nhân BP được tính: Bp = Pdsca2 dsec2

aWT( F

400) (2.14)

Trong đó:

- W, P, T được xác định như ở phương trình 2.13.

- dsca: là khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bệnh nhân (m).

- dsec: là khoảng cách từ bệnh nhân đến điểm cần tương tác (m).

- a: là tỷ lệ tán xạ quy định tại dsca. a phụ thuộc vào năng lượng của chùm tia X và góc tán xạ, năng lượng càng cao, độ sâu trường chiếu trên bệnh nhân càng cao [13] (phụ lục 3).

29

Hình 2.5: Hình học, khoảng cách, vị trí các điểm tham gia vào tính toán che chắn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

cho rào cản sơ cấp và thứ cấp [9].

Bức xạ tán xạ từ bệnh nhân hoặc phantom thường nhỏ hơn 0,1% so với bức xạ tới trên mỗi 0,1 m2 khu vực chiếu xạ. Góc tán xạ càng nhỏ thì năng lượng chùm tia tán xạ càng cao.

Sau khi có hệ số truyền qua rào thứ cấp ta xác định bề dày che chắn thứ cấp (tL: cho che chắn bức xạ rò rỉ và tP: cho che chắn bức xạ tán xạ từ bệnh nhân) tương tự như khi che chắn chùm sơ cấp.

Nếu |tL− tp| ≤ TVL (trong che chắn bức xạ rò rỉ), thì sử dụng bề dày lớn hơn giữa tL và tP, cộng thêm một lớp giá trị một nửa (one – half velue layer, HVL) để che chắn bức xạ thứ cấp. Nếu |tL− tp| > TVL (trong che chắn bức xạ rò rỉ), thì sử dụng bề dày lớn nhất giữa tL và tP, để che chắn bức xạ thứ cấp.

2.3.4. Lý thuyết tính toán thiết kế tường ziczac

Lý thuyết tính toán che chắn cho máy gia tốc tuyến tính (LINAC) năng lượng dưới 10 MV, bao gồm tán xạ và truyền qua của bức xạ sơ cấp, rò rỉ và các bức xạ

30

tán xạ của chùm thứ cấp. Đối với LINAC năng lượng trên 10 MV thì phải chú ý đến dòng neutron (xem phần 2.3.5).

Với thiết kế về hình học như hình 2.6, trục quay của gantry vuông góc với trục của tường ziczac, tổng liều ở lối vào tường ziczac Dd [9] sẽ cho bởi:

Dd = 2,64(∑GDp + ∑Gf × Dw+ ∑GDL + ∑GDT) (2.15) Trong đó:

- ∑G: là tổng hợp tất cả các góc của gantry.

- Dp: là liều phát sinh từ tán xạ bệnh nhân, đường gạch-chấm màu xanh lá trên hình 2.6.

- f: là hệ số bức xạ sơ cấp truyền qua bệnh nhân (phụ lục 5).

- Dw: là bức xạ sơ cấp bị tán xạ bởi các bức tường đến lối vào tường ziczac, đường nét đứt màu đen trên hình 2.6.

- DL: là bức xạ rò rỉ rải rác xuống lối vào tường ziczac, đường gạch-chấm màu đỏ trên hình 2.6.

- DT: là bức xạ rò rỉ được truyền trực tiếp qua tường ziczac, đường chấm-chấm màu xanh, trên hình 2.6.

Hình 2.6: Bố trí hình học cho việc tính toán liều ở cửa cho một phòng điều trị

năng lượng photon thấp (< 10 MV). Vị trí isocenter đánh dấu bằng dấu thập màu xanh, hai chấm màu đỏ là hai vị trí nguồn khi gantry quay đến góc 900 và 2700 [9].

31

Hệ số 2,64 đã được xác định bằng thực nghiệm, là tổng hợp bức xạ tán xạ từ bốn hướng khác nhau, với hướng tường G đóng góp nhiều nhất.

Dựa vào NCRP-151 [9] ta xác định các thành phần bức xạ tán xạ và truyền qua của chùm sơ cấp, các thành phần bức xạ tán xạ và rò rỉ của chùm thứ cấp, các khoảng cách dùng trong tính toán che chắn được thể hiện trên hình 2.6:

 Liều phát sinh từ tán xạ bệnh nhân Dp

Ở năng lượng photon dưới 10 MV, Dp được xác định gần đúng theo biểu thức:

Dp =WUG(da(θ)(F 400⁄ )(α1A1)

scadsecdzz)2 (2.16) Trong đó:

- W: là tải làm việc (Gy/tuần).

- UG: là hệ số sử dụng cho tường G.

- a (θ): là tỉ lệ tán xạ sơ cấp ở bệnh nhân (phụ lục 3), với θ là góc hợp bởi tia tán xạ từ bệnh nhân với tường G tại A1.

- 𝛼1: là hệ số phản xạ tường của tia X ở 0,5 MV (giả định cùng năng lượng cho các phản xạ tiếp theo trên tường) (phụ lục 4).

- F: là diện tích trường chiếu trên bệnh nhân. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- A1: là khu vực tường mà bức xạ đập vào.

- dsca: là khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bệnh nhân (m).

- dzz: là khoảng cách từ A1 đến cửa (m).

- dsec: là khoảng cách từ nguồn bức xạ đến isocenter (m).

 Liều phát sinh từ chùm sơ cấp tán xạ lên các bức tường Dw

Liều phát sinh Dw từ chùm sơ cấp tán xạ lên tường G đến lối vào của tường ziczac được xác định:

Dw = WUG

dH2 ×αoA0αzAz

dr2×dz2 (2.17) Trong đó:

- W, UG được định nghĩa như ở biểu thức 2.16.

- 𝛼0: là hệ số phản xạ từ tường G.

32

- 𝛼Z: là hệ số phản xạ từ tường phía ngoài tường ziczac.

- AZ: là diện tích khu vực tường ngoài tường ziczac mà bức xạ tán xạ đập vào.

- dh: là khoảng cách từ nguồn bức xạ đến tường G (m).

- dr: là khoảng cách từ trung tâm của chùm bức xạ sơ cấp tán xạ lên tường G đến trung tâm lối vào phòng điều trị hình 2.6.

- dz: là khoảng cách từ điểm r đến cuối tường ziczac.

 Liều phát sinh từ tán xạ rò rỉ ở đầu máy gia tốc đến lối vào tường

ziczac DL

Liều ở cửa mê cung DL do tán xạ rò rỉ từ đầu máy gia tốc được xác định: DL = U(dGL0Wα1A1

secdzz)2 (2.18)

Trong đó:

- L0: là tỉ lệ liều bức xạ rò rỉ tại vị trí cách nguồn 1 m, thường giả định bằng 0,001 (0,1%).

- W, UG, 𝛼1, A1, dsec, dzz được định nghĩa như ở biểu thức 2.16.

 Bức xạ rò rỉ được truyền trực tiếp qua tường ziczac DT

DT =LoWB

dL2 (2.19)

Trong đó:

- L0, W được định nghĩa như ở biểu thức 2.18.

- dL: là khoảng cách từ nguồn bức xạ đến tường truyền qua. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- B: là hệ số truyền qua của tường.

2.3.5. Neutron trong phòng máy gia tốc năng lượng cao

Trong phòng máy gia tốc năng lượng cao (trên 10 MV), neutron bắt đầu sinh ra nhiều và ảnh hưởng đến việc thiết kế che chắn. Chùm quang neutron được sinh ra từ việc tương tác của những photon với các collimator và các thành phần khác của gantry. Dòng neutron ở bất kỳ điểm nào trong phòng bao gồm neutron trực tiếp 𝜑d, neutron tán xạ 𝜑sc, và neutron nhiệt 𝜑th được xác định bởi các biểu thức sau [9]:

 Sự ảnh hưởng của dòng neutron trực tiếp 𝝋d:

φd = Qn

33 Trong đó: Trong đó:

- d: là khoảng cách từ nguồn đến điểm tương tác.

- Qn: là cường độ nguồn neutron phát ra từ đầu máy gia tốc được che chắn trên một đơn vị liều photon tính từ tâm isocenter (phụ lục 6).

 Sự ảnh hưởng của dòng neutron tán xạ 𝝋sc

φsc = 5,4Qn

S (2.21)

S: là diện tích bề mặt phòng điều trị bao gồm cả khu vực tường ziczac. Diện tích bề mặt S là tổng của tất cả các khu vực tường có thể nhìn thấy từ isocenter.

 Sự ảnh hưởng của dòng neutron nhiệt 𝝋th

φth =1,26Qn

S (2.22)

Kết hợp tất cả ba thành phần, tổng độ dòng neutron ở khoảng cách d trên mỗi đơn vị liều photon tại isocenter được cho bởi: