Tài liệu Luận văn Xác định một vài thông số đặc trưng của chùm electron năng lượng 6 mev, 9 mev và 15 mev phát ra từ máy gia tốc primus dùng trong xạ trị: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
HÀ VĂN HẢI
XÁC ĐỊNH MỘT VÀI THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA
CHÙM ELECTRON NĂNG LƯỢNG
6 MeV, 9 MeV VÀ 15 MeV
PHÁT RA TỪ MÁY GIA TỐC PRIMUS
DÙNG TRONG XẠ TRỊ
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ
NĂNG LƯỢNG CAO
Mã số: 60.44.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS: BÙI VĂN LOÁT
Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
Lời Cảm Ơn
Trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện đề tài “Xác định một vài thông số đặc trưng
của chùm electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc
PRIMUS dùng trong xạ trị ”. Em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình từ các Thầy, Cô giáo,
các Nhân viên Phòng Vật lý Xạ trị Bệnh viện K Hà Nội và sự động viên giúp đỡ nhiệt tình
của gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Quý Thầy, Cô giáo khoa Vật Lý, Phòng Sau Đại
Học trường Đại Học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt thời gian ...
79 trang |
Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1555 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Luận văn Xác định một vài thông số đặc trưng của chùm electron năng lượng 6 mev, 9 mev và 15 mev phát ra từ máy gia tốc primus dùng trong xạ trị, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
HÀ VĂN HẢI
XÁC ĐỊNH MỘT VÀI THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA
CHÙM ELECTRON NĂNG LƯỢNG
6 MeV, 9 MeV VÀ 15 MeV
PHÁT RA TỪ MÁY GIA TỐC PRIMUS
DÙNG TRONG XẠ TRỊ
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ
NĂNG LƯỢNG CAO
Mã số: 60.44.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS: BÙI VĂN LOÁT
Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
Lời Cảm Ơn
Trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện đề tài “Xác định một vài thông số đặc trưng
của chùm electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc
PRIMUS dùng trong xạ trị ”. Em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình từ các Thầy, Cô giáo,
các Nhân viên Phòng Vật lý Xạ trị Bệnh viện K Hà Nội và sự động viên giúp đỡ nhiệt tình
của gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Quý Thầy, Cô giáo khoa Vật Lý, Phòng Sau Đại
Học trường Đại Học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Phòng Vật lý Xạ trị Bệnh viện K Hà Nội đã tạo điều
kiện thuận lợi để em tiến hành các phép đo thực nghiệm.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Văn Loát chủ nhiệm đề tài QG
09 – 07 cho phép em tham gia đề tài và lấy số liệu một số phép đo để khai thác số liệu gốc,
xử lý và hoàn chỉnh phần thực nghiệm của luận văn. Đồng thời Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Bùi
Văn Loát cũng là người đã hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên khích lệ và
tạo mọi điều kiện để tôi học tập và hoàn thành luận văn.
Dù đã có nhiều cố gắng trong suốt thời gian thực hiện đề tài, song khó mà tránh khỏi
những thiếu sót trong luận văn. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các Thầy, Cô
giáo, bạn bè và những người quan tâm tới đề tài.
TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010
Tác giả
Hà Văn Hải
Danh mục các chữ viết tắt:
Bq Becquerel
CCU Control Unit
Ci Curie
C/kg Coulomb/kilôgam
CT Computed tomography
Gy Gray
IAEA International atomic energy agency
ICRP International Commission on Radiological Protection
LET Linear energy transfer
M Mitotic
MRI Magnetic resonance imaging
S Sythesis
SSD Source to Surface Distance
Sv Sievert
R Roentgen
Rad Radiation absorbed dose
Bảng đối chiếu thuật ngữ Việt – Anh:
Buồng ion hóa Farmer Farmer chamber
Buồng ion hóa chính Field Ion chamber
Buồng ion hóa tham chiếu Reference Ion chamber
Chụp cắt lớp Computed tomography
Cơ quan năng lượng nguyên tử Quốc tế International atomic energy agency
Độ truyền năng lượng tuyến tính Linear energy transfer
Hình ảnh cộng hưởng từ Magnetic resonance imaging
Pha phase
Phát bức xạ Cerenkov
phát bức xạ hãm Bremstrahlung
Phân chia Mitotic
Sự tổng hợp Sythesis
Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế International Commission on
Radiological Protection
Danh mục các bảng biểu:
Bảng số Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ 18
Bảng 1.2 Giá trị LET trung bình trong nước của một bức xạ ion hóa 20
Bảng 1.3
Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc
với bức xạ tại thời điểm khác nhau
21
Bảng 3.1
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 6 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
55
Bảng 3.2
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 9 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
61
Bảng 3.3
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 15 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
67
Bảng 3.4
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV
ở trường chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
73
Bảng 3.5
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron 9 MeV ở trường
chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
75
Bảng 3.6
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron 15 MeV ở trường
chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
76
Danh mục các hình vẽ:
Hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Cấu tạo tế bào của cơ thể người 22
Hình1.2 Chu kỳ sinh sản của tế bào 24
Hình 1.3
Mối tương quan giữa liều lượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót
của tế bào
26
Hình 1.4
Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc
thể
27
Hình 1.5 Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản 32
Hình 2.1 Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị 33
Hình 2.2a Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc 37
Hình2.2 b Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc 37
Hình 2.3
Sơ đồ mặt cắt một máy gia tốc tuyến tính năng lượng cao
cho xạ trị (Các thành phần bên trong chứa trong khung đỡ
40
và dàn quay)
Hình 2.4
Bàn điều khiển (trung tâm hoạt động của máy gia tốc tuyến
tính)
41
Hình 2.5a
Hình cắt đầu điều trị của một máy gia tốc tuyến tính cho
chùm electron và photon
42
Hình 2.5b
Sơ đồ mặt cắt đầu điều trị của một máy gia tốc tuyến tính
cho chùm photon và electron
42
Hình2.6 Thiết bị đo liều Dosimeter 43
Hình 2.7 Đầu đo Farmer type chamber FC65 – P 44
Hình 2.8 Buồng ion hóa CC13 46
Hình 2.9 Phantom nước 46
Hình 2.10 Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU 47
Hình 2.11 Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts 48
Hình 2.12 Bố trí hình học đo đạc 49
Hình 2.13 Phổ năng lượng của chùm electron và các thông số của nó 50
Hình2.14 Sự phân bố liều hấp thụ trong phantom nước 52
Hình 3.1
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 5cm x 5cm
56
Hình 3.2
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 10cm x 10cm
57
Hình 3.3
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 15cm X 15cm
58
Hình 3.4
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 5cm X 5cm
62
Hình 3.5
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 10cm X 10cm
63
Hình 3.6
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 15cm X 15cm
64
Hình 3.7
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 5cm X 5cm
68
Hình 3.8
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 10cm X 10cm
69
Hình 3.9 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm 70
electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 15cm x 15cm
Hình 3.10
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 6 MeV ở nhiệt độ 200C áp suất 1 at
74
Hình 3.11
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 9 MeV ở nhiệt độ 200C áp suất 1 at
75
Hình 3.12
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 15 MeV ở nhiệt độ 200C áp suất 1 at
77
Mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Khi nói đến bức xạ nói chung và bức xạ hạt nhân nói riêng mọi người thường nghĩ ngay đến tác
hại của nó. Tác hại của bức xạ hạt nhân được thể hiện rõ rệt qua hậu quả của hai quả bom nguyên
tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản trong chiến tranh thế giới thứ II. Và gần đây nhất là thảm họa về tai
nạn nhà máy điện hạt nhân Mayak, ngày 29 tháng 09 năm 1957 và nhà máy điện hạt nhân
Trecnobưn, ngày 26 tháng 04 năm 1986 [13].
Tuy nhiên, phục vụ cuộc sống nhằm kéo dài và nâng cao chất lượng cuộc sống đó là mục đích
của mọi ngành khoa học chân chính. Bức xạ hạt nhân khi sử dụng với mục đích phá hoại hoặc trong
những sự cố không kiểm soát, thì nó có tác hại vô cùng to lớn. Nhưng khi sử dụng với mục đích cải
thiện, nâng cao chất lượng và giúp ích cuộc sống, thì bức xạ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng quan
trọng. Bức xạ được sử dụng để phục vụ cuộc sống trong chiếu xạ, trong việc tạo giống mới và trong
điều trị ung thư.... Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và
chùm electron nói riêng trong xạ trị là:
- Tương tác của chùm electron với vật chất.
- Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm electron.
Trong cuộc sống có rất nhiều nguyên nhân và rất nhiều căn bệnh làm giảm tuổi thọ con người
hoặc làm cuộc sống trở nên vô nghĩa vì luôn bị hành hạ bởi những cơn đau kéo dài. Một trong
những nguyên nhân rất lớn gây hại cho cuộc sống đó là bệnh ung thư.
Ung thư là một tập hợp các bệnh được biểu thị bởi sự phát triển lan rộng khối u. “Vấn đề ung
thư” là một vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa nhất ở Châu Âu, vượt qua cả bệnh tim và là
nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Ở Canada và Mỹ có tới 130 000 và 1 200 000 người mỗi
năm được chuẩn đoán là mắc bệnh ung thư [2]. Đặc biệt là ở những nước đang phát triển như Việt
Nam các yếu tố môi trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực sự hợp vệ sinh… là những nguyên nhân
làm gia tăng số người bị bệnh ung thư. Theo thống kê từ Bộ trưởng Y tế Đỗ Nguyên Phương cách
đây gần chục năm. Theo đó mỗi năm nước ta có khoảng 150 000 người mắc ung thư và 100 000
người chết [12].
Việc điều trị ung thư bằng tia xạ đã có một quá trình lịch sử rất lâu dài có thể nói từ năm 1895,
khi Roentgen phát hiện ra tia X và tới ngày 27 tháng 10 năm 1951 bệnh nhân đầu tiên trên thế giới
được điều trị bằng tia gamma Coban-60. Việc ra đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư
gặp khá nhiều vấn đề bất cập. Chính vì vậy có thể nói ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại
là sự phát minh ra máy gia tốc tuyến tính vào những năm 1960. Từ đó tới nay, cùng với việc ứng
dụng công nghệ thông tin, và các kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị,… vào trong xạ trị bằng
máy gia tốc, kết hợp với việc cải tiến về phần cơ khí đã làm cho phương pháp xạ trị đang dần thay
thế hoàn toàn các phương pháp xạ trị từ xa khác, đem lại hiệu quả ngày càng cao trong điều trị ung
thư.
Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh viện K Hà Nội) đã
dùng máy Coban, các nguồn radium vào trong xạ trị. Bên cạnh đó, một số cơ sở y tế khác như bệnh
viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy – Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 đã sử
dụng các đồng vị phóng xạ trong điều trị ung thư. Máy gia tốc được đưa vào Việt Nam từ tháng 1
năm 2001 tại Bệnh Viện K – Hà Nội. Hiện nay ngoài bệnh viện K – Hà Nội, ở nước ta đã có nhiều
bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ
Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương,… Phương pháp xạ trị từ xa dùng máy gia tốc hiện đang có
xu hướng phát triển mạnh ở nước ta. Tuy nhiên số lượng máy còn quá ít so với yêu cầu thực tế. Và
đây cũng là thiết bị mới đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao. Vấn đề nguồn
nhân lực của nước ta để đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng triệt để máy còn hạn chế chứ chưa nói
đến những vấn đề sửa chữa, nâng cấp và chế tạo mới. Chính vì vậy việc tìm hiểu và quảng bá những
kiến thức về xạ trị, nguyên lý hoạt động của máy và tìm hiểu chính xác những thông số mà tia xạ
của máy phát ra, để sử dụng điều trị tốt cho bệnh nhân là vấn đề rất cần thiết. Nên tôi đã chọn đề tài:
“Xác định một vài thông số đặc trưng của chùm electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15
MeV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS dùng trong xạ trị ”.
Mục đích của đề tài đặt ra:
Tìm hiểu phương pháp dùng chùm electron trong xạ trị và những ưu điểm của phương pháp này
so với phương pháp xạ trị khác.
Tìm hiểu cơ chế phát chùm electron của máy PRIMUS – SIEMENS và khảo sát bằng thực
nghiệm một số thông số đặc trưng của chùm electron phát ra từ máy PRIMUS – SIEMENS
Dựa trên kết quả thực nghiệm thu được tiến hành thảo luận để rút ra kết luận về năng lượng đặc
trưng và xác định phân bố liều hấp thụ của chùm electron với năng lượng khác nhau.
Bảng luận văn này dài 81 trang gồm 39 hình vẽ và bảng biểu. Ngoài phần mở đầu và kết luận
bảng luận văn này được chia thành ba chương:
Chương 1: Phương pháp xạ trị dùng chùm electron đề cập đến cơ chế sinh học của việc sử
dụng chùm electron trong xạ trị.
Chương 2. Máy gia tốc PRIMUS - SIEMENS dùng trong xạ trị đề cập đến nguyên lý của
loại máy gia tốc electron nói chung và của máy PRIMUS – SIEMENS nói riêng.
Chương 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận tiến hành thực nghiệm đo năng lượng và xác
định phân bố liều của chùm electron. Dựa trên kết quả thực nghiệm tiến hành thảo luận để sử dụng
chùm electron lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS trong điều trị ung
thư một cách hiệu quả nhất.
Chương 1. PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG
CHÙM ELECTRON
1.1. Tương tác của electron với vật chất
Khi Electron đi trong môi trường vật chất nó tương tác chủ yếu với electron trong nguyên tử của
môi trường. Do hai hạt tương tác giống hệt nhau nên mỗi lần tương tác hạt electron sẽ có xác suất
rất cao mất phần năng lượng của mình. Đồng thời đường đi của nó trong môi trường là ziczăc, góc
tán xạ biến đổi từ 00 đến 1800. Do mất dần năng lượng nên vận tốc của nó cũng giảm dần.
Mặt khác, hạt electron là một hạt tích điện tích âm, có vận tốc chuyển động thay đổi liên tục
nghĩa là nó chuyển động có gia tốc trong trường coulomb của các hạt nhân và các electron khác.
Theo điện động lực học, một hạt tích điện chuyển động có gia tốc như vậy sẽ phát ra bức xạ hãm.
Hơn nữa, xác suất phát bức xạ hãm càng lớn nếu khối lượng của hạt càng nhỏ, năng lượng (động
năng) càng lớn và nguyên tử số của môi trường càng lớn. Do đó, khi hạt electron có động năng lớn
chuyển động trong môi trường có nguyên tử số lớn thì xác suất phát bức xạ hãm rất cao [1, 6, 9, 11,
16].
Do đó, độ mất mát năng lượng của electron trên một đơn vị đường đi bằng tổng độ mất mát năng
lượng do cả hai quá trình trên.
Ta có:
bcvc dX
dE
dX
dE
dX
dE
(1.1)
Trong đó:
dX
dE
là độ mất mát năng lượng tổng cộng.
vcdX
dE
là độ mất mát năng lượng do ion hóa.
bcdX
dE
là độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm.
Tùy theo năng lượng của bức xạ electron và nguyên tử số của môi trường mà độ mất mát năng
lượng của electron trong môi trường do mỗi quá trình trên sẽ có mức độ khác nhau. Trong các môi
trường có nguyên tử số lớn gần nhau thì độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi cũng có
đặc điểm chung. Sau đây ta sẽ xét riêng từng quá trình làm mất mát năng lượng của hạt electron
trong môi trường.
1.1.1. Quá trình kích thích và ion hóa nguyên tử môi trường
Khi đi trong môi trường, do tương tác coulomb với các electron của nguyên tử môi trường,
electron tới truyền năng lượng của mình cho các electron của nguyên tử môi trường [9]. Nếu năng
lượng electron nhận được E lớn hơn thế năng ion hóa của nguyên tử môi trường , electron bay ra
khỏi nguyên tử. Như vậy một cặp ion dương – electron được tạo thành, ta nói nguyên tử bị ion hóa.
Nếu E năng lượng nhận được nhỏ hơn thế năng ion hóa, electron nhảy ra quỹ đạo xa hơn. Nguyên
tử ở trạng thái kích thích.
Quá trình tương tác của hạt electron với electron nguyên tử môi trường mà năng lượng của
electron bị mất đi, đồng thời hướng chuyển động của nó bị lệch đi gọi là quá trình tán xạ không đàn
hồi của electron – electron. Trong quá trình tán xạ này, do hai hạt có khối lượng giống nhau nên xác
suất để electron tới nói chung mất một nửa năng lượng của mình là lớn nhất. Độ mất mát năng
lượng của electron trên một đơn vị đường đi được [9, 15, 16] xác định theo công thức Bethe –
Bloch:
Z
C
kF
cmI
kk
A
Z
cmrN
dx
dE v
e
eeA
col
)(
/2
1
ln
1
...2
2
2
2
22 (1.2)
Trong đó:
coldx
dE
là độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do ion hóa.
NA là số Avôgađrô; re, me là bán kính cổ điển tính ra cm và khối lượng của electron; Z, A là điện
tích và số khối của môi trường;
c
v
với v là vận tốc của hạt electron, còn c là vận tốc ánh sáng; k
là động năng của hạt electron tính trong đơn vị mec
2, , CV là hệ số hiệu ứng vỏ; F(k) là hàm của
động năng.
Hàm F(k) có dạng như sau:
F(k) = 1 -
2
2
2
)1(
2ln).12(
8
k
k
k
(1.3)
Công thức xác định độ mất mát năng lượng của bức xạ electron trên một đơn vị đường đi do quá
trình kích thích môi trường và ion hóa do va chạm rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào năng lượng của
hạt electron, số khối và điện tích của nguyên tử môi trường, mật độ khối của môi trường.
Có thể diễn tả một cách ngắn gọn, với bức xạ electron có năng lượng xác định, độ mất mát năng
lượng trên một đơn vị đường đi do quá trình ion hóa và kích thích nguyên tử môi trường tỷ lệ thuận
với mật độ môi trường. Còn với môi trường xác định, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường
đi do quá trình này giảm dần sau đó đạt giá trị hầu như không đổi.
Khi năng lượng của bức xạ electron còn nhỏ, sự mất mát năng lượng của nó chủ yếu là do quá
trình ion hóa do va chạm và kích thích môi trường, sự mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm nhỏ
hơn. Tuy nhiên, khi năng lượng của bức xạ electron tăng lên, độ mất mát năng lượng do ion hóa và
kích thích môi trường chiếm tỉ lệ nhỏ dần, còn độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng dần.
Khi năng lượng của electron đạt đến giá trị đủ lớn thì độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm sẽ
trở thành chiếm ưu thế [9].
1.1.2. Quá trình phát bức xạ hãm
Do electron mang điện tích đi vào trong trường coulomb của hạt nhân nguyên tử mang điện tích
dương nó bị hút nên bị hãm lại nghĩa là vận tốc giảm dần, chuyển động có gia tốc. Gia tốc này càng
lớn khi điện tích của hạt nhân càng lớn. Theo điện động lực học, một hạt mang điện tích chuyển
động có gia tốc sẽ phát ra bức xạ điện từ gọi là bức xạ hãm. Bức xạ hãm có phổ liên tục, năng lượng
từ không đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt electron.
Độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm trên một đơn vị đường đi phụ thuộc vào nguyên tử
số của môi trường, mật độ khối của môi trường, năng lượng của hạt electron được [8, 9] xác định
theo công thức sau:
zf
cm
E
rZEN
dx
dE
e
e
bx 3
1
.
2
ln.
137
1
....4
2
22 (1.4)
Trong đó:
bxdx
dE
là độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do phát bức xạ hãm.
N là số nguyên tử khối của môi trường trong một đơn vị thể tích (mật độ khối).
E là động năng của electron, me là khối lượng nghỉ của electron.
Z là điện tích của hạt nhân.
Từ công thức (1.4) ta thấy mật độ mất mát năng lượng của hạt electron do phát ra bức xạ hãm
tăng theo hàm logarit tự nhiên của năng lượng. Với mức năng lượng lớn, khi năng lượng electron
tăng thì mật độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng lên nhưng độ mất mát năng lượng do
ion hóa lại không thay đổi. Độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do phát bức xạ hãm
cũng tỷ lệ với số hạt nhân bia.
Nói chung, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi của hạt electron phụ thuộc vào
nguyên tử số của môi trường. Với một môi trường xác định, khi năng lượng của chùm electron còn
nhỏ thì độ mất mát năng lượng do ion hóa và kích thích môi trường chiếm ưu thế, hay tỷ số giữa độ
mất mát năng lượng do bức xạ hãm với độ mất mát năng lượng do ion hóa và kích thích môi trường
nhỏ hơn một. Tỉ số này tăng dần khi năng lượng của electron tăng lên. Khi năng lượng của hạt
electron đạt đến một giá trị ngưỡng E0 nào đó, gọi là năng lượng tới hạn thì tỉ số trên bằng một,
nghĩa là khi đó độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do hai hiệu ứng bằng nhau:
bxvc dx
dE
dx
dE
(1.5)
Khi năng lượng E > E0 thì tỉ số trên lớn hơn một, độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm
chiếm ưu thế.
Từ thực nghiệm cho thấy rằng các năng lượng tới hạn Ec nói trên phụ thuộc vào điện tích hay
nguyên tử số môi trường. Khi năng lượng của hạt electron cỡ từ vài MeV trở lên, độ mất mát năng
lượng của nó do phát bức xạ hãm và do kích thích – ion hóa môi trường có thể liên hệ với nhau
bằng biểu thức [8, 9, 11, 15]:
800
EZ
dx
dE
dx
dE
vc
bx
(1.6)
Trong đó: E là năng lượng của hạt electron; Z là nguyên tử số của môi trường.
Từ công thức (1.6) trên ta thấy, năng lượng tới hạn ứng với tỉ số ở vế trái bằng một, nghĩa là khi
đó
Z
Ec
800
. Rõ ràng nguyên tử số của môi trường càng lớn thì năng lượng tới hạn càng giảm.
Chính xác hơn, người ta tính được năng lượng tới hạn theo nguyên tử số của môi trường [9].
EC = MeV
Z 2,1
800
(1.7)
Khi năng lượng của hạt electron lớn hơn năng lượng tới hạn rất nhiều, sự mất mát năng lượng do
quá trình bức xạ chiếm tỉ lệ lớn, nghĩa là hạt electron mất mát năng lượng chủ yếu do phát bức xạ
hãm. Môi trường có khả năng hãm bức xạ electron tốt là môi trường mà chùm bức xạ chuyển động
trong đó bị mất mát năng lượng nhanh nhất. Người ta sử dụng chiều dài làm chậm bức xạ của một
môi trường để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ electron của nó. Chiều dài làm chậm bức xạ của
môi trường là khoảng cách mà chùm electron chuyển động trong môi trường đó thì năng lượng sẽ bị
giảm đi một hệ số 367,0
1
e
do phát bức xạ hãm. Chiều dài làm chậm được tính bằng công thức sau
[9]:
Z
ZZ
A
X
287
ln).1.(
.4,716
0 (1.8)
Trong đó: Z, A là điện tích và số khối của nguyên tử môi trường.
Khi môi trường có cấu tạo gồm nhiều thành phần nguyên tử khác nhau thì chiều dài làm chậm
bức xạ của nó được xác định theo chiều dài làm chậm của tất cả các thành phần có trong nó. Lúc
này có thể xác định chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường phức tạp bằng công thức:
iM
i
n
i
i
XA
A
q
X
1
..
1
10
(1.9)
Trong đó: X0 là chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường phức tạp.
qi là hàm lượng nguyên tử số của môi trường.
AM =
n
i
iA
1
là số khối hiệu dụng của môi trường.
Xi là chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường chỉ có nguyên tử có số khối Ai.
Trong thực nghiệm người ta đi xây dựng một hệ thống số liệu về chiều dài làm chậm bức xạ của
từng nguyên tố để làm cơ sở tính chiều dài làm chậm của các môi trường phức tạp.
Từ khái niệm về chiều dài làm chậm bức xạ, ta có thể đưa ra công thức tính năng lượng trung
bình của hạt electron sau khi đi được đoạn đường trong môi trường có chiều dài làm chậm bức xạ
X0 là [9].
)exp(.
0
0
X
x
EE (1.10)
Trong đó: E0 là năng lượng ban đầu của bức xạ electron.
X0 là chiều dài bức xạ của môi trường.
E là năng lượng trung bình của hạt electron sau khi đi được đoạn đường x.
1.1.3. Quãng chạy của chùm electron trong vật chất
Do quỹ đạo của electron là đường ziczăc do đó quãng đường thực sự mà các electron có năng
lượng như nhau đi trong vật chất rất khác nhau. Quãng chạy của electron có năng lượng xác định,
được hiểu là bề dày lớp vật chất có khả năng hãm hoàn toàn chùm electron được tính theo phương
chuyển động của electron theo hướng vuông góc với bề mặt của lớp vật chất. Quãng chạy của
electron trong vật chất phụ thuộc vào năng lượng electron và môi trường thường được xác định theo
công thức bán thực nghiệm. Với năng lượng ban đầu của electron nhỏ hơn 3 MeV, trong [9, 15] đưa
ra công thức xác định quãng chạy của electron trong vật chất như sau:
)14,221(
11,0 2
0 ER
(1.11)
Trong đó: là mật độ khối của môi trường (g/cm3).
E0 là năng lượng ban đầu của electron, tính ra MeV.
R là quãng chạy của electron tính ra cm.
Gần đúng bậc nhất, quãng chạy của electron tỉ lệ thuận với năng lượng ban đầu của electron và tỉ
lệ nghịch với mật độ khối của môi trường. Khi năng lượng của electron lớn hơn 1 MeV (E0 > 1
MeV) sự phụ thuộc của quãng chạy của electron vào năng lượng của nó trong môi trường được [15]
biểu diễn bằng công thức sau:
)161,0.571,0(
1
0 ER
khi E0 > 1 MeV (1.12)
Các đại lượng , E0 và R đã được giải thích trong công thức (1.11).
Từ các công thức (1.11) và (1.12) nhận thấy quãng chạy của electron, được tính theo bề dày khối,
chỉ phụ thuộc vào năng lượng của electron.
1.2. Các đơn vị đo liều bức xạ
1.2.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số hạt
nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một lượng chất phóng xạ có N hạt
nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó được [3, 9] tính theo công thức sau:
)exp()exp(.. )0(0)()( tAtNN
dt
dN
A tt hay A = . N (1.13)
Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ.
là hằng số phân rã phóng xạ.
N là số hạt nhân phóng xạ hiện có.
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel tương ứng với một phân
rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ
phóng xạ của 1 gam 226Ra, tương ứng với 3,7.1010 phân rã trong một giây. Theo định nghĩa,
Becquerel và Curie có mối liên hệ như sau:
1Ci = 3,7.1010Bq.
1.2.2. Liều chiếu và suất liều chiếu
a. Liều chiếu
Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, trong môi trường chiếu xạ là không khí.
Liều chiếu ký hiệu là X, được [3, 4, 9] xác định theo công thức:
dm
dQ
X (1.14)
Trong đó: dm là khối lượng không khí tại đó chùm tia X hoặc chùm bức xạ gamma bị hấp thụ hoàn
toàn, kết quả tạo ra trên dm tổng các điện tích cùng dấu là dQ.
Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là C/kg. Coulomb trên
kilôgam được định nghĩa như sau:
"1 C/kg là liều bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1 kilôgam không khí ở
điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó 1 Coulomb ion cùng dấu".
Ngoài đơn vị C/kg, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị đo liều chiếu là Rơnghen, viết tắt là
R. Theo định nghĩa Rơnghen là một lượng bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1
kg không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó tổng điện tích của các ion cùng dấu là
2,58.10-4 C.
Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam sang Rơnghen theo tỷ lệ như sau:
1 R = 2,58.10-4 C/kg.
b. Suất liều chiếu
Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Suất liều chiếu, ký hiệu là
X được
[3, 4, 9] xác định theo công thức:
t
X
X
(1.15 a)
Trong đó: X là liều chiếu trong thời gian t.
Trong hệ SI, đơn vị đo suất liều chiếu là C/kg.s. Tuy nhiên trong thực nghiệm đơn vị đo suất
liều chiếu thường dùng là Rơnghen/giờ. Rơnghen/giờ được ký hiệu là R/h, thông thường suất
liều chiếu thường dùng nhiều hơn cả là R/h.
Với một nguồn phóng xạ, suất liều chiếu do nó gây ra tại một điểm cho trước tỷ lệ thuận với
hoạt độ phóng xạ của nó và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điểm đó tới nguồn. Xét
một nguồn phóng xạ có kích thước nhỏ, có độ phóng xạ A, suất liều chiếu do nó gây ra tại điểm M
cách nguồn một khoảng d được [9] xác định theo công thức gần đúng sau:
2
..525,0
d
AE
X
(1.15 b)
Trong đó: d là khoảng cách từ điểm khảo sát đến nguồn được đo bằng mét.
E là năng lượng trung bình của bức xạ gamma tính trên một phân rã.
A là hoạt độ phóng xạ của nguồn phóng xạ được đo bằng Ci.
X là suất liều chiếu được đo bằng R/h.
1.2.3. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ
a. Liều hấp thụ
Thực tế cho thấy những sự thay đổi trong môi trường chiếu xạ phụ thuộc chủ yếu vào liều hấp
thụ và liều tương đương. Với khái niệm liều hấp thụ và liều tương đương, cho phép mở rộng đối
tượng bức xạ nghiên cứu và môi trường chiếu xạ. Liều chiếu chỉ có thể áp dụng cho bức xạ gamma
hoặc tia X và môi trường chiếu xạ là không khí. Còn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng
cho các loại bức xạ ion hóa khác nhau và môi trường được chiếu xạ khác nhau.
Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số
dE
dm
. Trong đó dE là năng lượng trung
bình mà bức xạ ion hóa truyền cho lượng vật chất môi trường có khối lượng là dm [3, 9].
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là June/kilôgam, viết tắt là J/kg.
1 J/kg là lượng bức xạ chiếu vào môi trường chiếu xạ sao cho chúng truyền cho 1 kg môi trường
vật chất đó một năng lượng là 1 J.
Trong thực tế, ngoài đơn vị đo liều hấp thụ là J/kg, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là
Gy và Rad để đo liều hấp thụ. Rad được viết tắt từ: “Radiation absorbed dose”. Chuyển đổi từ J/kg
sang Rad hoặc Gray và ngược lại theo tỷ lệ sau [9, 11]: 1 Gy = 1 J/kg
10-2 J/kg = 1rad.
1 Gy = 1J/kg = 102 rad.
Qua các định nghĩa trên về liều hấp thụ và liều chiếu, nhận thấy giữa liều chiếu hấp thụ và liều
chiếu có mối liên hệ với nhau. Với loại bức xạ ion hóa xác định, môi trường chiếu xạ cho trước, thì
liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu. Liều hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ nhau theo công thức
sau [3, 9]:
D = f.X (1.16)
Trong đó: D là liều hấp thụ; X là liều chiếu còn f là hệ số tỷ lệ.
Hệ số tỷ lệ f thực chất là hệ số chuyển đổi từ liều chiếu sang liều hấp thụ. Giá trị của f tùy thuộc
vào môi trường chiếu xạ và đơn vị đo liều hấp thụ và liều chiếu tương ứng. Đối với không khí và
trong nước hệ số tỷ lệ f = 0,869
rad
R
.
b. Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ
D chính là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian. Suất liều hấp thụ được [3,
9] xác định theo công thức:
t
D
D
*
(1.17)
Trong đó: D là liều hấp thụ trong thời gian t.
Đơn vị đo suất liều hấp thụ là Gy/s hay rad/s.
1.2.4. Liều tương đương và suất liều tương đương
a. Liều tương đương
Đối với sinh vật và cơ thể sống, dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân có thể dẫn đến hiện tượng
làm biến đổi hoặc gây tổn thương nào đó cho đối tượng được chiếu xạ. Người ta gọi hiện tượng trên
là hiệu ứng sinh học. Với liều hấp thụ D cho trước, hiệu ứng sinh học còn phụ thuộc vào loại bức xạ
được sử dụng, điều kiện chiếu xạ, khoảng thời gian chiếu xạ. Đối với một sinh vật cho trước, để gây
ra một tổn thương xác định, trong các lần chiếu khác nhau thì cần một liều hấp thụ khác nhau. Khi
đánh giá ảnh hưởng của bức xạ đến hiệu ứng sinh học, thay cho liều hấp thụ ta dùng liều tương
đương, ký hiệu là H.
Với một loại bức xạ và môi trường sống xác định, liều tương đương tỷ lệ với liều hấp thụ. Liều
tương đương và liều hấp thụ liên hệ với nhau theo công thức sau [9]:
H = QND (1.18)
Trong đó: D là liều hấp thụ tính bằng rad.
H là liều tương đương tính bằng rem.
Q là hệ số phẩm chất của bức xạ.
N là hệ số tính đến các yếu tố khác nhau như sự phân bố của liều chiếu.
Hệ số phẩm chất Q dùng trong an toàn bức xạ đánh giá ảnh hưởng của các loại bức xạ lên đối
tượng sinh học, cho biết mức độ nguy hiểm của từng loại bức xạ đối với cơ thể sống. Hệ số phẩm
chất Q cho biết sự phụ thuộc của quá trình truyền năng lượng tuyến tính của bức xạ trong vật chất.
Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế (International Commission on Radiological Protection - ICRP)
đã khuyến cáo hệ số phẩm chất đối với các bức xạ thông thường ứng với năng lượng khác nhau. Giá
trị hệ số phẩm chất do ICRP khuyến cáo được cho trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ
Loại bức xạ và năng lượng Hệ số phẩm chất Q
Bức xạ gamma và tia X với mọi năng lượng 1
Electron với mọi năng lượng 1
Nơtron năng lượng nhỏ hơn 10 keV 5
Nơtron năng lượng từ 10 keV đến 100 keV Từ 10 đến 20
Nơtron năng lượng từ 100 keV đến 2 MeV 20
Nơtron năng lượng từ 2 MeV đến 20 MeV 10
Nơtron năng lượng lớn hơn 20 MeV Từ 5 đến 10
Proton năng lượng nhỏ hơn 2 MeV Từ 3 đến 5
Proton năng lượng lớn hơn 2 MeV 5
Hạt alpha và hạt nặng, mảnh phân chia 20
Trong hệ SI, đơn vị đo liều tương đương là Sievert, kí hiệu là Sv. Đối với bức xạ gamma, tia X
và electron nếu liều hấp thụ là 1 J/kg hay 1 Gy thì liều tương đương là 1 Sv. Từ công thức (1.18)
nếu D đo bằng rad, thì H đo bằng rem, còn nếu liều hấp thụ đo bằng Gy thì liều tương đương được
tính ra rem. Vì 1 Gy = 100 Rad, nên theo biểu thức (1.18) suy ra 1 Sv = 100 rem.
Như vậy, với cùng một đối tượng chiếu xạ và liều hấp thụ như nhau chẳng hạn
D = 100 rad, khi bức xạ chiếu là tia gamma liều hiệu ứng sinh học tương đương là 100 rem, còn với
nơtron nhanh liều tương đương sẽ là 1000 rem [9].
b. Suất liều tương đương
Suất liều tương đương chính là liều tương đương trong một đơn vị thời gian. Suất liều tương
đương ký hiệu
H được xác định theo công thức [9]:
* H
H
t
(1.19)
Trong đó t là thời gian, H là liều tương đương mà cơ thể sống nhận được trong thời gian t. Đơn
vị đo suất liều tương đương là Sv/s hoặc Sv/h.
Với suất liều chiếu gamma cho trước, liều hiệu dụng tương đương tỷ lệ thuận với thời gian
chiếu. Giữa liều hiệu dụng, liều tương đương và suất liều chiếu liên hệ với nhau theo công thức sau
[9]:
H = f.Q.N.
*
X .t (1.20)
Trong đó: f là hệ số tỷ lệ tùy thuộc vào môi trường, với không khí f = 0,869;
Q là hệ số phẩm chất; N là hệ số tính đến điều kiện chiếu và độ đồng đều khi chiếu,
t là thời gian chiếu;
*
X là suất liều chiếu; H là liều hiệu dụng tương đương.
1.2.5. Độ truyền năng lượng tuyến tính
Năng lượng của bức xạ bị hấp thụ trong vật chất chưa đủ để đặc trưng cho hiệu ứng sinh học
xảy ra trong vật chất. Thực nghiệm chỉ ra rằng các hiệu ứng sinh học phụ thuộc vào sự phân bố của
năng lượng đã bị hấp thụ trên đường đi của bức xạ trong vật chất. Để đặc trưng cho sự phân bố độ
mất mát năng lượng bức xạ trên đường đi trong vật chất, ta dùng khái niệm độ truyền năng lượng
tuyến tính, ký hiệu là LET viết tắt của “Linear energy transfer”. Độ truyền năng lượng tuyến tính,
được [9, 11] xác định theo công thức:
dE
LET
dl
(1.21)
Trong đó dE là độ mất mát năng lượng trên quãng đường dl.
Trong hệ SI đơn vị đo độ truyền năng lượng tuyến tính là J/m hoặc keV/ m.
Sự phân bố năng lượng bị hấp thụ của bức xạ trong vật chất còn tùy thuộc vào bản chất của mỗi
loại bức xạ. Đối với bức xạ ion hóa gián tiếp, độ truyền năng lượng tuyến tính nhỏ hơn nhiều so với
bức xạ ion hóa trực tiếp. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị LET trung bình của các loại bức xạ ion hóa
khác nhau trong môi trường là nước.
Bảng1.2: Giá trị LET trung bình trong nước của một bức xạ ion hóa
Bức xạ
Bức xạ gây ion hóa
môi trường
LET
(KeV/ m)
Mật độ ion
trên 1 m
Tia X Electron thứ cấp 0,28 8,5
Gamma Electron thứ cấp 0,36 11
Tia X (30KeV – 180KeV) Electron thứ cấp 3,2 100
Tia X 8 KeV Electron thứ cấp 4,7 145
Tia anpha 5 MeV Ion hóa trực tiếp 120 3700
Nơtron 12 MeV Proton 3,5 290
1.2.6. Liều giới hạn
Khi tiếp xúc với chất phóng xạ hoặc các nguồn phóng xạ và các bức xạ ion hóa, nhân viên công
tác bị chiếu xạ nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc vào liều hấp thụ mà nhân viên nhận
được, bức xạ hạt nhân sẽ ảnh hưởng khác nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm
việc với chất phóng xạ cần phải giảm ảnh hưởng của các bức xạ đến nhân viên. Về mặt an toàn bức
xạ hạt nhân, cần phải đưa ra những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người nhân viên
còn có thể làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa [9].
Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong một năm mà người làm
việc trực tiếp với bức xạ hạt nhân có thể chịu được, sao cho nếu bị chịu một liều hấp thụ tích lũy
liên tục như vậy trong nhiều năm liên tục vẫn không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân. Liều
hấp thụ cho phép còn phụ thuộc vào độ tuổi. Theo quy định chung về luật lao động, người có độ
tuổi từ 18 tuổi trở lên mới được làm việc trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã khuyến cáo
công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho phép trong một năm đối với nhân viên, chuyên viên làm
việc trực tiếp với nguồn phóng xạ trong một năm như sau [3, 9].
D = 50(N – 18) mSv hay D = 5(N – 18) rem
Trong đó: N là độ tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N 19, D là liều hấp thụ tích lũy trong một
năm. Tính trung bình, liều tích lũy cho phép là D = 50 mSv/năm. Đối với các đối tượng khác liều
hấp thụ cho phép giảm 10 lần. Giá trị liều hấp thụ tích lũy toàn thân cho phép D được các cơ quan
ICRP khuyến cáo tại các thời điểm khác nhau, được cho ở Bảng 1. 3.
Bảng 1.3: Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc với bức xạ tại thời
điểm khác nhau
Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị
150 mSv/năm 1950 ICRP
50 mSv/năm 1977 ICRP
20 mSv/năm 1990 ICRP
Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát Bức xạ hạt nhân Việt Nam, liều hấp thụ tương đương cho
toàn thân đối với nhân viên làm việc với nguồn phóng xạ và bức xạ hạt nhân là 20 mSv trong một
năm. Trong 5 năm có một năm liều hấp thụ trên toàn thân có thể lên tới 50 mSv. Tuy nhiên tổng liều
trong 5 năm liên tục không vượt quá 100 mSv [3, 9]. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy
ban An toàn Bức xạ Quốc tế. Tuy nhiên các cơ quan trong cơ thể người có mức nhạy cảm khác nhau
đối với bức xạ hạt nhân, nên có giới hạn cho phép tối đa đối với một số bộ phận có giá trị khác
nhau.
1.3. Hiệu ứng sinh học của electron
1.3.1. Cấu tạo tế bào của cơ thể người
Cơ thể người cấu tạo từ các cơ quan như tim, phổi, não,… Các cơ quan được cấu tạo từ các mô
như mô mỡ, da, xương,… Các mô được cấu tạo từ các tế bào. Tế bào là đơn vị sống cơ bản, kích
thước tế bào khoảng 20 micromet. Trong cơ thể con người có khoảng 1013 đến 1014 tế bào.
Tương tác giữa các bức xạ và cơ thể sống sẽ gây nên những thay đổi trong tế bào hay gây đột
biến dẫn đến hoạt động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng một cách hỗn loạn
dẫn đến ung thư.
Tế bào gồm có một nhân ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương, bao bọc quanh bào
tương là một màng gọi là màng tế bào. Mỗi bộ phận thực hiện chức năng riêng rẽ.
- Màng tế bào thực hiện trao đổi chất với môi trường ngoài.
- Bào tương là nơi xảy ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phân tử
đơn giản và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra (dị hóa), hay tổng hợp các phân tử cần thiết cho tế
bào.
- Trong nhân có AND là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng để thực hiện sự
tổng hợp chất.
- AND cũng chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào.
Tác dụng của sinh học chính của bức xạ là sự phá hỏng AND của tế bào [2, 9, 10, 11].
Hình 1.1: Cấu tạo tế bào của cơ thể người
1.3.2. Cơ sở sinh học của điều trị tia xạ
Năm 1943, tác giả Albert Bechem đã xuất bản cuốn sách “Các nguyên tắc liều lượng Radium,
và tia X”, được xem là cơ sở sinh học phóng xạ:
Vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn.
Các tế bào cơ thể trong giai đoạn phân chia nhạy cảm với tia xạ nhất.
Ngày nay ta còn áp dụng phương pháp tăng Oxy, tăng nhiệt ở vùng chiếu tia.
Để đề ra các kỹ thuật chỉ định tia xạ, người ta dựa trên các pha “phase” phân chia của tế bào,
trên sự phản ứng của các chất gian bào [9, 10, 11] Hình 1.2 (trong việc bảo vệ các tổ chức lành).
Tất cả các kỹ thuật điều trị tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối đa tại khối u, giảm đến
tối thiểu liều ở các mô lành xung quanh. Muốn vậy phải dựa trên sự khác nhau về độ nhạy cảm tia
xạ các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể.
Tế bào biệt hóa kháng tia hơn loại không biệt hóa.
Phân bố hợp lý tổng liều điều trị và liều lượng mỗi lần chiếu.
Chu kỳ sinh sản tế bào:
Sự tổng hợp S (Sythesis).
Phân chia M (Mitotic).
Sau phân chia G1:
+ S: Phase này kéo dài từ 1,5 36h, trung bình 8h, kháng tia.
+ G2: 30 1,5
h.
+ M: 30 2,5h nhạy cảm tia nhất.
+ G1: Kéo dài hàng tháng.
Chu kỳ sinh sản của tế bào được đưa trong Hình 1.2.
Hình1.2: Chu kỳ sinh sản của tế bào
Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua các
quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá
hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt. Đối với con người, cấu tạo
mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử H2O bị ion hóa, phân chia thành các cặp H
+ và
OH-, các ion này bị kích thích lại tạo ra các ion khác,… Năng lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể
người càng lớn thì số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này gây ra phản ứng rất mạnh, tác động
trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến là protein, lipit, AND làm cho cấu trúc của phân tử này bị
sai hỏng gây ra những hậu quả [9, 11]:
* Kìm hãm hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào.
* Làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới việc tế bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng hoặc gây đột
biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền
trên phân tử AND.
* Làm chết tế bào.
Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung thư.
1.3.3. Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể sống
Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion hóa có khả
năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ
thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu xạ H2O trong cơ thể phân chia thành H
+ và OH
-. Bản thân các cặp H+, OH- này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia
tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại.
Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%. Còn lại chủ yếu là
do tác dụng gián tiếp.
Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi qua cơ thể sinh vật
nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào. Sự hấp thụ năng lượng của tế bào
thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy.
Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra càng nhiều. Thông
thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vận tốc của hạt nhanh
hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác nhau. Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng
lại có khả năng ion hóa nhanh hơn.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình này
1. Sự ngăn cản phân chia tế bào: Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng trong quá trình
phân chia tế bào. Đây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ. Ngay ở cơ thể người
lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho các tế bào đã chết. Những
chỗ tổn thương do bức xạ có thể kìm hãm hoặc ngăn cản quá trình phân chia tế bào, và như vậy làm
suy yếu chức năng của tế bào và cơ thể.
2. Sự sai sót của nhiễm sắc thể: Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể. Đa số các trường hợp tổn
thương thường được hàn gắn và không có hậu quả gì gây ra. Tuy nhiên trong một số tổn thương có
thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền, những bộ phận này có thể quan sát được qua
kính hiển vi. Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của nhiễm sắc thể. Những sai sót xác
định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi một chức năng của tế bào. Tần số xuất hiện kiểu sai sót
của nhiễm sắc thể có một mối tương quan xác định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử
dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học.
3. Đột biến gen: Sự thay đổi lượng thông tin trong gen được biết với thuật ngữ biến đổi gen. Sự
hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể dẫn đến đột biến gen.
4. Sự chết của tế bào: Quá trình chiếu xạ có thể làm chết tế bào hoặc có thể dẫn tới tất cả hiệu ứng
trên. Quá trình chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong điều trị bệnh ung thư. Quá trình này
thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu một liều xác định. Hiệu ứng –
liều đối với tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu được biểu diễn trên Hình 1.3. Ở mức liều thấp,
đường cong có một đoạn suy giảm chậm. Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế
bào bị tổn thương.
Hình 1.3: Mối tương quan giữa liều lượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót của tế bào
Tuy nhiên ở liều cao hơn, khả năng sửa chữa của tế bào đạt ở mức bão hòa, tỷ lệ sống sót giảm
rất nhanh theo quy luật hàm mũ. Hình 1.4 chỉ sự phụ thuộc độ sai sót của nhiễm sắc thể vào liều
lượng. Các mối tương quan hiệu ứng - liều tương tự cũng quan sát thấy đối với hiệu ứng đột biến.
Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể được
phục hồi. Ngoài các yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng
với một liều lượng bức xạ, nếu cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra
hơn so với trường hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi
của tế bào ở cơ thể sống.
Hình 1.4: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc thể
1.4. Phương pháp xạ trị dùng chùm electron
1.4.1. Khái niệm và mục đích xạ trị
Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị bằng tia xạ trong y học, là một
trong ba phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với hai phương
pháp là phẫu thuật và hóa chất [1, 6]. Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng các bức xạ ion hóa hay các
tia xạ với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời gây ra
tổn thương nhỏ nhất cho các tế bào lành xung quanh.
Mục đích của phương pháp xạ trị là nhằm phá hủy các tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát triển
thêm nữa và sự lây lan của các khối u.
Điều trị bằng tia xạ sử dụng độc lập có thể chữa khỏi nhiều loại ung thư còn ở giai đoạn khu trú
tại chỗ như ung thư da, ung thư vòm họng, ở vùng đầu, cổ,….
Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phương pháp phẫu thuật trong những
trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn. Khi đó có thể chiếu xạ trước để giảm bớt kích thước
khối u cho dễ mổ, hạn chế sự di căn lúc mổ. Cũng có thể sử dụng chiếu xạ sau khi mổ để diệt nốt
những tế bào ung thư còn sót lại. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau khi mổ. Tùy theo từng
trường hợp ta có thể lựa chọn phương pháp điều trị sao cho đạt hiệu quả cao nhất.
Phương pháp xạ trị cũng có thể kết hợp với những phương pháp điều trị hóa chất để tiêu diệt
những tế bào ung thư tại khu vực mà điều trị hóa chất không thể tiêu diệt được.
1.4.2. Nguyên tắc điều trị bằng tia xạ
Phác đồ điều trị phải dựa trên những nguyên tắc sau [2]:
Đánh giá sự lan rộng của khối u bằng các biện pháp CT scanner, X - quang, phóng xạ… để
biết thể tích cần chiếu.
Biết rõ những đặc điểm bệnh lý của khối u.
Chọn lựa phương pháp thích hợp: Chỉ dùng xạ trị hay phối hợp phẫu thuật, hóa chất… hay
chọn phối hợp cả hai phương pháp, chọn loại tia thích hợp, chiếu từ ngoài vào hay đặt tại
khối u.
Quy định liều tối ưu và thể tích dựa trên vị trí giải phẫu, loại tổ chức học, độ ác tính… và
những cấu trúc lành trong vùng chiếu xạ. Bác sĩ không bao giờ do dự trong việc thay đổi
những điều đã quy định với những điều phát sinh.
Đánh giá từng giai đoạn về thể lực của bệnh nhân, sự đáp ứng của khối u và thể trạng của tổ
chức lành trong khu vực điều trị.
Bác sĩ điều trị phải cùng làm việc chặt chẽ với đội ngũ vật lý, kế hoạch điều trị và bộ phận đo
lường, không thể nhầm lẫn được khi đánh giá lâm sàng, hiểu sai về những quan niệm vật lý, không
hoàn hảo về phác đồ điều trị và thực hiện phác đồ.
1.4.3. Các phương pháp xạ trị
Có hai phương pháp xạ trị phổ biến đã và đang được sử dụng là xạ trị ngoài (hay còn gọi là xạ trị
từ xa) và xạ trị trong (hay còn gọi là xạ trị áp sát).
Xạ trị trong (hay còn gọi là xạ trị áp sát) là kỹ thuật xạ trị mà khoảng cách từ nguồn phóng xạ
đến các khối u là rất nhỏ. Trong phương pháp này người ta sử dụng các nguồn phóng xạ có dạng
kim, dạng ống, tube để đưa sát lại vùng có khối u. Có ba cách thực hiện kỹ thuật này: Cách thứ nhất
dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ,…; Cách thứ hai là dùng
các applicator để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; Cách thứ ba người ta sử dụng các kim
cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô,…
Xạ trị ngoài hay còn gọi là xạ trị từ xa là phương pháp xạ trị mà nguồn phát tia ở cách bệnh nhân
một khoảng nào đó. Đây là phương pháp rất phổ biến trong điều trị ung thư hiện nay. Phương pháp
này được tiến hành với chùm photon từ nguồn phát như nguồn Co60 hoặc chùm phát tia X năng
lượng cao được tạo bởi chùm electron đã được gia tốc bởi máy gia tốc tuyến tính lái cho đập vào
bia, cũng có thể dùng trực tiếp chùm electron đã được gia tốc phát ra từ máy gia tốc.
Nội dung của luận văn này đề cập đến xạ trị trực tiếp bằng chùm eletron được tạo ra từ máy gia
tốc PRIMUS – SIEMENS.
1.4.4. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc
a. Các thiết bị xạ trị từ xa
Các thiết bị cung cấp chùm bức xạ trong phương pháp xạ trị từ xa gồm có: máy Cobal 60, máy
phát tia X và máy gia tốc [1, 6].
Trước đây máy Cobal 60 được sử dụng khá rộng rãi trong phương pháp xạ trị từ xa. Cho đến nay
nó vẫn được áp dụng nhiều tại các cơ sở điều trị ung thư và vẫn đóng vai trò quan trọng tại các nước
đang phát triển, trong đó có Việt Nam.
Máy gia tốc ra đời cùng với sự phát triển, tin học đã tạo ra bước phát triển vượt trội về những
đặc tính vật lý cũng như sinh học phóng xạ. Ngày nay tại các nước công nghiệp phát triển, máy gia
tốc đã gần như thay thế hoàn toàn các thiết bị cũ trong lĩnh vực điều trị ung thư. Tại các nước đang
phát triển, ở các trung tâm điều trị quan trọng, máy gia tốc cũng đang được đưa vào áp dụng.
Từ những năm 1960 – 1970 người ta đã chế tạo ra một số máy gia tốc để ứng dụng trong xạ trị.
Đó là loại máy gia tốc có nguyên tắc chế tạo dựa trên nguyên lý của máy gia tốc Van de Graaff,
máy gia tốc Betatron. Tuy nhiên trong các loại máy gia tốc này cho năng lượng hoặc là ở mức độ
thấp hoặc năng lượng cao nhưng suất liều ở đầu ra của chùm tia còn thấp, mặt khác chúng lại khá
cồng kềnh nên không thuận tiện cho việc sử dụng trong các kĩ thuật điều trị đồng tâm.
Sau này, máy gia tốc tuyến tính (hay còn gọi là máy gia tốc thẳng hoặc Linac) xuất hiện đã trở
thành một công cụ vượt trội trong lĩnh vực điều trị bằng phương pháp xạ trị ngoài. Vượt lên hẳn các
máy gia tốc được ứng dụng trước đây với suất liều chùm tia cao hơn rất nhiều (khoảng 10 Gy/phút),
kích thước trường chiếu rộng, hoàn toàn đồng tâm, đặc biệt lại có kích thước nhỏ gọn hơn và ít ồn
hơn. Điều này đã làm cho Linac gạt các loại máy gia tốc kia ra ngoài lề.
b. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc
Kỹ thuật xạ trị từ xa trước đây thường được sử dụng những thiết bị tạo chùm tia photon là loại
máy Cobalt, máy phát tia X. Đây là những loại máy đơn giản cho năng lượng chùm tia tạo ra không
cao. Trong đó máy Cobalt được ứng dụng rộng rãi nhất. Nhưng bất lợi của nó là:
- Loại máy này chỉ cho hai loại chùm photon với năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV, nghĩa
là không điều khiển được năng lượng.
- Chùm tia có nhược điểm: độ đâm xuyên kém, liều mặt da cao, liều sâu phần trăm thấp, độ
rộng bán dạ của chùm tia lớn.
- Có độ rò rỉ bức xạ từ đầu nguồn. Suất liều bức xạ thấp và giảm theo thời gian. Do đó, càng
về sau thì thời gian điều trị càng phải kéo dài. Sau khoảng thời gian nào đó (khoảng 5 đến 7
năm) lại phải thay nguồn.
- Độ an toàn không cao. Do nguồn Cobalt 60 là nguồn phóng xạ nên nó luôn phát chùm tia
ngay cả khi ngừng chiếu xạ và ngay cả khi nguồn không được sử dụng bị thay đi.
Kĩ thuật xạ trị từ xa hiện đại nhất là sử dụng máy gia tốc tuyến tính. Trong đó chùm electron
được gia tốc bằng sóng cao tần theo nguyên lí gia tốc thẳng rồi được đưa ra ngoài sử dụng để điều
trị bằng electron hoặc được lái đập vào bia tạo ra chùm photon.
Phương pháp xạ trị sử dụng máy gia tốc tuyến tính là một bước tiến lớn trong kỹ thuật xạ trị hiện
đại. Cơ sở của nhận định này là dựa trên những ưu việt của máy gia tốc:
- Máy gia tốc có thể cho hai loại chùm tia là chùm electron và chùm photon.
- Có thể điều khiển được năng lượng chùm tia phát ra từ máy gia tốc.
- Kích thước của vùng bán dạ chùm tia nhỏ, suất liều bức xạ cao.
- Không cần thay thế nguồn bức xạ như trường hợp máy Cobalt.
- Độ an toàn phóng xạ cao, do máy gia tốc không có nguồn phóng xạ, nó chỉ phát chùm tia khi
hoạt động.
- Các đặc tính của chùm tia tốt hơn.
Để đáp ứng yêu cầu cao nhất cho mục đích xạ trị, máy gia tốc phải được thiết kế đạt yêu cầu cơ
bản:
- Chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc phải được xác định rõ năng lượng và có thể thay đổi
được kích thước.
- Liều lượng bức xạ của chùm tia phải đồng đều.
- Liều lượng bức xạ phát ra từ thiết bị phải ổn định trong suốt thời gian sử dụng. nghĩa là năng
lượng, cường độ và vị trí chùm tia có thể kiểm soát được.
- Liều lượng có thể đo đạc một cách chính xác.
- Hướng của chùm tia bức xạ có thể thay đổi được để có thể điều chỉnh được đến mọi vị trí
khác nhau.
- Hệ thống giường điều trị có thể chuyển động được theo ba chiều với độ chính xác cao.
- Hệ thống cơ khí ổn định, linh hoạt. Có hệ thống đo liều bức xạ, cảnh báo độ nhiễm phóng xạ,
che chắn đảm bảo khi vận hành thiết bị, tự động ngắt máy khi có sự cố.
Ở Việt Nam, máy gia tốc trong xạ trị được đưa vào sử dụng đầu tiên vào tháng 01 năm 2001, tại
Bệnh viện Ung Thư Trung Ương tạo ra hiệu quả điều trị ung thư rất cao, hầu hết bệnh nhân điều trị
đều cho kết quả điều trị rất tốt. Được sử dụng để điều trị ung thư vú, ung thư vòm họng, ung thư cổ
tử cung, phổi, não, xoang, hàm, ung thư da,… Bất lợi lớn nhất của phương pháp xạ trị này là chi phí
mua sắm, xây dựng cơ bản và bảo dưỡng hàng năm rất lớn. Giá trị một chiếc máy gia tốc khoảng 21
tỉ đồng, thời hạn sử dụng khoảng 15 năm. Tại Mỹ điều trị theo phương pháp này bệnh nhân phải trả
30 000 USD. Còn ở Việt Nam, chi phí phần lớn của bệnh nhân đã được Nhà nước hỗ trợ, bệnh nhân
phải trả một phần nhỏ. Đồng thời, để hỗ trợ cho xạ trị cần đến các công đoạn chụp X quang, chụp
cắt lớp CT, MRI,… để xác định chu vi, thể tích, vị trí khối u để lập kế hoạch điều trị chính xác. Các
công đoạn hỗ trợ cho việc xạ trị bằng máy gia tốc có thể được mô tả trong Hình vẽ 1.5 [7].
Máy gia tốc
Accelerator
Máy mô phỏng
Simulator
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch
điều trị TPS
CT - Scanner
Máy gia tốc
Accelerator
Máy mô phỏng
Simulator
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch
điều trị TPS
CT - Scanner
Khuôn chắn tia nhiều
lá
Giá định vị bệnh
nhân
Hình 1.5: Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản
Chương 2. MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS
DÙNG TRONG XẠ TRỊ
2.1. Nguyên lý làm việc của máy gia tốc electron
2.1.1. Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị
Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị thường được chia thành năm hệ thống là [2, 14]:
Hệ thống bơm, là một nguồn electron hay còn gọi là súng điện tử
Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton hoặc klyston, bộ
điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp trong đó electron được gia tốc,…
Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trò vận chuyển electron trong chân không từ ống dẫn
sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ.
Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh bằng nước, hệ thống
chất điện môi bằng ga để truyền vi sóng từ bộ phận phát sóng vô tuyến tới ống dẫn sóng.
Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia.
Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối đơn giản như
Hình 2.1.
Hình 2.1: Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị
Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với máy gia tốc là [1]:
- Hệ thống collimator chuẩn thông dụng.
- Hệ thống laser xác định trục quay của máy, trục thẳng đứng của chùm tia, bộ hiển thị chùm
tia bằng ánh sáng nhìn thấy.
- Hệ thống camera theo dõi bệnh nhân, hệ thống đàm thoại giữa thầy thuốc và bệnh nhân.
- Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; màn hình thông báo các số liệu liên quan tới việc điều
trị.
- Hệ thống che chắn phóng xạ.
- Hệ thống tự ngắt máy gia tốc khi có sự cố.
Các hệ thống liên quan đến quá trình điều trị bằng máy gia tốc [1]:
- Giường máy có thể điều khiển lên, xuống, quay theo các góc.
- Hệ thống tính liều lượng và lập kế hoạch điều trị.
- Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ,…
- Hệ thống làm khuôn chì,…
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc trong xạ trị
Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, do catot được nung nóng.
Các electron sinh ra từ súng điện tử được điều chế thành các xung sau đó được phun vào buồng tăng
tốc.
Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng ở đó năng lượng cung cấp cho electron được lấy từ bộ
phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 Mhz. Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng xung ngắn.
Các bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng, đó là các “van” magnetron và klystron.
Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với năng lượng đỉnh là 5 MW hoặc
hơn nữa để gia tốc điện tử. Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của
bức xạ vi sóng để chúng có thể được gia tốc. Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân
không sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với nguyên tử
khí.
Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chuyển động
chính xác dọc theo trục được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó là do lực đẩy
Coulomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lắp ghép không hoàn hảo làm cho cấu
trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm, do tác động của điện từ trường ngoài,… Do đó,
chùm electron gia tốc phải được lái một cách chủ động. Trước hết sử dụng một điện trường hội tụ
đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng. Sau đó các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng
lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng theo hướng ống dẫn sóng từ đó hướng ra ngoài theo
đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng đến bia tạo tia X.
Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron thì chùm electron được đưa trực tiếp vào đầu điều
trị qua một cửa sổ nhỏ. Sau đó được tán xạ trên các lá tán xạ hoặc được một từ trường quét ra trên
một diện rộng theo yêu cầu của hình dạng, diện tích trường chiếu trong các trường hợp điều trị cụ
thể. Chùm tia được tạo hình dạng bằng các bộ lọc phẳng, nêm, collimator sơ cấp, thứ cấp. Liều
lượng được kiểm soát bằng các detector.
Còn nếu chế độ phát tia X thì chùm electron đã được gia tốc lại được uốn theo một đường cong
thiết kế để đập vào bia. Chùm electron có động năng lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với các
nguyên tử vật chất và bị hãm lại, phát ra tia X năng lượng cao. Phổ năng lượng của tia X phát xạ và
suất liều bức xạ phụ thuộc vào mức năng lượng của điện tử, số nguyên tử, bề dày bia và chất liệu
dùng làm bia. Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định dạng phù hợp.
Hầu hết các máy gia tốc xạ trị hiện nay đều có hai chế độ phát chùm photon và chế độ phát
electron. Do đó, về cơ khí được chế tạo phù hợp để thay đổi cơ chế từ chế độ này sang chế độ khác
một cách linh hoạt. Ví dụ như bia tia X có thể đưa ra khi sử dụng chế độ phát tia X và được rút vào
khi phát chùm electron. Trong quá trình hoạt động, khi hãm chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do
đó cần có hệ thống làm nguội bằng nước.
Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và
giường điều trị. Các hệ thống này đều được kiểm soát an toàn bằng một chuỗi khóa liên động điện,
cơ khí, nhiệt độ, áp suất và kiểm soát chùm bức xạ với nhau.
2.2. Sơ đồ nguyên lý của máy gia tốc PRIMUS - SIEMENS dùng trong xạ trị
2.2.1. Nguyên lý gia tốc thẳng
Máy gia tốc tuyến tính là loại máy mà hạt tích điện được gia tốc nhờ điện trường một chiều hoặc
xoay chiều có điện thế cao và quỹ đạo hạt là đường thẳng khi chuyển động trong điện trường.
Năm 1932, Walt và Cokraft đã thành công trong việc biến đổi hạt nhân bền thành hạt nhân
phóng xạ bằng phản ứng hạt nhân với photon. Để gia tốc electron đạt đến năng lượng cần thiết, hai
ông dùng phương pháp gia tốc điện trường bằng một sơ đồ nối tiếp các tụ điện để tạo ra điện thế cao
từ 600 000 Volt đến 800 000 Volt và đưa điện áp đó vào trong chân không. Nhưng sử dụng điện
trường một chiều chỉ gia tốc 2 đến 3 MeV không thể giải quyết được những vấn đề liên quan đến
hạt nhân nguyên tử. Lawriton và Sloan đã giải quyết vấn đề bằng cách thay đổi việc sử dụng điện
trường một chiều bằng điện trường xoay chiều. Lúc đầu người ta nghi ngờ về khả năng điện trường
xoay chiều có thể gia tốc được các hạt hay không? Vì là điện trường xoay chiều nên hướng của điện
trường thay đổi theo chu kỳ. Khi hướng của nó trùng với hướng chuyển động của hạt thì hạt được
gia tốc. Nhưng khi điện trường có hướng ngược lại thì hạt sẽ bị giảm tốc. Nếu thời gian hạt được gia
tốc bằng thời gian hạt bị hãm thì quá trình này có thể nhận được một năng lượng đáng kể không?
Chính vì lý do đó mà thời gian đầu người ta đã nghĩ đến việc tạo ra các điện trường một chiều để
tránh sự thay đổi chiều của lực điện trường theo chu kỳ [2].
Do hạn chế về mặt năng lượng nên gia tốc electron nhờ điện trường một chiều trong máy gia tốc xạ
trị ít được sử dụng. Để thu được chùm electron với năng lượng cao người ta đã sử dụng phương
pháp gia tốc hạt trong điện trường xoay chiều. Sơ đồ gia tốc electron trong điện trường xoay chiều
có dạng như Hình 2.2a và Hình 2.2b:
Hình 2.2a: Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc
Hình 2.2 b: Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc
Giả thiết giữa các cực A và B được tạo ra một điện trường xoay chiều (Hình 2.2a).
Ta đặt vào giữa các cực này một loạt ống hình trụ được ký hiệu C1, C2, C3, C4,và C5. Ống C1, C3,
C5 được nối với điện cực B còn C2, C4 nối với cực A. Từ Hình vẽ 2.2a nhận thấy hiệu điện thế giữa
A và C1 bằng hiệu điện thế giữa C2 và C3 và bằng hiệu điện thế giữa C4 và C5. Tương tự điện thế
giữa C1 và C2 bằng điện thế giữa C3 và C4.
Giả sử tại thời điểm nào đó thế tại A âm còn ở B dương khi đó điện trường hướng từ C1 sang A,
còn tại đầu giữa C1 và C2 điện trường hướng từ C1 sang C2. Giả sử tại thời điểm này electron chuyển
động từ A sang C1, electron sẽ được gia tốc động năng thu được là eU. Chọn chiều dài ống C1 là l1
thích hợp để electron đi trong ống C1 mất ½ chu kỳ thì đến đầu kia của C1, điện trường tại hai đầu
C1 và C2 đổi chiều khi đó electron chuyển từ C1 đến C2 được gia tốc và động năng tăng thêm eU.
Như vậy khi chuyển động trong ống C2 động năng của electron là 2 eU. Cứ như vậy electron khi đi
trong ống C5 có động năng 5 eU. Nếu ta không chỉ sử dụng 5 ống mà nhiều hơn và độ dài ống được
lựa chọn sao cho mỗi lần điện trường thay đổi dấu trong khi hạt chuyển động trong ống thì hạt sẽ
được gia tốc mỗi lần đi từ ống này sang ống kia [2].
Để thực hiện việc gia tốc hạt là đồng bộ khi chuyển động trong các ống thì thời gian chúng
chuyển động trong mỗi ống phải bằng nhau. Điều đó đòi hỏi chiều dài các ống phải tăng dần. Thời
gian hạt được gia tốc đi trong các ống được tính theo công thức sau:
3
3
2
2
1
1
v
l
v
l
v
l
t (2.1)
Trong đó l1, l2, l3… và v1, v2, v3… là độ dài và vận tốc của hạt chuyển động trong các ống tương
ứng.
Mặt khác giữa thế gia tốc và động năng của electron liên hệ với nhau theo công thức:
eU
mv
2
2
(2.2)
Do đó:
m
eU
v
.1.2
1 ,
m
eU
v
.2.2
2 ,
m
eU
v
.3.2
3 … (2.3)
Từ công thức (2.1) và công thức (2.3) ta có:
...
3.22.21.2
321
m
eU
l
m
eU
l
m
eU
l
(2.4)
Vì vậy ta có tỷ số l1 :l2: l3: … = 1: 3:2 : …
Nếu như trong máy gia tốc có n điện cực thì năng lượng hạt thu được khi chuyển động từ cực
thứ nhất đến cực thứ n sẽ là eUn .
Như vậy có thể nói rằng nếu ta có một hệ thống gồm một lượng lớn điện cực có kích thước phù
hợp với một hiệu điện thế U nhỏ chúng ta có khả năng cung cấp cho hạt một năng lượng rất lớn.
Tần số của nguồn điện xoay chiều theo tính toán cỡ hàng chục MHz.
2.2.2. Các môđun chính và các thành phần của nó trong máy gia tốc tuyến tính
a. Các thành phần chính chứa trong khung đỡ như sau [2, 14]
1. Klystron (hoặc magnetron) là một loạt các khoang vi sóng đặt trên đỉnh bể chứa dầu cách ly và
cung cấp một nguồn vi sóng để gia tốc các electron.
2. Ống dẫn sóng mang nguồn công suất vi sóng này tới cấu trúc gia tốc trong dàn quay.
3. Circulator là một thiết bị được đưa vào trong ống dẫn sóng gia tốc để cách ly klystron khỏi các
sóng vi ba phản xạ trở lại từ cấu trúc gia tốc.
4. Hệ thống làm mát nước sẽ làm mát các thành phần khác nhau bằng cách giải phóng năng lượng
nhiệt và thiết lập sự ổn định nhiệt độ vận hành.
Hình 2.3: Sơ
đồ mặt cắt một máy gia tốc tuyến tính năng lượng cao cho xạ trị
(Các thành phần bên trong chứa trong khung đỡ và dàn quay)
b. Các thành phần chính trong dàn quay là [2]
1. Cấu trúc gia tốc gồm một loạt các khoảng vi sóng được cấp năng lượng bởi nguồn vi sóng được
cung cấp bởi klystron qua ống dẫn sóng.
2. Súng điện tử (hoặc catốt) cung cấp nguồn electron đưa vào ống dẫn sóng.
3. Từ trường uốn uốn các electron trên bia để tạo ra các tia X hoặc sử dụng chùm electron trực tiếp
cho điều trị.
4. Đầu điều trị bao gồm thiết bị định dạng và theo dõi chùm.
5. Bộ chặn chùm tia nhằm giảm yêu cầu về che chắn phòng đối với chùm tia điều trị thoát ra từ
bệnh nhân và có thể kéo ra từ phía chân dàn quay
6. Tủ điều chế chứa các thành phần phân bố và điều khiển nguồn điện sơ cấp tới tất cả các vị trí
của máy từ các kết nối, cung cấp các xung cao áp cho việc phun chùm tia và cho phát công
suất vi sóng.
7. Bàn điều khiển (Hình 2.4) là trung tâm hoạt động của máy gia tốc tuyến tính. Nó cấp xung định
thời để khởi động mỗi xung bức xạ. Nó theo dõi các thông số hoạt động chính của máy gia tốc
tuyến tính, bao gồm cả liều điều trị cho mỗi bệnh nhân.
Hình 2.4: Bàn điều khiển (trung tâm hoạt động của máy gia tốc tuyến tính)
2.2.3. Đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính
Các electron, phát ra từ súng điện tử, được gia tốc trong ống dẫn sóng gia tốc và sau đó được
mang dưới dạng một chùm tia hình bút chì, qua hệ thống vận chuyển chùm tới đầu điều trị máy gia
tốc, trong đó các photon và chùm electron lâm sàng được tạo ra. Như minh họa ở Hình 2.5 đầu điều
trị máy gia tốc tuyến tính gồm vài thành phần, các thành phần đó ảnh hưởng đến việc hình thành,
tạo dạng, định vị và theo dõi chùm tia lâm sàng [2].
Hình 2.5 a: Hình cắt đầu điều trị Hình 2.5 b: Sơ đồ mặt cắt đầu điều
của một máy gia tốc tuyến tính trị của một máy gia tốc tuyến tính
cho chùm electron và photon cho chùm electron và photon
2.2.4. Các hệ thống cơ khí
Trong suốt quá trình chiếu bức xạ điều trị, bệnh nhân cần phải được giữ yên. Cách tốt nhất để
thực hiện điều này là đặt bệnh nhân đó trong một vị trí thoải mái và bộ phát tia điều trị phải được
đặt thẳng với bệnh nhân. Các hệ thống được mô tả trong chương này được thiết kế chế tạo để thực
hiện các chức năng này.
2.3. Phương pháp thực nghiệm xác định một số thông số đặc trưng của chùm
electron từ lối ra của máy gia tốc PRIMUS – Siemens
2.3.1. Các thiết bị đo
Sử dụng các thiết bị đo liều có sẵn tại Bệnh viện K Hà Nội bao gồm: máy gia tốc tuyến tính xạ
trị, hệ thống phantom nước, hoặc phantom nhựa, hệ thống điều khiển và các buồng ion hóa đo liều.
2.3.1.1. Máy gia tốc tuyến tính xạ trị
Hãng sản xuất: Siemens - Xuất xứ: Đức.
Các tính năng của máy gia tốc tuyến tính này là có thể phát ra hai loại bức xạ (Photon và
Electron) với các mức năng lượng khác nhau phục vụ trong xạ trị:
Các mức năng lượng photon: 6 MeV và 15 MeV.
Các mức năng lượng electron: 5 MeV, 6 WeV, 7 MeV, 8 MeV, 9 MeV, 10 MeV, 12 MeV,
14 MeV và 15 MeV.
2.3.1.2. Thiết bị đo liều
Trong phương pháp xạ trị, việc kiểm tra liều chiếu từ máy gia tốc phải được tiến hành thường
xuyên bằng thiết bị đo liều chính xác do IAEA cung cấp.
Phần thực nghiệm của luận văn tiến hành đo phân bố liều trên máy gia tốc xạ trị PRIMUS tại
bệnh viện K Hà Nội, sử dụng thiết bị đang được dùng để kiểm tra liều chiếu hàng ngày tại đây.
Thiết bị đo là Dosimeter kết hợp với đầu đo là buồng ion hóa Farmer chamber FC65 – P.
Trên Hình 2.6 là thiết bị đo liều Dosimeter.
Hình 2.6: Thiết bị đo liều Dosimeter
Trên Hình 2.7 đưa ra dạng đầu đo FC65 – P được sử dụng trong luận văn
Hính 2.7: Đầu đo Farmer type chamber FC65 – P
Một số thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Farmer type chamber FC65 – P như sau:
Ứng dụng:
+ Đo liều tuyệt đối chùm photon và electron trong xạ trị.
+ Đo trong chất rắn, không khí, phantom nước. Sử dụng trong việc đo liều thường quy.
Các đặc trưng:
+ Buồng ion hóa không khí.
+ Có cấu trúc lớp nhựa vững chắc giúp việc kiểm tra liều hàng ngày.
+ Không thấm nước.
+ Có các lỗ thoát khí qua các lớp không thấm nước.
+ Được bảo vệ chắc chắn.
+ Cung cấp cho việc chuẩn máy và có hướng dẫn sử dụng.
Vật liệu
+ Điện cực ngoài POM (1,42 g/cm3).
+ Điện cực trong bằng nhôm (2,7 g/cm3).
Kích thước vùng hoạt
+ Thể tích thông thường 0,65 cm3.
+ Tổng chiều dài vùng hoạt 23,2 mm.
+ Đường kính bên trong của hình trụ 6,2 mm.
+ Độ dày của lớp vỏ 0,4 m.
Cáp và cầu nối
+ Kiểu kết nối TNC ba trục.
+ Chiều dài của dây cáp 1,4 m.
Thông số hoạt động
+ Dòng điện dò < 10-15 A.
+ Độ nhạy 21.10-9 C/Gys.
2.3.1.3. Phantom
Nhiệm vụ của luận văn là xác định phân bố liều của chùm tia electron phát ra từ máy gia tốc
PRIMUS – Siemens. Trong thực nghiệm ta tiến hành đo liều hấp thụ trong các phantom. Do cấu
tạo mô cơ thể con người chủ yếu là nước nên người ta sử dụng môi trường nước để đo liều hấp thụ
(gọi là phantom nước) khi tính toán liều để điều trị chính xác nhất. Nhưng trên thực tế, khi đo liều
lượng thường ngày không cần thiết đến loại phantom nước to, cồng kềnh, mà dùng loại phantom
đặc biệt tiện lợi hơn. Loại phantom này không nhất thiết phải có mật độ vật chất chính xác như mô
cơ thể mà chỉ gần đúng. Đó là các tấm mỏng làm bằng polystyrence có tỉ trọng lớn hơn nước một
chút. Trong đó có lỗ khoan để đặt đầu đo đúng với độ sâu đo liều tham khảo là 5 cm.
Việc đo liều hấp thụ trong các phantom có mật độ vật chất giống với mô cơ thể người nhằm mục
đích tính toán được liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân điều trị bằng tia xạ. Tuy nhiên việc hấp thụ
trong môi trường lại tỷ lệ thuận với liều chiếu.
2.3.1.4. Buồng ion hóa đo liều
Tên buồng ion hóa: CC13 - Loại: Buồng ion hóa Farmer (Farmer chamber) - Thể tích nhạy: 0,6
cm3. Điện áp sử dụng: 300 V.
Sử dụng hai buồng ion hóa đo liều với số hiệu lần lượt là: 8559 và 8560
Hình 2.8: Buồng ion hóa CC13
Buồng ion hóa chính (Field Ion chamber): Được đặt ở trong phantom nước, trong vùng chiếu
xạ. Sử dụng để đo liều tích lũy trong phantom nước tại các vị trí khác nhau.
Buồng ion hóa tham chiếu (Reference Ion chamber): Được đặt ở phía trên trong không khí,
trong vùng chiếu xạ. Sử dụng trong việc đo liều tham chiếu trong không khí để so sánh với liều
đo đạc trong phantom nước.
2.3.1.5. Phantom nước
Phantom nước đo liều là loại Blue Phantom - Kích thước 40x40x40 cm3 - Nhà sản xuất IBA
Dosimetry - Xuất xứ: Đức.
Hình 2.9: Phantom nước
Blue phantom thực chất là một thùng lập phương rỗng làm bằng Plastic được tích hợp các thiết
bị sau:
Thùng chứa nước: Chứa nước để bơm vào phantom khi cần đo.
Máy bơm nước: Bơm nước từ thùng chứa vào phantom khi cần thực hiện đo đạc và hút nước
ra khỏi phantom vào thùng chứa khi kết thúc.
Thiết bị nâng, hạ phantom để điều chỉnh khoảng cách từ nguồn đến bề mặt nước khi cần
thiết.
2.3.1.6. Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính
CCU (Control Unit) được kết nối với máy tính cài đặt phần mềm OmniPro-Accepts.
Có chức năng điều khiển sự di chuyển của buồng ion hóa chính trong phantom (lên, xuống, trái,
phải) theo các vị trí đã được lập trình sẵn trong phần mềm. Đồng thời CCU thu nhận tín hiệu từ hai
buồng ion hóa (chính và tham chiếu) và truyền tải về máy tính để phần mềm OmniPro-Accepts xử
lý.
Hình 2.10: Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU
2.3.1.7. Phần mềm thu nhận và xử lý số liệu
Tên phần mềm: OmniPro Accepts - Phiên bản: 6.6c: Là phần mềm được thiết kế với công nghệ
phần mềm mới đảm bảo chất lượng làm việc của các máy Linac nhanh và chính xác nhất. Điều đáng
chú ý là các quy trình làm việc của phần mềm theo định hướng tăng hiệu quả và giảm thời gian vận
hành mà vẫn đảm bảo được chất lượng điều trị của máy.
Nhà sản xuất: IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức.
Hình 2.11: Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts
Các chức năng chính:
Kết nối với CCU để dịch chuyển đầu dò đến các vị trí cần đo liều theo yêu cầu của phần
mềm mà người dùng đã nhập vào.
Thu nhận và xử lý số liệu từ buồng ion hóa.
Hiển thị kết quả đo đạc.
2.3.1.8. Hình học đo
Các đặc trưng của chùm electron sẽ được xác định đối với trường chiếu 10cm x 10cm (Sử dụng:
Applicator 10cm x 10cm Cone size ).
Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nước là SSD = 100 cm.
Buồng ion hóa được đặt trên trục chính của chùm tia để lần lượt đo liều hấp thụ trong nước tại các
độ sâu từ 20 cm cho đến 0 cm (bề mặt).
Máy gia tốc sẽ liên tục phát tia cho đến khi phép đo hoàn thành.
Hình 2.12: Bố trí hình học đo đạc
2.3.1.9. Phương pháp đo
Sử dụng các thiết bị đo đạc trình bày ở trên tiến hành việc đo đạc đặc trưng liều sâu phần trăm
của chùm electron với mức năng lượng 6 MeV; 9 MeV và 15 MeV.
2.3.2. Các đặc trưng của chùm electron năng lượng cao
Chùm electron từ súng điện tử trước khi đi vào hệ thống tăng tốc chùm electron có năng lượng
ban đầu nào đó. Sau khi đi qua hệ thống ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp, chùm electron
được gia tốc. Phổ năng lượng của chùm electron tại cửa sổ ra của đầu máy gia tốc có thể được đặc
trưng bởi số các thông số [16] như: năng lượng lớn nhất (Emax,a); năng lượng trung bình của electron
0E ; năng lượng với xác suất lớn nhất mà electron có thể đạt được (Ep,a). Dạng phổ năng lượng của
chùm electron khi bắt đầu ra khỏi hệ chân không, hay buồng gia tốc đi tới đầu ra của máy xạ trị
được đưa ra trên Hình 2.13 a.
Khi chùm electron đi qua lớp vật chất khác nhau từ đầu ra của máy gia tốc tới bề mặt phantom,
do tương tác với vật chất dẫn đến sự mất năng lượng của chúng. Kết quả của quá trình tương tác với
vật chất dẫn tới phổ của chùm electron rộng ra và dịch chuyển về phía năng lượng thấp. Điều này
cũng xảy ra khi các electron đi vào trong phantom. Điều này dẫn tới kết quả bề rộng r ứng với nửa
giá trị lớn nhất của phổ г tăng, hay гa< г0< гz. Ở đây các chỉ số dưới a, 0 và z tương ứng với hệ chân
không, bề mặt phantom và độ dày của phantom (Hình 2.13). Bởi vì phổ hơi bị nghiêng hướng về
vùng năng lượng thấp
0E , Ep,0 là không trùng nhau và 0E < Ep,0. Sự khác nhau giữa 0E , Ep,0 tăng lên
theo năng lượng truyền г0.
Hình 2.13: Phổ năng lượng của chùm electron và các thông số của nó
(a): sự phân bố năng lượng của chùm khi nó ra khỏi hệ chân không, bắt đầu vào cửa sổ của đầu
máy gia tốc.
(0): sự phân bố trên bề mặt phantom.
(z): sự phân bố tại độ sâu trong phantom.
Năng lượng trung bình E0 và năng lượng có xác suất lớn nhất Ep,a là các đặc trưng cơ bản của
chùm electron. Năng lượng có xác suất lớn nhất Ep,0 là thông số rất thuận lợi cho việc mô tả đường
cong đồng liều cũng như đường cong phân bố liều theo chiều sâu.
Năng lượng trung bình zE của electron tại độ sâu quan tâm z là thông số cần thiết cho việc xác
định thông số hình học chiếu và nó cho phép tính toán được liều hấp thụ.
2.3.3. Phân bố liều hấp thụ theo chiều sâu
Các đại lượng
0E , Ep,0 được xác định dựa trên vào các công thức bán thực nghiệm mô tả mối liên
hệ giữa năng lượng electron và thông số khoảng cách được xác định trên đường cong phân bố liều
hấp thụ theo chiều sâu trong phantom nước. Hình 2.14 là đường cong mô tả phân bố liều hấp thụ
theo chiều sâu trong phantom nước. Phân bố liều hấp thụ theo chiều sâu không phụ thuộc vào kích
thước trường chiếu mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng và góc chiếu [14].
Thông số khoảng cách được xác định dựa trên đường cong sự phân bố theo độ sâu của liều hấp
thụ như đã chỉ ra ở Hình 2.14. Khoảng cách thực tế Rp và nửa giá trị độ sâu R50 là đặc biệt quan
trọng đối với sự đo năng lượng Rp là chiều sâu mà tại đó hầu như các electron đã bị hấp thụ, chỉ còn
lại bức xạ hãm. Liều hấp thụ tại độ sâu lớn hơn Rp chỉ do bức xạ hãm gây ra. R50 là độ sâu tại đó
liều hấp thụ bằng 50% liều hấp thụ cực đại.
Mối quan hệ giữa khoảng cách và năng lượng theo kinh nghiệm sẽ đưa ra ở đây là hoàn toàn
hợp lí cho chùm electron rộng và song song. Khi sự phân bố liều sâu theo trục trung tâm không phụ
thuộc vào kích thước của trường chiếu, nó sẽ phụ thuộc vào năng lượng và sự truyền theo góc của
chùm tia. Theo kết quả thực nghiệm, việc sử dụng kích thước trường chiếu 12cm x 12cm, 20cm x
20cm hoặc lớn hơn nên dùng mức năng lượng trung bình là
0E = 15 MeV.
Hình2.14: Sự phân bố liều hấp thụ trong phantom nước
Các đại lượng trên Hình 2.14 có ý nghĩa như sau [14]:
Đại lượng Dm là liều hấp thụ cực đại.
Dx là liều hấp thụ do bức xạ hãm gây ra.
R100 là độ sâu ứng với liều cực đại Dm.
R50 là độ sâu tại đó liều hấp thụ bằng 50% liều cực đại.
R85 là chiều sâu tại đó liều bằng 85% liều hấp thụ cực đại, đây cũng chính là khoảng cách điều trị.
Rp là khoảng cách thực nghiệm mà tại đó chỉ đóng góp của chùm bức xạ hãm hay nói cách khác
chiều sâu tại đó chùm electron đã bị hấp thụ hoàn toàn.
Để xác định Rp ta kẻ tiếp tuyến với đồ thị đường cong phân bố liều tại độ sâu 50% như Hình 2.14.
Xác định Ep,0
Năng lượng với xác suất lớn nhất tại bề mặt là liên quan tới khoảng cách Rp theo công thức bán
thực nghiệm sau [14, 16]:
2321, ppop RCRCCE (2.5)
Với C1 = 0,22 MeV, C2 = 1,98 MeV.cm
-1 còn C3 = 0,0025 MeV/cm
2 phương trình này là hợp
lý đối với trường chiếu có kích thước rộng và cho hầu hết các máy gia tốc hiện tại. Đại lượng Rp
được xác định từ đường cong phân bố liều hấp thụ theo chiều sâu trong nước ứng với khoảng cách
từ đầu ra của chùm electron từ máy gia tốc đến bề mặt phanton nước 1m.
Xác định 0E
Năng lượng trung bình tại bề mặt của phantom liên quan tới R50 theo công thức bán thực
nghiệm sau [14, 16]:
0E = C4R50 (2.6)
Trong đó C4 = 2,33 MeV.cm
-1.
2.3.4. Năng lượng theo độ sâu
Năng lượng theo độ sâu của chùm electron được xác định theo công thức:
p
pp
R
z
EzE 10 (2.7)
pR
z
EzE 10 (2.8)
Trong đó Ep(z) là năng lượng có xác suất lớn nhất tại độ sâu z.
2.3.5. Độ lệch và sai số chuẩn
Giả sử chúng ta thực hiện phép đo đại lượng x lặp lại n lần với các kết quả lần lượt là x1, x2, x3,
…, xn theo [16] ta có các công thức sau:
Giá trị trung bình của phép đo:
n
i
ix
n
x
0
1
(2.9)
Độ lệch chuẩn:
n
i
ix xx
n 1
2
1
1
(2.10)
Sai số chuẩn:
n
i
ixx
xx
nnn 1
2
1
11
(2.11)
Chương 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
Phần kết quả thực nghiệm của luận văn tiến hành đo liều hấp thụ của bức xạ electron phát
ra từ máy gia tốc xạ trị Primus tại bệnh viện K Hà Nội với mức năng lượng 6 MeV; 9 MeV và 15
MeV.
3.1. Xác định các năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu
của chùm electron
Để xác định các năng lượng đặc trưng của chùm electron phát ra từ máy gia tốc luận văn đã dựa
vào mối quan hệ giữa năng lượng đặc trưng và thông số đặc trưng quãng đường. Thông số đặc
trưng quãng đường được xác định dựa vào đồ thị mô tả phân bố liều hấp thụ phần trăm của chùm
electron trong phantom nước như đã trình bày trong mục 2.3. Khoảng cách từ đầu máy gia tốc đến
bề mặt phantom nước là 100 cm. Với chùm electron năng lượng xác định tiến hành cho máy phát
với kích thước trường chiếu khác nhau. Cụ thể, trong quá trình đo chế độ chiếu không đổi suất liều
hấp thụ tại bề mặt phantom là 100G Y/15s.
3.1.1. Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron 6 MeV phát ra từ máy Primus
3.1.1.1. Phân bố liều hấp thụ phần trăm theo độ sâu trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
Với chùm electron năng lượng 6 MeV, đã tiến hành đo phân bố liều hấp thụ theo chiều sâu trong
phantom nước ứng với trường chiếu 5cm x 5cm; 10cm x 10cm; 15cm x 15cm. Kết quả đo liều hấp
thụ tại mỗi điểm ứng với độ sâu xác định trong phantom được so sánh với liều hấp thụ cực đại đo
được. Phần mềm OmniPro-Accepts cho biết liều hấp thụ tương đối tại mỗi điểm. Trong Bảng 3.1
đưa ra kết quả đo liều hấp thụ tương đối trong phantom đối với chùm electron năng lượng 6 MeV
ứng với trường chiếu khác nhau.
Bảng 3.1: Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 6 MeV gây ra trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm
0.0 0.776550 0.781780 0.795000 7.2 0.005010 0.005010 0.005000
0.3 0.806610 0.813810 0.818000 7.5 0.005010 0.005010 0.005000
0.6 0.869740 0.875880 0.873000 7.8 0.005010 0.004000 0.005000
0.9 0.939880 0.942940 0.936000 8.1 0.005010 0.005010 0.005000
1.2 0.992990 0.992990 0.985000 8.4 0.005010 0.004000 0.004000
1.3 1.002001 1.000000 0.996001 8.7 0.005010 0.005010 0.004000
1.4 1.000001 1.000001 1.000001 9.0 0.004010 0.004000 0.005000
1.8 0.904810 0.903900 0.932000 9.3 0.004010 0.004000 0.004000
2.1 0.737470 0.737740 0.781000 9.6 0.004010 0.004000 0.004000
2.3 0.594190 0.596600 0.638000 9.9 0.005010 0.004000 0.004000
2.4 0.499000 0.509510 0.557000 10.2 0.003010 0.004000 0.004000
2.5 0.425850 0.437440 0.471000 10.5 0.004010 0.004000 0.004000
2.6 0.344690 0.347350 0.391000 10.8 0.004010 0.004000 0.004000
3.0 0.098200 0.098100 0.123000 11.1 0.004010 0.004000 0.004000
3.3 0.023050 0.021020 0.031000 11.4 0.004010 0.004000 0.004000
3.6 0.006010 0.007010 0.007000 11.7 0.004010 0.004000 0.004000
3.9 0.006010 0.006010 0.006000 12.0 0.004010 0.004000 0.004000
4.2 0.006010 0.005010 0.006000 12.3 0.004010 0.004000 0.004000
4.5 0.006010 0.006010 0.005000 12.6 0.004010 0.004000 0.004000
4.8 0.005010 0.005010 0.005000 12.9 0.004010 0.003000 0.004000
5.1 0.005010 0.005010 0.005000 13.2 0.004010 0.004000 0.004000
5.4 0.006010 0.005010 0.005000 13.5 0.004010 0.004000 0.004000
5.7 0.005010 0.005010 0.005000 13.8 0.004010 0.004000 0.003000
6.0 0.005010 0.005010 0.005000 14.1 0.004010 0.003000 0.004000
6.3 0.005010 0.005010 0.005000 14.4 0.004010 0.004000 0.004000
6.6 0.005010 0.005010 0.005000 14.7 0.004010 0.004000 0.003000
6.9 0.005010 0.005010 0.005000 15.0 0.004010 0.003000 0.003000
Từ bảng số liệu tiến hành vẽ đồ thị phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom. Trên Hình 3.1;
Hình 3.2 và Hình 3.3 là đồ thị phân bố liều phần trăm theo độ sâu trong phantom nước của chùm
electron 6 MeV với các kích thước trường chiếu tương ứng là: 5cm x 5cm; 10cm x 10cm và 15cm
x 15cm.
Tc/độ sâu 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.3 1.4 1.5 1.8
5 0.77655 0.80661 0.86974 0.93988 0.99299 1.002001 1.000001 0.99399 0.90481
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 Hình 3.1:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV
trường chiếu 5cm x 5cm
dm = 1,3 cm
50R = 2,39 cm
pR = 2,95 cm
Tc/độ sâu 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.3 1.4
10 0.78178 0.81381 0.87588 0.94294 0.99299 1 1.000001
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5
Hình 3.2:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV
trường chiếu 10cm x 10cm
dm = 1,4 cm
50R = 2,41 cm
pR = 2,96 cm
Tc/độ sâu 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.3 1.4 1.5 1.8
15 0.795 0.818 0.873 0.936 0.985 0.996001 1.000001 0.996 0.932
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6
Hình 3.3:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV
trường chiếu 15cm X 15cm
Từ các đồ thị Hình 3.1, Hình 3.2 và Hình 3.3 xác định được chiều sâu ứng với liều hấp thụ cực đại
dm, R50 và Rp. Cụ thể ta có:
Với trường chiếu 5cm x 5cm ta có:
dm = 1,3 cm
dm = 1,4 cm
50R = 2,46 cm
pR = 2,95 cm
R50 = 2,39 cm
Rp = 2,95 cm
Với trường chiếu 10cm x 10cm ta có:
dm = 1,4 cm
R50 = 2,41 cm
Rp = 2,96 cm
Với trường chiếu 15cm x 15cm ta có:
dm = 1,4 cm
R50 = 2,46 cm
Rp = 2,95 cm
3.1.1.2. Xác định năng lượng đặc trưng của chùm electron 6 MeV
Từ các đồ thị Hình 3.1; Hình 3.2 và Hình 3.3 xác định được chiều sâu dm, Rp và R50 ứng với
các trường chiếu khác nhau như đã chỉ ra ở trên. Từ các giá trị R50 ứng với ba trường chiếu, theo
công thức (2.6) xác định được năng lượng trung bình của chùm electron 6 MeV khi bắt đầu ra khỏi
buồng gia tốc:
569,501 E MeV; 615,502 E MeV và 732,503 E MeV
Từ đó theo công thức (2.9) và (2.11) thu được giá trị năng lượng trung bình của chùm electron năng
lượng 6 MeV là:
)084,0639,5(0 E MeV
Tương tự từ Hình 3.1, Hình 3.2 và Hình 3.3 ứng với các trường chiếu 5cm x 5cm, 10cm x 10cm và
15cm x 15cm xác định được giá trị Rp tương ứng là 2,95 cm; 2,96 cm và 2,95 cm.
Theo công thức (2.5) xác định được năng lượng có xác suất lớn nhất tương ứng là
6,083 MeV; 6,103 MeV và 6,089 MeV. Theo các công thức (2.9) và (2.11) thu được giá trị trung
bình ứng với xác suất lớn nhất ứng với chùm electron 6 MeV là :
)007,0089,6()0( pE MeV
Như vậy giá trị năng lượng có xác suất lớn nhất sai khác với năng lượng chùm electron mong đợi
MeVMeVMeVE 089,00,6089,6 cỡ %5,1%100.
0,6
089,0
nằm trong phạm vi sai số cho phép.
3.1.1.3. Kết luận
Đối với chùm electron năng lượng 6 MeV, chiều sâu ứng với liều cực đại cỡ 1,37 cm, năng
lượng trung bình của chùm electron bằng (5,639 0,084) MeV, còn năng lượng của chùm electron
có xác suất lớn nhất là Ep(0) = (6,089 0,007) MeV, sai lệch so với giá trị mong đợi là:
MeVMeVMeVE 089,00,6089,6 = %5,1%100.
0,6
089,0
Từ đường cong liều hấp thụ phần trăm nhận thấy ở độ sâu cỡ 3,4 cm liều hấp thụ do chùm
electron gây ra bằng không. Đây chính là tính ưu việt của việc sử dụng chùm electron để xạ trị khối
u nông.
3.1.2. Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron 9 MeV phát ra từ máy Primus
3.1.2.1. Phân bố liều hấp thụ phần trăm theo độ sâu trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
Tương tự như chùm electron năng lượng 6 MeV, với chùm năng lượng electron năng lượng 9
MeV, đã tiến hành đo phân bố liều hấp thụ theo chiều sâu trong phantom nước ứng với trường chiếu
5cm x 5cm; 10cm x 10cm và 15cm x 15cm. Kết quả đo thu được liều hấp thụ tương đối trong
phantom được cho ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 9 MeV gây ra trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm
0.0 0.8310 0.8308 0.8448 7.8 0.0070 0.0080 0.0080
0.1 0.8330 0.8338 0.8469 8.1 0.0070 0.0080 0.0080
0.3 0.8450 0.8448 0.8579 8.4 0.0070 0.0080 0.0070
0.6 0.8800 0.8789 0.8889 8.7 0.0070 0.0080 0.0080
0.9 0.9100 0.9089 0.9189 9.0 0.0070 0.0080 0.0080
1.2 0.9400 0.9359 0.9419 9.3 0.0070 0.0070 0.0070
1.5 0.9690 0.9640 0.9690 9.6 0.0060 0.0070 0.0070
1.8 0.9930 0.9900 0.9920 9.9 0.0070 0.0070 0.0070
2.0 1.0000 1.0000 1.0000 10.2 0.0070 0.0070 0.0060
2.1 0.9990 1.0010 1.0000 10.5 0.0070 0.0060 0.0070
2.4 0.9810 0.9860 0.9830 10.8 0.0070 0.0070 0.0060
2.7 0.9270 0.9319 0.9319 11.1 0.0060 0.0070 0.0060
3.0 0.8270 0.8368 0.8368 11.4 0.0060 0.0070 0.0060
3.3 0.6860 0.6927 0.6987 11.7 0.0060 0.0070 0.0060
3.5 0.5790 0.5856 0.5876 12.0 0.0050 0.0070 0.0060
3.6 0.5210 0.5235 0.5345 12.3 0.0060 0.0070 0.0060
3.7 0.4620 0.4695 0.4735 12.6 0.0060 0.0060 0.0060
3.8 0.4040 0.4074 0.4134 12.9 0.0060 0.0070 0.0060
3.9 0.3440 0.3484 0.3554 13.2 0.0060 0.0060 0.0060
4.2 0.1840 0.1902 0.1952 13.5 0.0050 0.0060 0.0060
4.5 0.0790 0.0791 0.0881 13.8 0.0060 0.0060 0.0060
4.8 0.0270 0.0270 0.0330 14.1 0.0050 0.0070 0.0060
5.1 0.0120 0.0120 0.0120 14.4 0.0050 0.0060 0.0050
5.4 0.0090 0.0100 0.0100 14.7 0.0060 0.0060 0.0050
5.7 0.0080 0.0090 0.0100 15.0 0.0050 0.0060 0.0050
6.0 0.0090 0.0100 0.0090 15.3 0.0050 0.0050 0.0050
6.3 0.0080 0.0090 0.0090 15.6 0.0050 0.0050 0.0050
6.6 0.0080 0.0080 0.0090 15.9 0.0050 0.0060 0.0050
6.9 0.0080 0.0090 0.0090 16.2 0.0050 0.0050 0.0050
7.2 0.0080 0.0080 0.0090 16.5 0.0050 0.0050 0.0050
7.5 0.0080 0.0080 0.0090
Từ số liệu trong Bảng 3.2 tiến hành xây dựng đồ thị phân bố liều hấp thụ phần trăm theo chiều
sâu trong phantom ứng với kích thước trường chiếu khác nhau. Trên Hình 3.4; Hình 3.5 và Hình 3.6
là phân bố liều hấp thụ phần trăm của chùm electron 9 MeV trong phantom nước ứng với các
trường chiếu 5cm x 5cm; 10cm x 10cm và 15cm x 15cm.
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
5 0.831 0.833 0.845 0.88 0.91 0.94 0.969 0.993
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.4:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 9 MeV
trường chiếu 5cm X 5cm
Rm = 2,0 cm
50R = 3,63 cm
pR = 4,45 cm
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
10 0.83083 0.83383 0.84484 0.87888 0.90891 0.93594 0.96396 0.98999
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.5:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 9 MeV
trường chiếu 10cm X 10cm
dm = 2,1 cm
50R = 3,64 cm
pR = 4,46 cm
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
15 0.84484 0.84685 0.85786 0.88889 0.91892 0.94194 0.96897 0.99199
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6
Hình 3.6:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 9 MeV
trường chiếu 15cm X 15cm
Từ các đồ thị Hình 3.4; Hình 3.5 và Hình 3.6 xác định được chiều sâu ứng với liều hấp thụ cực đại
dm, R50 và Rp. Cụ thể ta có:
Với trường chiếu 5cm x 5cm ta có:
dm = 2,0 cm
dm = 2,05 cm
50R = 3,65 cm
pR = 4,43 cm
R50 = 3,63 cm
Rp = 4,45 cm
Với trường chiếu 10cm x 10cm ta có:
dm = 2,1 cm
R50 = 3,64 cm
Rp = 4,46 cm
Với trường chiếu 15cm x 15cm ta có:
dm = 2,05 cm
R50 = 3,65 cm
Rp = 4,43 cm
3.1.2.2. Xác định năng lượng đặc trưng của chùm electron 9 MeV
Từ các giá trị R50 ứng với ba trường chiếu, theo công thức (2.6) xác định được năng lượng trung
bình của chùm electron 9 MeV khi bắt đầu ra khỏi buồng gia tốc:
458,801 E MeV; 481,802 E MeV và 505,803 E MeV
Từ đó theo công thức (2.9) và (2.11) thu được giá trị năng lượng trung bình của chùm electron năng
lượng 9 MeV là:
)013,0481,8(0 E MeV
Tương tự từ Hình 3.4; Hình 3.5 và Hình 3.6 ứng với các trường chiếu 5cm x 5cm; 10cm x
10cm và 15cm x 15cm xác định được giá trị Rp tương ứng là 4,45 cm; 4,46 cm và 4,43 cm.
Theo công thức (2.5) xác định được năng lượng của electron có xác suất lớn nhất tương ứng là:
9,081 MeV; 9,101 MeV và 9,040 MeV.
Theo các công thức (2.9) và (2.11) thu được giá trị trung bình ứng với xác suất lớn nhất ứng với
chùm electron 9 MeV là:
)018,0074,9()0( pE MeV
Như vậy giá trị năng lượng của electron có xác suất lớn nhất sai khác với năng lượng chùm electron
mong đợi là:
MeVMeVMeVE 074,000,9074,9 cỡ %8,0%100.
0,9
074,0
.
3.1.2.3. Kết luận
Đối với chùm electron năng lượng 9 MeV, chiều sâu ứng với liều cực đại cỡ 2,05 cm, năng
lượng trung bình của chùm electron bằng (8,481 0,013) MeV, còn năng lượng của chùm electron
có xác suất lớn nhất Ep(0) = (9,074 0,018) MeV, sai lệch so với giá trị mong đợi:
9,074 MeV – 9,00 MeV = %8,0%100.
0,9
074,0
Từ đường cong liều hấp thụ phần trăm nhận thấy ở độ sâu cỡ 5,1 cm liều hấp thụ do chùm electron
gây ra bằng không. Đây chính là tính ưu việt của việc sử dụng chùm electron để xạ trị khối u nông.
3.1.3. Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của chùm
electron 15 MeV phát ra từ máy Primus
3.1.3.1. Phân bố liều hấp thụ phần trăm theo độ sâu trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
Điều chỉnh thế gia tốc để chùm electron ở lối ra của máy gia tốc có năng lượng 15 MeV. Lập lại
các phép đo tương tự như chùm electron năng lượng 6 MeV và 9 MeV. Trong Bảng 3.3 là kết quả
đo liều hấp thụ phần trăm phụ thuộc vào chiều sâu của phantom ứng với năng lượng chùm electron
năng lượng 15 MeV ứng với các trường chiếu 5cm x 5cm; 10cm x 10cm và 15cm x 15cm.
Bảng 3.3: Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 15 MeV gây ra trong phantom ứng với các
trường chiếu khác nhau
độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm độ sâu cm 5cmx5cm 10cmx10cm 15cmx15cm
0.0 0.926930 0.930930 0.939940 8.4 0.035040 0.037040 0.038040
0.1 0.928930 0.932930 0.940940 8.7 0.031030 0.035040 0.035040
0.3 0.935940 0.940940 0.949950 9.0 0.031030 0.034030 0.034030
0.6 0.962960 0.966970 0.971970 9.3 0.030030 0.034030 0.033030
0.9 0.979980 0.980980 0.985990 9.6 0.030030 0.033030 0.033030
1.2 0.985990 0.987990 0.994990 9.9 0.029030 0.033030 0.032030
1.5 0.992990 0.993990 0.998001 10.2 0.028030 0.032030 0.032030
1.8 0.998000 0.996001 1.000001 10.5 0.028030 0.032030 0.031030
2.0 0.999000 0.997001 1.001001 10.8 0.028030 0.032030 0.031030
2.1 1.000000 0.999001 1.001001 11.1 0.027030 0.030030 0.030030
2.2 1.001000 0.999001 1.001001 11.4 0.027030 0.030030 0.030030
2.3 1.001000 0.997001 1.000001 11.7 0.026030 0.029030 0.030030
2.4 1.001000 0.999001 1.000001 12.0 0.026030 0.029030 0.029030
2.5 1.000001 1.000001 1.000001 12.3 0.026030 0.029030 0.028030
2.6 0.998001 1.001001 1.000001 12.6 0.026030 0.028030 0.028030
2.7 0.999001 1.001000 0.999000 12.9 0.025030 0.028030 0.028030
3.0 0.990990 0.999000 0.996000 13.2 0.025030 0.027030 0.027030
3.3 0.975980 0.994990 0.990990 13.5 0.025030 0.027030 0.027030
3.6 0.957960 0.984980 0.981980 13.8 0.023020 0.026030 0.027030
3.9 0.927930 0.972970 0.967970 14.1 0.023020 0.027030 0.026030
4.2 0.888890 0.950950 0.944940 14.4 0.022020 0.026030 0.026030
4.5 0.839840 0.916920 0.913910 14.7 0.022020 0.026030 0.025030
4.8 0.776780 0.868870 0.870870 15.0 0.022020 0.025030 0.025030
5.1 0.706710 0.805810 0.810810 15.3 0.021020 0.025030 0.024020
5.4 0.628630 0.727730 0.736740 15.6 0.021020 0.023020 0.024020
5.7 0.546550 0.636640 0.646650 15.9 0.021020 0.023020 0.024020
5.8 0.517520 0.606610 0.614610 16.2 0.021020 0.023020 0.024020
5.9 0.491490 0.574570 0.583580 16.5 0.020020 0.023020 0.023020
6.0 0.461460 0.541540 0.550550 16.8 0.020020 0.022020 0.023020
6.1 0.431430 0.502500 0.517520 17.1 0.020020 0.022020 0.023020
6.2 0.400400 0.466470 0.481480 17.4 0.019020 0.022020 0.023020
6.3 0.371370 0.432430 0.447450 17.7 0.019020 0.021020 0.022020
6.6 0.284280 0.325330 0.339340 18.0 0.019020 0.022020 0.022020
6.9 0.202200 0.230230 0.240240 18.3 0.019020 0.021020 0.022020
7.2 0.138140 0.155160 0.158160 18.6 0.018020 0.021020 0.021020
7.5 0.091090 0.099100 0.099100 18.9 0.018020 0.021020 0.021020
7.8 0.059060 0.063060 0.064060 19.2 0.018020 0.020020 0.021020
8.1 0.041040 0.044040 0.046050 19.5 0.018020 0.020020 0.020020
Từ số liệu trong Bảng 3.3 tiến hành xây dựng đồ thị phân bố liều phần trăm theo chiều sâu trong
phantom ứng với kích thước trường chiếu khác nhau. Trên Hình 3.7; Hình 3.8 và Hình 3.9 là phân
bố liều hấp thụ phần trăm của chùm electron 15 MeV ứng với trường chiếu 5cm x 5cm; 10cm x
10cm và 15cm x 15cm trong phantom nước.
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2
5 0.92693 0.92893 0.93594 0.96296 0.97998 0.98599 0.99299 0.998 0.999
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.7:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 15 MeV
trường chiếu 5cm X 5cm
dm = 2,31 cm
50R = 5,86 cm
pR = 7,39 cm
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2
10 0.93093 0.93293 0.94094 0.96697 0.98098 0.98799 0.99399 0.996001 0.997001
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.8:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 15 MeV
trường chiếu 10cm X 10cm
dm = 2,64 cm
50R = 6,09 cm
pR = 7,37 cm
0 0.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2
15 0.93994 0.94094 0.94995 0.97197 0.98599 0.99499 0.998001 1.000001 1.001001
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Hình 3.9:
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng 15 MeV
trường chiếu 15cm x 15cm
Từ các đồ thị Hình 3.7, Hình 3.8 và Hình 3.9 xác định được chiều sâu ứng với liều hấp thụ cực đại
dm, R50 và Rp. Cụ thể ta có:
Với trường chiếu 5cm x 5cm ta có:
dm = 2,31 cm
dm = 2,15cm
50R = 6,14 cm
pR = 7,4 cm
R50 = 5,86 cm
Rp = 7,39 cm
Với trường chiếu 10cm x 10cm ta có:
dm = 2,64 cm
R50 = 6,09 cm
Rp = 7,37 cm
Với trường chiếu 15cm x 15cm ta có:
dm = 2,15 cm
R50 = 6,14 cm
Rp = 7,4 cm
3.1.3.2. Xác định năng lượng đặc trưng của chùm electron 15 MeV
Từ các giá trị R50 ứng với ba trường chiếu, theo công thức (2.6) xác định được năng lượng trung
bình của chùm electron 15 MeV khi bắt đầu ra khỏi buồng gia tốc:
654,1301 E MeV; 190,1402 E MeV và 306,1403 E MeV. Từ đó theo công thức (2.9) và công thức
(2.11) thu được giá trị năng lượng trung bình của chùm electron năng lượng 15 MeV là :
)201,0050,14(0 E MeV
Tương tự từ các giá trị Rp là 7,39 cm; 7,37 cm và 7,4 cm tương ứng với các trường chiếu 5cm x
5cm; 10cm X 10cm và 15cm x 15cm, theo công thức (2.5) xác định được năng lượng của electron có
xác suất lớn nhất tương ứng là 14,989 MeV; 14,948 MeV và 15,009 MeV. Theo các công thức (2.9)
và (2.11) thu được giá trị trung bình ứng với năng lượng của electron có xác suất lớn nhất ứng với
chùm electron 15 MeV là:
)018,0982,14()0( pE MeV
Như vậy giá trị năng lượng của chùm electron có xác suất lớn nhất sai khác với năng lượng chùm
electron mong đợi một đại lượng là :
MeVMeVMeVE 018,0000,15982,14 . Giá trị thực nghiệm sai khác so với giá trị năng lượng
mong đợi cỡ %12,0%100.
000,15
018,0
.
3.1.3.3. Kết luận
Đối với chùm electron năng lượng 15 MeV, chiều sâu ứng với liều cực đại cỡ 2,37 cm, năng
lượng trung bình của chùm electron bằng 201,0050,14( ) MeV còn năng lượng của chùm electron
có xác suất lớn nhất Ep(0) = (14,982 0,018) MeV, sai lệch so với giá trị mong đợi là:
MeVMeVMeVE 018,0000,15982,14 = %012,0%100.
000,15
018,0
Từ đường cong liều hấp thụ phần trăm nhận thấy ở độ sâu cỡ 8,4 cm liều hấp thụ do chùm electron
gây ra bằng không. Đây chính là tính ưu việt của việc sử dụng chùm electron để xạ trị khối u nông.
3.2. Xác định phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới trục của chùm
electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV
Trong phần 3.1 thông qua việc xây dựng đường cong phân bố liều phần trăm theo chiều sâu đã chỉ
ra tính ưu việt của việc sử dụng chùm electron trong xạ trị khối u nông. Phần thực nghiệm tiếp theo
của luận văn đánh giá độ đồng đều của liều hấp thụ tại các điểm nằm trên cùng mặt phẳng vuông
góc với trục của chùm electron. Để đánh giá độ đồng đều của chùm tia luận văn đã tiến hành xây
dựng đồ thị phân bố liều hấp thụ trong phantom nhựa theo khoảng cách tới trục của chùm electron.
Buồng ion hóa được đặt trong phantom ở độ sâu ứng với độ sâu tại đó liều hấp thụ cỡ 85% liều hấp
thụ cực đại. Tiến hành đo liều hấp thụ tại các điểm cách trục 0 cm; 1 cm; 2 cm; 3 cm; 4 cm; 5 cm và
6 cm về hai phía. Các phép đo được tiến hành trong 11 giây với chế độ phát electron không thay
đổi. Vị trí của buồng ion (điểm đo) đến trục của chùm tia được xác định chính xác bằng thước
quang học. Trong quá trình đo buồng ion hóa được dịch chuyển trên cùng mặt phẳng chính là
giường bệnh nhân nằm.
3.2.1 Phân bố liều hấp thụ của chùm electron 6 MeV phát ra từ máy Primus ở cùng
độ sâu với độ lệch trục khác nhau
Trong Bảng 3.4 là kết quả đo liều hấp thụ tại các điểm nằm trên mặt phẳng giường bệnh do
chùm electron năng lượng 6 MeV gây ra ứng với kích thước trường chuẩn 10cm x 10cm. Từ số liệu
thực nghiệm tiến hành xây dựng đường cong phân bố liều hấp thụ ở độ sâu 2,0 cm, ứng với khoảng
cách tới trục của chùm electron khác nhau. Kết quả được thể hiện trên Hình 3.10.
Bảng số 3.4: Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV ở trường chiếu
10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
năng lượng lần đo thời gian (s) độ lệch tâm cm liều hấp thụ mGY
6 MeV 1 11 -6 10.6
6 MeV 1 11 -5 122.6
6
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- LVVLVLNT014.pdf