so sánh dữ liệu chùm tia photon năng lượng 10 MV, 10MV FFF, 15 MV của máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đồ án này, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc
tới T.S Phạm Quang Trung hiện đang công tác tại khoa Xạ trị & Xạ phẫu- Bệnh
viện TWQĐ 108. Thầy đã giúp tôi lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp cũng như
tận tình chỉ bảo, dạy dỗ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt
quá trình thực hiện đồ án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Mai Đình Thủy- giảng
viên Viện Kỹ thuật hạt nhân & Vật lý môi trường – ĐH BKHN là giáo viên
hướng dẫn tại trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thiện đồ án này.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới toàn thể giảng viên, cán bộ nhân viên
Viện Kỹ thuật hạt nhân & Vật lý môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo tôi
trong suốt quá trình đại học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy Đỗ Đức Chí và toàn thể các bác sĩ, kỹ sư
cán bộ nhân viên khoa Xạ trị & xạ phẫu- Bệnh viện TWQĐ 108 đã tạo điều
kiện thuận lợi trong quá trình thực tập tại đây.
Cuối cùng, xin được cảm ơn tới Gia đình, tập thể lớp Kỹ thuật Hạt nhân
k57 đã ủng hộ, khích lệ và động viên tôi trong quá trình thực tập và báo cáo đồ
án tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Nguyễn Thị Thùy Linh

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

1


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.............................................................. 5
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 7
Chương 1.ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................... 10
1.1. Máy gia tốc xạ trị TrueBeam STx .......................................................... 10
1.2. Máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TW QĐ 108 ........................ 16
Chương 2.PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM......................................... 19
2.1. Lý thuyết .................................................................................................. 19
2.2.Thực nghiệm ............................................................................................. 24
2.3.Gamma Index ........................................................................................... 30
Chương 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 34
3.1.PDD............................................................................................................ 34
3.2.Liều sâu cách tâm ..................................................................................... 42
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 60

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

1


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

WHO

World

Tổ chức y tế Thế giới

Health
IMRT

Organization
Intensity

Xạ trị điều biến liều

Modulated

VMAT

Radiation Therapy
Volumetric
Arc Therapy

Xạ trị điều biến thể tích
cung tròn

IGRT

CBCT

Image Guided

Xạ trị dưới hướng dẫn

Radiation Therapy

hình ảnh

Cone beam computed

Chụp cắt lớp hình nón

tomography
FF

Flattening filter

Tấm lọc phẳng

FFF

Flattening filter free

PDD

Percent depth dose

Không có tấm lọc
phẳng
Liều sâu phần trăm

DD

Dose difference

Sự sai khác liều lượng

DTA

Distance to agreement

Khoảng cách cho phép

DR

Difference relative

Độ lệch tương đối

KV

Kilo voltage

Đơn vị đo điện thế

MV

Mega voltage

Đơn vị đo điện thế

MU

Monitoring Unit

Đơn vị liều giám sát

SSD

Source surface distance

Khoảng cách từ nguồn
tới bề mặt

CCU
TPS

Common control unit
Treatment planning
system

Bộ điều khiển chung
Hệ thống lập kế hoạch
điều trị

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

2


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

MLC

Multi-leaf Collimator

Đồ án tốt nghiệp

Bộ chuẩn trực đa lá
Trục thẳng đứng tạo với

Inline

trục crossline một hệ trục
vuông góc
Trục nằm ngang vuông

Crossline

góc với inline
CAX

Central axis

Trục trung tâm

OAR

Off axis ratio

Tỷ lệ ngoài trục

AAPM

American Association

Hiệp hội Các nhà Vật lý

of Physicists in

Y học Hoa Kỳ

Medicine
Hình dạng của bộ con

Carousel

quay chứa các tấm lọc
phẳng
Qúa trình kiểm tra chất

Commissioning

lượng thiết bị trước khi
đưa vào vận hành
Chuẩn quốc tế theo quy

TRS-398

định của IAEA
TPR

Tissue- Phantom ratio

Tỷ số mô- phantom
Đường chéo

Diagonal
RDV

Reference dose value

Giá trị liều tham khảo

Sc

Phantom scatter output

Hệ số tán xạ phantom

factor
Sp

Collimator Scatter

Hệ số tán xạ collimator

output factor
Scp

Total scatter output
factor

Hệ số tán xạ tổng

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

3


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Output factor

Thông số đầu ra

Off axis distance

Khoảng cách phía ngoài

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

4


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 : Gantry, Stand và giường điều trị ....................................................... 10
Hình 1. 2 : Gantry của máy gia tốc TrueBeam .................................................... 12
Hình 1. 3 : Stand máy gia tốc ............................................................................... 12
Hình 1. 4 : Máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TW QĐ 108 ...................... 13
Hình 1. 5 : Cấu trúc các bộ phận cơ bản của máy gia tốc TrueBeam
Varian.[2] ............................................................................................................. 14
Hình 1. 6: Quy trình commissioning .................................................................... 17
Hình 2.1: Đồ thị liều sâu phần trăm .................................................................... 19
Hình 2. 2: Cách xác định vùng bán dạ cho chùm FFF[2] ................................... 20
Hình 2. 3: Carousel trong máy gia tốc ................................................................. 21
Hình 2. 4 : Dịch chuyển tấm lọc phẳng FF làm cường độ chùm tia tăng 200% so
với ban đầu.[4] ............................................................................................. 21

Hình 2. 5: Cách xác định độ bằng phẳng và tính đối xứng .................................. 22
Hình 2. 6: Phantom nước – Blue phantom ........................................................... 25
Hình 2. 7 : Buồng ion hóa CC13 .......................................................................... 26
Hình 2. 8 : Buồng ion hóa Razor.......................................................................... 26
Hình 2. 9 : Mặt sau của CCU ............................................................................... 27
Hình 2. 10: CCU kết nối với cáp nối detector ...................................................... 27
Hình 2. 11 : Phần mềm Omni Pro accept ............................................................ 28
Hình 2. 12: Bố trí đo đạc trong phantom nước .................................................... 29
Hình 2.13: Cơ sở lý thuyết hình học Gamma Index[9] ........................................ 31
Hình 2.14: Một đoạn code tính toán Gamma Index ............................................. 33
Hình 3.1: Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF với
trường chiếu 3x3 cm2 ................................................................................... 35
Hình 3.2: Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF với
trường chiếu 4x4 cm2 ................................................................................. 36
Hình 3. 3 : Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF
với trường chiếu 6x6 cm2 .............................................................................. 37
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

5


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.4 : Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF với
trường chiếu 8x8 cm2 .................................................................................... 38
Hình 3. 5: Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF với
trường chiếu 10x10 cm2 ................................................................................ 39

Hình 3. 6: Đường cong liều sâu phần trăm của chùm năng lượng 10 MV FFF với
trường chiếu 20x20 cm2 ................................................................................ 40
Hình 3. 7 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV FFF với độ sâu 24 mm .... 43
Hình 3. 8 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV FFF ở độ sâu 50 mm ....... 44
Hình 3. 9: Profles chùm photon năng lượng 10 MV FFF ở độ sâu 100 mm. ...... 45
Hình 3. 10 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV FFF ở độ sâu 200 mm ... 46
Hình 3. 11 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV FFF ở độ sâu 300 mm. .. 47
Hình 3. 12 : Profiles chùm photon năng lượng 15 MV ở độ sâu 30 mm.............. 48
Hình 3. 13 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV ở độ sâu 24 mm.............. 49
Hình 3. 14 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV ở độ sâu 50 mm.............. 50
Hình 3. 15 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV ở độ sâu 100 mm............ 51
Hình 3. 16 : Profiles chùm photon năng lượng 10 MV ở độ sâu 200 mm............ 52
Hình 3. 17: Profiles chùm photon năng lượng 10 MV ở độ sâu 300 mm............. 53
Hình 3. 18: Dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV đo ở độ sâu 50 mm bằng
buồng ion hóa Razor ................................................................................... 54
Hình 3. 19: Dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV FFF đo ở độ sâu 50 mm bằng
buồng ion hóa Razor .................................................................................... 55
Hình 3. 20: Dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV FFF đo ở độ sâu 300 mm
bằng buồng ion hóa Razor ........................................................................... 56
Hình 3. 21: Dữ liệu chùm photon năng lượng 15 MV đo ở độ sâu 50 mm bằng
buồng ion hóa Razor .................................................................................... 57

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

6


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Ung thư hiện đang là một trong những căn bệnh nguy hiểm mà thế giới
đang rất quan tâm. Theo thống kê của WHO: có khoảng 14 triệu ca mắc ung thư
mới trong năm 2012. Và con số này sẽ còn tăng 70% chỉ trong vòng hai thập
niên tới. Ung thư chính là nguyên nhân thứ hai dẫn tới cái chết của con người.
Đã có khoảng 8,8 triệu người chết năm 2015. Đây là một sự báo động đáng nguy
cấp tới tình hình sức khỏe con người. Nguyên nhân chính dẫn tới sự gia tăng này
nằm ở việc sử dụng các chất có hại cho sức khỏe con người như: thuốc lá, rượu
bia, chế độ ăn uống không lành mạnh; các tác nhân vật lý như chất phóng xạ; hóa
học…
Vậy làm thế nào để điều trị hoàn toàn các tế bào ung thư mà giảm thiếu
tối đa các nguy hai cho các mô lành xung quanh là một bài toán đặt ra cho toàn
thế giới. Với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật, ngày nay các nhà nghiên cứu đã tìm
ra được nhiều phương pháp điều trị ung thư như: phẫu thuật, hóa trị, xạ trị, điều
trị mô đích. Trong đó, xạ trị là một trong những phương pháp điều trị ung thư
đang được quan tâm trên thế giới bởi những lợi ích mà nó đem lại: thời gian điều
trị ngắn, tổn thương tới mô lành ít, có thể tiêu diệt gần như toàn bộ các loại tế
bào ung thư.
Xạ trị cũng có nhiều kỹ thuật khác nhau như xạ trị trong, xạ trị ngoài, xạ
trị áp sát.Và ứng dụng của các bức xạ trong điều trị ung thư thông dụng nhất là
sử dụng chùm tia phát ra từ máy gia tốc và các nguồn đồng vị phóng xạ. Nhiều
trung tâm đã và đang sử dụng các loại máy gia tốc tiên tiến trong quá trình điều
trị như Precise, Infinity, Synergy,… của hãng ELEKTA hay với VARIAN thì có
các dòng máy : Trilogy system, Clinac, TrueBeam…
Vấn đề đặt ra là làm sao để chùm bức xạ khi chiếu tới tế bào ung thư là
nhận được nhiều nhất và giảm thiểu tối đa sự ảnh hưởng bức xạ đối với các mô
lành xung quanh. Liệu loại máy gia tốc nào là tối ưu nhất hiện nay để giải quyết
vấn đề trên? Đối với các dòng máy truyền thống, thiết kế của chúng luôn có một

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

7


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

tấm lọc phẳng, mục đích làm phẳng chùm bức xạ khi đi qua tấm lọc này, giúp
phân bố liều trên toàn khối u được đồng đều. Tuy nhiên, kể từ khi phát triển
các kĩ thuật xạ trị tiên tiến hơn như xạ trị điều biến liều IMRT, xạ trị điều biến
liều thể tích cung tròn VMAT, xạ trị dưới hướng dẫn của hình ảnh IGRT, xạ phẫu
… thì việc làm phẳng chùm tia không cần thiết nữa. Chính vì vậy mà người ta
lại sẽ quan tâm tới việc tập trung liều vào trung tâm khối u và làm giảm liều xung
quanh mô lành. Máy gia tốc TrueBeam STx của hãng sản xuất Varian với thiết
kế carousel có chế độ không có tấm lọc phẳng FFF đáp ứng được nhu cầu này.
Nhận thấy được những ưu điểm mà máy gia tốc xạ trị TrueBeam STx mang lại,
khoa Xạ trị & Xạ phẫu- Bệnh viện TWQĐ 108 đã cho tiến hành lắp đặt hệ thống
này để đưa vào điều trị lâm sàng.
Trong quá trình thực tập, tôi đã được tham gia vào quá trình
commissioning và tiến hành đo đạc một số thông số của máy gia tốc TrueBeam
STx tại bệnh viện TWQĐ 108. Đồ án này là việc so sánh dữ liệu chùm tia photon
năng lượng 10 MV, 10MV FFF, 15 MV của máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh
viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index. Đây
chính là nội dung tìm hiểu, nghiên cứu của đồ án này được thực hiện tại bệnh
viện TWQĐ 108.
Trong đồ án này, tôi tiến hành đo đạc liều sâu phần trăm PDD, đặc trưng
của chùm photon các mức năng lượng 10MV, 10 MV FFF và 15 MV, sau đó so

sánh với Gold Beam Data dữ liệu chuẩn của Varian cung cấp dựa trên cơ sở lý
thuyết Gamma Index. Sau khi so sánh, PDD đo đạc tương đối trùng khớp với dữ
liệu chuẩn, kết quả đo đạc của chúng tôi sẽ được sử dụng để nhập vào phần mềm
lập kế hoạch điều trị Treatment Planing System. Dữ liệu này trong phần mềm lập
kế hoạch là cơ sở để tính liều điều trị cho bệnh nhân.
Với mục đích trên, đồ án này được hoàn thành với bố cục 3 chương cụ thể
như sau:
Chương 1: Đặt vấn đề : Trình bày tổng quan về máy gia tốc TrueBeam
STx bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tình hình lắp đặt và commissioning
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

8


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

máy gia tốc này tại bệnh viện TWQĐ 108.
Chương 2: Phương pháp và thực nghiệm: Tìm hiểu các dữ liệu chùm
photon như: PDD, đặc trưng chùm tia, kích thước trường chiếu, chế độ có tấm
lọc (FF) và không có tấm lọc (FFF), tính phẳng, tính đối xứng, vùng bán dạ.
Đồng thời chương này cũng đề cập đến các thiết bị cần thiết cho quá trình đo đạc
số liệu như phantom nước, buồng ion CC13, phần mềm Omnipro Accept…
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết Gamma Index và phương pháp sử dụng Gamma
Index trong việc so sánh dữ liệu thực nghiệm với Gold Beam Data.
Chương 3: Kết quả và thảo luận: Thu thập và phân tích kết quả quá trình
commissioning máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108; rút ra các
nhận xét và thảo luận về kết quả này.

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

9


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1.ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Máy gia tốc xạ trị TrueBeam STx
1.1.1.

Cấu tạo
Máy gia tốc TrueBeam STx của hãng Varian bao gồm các bô phận chính:

Gantry, Stand, giường điều trị, hệ thống điều khiển [1]

Hình 1. 1: Gantry, Stand và giường điều trị
Các bộ phận chính của máy gia tốc này được chia thành hai khu riêng
biệt là phòng điều khiển và phòng điều trị bệnh nhân. Phòng này bao gồm các
máy tính và các màn hình theo dõi quá trình điều trị bệnh nhân theo kế hoạch
đã được lập sẵn và kiểm soát bệnh nhân trong quá trình điều trị.
Phòng điều trị: nơi đặt máy gia tốc TrueBeam STx. Máy gồm các bộ phận
chính:
 Gantry: nhằm mục đích tạo khả năng chùm tia chứa hệ gia tốc electron và
đầu máy điều trị. Bộ phận này có thể quay xung quanh giường điều trị với
các góc khác nhau từ -185o cho đến 185o, tốc độ quay là từ 1o/s cho tới 6o/s.

Gantry bao gồm các bộ phận:
 Súng điện tử: thiết bị phát ra electron. Cơ chế hoạt động: cung cấp nhiệt cho
cathode của súng điện tử bằng nguồn điện riêng. Điện tử được sinh ra xung
quanh cathode gây ra bởi quá trình phát bức xạ nhiệt điện tử.
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

10


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

 Hệ thống gia tốc chùm electron tới năng lượng cao.
 Bộ điều chỉnh tần số tự động AFC tác dụng duy trì dao động với tần số tối
ưu.
 Hệ thống bơm hút chân không, đảm bảo điều kiện hoạt động của máy gia
tốc và súng điện tử.
 Hệ uốn chùm tia
 Carousel chứa các tấm lọc phẳng có tác dụng làm phẳng chùm tia- chế độ
FF.
 Collimator có tác dụng tạo hình dạng chùm tia theo hình học và kích thước
khối u.
 Hệ thống ghi nhận hình ảnh KV và MV: xác định vị trí bệnh nhân cho điều
trị và ghi nhận hình ảnh điều trị, đánh giá kết quả.
o CBCT (Cone Beam Computed Tomography)
o Electronic imaging device (EPID)
 Bộ chuẩn trực : gần bia nhất là các chuẩn trực đa lá (MLC- Muntileaf
Collimator), gồm hai dải hẹp 60 cặp lá bằng Vonfram với mục đích xác định

hình dạng của chùm tia theo thể tích hình học của khối u. Mỗi lá có thể dịch
chuyển mà không phụ thuộc các lá còn lại. Việc sử dụng MLC có tác dụng
làm tăng liều vào khối u và làm giảm liều xung quanh mô lành, bảo vệ chúng
khỏi tác dụng của các bức xạ. Sau đó là ngàm X, ghép với lá cuối cùng phía
bên trái. Bên dưới ngàm X là ngàmY. Khay đựng khối che chắn có thể được
tùy chọn để sử dụng cho phù hợp.
Khi sử dụng electron trong xạ trị, chùm tia đi qua một cửa sổ kim loại mỏng
trên tiết diện bia, và được lọc bằng một vật liệu tán xạ electron (phụ thuộc vào
năng lượng lựa chọn - bộ lọc sơ cấp – collimator) bởi một Collimator quay ở
cổng 2, nơi không có bộ lọc nào. Hơn nữa chùm electron tán xạ lọc bằng bộ lọc
thứ cấp (số Z nhỏ) được thiết kế để tương tác với những hạt có năng lượng khác
nhau. Sau đó chùm tia đi qua ống chuẩn trực. Ngàm X và ngàm Y tự động khớp
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

11


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

nhau để lựa chọn cho thiết bị chuyên dụng, trong khi đó MLC mở ra trường chiếu
cực đại. Cuối cùng là sự mã hóa các thiết bị để điều chỉnh kích cỡ trường electron.
Các thiết bị này được trang bị bằng một bệ đỡ sao cho khoảng cách từ trường
chiếu tới nguồn là 95 cm.

Hình 1. 2: Gantry của máy gia tốc TrueBeam


Stand: mục đích chính hỗ trợ, nâng đỡ cần trục. Stand gồm

có hệ thống nước và khí…

Hình 1. 3: Stand máy gia tốc
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

12


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1. 4: Máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TW QĐ 108
1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Electron được sinh ra do bức xạ nhiệt điện tử từ súng điện tử, hay súng electron.
Các electron này được điều chế thành các xung và đưa vào buồng gia tốc. Bức xạ
vi sóng được cung cấp dưới dạng các xung ngắn, khoảng một vài μs và được phát
ra dưới dạng các xung điện áp cao, khoảng 50 kV, từ bộ điều chế xung đến nguồn
phát vi sóng. Ở một số máy phát năng lượng cao người ta dùng Klystron.
Xung điện từ và xung điện áp được đưa vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời
điểm (tạo ra sự cộng hưởng). Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút
chân không dưới áp suất thấp, tạo ra chuyển động tự do, tránh va chạm với các
phần tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động của chúng. Năng lượng mà các
electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống gia tốc tùy thuộc vào
biên độ của điện trường, có nghĩa là phụ thuộc vào công suất không đổi của nguồn
sóng cao tần.

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

13


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Chùm electron được tăng tốc có xu hướng phân kỳ một phần do lực tương tác đẩy
Coulomb giữa các electron. Tuy nhiên, sự phân kỳ này có thể được khắc phục khi
sử dụng một từ trường hội tụ đồng trục. Từ trường này do các cuộn dây nam châm
cung cấp, đương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng. Ngoài ra còn có các cuộn
lái bức xạ, được sử dụng để dẫn chùm electron chuyển động theo đúng hướng và
vị trí yêu cầu.
Các electron được gia tốc tới năng lượng yêu cầu được lái qua đầu máy điều trị để
sử dụng trực tiếp khi điều trị bằng chùm electron. Khi máy được sử dụng trong chế
độ phát photon tia X, chùm electron (đã được gia tốc tới năng lượng khá lớn) sẽ
được hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử Z lớn (bia tia X),
ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia X nhờ hiệu ứng phát bức xạ hãm.
Bức xạ này được sử dụng để điều trị ung thư.
Máy gia tốc xạ trị TrueBeam STx có khả năng phát ra các mức năng lượng sau


Photon:

o

FF: 6MV, 8MV, 10MV, 15MV

o

FFF: 6MV FFF, 10MV FFF



Electron: 6 MeV, 9 MeV, 12 MeV, 16 MeV, 20 MeV

Hình 1. 5: Cấu trúc các bộ phận cơ bản của máy gia tốc TrueBeam
Varian [2].
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

14


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Ứng dụng

1.1.3.

Máy gia tốc TrueBeam STx sử dụng các kỹ thuật xạ trị từ đơn giản đến phức tạp
như 3D-CRT, IMRT, IRGT, VMAT.
Ngoài ra máy gia tốc này còn có khả năng xạ phẫu- phẫu thuật bằng việc sử dụng
các tia bức xạ.
Kỹ thuật điều trị với chùm tia FFF lần đầu tiên được nghiên cứu bởi O'Brien

đối với các ứng dụng xạ phẫu. Vassiliev đã đánh giá tính khả thi của phương pháp
xạ trị lập thể đối với ung thư phổi giai đoạn sớm bằng cách sử dụng chùm photon
FFF từ máy gia tốc của Varian. Các phương pháp điều trị 3D – CRT dùng chùm tia
được làm phẳng dùng cho 10 bệnh nhân lâm sàng được thay thế bằng các chùm
FFF. Nghiên cứu này cho thấy sự đồng nhất liều ở bia không khác biệt đáng kể giữa
các phương pháp điều trị bằng cách sử dụng tấm lọc phẳng hoặc FFF và các liều đối
với các cấu trúc quan trọng là tương đương. Khoảng thời gian trung bình của chùm
tia trên mỗi trường đã giảm từ 25 giây (với bộ lọc FF) xuống còn 11 giây (không có
bộ lọc FFF), tăng tính khả thi của phương pháp điều trị đồng bộ nhịp thở và hiệu
quả của phương pháp điều trị đồng bộ nhịp thở - GATING. Với một máy gia tốc
lâm sàng, Gasic đã đánh giá 30 bệnh nhân điều trị bằng phương pháp SRS / SBRT
sử dụng chùm FFF so với VMAT. Họ cũng nhận thấy sự khác biệt về liều lượng là
không đáng kể, nhưng giảm thời gian tới 50% -75%. Prendergast và cộng sự cũng
nhấn mạnh lợi thế về thời gian đáng kể của các chùm FFF đối với các phương pháp
điều trị xạ trị lập thể với tổng quan 27 ca phẫu thuật xạ trị CNS được điều trị bằng
chùm FFF. Các liều lượng được phân phối từ 12 đến 30 Gy, phân phối từ 1 đến 5
fraction. Mặc dù liều lớn trên mỗi fraction, thời gian trung bình bệnh nhân ở phòng
điều trị (từ lúc bắt đầu chụp hình đến khi hoàn thành điều trị) chỉ là 10:42 (phút: s,
phạm vi: 6: 05-22: 56) [3].
Gating là thiết bị đồng bộ nhịp thở trong quá trình điều trị cũng đã được
tích hợp vào máy TrueBeam STx.

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

15


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

TrueBeam STx được sử dụng điều trị bệnh nhân bằng các kỹ thuật xạ trị
mới. Các kỹ thuật ứng dụng của máy gia tốc làm giảm thời gian điều trị xuống
và tập trung liều cao vào trung tâm các tế bào ung thư trong khi lại giảm liều hay
giảm sự tác động của bức xạ vào các mô lành.
1.2. Máy gia tốc TrueBeam STx tại bệnh viện TW QĐ 108
Máy gia tốc TrueBeam STx được tiến hành lắp đặt tại khoa Xạ trị & Xạ
phẫu- Bệnh viện TWQĐ 108 từ tháng 12/2016 và đang trong quá trình hoàn thiện
lắp đặt. Dự kiến máy sẽ được đưa vào điều trị lâm sàng vào tháng 6/2017. Một
trong những ưu điểm mà máy gia tốc này mang lại đó là suất liều cao: 1400
MU/phút đối với mức năng lượng 6MV FFF và 2400 MU/phút đối với mức năng
lượng 10MV FFF làm giảm thời gian điều trị cho bệnh nhân, giúp cho kết quả
điều trị đạt tốt hơn.
Máy gia tốc TrueBeam STx là sự lựa chọn ưu việt khi sản phẩm này có
thể sử dụng được các kỹ thuật xạ trị khó hơn như IMRT, VMAT, IRGT, Xạ
phẫu…
Hiện máy đang trong quá trình tiến hành commissioning, thu nhận đặc
trưng của chùm tia. Dữ liệu của chùm tia sẽ được kiểm tra lại và được nhập vào
hệ thống phần mềm lập kế hoạch điều trị. Phần mềm lập kế hoạch sẽ sử dụng các
thuật toán để tính liều cho bệnh nhân dựa trên dữ liệu ghi nhận được từ quá trình
commissioning. Đây là một phần quan trọng trong quá trình lắp đặt hệ thống máy
gia tốc điều trị bệnh nhân.
Để nắm rõ các bước commissioning thiết bị này, trước hết cần hiểu rõ về
commissioning. Commissioning: là quy trình vật lý liên quan mọi thông tin, số
liệu của chùm tia mà khi lập kế hoạch điều trị sẽ cần đến và dùng cho việc tính
toán điều trị sau này. Công việc này bao gồm đo đạc, chuẩn các thông số về liều
lượng như suất liều với các mức năng lượng khác nhau của chùm tia, các số liệu
về liều sâu phần trăm và các bản đồ đồng liều hay các dữ kiện tương tự được lưu
giữ trong hệ thống máy tính lập kế hoạch điều trị (Treatment Planning SystemSo sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc

TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

16


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

TPS). Hình 1.6 dưới đây là sơ đồ quá trình commissioning một thiết bị xạ trị gia
tốc mới được lắp đặt mới.

Hình 1. 6: Quy trình commissioning
Trong quá trình thực tập tại đây, tôi được tham gia vào các bước 1 (chuẩn
bị đo đạc), bước 2 (tiến hành ghi nhận dữ liệu) và bước 3 (xử lý đặc trưng chùm
tia ghi nhận được). Trong báo cáo đồ án tốt nghiệp này, tôi đề cập đến việc khảo
sát, so sánh đặc trưng chùm tia ở mức năng lượng photon 10 MV, 10 MV FFF
(không sử dụng tấm lọc phẳng) và 15 MV. Thông thường việc commissioning
này sử dụng tới loại phantom nước có mật độ vật chất chính xác như mô cơ thể,
và hiện tại bệnh viện TWQĐ 108 đang sử dụng loại BLUE Phantom
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

17


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Khi xử lý dữ liệu, các dữ liệu thu thập được sẽ được tiến hành so sánh với Gold
Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index. Để cụ thể hơn về phương pháp
này, tôi sẽ nói rõ ở Chương 2: Phương pháp và thực nghiệm.

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

18


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Chương 2.PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. Lý thuyết
2.1.1.

PDD

Percentage depth dose: liều sâu phần trăm được định nghĩa là tỷ số giữa
liều hấp thụ được cho tại một điểm ở độ sâu x bất kì so với liều hấp thụ tại một
điểm ở độ sâu tham khảo do [4]
P = (Dd/ Ddo) ×100

(2.1)

Với mức năng lượng cao hơn thì liều tham khảo được cho tại vị trí được
gọi là liều hấp thụ đỉnh. Trong y học lâm sàng thường thì liều hấp thụ đỉnh còn
được gọi là liều hấp thụ lớn nhất Dmax

Hình 2. 1: Đồ thị liều sâu phần trăm PDD
2.1.2.

Kích thước trường chiếu

Trường chiếu của chùm FF được định nghĩa là khoảng cách giữa 50%
đường đồng liều, chuẩn hóa tới 100% tại trục trung tâm ở độ sâu tham khảo.
Đối với chùm FFF trường chiếu lại được xác định bởi các Collimator.
Xét tới hai trục Inplane và Crossplane, diện tích trường chiếu là khoảng cách
giữa các điểm uốn trong cùng một mặt phẳng. Với điểm uốn là điểm uốn định
nghĩa theo toán học. Tuy nhiên, với mục đích thiết thực thì giá trị của điểm uôn
sẽ gần bằng điểm nằm giữa hai điểm bắt đầu và kết thúc S-E. Khoảng cách giữa
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

19


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

S và E là h, thì điểm uốn sẽ nằm tại vị trí h/2. [2]

Hình 2. 2: Cách xác định kích thước trường chiếu cho chùm FFF [2]
2.1.3. Chế độ có tấm lọc và không có tấm lọc.
Từ khi phát triển kỹ thuật IMRT, việc làm phẳng chùm tia không còn được
coi trọng [5]. Chính vì vậy trong thiết kế carousel của TrueBeam còn có thêm
chế độ FFF. Việc dịch chuyển tấm lọc phẳng để chuyển sang chế độ FFF làm

tăng cường độ chùm tia, đặc biệt là tại trục trung tâm. Việc tăng cường độ chùm
tia làm giảm thời gian điều trị nhất là đối với xạ trị lập thể liều cao, xạ phẫu
(SRT/SRS). Hơn nữa, việc dịch chuyển tấm lọc phẳng làm giảm sự rò liều khỏi
trường chiếu và cải thiện mô hình chùm tia. Chùm FFF được khuyến cáo sử dụng
cho các trường chiếu có kích thước nhỏ và sử dụng trong kỹ thuật IMRT, còn đối
với kỹ thuật điều trị 3D, bia lớn thì chùm FFF này có nhiều bất lợi hơn chùm
FF. Nguyên nhân là do tính không đồng nhất của chùm FFF khi xuyên qua bia.
Việc sử dụng Carousel có cả hai chế độ FF và FFF nhằm khắc phục các hạn chế
của nhau, tạo ra các ưu điểm vượt trội hơn so với các loại máy gia tốc thông
thường khác.
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

20


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2. 3: Carousel trong máy gia tốc
Ưu điểm chính của chùm FFF là làm tăng suất liều và giảm thời gian điều
trị
[6]

Hình 2. 4: Dịch chuyển tấm lọc phẳng FF làm cường độ chùm tia tăng
200% so với ban đầu. [5]

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

21


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

2.1.4.

Đồ án tốt nghiệp

Tính phẳng

Theo như tiêu chuẩn của Varian, tính phẳng của chùm tia FF được xác
định là những thay đổi lớn nhất mà cường độ liều mang lại nằm trong khoảng
giới hạn 80% vùng trung tâm FWHM được đo đạc tại vị trí SSD= 100cm và ở
độ sâu 10cm. [1]

Hình 2. 5: Cách xác định độ bằng phẳng và tính đối xứng.
Để đánh giá độ bằng phẳng của chùm photon hay electron, ta dựa vào
công thức sau:
F=100× (Dmax – Dmin)/ (Dmax+ Dmin)
2.1.5.

(2.2)

Tính đối xứng

Tính đối xứng chùm tia được xác định theo tiêu chuẩn của Varian như
sau: là sự khác nhau lớn nhất giữa cường độ liều được cho tại hai điểm bất kỳ
mà khoảng cách từ trục trung tâm đến hai điểm đó là bằng nhau và đối xứng với

nhau nằm trong khoảng giới hạn 80% vùng FWHM tại SSD=100cm và độ sâu
10cm. [1] ta có thể tham khảo hình 2.5 để xác định tính đối xứng của chùm tia.
Việc đánh giá tính đối xứng của chùm tia, sử dụng công thức sau:
S= 100× (AL – AR)/ (AL+ AR)

(2.3)

Trong đó: Diện tích bên trái trục trung tâm:
AL Diện tích bên phải trục trung
tâm: AR
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

22


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

2.1.6.

Đồ án tốt nghiệp

Vùng bán dạ

Vùng bán dạ của chùm tia phẳng (FF) được xác định là khoảng cách giữa
20%-80% đường đồng liều.
Với chùm FFF: để xác định vùng bán dạ cho chùm FFF, ta sử dụng giá trị
IP (inflection point – điểm uốn) như là giá trị liều tham khảo (RDV). Hai điểm
Pa và Pb tại hai vị trí gấp 1, 6 và 0, 4 giá trị RDV. Khoảng cách giữa hai điểm Pa
và Pb được coi là vùng bán dạ của chùm FFF. [2]. Tham khảo hình 2.2 để xác

định vùng bán dạ.
2.1.7.

Chất lượng chùm tia.

Theo như TRS-398 đại lượng TPR20/10 được dùng để xác định chất lượng
chùm tia. Giá trị của TPR được xác định từ phương trình thực nghiệm:
TPR20/10 = 1, 2661 × PDD20, 10 -0, 0595

(2.4)

Với PDD20, 10 là tỷ lệ các liều sâu phần trăm tại các độ sâu 20cm và 10cm.
Giá trị TPR20/10 cũng có thể được đo đạc một cách chính xác tại D20, 10 của
phantom tại đường đồng tâm được cài đặt cho trường … ở độ sâu 10cm và 20cm.
Việc đo đạc giá trị này được thực hiện với mọi mức năng lượng chùm photon và
so sánh với các giá trị được tính toán theo phương trình thực nghiệm. [2]
2.1.8.

OAR

Sự thay đổi của liều với khoảng cách từ CAX nhưng với cùng độ sâu được
gọi là Off Axis Ratio (OAR) hay Off- axis profiles là các thông số cơ bản trong
đặc trưng chùm tia.
Giá trị của OAR được đo đạc cho chùm photon FF và FFF tại trục trung
tâm ở vị trí đối với các trường chiếu do collimator cài đặt. Gía trị của OAR có
thể đo với trường mở hoặc với trường có nêm vật lý. OAR là một hàm phụ thuộc
sự thay đổi độ sâu. [7]
2.1.9.

Hệ số Output

Để việc xác định hệ số Output, việc lắp đặt các ngàm sẽ quyết định tới
kích thước trường chiếu. Trong quá trình thực nghiệm, ta sử dụng buồng ion hóa
So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

23


Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý môi trường

Đồ án tốt nghiệp

CC13 để xác định hệ số output với phạm vi kích thước các trường chiếu từ 3x3
cm2 cho mới trường lớn nhất là 40x40 cm2 và sử dụng trường 10x10 cm2 cho việc
chuẩn hóa số liệu.
Hệ số output (Scp) bao gồm cả hệ số tán xạ collimator (Sc) và hệ số tán xạ
phantom (Sp). Hệ số tán xạ collimator chủ yếu là do tán xạ photon từ collimator,
tuy nhiên cũng có một số do không khí và tấm lọc phẳng từ đầu máy gia tốc. Sc
là một hàm của chất lượng chùm tia và kích thước trường chiếu, hệ số này sẽ
tăng khi trường chiếu tăng. Nó được xác định là tỷ lệ giữa tỷ số output trong môi
trường không khí của trường chiếu thực nghiệm với trường chiếu tham khảo.
Thường thì kích thước trường chiếu tham khảo sẽ là 10×10 cm2. Việc đo đạc sẽ
tiến hành ở SSD=100 cm.
Xét đối với hệ số tán xạ phantom, được xác định là tỷ lệ giữa hệ số output
với trường thực nghiệm so với trường tham khảo tại độ sâu tham khảo đo trong
phantom nước dưới điều kiện tán xạ lớn nhất với SAD= 100 cm và độ sâu 10 cm.
[2]
Hệ số Output = Sc × Sp
2.2.

2.2.1.

(2.5)

Thực nghiệm
Phantom nước

Quá trình đo đạc này sử dụng phantom nước làm môi trường thực nghiệm
để đo liều thực nghiệm vì cơ thể con người chiếm tới 70% là nước.
Kích thước phantom:


Kích thước ngoài: 675 x 645 x 560 mm3.



Thể tích quét: 480 x 480 x 410 mm3.



Độ phân giải vị trí: 0.1 mm.



Độ chính xác: ±0.5mm.



Thể tích chứa: 200 lít.



Chiều dày bể chứa/ vật liệu: 15 mm/acrylic.

So sánh dữ liệu chùm photon năng lượng 10 MV, 10 MV FFF, 15 MV của máy gia tốc
TrueBeam STx tại bệnh viện TWQĐ 108 với Gold Beam Data bằng việc sử dụng Gamma Index

24