Luận văn Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị

Khi nói đến bức xạ nói chung và bức xạ hạt nhân nói riêng mọi người thường nghĩ ngay đến tác hại của nó. Tác hại của bức xạ hạt nhân được thể hiện rõ rệt qua hậu quả hai quả bom nguyên tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản trong chiến tranh thế giới thứ II. Và gần đây nhất là thảm họa nhà máy điện hạt nhân Trecnobưn, ngày 26 tháng tư năm 1986 và nhà máy Mayak, ngày 29 tháng 9 năm 1957[11]. Tuy nhiên, phục vụ cuộc sống nhằm kéo dài và nâng cao chất lượng cuộc sống đó là mục đích của mọi ngành khoa học chân chính. Bức xạ hạt nhân khi sử dụng với mục đính phá hoại hoặc trong những sự cố không kiểm soát thì nó có tác hại vô cùng to lớn. Nhưng khi sử dụng với mục đích cải thiện, nâng cao chất lượng và giúp ích cuộc sống thì bức xạ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng quan trọng. Bức xạ được sử dụng để phục vụ cuộc sống trong chiếu xạ, trong việc tạo giống mới và trong điều trị ung thư. Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và chùm photon Gamma nói riêng trong xạ trị là: - Tương tác của chùm photon Gamma với vật chất. - Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm photon. Trong cuộc sống có rất nhiều nguyên nhân và rất nhiều căn bệnh làm giảm tuổi thọ con người hoặc làm cuộc sống trở nên vô nghĩa vì luôn bị hành hạ bởi những cơn đau kéo dài. Một trong những nguyên nhân rất lớn gây hại cho cuộc sống là bệnh ung thư. Ung thư là một tập hợp các bệnh được biểu thị bởi sự phát triển lan rộng khối u. “Vấn đề ung thư” là một vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa nhất ở Châu Âu, vượt qua cả bệnh tim và là nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Ở Canada và Mỹ có tới 130000 và 1200000 người mỗi năm được chuẩn đoán là mắc bệnh ung thư [2]. Đặc biệt là ở những nước đang phát triển như Việt Nam các yếu tố môi trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực sự hợp vệ sinh . là những nguyên nhân làm gia tăng số người bị bệnh ung thư. Việc điều trị ung thư bằng tia xạ đã có một quá trình lịch sử rất lâu dài có thể nói từ năm 1895, khi Roentgen phát hiện ra tia X và tới ngày 27 tháng 10 năm 1951 bệnh nhân đầu tiên trên thế giới được điều trị bằng tia gamma Coban-60. Việc ra đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư gặp khá nhiều vấn đề bất cập. Chính vì vậy có thể nói ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại là sự phát minh ra máy gia tốc tuyến tính vào những năm 1960. Từ đó tới nay, với việc ứng dụng công nghệ thông tin, và các kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị, vào trong xạ trị bằng máy gia tốc kết hợp với việc cải tiến về phần cơ khí đã làm cho phương pháp xạ trị đang dần thay thế hoàn toàn các phương pháp xạ trị từ xa khác, đem lại hiệu quả ngày càng cao trong điều trị ung thư. Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh viện K Hà Nội) đã dùng máy Coban, các nguồn radium vào trong xạ trị. Bên cạnh đó, một số cơ sở y tế khác như bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy – Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 đã sử dụng các đồng vị phóng xạ trong điều trị ung thư. Máy gia tốc được đưa vào Việt Nam từ tháng 1 năm 2001 tại Bệnh Viện K – Hà Nội. Hiện nay ngoài bệnh viện K – Hà Nội, ở nước ta đã có nhiều bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương, Phương pháp xạ trị từ xa dùng máy gia tốc hiện đang có xu hướng phát triển ở nước ta. Tuy nhiên số lượng máy còn quá ít so với yêu cầu thực tế. Và đây cũng là thiết bị mới đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao.Chính vì vậy việc tìm hiểu và quảng bá những kiến thức về xạ trị, nguyên lý hoạt động của máy và tìm hiểu chính xác những thông số mà tia xạ của máy phát ra để sử dụng điều trị tốt cho bệnh nhân là vấn đề rất cần thiết. Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài: “ Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị ”. Mục đích của đề tài đặt ra: Tìm hiểu cơ chế tương tác của chùm bức xạ với vật chất Tìm hiểu phương pháp dùng chùm Photon trong xạ trị và những ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp xạ trị khác. Tìm hiểu cơ chế phát chùm photon của máy PRIMUS – Siemens và khảo sát bằng thực nghiệm một số thông số đặc trưng của chùm Photon phát ra từ máy PRIMUS – Siemens Xác định phân bố liều hấp thụ trong phantom của chùm photon với mức năng lượng 6MV và 15MV theo bề dày với kích thước trường chiếu khác nhau, từ đó xác định vị trí điều trị. Đồng thời xác định phân bố liều hấp thụ khoảng cách tới trục với bề dày khác nhau, từ đó đánh giá độ đồng đều và độ bằng phẳng của liều hấp thụ. Ngoài phần mở đầu kết luận bản luận văn này được chia thành ba chương. Chương 1: Cơ sở của phương pháp xạ trị dùng chùm Photon đề cập đến cơ sở vật lý và cơ sở sinh học của việc sử dụng chùm Photon trong xạ trị, quá trình tương tác của photon với vật chất và với cơ thể sống, tác dụng sinh học của bức xạ và các đơn vị đo liều lượng bức xạ. Chương 2. Phương pháp thực nghiệm trình bày vắn tắt nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy gia tốc Primus- Siemens, phương pháp thực nghiệm xác định đặc trưng của chùm photon từ lối ra máy gia tốc. Chương 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận tiến hành thực nghiệm đo liều hấp thụ tương đối của chùm photon trong phantom theo bề dày và khoảng cách tới trục. Xây dựng đường cong liều hấp thụ tương đối của chùm photon trong phantom theo bề dày và khoảng cách tới trục, từ đó tiến hành đánh giá chất lượng chùm photon năng lượng 6 MV và 15MV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS trong điều trị ung thư tại Bệnh Viện K.

doc14 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 16/04/2013 | Lượt xem: 1708 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS 2.1. Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng trong xạ trị[4,5,6] 2.1.1. Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị. Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị thường được chia thành 5 hệ thống đó là: Hệ thống phun, là một nguồn electron hay còn gọi là súng điện tử Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton hoặc klyston, bộ điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp trong đó electron được gia tốc,… Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trò vận chuyển electron trong chân không từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ. Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh bằng nước, hệ thống chất điện môi bằng ga để truyền vi sóng từ bộ phận phát sóng vô tuyến tới ống dẫn sóng. Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia. Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối đơn giản như hình 2.1.  Hình 2.1 Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với máy gia tốc là [1]: Hệ thống collimator chuẩn thông dụng. Hệ thống laser xác định trục quay của máy, trục thẳng đứng của chùm tia, bộ hiển thị chùm tia bằng ánh sáng nhìn thấy. Hệ thống camera theo dõi bệnh nhân, hệ thống đàm thoại giữa thày thuốc và bệnh nhân. Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; màn hình thông báo các số liệu liên quan tới việc điều trị. Hệ thống che chắn phóng xạ. Hệ thống tự ngắt máy gia tốc khi có sự cố. Các hệ thống liên quan đến quá trình điều trị bằng máy gia tốc: Giường máy có thể điều khiển lên, xuống, quay theo các góc. Hệ thống tính liều lượng và lập kế hoạch điều trị. Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ,… Hệ thống làm khuôn chì,… 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc trong xạ trị Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, do Catôt được nung nóng. Các electron sinh ra từ súng điện từ được điều chế thành các xung sau đó được phun vào buồng tăng tốc. Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng ở đó năng lượng cung cấp cho electron được lấy từ bộ phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 Mhz. Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng sung ngắn. Các bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng, đó là các “van” magnetron và klystron. Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với năng lượng đỉnh là 5MW hoặc hơn nữa để gia tốc điện tử. Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của bức xạ vi sóng để chúng có thể được gia tốc. Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân không sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với nguyên tử khí. Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chuyển động chính xác dọc theo trục được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó là do lực đẩy Coulomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lắp ghép không hoàn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm, do tác động của điện từ trường ngoài, … Do đó, chùm electron gia tốc phải được lái một cách chủ động. Trước hết sử dụng một điện trường hội tụ đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng. Sau đó các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng theo hướng ống dẫn sóng từ đó hướng ra ngoài theo đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng đến bia tạo tia X. Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron thì chùm electron được đưa trực tiếp vào đầu điều trị qua một cửa sổ nhỏ. Sau đó được tán xạ trên các lá tán xạ hoặc được một từ trường quét ra trên một diện rộng theo yêu cầu của hình dạng, diện tích trường chiếu trong các trường hợp điều trị cụ thể. Chùm tia được tạo hình dạng bằng các bộ lọc phẳng, nên, collimator sơ cấp, thứ cấp. Liều lượng được kiểm soát bằng các detector . Còn nếu chế độ phát tia X thì chùm electron đã được gia tốc lại được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia. Chùm electron có động năng lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với các nguyên tử vật chất và bị hãm lại, phát ra tia X năng lượng cao. Phổ năng lượng của tia X phát xạ và suất liều bức xạ phụ thuộc vào mức năng lượng của điện tử, số nguyên tử, bề dày bia và chất liệu dùng làm bia. Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định dạng phù hợp. Hầu hết các máy gia tốc xạ trị hiện nay đều có hai chế độ phát chùm photon và chế độ phát electron. Do đó, về cơ khí được chế tạo phù hợp để thay đổi cơ chế từ chế độ này sang chế độ khác một cách linh hoạt. Ví dụ như bia tia X có thể đưa ra khi sử dụng chế độ phát tia X và được rút vào khi phát chùm electron. Trong quá trình hoạt động, khi hãm chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do đó cần có hệ thống làm nguội bằng nước. Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và giường điều trị. Các hệ hống này đều được kiểm soát an toàn bằng một chuỗi khóa liên động điện, cơ khí, nhiệt độ, áp suất và kiểm soát chùm bức xạ với nhau. 2.1.3. Một số nét sơ lược về máy gia tốc xạ trị Primus Đây là máy gia tốc hiện đang được sử dụng điều trị ung thư tại Bệnh viện K - Hà Nội và ở một số cơ sở điều trị khác. Máy có nguyên lý cấu tạo và hoạt động như loại máy Megavolt trong xạ trị đã được trình bày ở phần trên.[3,4]. Trên hình 2.2 là hình ảnh của máy gia tốc xạ trị Primus đang được sử dụng điều trị ung thư.  Hình 2.2 Máy gia tốc xạ trị Primus Khi máy ở chế độ phát tia gamma, chùm electron sau khi được gia tốc được đưa đến đập vào bia, tạo ra chùm tia X đi ra từ cửa sổ trong đầu máy điều trị. Tuy nhiên, chùm tia được lấy ra để điều trị không phải là chùm tia sơ cấp này mà là chùm tia sau khi đã đi qua một hệ thống các collimator che chắn, lọc, nêm,…Trong đó, lọc và nêm là các bộ phận dùng để lọc phẳng chùm tia, collimator sơ cấp để hạn chế kích thước trường cực đại của chùm tia X, collimator thứ cấp để định dạng trường chiếu [3,4].  Hình2.3 Sơ đồ hệ thống collimator và lọc phẳng chùm tia X trong đầu điều trị của máy gia tốc xạ trị Primus Năng lượng của chùm tia đi ra từ cửa sổ của đầu điều trị được tập trung chủ yếu trong trường chiếu đã xác định do sự định dạng của collimator thứ cấp. Các loại máy gia tốc xạ trị hiện đại thường cùng loại collimator đa lá có thể định dạng trường chiếu rất chi tiết. Hình 2.4 Collimator đa lá định dạng trường chiếu 2.2. Phương pháp thực nghiệm xác định một số đặc trưng của chùm photon từ lối ra của máy gia tốc PRIMUS – Siemens 2.2.1. Máy gia tốc tuyến tính xạ trị Hãng sản xuất: Siemens - Xuất xứ: Đức. Các tính năng: Máy gia tốc tuyến tính này có thể phát ra 2 loại bức xạ (Photon và Electron) với các mức năng lượng khác nhau phục vụ trong xạ trị: Các mức năng lượng photon: 6 MV và 15 MV. Các mức năng lượng electron: 5 MeV, 6 MeV, 7 MeV, 8 MeV, 9 MeV 10 MeV, 12 MeV và 14 MeV. 15 MeV. 2.2.2. Thiết bị đo liều Trong phương pháp xạ trị, việc kiểm tra liều chiếu từ máy gia tốc phải được tiến hành thường xuyên bằng thiết bị đo liều chính xác do IAEA cung cấp. Phần thực nghiệm của luận văn tiến hành đo phân bố liều trên máy gia tốc xạ trị PRIMUS tại bệnh viện K Hà Nội, Sử dụng thiết bị đang được dùng để kiểm tra liều chiếu hàng ngày tại đây. Thiết bị đo là Dosimeter kết hợp với đầu đo là buồng ion hóa Farmer chamber FC65 – P. Trên hình 2.6 là thiết bị đo liều Dosimeter.  Hình 2.6 Thiết bị đo liều Dosimeter Trên hình 2.7 đưa ra dạng đầu đo FC65 – p được sử dụng trong luận văn  Hính 2.7 Đầu đo Famer type chamber FC65 – P Một số thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Famer type chamber FC65 – P như sau: Ứng dụng: + Đo liều tuyệt đối chùm photon và electron trong xạ trị. + Đo trong chất rắn, không khí, phantom nước. Sử dụng trong việc đo liều thường quy. Các đặc trưng: + Buồng ion hóa không khí. + Có cấu trúc lớp nhựa vững chắc giúp việc kiểm tra liều hàng ngày. + Không thấm nước. + Có các lỗ thoát khí qua các lớp không thấm nước + Được bảo vệ chắc chắn. + Cung cấp cho việc chuẩn máy và có hướng dẫn sử dụng. Vật liệu + Điện cực ngoài POM (1,42 g/cm3) + Điện cực trong bằng nhôm (2,7 g/cm3) Kích thước vùng hoạt + Thể tích thông thường 0,65 cm3. + Tổng chiều dài vùng hoạt 2,3,2 mm. + Đường kính bên trong của hình trụ 6,2 mm + Độ dày của lớp vỏ 0,4m. Cáp và cầu nối + Kiểu kết nối TNC ba trục. + Chiều dài của dây cáp 1,4 m. Thông số hoạt động + Dòng điện dò < 10-15 A + Độ nhạy 21.10-9 C/Gys. 2.2.3. Phantom nước Nhiệm vụ của luận văn là xác định phân bố liều của chùm tia photon phát ra từ máy gia tốc PRIMUS – Siemens. Trong thực nghiệm ta tiến hành đo liều hấp thụ trong các phantom. Do cấu tạo mô cơ thể con người chủ yếu là nước nên người ta sử dụng môi trường nước để đo liều hấp thụ (gọi là phantom nước) khi tính toán liều để điều trị chính xác nhất. Phantom nước đo liều là loại Blue Phantom - Kích thước 40x40x40 cm3 - Nhà sản xuất IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức.  Hình 2.8 Phantom nước. Blue phantom thực chất là một thùng lập phương rỗng làm bằng Plastic được tích hợp các thiết bị sau: Thùng chứa nước: Chứa nước để bơm vào phantom khi cần đo. Máy bơm nước: Bơm nước từ thùng chứa vào phantom khi cần thực hiện đo đạc và hút nước ra khỏi phantom vào thùng chứa khi kết thúc. Thiết bị nâng, hạ phantom để điều chỉnh khoảng cách từ nguồn đến bề mặt nước khi cần thiết. Nhưng trên thực tế, khi đo liều lượng thường ngày không cần thiết đến loại phantom nước to, cồng kềnh, mà dùng loại phantom đặc biệt tiện lợi hơn. Loại phantom này không nhất thiết phải có mật độ vật chất chính xác như mô cơ thể mà chỉ gần đúng. Đó là các tấm mỏng làm bằng polystyrence có tỉ trọng lớn hơn nước một chút. Trong đó có lỗ khoan để đặt đầu đo đúng với độ sâu đo liều tham khảo là 5cm. Việc đo liều hấp thụ trong các phantom có mật độ vật chất giống với mô cơ thể người nhằm mục đích tính toán được liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân điều trị bằng tia xạ. Tuy nhiên việc hấp thụ trong môi trường lại tỷ lệ thuận với liều chiếu. 2.2.4. Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính CCU (Control Unit) được kết nối với máy tính cài đặt phần mềm OmniPro-Accepts. Có chức năng điều khiển sự di chuyển của buồng ion hóa chính trong phantom (lên, xuống, trái, phải) theo các vị trí đã được lập trình sẵn trong phần mềm. Đồng thời CCU thu nhận tín hiệu từ hai buồng ion hóa (chính và tham chiếu) và truyền tải về máy tính để phần mềm OmniPro-Accepts xử lý.  Hình 2.9 Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU 2.2.5. 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: Đức.  Hình 2.10 Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts Các chức năng chính: Kết nối với CCU để dịch chuyển đầu dò đến các vị trí cần đo liều theo yêu cầu của phần mềm mà người dùng đã nhập vào. Thu nhận và xử lý số liệu từ buồng ion hóa. Hiển thị kết quả đo đạc 2.2.7. Hình học đo Các đặc trưng của chùm photon được xác định đối với trường chiếu 10x10 (Sử dụng: Applicator 10x10 Cone size ). Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nước là SSD = 100 cm. Buồng ion hóa được đặt trên trục chính của chùm tia để lần lượt đo liều hấp thụ trong nước tại các độ sâu từ 10 cm cho đến 0 cm (bề mặt). Máy gia tốc sẽ liên tục phát tia cho đến khi phép đo hoàn thành.  Hình 2.11 Bố trí hình học đo đạc. 2.2.8 Phương pháp đo Sử dụng các thiết bị đo được trình bày ở trên tiến hành việc đo đặc trưng liều sâu phần trăm của chùm photon với mức năng lượng 6 MV và 15 MV. Các phép đo được lặp lại 3 lần với các trường chiếu khác nhau . 2.2.8.1. Phân bố liều hấp thụ theo bề dày Hình2.12: Sự phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày của chùm photon Các đại lượng trên hình 2.12 có ý nghĩa như sau: Đại lượng Dm là liều hấp thụ cực đại, Dx: liều hấp thụ do bức xạ hãm gây ra R100 là độ sâu ứng với liều cực đại Dm; R50 là độ sâu tại đó liều hấp thụ bằng 50% liều cực đại. R85 là chiều sâu tại đó liều bằng 85% liều hấp thụ cực đại, đây cũng chính là khoảng cách điều trị. 2.2.8.2. Phẩm chất của chùm photon a. Xác định độ bằng phẳng (F) [11]  Hình 2.13: Hình vẽ xác định độ bằng phẳng Đánh giá độ bằng phẳn (F) của chùm photon hay electron dựa vào công thức sau: Trong đó  là liều hấp thụ tương đối tương ứng lớn nhất và nhỏ nhất b. Xác định độ đồng đều (S) [11]  Hình 2.14: Hình vẽ xác định độ đồng đều Đánh giá độ đồng đều (S) của chùm photon và electron ta dựa vào công thức sau: Suy ra:  (2.7) Trong đó: - Diện tích bên trái trục trung tâm  - Diện tích bên phải trục trung tâm  - a là bước nhẩy

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdaodinhbinh_c2.doc
  • docdaodinhbinh_c1.doc
  • docdaodinhbinh_c3.doc
  • docdaodinhbinh_ta.doc
  • docdaodinhbinh_tt.doc
Luận văn liên quan