Chuẩn liều các chùm photon từ hệ thống máy gia tốc xạ trị tại bệnh viện k trung ương, so sánh kết quả cấp quốc gia và quốc tế

Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 10 CHUẨN LIỀU CÁC CHÙM PHOTON TỪ HỆ THỐNG MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ TẠI BỆNH VIỆN K TRUNG ƯƠNG, SO SÁNH KẾT QUẢ CẤP QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ Nguyễn Xuân Kử* TÓM TẮT Độ chính xác và tính ổn định về suất liều của các máy phát tia nói chung và máy gia tốc xạ trị nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng, liên quan đến kết quả điều trị ung thư. Làm cách nào để đảm bảo và trì độ chính xác cũng như tính ổn định các suất liều đó phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và trình độ chuyên môn của các nhà Vật-lý. Nội dung bài báo trình bày phương pháp chuẩn liều và so sánh chéo quốc gia và quốc tế để đánh giá độ chính xác và tính ổn định về suất liều các chùm photon của hệ thống máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K Trung ương. Các mẫu nhiệt huỳnh quang (TLD) bằng chất liệu LiF, hình dạng “con nhộng” (capsule), được chiếu xạ với liều lượng 200c Gy (200MU) tại độ sâu 5 cm cho mức năng lượng 6MV và 10 cm cho mức năng lượng 15MV. Số liệu được gửi đi so sánh với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI, Bệnh viện Newcastles - Australia và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế - IAEA. Kết quả rất đáng khích lệ. Độ chính xác của các mức năng lượng 6MV và 15MV tương ứng là 99,7% và 100,6%. SUMMARY CALIBRATING OUT-PUT OF PHOTON BEAMS FROM RADIATION THERAPY LINACS SYSTEM AT NATIONAL CANCER HOSPITAL, COMPARING RESULTS WITH NATIONAL AND INTERNATIONAL LEVELS Nguyen Xuan Ku * Y Hoc TP. Ho Chi Minh – Vol.14 - Supplement of No 4 – 2010: 10 - 14 The accuracy and stability of the out-put (dose rate) of external beam facilities, in general and of Radiation Therapy Linacs, in particular plays a very important role related to outcome of cancer treatment. How to assure and maintain the stability as well as the accuaracy of those out-puts is strongly depended on competency and experience of Medical Physicist(s) at the Radiation Oncology Institution. The content of this paper present the methods of national and international external audit to assess the stability and accuracy of dose rate for photon beams from the Linear Accelerators system at K Hospital, Hanoi. The TLD batches of LiF in the form of capsule were irradiated with the dose of 200c Gy (200MU) at the depths of 5 cm for energy of 6MV and 10 cm for energy of 15MV. The results were compared to the VAEI, Newcastles Hospital -Australia and IAEA. They are very reassuring with the accuracy of is 99.7% and 100.6% for 6MV and 15MV respectively. ĐẶT VẤN ĐỀ Đo, chuẩn liều là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của các kỹ sư vật lý. Có nhiều phương pháp đo, chuẩn liều lượng bức xạ ion hóa từ các thiết bị dùng trong xạ trị ung thư. Tùy theo mục đích chuyên môn, những thiết bị và đầu đo (detector), chuẩn liều xạ trị có thể là loại chứa khí (buồng ion hóa), bằng chất bán dẫn (Diode), bằng nhiệt phát quang (TLD) v.v.. Sự chuẩn xác về suất liều phải được khẳng định và duy trì trong suốt thời gian sử dụng thiết bị. Để có thể tiến hành công việc, điều cần thiết là sự trang bị đồng bộ các thiết bị đo-chuẩn liều và kinh nghiệm cũng như trình độ chuyên môn của các kỹ sư vật lý tại cơ sở. Với các máy gia tốc xạ trị, công tác đo, chuẩn liều rất phức tạp và là công việc bắt buộc phải tiến hành thường xuyên, đúng quy trình kỹ thuật. Điều quan trọng là những kết quả đo liều phải được khẳng định bằng cách so sánh với tiêu chuẩn cấp quốc gia, tức Phòng chuẩn cấp II - Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam hay quốc tế, (cấp I) - Cơ Quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA. Sai số cho phép về đo liều vật lý trong xạ trị ung thư được khuyến cáo là ≤ ± 5%. * Bệnh viện K Trung ương Địa chỉ liên lạc: ThS. KS. Nguyễn Xuân Kử. ĐT: 098 330 1952. Email: ngxuanku@gmail.com Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 11 a). Bức xạ b). Nung nóng c). Các bẫy ion Miền dẫn B.xạ ion hóa Ánh sáng nhìn thấy Bẫy ion ĐÔI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP Các máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K TƯ được đo, chuẩn suất liều định kỳ và so sánh kết quả với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI; với Cơ quan Năng lượng Nguyên Tử Quốc tế - IAEA. Hệ máy đo DOSE-1 và buồng Ion hoá loại FC65-P của hãng WELLHOFER đã chuẩn qua Phòng chuẩn cấp II (Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam) được dùng làm phương tiện đo, kiểm tra liều lượng hàng ngày. Hệ phantom loại PMMA được dùng làm vật liệu thay môi trường nước để đo liều hấp thụ. Một số mẫu đo nhiệt huỳnh quang - TLD bằng hợp chất LiF được chiếu với liều lượng 100 cGy cho 2 loại năng lượng photon là 6MV và 15MV, tại độ sâu 5 cm và 10 cm tương ứng. Khoảng cách từ nguồn đến bề mặt phantom là 100cm. Phương pháp xác định liều hấp thụ được dựa theo tài liệu hướng dẫn kỹ thuật TEC-DOC 277 và 398 của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA. Mô hình chiếu xạ mẫu LiF (TLD) và bố trí thí nghiệm chiếu được minh họa trên hình 1. a) Mẫu LiF và giá đỡ b) Khoảng cách đặt mẫu LiF- SSD; SAD Hình 1. Mẫu TLD dùng LiF và thí nghiệm đo. Nguyên lý hoạt ñộng nhiệt phát quang-TLD Các hợp chất LiF khi bị chiếu xạ sẽ hấp thụ năng lượng trong mạng tinh thể. Nếu chất này sau đó được nung nóng, năng lượng đã hấp thụ sẽ được giải phóng thành dạng ánh sáng (hình 2). Ánh sáng này hoàn toàn tỷ lệ với năng lượng hấp thụ. Dùng quang phổ kế đo ánh sáng đó ta sẽ biết được năng lượng bức xạ đã chiếu. Hình 2. Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 12 Nguyên lý quá trình chiếu xạ và phát sáng của TLD a) Mô tả quá trình chiếu xạ: Các e- (điện tử) nhận được năng lượng sẽ chuyển động từ miền hoá trị (valence band), qua miền dẫn (conduction band) đến khi bị bẫy lại (electron taps). b) Khi được nung nóng, các e- được cung cấp nhiệt lượng đủ để thoát ra khỏi bẫy (traps), trở về trạng thái ban đầu (valence band) sẽ kèm theo sự phát sáng (visible light). Cường độ ánh sáng tỷ lệ thuận với liều lượng bức xạ đã hấp thụ. Phương pháp chuẩn liều hấp thụ trong phantom nước - Phantom có kích thước 30 cm x 30 cm. - Khoảng cách từ nguồn đến các mẫu LiF: 100 cm. - Hệ số chuẩn liều hấp thụ trong nước: ND,W= 4,775 x 107 Gy/C. Bảng 1 trình bày sự phụ thuộc của hệ số tán xạ kESC (Excess Scatter Correction) của một số năng lượng và kích thước trường chiếu. Bảng 1. Hệ số kESC phụ thuộc năng lượng va kích thước trường chiếu Kích thước trường chiếu (cm x cm) Năng lượng (MV) Độ sâu (cm) 5x5 10x10 20x20 γ 0,5 - 5,0 0,997- 0,986 0,996- 0,987 0,995- 0,989 2 0,4 - 5,0 0,998- 0,984 0,994- 0,982 0,997- 0,989 4 1,0 - 5,0 0.998- 0,994 0,997- 0,993 0,998- 0,993 6 1,5 - 5,0 0,999- 0,994 0,998- 0,994 0,998- 0,996 Phương pháp chuẩn liều và suất liều hấp thụ (Dose and Dose Rate) - Liều hấp thụ trong môi trường nước được tính theo công thức: Dw= Mu ND (Sw,air)uPu Trong đó (Sw,air)u là tỷ số năng lượng chặn. Pu là hệ số hiệu chỉnh sự nhiễu loạn. Trong trường hợp này Pu = 0,991. - Công thức xác định liều lượng giữa nước Mu(Water) và phantom Mu (plastic) như sau: Mu (Water) = Mu (plastic) hm. Trong đó hm là hệ số chuyển đổi liều hấp thụ giữa nước và vật liệu dùng làm phantom. Trong trường hợp này hm = 0,998. Mu = Mu0 PPTkhPs Trong đó: Mu0 là kết quả trung bình các phép đo. kh là hệ số hiệu chỉnh độ ẩm trong phòng. Ps là hệ số hiệu chỉnh phân cực điện áp cấp cho buồng Ion. Trong trường hợp này Ps= 1. ( ) ( )0 0 2,273 2,273 TP TP PPT + + = PTP là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất môi trường. Trong đó: P và T là áp suất và nhiệt độ của môi trường, P0 = 101kPa và T0 =20oC. Thực hành 1. Liều lượng 100 MU được chuẩn thành liều hấp thụ 100 cGy (100 MU) tại 5 cm cho mức năng lượng photon 6 MV, và độ sâu 10 cm nếu chọn năng lượng photon là 15 MV. 2. Tại bệnh viện K, các mẫu TLD dạng con nhộng (capsule) được đặt trong phantom nước tại độ sâu 5cm cho năng lượng photon 6MV. Kích thước trường chiếu (filed size): 10 cm x 10 cm, liều chiếu xạ 200 cGy (200 MU). Khoảng cách từ nguồn đến tâm mẫu LiF là SAD = 100 cm; SSD = 95 cm, hình 1(b). Thông thường, mỗi lần các mức năng lượng photon cần chiếu tối thiểu 2 mẫu (2 capsule). Ngoài ra, có một mẫu (một capsule) được gửi kèm trong quá trình vận chuyển nhưng không chiếu xạ với mục đích bù trừ “phông” tự nhiên. 3. Các mẫu này sau đó được gửi đến VAEI hoặc sang Austria (Áo) - (tùy theo chương trình và thời gian chuẩn) để đọc và so sánh kết quả. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả Bảng 2. Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và IAEA Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 13 Bệnh viện K IAEA Năng lượng photon Thời gian ño, chuẩn 6 MV Kết quả trung bình Sai số tương ñối % (*) 6 MV 4-2005 200 cGy 198 cGy 1,3% 6 MV 5-2006 200 cGy 201 cGy -0,6% 6 MV 3-2007 197 cGy 200 cGy -2,1% 6 MV 3-2007 198 cGy 200 cGy -1,2% 6 MV 3-2007 197 cGy 201 cGy -2,1% 6 MV 3-2007 198 cGy 200 cGy -1,2% Bảng 3. Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và BV Newcastles -Australia Bệnh viện K BV. Newcastles Năng lượng photon Thời gian ño, chuẩn 6 MV Kết quả trung bình Sai số tương ñối % (*) 6 MV 12-2000 100 cGy 99,9 - 1% 15 MV 12-2000 100 cGy 100,6 0,6% Bảng 4. Kết quả chiếu xạ mẫu LiF của Bệnh viện K và VAEI Bệnh viện K VAEI Năng lượng photon Thời gian ño, chuẩn 6 MV Kết quả trung bình Sai số tương ñối % (*) 6 MV 2006 200 cGy 203 cGy -1,47% 6 MV 2006 200 cGy 199 cGy 0,5 % 6 MV 2010 200 cGy 205 cGy -2,43 % 6 MV 2010 200 cGy 205 cGy -2,43 % Ghi chú: * Sai số tương đối được tính bằng: 100 × (liều báo cáo của BV – liều trung bình nơi so sánh)/liều trung bình nơi so sánh. Bàn luận Qua các bảng kết quả những mẫu TLD LiF được chiếu xạ so sánh với Viện năng lượng Nguyên tử Việt Nam - VAEI, Bệnh viện Newcasles-Australia và Cơ Quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA từ năm 2000 cho đến nay (năm 2010) cho thấy độ lệch và sai số về suất liều của hệ thống các máy gia tốc xạ trị của bệnh viện K Trung ương không có giá trị nào vượt quá 3% (sai số cho phép là ± 5%). Suất liều các máy luôn được duy trì ổn định. Ở đây, sai số của chúng tôi nằm trong khoảng ± 0,6% – 2,43%. Một điều rất đáng khích lệ. Từ những kết quả được thông báo, chúng tôi hoàn toàn yên tâm với công việc của mình trong công tác phục vụ điều trị người bệnh. Hy vọng rằng những cơ sở xạ trị khác trong cả nước cũng được triển khai một cách thường xuyên công tác đo, chuẩn liều vật lý theo phương pháp so sánh từ xa trong khuôn khổ quốc gia hoặc quốc tế. Sự kiểm soát liều lượng trong xạ trị nói chung đang là mối quan tâm sâu sắc của các cán bộ chuyên môn cũng như các nhà quản lý về việc thực hiện nghiêm túc quy trình kỹ thuật “Đảm bảo chuẩn chất lượng trong xạ trị”, QA-QC mà chúng ta đang xây dựng thành chương trình quốc gia. Trong đo, chuẩn liều lâm sàng, các mẫu TLD bằng hợp chất LiF cho kết quả rất đáng tin cậy, nhưng hiện nay vẫn phải nhập ngoại. Nếu một cơ sở nào đó trong nước sản xuất được loại vật liệu với đặc tính năng tương đương thì sẽ có thể triển khai áp dụng rộng rãi cho các cơ sở xạ trị trên toàn quốc. KẾT LUẬN Liều lượng vật lý các máy phát tia tại Bệnh viện K Trung ương được đo chuẩn thương xuyên với độ sai số đạt tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế (≤ ± 2%). Hệ thống các máy phát tia nói chung, máy gia tốc xạ trị nói riêng được duy tu, bảo dưỡng định kỳ, đúng quy trình kỹ thuật là yếu tố hết sức quan trọng để đảm bảo sự ổn định về suất liều của thiết bị. Điều Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 14 này đã góp phần tích cực vào sự thành công và nâng cao chất lượng xạ trị ung thư. Từ thực tế công việc, trình độ chuyên môn nghiệp vụ của đội ngũ kỹ sư vật lý Bệnh viện K ngày một nâng cao.g TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. An International Code of Practice, Second Edition-IAEA, VIENNA, 1997: Absorbed Dose Determination in Photon and Electron beams; Tr: 42-43. 2. Medical Physics Journal- AAPM, December, 2000: Absorbed Dose beam quality conversion facters for cylindrical chambers in high energy photon beams. Tr: 2767-2768. 3. Nguyễn Xuân Cử. Phương pháp Chuẩn liều so sánh bằng nhiệt huỳnh quang TLD với IAEA- Tài liệu chuyên đề những ngày khoa học Việt- Pháp về Ung thư, Hà nội 16-18/3/1998, Tr: 94-96. 4. Peter Metcalfe, Tomas Kron and Peter Hoban. The Phycics of Radiotherapy X-rays from Linear Accelerator. Medical Physics Publishing Madision- 1997, Tr: 160-161. Tổng quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 14 * Phụ bản của Số 4 * 2010 Chuyên ñề Ung Bướu 15