Luận văn Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm photon năng lượng cao trên máy gia tốc elekta precise

Nội dung tài liệu: Luận văn Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm photon năng lượng cao trên máy gia tốc elekta precise

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Mạnh Khải XÁC NHẬN TỈ SỐ MÔ CỰC ĐẠI (TMR) ĐƯỢC TÍNH TỪ DỮ LIỆU ĐO LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) CỦA CHÙM PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO TRÊN MÁY GIA TỐC ELEKTA PRECISE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2018
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Mạnh Khải XÁC NHẬN TỈ SỐ MÔ CỰC ĐẠI (TMR) ĐƯỢC TÍNH TỪ DỮ LIỆU ĐO LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) CỦA CHÙM PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO TRÊN MÁY GIA TỐC ELEKTA PRECISE Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 8440130.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT - PGS.TS. NGUYỄN DANH THANH Hà Nội – 2018
3. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn này với tên gọi: “Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm Photon năng lượng cao trên máy gia tốc Elekta Precise” là công trình nghiên cứu của riêng tôi với sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và PGS.TS Nguyễn Danh Thanh, Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103. Các nội dung, kết quả trong đề tài là trung thực và chưa công bố dưới bất kì hình thức nào. Ngoài ra, trong luận văn còn tham khảo một số tài liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Học viên Nguyễn Mạnh Khải
4. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình hoàn thành luận văn của mình, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong quá trình hoàn thành luận văn này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới PGS.TS Nguyễn Danh Thanh, Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103 người thầy đặc biệt đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học cao học cũng như hoàn thành luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các giảng viên Khoa Vật lý, các cán bộ phòng Sau đại học và các học viên lớp cao học Vật lý 2016 - 2018 - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hỗ trợ và giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103 và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình học tập, công tác và hoàn thành luận văn này. Nhân dịp này em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã luôn bên em, cổ vũ, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Học viên Nguyễn Mạnh Khải
5. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 Chương 1 ..................................................................................................................... 3 TỔNG QUAN ............................................................................................................. 3 1.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị .................................................. 3 1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư ..................................... 4 1.3. Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị .............................................................. 6 1.3.1. Các phương pháp xạ trị .............................................................................. 6 1.3.2. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư .................................. 7 1.3.3. Thiết bị xạ trị và các tiến bộ trong kỹ thuật xạ trị chiếu ngoài ................ 10 1.4. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA .......... 13 1.4.1. Nguyên lý cấu tạo ..................................................................................... 13 1.4.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................ 17 1.5. Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị: ....................................................... 19 1.6. Các hệ số tính toán phân bố chùm tia ............................................................. 20 1.6.1 Liều sâu phần trăm (PDD)......................................................................... 20 1.6.2 Tỷ số mô-không khí (TAR) ...................................................................... 21 1.6.3 Tỷ số mô-phantom (TPR).......................................................................... 22 1.6.4 Tỷ số liều lối ra .......................................................................................... 22 1.6.5 Trường vuông tương đương ...................................................................... 23 1.6.6 Tỷ số mô cực đại (TMR) ........................................................................... 23
6. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải 1.6.7 Hệ số tán xạ phantom (Sp) ......................................................................... 26 1.7 Hệ thống lập kế hoạch điều trị XiO. ................................................................ 27 Chương 2 ................................................................................................................... 28 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 28 2.1 Thiết bị ............................................................................................................. 28 2.1.1. Máy gia tốc ............................................................................................... 28 2.1.2. Hệ thống thiết bị đo .................................................................................. 28 2.2 Phương pháp thực nghiệm ............................................................................... 31 2.2.1 Đo PDD ..................................................................................................... 32 2.2.2 Đo TMR ................................................................................................... 32 2.2.3 Xác định hệ số tán xạ phantom (Sp) .......................................................... 32 Chương 3 ................................................................................................................... 34 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................................................... 34 3.1 Dữ liệu để bàn luận và phân tích ..................................................................... 34 3.1.1 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) ....................................................... 35 3.1.2 Dữ liệu TMR đo ........................................................................................ 39 3.1.3 Dữ liệu TMR tính toán .............................................................................. 44 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 54 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 58
7. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3D-CRT Three Dimensional Conformal Xạ trị 3D theo hình thái u Radiation Therapy BSF Back Scatter Factor Hệ số tán xạ ngược ESTRO European Society for Radiology and Hiệp hội ung thư châu Âu Oncology HVL Half-Value Layer Bề dày hấp thụ một nửa ICRU International Commission on Radiation Ủy ban Quốc tế về Đo lường và Units and Measurements đơn vị bức xạ IGRT Image Guided Radiation Therapy Xạ trị dưới sự hướng dẫn hình ảnh IMRT Intensity Modulated Radiotherapy Xạ trị điều biến liều LET Linear Energy Transfer Truyền năng lượng tuyến tính LINAC Linear Accelerator Máy gia tốc tuyến tính PDD Percentage Depth Dose Liều sâu phần trăm PET Positron Emission Tomography Ghi hình cắt lớp bằng bức xạ positron PSF Peak Scatter Factor Hệ số tán xạ đỉnh SAD Source to Axis Distance Khoảng cách từ nguồn đến tâm SBRT Stereotactic Body Radiation Therapy Xạ trị lập thể định vị thân SF Scatter Factor Hệ số tán xạ SRS Stereotactic Radiosurgery Xạ phẫu định vị SSD Source to Surface Distance Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt TAR Tissue Air Ratio Tỷ số mô - không khí TMR Tissue Maximum Ratio Tỷ số mô cực đại TPR Tissue Phantom Ratio Tỷ số mô - phantom TPS Treatment Planning System Hệ thống lập kế hoạch xạ trị VMAT Volumetric-Modulated Arc Therapy Xạ trị quay điều biến thể tích WF Wedge Factor Hệ số nêm
8. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC KÝ HIỆU µ Hệ số suy giảm tuyến tính CR Kích thước trường chiếu tham khảo dm Độ sâu vùng cân bằng điện tích cực đại Dm Liều tại độ sâu vùng cân bằng điện tích cực đại Dmax Liều cực đại Dp Liều tại điểm p Dt Liều tại điểm t Sc Hệ số tán xạ collimator Scp Hệ số tán xạ toàn phần Sp Hệ số tán xạ phantom Zmax Độ sâu cực đại ZR Độ sâu tham khảo
9. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1: Trọng số bức xạ ......................................................................................... 8 Bảng 3.1 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) của năng lượng 6MV .................... 35 Bảng 3.2 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) của năng lượng 15MV .................. 36 Bảng 3.3 Kết quả đo TMR của năng lượng 6MV ..................................................... 39 Bảng 3.4 Kết quả đo TMR của năng lượng 15MV ................................................... 40 Bảng 3.5 Kết quả TMR tính từ PDD của năng lượng 6MV ..................................... 45 Bảng 3.6 Kết quả TMR tính từ PDD của năng lượng 15MV ................................... 46
10. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành ................ 4 Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào ........................................................................................ 5 Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích ............................................................................. 7 Hình 1.4: Sơ ồđ khối của dàn quay gắn trên cấu trúc dạng trống ............................. 14 Hình 1.5: Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị ................................................. 15 Hình 1.6: PDD và beam profile của chùm tia ........................................................... 20 Hình 1.7: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR ............................................. 21 Hình 1.8: (a) Sự thiết lập để xác định liều lượng tại điểm P ở độ sâu d trong phantom .. 25 Hình 2.1: Máy gia tốc xạ trị Elekta tại Bệnh viện Quân y 103 ................................ 28 Hình 2.2: Phantom và thùng chứa nước .................................................................... 29 Hình 2.3: Thiết bị điều khiển detector và ghi nhận dữ liệu ...................................... 29 Hình 2.4: Buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex 0,125cm3 .................................... 30 Hình 2.5: Giao diện phần mềm đo liều và xử lý dữ liệu ........................................... 31 Hình 3.1 Kết quả đo PDD của năng lượng 6MV và 15MV ở trường chiếu 5x5 cm 37 Hình 3.2 Kết quả đo PDD của năng lượng 6MV và 15MV ở trường chiếu 10x10 cm ................................................................................................................................... 37 Hình 3.3: Sự phụ thuộc của PDD vào độ sâu của chùm 15MV ứng với các kích thước trường khác nhau ............................................................................................. 38 Hình 3.4 Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu với hai mức năng lượng 6 và 15MV cho kích thước trường chiếu 5x5cm .......................................................................... 41 Hình 3.5: Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu với hai mức năng lượng 6 và 15MV cho kích thước trường chiếu 10x10cm ...................................................................... 41 Hình 3.6: Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu cho chùm 15MV với các kích thước trường chiếu khác nhau ............................................................................................. 42 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của TMR theo độ sâu theo tính toán và đo cho chùm tia 6MV với kích thước trường chiếu 5x5cm ................................................................. 47