Xây dựng chương trình tính liều cho kế hoạch 3d sử dụng phương pháp clarkson

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN

------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LIỀU
CHO KẾ HOẠCH 3D SỬ DỤNG PHƢƠNG
PHÁP CLARKSON

SVTH: HOÀNG ANH TÙNG
GVHD: ThS. CAO HỮU VINH
GVPB: ThS. NGUYỄN THỊ CẨM THU

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6/2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN

------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LIỀU
CHO KẾ HOẠCH 3D SỬ DỤNG PHƢƠNG
PHÁP CLARKSON

SVTH: HOÀNG ANH TÙNG
GVHD: ThS. CAO HỮU VINH
GVPB: ThS. NGUYỄN THỊ CẨM THU

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6/2015


LỜI CẢM ƠN
Em xin dành lời đầu tiên của khóa luận này để thể hiện sự biết ơn sâu sắc
đến các thầy cô trong khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật, đặc biệt là các thầy cô trong
bộ môn Vật lý hạt nhân đã dạy cho em kiến thức quý báu và niềm đam mê đối
với khoa học cũng nhƣ dìu dắt và đƣa chúng em đến gần hơn với việc ứng dụng
kiến thức đã học vào thực tế.
Đặc biệt em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến ThS. Cao Hữu Vinh – ngƣời
thầy với tấm lòng tận tụy, đã nhiệt tình hƣớng dẫn, động viên, trực tiếp giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến Ks. Đặng Quang Huy và Trung tâm chuẩn đoán và điều trị ung bƣớu bệnh
viện 175 đã tạo điều kiện tốt nhất cũng nhƣ truyền đạt rất nhiều kinh nghiệm
quý báu cho em để em có thể hoàn thành khóa luận.
Em xin cảm ơn TS. Hoàng Thị Kiều Trang và ThS. Nguyễn Tấn Châu đã
tạo điều kiện tốt nhất giúp em lựa chọn đƣợc hƣớng đi cho mình.
Em xin cảm ơn ThS. Nguyễn Hoàng Anh đã quan tâm theo sát, động viên
em trong quá trình thực hiện khóa luận.
Đồng thời, em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến ThS. Nguyễn Thị Cẩm

Thu đã dành thời gian đọc và góp ý cho đề tài.
Cảm ơn tập thể lớp 11VLHN đã luôn chia sẻ và giúp đỡ mình trong suốt
quá trình học tập. Cảm ơn các anh chị, các bạn, các em trong đội VNXK đã cho
mình những kỉ niệm đẹp trong suốt bốn năm qua.
Trên hết, con xin cảm ơn bố đã luôn động viên con trên con đƣờng học
tập, cảm ơn mẹ luôn quan tâm chăm sóc, cảm ơn cả gia đình mãi mãi là chỗ dựa
tinh thần vững chắc suốt cuộc đời con.
Xin trân trọng cảm ơn!
HOÀNG ANH TÙNG
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii
LỜI GIỚI THIỆU ........................................................................................................1
CHƢƠNG 1 : LÝ THUYẾT TÍNH LIỀU VÀ ĐO LIỀU ..........................................2
1. Tính liều ...............................................................................................................2
1.1. Các khái niệm cơ bản .................................................................................... 2
1.2. Liều phần trăm theo độ sâu (PDD)................................................................ 2
1.3. Tỉ số mô – phantom (TPR) ............................................................................ 3
1.4. Hệ số tán xạ (Sc, Sp)....................................................................................... 4
1.5. Tỉ số lệch trục (OAR) .................................................................................... 6
1.6. Hệ số hiệu chỉnh không đồng nhất (ICF) ...................................................... 6
1.7. Hệ số nghịch đảo bình phƣơng (ISF) ............................................................ 8
1.8. Hệ số hiệu chỉnh che chắn (BCF).................................................................. 9
1.9. Tính liều và số MU bằng phƣơng pháp Clarkson ......................................... 9

2. Đo liều đối với tia photon năng lƣợng cao ........................................................12
2.1. Điều kiện chuẩn cho các thiết bị dùng trong đo liều ................................... 12
2.1.1. Hiệu chỉnh buồng ion hóa .....................................................................12
2.1.1.1. Hiệu chỉnh áp suất, nhiệt độ và độ ẩm............................................13
2.1.1.2. Hiệu chỉnh việc chuẩn Electrometer...............................................13

~i~


2.1.1.3. Hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực ........................................................14
2.1.1.4. Hiệu chỉnh hiệu ứng tái tổ hợp .......................................................15
2.1.2. Vỏ phantom và vỏ buồng ion hóa .........................................................18
2.2. Đặc điểm của chất lƣợng chùm tia .............................................................. 19
2.2.1. Lựa chọn chất lƣợng chùm tia ...............................................................19
2.2.2. Đo chất lƣợng chùm tia .........................................................................19
2.3. Xác định liều hấp thụ trong nƣớc ................................................................. 21
2.4. Giá trị

................................................................................................. 21

2.4.1. Chuẩn buồng ion hóa sử dụng 60Co .......................................................21
2.4.2. Chuẩn buồng theo một bộ các chất lƣợng chùm tia ..............................22
2.5. Ƣớc lƣợng độ bất định trong việc xác định liều hấp thụ trong nƣớc ở điều
kiện chuẩn ........................................................................................................... 23
CHƢƠNG 2 : THỰC HIỆN ĐO LIỀU TRONG PHANTOM NƢỚC ....................25
1. Thiết bị ...............................................................................................................25
1.1. Máy gia tốc tuyến tính ................................................................................. 25
1.2. Phantom nƣớc .............................................................................................. 26
1.3. Electrometer (điện kế) ................................................................................. 26
1.4. Detector ....................................................................................................... 26

1.5. Giới thiệu về Treatment Planning System (TPS) tại bệnh viện 175: phần
mềm XiO ............................................................................................................ 27
1.6. Phần mềm Dose Calculation ....................................................................... 28
2. Các thông số hiệu chỉnh .....................................................................................29
3. Xác định khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn (SCD) ..................................29
4. Lập kế hoạch ......................................................................................................30

~ ii ~


4.1. Kế hoạch 1 ................................................................................................... 31
4.2. Kế hoạch 2 ................................................................................................... 31
4.3. Kế hoạch 3 ................................................................................................... 32
4.4. Kế hoạch 4 ................................................................................................... 33
4.5. Kế hoạch 5 ................................................................................................... 34
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................35
1. Kết quả ...............................................................................................................35
1.1. Kế hoạch 1 ................................................................................................... 35
1.2. Kế hoạch 2 ................................................................................................... 36
1.3. Kế hoạch 3 ................................................................................................... 36
1.4. Kế hoạch 4 ................................................................................................... 37
1.5. Kế hoạch 5 ................................................................................................... 38
1.6. Kết quả từ chƣơng trình Dose Calculation và TPS ..................................... 40
2. Bàn luận .............................................................................................................41
KẾT LUẬN ...............................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................46
PHỤ LỤC ..................................................................................................................47

~ iii ~

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BCF

Block Correction Factor

Hệ số hiệu chỉnh che chắn

CF

Calibration Factor

Hệ số chuẩn

DICOM RT

Digital Imaging and

Chuẩn hình ảnh kĩ thuật số và

Communications in Medicine –

giao tiếp dùng trong xạ trị

Radiotherapy
Inhomogeneous Correction

Hệ số hiệu chỉnh không đồng

Factor

nhất

ISF

Inverse Square Factor

Hệ số nghịch đảo bình phƣơng

MF

Mayneord Factor

Hệ số Mayneord

MLC

Multi Leaf Collimator

Collimator đa lá

MU

Machine Unit

Số MU

OAR

Off – Axis Ratio

Tỉ số lệch trục

PDD

Percent Depth Dose

Liều phần trăm theo độ sâu

PSDL

Primary Standard

ICF

SAD

Dosimetry Phòng thí nghiệm đo liều chuẩn

Laboratory

sơ cấp

Source to Axis Distance

Khoảng cách từ nguồn đến điểm
xét trên trục chính

Sc

Collimator Scatter Factor

Hệ số tán xạ Collimator

Sc,p

Total Scatter Factor

Hệ số tán xạ toàn phần

SCD

Source to Calibrate Distance

Khoảng cách từ nguồn đến điểm
chuẩn

SMR

Scatter – Maximum Ratio

Tỉ số tán xạ - cực đại

Sp

Phantom Scatter Factor

Hệ số tán xạ Phantom

SSD

Source to Surface Distance

Khoảng cách từ nguồn đến bề
mặt

~ iv ~


SSDF

SSD Factor

Hệ số hiệu chỉnh SSD

SSDL

Secondary Standard Dosimetry Phòng thí nghiệm đo liều chuẩn
Laboratory

thứ cấp

TAR

Tissue – Air Ratio

Tỉ số mô – không khí

Terma

Total Energy Released per unit Tổng năng lƣợng giải phóng mỗi
Mass

đơn vị khối lƣợng

TMR

Tissue – Maximum Ratio

Tỉ số mô – cực đại

TPR

Tissue – Phantom Ratio

Tỉ số mô – Phantom

TPS

Treatment Planning System

Hệ thống lập kế hoạch

~v~

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các hằng số dùng tính toán ks bằng phƣơng pháp hai điện thế trong phát
xạ xung và quét xung [3] ...........................................................................................17
Bảng 1.2: Các điều kiện chuẩn khi đo chất lƣợng chùm tia photon (TPR20,10) [3]...20
Bảng 1.3: Các điều kiện chuẩn để xác định liều hấp thụ trong nƣớc sử dụng tia
photon năng lƣợng cao [3] ........................................................................................21
Bảng 1.4: Ƣớc lƣợng độ bất định chuẩn tƣơng đối của Dw,Q tại độ sâu tham chiếu
trong nƣớc khi sử dụng tia photon năng lƣợng cao, dựa theo phép chuẩn buồng ion
hóa bằng phát xạ gamma 60Co [3] .............................................................................24
Bảng 2.1: Bảng giá trị các hệ số hiệu chỉnh và các thông số liên quan ...................29
Bảng 2.2 Các thiết lập trong kế hoạch 1. ..................................................................31
Bảng 2.3: Các thiết lập trong kế hoạch 2. .................................................................31
Bảng 2.4: Các thiết lập trong kế hoạch 3. .................................................................32
Bảng 2.5: Các thiết lập trong kế hoạch 4. .................................................................34
Bảng 2.6: Các thiết lập trong kế hoạch 5 ..................................................................34
Bảng 3.1: Thiết lập phép đo trong kế hoạch 1 ..........................................................35
Bảng 3.2: Thiết lập phép đo trong kế hoạch 2 ..........................................................36
Bảng 3.3: Thiết lập phép đo trong kế hoạch 3 ..........................................................37
Bảng 3.4: Các thiết lập trong kế hoạch 4 ..................................................................38
Bảng 3.5: Các thiết lập trong kế hoạch 5 ..................................................................39
Bảng 3.6: Kết quả tính liều trên phần mềm, TPS và kết quả đo liều ........................40

~ vi ~


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Đƣờng cong PDD của photon năng lƣợng 6 MV, SSD = 100 cm của máy
gia tốc tuyến tính Elekta 1 – bệnh viện 175. ...............................................................3

Hình 1.2: Sơ đồ thiết lập đo Percent Depth Dose [2]..................................................3
Hình 1.3: Sơ đồ thiết lập đo Tissue – Phantom Ratio [2] ...........................................4
Hình 1.4: Sơ đồ biểu diễn các phƣơng pháp đo Sc khác nhau: sử dụng lớp build – up
(trái) hay mini – phantom (phải) [2] ...........................................................................5
Hình 1.5: Sơ đồ diễn tả thiết lập đo Sc,p [2] .................................................................6
Hình 1.6: Sơ đồ biểu diễn thiết lập đo OAR [2] .........................................................6
Hình 1.7: Sơ đồ diễn tả một phantom đơn giản có các lớp có mật độ khác nhau [2] .7
Hình 1.8: Minh họa việc chia trƣờng chiếu bất bình thƣờng thành các “múi”
(phƣơng pháp Clarkson) [2] ......................................................................................10
Hình 1.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo chất lƣợng chùm tia (TPR20,10) [3] .................20
Hình 2.1: Máy gia tốc Precise Treatment System [6] ...............................................25
Hình 2.2: Phantom nƣớc PTW MP3 – M [8] ............................................................26
Hình 2.3: Electrometer PTW UNIDOS Universal [9] ..............................................26
Hình 2.4: Detector Farmer PTW 30013[10] .............................................................27
Hình 2.5: Bản vẽ cấu tạo detector Farmer PTW 30013: a) kích thƣớc thể tích nhạy,
b) kích thƣớc toàn bộ detector, c) kích thƣớc của build – up cap. [5] ......................27
Hình 2.6: Giao diện chƣơng trình tính liều Dose Calculation version 1.0 ...............28
Hình 2.7: Đƣờng cong PDD của photon năng lƣợng 6 MV, SSD = 100 cm của máy
gia tốc tuyến tính Elekta 1 – bệnh viện 175. .............................................................30
Hình 2.8: Hình dạng MLC trong kế hoạch 2. ...........................................................32
Hình 2.9: Hình dạng MLC trong kế hoạch 3. ...........................................................33
Hình 2.10: Hình dạng MLC trong kế hoạch 4 ..........................................................33
Hình 2.11: Hình dạng MLC trong kế hoạch 5 ..........................................................34
Hình 3.1: Vị trí đặt detector trong kế hoạch 1 ..........................................................35
Hình 3.2: Vị trí đặt detector trong kế hoạch 2 ..........................................................36

~ vii ~


Hình 3.3: Vị trí đặt detector trong kế hoạch 3 ..........................................................37

Hình 3.4: Vị trí đặt detector trong kế hoạch 4 ..........................................................38
Hình 3.5: Vị trí đặt detector (1) trong kế hoạch 5 .....................................................39
Hình 3.6: Vị trí đặt detector (2) trong kế hoạch 5 .....................................................40
Hình 3.7: So sánh sự sai lệch giữa liều thực nghiệm, liều tính bằng TPS và liều tính
bằng phần mềm Dose Calculation.............................................................................42
Hình 3.8: So sánh sự sai lệch giữa liều thực nghiệm, liều tính bằng TPS và liều tính
bằng phần mềm Dose Calculation (sau khi loại bỏ kế hoạch 5(1)). .........................43

~ viii ~


LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay vật lý y khoa đang dần trở thành chiếc cầu nối quan trọng giữa vật
lý và y học không chỉ ở trong nƣớc mà còn trên toàn thế giới. Vật lý y khoa đã và
đang mang đến cho y học những nghiên cứu, ứng dụng khoa học kĩ thuật cần thiết
để bảo đảm tính chính xác và hiệu quả trong chuẩn đoán và điều trị. Trong đó chuẩn
đoán và điều trị ung thƣ là một trong các lĩnh vực ứng dụng vật lý hạt nhân trong y
học quan trọng nhất.
Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của độ chính xác của việc tính liều và đo liều
trong lĩnh vực điều trị ung thƣ nhƣng các tài liệu tham khảo đƣợc viết bằng tiếng
Việt tập trung vào hai vấn đề này còn ít, tác giả thực hiện đề tài này nhằm viết ra
phần mềm tính liều Dose Calculation có độ chính xác chấp nhận đƣợc và kiểm
chứng phần mềm này bằng cách so sánh với thực nghiệm, từ đó cho ra cái nhìn tổng
quan cũng nhƣ cung cấp những kiến thức cần thiết và các vấn đề cơ bản về tính liều
và đo liều.
Nội dung chính của đề tài gồm:
- Chƣơng 1: Cung cấp các khái niệm cần biết khi tính liều, công thức tính
liều sử dụng thuật toán Clarkson, cung cấp các điều kiện chuẩn của thiết bị khi đo
liều, cách tính các hệ số hiệu chỉnh tín hiệu ghi nhận, cách xác định liều hấp thụ
trong nƣớc.

- Chƣơng 2: Giới thiệu các loại thiết bị cần thiết khi đo liều, tính các hệ số
hiệu chỉnh trong thực nghiệm, xác định khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn, lập
các kế hoạch đo liều.
- Chƣơng 3: Kết quả đo liều thực nghiệm, tính toán trên Dose Calculation và
tính toán trên TPS cũng nhƣ bàn luận về các kết quả đó.
- Kết luận: Những kết luận tác giả rút ra đƣợc trong quá trình thực hiện việc
tính liều và đo liều cùng với phƣơng hƣớng cải thiện chƣơng trình Dose
Calculation.

~1~


CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH LIỀU VÀ ĐO
LIỀU
1. Tính liều
1.1. Các khái niệm cơ bản
Khi chùm tia tác động vào bệnh nhân (hoặc phantom), liều hấp thụ trong
bệnh nhân sẽ thay đổi theo độ sâu. Sự thay đổi này phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
năng lƣợng chùm tia, độ sâu, kích thƣớc trƣờng chiếu, khoảng cách từ nguồn, và hệ
thống chuẩn trực chùm tia. Do đó, việc tính liều liên quan đến những thông số đó và
vài thông số khác ảnh hƣởng đến phân bố liều theo độ sâu. Một bƣớc quan trọng
trong hệ thống tính liều là trình bày thay đổi liều theo độ sâu dọc theo trục giữa của
chùm tia. Một số đại lƣợng đƣợc định nghĩa cho mục đích này, bao gồm liều phần
trăm theo độ sâu (PDD), tỉ số mô – không khí (TAR), tỉ số mô – phantom (TPR), và
trƣờng hợp đặc biệt của TPR là tỉ số mô – cực đại (TMR). Những đại lƣợng này
thƣờng có đƣợc qua đo đạc trong phantom nƣớc sử dụng những buồng ion hóa nhỏ.
1.2. Liều phần trăm theo độ sâu (PDD)
PDD là phân bố liều tại trục chính theo độ sâu. Với một SSD (Source to
Surface Distance – khoảng cách từ nguồn đến bề mặt) cố định, liều tại mọi điểm
nằm trên trục chính đƣợc chuẩn hóa theo một độ sâu cho trƣớc, thƣờng là độ sâu

của liều hấp thụ tối đa (Dmax):
PDD 

Dd
100
Ddref

Với Dd là liều tại độ sâu d, và Dd

ref

(1)

là liều tại độ sâu chuẩn cho trƣớc. PDD

đƣợc sử dụng trong tính toán có SSD cố định để tính toán sự thay đổi liều theo độ
sâu. Hình dạng các đƣờng cong PDD phụ thuộc vào năng lƣợng chùm tia, kích
thƣớc trƣờng chiếu và SSD. Đƣờng cong PDD của chùm photon sẽ có dạng nhƣ
hình 1.1. Hình 1.2 cho thấy sơ đồ diễn tả cách bố trí đo PDD.

~2~


Hình 1.1: Đƣờng cong PDD của photon năng lƣợng 6 MV, SSD = 100 cm của máy
gia tốc tuyến tính Elekta 1 – bệnh viện 175.

Hình 1.2: Sơ đồ thiết lập đo Percent Depth Dose [2]
1.3. Tỉ số mô – phantom (TPR)
Một phƣơng pháp thông dụng khác để tính toán sự thay đổi của liều theo độ
sâu là sử dụng tỉ số mô – phantom (TPR). TPR cũng tƣơng tự nhƣ PDD, nhƣng thay

~3~


vì cố định SDD, phƣơng pháp này cố định khoảng cách từ nguồn đến điểm xét trên
trục chính (SAD – Source to Axis Distance). Liều ở một độ sâu, tại một SAD cố
định, đƣợc chuẩn hóa theo liều tại một độ sâu cho trƣớc.
TPR 

Dd
100
Ddref

(2)

TPR đặc biệt hữu dụng trong tính toán MU đối với trƣờng đồng trục, khi mà
SSD có thể thay đổi nhƣng SAD luôn không đổi. Cũng nhƣ đƣờng PDD, đƣờng
TPR phụ thuộc vào năng lƣợng chùm tia và kích thƣớc trƣờng chiếu. Một trƣờng
hợp đặc biệt của TPR là tỉ số mô – cực đại (TMR – Tissue Maximum Ratio), trong
trƣờng hợp này liều đƣợc chuẩn hóa theo liều ở độ sâu liều cực đại. Hình 1.3 cho
thấy cách bố trí đo TPR.

Hình 1.3: Sơ đồ thiết lập đo Tissue – Phantom Ratio [2]
1.4. Hệ số tán xạ (Sc, Sp)
Hệ số tán xạ Collimator (Sc) dùng để điều chỉnh hiệu ứng tán xạ bên ngoài
phantom, điều này ảnh hƣởng đến chùm tia ra. Hiệu ứng này bao gồm sự tăng thành
phần tán xạ trong tia chính phát ra từ các collimator khi mà kích thƣớc trƣờng chiếu
tăng, do diện tích bề mặt collimator đƣợc nhìn bởi tia chính tăng lên, do sự tăng tán
xạ từ filter làm phẳng khi mà kích thƣớc trƣờng chiếu tăng, và do bởi tán xạ ngƣợc

~4~


bị giảm từ bề mặt trên của collimator vào buồng MU khi kích thƣớc trƣờng chiếu
tăng. Sc đƣợc đo bằng cách lấy tỉ số của thông số ra trong không khí ở một trƣờng
chiếu so với trƣờng chiếu chuẩn cho trƣớc (nhƣ 10 x 10 cm2). Ngoài ra, hệ số này
còn đƣợc đo trong mini – phantom nhƣ trong hình 1.4. Mini-phantom đƣợc đặt ở
cùng độ sâu với buồng để loại bỏ tất cả hiệu ứng do sự nghèo electron gây ra.
Hệ số tán xạ Phantom đƣợc dùng kèm theo hệ số tán xạ collimator, hệ số này
biểu hiện sự tăng tán xạ trong phantom gây ra bởi sự tăng kích thƣớc trƣờng chiếu,
Sp đƣợc định nghĩa là tỉ số của liều tán xạ tại độ sâu nào đó trong một trƣờng chiếu
cho trƣớc và liều tán xạ ở cùng độ sâu trong trƣờng chiếu chuẩn (nhƣ 10 x 10 cm2),
với cùng một độ mở collimator. Để đo trực tiếp Sp, thành phần sơ cấp của chùm tia
phải đƣợc loại bỏ, điều này rất khó thực hiện. Thay vào đó, hệ số điều chỉnh tán xạ
toàn phần (Sc,p) có thể đƣợc sử dụng. Sc,p đƣợc định nghĩa là tỉ số của liều trong một
trƣờng chiếu cho trƣớc tại một độ sâu và liều trong trƣờng chiếu chuẩn tại cùng một
điểm và cùng độ sâu, hệ số này trƣớc đây còn đƣợc gọi là hệ số kích thƣớc trƣờng
chiếu. Thiết lập để đo Sc,p đƣợc diễn tả trong hình 1.5. Vì việc đo đạc Sc,p dễ dàng
hơn và vì Sc,p chính bằng tích của Sc và Sp. Sp thƣờng đƣợc xác định bằng hệ thức:

Sp 

Sc , p
Sc

(3)

Hình 1.4: Sơ đồ biểu diễn các phƣơng pháp đo Sc khác nhau: sử dụng lớp build –
up (trái) hay mini – phantom (phải) [2]

~5~


Hình 1.5: Sơ đồ diễn tả thiết lập đo Sc,p [2]
1.5. Tỉ số lệch trục (OAR)
Tỉ số Off Axis đƣợc dùng để xác định sự thay đổi liều tại điểm không nằm
trên trục chính, nhƣ trong hình 1.6, và đƣợc tính bằng cách lấy tỉ số giữa liều tại
điểm cách trục chính một khoảng x, và liều tại trục chính ở cùng độ sâu:

OAR 

Dx
D0

(4)

Hình 1.6: Sơ đồ biểu diễn thiết lập đo OAR [2]
1.6. Hệ số hiệu chỉnh không đồng nhất (ICF)
Trong tính toán MU, TPR/PDD và các hệ số khác đƣợc sử dụng với giả thiết
rằng điểm tính toán đang ở trong một môi trƣờng hoàn toàn đồng nhất. Trong

~6~


trƣờng hợp nhƣ trong hình 1.7, điểm tính toán nằm trong hay sau một vùng không
đồng nhất nhƣ mô xƣơng hay phổi, sự suy giảm của chùm sơ cấp và liều tán xạ tại
điểm tính toán sẽ không giống nhƣ trong phantom đồng nhất. Hai phƣơng pháp
thƣờng đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh hiệu ứng không đồng nhất trong tính MU là
“phƣơng pháp quãng chạy tƣơng đƣơng” (Equivalent Path Length Method) và
“phƣơng pháp lũy thừa Batho” (Batho Power Law Method).

Hình 1.7: Sơ đồ diễn tả một phantom đơn giản có các lớp có mật độ khác nhau [2]
- Phƣơng pháp quãng chạy tƣơng đƣơng tính toán một quãng chạy mới,
dequiv, dựa trên mật độ các cấu trúc giữa bề mặt phantom và điểm đo.

dequiv  1d1  2d2  3d3 ...

(5)

Trong đó d1, 2, 3 là độ dày của vùng 1, 2, 3 và ρ1, 2, 3 là mật độ vật chất của
vùng 1, 2, 3.
Phƣơng pháp hiệu chỉnh quãng chạy tƣơng đƣơng gốc sử dụng một tỉ số của
dữ liệu liều phần trăm vô hạn. Với việc sử dụng dữ liệu liều phần trăm chuẩn, hệ số
hiệu chỉnh không đồng nhất đƣợc cho bởi:

PDD  dequiv , r   SSD  dequiv 
ICF 
.

PDD  d phys , r   SSD  d phys 
Với

là quãng đƣờng tƣơng đƣơng và

~7~

2

(6)

là quãng đƣờng vật chất.


- Phƣơng pháp lũy thừa Batho, đƣợc đƣa ra bởi Batho và sau đó đƣợc chỉnh
sửa thành dạng tổng quát hơn bởi Sontag và Cunningham, sử dụng phƣơng trình
sau:

ICF 

TPR  d3 , r 

3   2

(7)

TPR  d 2  d3 , r 

1 2

Phƣơng pháp này tính toán vị trí tƣơng đối của vùng không đồng nhất so với
điểm tính toán, và cũng có thể hiệu chỉnh đối với điểm nằm trong vùng không đồng
nhất. Tuy nhiên, cũng giống phƣơng pháp quãng đƣờng tƣơng đƣơng, phƣơng pháp
lũy thừa Batho giả sử rằng mỗi vùng đồng nhất và không đồng nhất đều vô tận
trong mặt phẳng xét. Dạng đặc biệt của mỗi vùng không đƣợc tính đến.
1.7. Hệ số nghịch đảo bình phƣơng (ISF)
- Trong tính toán sử dụng PDD sử dụng SSD không chuẩn, sự thay đổi
nghịch đảo bình phƣơng trong thông lƣợng tại điểm hiệu chỉnh đƣợc thể hiện qua
một hệ số SSD:

 SSDref  d ref

SSDF  
 SSD  d
calc
ref






2

(8)

Với SSDref là SSD chuẩn, dref là độ sâu chuẩn, và SSDcalc là SSD ở điểm hiệu
chỉnh.
Việc thay đổi SSD cũng dẫn đến thay đổi PDD tại độ sâu, do hiệu ứng
nghịch đảo bình phƣơng. Một phƣơng pháp gần đúng để hiệu chỉnh hiệu ứng này là
sử dụng hệ số Mayneord:

 SSDcalc  d ref
MF  
 SSD  d
ref
ref






2

 SSDref  dcalc 
.

 SSDcalc  dcalc 

2

(9)

- Trong tính toán sử dụng TPR sử dụng SAD không chuẩn, hệ số nghịch đảo
bình phƣơng cũng đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh thay đổi trong thông lƣợng photon:

 SCD 
ISF  

 SAD 

~8~

2

(10)


Với SCD là khoảng cách từ nguồn đến điểm chuẩn, và SAD là khoảng cách
từ nguồn đến điểm isocenter. Sự thay đổi điều kiện tán xạ trong điểm tính toán đƣợc
xét đến thông qua hệ số tán xạ phantom đối với trƣờng chiếu tại SAD mới. Không

bị ảnh hƣởng bởi cả sự suy giảm theo độ sâu và khoảng cách so với nguồn nhƣ
PDD, TPR chủ yếu bị ảnh hƣởng bởi sự suy giảm theo độ sâu và gần nhƣ độc lập
với khoảng cách từ nguồn và do đó không cần phải hiệu chỉnh.
1.8. Hệ số hiệu chỉnh che chắn (BCF)
Khi block hay collimator đa lá (MLC) đƣợc sử dụng để tạo trƣờng chiếu có
hình dạng bất kì, phải có hiệu chỉnh trong tính toán MU cho sự sai khác trong TPR
(hay PDD) và hệ số tán xạ phantom giữa trƣờng chiếu bất kì và trƣờng vuông mà
dữ liệu đƣợc hệ thống hay đƣợc đo. Phƣơng pháp đơn giản nhất để hiệu chỉnh là
phƣơng pháp che chắn tỉ lệ (Percentage Blocked Method). Trong phƣơng pháp này,
phần tia không bị che chắn đƣợc tính toán, và đƣợc dùng để xác định hình vuông
tƣơng đƣơng đại diện cho phần diện tích bị che chắn (rblocked). Hệ số BCF đƣợc cho
bởi phƣơng trình:

BCF 

TPR  d , rblocked  S p  rblocked 

TPR  d , ropen 
S p  ropen 

(11)

Phƣơng pháp này không quan tâm đến hình dạng của block và giả sử rằng
TPR và Sp sẽ giống nhau giữa trƣờng chiếu bất kì và trƣờng chiếu hình vuông kích
thƣớc tƣơng đƣơng.
1.9. Tính liều và số MU bằng phƣơng pháp Clarkson
Monitor unit đƣợc tính bằng cách sử dụng một trong hai phƣơng pháp thông
dụng: phƣơng pháp SSD hay phƣơng pháp SAD. Phƣơng trình (12) cho ta công
thức tính liều nhận đƣợc cho phƣơng pháp cố định SSD:
Liều nhận đƣợc/MU = CF  PDD  Sc  S p  OAR  ICF  BCF  SSDF  MF (12)

Với phƣơng pháp đồng tâm ta sử dụng công thức:
Liều nhận đƣợc/MU = CF  TPR  Sc  S p  OAR  ICF  BCF  ISF
Dẫn đến công thức tính MU cho cả hai phƣơng pháp:

~9~

(13)


(14)
Với liều chỉ định là liều xạ mà khối u hoặc điểm đang xét cần nhận đƣợc,
liều chỉ định và liều nhận đƣợc thƣờng ở đơn vị cGy, CF là hệ số chuẩn [liều (tính
theo cGy) trên mỗi MU ở điều kiện chuẩn (độ sâu, kích thƣớc trƣờng chiếu và SSD
chuẩn)], PDD là liều phần trăm theo độ sâu, TPR là tỉ số mô – phantom, Sc là hệ số
tán xạ collimator, Sp là hệ số tán xạ phantom, OAR là tỉ số lệch trục, ICF là hệ số
hiệu chỉnh không đồng nhất, BCF là hệ số hiệu chỉnh che chắn, SSDF là hệ số SSD,
MF là hệ số Mayneord, và ISF là hệ số bình phƣơng nghịch đảo. Hệ số 100 đƣợc
thêm vào khi PDD và TPR đƣợc cho dƣới dạng phần trăm.

A
B
C

Q

Hình 1.8: Minh họa việc chia trƣờng chiếu bất bình thƣờng thành các “múi”
(phƣơng pháp Clarkson) [2]
Ngoài ra còn có một phƣơng pháp khác để tính MU, phƣơng pháp này không
sử dụng hệ số BCF để hiệu chỉnh che chắn, đƣợc đƣa ra bởi Clarkson và sau đó
đƣợc chỉnh sửa bởi Cunningham. Phƣơng pháp Clarkson dựa trên nguyên lý thành

phần tán xạ của liều tại một điểm sẽ phụ thuộc vào hình dạng và kích thƣớc trƣờng
chiếu và có thể tính toán độc lập với thành phần sơ cấp, là thành phần không phụ

~ 10 ~


thuộc vào hình dạng và kích thƣớc trƣờng chiếu. Nhƣ trong hình 1.8, các đƣờng liều
đƣợc vẽ trên mặt phẳng trƣờng chiếu từ điểm tính toán đến cạnh trƣờng chiếu. Các
đƣờng liều này chia trƣờng chiếu thành các “múi”, mỗi phần đặc trƣng bởi bán kích
và góc của nó. Ví dụ, nếu trƣờng chiếu đƣợc chia thành 36 phần, mỗi phần 10 độ,
thì mỗi phần sẽ thể hiện 1/36 lƣợng tán xạ của nguyên trƣờng chiếu có cùng bán
kính và có tâm tại điểm cần tính. Do đó, bằng cách sử dụng bảng SMR (tỉ số tán xạ
- cực đại) cho trƣờng chiếu tròn, ta có giá trị SMR cho mỗi phần và khi lấy trung
(
).
bình sẽ đƣợc SMR trung bình cho cả trƣờng chiếu ̅̅̅̅̅̅̅̅̅

SMR(d , rd ) 

1 n
 SMR(d , ri )
n i 1

(15)

Tỉ số tán xạ - cực đại đƣợc định nghĩa là tỉ số của liều tán xạ tại một điểm
trong phantom và liều sơ cấp tại cùng điểm đó ở độ sâu liều cực đại. SMR có thể
đƣợc tính bằng công thức:

 S r  

SMR  d , rd   TMR  d , rd   p d   TMR  d ,0 
 S  0 
 p


(16)

Nếu một phần của một “múi” bị che chắn, thành phần tán xạ sẽ đƣợc tính
bằng cách cách trừ đi tán xạ của phần bị che chắn.

 SMR 

QA net

 SMRQA  SMRQB  SMRQC

(17)

̅̅̅̅̅̅ sẽ đƣợc chuyển thành TMR trung bình (̅̅̅̅̅̅) bằng phƣơng trình:

TMR  OAR  TMR  d ,0   SMR  d , rd   

S p  0

S p  rd 

(18)

Với OAR là tỉ số lệch trục, TMR(d,0) là TMR của trƣờng 0x0, Sp(0) là hệ số
tán xạ phantom của trƣờng 0 x 0 cm2 và ̅̅̅( ) là hệ số tán xạ phantom trung bình

đối với trƣờng hình dạng bất kì.
Do đó trong phƣơng pháp Clarkson, các hệ số BCF, OAR và TPR trong công
thức (13) đƣợc thay thế bằng hệ số TMR , liều cho mỗi MU và số MU lần lƣợt
đƣợc tính bằng công thức (19) và (20):
Liều nhận đƣợc/MU = CF  TMR  Sc  S p  ICF  ISF

~ 11 ~

(19)


(20)
2. Đo liều đối với tia photon năng lƣợng cao
Phần này sẽ cung cấp cách chuẩn tia khi đo liều trong lâm sàng sử dụng tia
photon năng lƣợng cao, và các đề nghị cho phép đo liều liên quan. Việc chuẩn tia
dựa trên các hệ số chuẩn trong liều hấp thụ trong nƣớc

đối với một thiết bị

đo liều sử dụng tia chuẩn có chất lƣợng Q0. Các quy chuẩn này sử dụng cho các tia
photon có khoảng năng lƣợng 1 đến 50 MeV.
Đối với tia photon, chất lƣợng chùm tia chuẩn Q0 thông dụng nhất là tia
gamma

60

Co bởi đây là chất lƣợng duy nhất có sẵn trong hầu hết các phòng thí

nghiệm tiêu chuẩn. Các chất lƣợng chùm tia khác cũng có thể sử dụng quy trình này
bằng cách chuẩn hóa

cách xác định giá trị

về

của

60

Co. Tỉ số của

và

cho

bằng thực nghiệm. Nếu có thể, giá trị đo trực tiếp của

đối với từng buồng ion cụ thể sẽ là lựa chọn hàng đầu; một lựa chọn khác là
sử dụng các giá trị tính toán của

đối với từng loại buồng ion hóa đƣợc nêu

trong quy trình này.
2.1. Điều kiện chuẩn cho các thiết bị dùng trong đo liều
2.1.1. Hiệu chỉnh buồng ion hóa
Chỉ loại buồng ion hóa hình trụ đƣợc đề nghị trong đo liều chuẩn sử dụng tia
photon năng lƣợng cao. Buồng ion hóa bản mặt song song chỉ có thể đƣợc sử dụng
để đo liều tƣơng đối, chỉ khi loại buồng này đƣợc chuẩn trong cùng một chất lƣợng
tia với tia sử dụng thì mới có thể sử dụng để đo liều trong điều kiện chuẩn. Khi giá
trị tính toán của kQ đƣợc sử dụng, sự thiếu hụt hệ số hiệu chỉnh tƣờng pwall đối với
buồng ion bản mặt song song dùng tia photon năng lƣợng cao làm cho loại buồng

này không phù hợp. Đối với tia photon năng lƣợng cao, điểm tham chiếu của buồng
hình trụ dùng để chuẩn trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn và để đo trong điều kiện
chuẩn nằm trên trục của buồng ở ngay giữa thể tích vùng trống. Đối với buồng bản
mặt song song, điểm tham chiếu nằm ở tâm bề mặt trong của cửa sổ vào.

~ 12 ~


Hệ số chuẩn cho buồng ion hóa chỉ có ý nghĩa khi buồng đƣợc chuẩn hóa
theo điều kiện tiêu chuẩn. Khi sử dụng buồng ion hóa ở điều kiện không chuẩn ta
phải sử dụng các hệ số hiệu chỉnh thích hợp.
2.1.1.1. Hiệu chỉnh áp suất, nhiệt độ và độ ẩm
Do phần khí bên trong các buồng ion hóa dùng trong xạ trị thƣờng thông với
không khí bên ngoài, khối lƣợng không khí trong thể tích rỗng sẽ phụ thuộc vào dao
động không khí. Hệ số kTP đƣợc sử dụng để chuyển khối lƣợng không khí đó về
điều kiện chuẩn.

kTP 

 273, 2  T  P0
 273, 2  T0  P

(21)

Trong đó P và T là áp suất và nhiệt độ tại thời điểm đo, và P0 và T0 là giá trị
chuẩn (thƣờng là 101,3 kPa và 20oC). Nhiệt độ của không khí trong buồng ion hóa
đƣợc đo trong phantom và không cần thiết phải bằng với nhiệt độ của không khí
xung quanh. Để đo trong phantom nƣớc cần sử dụng lớp chống thấm nƣớc cho
buồng ion hóa để đạt cân bằng điện tích liên tục giữa không khí xung quanh và
không khí trong buồng ion hóa.

Không cần phải hiệu chỉnh độ ẩm nếu hệ số chuẩn đƣợc thiết lập ở độ ẩm
tƣơng đối 50% và đƣợc sử dụng trong độ ẩm tƣơng đối từ 20% đến 80%. Nếu hệ số
chuẩn đƣợc thiết lập ở không khí khô, cần phải có hệ số hiệu chỉnh; đối với 60Co, hệ
số kh này vào khoảng 0,997.
2.1.1.2. Hiệu chỉnh việc chuẩn Electrometer
Khi buồng ion hóa và electrometer đƣợc chuẩn riêng biệt, mỗi thiết bị sẽ có
một hệ số chuẩn riêng. Thông thƣờng, hệ số chuẩn ND,w của buồng ion hóa đƣợc
cho ở đơn vị Gy/nC và hệ số kelec của electrometer có đơn vị nC/rdg hoặc không có
đơn vị nếu giá trị electrometer đƣợc đọc theo điện tích.
Nếu buồng ion hóa và electrometer đƣợc chuẩn cùng nhau, thì hệ số chuẩn
tổng hợp ND,w thƣờng sẽ ở đơn vị Gy/rdg hay Gy/nC và không cần sử dụng hệ số
kelec.

~ 13 ~


2.1.1.3. Hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực
Ảnh hƣởng khi sử dụng các điện thế trái cực lên tín hiệu ghi nhận (reading)
cần phải đƣợc giám sát thƣờng xuyên. Đối với hầu hết các loại buồng ion hóa, hiệu
ứng này sẽ bị triệt tiêu khi sử dụng chùm photon, tuy nhiên hiệu ứng này cần đƣợc
lƣu ý trong trƣờng hợp sử dụng các buồng ion hóa có cửa sổ rất mỏng cho tia X
năng lƣợng thấp. Trong chùm tia hạt mang điện, cụ thể là electron, hiệu ứng này rất
rõ rệt.
Khi một buồng ion hóa đƣợc sử dụng trong một chùm tia tạo ra hiệu ứng
phân cực có thể đo đƣợc, reading thực là giá trị trung bình của các trị tuyệt đối ghi
nhận đƣợc ở hai cực. Trong sử dụng lâm sàng, chỉ cần một giá trị điện thế. Tuy
nhiên, ảnh hƣởng do sử dụng các điện thế trái cực trong mỗi chất lƣợng tia Q lên
reading có thể đƣợc hiệu chỉnh qua hệ số.

k pol 

Với

và

M  M
2M

(22)

lần lƣợt là reading trên electrometer ở điện cực dƣơng và âm,

và M là reading trên electrometer ở cực dùng trong lâm sàng (dƣơng hoặc âm).
Reading

và

cần phải đƣợc ghi nhận cẩn thận, cần đảm bảo reading phải ổn

định mỗi khi đổi điện cực (một số buồng ion cần 20 phút để ổn định). Để tối thiểu
hóa ảnh hƣởng của sự biến thiên trong output của các máy phát phóng xạ (máy gia
tốc lâm sàng, máy xạ tia X,…), thƣờng các chỉ số sẽ đƣợc chuẩn theo một bộ thiết
bị quan trắc độc lập. Lý tƣởng nhất, bộ quan trắc này nên đƣợc đặt xấp xỉ độ sâu đo,
nhƣng cách tâm buồng ion hóa 3 – 4 cm theo trục chính trong mặt phẳng tia.
Khi buồng ion hóa đƣợc chuẩn, phòng thí nghiệm hay ngƣời sử dụng sẽ
quyết định điện thế và cực sử dụng lâm sàng của buồng ion hóa. Việc chuẩn hóa
nên đƣợc thực hiện tại điện thế này (và cực này, nếu chỉ sử dụng một cực để chuẩn).
Khi phòng thí nghiệm chuẩn đã hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực, ngƣời sử dụng
phải áp dụng hệ số kpol vào tất cả các phép đo sử dụng phân cực. Khi phòng thí
nghiệm không hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực, những biện pháp xử lý hiệu ứng phân
cực phụ thuộc vào cơ sở vật chất hiện có, và vào chất lƣợng chùm tia cần đo:

~ 14 ~