Thạc Sĩ Qui trình chuẩn liều cho máy gia tốc tuyến tính

HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành: VẬT LÝ HẠT NHÂN
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN
Năm - 2010

MỤC LỤC ( Luận văn dài 95 trang )


Danh mục kí hiệu và các chữ viết tắt .
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .


MỞ ĐẦU.
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN XẠ TRỊ .2
1.1. Giới thiệu .2
1.1.1. Tình hình bệnh ung thư trên thế giới và ở Việt Nam 2
1.1.2. Các phương pháp điều trị ung thư .2
1.2. Mục đích nghiên cứu 4


CHƯƠNG 2 - CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC DÙNG BỨC XẠ ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ
2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp điều trị ung thư bằng tia xạ .6
2.1.1. Tương tác của các bức xạ với vật chất 6
2.1.2. Tác dụng sinh học của các tia bức xạ trên 7
2.2. Các đại lượng về liều và mối quan hệ giữa chúng. 11
2.2.1. Một số đại lượng mô tả chùm bức xạ .11
2.2.2. Các đại lượng của liều lượng học .12
2.2.3. Quan hệ giữa các đại lượng đo liều 13


CHƯƠNG 3 - MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG TRONG LĨNH VỰC
XẠ TRỊ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN LIỀU 18
3.1. Sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy gia tốc 18
3.1.1. Cấu tạo 18
3.1.2. Nguyên lý hoạt động 22
3.2. Các khái niệm vật lý mô tả chùm tia do máy phát ra .23
3.2.1. Khái niệm và cách xác định kích thước trường chiếu .23
3.2.2. Độ phẳng của trường chiếu (Flatness) 24
3.2.3. Sự đối xứng của trường chiếu 25
3.2.4. Kích thước vùng bán dạ 25
3.2.5. Đường đồng liều và bản đồ đồng liều trong trường chiếu .25
3.3. Cách bố trí, vị trí đo dạt các đại lượng đặc trưng cho chất lượng chùm tia 26
3.3.1. Quá trình hình thành liều hấp thụ khi chùm tia đi vào phantom 26
3.3.2. Bố trí và đo dọc theo trục trung tâm của chùm tia 32
3.3.3. Đo những điểm nằm ngoài trục trung tâm 37
3.3.4. Các hệ số tán xạ (Output Factors) 38
3.4. Cơ sở lý thuyết về chuẩn liều 39
3.4.1. Đảm bảo chất lượng cho cơ sở xạ trị ngoài 39
3.4.2. Lý thuyết đo liều bằng buồng ion hóa hốc khí 46


CHƯƠNG 4 - THỰC NGHIỆM .64
4.1. Hệ thống đo và qui trình đo 64
4.1.1. Giới thiệu các dụng cụ đo .64
4.1.2. Qui trình thực nghiệm với phantom nước .64
4.1.3. Chuẩn liều theo Qui trình TRS 398 của IAEA 66
4.2. Kết Quả kiểm chuẩn liều hấp thụ và QA .70
4.2.1. Kết quả kiểm chuẩn liều hấp thụ 70
4.2.2. So sánh kết quả chuẩn liều tại các Bệnh viện .71
4.2.3. Kết quả của việc QA cho chùm photon 72
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO .83
PHỤ LỤC .86


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tầm quan trọng của từng loại bức xạ đối với mô mềm 7
Bảng 3.1: Độ sâu liều hấp thụ cực đại zmax cho những chùm photon có năng lượng
khác nhau với kích thước trường chiếu 5 × 5 cm 28
Bảng 3.2: Chi tiết các đại lượng cần đo trong khi kiểm tra thông qua 44
Bảng 3.3: Ước lượng sai số của DW,Q ở độ sâu chuẩn trong nước cho chùm photon
năng lượng cao, dựa vào định chuẩn buồng ion hóa bằng nguồn Co-60 .63
Bảng 3.4: Thiết lập sai số tương đối của DW,Q tại độ sâu chuẩn trong nước và cho
chùm electron, dựa vào chuẩn buồng cho bức xạ gamma Co-60 . 64
Bảng 4.1: Hệ số chuẩn liều và sai số tương đối ở Bệnh viện Ung Bướu Hà Nội .71
Bảng 4.2: Hệ số chuẩn liều và sai số ở Bệnh viện Chợ Rẩy . 72
Bảng 4.3: Bảng đánh giá đặc tính, chất lượng của chùm photon xạ trị . 74
Bảng 4.4.a: Bảng chỉ tiêu trong điều trị . 74
Bảng 4.4.b So sánh kết quả đo các đặc trưng của PDD với tiêu chuẩn cho phép .74
Bảng 4.5: Bảng so sánh độ phẳng (F) và sự đối xứng (S) chùm photon 6MV .76
Bảng 4.6: So sánh kích trước trường chiếu theo giá trị 50% đường đồng liều .77
Bảng 4.7: Bảng so sánh kích thước vùng bán dạ với trường chiếu 10x10 cm .77
Bảng 4.8: Bảng so sánh tỉ số ngoài trục cực đại 77
Bảng 4.9: So sánh độ phẳng (F) và sự đối xứng(S) của chùm tia . 78
Bảng 4.10: So sánh kích thước trường chiếu theo giá trị 50% đường đồng liều . 79
Bảng 4.11: So sánh kích thước vùng bán dạ với kích thước trường chiếu chuẩn 79
Bảng 4.12: Bảng so sánh tỉ số ngoài trục cực đại 79



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ


Hình 1.1: Tỉ lệ các phương pháp điều trị ung thư tại Bệnh viện K .3
Hình 2.1: Xác suất của các loại tương tác khác nhau của photon trong nước .6
Hình 2.2: Chu kì sinh sản của tế bào . 7
Hình 2.3: Tương quan giữa khả năng kiểm soát khối u và biến chứng 10
Hình 2.4: Quá trình xác định liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân .14
Hình 2.5: Mô hình quãng chạy bức xạ 17
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 18
Hình 3.2: Sơ đồ khối chính của một máy gia tốc thẳng thông thường 19
Hình 3.3: Loại buồng multiplate ion chamber 20
Hình 3.4: Đầu máy gia tốc khi phát chùm photon .21
Hình 3.5: Hình dạng và vị trí các trục chùm tia 23
Hình 3.6: Biểu diễn cách tính độ phẳng của chùm photon .24
Hình 3.7: Một phân bố liều hấp thụ cho chùm photon MV trong phantom . 27
Hình 3.8: PDD trong nước với kích thước trường 10x10cm, SSD= 100cm; (a)
những chùm electron với năng lượng 6, 9, 12, 18 MeV. (b) những
chùm photon với năng lượng 6, 15MV 28
Hình 3.9: Quãng chạy Rmax, Rp và R50 31
Hình 3.10: Đường PDD và ion hóa cho mối liên hệ giữa độ sâu R50 và R50, iontrong nước 31
Hình 3.11: Bố trí đo PDD, Q là điểm bất kì ở độ sâu z, P ở độ sâu zmax, A là kích
thước trường chiếu 32
Hình 3.12: Bố trí cho phép đo TAR (a) Liều hấp thụ tại điểm Q trong phantom nước (b) Liều hấp thụ cho “khối nước nhỏ” được đặt tại điểm
Q được định vị tại isocentre và khoảng cách nguồn tới nguồn làSAD. Kích thước trường chiếu AQ thì được xác định ở độ sâu z trong
phantom nước . 35
Hình 3.13: Bố trí hình học cho phép đo TPR(z, AQ, E). (a) Bố trí hình học cho phép đo DQ ở độ sâu z trong phantom. (b) Bố trí hình học cho phép đo DQref ở độ sâu chuẩn zref 37
Hình 3.14: Tỉ số ngoài trục tại độ sâu zmax của chùm photon 6MV . 38
Hình 3.15: Mô hình tính liều hấp thụ trong xạ trị .47
Hình 3.16 : Cấu tạo của buồng ion hóa hình trụ Farmer 49
Hình 3.17: Mô tả điều kiện Bragg-Gray trong môi trường nước .52
Hình 4.1: Hình học đo liều lượng bức xạ photon từ máy gia tốc tuyến tính 65
Hình 4.2: Sơ đồ kết nối hệ đo 66
Hình 4.3: Đồ thị và các đại lượng đặc trưng của đường cong PDD đo với trường chiếu 10x10 cm của 15MV 73
Hình 4.4: Đồ thị và các đại lượng đặc trưng của đường cong PDD đo với trường chiếu 10x10 cm của 6MV 74
Hình 4.5: Kết quả đo với kích thước trường chiếu 10x10 cm .75
Hình 4.6: Kết quả đo với kích thước trường chiếu 40x40 cm .76
Hình 4.7: Kết quả đo với kích thước trường chiếu 10x10 cm .78
Hình 4.8: Kết quả đo với kích thước trường chiếu 40x40 cm 78


MỞ ĐẦU


Máy gia tốc tuyến tính sử dụng trong lĩnh vực xạ trị ung thư là một hệ thống hết sức tinh vi, phức tạp, tự động hóa tối đa. Bao gồm nhiều bộ phận độc lập khác nhau cấu thành nhưng lại hoạt động rất đồng bộ, an toàn vì nó hoạt động theo cơ chế tự giám sát riêng cho từng bộ phận và cho cả hệ thống. Ngoài ra, có thể nói máy gia tốc là một thiết bị “thông minh” vì nó có thể thông báo cho người sử dụng tình
trạng hoạt động; bình thường hay đang gặp sự cố, nếu có sự cố thì đó là sự cố gì, xảy ra ở vị trí nào, kể cả hướng dẫn cách vận hành cũng được thể hiện chi tiết trên màng hình điều khiển. Vì vậy đối với kỹ sư vật lý làm công tác chuẩn liều nói riêng và đảm bảo chất lượng (QA-QC) máy nói chung, cần phải hiểu rõ cấu tạo, chức năng và nguyên lí hoạt động của từng bộ phận và cả hệ thống, để khi máy cấp liều
không đạt chất lượng mong muốn ta cần phải hiệu chỉnh thông số nào, thông số đó ảnh hưởng bởi những bộ phận nào. Để từ đó có sự hiệu chỉnh cho phù hợp.


Trong luận văn này chúng tôi thực nghiệm qui trình chuẩn liều và QA cho máy gia tốc tuyến tính do hãng Siemens sản xuất (cụ thể là dòng máy gia tốc tuyến tính loại M; Primus Linear Accelerator). Để thuận tiện từ đây cụm từ “ máy gia tốc tuyến tính” viết ngắn gọn thành ” máy gia tốc”. Luận văn được trình bày trong 4 chương với nội dung có thể tóm tắt như sau:


 Chương 1: Giới thiệu tình hình bệnh ung thư trên thế giới và ở Việt Nam, các phương pháp điều trị hiện nay và mục đích nghiên cứu của luận văn.
 Chương 2: Trình bày các luận cứ khoa học của việc điều trị ung thư bằng tia xạ
 Chương 3: Nêu ra cấu tạo, nguyên lí hoạt động, cơ sở lý thuyết về chuẩn liều và QA cho máy gia tốc.
 Chương 4: Thực nghiệm chuẩn liều cho chùm photon và electron với tất cả các mức năng lượng, đảm bảo chất lượng cho chùm photon.