Nội dung bài viết trình bày phương pháp chuẩn liều và so sánh chéo quốc gia và quốc tế để đánh giá độ chính xác và tính ổn định về suất liều các chùm photon của hệ thống máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K Trung ương. Các mẫu nhiệt huỳnh quang (TLD) bằng chất liệu LiF, hình dạng “con nhộng” (capsule), được chiếu xạ với liều lượng 200c Gy (200MU) tại độ sâu 5 cm cho mức năng lượng 6MV và 10 cm cho mức năng lượng 15MV.
Trang 1CHUẨN LIỀU CÁC CHÙM PHOTON TỪ HỆ THỐNG MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ TẠI BỆNH VIỆN K TRUNG ƯƠNG,
SO SÁNH KẾT QUẢ CẤP QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ
Nguyễn Xuân Kử *
TÓM TẮT
Độ chính xác và tính ổn định về suất liều của các máy phát tia nói chung và máy gia tốc xạ trị nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng, liên quan đến kết quả điều trị ung thư Làm cách nào để đảm bảo và trì độ chính xác cũng như tính ổn định các suất liều đó phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và trình độ chuyên môn của các nhà Vật-lý
Nội dung bài báo trình bày phương pháp chuẩn liều và so sánh chéo quốc gia và quốc tế để đánh giá độ chính xác và tính ổn định về suất liều các chùm photon của hệ thống máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K Trung ương Các mẫu nhiệt huỳnh quang (TLD) bằng chất liệu LiF, hình dạng “con nhộng” (capsule), được chiếu xạ với liều lượng 200c Gy (200MU) tại độ sâu 5 cm cho mức năng lượng 6MV và 10 cm cho mức năng lượng 15MV Số liệu được gửi đi so sánh với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI, Bệnh viện Newcastles - Australia và Cơ quan Năng lượng Nguyên
tử quốc tế - IAEA Kết quả rất đáng khích lệ Độ chính xác của các mức năng lượng 6MV và 15MV tương ứng là 99,7%
và 100,6%
SUMMARY
CALIBRATING OUT-PUT OF PHOTON BEAMS FROM RADIATION THERAPY LINACS SYSTEM AT NATIONAL CANCER HOSPITAL, COMPARING RESULTS WITH NATIONAL
AND INTERNATIONAL LEVELS
Nguyen Xuan Ku * Y Hoc TP Ho Chi Minh – Vol.14 - Supplement of No 4 – 2010: 10 - 14
The accuracy and stability of the out-put (dose rate) of external beam facilities, in general and of Radiation Therapy Linacs, in particular plays a very important role related to outcome of cancer treatment How to assure and maintain the stability as well as the accuaracy of those out-puts is strongly depended on competency and experience of Medical Physicist(s) at the Radiation Oncology Institution
The content of this paper present the methods of national and international external audit to assess the stability and accuracy of dose rate for photon beams from the Linear Accelerators system at K Hospital, Hanoi The TLD batches of LiF
in the form of capsule were irradiated with the dose of 200c Gy (200MU) at the depths of 5 cm for energy of 6MV and 10
cm for energy of 15MV The results were compared to the VAEI, Newcastles Hospital -Australia and IAEA They are very reassuring with the accuracy of is 99.7% and 100.6% for 6MV and 15MV respectively
ĐẶT VẤN ĐỀ
Đo, chuẩn liều là một trong những nhiệm vụ
trọng tâm của các kỹ sư vật lý Có nhiều phương
pháp đo, chuẩn liều lượng bức xạ ion hóa từ các thiết
bị dùng trong xạ trị ung thư Tùy theo mục đích
chuyên môn, những thiết bị và đầu đo (detector),
chuẩn liều xạ trị có thể là loại chứa khí (buồng ion
hóa), bằng chất bán dẫn (Diode), bằng nhiệt phát
quang (TLD) v.v Sự chuẩn xác về suất liều phải
được khẳng định và duy trì trong suốt thời gian sử
dụng thiết bị Để có thể tiến hành công việc, điều cần
thiết là sự trang bị đồng bộ các thiết bị đo-chuẩn liều
và kinh nghiệm cũng như trình độ chuyên môn của các kỹ sư vật lý tại cơ sở Với các máy gia tốc xạ trị, công tác đo, chuẩn liều rất phức tạp và là công việc bắt buộc phải tiến hành thường xuyên, đúng quy trình kỹ thuật
Điều quan trọng là những kết quả đo liều phải được khẳng định bằng cách so sánh với tiêu chuẩn cấp quốc gia, tức Phòng chuẩn cấp II - Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam hay quốc tế, (cấp I) - Cơ Quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA Sai số cho phép về đo liều vật lý trong xạ trị ung thư được khuyến cáo là ≤ ± 5%
*
Bệnh viện K Trung ương
Địa chỉ liên lạc: ThS KS Nguyễn Xuân Kử ĐT: 098 330 1952 Email: ngxuanku@gmail.com
Trang 2a) Bức xạ b) Nung nóng c) Các bẫy ion
Miền dẫn
thấy
Bẫy ion
ĐÔI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
Các máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K TƯ được
đo, chuẩn suất liều định kỳ và so sánh kết quả với
Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI; với
Cơ quan Năng lượng Nguyên Tử Quốc tế - IAEA
Hệ máy đo DOSE-1 và buồng Ion hoá loại
FC65-P của hãng WELLHOFER đã chuẩn qua Phòng
chuẩn cấp II (Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam)
được dùng làm phương tiện đo, kiểm tra liều lượng
hàng ngày Hệ phantom loại PMMA được dùng làm
vật liệu thay môi trường nước để đo liều hấp thụ
Một số mẫu đo nhiệt huỳnh quang - TLD bằng hợp chất LiF được chiếu với liều lượng 100 cGy cho 2 loại năng lượng photon là 6MV và 15MV, tại độ sâu 5 cm
và 10 cm tương ứng Khoảng cách từ nguồn đến bề mặt phantom là 100cm Phương pháp xác định liều hấp thụ được dựa theo tài liệu hướng dẫn kỹ thuật TEC-DOC 277 và 398 của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA
Mô hình chiếu xạ mẫu LiF (TLD) và bố trí thí nghiệm chiếu được minh họa trên hình 1
a) Mẫu LiF và giá đỡ b) Khoảng cách đặt mẫu LiF- SSD; SAD
Hình 1 Mẫu TLD dùng LiF và thí nghiệm đo
Nguyên lý hoạt ñộng nhiệt phát quang-TLD
Các hợp chất LiF khi bị chiếu xạ sẽ hấp thụ
năng lượng trong mạng tinh thể Nếu chất này sau
đó được nung nóng, năng lượng đã hấp thụ sẽ được
giải phóng thành dạng ánh sáng (hình 2) Ánh sáng
này hoàn toàn tỷ lệ với năng lượng hấp thụ Dùng
quang phổ kế đo ánh sáng đó ta sẽ biết được năng lượng bức xạ đã chiếu
Hình 2
Trang 3Nguyên lý quá trình chiếu xạ và phát sáng của TLD
a) Mô tả quá trình chiếu xạ: Các e- (điện tử)
nhận được năng lượng sẽ chuyển động từ miền hoá
trị (valence band), qua miền dẫn (conduction band)
đến khi bị bẫy lại (electron taps)
b) Khi được nung nóng, các e- được cung cấp
nhiệt lượng đủ để thoát ra khỏi bẫy (traps), trở về
trạng thái ban đầu (valence band) sẽ kèm theo sự
phát sáng (visible light) Cường độ ánh sáng tỷ lệ
thuận với liều lượng bức xạ đã hấp thụ
Phương pháp chuẩn liều hấp thụ trong phantom nước
- Phantom có kích thước 30 cm x 30 cm
- Khoảng cách từ nguồn đến các mẫu LiF: 100
cm
- Hệ số chuẩn liều hấp thụ trong nước: ND,W=
4,775 x 107 Gy/C
Bảng 1 trình bày sự phụ thuộc của hệ số tán xạ
kESC (Excess Scatter Correction) của một số năng
lượng và kích thước trường chiếu
Bảng 1 Hệ số k ESC phụ thuộc năng lượng va kích thước
trường chiếu
Kích thước trường chiếu
(cm x cm)
Năng
lượng
(MV)
Độ sâu
(cm)
0,986
0,996- 0,987
0,995- 0,989
0,984
0,994- 0,982
0,997- 0,989
0,994
0,997- 0,993
0,998- 0,993
0,994
0,998- 0,994
0,998- 0,996
Phương pháp chuẩn liều và suất liều hấp thụ (Dose
and Dose Rate)
- Liều hấp thụ trong môi trường nước được tính
theo công thức:
Dw= Mu ND (Sw,air)uPu
Trong đó (Sw,air)u là tỷ số năng lượng chặn
Pu là hệ số hiệu chỉnh sự nhiễu loạn Trong
trường hợp này Pu = 0,991
- Công thức xác định liều lượng giữa nước Mu(Water) và phantom Mu (plastic) như sau:
Mu (Water) = Mu (plastic) hm
Trong đó hm là hệ số chuyển đổi liều hấp thụ giữa nước và vật liệu dùng làm phantom Trong trường hợp này hm = 0,998
Mu = Mu0 PPTkhPs Trong đó:
Mu0 là kết quả trung bình các phép đo
kh làhệ số hiệu chỉnh độ ẩm trong phòng
Ps là hệ số hiệu chỉnh phân cực điện áp cấp cho buồng Ion Trong trường hợp này Ps= 1
0
2 , 273
2 , 273
T P
T P
PPT
+
+
=
PTP là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất môi trường
Trong đó: P và T là áp suất và nhiệt độ của môi trường, P0 = 101kPa và T0 =20oC
Thực hành
1 Liều lượng 100 MU được chuẩn thành liều hấp thụ 100 cGy (100 MU) tại 5 cm cho mức năng lượng photon 6 MV, và độ sâu 10 cm nếu chọn năng lượng photon là 15 MV
2 Tại bệnh viện K, các mẫu TLD dạng con
nhộng (capsule) được đặt trong phantom nước tại độ
sâu 5cm cho năng lượng photon 6MV Kích thước trường chiếu (filed size): 10 cm x 10 cm, liều chiếu xạ
200 cGy (200 MU) Khoảng cách từ nguồn đến tâm mẫu LiF là SAD = 100 cm; SSD = 95 cm, hình 1(b) Thông thường, mỗi lần các mức năng lượng photon cần chiếu tối thiểu 2 mẫu (2 capsule) Ngoài ra, có một mẫu (một capsule) được gửi kèm trong quá trình vận chuyển nhưng không chiếu xạ với mục
đích bù trừ “phông” tự nhiên
3 Các mẫu này sau đó được gửi đến VAEI hoặc sang Austria (Áo) - (tùy theo chương trình và thời gian chuẩn) để đọc và so sánh kết quả
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả
Bảng 2 Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và
IAEA
Trang 4Bệnh
Năng
lượng
photon
Thời
gian ño,
Kết quả trung bình
Sai số tương ñối % (*)
cGy
198 cGy
1,3%
cGy
201 cGy
-0,6%
cGy
200 cGy
-2,1%
cGy
200 cGy
-1,2%
cGy
201 cGy
-2,1%
cGy
200 cGy
-1,2%
Bảng 3 Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và BV
Newcastles -Australia
Bệnh
Năng
lượng
photon
Thời
gian
ño,
Kết quả trung bình
Sai số tương ñối % (*)
Bảng 4 Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và
VAEI
Bệnh
Năng
lượng
photon
Thời
gian ño,
Kết quả trung bình
Sai số tương ñối % (*)
cGy
-1,47%
cGy
0,5 %
cGy
-2,43
%
cGy
-2,43
%
Ghi chú: * Sai số tương đối được tính bằng:
100 × (liều báo cáo của BV – liều trung bình nơi
so sánh)/liều trung bình nơi so sánh
Bàn luận
Qua các bảng kết quả những mẫu TLD LiF được chiếu xạ so sánh với Viện năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI, Bệnh viện Newcasles-Australia và
Cơ Quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA từ năm 2000 cho đến nay (năm 2010) cho thấy độ lệch
và sai số về suất liều của hệ thống các máy gia tốc xạ trị của bệnh viện K Trung ương không có giá trị nào vượt quá 3% (sai số cho phép là ± 5%) Suất liều các máy luôn được duy trì ổn định Ở đây, sai số của chúng tôi nằm trong khoảng ± 0,6% – 2,43% Một điều rất đáng khích lệ
Từ những kết quả được thông báo, chúng tôi hoàn toàn yên tâm với công việc của mình trong công tác phục vụ điều trị người bệnh
Hy vọng rằng những cơ sở xạ trị khác trong cả nước cũng được triển khai một cách thường xuyên công tác đo, chuẩn liều vật lý theo phương pháp so sánh từ xa trong khuôn khổ quốc gia hoặc quốc tế
Sự kiểm soát liều lượng trong xạ trị nói chung đang là mối quan tâm sâu sắc của các cán bộ chuyên môn cũng như các nhà quản lý về việc thực hiện
nghiêm túc quy trình kỹ thuật “Đảm bảo chuẩn chất
lượng trong xạ trị”, QA-QC mà chúng ta đang xây dựng thành chương trình quốc gia
Trong đo, chuẩn liều lâm sàng, các mẫu TLD bằng hợp chất LiF cho kết quả rất đáng tin cậy, nhưng hiện nay vẫn phải nhập ngoại Nếu một cơ sở nào đó trong nước sản xuất được loại vật liệu với đặc tính năng tương đương thì sẽ có thể triển khai
áp dụng rộng rãi cho các cơ sở xạ trị trên toàn quốc
KẾT LUẬN
Liều lượng vật lý các máy phát tia tại Bệnh viện
K Trung ương được đo chuẩn thương xuyên với độ sai số đạt tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế (≤ ± 2%)
Hệ thống các máy phát tia nói chung, máy gia tốc xạ trị nói riêng được duy tu, bảo dưỡng định kỳ, đúng quy trình kỹ thuật là yếu tố hết sức quan trọng
để đảm bảo sự ổn định về suất liều của thiết bị Điều
Trang 5này đã góp phần tích cực vào sự thành công và nâng
cao chất lượng xạ trị ung thư
Từ thực tế công việc, trình độ chuyên môn
nghiệp vụ của đội ngũ kỹ sư vật lý Bệnh viện K ngày
một nâng cao.g
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Edition-IAEA, VIENNA, 1997: Absorbed Dose
Determination in Photon and Electron beams; Tr:
42-43
2000: Absorbed Dose beam quality conversion
facters for cylindrical chambers in high energy
photon beams Tr: 2767-2768
3 Nguyễn Xuân Cử Phương pháp Chuẩn liều so
sánh bằng nhiệt huỳnh quang TLD với IAEA-
Tài liệu chuyên đề những ngày khoa học
Việt-Pháp về Ung thư, Hà nội 16-18/3/1998, Tr: 94-96
4 Peter Metcalfe, Tomas Kron and Peter Hoban
The Phycics of Radiotherapy X-rays from Linear
Madision- 1997, Tr: 160-161