CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐO DỮ LIỆU CHÙM PHOTON VÀ CHUẨN LIỀU CHO MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH Tại Việt Nam việc xạ trị bằng máy gia tốc đã được áp dụng từ năm 2001 khi Bệnh viện K- Hà Nội được trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính Primus của hãng Siemens. Đến nay, trên cả nước đã có thêm nhiều cơ sở khác cũng đã sử dụng máy gia tốc tuyến tính xạ trị như: Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Ung bướu Hà Nội, Bệnh Viện Quân Y 103, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh Viện Quân Y 175, Bệnh viện Đa khoa Đà Nẵng, Bệnh Viện Đa Khoa Quy nhơn… Đến năm 2020, nước ta đang và sẽ xây dựng 05 trung tâm xạ trị-Y học hạt nhân trọng điểm trên cả nước bao gồm: Trung tâm xạ trị trung ương tại Bệnh viện K; Trung tâm Y học hạt nhân và xạ trị tại Bệnh viện Trung ương quân đội 108; Bệnh viện Ung bướu Thành phố Hồ Chí Minh; Bệnh viện Ung bướu Đà Nẵng và Bệnh viện Đa khoa Kiên Giang, Mục tiêu đến năm 2020, 80% tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương có cơ sở y học hạt nhân và cơ sở ung bướu có thiết bị xạ trị. Toàn quốc đạt tỷ lệ ít nhất 01 thiết bị xạ trị và 01 thiết bị xạ hình trên 1 triệu dân [1]. Theo quy ước, người ta lấy thế gia tốc chùm electron tạo ra chùm photon để chỉ mức năng lượng của chùm photon tương ứng.
Ví dụ, đối với máy gia tốc xạ trị ở Bệnh viện Ung bướu Tp HCM chế độ phát chùm photon có 2 mức ứng với thế gia tốc các chùm điện tử là 6 MV và 18MV, tương ứng ta thu được hai mức năng lương của chùm photon là 6MV và 18MV. Các thông số về máy gia tốc là các dữ liệu cần thiết cho việc lập kế hoạch điều trị trên bệnh nhân. Những dữ liệu này là dữ liệu đầu vào bắt buộc của chương trình lập kế hoạch điều trị. Từ các dữ liệu đó, hình ảnh giải phẫu của khối u trên bệnh nhân, máy tính sẽ tính toán các phân bố liều vào khối u.
Do đó, cần phải đo đạc dữ liệu trường liều của chùm electron và photon tương ứng với tất cả các mức năng lượng đối với các trường mở và trường nêm. Dữ liệu phân bố liều theo độ sâu tại trục trung tâm và phân bố liều photon nằm ngoài trục trung tâm tại các độ sâu khác nhau đối với các trường mở và trường có nêm cần phải được đo đạc. Đối với các trường nêm các hệ số truyền qua các khối che chắn, khay, nêm lọc… cũng cần 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học phải đo đạc và tính toán. Vấn đề commissioning cho các máy gia tốc y tế là rất phức tạp và mất nhiều thời gian, các kỹ sư vật lý phải đối mặt với rất nhiều thách thức như cần độ chính xác cao, phải lựa chọn nhiều phương pháp và cần một khoảng thời gian dài.
Các thông số dữ liệu chùm tia sẽ làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho hệ thống lập kế hoạch điều trị. Vì vậy, công việc đo đạc các thông số dữ liệu chùm photon và điện tử trên máy gia tốc xạ trị là một yêu cầu quan trọng đối với các cơ sở xạ trị và bắt buộc phải được thực hiện trước khi đưa máy gia tốc vào hoạt động. Việc đo đạc dữ liệu chùm tia là tuyệt đối quan trọng, cần độ chuẩn xác cao nhất để tránh sai số khi điều trị bệnh nhân. Ngoài ra, việc đo đạc các thông số chùm tia để có thể xác nhận đặc tính chùm tia có đúng với đặc trưng kỹ thuật của nhà sản xuất máy gia tốc đã công bố hay không.
Trên thế giới, công việc đo đạc dữ liệu chùm tia cho máy gia tốc đã được thực hiện từ rất lâu. Với sự phát triển rất nhanh của các cơ sở xạ trị và các vấn đề vật lý xạ trị liên quan, năm 1953 Viện phóng xạ Anh Quốc (British Institute of Radiology) đã công bố tài liệu về bộ dữ liệu liều sâu phần trăm sử dụng trong xạ trị (BJR Supplement 5), đến năm 1983, đã cập nhât và tái bản bộ dữ liệu liều sâu phần trăm sử dụng trong xạ trị (BJR Supplement 17) và đến năm 1996 các nhà khoa học của Anh tại Viện nghiên cứu về ung bướu và Viện Vật lý và Kỹ thuật trong y học và sinh học đã xây dựng bộ dữ liệu tham khảo về giá trị liều sâu phần trăm sử dụng trong xạ trị (BJR 1996). Dữ liệu liều sâu phần trăm tham khảo đã cung cấp bởi tài liệu BJR 1996 thường được các kỹ sư vật lý y sinh sử dụng rất hữu hiệu. Đối với các cơ sở xạ trị không có đủ trang thiết bị về đo liều hoặc không có các nhân viên đủ kinh nghiệm thì có thể sử dụng dữ liệu tham khảo trong BJR 1996 cho các máy gia tốc xạ trị của họ, với bộ dữ liệu tham khảo về liều sâu phần trăm tại trục trung tâm, các kỹ sư vật lý y sinh, các nhà xạ trị và những người làm công việc lập kế hoạch điều trị có thể tìm thấy trong BJR 1996 nhiều thông tin liên quan đến các tham số vật lý cần thiết.
Hiện nay, tất cả các nhà cung cấp máy gia tốc thẳng xạ trị lớn trên thế giới như Varian, Siemens, Elekta… đều cung cấp bộ dữ liệu chùm tia cho khách hàng của họ. Tuy nhiên, các nhà chế tạo máy gia tốc cũng chưa đảm bảo 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học được tất cả các máy gia tốc của họ được xuất xưởng có bộ dữ liệu chùm tia với sự sai khác nhau dưới 2%. Vì vậy, đối với mỗi máy gia tốc thẳng xạ trị trước khi đưa vào hoạt động bắt buộc phải tiến hành đo trực tiếp các dữ liệu chùm tia trên mỗi máy. Tại Việt Nam, thời gian đầu, việc đo đạc dữ liệu chùm tia trước khi đưa máy vào hoạt động đa phần được thực hiện bởi các chuyên gia nước ngoài.
Tuy nhiên, đến nay các kỹ sư vật lý Việt Nam đã làm chủ được kỹ thuật đo dữ liệu chùm tia trên máy gia tốc y tế từng bước giúp các cơ sở có sử dụng máy gia tốc thẳng xạ trị trong cả nước tiết kiệm được kinh phí và thời gian khi phải thuê các chuyên gia nước ngoài. Trên thế giới có nhiều quy trình chuẩn liều như IAEA TRS 277, 398, AAPM TG-51và DIN 6800-2 được sử dụng rộng rãi. Ở Việt Nam hiện nay có khoảng 30 máy gia tốc y tế tuyến tính dùng trong xạ trị, đa phần các máy này được chuẩn bởi các kỹ sư vật lý tại Trung tâm An toàn bức xạ, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam thực hiện theo quy trình TRS 398 của IAEA. Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu phương pháp đo dữ liệu chùm photon, cơ sở phương pháp chuẩn liều photon cho máy gia tốc thẳng xạ trị theo quy trình TRS 398 của IAEA.
Tiến hành đo và thu thập phân bố liều hấp thụ tương đối của chùm photon năng lượng 6 MV đối với các trường mở và trường có nêm lọc theo độ sâu trong phantom nước và phân bố liều theo các mặt phẳng vuông góc với trục của chùm photon trong phantom. Đo các thông số đặc trưng của chùm photon 6 MV như: xác định độ đối xứng, độ phẳng, vùng bán dạ. Ngoài ra, bản Luận văn đã nghiên cứu phương pháp xác định các hệ số truyền qua các nêm lọc, khối che chắn và khay đỡ và chuẩn bảng hệ số liều tương đối. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học CHƯƠNG 2 - MÁY GIA TỐC Y TẾ TUYẾN TÍNH Đối với kỹ sư vật lý làm công tác chuẩn liều cũng như đảm bảo chất lượng cho máy gia tốc y tế tuyến xạ trị, cần phải hiểu rõ cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận và cấu tạo của máy gia tốc để khi liều phát ra từ máy gia tốc không đạt chất lượng mong muốn thì cần phải hiệu chỉnh thông số nào, thông số đó ảnh hưởng bởi những bộ phận nào.
Để từ đó có sự hiệu chỉnh cho phù hợp. Chương này sẽ giới thiệu những bộ phận chính và nguyên lí hoạt động của máy gia tốc y tế thẳng. Sơ lược về cấu tạo của máy gia tốc y tế tuyến tính Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ khối chính của máy gia tốc tuyến tính thông thường, sử dụng trong xạ trị được chỉ ra trong Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính Các bộ phận chủ yếu của máy gia tốc bao gồm: Cần máy đứng (Gantry Stand): được thiết kế để chịu tải, nâng đỡ cần máy, có thể chứa: máy phát sóng, súng electron, ống dẫn sóng gia tốc. Máy phát sóng gồm có hai thành phần chính: nguồn phát sóng (Klystron hoặc Magnetron) và bộ điều chế xung (Modulator).
Klystron hoặc Magnetron là các nguồn phát vi sóng hoạt động dưới dạng xung ngắn cỡ một vài µs được sử dụng để gia tốc các điện tử trong ống dẫn sóng gia tốc đã được hút chân không. Cả hai được 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học lắp thêm bộ điều chỉnh tần số tự động AFC (Automatic Frequency Control) để có thể duy trì dao động với tần số tối ưu.2: Sơ đồ khối chính của một máy gia tốc thẳng thông thường Magnetron: là thiết bị tạo ra dao động năng lượng cao, phát ra dao động cao tần, tần số của vi sóng khoảng 3000 MHz. Klystron: không phải là một máy phát sóng siêu cao tần mà là một máy khuếch đại dao động sóng. Klystron cần một máy phát dao động năng lượng thấp đi kèm để cung cấp dao động ở lối vào của Klystron.
Nhờ đó nó sẽ khuếch đại dao động có năng lượng thấp này lên đến năng lượng rất cao. Cơ chế cung cấp nhiệt cho súng electron có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp tùy theo nhà sản xuất. Hai loại súng này đều có một sợi dây Catôt được nung nóng và cực Anôt có đục một lỗ nhỏ ở giữa, với súng loại 3 cực còn có thêm một lưới điều khiển. Các electron phát ra từ sợi dây Catôt được nung nóng sẽ hội tụ thành một chùm và được gia tốc xuyên qua lỗ trên Anôt sau đó bị cuốn vào trong ống sóng gia tốc.
Hệ thống ống dẫn sóng (Wave Guide System): gồm có ống dẫn sóng để truyền sóng từ nguồn phát sóng tới ống gia tốc và ống dẫn sóng gia tốc. Cần máy (Gantry): chứa hệ thống gia tốc electron, đầu máy điều trị.