Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống nêm cơ động cho máy gia tốc xạ trị của hãng elekta

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KĨ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG NÊM CƠ ĐỘNG ĐƯỢC
THIẾT KẾ CHO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ CỦA HÃNG ELEKTA
TẠI TRUNG TÂM UNG BƯỚU – BỆNH VIỆN QUÂN Y 175

SVTH:

Trần Xuân Hưng

GVHD:

KS. Đặng Quang Huy
ThS. Vũ Quân

GVPB:

ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh

TP. Hồ Chí Minh – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KĨ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG NÊM CƠ ĐỘNG ĐƯỢC
THIẾT KẾ CHO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ CỦA HÃNG ELEKTA
TẠI TRUNG TÂM UNG BƯỚU – BỆNH VIỆN QUÂN Y 175

SVTH: Trần Xuân Hưng
GVHD: KS. Đặng Quang Huy
ThS. Vũ Quân
GVPB: ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh

TP. Hồ Chí Minh – 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể Quý Thầy Cô khoa Vật lý –
Vật lý Kỹ thuật, Quý Thầy Cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân đã dạy dỗ, truyền đạt những
kiến thức vô cùng quý báu, không chỉ là kiến thức sách vở mà cả kiến thức trong
cuộc sống dành cho sinh viên chúng em trong suốt 4 năm học đại học.
Em vô cùng biết ơn và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên đã trực tiếp
hướng dẫn em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này đó là thầy Đặng Quang Huy.
Thầy đã nhận hướng dẫn, đưa ra những định hướng và luôn có những lời nhắc nhở,
góp ý vô cùng quý báu dành cho em. Bên cạnh đó, thầy còn luôn kề cận, trực tiếp
chỉ dạy em, hướng dẫn em từng chi tiết giúp em hiểu rõ rất nhiều điều trong suốt

thời gian thực hiện khoá luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô Lưu Đặng Hoàng Oanh, cô đã dành thời
gian để đọc và giúp em chỉnh sửa khoá luận. Bên cạnh đó cô cũng cho em những
gợi ý, nhắc nhở quan trọng giúp em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn bạn bè đã luôn ở bên cạnh chia sẻ và có những lời động viên tinh
thần.
Đặc biệt, cảm ơn gia đình đã luôn quan tâm, dạy dỗ và tạo mọi điều kiện học
để con học tập tốt và đạt được như ngày hôm nay.
Xin cảm ơn!
TP.HCM, tháng 7 năm 2015

Trần Xuân Hưng


MỤC LỤC
MỤC LỤC

.....................................................................................................................i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU..................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ ............................................................. 2
1.1. Vật lý xạ trị chùm electron ........................................................................................ 2
1.1.1. Ion hóa và kích thích ....................................................................................... 2
1.1.2. Bức xạ hãm ...................................................................................................... 2
1.1.3. Va chạm đàn hồi hay tán xạ ............................................................................ 3
1.1.4. Liều hấp thụ chùm electron ............................................................................ 3
1.1.5. Chùm electron xạ trị máy gia tốc.................................................................... 4

1.2. Vật lý xạ trị chùm photon.......................................................................................... 5
1.2.1. Tán xạ Compton .............................................................................................. 5
1.2.2. Hiệu ứng tạo cặp ............................................................................................. 6
1.2.3. Hiệu ứng quang điện ....................................................................................... 8
1.2.4. Chùm photon xạ trị máy gia tốc ..................................................................... 9
1.2.5. Liều hấp thụ chùm photon ............................................................................ 10
1.3. Đo liều tương đối và tuyệt đối ................................................................................ 11
1.3.1. Xem xét tính lâm sàng chùm photon ............................................................ 11
1.3.2. Tính đối xứng chùm tia (Beam symmetry) .................................................. 12
1.3.3. Liều theo chiều sâu trong nước PDD ........................................................... 13

i


1.3.4. Xác định liều hấp thụ dưới điều kiện chuẩn ................................................. 13
1.3.5. Liều hấp thụ tại Zmax ..................................................................................... 14
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TẠI TRUNG TÂM
UNG BƯỚU – BỆNH VIỆN QUÂN Y 175 ............................................ 15
2.1. Tiêu chuẩn của máy gia tốc hiện nay ...................................................................... 15
2.2. Máy gia tốc dùng trong xạ trị ung thư ngày nay ..................................................... 16
2.2.1. Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc electron ................................................. 16
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc electron ............................................ 18
2.3. Một số nét sơ lược về máy gia tốc Elekta ............................................................... 20
2.4. Hệ thống Nêm cơ động (Motorized Wedge) của hãng Elekta ................................ 24
2.4.1. Định nghĩa về Nêm (Wedge) ........................................................................ 24
2.4.2. Ảnh hưởng của nêm đến chất lượng chùm tia .............................................. 25
2.4.4. Hệ thống nêm cơ động .................................................................................. 28
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .............................................................. 30
3.1. Giới thiệu thiết bị đo ............................................................................................... 30
3.1.1. Hệ thống Phantom nước ............................................................................... 30

3.1.2. Dosimeter ...................................................................................................... 31
3.1.3. Phantom Plastic ............................................................................................ 33
3.1.4. Phim .............................................................................................................. 33
3.1.5. Phầm mềm RadioChromic ............................................................................ 34
3.2. Quy trình thực nghiệm và kết quả ........................................................................... 35
3.2.1. Đo hệ số truyền qua của nêm theo chiều sâu trên phantom nước ................ 36
3.2.2. Đánh giá hệ số truyền qua của nêm với nhiều kích thước trường khác
nhau............................................................................................................... 38
ii


3.2.3. Ảnh hưởng đối trọng góc nêm....................................................................... 41
3.2.4. Góc nêm của phân bố liều ............................................................................. 42
3.2.5. Hệ số Gamma Index xử lí bằng phần mềm RadioChromic .......................... 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 48

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CAWTF

Central Axis Wedge

Hệ số truyền nêm theo

Transmission Factors

trục chính

MLC

Multileaf Collimator

Bộ chuẩn trực đa lá

MU

Monitor unit

Đơn vị của liều chiếu

MW

Motorized Wedge

Nêm cơ động

TPS

Treatment Planning System

Hệ thống lập kế hoạch điều
trị

TPR

Tissue Phantom Ratio

Tỉ số mô-phantom trong
nước

TMR

Tissue Maximum Ratio

Tỉ số mô cực đại

OAR

Off Axis Ratio

Tỉ số bù liều ngoài trục

SAD

Source Axis Distance

Khoảng cách từ nguồn đến
trục chính của buồng ion hóa

SSD

Khoảng cách từ nguồn đến

Source Surface Distance

bề mặt phantom

SCD

Khoảng cách từ nguồn đến

Source Chamber Distance

buồng ion hóa
PDD

Percent Deep Dose

Liều phần trăm theo liều sâu

WF

Wedge Factor

Hệ số truyền nêm

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. So sánh hệ số truyền qua của nêm giữa hệ thống lập kế hoạch điều trị và
thực tế tại năng lượng 6 MV ...................................................................... 37
Bảng 3.2. So sánh hệ số truyền qua của nêm giữa hệ thống lập kế hoạc điều trị và
thực tế tại năng lượng 15 MV ................................................................... 37
Bảng 3.3. Bảng so sánh liều kế hoạch và liều đo thực tế sử dụng nêm cơ động ....... 40
Bảng 3.4. Ảnh hưởng đối trọng đối với năng lượng 6 MV ...................................... 42
Bảng 3.5. Ảnh hưởng đối trọng đối với năng lượng 15 MV………………………..42

Bảng 3.6. Trọng số chùm tia ở các góc nêm khác nhau........................................... 433
Bảng 3.7. So sánh góc nêm thực nghiệm với hệ thống lập kế hoạch điều trị ............ 44

v


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hình ảnh sự phát bức xạ hãm ......................................................................... 3
Hình 1.2. Tán xạ Compton ............................................................................................. 5
Hình 2.1. Sơ đồ khối minh họa các bộ phận chức năng của máy gia tốc..................... 17
Hình 2.2. Hình ảnh của máy gia tốc xạ trị và hệ thống điều khiển của máy................ 20
Hình 2.3. Đầu máy điều trị và hướng chuyển động thẳng của chùm tia ...................... 22
Hình 2.4. Biểu đồ đơn giản mô tả hệ MLC .................................................................. 23
Hình 2.5. Các đường cong đồng liều khi không có và khi có lọc nêm ........................ 25
Hình 2.6. Nêm vật lý thông thường .............................................................................. 27
Hình 2.7. Nêm cơ động thực tế .................................................................................... 29
Hình 3.1. Hệ thống phantom nước được chuẩn bị trước khi đo ................................... 30
Hình 3.2. Buồng ion hóa Farmer Chamber PTW TM30013 ........................................ 32
Hình 3.3. Liều xạ kế PTW Unidos .............................................................................. 32
Hình 3.4. Phantom Plastic ............................................................................................ 33
Hình 3.5. Film sử dụng cho việc đo đạc ....................................................................... 33
Hình 3.6. Phần mềm RadioChromic sử dụng cho việc tính hệ số Gamma Index ........ 34
Hình 3.7. Các tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của nêm đối với phân bố liều .................. 35
Hình 3.8. Hệ số nêm theo chiều sâu với năng lượng Photon 6 MV ............................. 38
Hình 3.9. Hệ số nêm theo chiều sâu với năng lượng Photon 15 MV ........................... 38
Hình 3.10. Sai số giữa trường chiếu khi đo tại điểm khảo sát ...................................... 39
Hình 3.11. Buồng ion hóa đo ngoài không khí với thiết bị cố định .............................. 41
Hình 3.12. Sai số góc nêm giữa các nghiên cứu ........................................................... 44
Hình 3.13. Thiết kế thí nghiệm trước khi chiếu xạ phim .............................................. 45

vi


Hình 3.14. So sánh phim được chiếu xạ và phim không chiếu xạ ................................ 46
Hình 3.15. Hệ số Gamma Index được xử lý bằng phần mềm RadioChromic .............. 46

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay bệnh ung thư đang là một trong những bệnh nguy hiểm với mức độ
phát triển rất nhanh trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Do đó, việc
chẩn đoán và điều trị ung thư có vai trò vô cùng quan trọng trong chương trình
“Phòng chống ung thư” ở mọi quốc gia. Việc trang bị thiết bị điều trị, lựa chọn phác
đồ, phương pháp điều trị thích hợp là rất cần thiết. Có ba phương pháp điều trị ung
thư cơ bản, có thể áp dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả điều trị
cao nhất, đó là: phẫu thuật, xạ trị, hóa trị. Trong đó xạ trị là một phương pháp rất
hiệu quả, đã và đang phát triển trên toàn thế giới và tại Việt Nam. Một trong các
nguyên tắc cần phải đảm bảo trong điều trị bằng tia xạ nói chung và xạ trị bằng
chùm photon phát ra từ máy gia tốc nói riêng là liều bức xạ phải tập trung và đồng
đều tại khối u và giảm thiểu tối đa liều tại các tổ chức lành bao quanh khối u.
Nhưng trong thực tế thể tích khối u cần điều trị không phải lúc nào cũng đồng nhất,
vì thế ta cần phải tạo ra độ biến thiên phân bố liều lượng của các chùm tia, do đó
các lọc nêm được chế tạo và sử dụng.
Mục tiêu của khóa luận: “Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống nêm cơ động
được thiết kế cho máy gia tốc xạ trị của hãng Elekta tại Trung Tâm Ung Bướu
– Bệnh Viện Quân Y 175” là tập trung đánh giá tác động của thiết bị điều biến
chùm tia như nêm đến phân bố liều giữa hệ thống lập kế hoạch xạ trị (TPS) và đo
đạc thực tế. Từ những kết quả ban đầu chúng ta có thể phát hiện sớm những lỗi về
cơ khí, liều lượng. Từ đó, tư vấn và đề nghị lãnh đạo có can thiệp kịp thời nhằm

đảm bảo cho kết quả điều trị tốt nhất cho bệnh nhân. Với mục tiêu trên, khóa luận
được hoàn thành và được chia làm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở vật lý trong xạ trị.
Chương 2: Giới thiệu về máy gia tốc tuyến tính tại Trung Tâm Ung Bướu –
Bệnh Viện Quân Y 175.
Chương 3: Thực nghiệm và Kết quả.

1


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ
1.1.

Vật lý xạ trị chùm electron
Các electron khi đi vào vật chất thường gây ra 3 loại tương tác như ion hóa

hoặc kích thích nguyên tử, bức xạ hãm, va chạm đàn hồi hay tán xạ.
1.1.1. Ion hóa và kích thích
Các electron năng lượng thấp tương tác Coulumb với các electron quỹ đạo
của nguyên tử vật chất có thể ion hóa nguyên tử bằng cách truyền cho electron quỹ
đạo năng lượng lớn hơn năng lượng liên kết để chúng bị tách ra khỏi nguyên tử tạo
thành cặp electron – ion dương, hoặc kích thích nguyên tử nếu chỉ truyền cho
electron quỹ đạo năng lượng nhỏ hơn năng lượng liên kết. Trong nước hay mô mềm
các electron bị mất năng lượng chủ yếu là do ion hóa và kích thích. [1]
1.1.2. Bức xạ hãm
Các electron năng lượng cao khi đâm xuyên qua đám mây electron của
nguyên tử vật chất và tương tác với điện trường dương của hạt nhân. Khi tương tác
các electron bị giảm tốc đột ngột, đổi hướng bay và phần năng lượng bị mất
dERAD/dx sẽ biến đổi thành bức xạ hãm tia X hay Baremstrahlung. [1]

Một dòng electron đơn năng sẽ bức xạ một phổ tia X liên tục có năng lượng
cực đại bằng năng lượng ban đầu của electron. Số lượng bức xạ hãm tăng lên khi
tăng năng lượng electron tới và tăng số Z của bia hấp thụ.

2


Hình 1.1. Hình ảnh sự phát bức xạ hãm
1.1.3. Va chạm đàn hồi hay tán xạ
Khi chùm electron đi qua môi trường vật chất, các electron năng lượng thấp
bị tán xạ nhiều lần do tương tác lực Coulumb giữa các electron và hạt nhân của môi
trường. Năng suất tán xạ thay đổi gần đúng theo Z2/E2. Vì electron có khối lượng rất
nhẹ so với khối lượng của hạt nhân nên chúng sẽ bị tán xạ hay va chạm đàn hồi. Do
đó tương tác theo dạng này sẽ tạo ra một lượng lớn electron tán xạ trong môi trường
vật chất.
1.1.4. Liều hấp thụ chùm electron
Liều hấp thụ của môi trường khi được chiếu bởi một chùm electron là năng
lượng được môi trường hấp thụ trong một đơn vị khối lượng. Liều hấp thụ được tính
bằng tích số giữa thông lượng năng lượng electron ɸE và năng suất hãm giới hạn
dE’COL/ρdx như sau:
Eo
 dE' 
D   Φ E . COL 
Δ
 dx  Δ

(1.1)

trong đó dE’COL là năng lượng bị mất bởi một electron do va chạm với các electron
của nguyên tử khác khi nó đi qua một quãng đường dx và năng lượng này được hấp

thụ tại chỗ chứ không bị mang đi xa bởi các electron thứ cấp. [1]

3


Δ là năng lượng giới hạn của electron thứ cấp sao cho dưới giá trị đó thì sự
truyền năng lượng của electron là do khuếch tán và không được tính vào liều hấp
thụ.
1.1.5. Chùm electron xạ trị máy gia tốc
Máy gia tốc tuyến tính gia tốc chùm electron và đồng thời tạo ra chùm
photon tia X để xạ trị. Nguồn electron tạo ra dưới dạng xung electron được các sóng
điện từ cao tần RF gia tốc đến mức năng lượng định sẵn theo yêu cầu xạ trị (khoảng
từ 4 đến vài chục MeV).
Chùm electron ban đầu có kích thước rất nhỏ, sau đó được cho tán xạ thành
chùm rộng cường độ phân bố liều và đối xứng bằng một hệ thống lá tán xạ. Cường
độ và sự đối xứng chùm tia được kiểm soát bằng một hệ thống buồng ion hóa đặt
sau lá tán xạ.
Chùm electron được giới hạn bởi một bộ chuẩn trực sơ cấp cố định đặt trước
lá tán xạ. Vì bản chất tán xạ của chùm electron nên trường electron dễ bị ảnh hưởng
bởi hệ thống bộ chuẩn trực, suất liều phụ thuộc vào diện tích bề mặt của bộ chuẩn
trực. Khi chiếu xạ electron, bộ chuẩn trực thường được giữ ở một độ mở nhất định
nào đó để giảm thấp lượng tán xạ từ bộ chuẩn trực và giữ cho suất liều ra được ổn
định. Thay vào đó kích thước và hình dạng của trường chiếu sẽ được định dạng
bằng hệ thống MLC đa lá hoặc cặp ngàm JAW. [2]
Năng lượng đỉnh phổ (Ep)0 có thể được tính từ khoảng chạy hiệu dụng Rp của
chùm electron trong nước theo công thức:
( E p ) o  C1  C2 R p  C3 R p

2

trong đó: C1= 0,22 MeV, C2=1,98 MeV cm-1, C3 =0,0025 MeV cm-2.
và E o  C 4 .R50 trong đó C4= 2.33MeV cm-1 đối với nước.
R50 = độ sâu trong nước tại thời điểm có liều bằng 50% liều cực đại.
Năng lượng E z tại độ sâu z trong phantom nước là:
4

(1.2)



z
E z  E o 1 
 R
p







(1.3)

Ngoài ra chùm electron thường bị nhiễm một lượng bức xạ hãm tia X sinh ra
từ đầu máy, từ bộ áp… [2]
1.2.

Vật lý xạ trị chùm photon
Khi đi vào vật chất các photon sẽ tương tác với electron quỹ đạo và hạt nhân

của nguyên tử nguyên tử môi trường và xảy ra các hiệu ứng như tán xạ Compton,
hiệu ứng tạo cặp, hiệu ứng quang điện.
1.2.1. Tán xạ Compton
Một photon có năng lượng E  h tương tác với một electron tự do ở quỹ
đạo ngoài của nguyên tử. Sau khi tương tác photon lệch một góc  so với phương
tới, năng lượng giảm thành E’ và electron quỹ đạo bay ra khỏi nguyên tử với động
năng Ece và góc lệch , được gọi là electron Compton (hình 1.2).

Photon tới (E)

Photon tán xạ (E’)



Electron tự do

Electron Compton (Ece)

Hình 1.2. Tán xạ Compton

trong đó:

hν
E' γ  hν 

1  α(1  cos θ)
'

E ce  Eγ - E ' γ = hν

moc2
1
1  (  cos θ)
α

α(1  cos θ)
1  α(1  cos θ)

và

cos  (1  α)tan

với α  hν /mo c 2 và mo là khối lượng nghỉ của electron.
5

(1.4)
θ
2

(1.5)


- E càng lớn ( càng lớn ) thì  va  càng nhỏ.
Xác xuất tương tác trên 1 electron tính theo công thức Klein-Nishina-Tamm:
1    2(1   ) ln(1  2 )  ln(1  2 )
1  3 





2 


2
(1  2 ) 2 

   1  2

 Ce  2 re2 

(1.6)
với re  e2 /moc2 là bán kính electron cổ điển: α 

Khi E << 0,511 MeV ( <<1):
với  Th 

Eγ
moc2



Eγ

(1.7)

0,511 MeV

 Ce   Th (1  2 

26 2

  ...)
5

(1.8)

8 2
re là tiết diện tán xạ Thomson cổ điển.
3

11
α2




Khi E >> 0.511 MeV ( >>1):

 Ce  π re2   ln2α  ;  Ce 

Tiết diện cho một nguyên tử :

 Ca  z. Ce

;

 Ca 

Z
Eγ

1
Eγ

(1.9)

(1.10)

Tiết diện cho 1 đơn vị khối lượng hay hệ số giảm khối:
σ C  N A Z  e CC

.σ C 
ρ  A 
Eγ

(cm2/g)

(1.11)

trong đó CC = (NAZ/A) là hằng số đối với các nguyên tố Z nhỏ trong cơ thể. [1]
1.2.2. Hiệu ứng tạo cặp
Một photon với mức năng lượng E  h tương tác với trường lực
Coulomb của hạt nhân hoặc của electron để tạo ra một cặp electron (e-) – positron
(e+).
Khi E  2moc2, photon có thể tạo cặp trong trường hạt nhân và trao toàn bộ
năng lượng E cho cặp (e-) và (e+). Động năng của mỗi hạt:
Ee = (E – 2m0c2) /2 =(E – 1,022) /2
6

(1.12)

Khi E  4moc2, photon có thể tạo cặp trong trường Coulomb của electron và
chia năng lượng Ey cho 3 hạt: electron bị tương tac và (e+), (e-). Động năng trung
bình của mỗi hạt:
Ee = (E – 2m0c2) /3 =(E – 1,022) /3

(1.13)

Xác xuất tạo cặp trong trường electron (K’’) tính so với trường hạt nhân
(K’):
σ aK ''
1

a
σ K ' CZ

(1.14)

Xác xuất tạo cặp trong trường hạt nhân cho một nguyên tử:
σ aK '  k.Z 2 .lnE γ (cm2/ nguyên tử)

trong đó tham số C chỉ phụ thuộc vào E. Khi E tăng tới 5 MeV thì C tăng chậm tới
2. Và khi E   thì C =1. Trung bình C  4.
Tiết diện tạo cặp trong trường hạt nhân theo đơn vị khối lượng (Hệ số suy
giảm khối):
σK '  NA

ρ
 A

 a
 N .Z 
 K '  k. A .Z.lnE γ  C K ' Z.lnE γ (cm2/g)

 A 

(1.15)

trong đó Ck’ là một hằng số đối với các nguyên tố có Z nhỏ. [1]
Có thể kết hợp 2 loại tiết diên K’ và K’’ thành tiết diện tạo cặp K, ta có:
 σK

 ρ

  σ K '   σ K '' 
  
  

  ρ   ρ 

Trong nước, sự tạo cặp chiếm ưu thế với E > 10 MeV.
Các positron sau khi được tạo ra thường tự hủy với một electron tự do để tạo
ra cặp photon 0,511 MeV di chuyển ngược chiều nhau.

7


1.2.3. Hiệu ứng quang điện
Một photon tới có năng lượng Eγ  hν tương tác với electron quỹ đạo bên
trong nguyên tử, photon bị hấp thụ hoàn toàn và electron bay ra khỏi nguyên tử với

động năng Ec gọi là quang electron. Động năng Ec bằng hiệu số giữa năng lượng
photon tới và năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử:
Ec = E  – Eb

(1.16)

với Eb là năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử
Theo công thức Ec = E – Eb thì tương tác chỉ xảy ra khi E > Eb và dễ nhất
với electron quỹ đạo trong cùng. Khi E vừa đủ lớn hơn Eb thì xác suất tương tác
tăng vọt do hiệu ứng bờ hấp thụ. Với E thấp, hướng bay của quang electron gần
thẳng góc với hướng bay của photon. E càng lớn thì các quang electron càng hướng
về phía trước nhiều hơn. [1]
Khi electron quỹ đạo bay ra thì một electron từ quỹ đạo ngoài sẽ lập tức vào
chiếm chỗ trống và phát ra bức xạ tia X đặc trưng có năng lượng EX bằng hiệu số
giữa 2 năng lượng liên kết electron:
EX = Eb1 – Eb2

(1.17)

với Eb1 là năng lượng liên kết của electron bị tương tác, Eb2 là năng lượng liên kết
của electron chiếm chỗ. [1]
Năng lượng bức xạ tia X (EX) phụ thuộc vào năng lượng liên kết của các
electron quỹ đạo trong nguyên tố.
Khi electron quỹ đạo ngoài vào chiếm lỗ trống thì bản thân nó cũng để lại
một lỗ trống và electron quỹ đạo ở lớp ngoài hơn sẽ vào chiếm chỗ. Quá trình được
tiếp tục cho đến khi lỗ trống ở quỹ đạo ngoài cùng được lấp đầy bởi một electron tự
do. [1]

8

Nếu tia X phát ra lại bị một electron khác trong nguyên tử với năng lượng
liên kết Eb hấp thụ hoàn toàn và được giải phóng khỏi nguyên tử. Electron được giải
phóng gọi là electron Auger với năng lượng:
EAU = EX - Eb

(1.18)

Xác suất tương tác với một nguyên tử được tính bằng tiết diện hiệu dụng q:
Zn
σ  k m (cm2/ nguyên tử)
Eγ
a
q

(1.19)

Khi m = 4, n = 3 khi E  0.1 MeV, là vùng tương tác quang điện chiếm ưu
thế:
Z4
σ  k 3 (cm2 / nguyên tử)
Eγ
a
q

(1.20)

Tiết diện hiệu dụng được tính theo đơn vị khối lượng hay hệ số giảm khối:
σq

Z3
 NA  a
 N A .Z  Z 3

.σ q  k.
. 3  C q . 3 (cm2/g)
ρ  A 
Eγ
 A  Eγ

(1.21)

1.2.4. Chùm photon xạ trị máy gia tốc
Chùm photon xạ trị là chùm tia X được chuyển đổi từ chùm electron nhờ
tương tác hãm bức xạ trong bia kim loại. Chùm electron đi ra khỏi cửa sổ máy gia
tốc với đường kính tiết diện ngang nhỏ khoảng vài nm. Khi đập vào bia chùm
electron tạo ra một nguồn photon nhỏ cho phép áp dụng quy luật bình phương
nghịch đảo khoảng cách. Kích thước của chùm bán dạ photon cũng nhỏ.
Phổ năng lượng chùm photon đa năng với giá trị cực đại bằng năng lượng
electron.
Giá trị đơn năng hiệu dụng của chùm gần bằng 1/3 thế gia tốc (MV) (chẳng
hạn: giá trị đơn năng hiệu dụng của chùm 15 MV là 6 MV).
Chùm photon được cho qua bộ lọc tán xạ để phân tán rộng và được định
dạng bằng hệ thống chuẩn trực sơ cấp và thứ cấp. Bộ chuẩn trực thứ cấp gồm 2 cặp
9


ngàm (Jaw) di động bằng chì hoặc tungsten tạo độ mở dạng chuẩn chữ nhật hay
vuông kích thước từ (0x0 cm2) đến cực đại (40x40 cm2) tại mặt phẳng chuẩn chứa
tâm quay (isocenter) cách nguồn 100 cm (SAD). [2]

Các khối chặn kim loại hoặc bộ chuẩn trực đa lá (MLC) được dùng để che
chắn photon thành dạng bất kì. Các khối kim loại chặn hình nêm (gọi là nêm) được
dùng để làm nghiêng các đường phân bố đồng liều bù trừ cho góc tới chùm tia và
hình dạng mô.
1.2.5. Liều hấp thụ chùm photon
Chùm photon sơ cấp từ máy gia tốc đi vào môi trường vật chất (nước, mô…)
sẽ tương tác với môi trường qua 2 bước:
 Bước 1: Xảy ra khi các photon thứ cấp, là những hạt ion hóa gián tiếp, truyền
một phần năng lượng của chúng thành động năng cho các electron tốc độ cao như
quang electron, electron Compton, electron tạo cặp… thông qua các loại tương tác
khác nhau. Tổng động năng được truyền cho môi trường trong bước 1 này được gọi
là Kerma.
 Bước 2: Xảy ra khi các electron thứ cấp này, là các hạt ion hóa trực tiếp, bị
làm chậm lại và truyền năng lượng của chúng cho môi trường. Phần năng lượng
truyền này được gọi là liều hấp thụ. Vì các electron có khoảng chạy trung bình nào
đó nên phần năng lượng nhận được ở bước 2 có thể được các electron chuyển tới
các điểm xa hơn tương tác ban đầu ở bước 1 của photon.
Giả sử trong bước 1 chỉ có một photon năng lượng 1 MeV trao một động
năng 0,5 MeV cho một electron. Ở đây chỉ một nguyên tử bị ion hóa, nhưng ngay
sau đó electron 0,5 MeV có thể ion hóa thêm 15000 nguyên tử hoặc phân tử trước
khi nó dừng lại hẳn. Như vậy bước 2 đã tạo ra một năng lượng ion hóa gấp 15000
lần so với bước 1. Năng lượng tạo ra các cặp ion hóa trong một đơn vị khối lượng
vật chất của môi trường biểu diễn liều hấp thụ của môi trường đối với chùm photon.
[2]

10


1.3.

Đo liều tương đối và tuyệt đối
Đo liều bức xạ dựa vào thiết bị chuyên dùng, thiết bị này gọi là liều kế, đơn

vị điện tích Culong hoặc Gy. Giá trị M hiển thị liều lượng đo được trong 1 đơn vị
thể tích liều nhạy bức xạ.
Đo liều bức xạ trong thể tích nhạy xạ không yêu cầu định chuẩn trong trường
chiếu xác định được xem như đo liều tuyệt đối.
Đo liều yêu cầu định chuẩn trong trường chiếu tham chiếu thì gọi là đo liều
tương đối. [8]
1.3.1. Xem xét tính lâm sàng chùm photon
 Hệ số truyền nêm theo trục chính (Central axis wedge transmission
factors-CAWTF)
Hệ số truyền nêm được xác định như tỉ số liều không dùng nêm và có dùng
nêm tại 1 điểm dọc theo phantom nằm trên trục chính. Hệ số này được đo trong
phantom tại chiều sâu phù hợp, nằm ngoài chiều sâu có liều cực đại Dmax. Hệ số
truyền nêm phụ thuộc vào kích thước trường chiếu hoặc chiều sâu.
CAWTF là tỉ số liều tại chiều sâu đặc trưng nằm trên trục chính của trường
xác định với chùm tia có sử dụng nêm và không sử dụng nêm ở cùng điều kiện thí
nghiệm. Tuy nhiên, CAWTF có thể là hàm số cho cả chiều sâu và kích thước
trường. Khác nhau về kích thước trường chiếu không những dựa trên độ rộng của
trường chiếu còn lại là chiều dài của trường. Hay nói cách khác CAWTF đo bởi
trường 10x10 cm2 có thể khác với CAWTF đo bởi trường 10x20 cm2. [8]
Giá trị liều đo được khi sử dụng nêm liên quan đến tỉ số suất liều chuẩn khi
đo CAWTF tại 1 vị trí với nhiều trường chiếu có kích thước khác nhau. Để thực
hiện đo CAWTF cho trường chiếu khác nhau tại 1 vị trí chiều sâu sử dụng buồng
ion hóa thì buồng ion hóa phải được đặt trên trục chính của chùm tia với độ dày
nêm như nhau. Khi thực hiện đo nêm, để nêm theo vị trí mặc định và quay nêm
xung quanh góc 180o. Khi thiết lập thí nghiệm phải đảm bảo nêm và buồng ion hóa

11

được đặt ở vị trí chính xác. Vị trí nêm có thể quay quanh 180o bằng việc quay hệ
thống collimator. Việc quay 180o để đảm bảo vị trí buồng ion hóa nằm trên trục
chính của chùm tia. Đo giá trị này với 2 hướng nêm đối diện nhau. Nếu giá trị khác
nhau lớn hơn 5% cho nêm 60o hay 2% cho 30o, khi đó nêm hoặc buồng ion hóa
không định vị chính xác. Ngoài ra, trong tính toán thường lấy trung bình trong 3 lần
đo cho hai vị trí nêm (collimator 0o, collimator 180o) xem giá trị này là giá trị chính
xác của phép đo. [8]
 Dữ liệu phân bố liều
Phân bố liều tại mọi điểm của chùm tia đi qua thường là dữ liệu yêu cầu
trong phần mềm lập kế hoạch điều trị. Profile của chùm tia là giá trị liều nằm ngoài
trục chính. Dữ liệu những điểm ngoài trục chính (off-axis) thường được chuẩn 1
điểm trên trục chính với cùng độ sâu. Những dữ liệu này là tỉ số bù liều ngoài trục
(OARs), chúng kết hợp với dữ liệu liều trên trục chính để tạo thành ma trận đường
đẳng liều.
Số lượng Profile được đo tại nhiều vị trí chiều sâu khác nhau được yêu cầu từ
thuật toán trong phần mềm lập kế hoạch điều trị (TPS). Có những hệ thống yêu cầu
đo nhiều Profile tại vài độ sâu. Vài hệ thống khác yêu cầu đo tại vị trí đặc trưng
hoặc chỉ yêu cầu 1 Profile với thiết kế trường lớn nhất và đo trong không khí với
build-cap của buồng đo. Profile của chùm tia nằm ngang nên được đo theo mẫu
chùm tia được kiểm tra chính xác bằng thuật toán của hệ thống lập kế hoạch điều
trị. [8]
Tất nhiên, những Profile này được đo cho cả trường có sử dụng nêm và
không sử dụng nêm. Profile của trường sử dụng nêm kết hợp với giá trị trục chính,
liều phần trăm theo độ sâu (PDD) cho trường nêm tạo dữ liệu cho đường cong nêm
đẳng liều.
1.3.2. Tính đối xứng chùm tia (Beam symmetry)
Tính đối xứng của chùm tia thường được xác định tại Zmax, xác định từ hai
điểm bất kỳ của chùm Profile, cách đều điểm trục trung tâm, trong vòng 2% của

12


chúng. Nói cách khác, trường chiếu thuộc chùm Profile Zmax về mỗi bên (trái và
phải) của trục trung tâm mở rộng đến mức liều 50% (bình thường đến 100% tại thời
điểm trục trung tâm) được xác định và được tính toán.
Các điểm sâu hơn Zmax thường có thể được xác định bằng cách sử dụng chức
năng tự động trên các thiết bị nước bể quét (3-D isodose plotter). [9]
1.3.3. Liều theo chiều sâu trong nước (PDD)
Phân bố liều ở trục trung tâm trong bệnh nhân hoặc trong phantom thường
được chuẩn hóa cho Dmax = 100% ở độ sâu tối đa liều Zmax và sau đó gọi là phần
trăm liều theo chiều sâu PDD. Do đó PDD được định nghĩa như sau:
PDD (z, A, f, hν ) = 100

Dq
Dp

(1.22)

trong đó DQ là liều lượng và tỷ lệ liều tương ứng tại điểm Q ở độ sâu Z trên trục
trung tâm của phantom và DP là những liều và liều tỷ lệ tại điểm P ở Zmax trên trục
trung tâm của phantom. [8]
Điểm Q là một điểm tùy ý ở độ sâu z trên trục trung tâm chùm, điểm P đại
diện cho điểm tham chiếu liều cụ thể tại Z = Zmax trên trục trung tâm chùm tia. Liều
phần trăm theo độ sâu phụ thuộc vào bốn thông số: chiều sâu trong một phantom,
kích thước trường A, khoảng cách từ tâm đến bề mặt phantom (thường được chỉ
định với j) và photon tia năng lượng hν . Liều phần trăm theo độ sâu có khoảng giá
trị từ 0 (ở Z = ∞) đến 100 (tại Z = Zmax). Liều tại điểm Q có chứa hai thành phần: sơ
cấp và phân tán.
1.3.4. Xác định liều hấp thụ dưới điều kiện chuẩn

Liều hấp thụ trong môi trường nước tại độ sâu zref , được cho bởi công thức
sau:
Dw, Q = MQ ND, w, Q KQ, Qo
trong đó MQ dữ liệu từ máy đo liều kế tại điểm hiệu dụng của buồng tại zref .

13

(1.23)


KT,P hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất, hiệu chỉnh máy liều kế
Ks, KPol hiệu ứng phân cực và tái tổ hợp ion, ND, w, Q là hệ số hiệu chỉnh về liều hấp
thụ trong nước của các máy đo liều tại Qo và kQ,Qo là một yếu tố đặc trưng của buồng
để điều chỉnh sự khác biệt giữa chất lượng chùm tham chiếu Qo và chất lượng thực
tế được sử dụng Q. [8]
1.3.5. Liều hấp thụ tại Zmax
Việc tính toán liều lâm sàng thường được tham chiếu đến độ sâu liều tối đa
Zmax (hoặc tại một số sâu khác). Để xác định liều hấp thụ tại độ sâu bất kì hoặc sử
dụng liều phần trăm theo chiều sâu (PDD) cho thiết kế khoảng cách từ nguồn đến
bề mặt phantom và các tỷ lệ mô phantom (TPR) hoặc tỷ lệ mô cực đại (TMR) cho
thiết kế khoảng cách từ nguồn đến trục chính của buồng ion hóa.

14


CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TẠI TRUNG TÂM
UNG BƯỚU – BỆNH VIỆN QUÂN Y 175
2.1.

Tiêu chuẩn của máy gia tốc hiện nay
Về nguyên tắc, không có giới hạn trong công nghệ chế tạo máy gia tốc với

năng lượng của electron, ngoại trừ bản thân cấu trúc chiều dài tăng tốc của thiết bị.
Giới hạn năng lượng chùm electron hiệu dụng đạt được trong thực tế lâm sàng nằm
trong phạm vi từ 4 đến 40 MeV.
Với mục đích ứng dụng trong lâm sàng, một số yêu cầu đặt ra cho các máy
gia tốc cần thiết kế sao cho thỏa mãn những tiêu chuẩn chủ yếu như sau:
 Chùm tia bức xạ phải được xác định rõ và thay đổi được về các kích thước
trường chiếu.
 Liều lượng bức xạ phải đồng đều bên trong chùm tia.
 Liều lượng của thiết bị phát ra phải ổn định không chỉ trong mỗi giai đoạn
điều trị mà ổn định trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị.
 Năng lượng, cường độ vị trí và hướng của chùm tia X hay electron phải được
kiểm soát trong điều trị.
 Liều lượng bức xạ phân bố trên bệnh nhân phải được đo đạc một cách chính
xác.
 Chùm tia bức xạ phải điều chỉnh và thay đổi được theo bất kì hướng và vị trí
nào trên bệnh nhân.
 Để thực hiện được việc hướng chùm tia vào đúng vị trí bệnh nhân thì hệ
thống giường điều trị phải chuyển động được theo ba chiều với độ chính xác cao.
 Vì việc điều trị thường phải kéo dài nên thiết bị phải hoạt động ổn định và
chính xác cao. Độ ổn định là hết sức quan trọng trong mục đích điều trị, để có thể
phục vụ được một số lượng lớn bệnh nhân sau khi đã chi ra một khoản tiền lớn mua
sắm thiết bị.

15