BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………………… LUẬN VĂN CAO HỌC Phân bố liều hấp thụ Phantom theo bề dày khoảng cách đến trục chùm photon lượng MV 15 MV dùng xạ trị LỜI MỞ ĐẦU Khi nói đến xạ nói chung xạ hạt nhân nói riêng người thường nghĩ đến tác hại Tác hại xạ hạt nhân thể rõ rệt qua hậu hai bom nguyên tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản chiến tranh giới thứ II Và gần thảm họa nhà máy điện hạt nhân Trecnobưn, ngày 26 tháng tư năm 1986 nhà máy Mayak, ngày 29 tháng năm 1957[11] Tuy nhiên, phục vụ sống nhằm kéo dài nâng cao chất lượng sống mục đích ngành khoa học chân Bức xạ hạt nhân sử dụng với mục đính phá hoại cố không kiểm soát có tác hại vô to lớn Nhưng sử dụng với mục đích cải thiện, nâng cao chất lượng giúp ích sống xạ hạt nhân có nhiều ứng dụng quan trọng Bức xạ sử dụng để phục vụ sống chiếu xạ, việc tạo giống điều trị ung thư Cơ sở vật lý sinh học việc sử dụng chùm xạ hạt nhân nói chung chùm photon Gamma nói riêng xạ trị là: - Tương tác chùm photon Gamma với vật chất - Các hiệu ứng sinh học xảy thể sống chiếu chùm photon Trong sống có nhiều nguyên nhân nhiều bệnh làm giảm tuổi thọ người làm sống trở nên vô nghĩa bị hành hạ đau kéo dài Một nguyên nhân lớn gây hại cho sống bệnh ung thư Ung thư tập hợp bệnh biểu thị phát triển lan rộng khối u “Vấn đề ung thư” vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa Châu Âu, vượt qua bệnh tim nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao Ở Canada Mỹ có tới 130000 1200000 người năm chuẩn đoán mắc bệnh ung thư [2] Đặc biệt nước phát triển Việt Nam yếu tố môi trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực hợp vệ sinh … nguyên nhân làm gia tăng số người bị bệnh ung thư Việc điều trị ung thư tia xạ có trình lịch sử lâu dài nói từ năm 1895, Roentgen phát tia X tới ngày 27 tháng 10 năm 1951 bệnh nhân giới điều trị tia gamma Coban-60 Việc đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư gặp nhiều vấn đề bất cập Chính nói ảnh hưởng lớn lên kỹ thuật xạ trị đại phát minh máy gia tốc tuyến tính vào năm 1960 Từ tới nay, với việc ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị,… vào xạ trị máy gia tốc kết hợp với việc cải tiến phần khí làm cho phương pháp xạ trị dần thay hoàn toàn phương pháp xạ trị từ xa khác, đem lại hiệu ngày cao điều trị ung thư Ở Việt Nam, từ năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh viện K Hà Nội) dùng máy Coban, nguồn radium vào xạ trị Bên cạnh đó, số sở y tế khác bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy – Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 sử dụng đồng vị phóng xạ điều trị ung thư Máy gia tốc đưa vào Việt Nam từ tháng năm 2001 Bệnh Viện K – Hà Nội Hiện bệnh viện K – Hà Nội, nước ta có nhiều bệnh viện khác sử dụng máy gia tốc xạ trị Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương, … Phương pháp xạ trị từ xa dùng máy gia tốc có xu hướng phát triển nước ta Tuy nhiên số lượng máy so với yêu cầu thực tế Và thiết bị đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao.Chính việc tìm hiểu quảng bá kiến thức xạ trị, nguyên lý hoạt động máy tìm hiểu xác thông số mà tia xạ máy phát để sử dụng điều trị tốt cho bệnh nhân vấn đề cần thiết Chính chọn đề tài: “ Phân bố liều hấp thụ Phantom theo bề dày khoảng cách đến trục chùm photon lượng MV 15 MV dùng xạ trị ” Mục đích đề tài đặt ra: Tìm hiểu chế tương tác chùm xạ với vật chất Tìm hiểu phương pháp dùng chùm Photon xạ trị ưu điểm phương pháp so với phương pháp xạ trị khác Tìm hiểu chế phát chùm photon máy PRIMUS – Siemens khảo sát thực nghiệm số thông số đặc trưng chùm Photon phát từ máy PRIMUS – Siemens Xác định phân bố liều hấp thụ phantom chùm photon với mức lượng 6MV 15MV theo bề dày với kích thước trường chiếu khác nhau, từ xác định vị trí điều trị Đồng thời xác định phân bố liều hấp thụ khoảng cách tới trục với bề dày khác nhau, từ đánh giá độ đồng độ phẳng liều hấp thụ Ngoài phần mở đầu kết luận luận văn chia thành ba chương Chương 1: Cơ sở phương pháp xạ trị dùng chùm Photon đề cập đến sở vật lý sở sinh học việc sử dụng chùm Photon xạ trị, trình tương tác photon với vật chất với thể sống, tác dụng sinh học xạ đơn vị đo liều lượng xạ Chương Phương pháp thực nghiệm trình bày vắn tắt nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động máy gia tốc Primus- Siemens, phương pháp thực nghiệm xác định đặc trưng chùm photon từ lối máy gia tốc Chương Kết thực nghiệm thảo luận tiến hành thực nghiệm đo liều hấp thụ tương đối chùm photon phantom theo bề dày khoảng cách tới trục Xây dựng đường cong liều hấp thụ tương đối chùm photon phantom theo bề dày khoảng cách tới trục, từ tiến hành đánh giá chất lượng chùm photon lượng MV 15MV phát từ máy gia tốc PRIMUS điều trị ung thư Bệnh Viện K CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG CHÙM PHOTON 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất [7] Bức xạ gamma chùm hạt photon có lượng lớn Khi môi trường vật chất, chúng tương tác với môi trường thông qua hiệu ứng: hiệu ứng tán xạ, hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tạo cặp quang hạt nhân Các tượng có xảy hay không xảy với mức độ phụ thuộc vào lượng photon gamma nguyên tử số môi trường mà qua Phương pháp xạ trị sử dụng chùm gamma với mức lượng lớn 15 MeV nên ta quan tâm tới hiệu ứng hấp thụ quang điện, tán xạ Compton tượng tạo cặp 1.1.1 Hiện tượng hấp thụ quang điện Khi lượng xạ gamma tăng lên, lớn ion hóa nguyên tử, tượng tán xạ Rayleigh không còn, xác suất xảy tượng hấp thụ quang điện bắt đầu tăng Photon đến bị hấp thụ toàn nguyên tử Năng lượng truyền toàn cho electron nguyên tử Electron nhận lượng lớn ion hóa nên bứt khỏi nguyên tử, gọi quang electron Một phần lượng để thắng ion hóa, phần lại biến thành động chuyển dộng Để xảy tượng hấp thụ quang điện electron nằm lớp nguyên tử lượng photon bị hấp thụ phải lớn ion hóa lớp Xác suất xảy hấp thụ quang điện đặc trưng tiết diện hấp thụ quang điện nguyên tử  a ( cm ) Người ta gọi xác suất xảy tượng quang điện đơn vị thể tích môi trường chất hấp thụ hệ số suy giảm tuyến tính môi trường hiệu ứng quang điện, ký hiệu kq , tính công thức: 7 k q   đó: NA  a MA (1.1)  mật độ môi trường MA: nguyên tử gam chất hấp thụ NA: Số Avogadro Mặt khác để đặc trưng cho khả hãm xạ hạt nhân môi trường, người ta thường dùng hệ số suy giảm khối Hệ số suy giảm khối môi trường hiệu ứng quang điện tính sau: q  kq ( 1.2 )  Từ hai công thức ta rút công thức tính hệ số suy giảm khối hấp thụ quang điện môi trường theo hệ số suy giảm tuyến tính là: q  NA  a MA ( 1.3 ) Người ta tính hệ số hấp thụ quang điện nguyên tử phụ thuộc vào lượng photon tới nguyên tử số môi trường theo công thức:  a  5,01.10  23  a  1,62.10  24 Z 3,94 3 Khi   I K Z 4, 3 Khi IK    IL ( 1.4 ) ( 1.5 ) Z nguyên tử số môi trường IK IL ion hóa lớp K lớp L nguyên tử môi trường Từ hai công thức ta thấy Z lớn hệ số hấp thụ quang điện lớn Nghĩa tượng quang điện xảy mạnh với với chất có nguyên tử số lớn hay nguyên tố nặng Mặt khác, lượng xạ gamma tăng tiết diện hấp thụ quang điện giảm theo hàm ɛ-3 1.1.2 Tán xạ Compton Theo tăng lượng xạ gamma, tiết diện xảy hấp thụ quang điện giảm tiết diện tán xạ Compton tăng lên, trình chủ yếu làm suy giảm lượng xạ gamma môi trường vật chất Tán xạ Compton trình tán xạ không đàn hồi photon gamma với electron tự electron liên kết yếu nguyên tử môi trường Trong trình tán xạ Compton, photon gamma tới truyền phần lượng cho electron bị tán xạ theo hường tạo với phương tới góc gọi góc tán xạ Kết electron tán xạ nhận lượng giật lùi lượng chùm gamma bị giảm Tán xạ Compton xảy mạnh lượng xạ gamma lớn nhiều so với lượng liên kết electron Khi lượng xạ gamma tăng, electron tán xạ bay theo hướng ưu tiên phía trước (nghĩa góc tán xạ nhỏ) Năng lượng xạ gamma tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ lượng xạ gamma tới theo công thức:  tx  t  k (1  cos  ) ( 1.6 ) ɛtx lượng xạ gamma tán xạ ɛt lượng xạ gamma tới  góc tán xạ gamma Vì tán xạ Compton xảy electron tự nên lượng xạ gamma tán xạ không phụ thuộc vào chất tán xạ mà phụ thuộc vào lượng xạ gamma tới góc tán xạ Khi xảy tán xạ, photon bị tán xạ bay theo góc tán xạ bất kỳ, xác suất tán xạ theo góc lại phụ thuộc vào lượng xạ gamma tới thân góc Đối với lượng xạ gamma nhỏ, phân bố góc xạ có tính đối xứng qua góc tán xạ 90o Năng lượng xạ gamma tăng xạ gamma tán xạ có xu hướng ưu tiên phía trước Khi lượng tử gamma bị tán xạ với góc nhỏ lượng thay đổi không đáng kể, lúc electron bay theo phương gần vuông góc với Khi lượng tử gamma bị tán xạ với góc 180 o electron bay theo hướng phía trước với động cực đại Xác suất tán xạ Compton theo hướng electron gọi xác suất tán xạ Compton toàn phần electron tính theo công thức:  e  2ro2 k  2k  k  k  8k  ln(  k )  2k k (1  2k ) ( 1.7) đó: ro bán kính cổ điển, 2,82.10-13cm k lượng tương đối xạ gamma Trong nguyên tử có Z electron, tiết diện tán xạ Compton nguyên tử là:  a  Z  e ( 1.8 ) Hệ số suy giảm khối trình tán xạ Compton tính công thức: Z  C  ( N A / M A ) a  N A   C  A ( 1.9) đó, Z MA nguyên tử số nguyên tử lượng chất tán xạ NA số Avôgađrô 1.1.3 Hiện tượng tạo cặp Khi lượng xạ gamma tiếp tục tăng lên, xảy tượng tạo cặp Đây tượng xảy trường Coulomb hạt nhân electron, lượng photon gamma biến đổi hoàn toàn thành hạt vật chất Xét trình tạo cặp xảy trường Coulomb hạt nhân Khi photon lượng cao bay vào trường Coulomb hạt nhân bị hấp thụ hoàn toàn, tạo cặp electron positron ( e+, e-) Hạt nhân trung gian tạo trường Coulomb cần thiết tham gia vào trình tạo cặp, khối lượng nghỉ bị biến đổi trình thu động giật lùi nhỏ Theo định luật bảo toàn lượng:   M o c  me   me .c  Te  Tee   M c  K    2.me c  T  K  ( M  M o )c ( 1.10) me khối lượng nghỉ electron, T động cặp e+,e-; Movà M khối lượng hạt nhân trước sau tạo cặp; K động giật lùi hạt nhân Do M ≥ Mo nên;   2.me c  1,022MeV ( 1.11 ) Từ thấy lượng nhỏ lượng tử gamma để xảy tượng tạo cặp trường Coulomb hạt nhân 1,022 MeV Năng lượng gọi ngưỡng tạo cặp trường Coulomb hạt nhân Người ta xác định tiết diện tạo cặp trường Coulomb hạt nhân phương pháp thực nghiệm, thu công thức tính gần đúng: ( 1.12 )  tc  Z ln  đó, Z nguyên tử số môi trường  lượng lượng tử gamma Từ công thức thấy tượng tạo cặp xảy mạnh trường Coulomb hạt nhân môi trường có nguyên tử số lớn lượng lượng tử gamma tăng Người ta thấy rằng, lượng lớn ngưỡng tạo cặp, tiết tạo cặp tăng nhanh lượng xạ gamma tăng Xét trình tạo cặp xảy trường Coulomb electron Khi đó, có hai cặp electron - positron tạo thành Ngưỡng tạo cặp trường hợp gấp đôi trường hợp trường Coulomb hạt nhân, có giá trị là:  ng  4.m e c  2,044MeV ( 1.13 ) Tuy nhiên, xác suất tạo cặp trường Coulomb electron nhỏ nhiều so với xác suất tạo cặp trường Coulomb hạt nhân 1.2 Hiệu ứng sinh học xạ 1.2.1 Tác dụng sinh học điều trị tia xạ a Cấu tạo tế bào thể người [2,8,9] Cơ thể người cấu tạo từ quan tim, phổi, não,… Các quan cấu tạo từ mô mô mỡ, da, xương …Các mô cấu tạo từ tế bào Tế bào đơn vị sống bản, kích thước tế bào khoảng 20micromet Trong thể người có khoảng 1013 đến 1014 tế bào Tương tác xạ thể sống gây nên thay đổi tế bào hay gây đột biến dẫn đến hoạt động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng cách hỗn loạn dẫn đến ung thư Tế bào gồm có nhân giữa, chất lỏng bao quanh gọi bào tương, bao bọc quanh bào tương màng gọi màng tế bào Mỗi phận thực chức riêng rẽ - Màng tế bào thực chao đổi chất với môi trường - Bào tương nơi xảy phản ứng hóa học, bẻ gãy phân tử phức tạp thành phần tử đơn giản lấy lượng nhiệt tỏa (dị hóa), hay tổng hợp phân tử cần thiết cho tế bào - Trong nhân có ADN đại phân tử hữu chứa thông tin quan trọng để thực tổng hợp chất - ADN chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào Tác dụng sinh học xạ phá hỏng ADN tế bào [2,8,9] Hình 1.1 Cấu tạo tế bào thể người b Cơ sở sinh học điều trị tia xạ Năm (1943), tác giả Albert Bechem xuất sách “các nguyên tắc liều lượng Radium, tia X”, xem sở sinh học phóng xạ: Vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ Các tế bào thể giai đoạn phân chia nhạy cảm với tia xạ Ngày ta áp dụng phương pháp tăng Oxy, tăng nhiệt vùng chiếu tia Để đề kỹ thuật định tia xạ, người ta dựa pha “phase” phân chia tế bào, phản ứng chất gian bào[8,9], hình 1-2 (trong việc bảo vệ tổ chức lành) Tất kỹ thuật điều trị tia xạ nhằm đạt liều lượng tối đa khối u, giảm đến tối thiểu liều mô lành xung quanh Muốn phải dựa khác độ nhạy cảm tia xạ tế bào u, tế bào lành vào loại tế bào cụ thể Tế bào biệt hóa kháng tia loại không biệt hóa Phân bố hợp lý tổng liều điều trị liều lượng lần chiếu Chu kỳ sinh sản tế bào: Sự tổng hợp S (Sythesis) Phân chia M (Mitotic) Sau phân chia G1: 10 -4.0 -3.9 -3.8 -3.7 -3.6 -3.5 -3.4 -3.3 -3.2 -3.1 Bề dày K/C tới trục(cm) -3.0 -2.9 -2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4 -2.3 -2.2 -2.1 -2.0 -1.9 -1.8 -1.7 -1.6 -1.5 -1.4 -1.3 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.99300 0.99826 1.00331 1.00600 1.00600 1.00625 1.00730 1.00835 1.00900 1.00945 0.97400 0.97930 0.98259 0.98589 0.98879 0.99050 0.99221 0.99370 0.99560 0.99600 0.96000 0.96460 0.96949 0.97434 0.97779 0.98124 0.98469 0.98509 0.98700 0.98769 0.95700 0.96201 0.96680 0.96920 0.97160 0.97600 0.97940 0.98180 0.98300 0.98460 5cm 10cm 15cm 20cm 1.01050 1.01045 1.00880 1.00800 1.00730 1.00625 1.00600 1.00600 1.00600 1.00411 1.00200 0.99895 0.99800 0.99815 0.99880 0.99775 0.99700 0.99735 0.99800 0.99755 0.99750 0.99800 0.99800 0.99865 0.99970 1.00000 1.00000 1.00085 1.00100 1.00005 1.00000 1.00000 0.99990 0.99900 0.99880 0.99825 0.99840 0.99665 0.99800 0.99800 0.99820 0.99930 1.00000 0.99950 0.99840 0.99870 0.99820 0.99800 0.99800 0.99600 0.99580 0.99500 0.99500 0.99500 0.99500 0.99570 0.99600 0.99780 0.99800 0.99900 0.99920 1.00000 0.99960 0.99850 0.99800 0.99870 0.99900 0.99900 1.00000 1.00090 0.99980 0.99930 1.00000 1.00000 0.99940 0.99830 0.98900 0.98966 0.99161 0.99200 0.99400 0.99425 0.99500 0.99500 0.99500 0.99500 0.99700 0.99500 0.99470 0.99445 0.99500 0.99500 0.99500 0.99500 0.99500 0.99569 0.99700 0.99766 0.99800 0.99991 1.00000 1.00000 1.00000 0.99890 0.99940 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 0.99821 0.99700 0.98700 0.98740 0.98900 0.99020 0.99100 0.99400 0.99400 0.99400 0.99400 0.99400 0.99400 0.99440 0.99600 0.99480 0.99400 0.99400 0.99440 0.99680 0.99800 0.99960 1.00000 1.00040 1.00200 1.00200 1.00200 1.00200 1.00240 1.00400 1.00280 1.00200 1.00000 1.00040 1.00120 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 0.99920 45 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Bề dày K/C tới trục(cm) 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 0.99600 0.99600 0.99550 0.99500 0.99440 0.99335 0.99230 0.99275 0.99220 0.99285 0.99390 0.99400 0.99640 0.99510 0.99400 0.99390 0.99260 0.99070 0.99000 0.99050 0.99100 0.99030 0.98920 0.98900 0.99720 0.99800 0.99750 0.99569 0.99420 0.99400 0.99179 0.98975 0.98900 0.98900 0.98900 0.98900 0.99680 0.99440 0.99400 0.99400 0.99281 0.99100 0.98940 0.98900 0.98860 0.98700 0.98700 0.98700 5cm 10cm 15cm 20cm 0.99400 0.99505 0.99610 0.99715 0.99780 0.99725 0.99800 0.99800 0.99840 0.99900 0.99850 0.99800 0.99860 0.99965 0.99930 0.99825 0.99720 0.99529 0.99231 0.99011 0.98600 0.97858 0.96975 0.95620 0.93400 0.89888 0.84818 0.78095 0.69520 0.59157 0.47800 0.11382 0.05800 0.04049 0.03000 0.02351 0.99000 0.98900 0.98900 0.98930 0.99000 0.99050 0.99040 0.98930 0.98900 0.98810 0.98700 0.98500 0.98480 0.98400 0.98360 0.98150 0.97819 0.97489 0.97159 0.96830 0.96500 0.95721 0.94763 0.93325 0.91290 0.88150 0.83378 0.76688 0.68042 0.57930 0.46900 0.13100 0.07600 0.05750 0.04500 0.03300 0.99000 0.99000 0.98970 0.98721 0.98500 0.98500 0.98500 0.98400 0.98400 0.98400 0.98300 0.98200 0.98120 0.97909 0.97690 0.97524 0.97139 0.96845 0.96449 0.95875 0.95500 0.94680 0.93731 0.92517 0.90605 0.87633 0.83314 0.77087 0.69056 0.59700 0.49550 0.14820 0.09400 0.07176 0.05750 0.04475 0.98700 0.98700 0.98620 0.98380 0.98300 0.98300 0.98260 0.98100 0.97980 0.97900 0.97900 0.97560 0.97320 0.97080 0.96840 0.96600 0.96299 0.95741 0.95380 0.94901 0.94400 0.93618 0.92582 0.91317 0.89205 0.86300 0.81408 0.74995 0.66561 0.56880 0.46400 0.14600 0.09900 0.07500 0.06000 0.04500 46 Từ bảng số liệu bảng 3.2 ta xây dựng đồ thị liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục ứng bề dày tương ứng cm, 10 cm, 15 cm, 20cm Dựa vào công thức 2.6 2.7 ta tính độ phẳng (F) độ đồng (S) chùm photon lượng 6MV 1.1 Liều hấp thụ tương đối Liều hấp thụ D(Gy) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2Khoảng -1 cách0tới trục (cm) Đồ thị 3.3: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 6MV ứng bề dày 5cm Độ phẳng: Độ đồng đều: F 1.01045  0.99826 x100%  0.607% 1.01045  0.99826 S 48.28304  47.97452 x100%  1.35% 48.28304  47.97452 47 1.1 Liều hấp thụ tương đối Liều hấp thụ D(Gy) 0.9 0.8 0.7 0.6 10 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.4: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 6MV ứng bề dày 10cm Độ phẳng: F  1.00009  0.97819 x100%  1.1% 1.00009  0.97819 Độ đồng : 48.82961  47.52074 x100%  1.56% 48.82961  47.52074 S 1.1 Liều hấp thụ tương đối 0.9 0.8 0.7 0.6 Series1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Đồ thị 3.5: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 6MV ứng bề dày 15cm Độ phẳng: F   0.9694 x100%  1.55%  0.9694 48 Độ đồng : S 48.56897  47.45199 x100%  1.16% 48.56897  47.45199 1.1 Liều hấp thụ tương đối 0.9 0.8 0.7 0.6 Series1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Đồ thị 3.6: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối khoảng cách tới trục chùm photon MV ứng bề dày 20cm Độ phẳng: F  1.0028  0.96201 x100%  2.07% 1.0028  0.96201 Độ đồng đều: 48 56328  47 15308 x100 %  % 48 56328  47 15308 S  Nhận xét 1: Từ kết tính toán cho thấy liều hấp thụ tương đối phantom đồng tương đố phẳng mặt phẳng Độ đồng khoảng 1.16% đến 1.56% độ không phẳng khoảng 0.6% đến 2.07% Từ bảng kết 3.3, dựa đồ thị 3.3 đến 3.7 cho thấy: - Với kích thước trường chiếu 10x10(cm2) kích thước trường chiếu 8x8 (cm2) cụ thể điểm cách trục nhỏ 4cm phân bố liều hấp thụ tương đối đồng -Khi gân biên, tức điểm cách trục cm đến 5cm liều hấp thụ tương đối giảm nhanh theo khoảng cách tới trục Cụ thể khoảng cách cm ứng 49 với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.986, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.965, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.955 ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.944 Và khoảng cách tới trục cm ứng với bề dày khác liều hấp tương đối 50% liều cực đại - Khi biên, tức khoảng cách lớn 5cm liều hấp thụ tương đối giảm nhanh Cụ thể ứng với bề dày 5cm khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.114 khoảng cách 7.5cm 0.024, ứng với bề dày 10cm khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.131 khoảng cách 7.5cm 0.033, ứng với bề dày 15cm khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.148 khoảng cách 7.5cm 0.045 ứng với bề dày 20cm khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.146 khoảng cách 7.5cm 0.045 3.2.2 Xác định phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày với trường chiếu 10cm x 10cm ứng với bề dày khác với chùm photon 15MV Bề dày K/C tới trục(cm) 5cm 10cm 15cm 20cm -13.0 -12.0 -11.8 -11.6 -11.4 -11.2 -11.0 -10.8 -10.6 -10.4 -10.2 -10.0 -9.8 -9.6 -9.4 -9.2 -9.0 -8.8 -8.6 -8.4 -8.2 -8.0 -7.8 -7.6 -7.4 -7.2 -7.0 -6.8 0.05950 0.07400 0.07921 0.08360 0.09121 0.10140 0.11450 0.13520 0.16896 0.22900 0.33485 0.50000 0.69254 0.83680 0.90934 0.94480 0.96550 0.97900 0.98779 0.99560 0.99979 1.00200 1.00510 1.00600 1.00730 1.01000 1.00950 1.01200 0.07500 0.09300 0.09740 0.10258 0.11042 0.11901 0.13200 0.15037 0.18212 0.23595 0.33152 0.48400 0.66583 0.80520 0.88011 0.92023 0.94200 0.95359 0.96258 0.97081 0.97660 0.97800 0.98340 0.98679 0.99100 0.99180 0.99500 0.99540 0.08750 0.10700 0.11460 0.11979 0.12948 0.13698 0.14900 0.16805 0.19686 0.24867 0.34006 0.49000 0.65692 0.78990 0.86341 0.89895 0.91850 0.93383 0.94341 0.95040 0.95610 0.96000 0.96290 0.97020 0.97369 0.97600 0.98000 0.98280 0.10300 0.12400 0.13019 0.13819 0.14461 0.15501 0.16600 0.18178 0.20557 0.25026 0.32910 0.45900 0.63723 0.77310 0.84164 0.87943 0.90400 0.92099 0.92860 0.93620 0.94020 0.94600 0.94980 0.95799 0.96100 0.96360 0.97000 0.97180 50 -6.6 -6.4 -6.2 -6.0 -5.8 -5.6 -5.4 -5.2 -5.0 1.01300 1.01400 1.01590 1.01700 1.01710 1.01820 1.02130 1.02200 1.02450 0.99900 0.99860 1.00080 1.00500 1.00620 1.00840 1.01200 1.01300 1.01300 0.98600 0.98700 0.98900 0.99000 0.99460 0.99660 0.99990 1.00139 1.00500 0.97580 0.98020 0.98100 0.98500 0.98800 0.99160 0.99220 0.99620 1.00000 Bề dày K/C tới trục(cm) 5cm 10cm 15cm 20cm -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4.0 -3.8 -3.6 -3.4 -3.2 -3.0 -2.8 -2.6 -2.4 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 1.02540 1.02500 1.02500 1.02400 1.02300 1.02400 1.02160 1.01840 1.01520 1.01250 1.01080 1.00591 1.00040 0.99710 0.99500 0.99390 0.99060 0.99000 0.99100 0.99250 0.99360 0.99670 0.99880 1.00000 1.00000 1.00000 0.99880 0.99470 0.99200 0.99100 0.98880 0.98800 0.99000 0.99000 0.99400 0.99610 0.99920 1.00421 1.00980 1.01520 1.01740 1.01640 1.01700 1.01800 1.01800 1.01700 1.01479 1.01240 1.00700 1.00580 1.00260 1.00040 0.99559 0.99200 0.99280 0.99100 0.99100 0.99180 0.99300 0.99420 0.99700 0.99760 0.99980 1.00000 1.00100 0.99921 0.99440 0.99220 0.99100 0.98780 0.98740 0.98800 0.99000 0.99100 0.99420 0.99740 1.00060 1.00441 1.00600 1.00821 1.01060 1.00940 1.01000 1.00800 1.01000 1.01000 1.00700 1.00450 0.99920 0.99990 0.99520 0.99230 0.99000 0.98900 0.98960 0.99000 0.99000 0.99100 0.99380 0.99421 0.99700 0.99700 1.00000 0.99900 0.99780 0.99421 0.99300 0.99250 0.98739 0.98700 0.98700 0.98700 0.98900 0.99200 0.99300 0.99690 1.00059 1.00240 1.00460 1.00540 1.00700 1.00800 1.00800 1.00540 1.00500 1.00500 1.00200 1.00120 0.99840 0.99500 0.99620 0.99200 0.98880 0.99000 0.99220 0.99300 0.99300 0.99500 0.99780 1.00160 1.00200 1.00000 1.00000 0.99720 0.99660 0.99300 0.99300 0.99000 0.98800 0.98800 0.98800 0.99000 0.99200 0.99280 0.99720 0.99920 51 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 1.01300 1.01620 1.01940 1.02360 1.02490 1.02600 1.02610 1.02600 1.02630 1.02560 1.02550 1.00800 1.01040 1.01400 1.01500 1.01620 1.01700 1.02000 1.01760 1.01540 1.01500 1.01300 1.00500 1.00700 1.00800 1.00800 1.01070 1.01100 1.00940 1.00740 1.00700 1.00800 1.00650 1.00300 1.00700 1.00780 1.00800 1.00700 1.00700 1.00700 1.00540 1.00300 1.00200 1.00000 Bề dày K/C tới trục(cm) 5cm 10cm 15cm 20cm 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 12.0 13.0 1.02540 1.02160 1.01820 1.01800 1.01700 1.01600 1.01480 1.01400 1.01260 1.01150 1.00880 1.00730 1.00520 1.00310 1.00000 0.99990 0.99640 0.98979 0.97860 0.96550 0.94320 0.90225 0.82140 0.68192 0.49800 0.32475 0.21900 0.16156 0.13000 0.11150 0.07400 0.05850 1.01200 1.01121 1.00900 1.00640 1.00300 1.00180 1.00000 0.99740 0.99420 0.99300 0.99160 0.98660 0.98540 0.98220 0.97800 0.97441 0.96881 0.96058 0.95279 0.93800 0.91423 0.87332 0.79459 0.65604 0.48100 0.32452 0.23034 0.17712 0.15018 0.13100 0.09000 0.07100 1.00320 1.00090 0.99879 0.99600 0.99300 0.98970 0.98721 0.98321 0.98141 0.97700 0.97400 0.97079 0.96679 0.96290 0.95800 0.95440 0.94761 0.94031 0.92902 0.91550 0.89254 0.85672 0.78830 0.66272 0.49000 0.33446 0.24386 0.19586 0.16724 0.15050 0.10900 0.08650 0.99541 0.98881 0.98800 0.98680 0.98300 0.98060 0.97640 0.97580 0.97119 0.96800 0.96300 0.95861 0.95400 0.95059 0.94600 0.93660 0.93120 0.92519 0.91399 0.90000 0.87823 0.84444 0.77870 0.66527 0.50600 0.35172 0.25668 0.20957 0.18337 0.16400 0.12200 0.10000 Từ bảng số liệu bảng 3.4 ta xây dựng đồ thị liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục bề dày cm, 10 cm, 15 cm, 20cm Dựa vào công thức 52 2.6 2.7 ta tính độ phẳng (F) độ đồng (S) chùm photon lượng 15MV 1.1 Liều hấp thụ tương đối 0.9 0.8 Liều hấp thụ 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.8: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 15 MV ứng bề dày 5cm 1.0263  0.99 x100%  1.8 1.0263  0.99 50.19647  49.16167 S x100%  1.0415 50.19647  49.16167 Độ phẳng: F  Độ đồng : 1.1 Liều hấp thụ tương đối 0.9 0.8 Liều hấp thụ D(Gy) 0.7 0.6 10 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.9: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 15MV ứng bề dày 10cm Độ phẳng: F  1.02  0.978 x100%  2.1 1.02  0.978 53 Độ đồng : S 49.65212  48.6502 x100%  1.11 49.65212  48.6502 15 1.1 Liều Liều hấp thụ tương đối hấp hấp thụ (Gy) 0.9 0.8 0.7 0.6 15 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.10: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 15 MV ứng bề dày 15cm Độ phẳng: F  1.011  0.958 x100%  2.69 1.011  0.958 Độ đồng : 49.15842  48.11411 x100%  1.073 49.15842  48.11411 S 1.1 Liều hấp thụ tương đối Liều hấp thụ D(Gy) 0.9 0.8 0.7 0.6 20 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.11: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục chùm photon 15MV ứng bề dày 20cm 54 Độ phẳng: F  Độ đồng : S  1.008  0.925 x100%  3.1 1.008  9.25 48.6058  47.8203 x100%  1.07 48.6058  47.8203 Nhận xét 2: Từ kết tính toán cho thấy liều hấp thụ tương đối phantom đồng Độ đồng khoảng 1.0415% đến 1.148% độ không phẳng khoảng 1.8% đến 3.1% Từ bảng kết 3.4, dựa đồ thị 3.8 đến 3.11 cho thấy: - Với kích thước trường chiếu 10x10(cm2) khích thước trường chiếu 8x8(cm2 ) tức điểm cách trục nhỏ 8cm phân bố liều hấp thụ tương đối đồng - Khi gân biên, tức điểm cách trục cm đến 10cm liều hấp thụ tương đối giảm dần theo khoảng cách tới trục Cụ thể khoảng cách 8cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 1, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.978, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.958 ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.946 - Ở khoảng cách 10m ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.498, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.481, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.490 ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.484 Như khoảng cách tới trục 10cm liều hấp thụ tương đối 50% liều cực đại - Khi biên liều hấp thụ giảm nhanh Cụ thể: + Tại điểm cách trục 11cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.111, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.131, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.151 ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.164 + Tại điểm trục 7.5cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.058, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.071, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.086 ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.100 Nhận xét chung: Nhận xét nhận xét khẳng định sử dụng chùm photon từ máy gia tốc xạ trị, mô lành xung quanh bị ảnh hưởng nhỏ Ngoài thực tế điều trị áp dụng chế độ phân chia liều tức chia liều cần chiếu thành nhiều lần chiếu, lần chiếu tế bào lành xung quanh nhận liều chiếu nhỏ nên dễ dàng hồi phục sau lần chiếu Điều thực điều trị có ý nghia đặc biệt quan trọng: Tùy thuộc vào khối U để chọn trường chiếu thích hợp, cho phạm vi khối U nơi cần chiếu xạ liều hấp thụ tương đối đồng đều, biên liều hấp thụ tương 55 đối giảm nhanh Để giảm ánh hưởng tia xạ tới khối U ta cầm tạo khuôn trì dày cỡ 3cm đủ an toàn cho tế bào xung quanh 56 Kết Luận Chung Luận văn đạt mục tiêu đề cụ thể: Bản luận văn tìm hiểu sở vật lý sở sinh học phương pháp xạ trị Cơ sở vật lý chủ yếu phương pháp xạ trị dựa tương tác gamma vật chất Cơ sở sinh học phương pháp xạ trị dựa tác dụng sinh học tia xạ, quan trọng tác dụng làm chết tế bào Dựa đường cong xác suất tiêu diệt tế bào người ta thấy với liều lượng thích hợp tế bào u bị tiêu diệt chủ yếu, tế bào lành bị ảnh hưởng Phần thực nghiệm tìm hiểu sơ lược nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động máy gia tốc Đồng thời đánh giá liều chùm tia photon lượng 6MeV 15 MeV máy gia tốc xạ trị Primus bệnh viện K- Hà Nội Kết cho thấy phân bố liều chùm chiếu đồng mặt phẳng dẫn đến liều lượng hấp thụ tương đối mô phân bố đồng Điều để đáp ứng yêu cầu điều trị liều lượng phải đồng khối U chiếu xạ cho xác suất tiêu diệt toàn khối U lớn Kết thực nghiệm đến biên trường chiếu, liều chiếu giảm nhanh đến phông, điều có ý nghĩa thực tế Trong kỹ thuật xạ trị cần sử dụng khuôn chì có bề dày xa khỏi biên trường chiếu không cm 57 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thái Hà (2006), Cơ sở vật lý thiết bị dùng xạ trị, Nxb Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thái Hà, Nguyễn Đức Thuận (2006), Y học hạt nhân kỹ thuật xạ trị, Nxb Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngô Quang Huy (2004), An toàn xạ ion hóa, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Kử, Máy gia tốc dùng xạ trị, Tập giảng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Xuân Kử (2000), Nguyên lý máy gia tốc xạ trị ung thư Hà Nội Nguyễn Xuân Kử (2007), Cơ sở vật lý thiết bị chủ yếu xạ trị, Hà Nội Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Kim Ngân, Lê Hùng (2004), Sinh học phóng xạ, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội http://vietbao.vn/Suc-khoe/Benh-ung-thu-gia-tang-o-VietNam/65078078/248/ 10 http://www.bienphong.com.vn/nd5/detail/khoa-hoc-cong-nghe/nhungtham-hoa-cua-nha-may-dien-hat-nhan/35691.043.html 11 Ervin B Podgorsak (2002), Review of Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Gency Vienna, Austria 58 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG CHÙM PHOTON 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.2 Hiệu ứng sinh học photon 1.3 Các đơn vị đo liều xạ 13 1.4 Phương pháp xạ trị dùng chùm photon 19 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS ……………………………………………………………23 2.1 Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng xạ trị 23 2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định số thông số đặc trưng chùm photon từ lối máy gia tốc PRIMUS – Siemens 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Xác định phân bố liều hấp thụ theo bề dày ứng với trường chiếu khác 35 3.2 Xác định phân bố liều hấp thụ theo bề dày ứng với trường chiếu 10cm x 10cm độ sâu khác 40 KẾT LUẬN CHUNG 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 59