đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc thẳng tại bệnh viện ung bướu

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được khóa luận này, tự đáy lòng em xin chân thành gửi lời cảm
ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Vật lý Hạt nhân, các anh, các chị trong khoa Kỹ
thuật Phóng xạ Bệnh viện Ung Bướu đã không ngừng giúp đỡ, hướng dẫn tận tình,
truyền đạt cho em nhiều kiến thức chuyên môn khoa học.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Châu Văn Tạo luôn động viên và
tạo điều kiện cho em làm đề tài.
Em xin cám ơn KS. Phan Quốc Uy đã tận tình hướng dẫn, nhắc nhở, luôn
quan tâm và tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cám ơn KS. Nguyễn Trung Hiếu luôn luôn nhắc nhở và
kiểm tra tiến độ của em, đã có những chỉ dẫn và đóng góp sâu sắc về chuyên môn
cho em.
Cô Nguyễn Hoàng Anh đã nhiệt tình chỉ dẫn, động viên, khuyến khích và
đồng hành với em trong quá trình làm đề tài.
Quý thầy cô ở Bộ môn Vật lý Hạt nhân, khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật, trường
Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh đã cho lời khuyên, truyền đạt
kiến thức khoa học và hết lòng giúp đỡ em.
Ngoài ra còn cả những người bạn luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ rất nhiều.
Gia đình luôn luôn ở bên cạnh em, luôn động viên nhắc nhở, ủng hộ nhiệt tình, đó
là một động lực rất lớn giúp cho em.
TP. HCM, năm 2014
Hoàng Thị Hậu

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG 3
GIỚI THIỆU 4
CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TẠO CỦA MÁY GIA TỐC
THẲNG 6
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của máy gia tốc thẳng 6
1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc thẳng 6
1.3. Cấu tạo của máy gia tốc thẳng 8
1.3.1. Hệ thống ống dẫn sóng (Wave Guide System) 8
1.3.2. Nguồn cung cấp sóng cao tần (RF: Radio Frequency) 9
1.3.2.1. Magnetron ………………………………………………………… 9
1.3.2.2. Klystron …………………………………………………………… 9
1.3.3. Nguyên lý tạo chùm electron 9
1.3.3.1. Các súng electron ………………………………………………… 9
1.3.3.2. Hoạt động các chùm tia electron ………………………………….11
1.3.3.3. Các phương pháp uốn chùm tia ………………………………… 11
1.3.4. Hệ thống đầu máy điều trị 13
1.3.4.1. Bia tia X ………………………………………………………… 13
1.3.4.2. Ống chuẩn trực (Collimator) …………………………………… 14
1.3.4.3. Vật nêm (Wedge) …………………………………………………15
1.3.5. Thân máy 16
1.3.6. Hệ thống bàn điều trị 16
CHƯƠNG 2. ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO MÁY GIA TỐC THẲNG 17
2.1. Giới thiệu về kế hoạch đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc (QA) 17
2.1.1. Đặc điểm về QA 17
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến QA 17

2.1.3. Sai số trong quá trình xạ trị 18
2.2. Kiểm tra 19


2.2.1. Đảm bảo chất lượng hàng ngày 19
2.2.1.1. Kiểm tra độ chính xác về cơ học ………………………………….20
2.2.1.2. Kiểm tra độ chính xác về liều lượng, bức xạ ………………………22
2.2.1.3. Kiểm tra về độ an toàn …………………………………………… 23
2.2.2. Đảm bảo chất lượng hàng tuần 25
2.2.3. Đảm bảo chất lượng hàng tháng 28
2.2.3.1. Kiểm tra độ chính xác cơ học …………………………………….29
2.2.3.2. Kiểm tra về độ chính xác về bức xạ, liều lượng……………………32
2.3.3.3. Kiểm tra độ an toàn……………………………………………… 34
2.2.4. Đảm bảo chất lượng hàng năm 35
2.2.4.1. Kiểm tra độ chính xác cơ học………………………………………35
2.2.4.2. Kiểm tra độ chính xác về liều lượng, bức xạ……………………… 37
2.2.4.3. Kiểm tra độ an toàn……………………………………………… 40
CHƯỞNG 3. THỰC NGHIỆM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO MÁY GIA TỐC
THẲNG TẠI BỆNH VIỆN UNG BƯỚU 41
3.1. Quy trình vận hành máy 41
3.2. Kiểm tra cho máy xạ trị gia tốc thẳng 42
3.3. Tính toán liều hấp thụ đối với chùm photon năng lượng 6 MV 43
3.3.1. Đo PDD và profile, độ phẳng và độ đối xứng 43
3.3.2. Đo liều tuyệt đối bằng UNIDOS 43
KẾT LUẬN 47
KIẾN NGHỊ 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 50
PHỤ LỤC 2: CÁC THIẾT BỊ ĐO 52
PHỤ LỤC 3: CÁC BẢNG BIỂU 54

1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
và ký hiệu
Tiếng Anh Tiếng Việt
QA Quality assurance Đảm bảo chất lượng
IAEA
International Automic
Energy Agency
Viện năng lượng nguyên tử quốc tế
MU Monitor unit Đơn vị của liều chiếu
MLC Multileaf collimator Bộ chuẩn trực đa lá
SSD Surface source distance
Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt
phantom (cm)
ODI Optical distance indicated Chỉ thị khoảng cách quang học
PDD Percent deep dose Phần trăm theo liều sâu
IRP Isocentre rotation plates Bảng quay đồng tâm
4DTC 4D treatment console Hệ máy điều trị 4DTC
LVI Linac verify interface Máy gia tốc LVI
IEC
International
electrotechnical commission

Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
D

W,Q
(Z
ref
)
Absorbed dose to water at
the reference depth
Liều hấp thụ trong nước tại độ sâu
chuẩn Z
ref
trong phantom nước
được xạ trị bởi chùm tia có chất
lượng Q. Đơn vị Gray (Gy).
D
W,Q
(Z
max
)

Absorbed dose to water at
the maximum depth
Liều hấp thụ trong nước tại độ sâu
chuẩn Z
max
trong phantom nước
được xạ trị bởi chùm tia có chất
lượng Q. Đơn vị Gray (Gy).
k
elec
Calibration factor of
electrometer

Hệ số hiệu chỉnh máy đo


2

k
pol
Polarity of the polarizing
voltage applied to the
chamber
Hệ số hiệu chỉnh điện thế phân cực
k
TP

Standard reference
temperature and pressure
specified by the standards
laboratory and the
temperature and pressure of
the chamber
Hệ số hiệu chỉnh sự thay đổi nhiệt
độ và áp suất chuẩn
k
s
The lack of complete charge
collection
Hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp của ion
trái dấu
k
Q

Beam quality correction
factor for user quality
Hệ số hiệu chỉnh chất lượng chùm
tia
M
Q
Ratio of dosimeter reading
and monitor units
Tỉ số liều đọc và đơn vị chỉ thị
Đơn vị: C hoặc rdg
Z
ref
Reference depth (g/cm
2
) for
in - phantom measurements
Chiều sâu tham khảo (g/cm
2
)trong
phantom
Z
max
Depth of maximum dose
Chiều sâu tại đó liều hấp thụ cực
đại
TPR
(20,10)
Tissue - phantom ratio in
water at depths of 20 and 10
g/cm

2
Tỉ số mô phantom trong nước tại
chiều sâu 20 và 10 g/cm
2
)
PDD
(10,10)
Percent depth dose in water
at depths of 20 and 10 cm
Phần trăm liều theo độ sâu 20 và 10
cm trong nước






3

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia tốc thẳng 7
Hình 1.2. Cấu tạo máy gia tốc thẳng 8
Hình 1.3. Những bộ phận của súng electron ba cực 10
Hình 1.4. Cấu tạo của hệ uốn 270
0
12
Hình 1.5. Hệ uốn đi qua ba giai đoạn để tạo thành hệ uốn 112,5
0
13
Hình 1.6. Mô hình các ngàm (JAW) collimator thông qua IEC1217 14

Hình 1.7. (a) Đường liều với những góc nêm khác nhau, (b) Vật nêm 15
Hình 1.8. Thân máy của máy gia tốc thẳng 16
Hình 2.1. Đặt khung trường chiếu và thước level 20
Hình 2.2. Gắn thước chỉ thị khoảng cách và kiểm tra 21
Hình 2.3. Kiểm tra lazer 22
Hình 2.4. Hệ thống đèn phát tia 24
Hình 2.5. Màn hình theo dõi bệnh nhân 25
Hình 2.6. Trường chiếu MLC với các hình dáng bất kỳ 26
Hình 2.7. Trường chiếu ánh sáng với những khoảng cách khác nhau 28
Hình 2.8. Sự trùng khớp giữa trường ánh sáng và trường xạ 30
Hình 2.9. Đường Cross hair 30
Hình 2.10. Đồng tâm quay thân máy 31
Hình 2.11. Đồng tâm quay collimator 32
Hình 2.12. Hình vẽ xác định độ phẳng của trường chiếu 38
Hình 2.13. (a) Bố trí phantom nước (b) Máy điều khiển đầu dò 39
Hình 2.14. Đường PDD với những kích thước trường chiếu khác nhau 39
Bảng 2.1. Kiểm tra hàng ngày…………………………………………………… 20
Bảng 2.2. Kiểm tra hàng tuần…………………………………………………… 26
Bảng 2.3. Kiểm tra hàng tháng……………………………………………………. 29
Bảng 2.4. Kiểm tra hàng năm…………………………………………………… 35
Bảng 3.1. Kiểm tra những thông số máy gia tốc thẳng……………………….……42
Bảng 3.2. Bảng số liệu…………………………………………………………… 44


4

GIỚI THIỆU
Máy gia tốc thẳng sử dụng trong lĩnh vực xạ trị ung thư là một loại máy có
khả năng tạo ra chùm tia có cường độ dòng rất lớn và năng lượng của chùm tia cao;
có thể gia tốc cả electron lẫn photon, cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, chất lượng

cao, trường chiếu rộng, năng lượng cao hơn so với Co - 60 thích hợp cho các khối u
ở sâu, bảo vệ da tốt hơn. Máy gia tốc tại bệnh viện Ung Bướu Thành Phố Hồ Chí
Minh là máy của hãng Varian với model là CD2 300 là một trong những máy thế hệ
tiên tiến nhất của các máy gia tốc hiện nay với hai mức năng lượng photon 6 và 18
MV, và sáu mức năng lượng electron 4, 6, 9, 12, 16, 18 MeV giúp cho điều trị bệnh
nhân một cách dễ dàng và hiệu quả hơn, tránh được những biến chứng không cần
thiết cho bệnh nhân. Đặc biệt với hệ thống collimator đa lá (MLC) mà bệnh viện
mới được trang bị nhằm giảm thiểu chi phí cũng như thời gian cho việc đúc các
khuôn chì che chắn cho bệnh nhân như trước đây và thực hiện được các kỹ thuật
phức tạp, nhiều trường chiếu.
Đi kèm với thiết bị này là hệ thống mô phỏng và quản lý bệnh nhân VARIS
tiên tiến và hiện đại nhất hiện nay. Tất cả hệ thống này hoạt động trên một hệ thống
mạng khép kín và phải có sự đồng bộ và chính xác của từng bộ phận, nhằm tránh
được những sai sót khi thực hiện việc điều trị bệnh nhân. Đặc điểm nổi bật nhất của
hệ thống chính là phần mềm lập kế hoạch điều trị với phần mềm Eclipse 3 chiều
hiện đại. Tại hệ thống này các kỹ sư có thể thay đổi sự phân bố liều lượng như ý
muốn bằng cách thay đổi chùm tia, các hệ thống phụ trợ như wedge, bolus,… nhằm
giảm liều tại các cơ quan lành và bổ sung đủ liều tại thể tích bướu điều trị bệnh
nhân.
Do đó kĩ sư vật lý cần nắm rõ cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của
từng bộ phận và của cả hệ thống, cần phải biết thông số nào là không hợp lý, những
thông số đó có ảnh hưởng như thế nào tới từng bộ phận máy hay không để từ đó có
thể điều chỉnh cho phù hợp. Và công việc đảm bảo chất lượng máy gia tốc thẳng
luôn là việc ưu tiên trong lĩnh vực xạ trị.


5

Đảm bảo chất lượng (QA: Quality Assurance) là đo và chuẩn liều tia xạ bao
gồm một quá trình bắt buộc phải thực hiện để đảm bảo độ chính xác và duy trì việc

đo liều lượng thường xuyên. Là sự thực hiện định kỳ những nội dung đo, chuẩn liều
đúng theo các hướng dẫn kỹ thuật và tính nghiêm túc của việc thực hiện những điều
đó.
Cho đến nay, các cơ sở điều trị tia xạ trị trong cả nước nói chung, chương
trình “Đảm bảo chất lượng” trong xạ trị ung thư là vấn đề quan trọng và được xem
là mục tiêu hàng đầu về công tác đo liều và chuẩn máy phải được quan tâm và thực
hiện theo định kì, đúng các quy trình kỹ thuật. Đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay,
các trang thiết bị cần phải được duy tu, bảo dưỡng thường xuyên. Chương trình QA
nhằm mục đích ngăn ngừa các sai số hệ thống và giảm được các sai số ngẫu nhiên.
Khóa luận này được trình bày trong ba chương với nội dung như sau:
Chương 1: Nguyên lý hoạt động, cấu tạo của máy gia tốc thẳng: trình bày về từng
bộ phận cấu tạo, chức năng và nguyên lý vận hành của máy gia tốc thẳng.
Chương 2: Đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc thẳng: công việc kiểm tra về cơ
khí, liều lượng và an toàn phải được kiểm tra định kỳ để đánh giá được sai số của
từng yêu cầu có nằm trong khoảng cho phép hay không.
Chương 3: Thực nghiệm đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc thẳng tại bệnh viện
Ung Bướu: kiểm tra hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng năm về vấn đề cơ khí,
liều lượng và độ an toàn, đảm bảo cho máy hoạt động một cách ổn định và chính
xác.

6

CHƯƠNG 1
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TẠO CỦA MÁY GIA TỐC THẲNG
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của máy gia tốc thẳng
Năm 1924, nhà vật lý người Thụy Điển G. Ising đưa ra nghiên cứu rằng năng
lượng tối đa có thể tạo ra bằng cách thay thế khe đơn giữ hiệu điện thế một chiều
bằng việc đặt dọc theo một đường thẳng vài điện cực hình trụ nối tiếp nhau giữ hiệu
điện thế dạng xung. Nhà vật lý người Na Uy Rolf Wideröe nhận ra rằng, nếu pha
của hiệu điện thế luân phiên biến đổi 180

0
trong hành trình của hạt giữa các khe, thì
hạt có thể thu năng lượng trong từng khe. Dựa trên ý tưởng này, ông đã xây dựng
một máy gia tốc ba giai đoạn cho các ion natri. Ý tưởng về máy gia tốc thẳng đã ra
đời. Các hạt được gia tốc trong những khe nhỏ và giữa các khe chúng chuyển động
bên trong các điện cực hình trụ được che chắn. Một phiên bản cải tiến của máy gia
tốc thẳng đã được hình thành vài năm sau đó bởi Luis Walter Alvarez.
Đối với các mục đích khoa học, hiện nay có khoảng 1,300 máy gia tốc thẳng
cho electron và positron, khoảng 50 máy cho ion, kể cả proton. Chúng bao quát một
ngưỡng năng lượng rộng từ vài MeV đến 52 GeV đối với máy gia tốc thẳng
electron lớn nhất đặt tại Trung tâm máy gia tốc thẳng Stanford (SLAC). Ở Los
Alamos, một máy gia tốc thẳng proton gia tốc proton lên 800 MeV trên khoảng
cách 800 m. Máy gia tốc này là trái tim của tổ hợp Vật lý Meson Los Alamos
(LAMPF) và nó là máy gia tốc thẳng proton lớn nhất thế giới.
Ngoài các máy gia tốc khoa học, còn có hàng nghìn máy gia tốc thẳng nhỏ
dùng tại các bệnh viện cho phép điều trị ung thư [10].
1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc thẳng
Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ cathod của súng electron
bị nung nóng. Sau đó electron được tăng tốc về phía anod được đục lỗ để đi vào ống
dẫn sóng gia tốc. Ở đây, các electron được gia tốc bước đầu bằng trường tĩnh điện.
Trước khi đi vào ống dẫn sóng, các electron được điều chế thành xung rồi được
phun vào ống dẫn sóng. Trong ống dẫn sóng, các electron được gia tốc bằng sóng
cao tần. Năng lượng truyền cho electron lấy từ bức xạ vi sóng. Bức xạ vi sóng phát

7

Súng
electron

ra dưới dạng các xung ngắn. Bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng -

đó là các “van” magnetron hoặc klystron. Klystron thường được dùng với các máy
gia tốc năng lượng cao với mức năng lượng đỉnh là 5 MV hoặc hơn nữa để gia tốc
electron. 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. Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm
electron, thì chùm tia electron gia tốc 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 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, nêm, collimator sơ cấp,
thứ cấp. Liều lượng được kiểm soát bằng các detector. Còn nếu ở chế độ phát tia X
thì chùm electron đã gia tốc được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia.
Chùm tia 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 [9, tr.198–199].







Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia tốc thẳng






Electron
Súng
electron

Hệ thống ống gia tốc
Bia
U
ố
n chùm tia

Tia X

8

1.3. Cấu tạo của máy gia tốc thẳng

Hình 1.2. Cấu tạo máy gia tốc thẳng. (1) Ống gia tốc, (2) Uốn chùm electron 270
0
,
(3) Bia, (4) Collimator sơ cấp, (5) Tấm lọc, (6) Buồng ion hóa, (7) Collimator đa lá,
(8) Electron applicator [8, tr.32].
1.3.1. Hệ thống ống dẫn sóng (Wave Guide System)
Hệ thống ống dẫn sóng gồm có ống electron để truyền sóng từ nguồn phát
sóng tới ống electron. Ống electron được cấu tạo gồm các ống bằng đồng có bề mặt
bên trong tròn phẳng, được đặt tách biệt nhau và các hốc cộng hưởng dùng để tạo ra
độ lệch pha 180
0
với cấu trúc gia tốc bằng sóng dừng. Kích thước đường kính ngoài
của một ống dẫn sóng khoảng 15 cm (kể cả vỏ nước làm nguội), chiều dài tăng tốc
khoảng 1 – 3 m tùy theo năng lượng.
Có ba yêu cầu mà cấu trúc ống dẫn sóng phải thỏa mãn: Độ dẫn sóng tốt,
chính xác về kích thước, độ ổn định cấu trúc cao. Để thỏa mãn được những yêu cầu
trên ta thực hiện bằng cách sử dụng đồng là chất làm vật liệu truyền và dẫn sóng.

Và đòi hỏi độ bền cơ học ở mức độ cao, kể cả độ dãn nở nhiệt của hệ thống [1].

9

1.3.2. Nguồn cung cấp sóng cao tần (RF: Radio Frequency)
Hầu hết các máy gia tốc electron thường hoạt động ở giải tần số 3000 MHz.
Về mặt thực tế thì đã chế tạo được các loại hoạt động ở tần số cao gấp 3 lần tần số
nói trên, nhưng về mặt lý thuyết, nên sử dụng tần số cao sẽ có lợi hơn là giảm được
kích thước buồng tăng tốc và do đó có thể chế tạo các máy gia tốc gọn nhẹ hơn.
Sau đây ta xét nguồn cung cấp sóng cao tần klystron và magnetron [1].
1.3.2.1. Magnetron
Là thiết bị tạo ra dao động năng lượng cao, phát ra dao động cao tần. Là một
thiết bị hình trụ, thông thường có 6 khoang cộng hưởng và chúng tạo thành anode
đặt ở ngoài vành được sắp xếp đối xứng với nhau. Chúng được tạo thành từ các
khối bằng đồng đặc bố trí xung quanh cathode. Cathode được phủ một lớp oxide
xung quanh và đồng tâm trong anode và được nung gián tiếp bằng sợi tungsten. Tần
số của vi sóng khoảng 3000 MHz. Năng lượng cực đại của magnetron hiện nay
thường dùng cỡ 5 MW.
1.3.2.2. Klystron
Là một máy khuếch đại dao động sóng. Nó cần một máy phát dao động năng
lượng thấp đi kèm để cung cấp dao động ở lối vào của klystron. Nhờ đó nó sẽ
khuếch đại dao động có năng lượng thấp này lên đến năng lượng rất cao. Nguồn cao
thế nằm trong vùng 10 kV đến 150 kV, với cường độ dòng electron 100 A. Klystron
có thể tạo ra năng lượng các đỉnh sóng từ 5 đến 30 MW, lớn hơn đáng kể so với
magnetron.
1.3.3. Nguyên lý tạo chùm electron
1.3.3.1. Các súng electron
Dùng để phát electron, gồm hai loại: hai cực (diod) và ba cực (triode). Cả hai
loại súng này đều có một sợi dây cathode nung nóng và anode có đục một lỗ nhỏ ở
giữa. Với súng ba cực thì có thêm một lưới điều khiển [1].

a) Các súng hai cực
Một biến áp cung cấp cao áp cho súng electron và magnetron trong các máy
gia tốc ngang gồm một số cuộn dây mắc song song đồng thời cấp dòng đốt cathode

10

cho cả súng electron và magnetron. Dòng đốt này được điều chỉnh bằng các mạch
có điện áp gần với điện áp nối đất. Nếu máy gia tốc có chùm electron hoạt động với
năng lượng thấp, thì các xung được điều khiển từ magnetron qua một bộ chia thế
đơn giản.
Các cathode có thể nung trực tiếp hoặc gián tiếp, để đơn giản ta dùng sợi dây
đốt vonfram xoắn óc, thẳng. Khi dòng electron đi qua ống dẫn thì nó sẽ được điều
chỉnh bằng dòng của sợi đốt cathode. Có hai cơ chế có thể thực hiện với việc nung
nóng cathode trực tiếp hoặc gián tiếp. Nhưng việc sử dụng cathode đốt gián tiếp hay
trực tiếp thì còn tùy thuộc vào cơ chế hoạt động của máy gia tốc và cơ chế hoạt
động của các chùm tia electron.
b) Các súng ba cực
Khác với súng electron hai cực thì súng electron ba cực có thể dùng loại cathode
đốt gián tiếp mà vẫn đảm bảo việc điều chỉnh nhanh cường độ chùm electron, bởi vì
nó sử dụng một lưới điểu khiển cường độ chùm electron. Với hệ thống này ta có thể
đổi pha giữa sóng cao tần và các xung electron một cách dễ dàng, còn với súng
electron hai cực thì bắt buộc phải như nhau.

Hình 1.3. Những bộ phận của súng electron ba cực [3, tr.208-209]

11

1.3.3.2. Hoạt động các chùm tia electron
Chùm tia electron đi qua ống tăng tốc và được bố trí trên đầu máy điều trị hoạt
động trong từ trường.

a) Các cuộn lái tia (Beam Steering)
Các chùm electron khi đi qua buồng tăng tốc, nguồn cung cấp sóng cao tần sẽ
không chuyển động một cách chính xác dưới tác động của điện trường mà các chùm
electron phải được lái một cách chủ động qua hệ thống. Để thực hiện được việc này
người ta đã sử dụng hai cuộn dây lưỡng cực vuông góc để tạo thành các cặp cuộn
lái tia. Sau khi các electron được gia tốc đến năng lượng cực đại, thì một cặp cuộn
tia sẽ được sử dụng để hướng chùm tia vào bia tia X hoặc cửa sổ electron một cách
chính xác. Hướng và vị trí chùm electron sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố liều lượng
của chùm tia.
b) Các cuộn hội tụ
Chùm electron luôn có xu hướng phân kỳ khi các electron được gia tốc qua
ống dẫn, chỉ một phần nhỏ xuyên tâm. Khi các electron đạt đến một năng lượng nào
đó và các xung lượng bị ảnh hưởng bởi sự phân kỳ làm cho các lực này giảm đi.
Riêng lực xuyên tâm vẫn không đổi, nhưng xung lượng của các chùm tia tăng và ổn
định hơn làm cho sự phân kỳ liên tục giảm. Điện trường hội tụ được cung cấp bởi
một loạt cuộn dây, các cuộn dây hội tụ đồng trục với ống dẫn sóng và vỏ nước làm
nguội của nó. Điện trường hội tụ ngăn dòng electron khỏi sự phân kỳ và đập vào
ống dẫn sóng và lái chùm tia theo tiết diện có kích thước theo yêu cầu tại một thời
điểm xác định trong ống dẫn sóng.
1.3.3.3. Các phương pháp uốn chùm tia
a) Uốn 90
0

Các electron xuất hiện từ ống tăng tốc, đi vào ống dẫn sóng và vào tổ hợp
chân không phẳng đặt giữa các điện cực song song, phẳng của một từ trường lưỡng
cực. Bán kính cong của chùm tia hoạt động như một phổ kế năng lượng, chùm
electron có năng lượng càng cao thì phổ kế năng lượng càng nhỏ hơn so với các
electron có năng lượng thấp. Do vậy cần phải giữ ổn định cho cả điện trường và

12

năng lượng của electron một cách chính xác. Nếu một electron chuyển động theo
quãng đường dài hơn thì sẽ bị uốn cong nhiều hơn và ngược lại. Hai electron sẽ hội
tụ tại một điểm mà chúng sẽ rời hệ từ trường và chuyển động theo các đường phân
kỳ [1].
b) Uốn 270
0

Uốn 270
0
là thực hiện việc lái chùm tia electron cùng một điểm, cùng một
hướng và độc lập với năng lượng của chúng. Có nghĩa là chùm electron chuyển
động theo cùng một đường trong điện trường được cung cấp bởi nam châm điện.
Khi một chùm electron chuyển động trong điện trường nó sẽ đi theo đường cong và
độ uốn cong phụ thuộc vào năng lượng và cường độ điện trường trong đó.



Hình 1.4. Cấu tạo của hệ uốn 270
0
[9, tr.211-212]
c) Uốn 112,5
0

Đây là một hệ uốn lý tưởng, hệ gồm có ba giai đoạn mà các electron sẽ đi qua
và được uốn. Giai đoạn thứ nhất làm lệch electron 45
0
và đóng vai trò như một phổ
kế. Các electron có năng lượng lớn hơn sẽ bị lệch một góc nhỏ hơn 45
0

, còn các
electron có năng lượng nhỏ hơn sẽ bị lệch một góc lớn hơn 45
0
. Sau đó các electron

13

sẽ được đi giai đoạn uốn thứ hai và cũng bị làm lệch 45
0
, nhưng theo hướng ngược
lại. Trong quá trình này các electron sẽ bắt đầu hội tụ, giai đoạn uốn cuối cùng với
một góc 112,5
0
sẽ hoàn thành việc hội tụ năng lượng. Chùm hội tụ sẽ đập vào bia
tia X có tiết diện khoảng 2 mm.

Hình 1.5. Hệ uốn đi qua ba giai đoạn để tạo thành hệ uốn 112,5
0
[1]
1.3.4. Hệ thống đầu máy điều trị
Đầu máy điều trị là một bộ phận của máy gia tốc, bộ phận này dùng để nhận
chùm electron từ buồng tăng tốc và phát ra loại chùm tia (tia X và electron) để điều
trị cho bệnh nhân. Có hai loại đầu máy điều trị liên quan trực tiếp đến buồng tăng
tốc, một loại chùm tia sẽ đi thẳng sau khi gia tốc mà không qua hệ thống uốn chùm
tia. Một loại được bẻ cong (90
0
hoặc 270
0
) có chùm tia phát ra vuông góc với buồng
tăng tốc và phải qua một hệ thống uốn chùm tia.

1.3.4.1. Bia tia X
Bia tia X nhận electron từ ống tăng tốc dùng để phát ra tia X, dưới sự ảnh
hưởng của việc phát tia X quá nhanh với năng lượng electron tăng lên, máy hoạt
động ở mức MW làm cho bia nóng lên. Để làm giảm độ nóng của bia tia X ta dùng
hệ thống nước làm nguội chảy qua khối đồng vào bia. Đối với mỗi mức năng lượng
cho trước của electron thì phổ phát xạ photon (tia X) phụ thuộc vào số nguyên tử và
độ dày của bia. Đối với các mức năng lượng electron lên đến 10 MeV thì một bia
dày làm bằng vonfram sẽ cho phép tạo ra chùm tia X có chất lượng tốt và suất liều

14

lớn nhất. Còn nếu năng lượng chùm electron lớn hơn, thì vật liệu làm bằng nhôm
thường được sử dụng để làm bia.
1.3.4.2. Ống chuẩn trực (Collimator)
Collimator là thiết bị dùng để xác định trường chiếu, kích cỡ khe hở của
collimator trong máy thì rất nhỏ. Độ dày của vật liệu che chắn làm bằng hợp kim
pha chì và những kim loại khác. Mỗi collimator đều được gắn trong đầu máy,
thường cách bia khoảng 35 - 40 cm, những vị trí collimator được xem là vị trí của
hình chiếu của collimator lên mặt phẳng đồng tâm cách bia 100 cm. Gồm các loại
như collimator đối xứng, collimator độc lập, collimator đa lá (MLC: Multileaf
collimator).

Hình 1.6. Mô hình các ngàm (JAW) collimator thông qua IEC1217 [9, tr. 195]

15

1.3.4.3. Vật nêm (Wedge)
Các vật nêm được làm bằng thép hoặc chì theo góc độ 15
0
, 30

0
, 45
0
, 60
0
, sử
dụng nêm khi cần thay đổi đường cong đẳng liều.
Nêm ảnh hưởng đến sự phân bố liều lượng của chùm tia, khi đi qua nêm thu
được những đường cong đồng liều khác nhau (vd: góc nêm 50
0
như (hình vẽ 1.7.a)),
đường đồng liều này phụ thuộc vào góc nêm.
Góc nêm là góc giữa trục trung tâm chùm tia và pháp tuyến đối với một đường
cong đồng liều đã xác định dùng để xác định về liều lượng do nêm gây ra và sự
phân bố liều lượng.
Trong thực tế điều trị đôi khi ta cần phải tạo ra độ chênh lệch phân bố liều
lượng của các chùm tia (photon) bao gồm việc làm khớp trường chiếu thì nêm sẽ
được thiết kế sao cho đáp ứng được yêu cầu (hình 1.7.b). Gồm hai đầu, một đầu dày
và một đầu mỏng, đầu dày để che chắn những tế bào lành nằm xa khối u, cản trở
liều lượng ảnh hưởng đến bệnh nhân, đầu mỏng được dùng cho tế bào lành gần kề
khối u. Vật nêm được thiết kế với mục đích tạo ra được sự phân bố đồng đều về liều
lượng trên toàn bộ thể tích bia (khối u).





a) b)
Hình 1.7. (a) Đường liều với góc nêm khác nhau, (b) Vật nêm [8, tr.60-61]
Đầu dày

Đầu mỏng

16

1.3.5. Thân máy
Thân máy (gantry) được đặt trên một giàn đỡ đứng, thân máy có thể quay tròn
quanh bàn điều trị, quanh một trục xác định bởi một hệ thống vòng bi lớn. Điểm
đồng tâm của máy gia tốc được xác định tại giao điểm của trục quay thân máy và
trục quay của collimator. Giá đỡ thường là một khối kim loại để giữ thăng bằng cho
đầu máy. Thường thì trong thân máy gia tốc gồm các bộ phận như: hệ thống gia tốc,
đầu máy điều trị, hệ thống định dạng chùm tia, hệ thống làm nguội, các lọc nêm…

Hình 1.8. Thân máy của máy gia tốc thẳng [8]
1.3.6. Hệ thống bàn điều trị
Là hệ thống bàn để cho bệnh nhân nằm, gồm một cái bàn nằm ngang, bàn có
thể di chuyển lên đến vị trí nào mà bác sĩ mong muốn. Có thể di chuyển dọc, ngang,
lên, xuống để thuận tiện trong việc điều trị cho bệnh nhân. Bàn điều trị có thể hạ
thấp xuống để bệnh nhân ngồi hoặc nằm mà không cần hỗ trợ các thiết bị khác.
Mức hạ xuống thấp từ mặt bàn đến sàn nhà khoảng 65 cm chỉ nằm trong giới hạn
của SSD và chỉ cho phép chùm tia hướng xuống. Việc kéo dài SSD để thuận lợi
điều trị ở kích thước trường chiếu lớn. Mặt bàn có thể nâng cao hơn so với điểm
đồng tâm, vị trí cao nhất của mặt bàn so với mặt sàn là 175 cm, và chùm bức xạ
được chiếu thẳng từ dưới lên.
Collimator
Thân máy

17

CHƯƠNG 2
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO MÁY GIA TỐC THẲNG

2.1. Giới thiệu về kế hoạch đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc (QA)
QA là sự thực hiện định kỳ những nội dung đo, chuẩn liều đúng theo các
hướng dẫn kỹ thuật và tính nghiêm túc của việc thực hiện những điều đó.
Chất lượng điều trị tia xạ là nhiệm vụ của mỗi một khâu trong toàn bộ quá
trình tổng thể. Bao gồm từ khâu chuẩn đoán, chuẩn máy, đo liều, lập kế hoạch điều
trị tia xạ trị và thực hiện điều trị… Để đạt được sự tối ưu trong điều trị, tổng các sai
số phải đạt được trong phạm vi ± 5% [6, tr.301].
2.1.1. Đặc điểm về QA
QA sẽ làm giảm độ bất định và các sai số trong phép đo liều, kế hoạch điều trị,
thiết bị liên quan, cấp liều điều trị,… nhờ đó cải thiện được độ chính xác của phép
đo liều, độ chính xác về phân bố hình học. Do đó giúp cải thiện tốt kết quả điều trị,
tăng tỉ lệ quản lý khối u, đồng thời giảm tỉ lệ biến chứng và tái phát của nó.
QA không chỉ làm giảm khả năng gây ra các sự cố và tai nạn mà còn làm tăng
khả năng phát hiện và hiệu chỉnh kịp thời các sự cố không mong muốn khi nó xảy
ra.
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến QA
 Liều lượng tại máy xạ trị gia tốc là tỉ số giữa liều chiếu và liều hấp thụ (MU/Gy)
nó có thể thay đổi bất kỳ nên phải được kiểm tra thường xuyên để xem sự thay đổi,
độ bất biến tín hiệu ra của chùm tia,…
 Chất lượng chùm tia (PDD, TPR, Dmax,…) cũng là một vấn đề cần được quan
tâm. Kiểm tra năng lượng cho hai loại bức xạ photon và electron, xác định được
mức năng lượng đích thực của chùm tia.
 Hệ thống cơ khí: vì hệ thống cơ khí của máy xạ trị gia tốc có liên quan nhiều
nhất đến mọi chuyển động hàng ngày nên phải đảm bảo máy hoạt động một cách
chính xác, an toàn và ổn định (thân máy, ống chuẩn trực, MLC, bàn điều trị, trường
chiếu ánh sáng, trường chiếu xạ, thước chỉ khoảng cách quang học (ODI), đồng tâm
quay thân máy, laser,…).

18

 Hệ thống khóa liên động: toàn bộ hệ thống khóa liên động và các công tắc bảo vệ
mạch cần phải được kiểm tra một cách tỉ mỉ theo định kỳ.
 Các phụ kiện phải được đảm bảo an toàn, chính xác như: khay chì và các khối
chì che chắn, wedge, applicator,… phải vững chắc, không để xảy ra tai nạn cho
bệnh nhân.
 Hệ thống định vị: được thể hiện ba hoặc bốn chùm LASER với hai đèn chiếu
ngang, một đèn chiếu dọc và một đèn chiếu thẳng đứng cắt nhau tại điểm đồng tâm.
Trong trường hợp chỉ dùng một tia đơn trong điều trị, thì có thể có một thước cơ
học để chỉ báo khoảng cách.
 Hệ thống theo dõi bệnh nhân: phải có phương tiện quan sát bệnh nhân liên tục
trong điều trị,… đảm bảo phát hiện kịp thời tai nạn xảy ra.
 Hệ thống theo dõi bức xạ nhằm đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành cũng
như cho bệnh nhân.
2.1.3. Sai số trong quá trình xạ trị
Những sai số thường mắc phải trong quá trình điều trị:
 Xác định giải phẫu của bệnh nhân: sai số về diện tích cơ thể, về tư thế nằm của
bệnh nhân, sai lầm trong việc xác định các mô liên quan, đánh giá mức đồng bộ
không đồng đều của các mô…
 Xác định các thể tích bia: hình dạng và sự khu trú của chúng, sự di động của một
số tổ chức như cơ quan hô hấp, hệ tuần hoàn,…lập kế hoạch điều trị xạ trị: số liệu
chùm tia (như năng lượng chùm tia, kích thước, góc nghiêng,…), sai số trong tính
toán lập kế hoạch.
 Thiết bị điều trị: sai số về chuyển động cơ khí, chuẩn máy và liều lượng máy.
 Trong thao tác điều trị: tư thế bệnh nhân, vận hành máy, hay cách đặt các dụng
cụ che chắn,…
Những quy trình thực hiện đòi hỏi phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa kỹ sư vật
lý, các kỹ thuật viên và bác sĩ điều trị. Mục đích của chương trình đảm bảo chất
lượng là duy trì sai số mỗi bước riêng nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được.
Để giảm được sai số ngẫu nhiên hay của hệ thống có thể xảy ra trong quá trình tia

19

xạ, thì chuẩn máy và đo liều cho các thiết bị nói chung và máy gia tốc thẳng nói
riêng cần được thực hiện định kỳ.
2.2. Kiểm tra
Hệ thống cơ khí có liên quan đến mọi chuyển động hàng ngày. Công việc bảo
dưỡng cần thực hiện từ lau chùi, tra dầu mỡ, đảm bảo độ chặt của các ốc hãm…
Việc kiểm tra độ ổn định cơ khí để đảm bảo độ đồng tâm, các hướng chùm tia, độ
đồng tâm của Collimator, của bàn máy,….Kiểm tra về liều lượng như: độ ổn định
suất liều ra, độ phẳng và tính đối xứng của chùm electron và photon, kiểm tra PDD,
đường liều (profile) của chùm electron và photon đảm bảo ổn định và chính xác.
Cũng như về độ an toàn của máy như: hệ thống khóa liên động (Door Interlock), hệ
thống dừng khẩn cấp (Emergency Stop), hệ thống sao lưu dữ liệu (Back Up MU).
Công việc của từng bộ phận chuyên môn thực hiện theo các chi tiết được quy định
cụ thể, định kỳ theo thời gian: hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng năm.
2.2.1. Đảm bảo chất lượng hàng ngày
Việc kiểm tra đảm bảo chất lượng (QA) hàng ngày được thực hiện bởi cán bộ
định lượng xạ trị hay cán bộ xạ trị. Bất cứ khi nào máy gia tốc không đạt những
chức năng đã được thừa nhận cho các tham số được kiểm tra bên dưới phải thông
báo ngay cho cán bộ vật lý y khoa.
Việc chữa trị cho bệnh nhân phải bị ngừng lại, nếu máy gia tốc không đạt bất
kỳ một phép kiểm tra chức năng hệ thống an toàn hàng ngày nào mà sự hư hỏng
này liên quan đến việc bảo đảm an toàn cho bệnh nhân hoặc cán bộ vận hành thiết
bị, cho tới khi một việc sửa chữa được thực hiện. Nếu kết quả đọc của tín hiệu ra
luôn luôn khác với giá trị gốc lớn hơn 5% thì cán bộ vật lý nên quyết định (có thể
dựa trên “tiêu chuẩn hoạt động” của đơn vị), hoặc là ngừng chữa trị cho bệnh nhân
cho tới khi sự cố được giải quyết hoặc cho phép tiếp tục chữa trị và sắp xếp để khắc
phục sự cố trước khi bắt đầu ngày làm việc kế tiếp.

20

Bảng 2.1. Đảm bảo chất lượng hàng ngày [3]

Các công việc cần kiểm tra
Tình trạng
và sai số
Cơ khí
(Mechanical)

Laser 2mm
Thước chỉ thị khoảng cách quang học (ODI) 2mm
Kích thước trường chiếu ánh sáng (10 × 10 cm) 2mm
Liều lượng
(Dosimetry)
Đo suất liều ra chùm photon hoặc electron ±3%
An toàn
(Safety)
Hệ thống chỉ thị phát tia Hoạt động
Hệ thống theo dõi bệnh nhân Hoạt động
Hệ thống khóa cửa liên động Hoạt động
Màn hình theo dõi phóng xạ Hoạt động
Nút điều khiển sự chuyển động Hoạt động
2.2.1.1. Kiểm tra độ chính xác về cơ học
a) Chỉ thị khoảng cách quang học (ODI)
Mục đích: kiểm tra thước chỉ khoảng cách SSD trên máy là chính xác.
Phương pháp:
 Mở đèn trường chiếu, mở thước chỉ thị khoảng cách.

 Đặt khung trường chiếu lên mặt bàn, dùng thước level chỉnh cho cân bằng

Hình 2.1. Đặt khung trường chiếu và thước level
Thước level
Tấm bảng
trường chiếu

21

 Điều chỉnh bàn sao cho bề mặt của khung trường chiếu tại vị trí SSD = 100
cm.
 Gắn thước chỉ thị khoảng cách 100 cm vào thiết bị được gắn trên collimator,
kiểm tra sự sai lệch.

Thước chỉ thị khoảng cách SSD = 100 cm
Hình 2.2. Gắn thước chỉ thị khoảng cách và kiểm tra
 Dùng thước chỉ khoảng cách 80, 90, 110 tương ứng với các khoảng cách
khác nhau để kiểm tra (SSD = 80 cm, 90 cm, 110 cm).
Sai số cho phép: ≤ 2 mm.
a) Kích thước trường chiếu ánh sáng
Mục đích: kiểm tra bờ sáng trùng với kích thước trên tấm bảng trường chiếu.
Kiểm tra: bật đèn ODI và sau đó mở trường chiếu X = 10 cm, Y = 10 cm.
Kiểm tra bờ sáng trùng với trường 10 × 10 cm trên tấm bảng trường chiếu. Quan sát
và kiểm tra xem sai lệch trên tấm bảng và sai số cho phép trong phạ
m vi 2 mm.
b) Kiểm tra lazer
Mục đích: Kiểm tra đèn laser trên sự đồng trục của máy
Để kiểm tra lazer ta dựa vào độ đồng tâm của đường đen trên tấm bảng, kiểm
tra tất cả các hướng lazer dọc, ngang, thẳng đứng. Hệ thống tia laser được cố định
sẵn ở trên tường, khi bật tia laser thì ta kiểm tra xem laser có thẳng hàng so với

điểm đồng tâm hay không.

22

Phương pháp:
 Kiểm tra ba đèn laser phải đồng tâm, đồng trục
 Laser dọc đi qua ba điểm: tâm máy, điểm 0
0
, điểm 180
0
. Laser ngang đi qua
tâm trường chiếu ánh sáng và vuông góc với laser dọc. Laser thẳng đứng đồng tâm
với laser dọc và ngang.










Hình 2.3. Kiểm tra lazer
2.2.1.2. Kiểm tra độ chính xác về liều lượng, bức xạ
Kiểm tra độ bất biến tín hiệu ra của dòng photon với mức năng lượng cao và
thấp. Tiêu chuẩn đối với các kiểm tra này được dựa trên sự so sánh với mức chuẩn
trung bình của tuần đầu tiên (trong kiểm tra hàng năm) được đo tại cùng một thời
điểm của ngày khi mà việc kiểm tra độ ổn định (độ bất biến) được thực hiện. Các
nhà vật lý chịu trách nhiệm về sự chính xác của số liệu mức chuẩn này.

Kiểm tra tất cả các mức năng lượng photon và tối thiểu một mức năng lượng
electron với máy đo độ ổn định (độ bất biến), với một mức năng lượng electron
khác nhau được kiểm tra mỗi ngày. Thay đổi mức năng lượng của electron trong
các ngày kế tiếp để đảm bảo rằng toàn bộ năng lượng electron được kiểm tra trong
khoảng thời gian một tuần. Nếu việc kiểm tra độ bất biến của tín hiệu ra hàng ngày
không thực hiện được, thì cán bộ vật lý phải định chuẩn tất cả trên cơ sở hàng tuần.
Bảng kiểm tra
laser