Tính toán che chắn đảm bảo an toàn bức xạ cho phòng máy gia tốc xạ trị năng lượng cao tại Bệnh viện Ung Bướu thành phố Hồ Chí Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu tính toán che chắn phòng máy gia tốc xạ trị năng lượng cao để đảm bảo ATBX cho nhân viên bức xạ, dân chúng xung quanh khu vực xạ trị. Tuy nhiên việc tính toán này thường mất rất nhiều thời gian và công sức. Từ đó, đề tài này đã được hình thành với ý tưởng xây dựng một phần mềm dựa trên Excel để tăng tính tự động hóa nhằm rút ngắn thời gian tính toán, giảm thiểu sai lầm chủ quan và giúp người dùng có một cái nhìn tổng quát hơn khi tính toán che chắn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tính toán che chắn đảm bảo an toàn bức xạ cho phòng máy gia tốc xạ trị năng lượng cao tại Bệnh viện Ung Bướu thành phố Hồ Chí Minh

XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ TÍNH TOÁN CHE CHẮN ĐẢM BẢO AN TOÀN BỨC XẠ CHO PHÒNG MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ NĂNG LƯỢNG CAO TẠI BỆNH VIỆN UNG BƯỚU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN TRUNG HIẾU1, ĐẶNG THỊ MINH TÂM2, HOÀNG THỊ KIỀU TRANG3, NGUYỄN THỊ VÂN2 ĐẶT VẤN ĐỀ sở khám chữa bệnh này đã nghiên cứu tính toán thiết kế che chắn phòng máy gia tốc xạ trị để đảm Ung thư đang là một trong những thách thức bảo an toàn bức xạ cho các nhân viên y tế và dân sức khỏe cộng đồng quan trọng nhất của thế kỷ 21. chúng xung quanh. Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), số ca mắc mới ung thư tại Việt Nam không ngừng Trong hoạt động xạ trị, khi cơ sở y tế được tăng, từ 68.000 ca năm 2000 lên 126.000 năm 2010. trang bị mới hoặc thay thế một thiết bị phát bức xạ, Năm 2018, số ca mắc mới tăng lên gần 165.000 phòng máy sử dụng thiết bị đó cần được đánh giá ca/96.6 triệu dân, khoảng một nửa số bệnh nhân về mặt đảm bảo an toàn bức xạ cho con người ung thư được chỉ định điều trị bằng xạ trị sử dụng và môi trường xung quanh trước khi tiến hành xây máy gia tốc. Cơ quan Năng Lượng Nguyên tử dựng. Cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật và công Quốc tế (International Atomic Energy Agency, IAEA) nghệ, ngày nay các thiết bị phát bức xạ, cụ thể là đã ước tính có khoảng 2.500 máy gia tốc xạ trị được các máy gia tốc thẳng ngày càng được phát triển về sử dụng vào năm 1998 tại các nước đang phát triển mức năng lượng cũng như về mặt cơ khí để có thể và có thể cần thêm 10.000 máy như vậy vào áp dụng nhiều kỹ thuật tiên tiến trong xạ trị như năm 2015. Nhu cầu tính toán xây dựng phòng máy IMRT, VMAT, IGRT, SBRT, SRS,... nhằm điều trị gia tốc xạ trị để đảm bảo an toàn bức xạ (ATBX) cho bệnh nhân ung thư một cách hiệu quả nhất, cho nhân viên y tế và cộng đồng xung quanh là trong thời gian ngắn nhất. rất cần thiết. Năm 2006, Cơ quan Năng lượng Năm 2018, Bệnh viện Ung Bướu đã đưa vào Nguyên tử Quốc tế đã công bố ấn phẩm Safety hoạt động 02 máy gia tốc nhiều mức năng lượng Reports Series No.47 hướng dẫn tính toán che chắn (True Beam của Varian), sử dụng 04 mức năng cho phòng máy gia tốc xạ trị nhằm đảm bảo an toàn lượng photon 06 MV, 08 MV, 10 MV, 15 MV; 02 mức bức xạ. năng lượng photon cường độ cao 6X FFF, 10X FFF; Từ đó đến nay, công bố IAEA No.47 này vẫn là 07 mức electron từ 6 MeV đến 22 MeV; hệ thống tài liệu tham khảo chính cho việc xây dựng cơ sở MLC 120 lá; hệ thống lập kế hoạch điều trị với nhiều phòng máy gia tốc xạ trị. Trên thế giới tại các quốc tính năng vượt trội có thể điều trị bệnh nhân ung thư gia có nền y tế phát triển đã áp dụng đánh giá thiết bằng kỹ thuật cao. Việc đánh giá thiết kế che chắn kế che chắn phòng máy gia tốc xạ trị để đảm bảo đảm bảo an toàn bức xạ cho phòng máy gia tốc an toàn bức xạ. Tiêu biểu, năm 2010, Hội đồng năng lượng cao khác với Để đánh giá thiết kế che Quốc gia Hoa Kỳ về An toàn và Đo lường Bức xạ chắn đảm bảo an toàn bức xạ cho phòng máy gia (National Council on Radiation Protection and tốc năng lượng cao này, bề dày của tường che chắn Measurements, NCRP) đã công bố tác phẩm NCRP và cấu trúc phòng cần được tính toán và phân tích 151 là kết quả nghiên cứu tính toán che chắn đảm cụ thể. Từ mức năng lượng 10MV trở lên sẽ xuất bảo an toàn cho phòng máy gia tốc xạ trị tại Bệnh hiện nhiễm bẩn neutron, che chắn an toàn đối với viện Montreal General (MGH) ở Canada. neutron cần được quan tâm. Vì thế, việc hiểu rõ phương pháp tính toán che chắn phòng máy gia tốc Tại Việt Nam, trong thành phố Hồ Chí Minh, đã xạ trị năng lượng cao True Beam của Varian để có các cơ sở khám chữa bệnh sử dụng máy gia tốc phục vụ cho công tác xin cấp phép hoạt động, kiểm để điều trị cho bệnh nhân như Bệnh viện Ung Bướu, định chất lượng máy gia tốc hàng năm và đảm bảo Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Quân Y 175, Bệnh viện Nhân dân 115, đội ngũ kỹ sư vật lý tại các cơ 1 KS. Trưởng Khoa Kỹ thuật Phóng xạ - Bệnh viện Ung Bướu TP. HCM 2 KS. Khoa Kỹ thuật Phóng xạ - Bệnh viện Ung Bướu TP. HCM 3 Giảng viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 267
XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ an toàn bức xạ cho nhân viên y tế, dân chúng xung Bảng 1. Năng lượng ngưỡng tối thiểu cho phản ứng quanh khu vực xạ trị là rất cần thiết. (γ, n) trong kim loại MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Năng lượng Nguyên Khối lượng Abundance (%) ngưỡng Nghiên cứu tính toán che chắn phòng máy gia tử nguyên tử (MeV) tốc xạ trị năng lượng cao để đảm bảo ATBX cho Al 27 100 13.1 nhân viên bức xạ, dân chúng xung quanh khu vực xạ trị. Fe 54 5.8 13.4 Tuy nhiên việc tính toán này thường mất rất Cu 65 30.8 9.91 nhiều thời gian và công sức. Từ đó, đề tài này đã W 183 14.3 6.19 được hình thành với ý tưởng xây dựng một phần Pb 207 22.1 6.74 mềm dựa trên Excel để tăng tính tự động hóa nhằm rút ngắn thời gian tính toán, giảm thiểu sai lầm chủ Từ NCRP 1984 quan và giúp người dùng có một cái nhìn tổng quát hơn khi tính toán che chắn. Hiệu suất của phản ứng photoneutron phụ TỔNG QUAN thuộc vào vật liệu và năng lượng. Máy gia tốc electron y tế hoạt động trên 10 MeV Bảng 2 chứa hiệu suất neutron tương đối được tạo ra các chùm bức xạ bị nhiễm neutron. Do đó, tính toán từ dữ liệu được đưa ra trong Báo cáo che chắn cho các phòng gia tốc năng lượng cao NCRP số 79 (NCRP 1984). Các giá trị trong Bảng 2 phải xem xét thành phần neutron của trường bức xạ. đã được chuẩn hóa thành một cho vonfram ở 25 MeV. Vật liệu mục tiêu được cho là bị bắn phá Các tương tác photon dẫn đến neutron bị đẩy ra bởi các electron, tạo ra một cơn mưa điện từ và các khỏi hạt nhân của các nguyên tử tạo thành các bộ photon trải qua các phản ứng (γ, n) trong vật liệu. phận của máy gia tốc. Mục tiêu có độ dày bán vô hạn, có nghĩa là nó đủ Những neutron này được gọi là photoneutron, dày để ngăn chặn cơn mưa điện từ nhưng đủ mỏng và phản ứng được sơ đồ hóa dưới đây. để không có neutron nào được hấp thụ trong mục tiêu. Như có thể thấy trong Bảng 2, các vật liệu phổ AX(γ, n) A-1X biến nhất (chì và vonfram) trong đầu máy gia tốc có năng suất photoneutron cao. Các photoneutron Một phản ứng tương tự có thể xảy ra với được tạo ra gần như đẳng hướng và xuyên qua các electron, nhưng hiệu suất neutron thấp hơn vài phần che chắn theo mọi hướng. bậc so với phản ứng photon và do đó, sẽ bị bỏ qua. Các neutron cũng được tạo ra bởi phản ứng (γ, 2n) Bảng 2. Hiệu suất tương đối của photoneutron và (γ, pn), nhưng hiệu suất thấp hơn so với phản Năng lượng electron (MeV) ứng (γ, n). Các phép đo mở rộng của các mặt cắt Nguyên tử ngang của tương tác photoneutron đã được báo cáo 10 15 20 25 là một hàm của năng lượng photon (Berman 1976). Al 0.0 0.0 0.0 0.03 Hình dạng chung của đường cong tiết diện cho Fe 0.0 0.0 0.11 0.25 vật liệu có số nguyên tử trung bình và cao. Đường Cu 0.0 0.0 0.07 0.17 cong tiết diện có năng lượng thấp hơn năng lượng W 0.0 0.25 0.70 0.93 ngưỡng (Et) sẽ không xảy ra phản ứng (γ, n). Bảng 1 liệt kê năng lượng ngưỡng tối thiểu dựa trên các Pb 0.0 0.25 0.70 1.00 đồng vị tạo nên từ các kim loại khác nhau được tìm thấy trong máy gia tốc y tế. Từ NCRP 1984 Đường cong tiết diện có đỉnh từ 3 - 7 MeV và Phổ năng lượng của photoneutron tương tự sau đó giảm dần xuống với năng lượng ngày càng như phổ phân hạch có giá trị cực đại gần 2MeV. tăng. Đỉnh nằm ở năng lượng photon Em được gọi là Hai nhóm neutron được tạo ra trong các phản ứng cực đại cộng hưởng khổng lồ. photoneutron. Một nhóm có phân bố năng lượng Maxwell và bao gồm các neutron bay hơi. Chúng tạo thành phần lớn các photoneutron. Nhóm thứ hai bao gồm các neutron trực tiếp, được tạo ra bởi sự tương tác trực tiếp giữa photon và neutron trong hạt nhân của nguyên tử đích. Các neutron trực tiếp chiếm 268 TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM
XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ khoảng 15% số photoneutrons và chúng có năng Năng lượng cực đại của photon: 15 MV. lượng cao hơn các neutron bay hơi. Suất liều cực đại tại điểm đồng tâm: 650Gy/phút ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ở chế độ 15MV. Đối tượng nghiên cứu: Máy gia tốc True Beam Suất liều cực đại tại điểm đồng tâm: 2400Gy/phút năng lượng tại Bệnh viện Ung Bướu TP. HCM. ở chế độ 10FFF. Loại bức xạ: Photon/ electron. Hình 1. Phòng máy gia tốc năng lượng cao True Beam Phương pháp nghiên cứu Sử dụng thiết bị đo liều để đo suất liều tại những vị trí trong và ngoài phòng xạ trị từ đó so Tính toán bề dày, bề rộng tường che chắn theo sánh với kết quả tính và đánh giá thiết kế che chắn. phương pháp giải tích căn cứ vào cơ sở lý thuyết của Ủy ban Quốc tế về An toàn Bức xạ (International Vấn đề sẽ đi sâu nghiên cứu là khảo sát sự Commission on Radiological Protection, NCRP - phát sinh của neutron trong phòng xạ trị phát photon 151). Đánh giá an toàn bức xạ từ kết quả bề dày, bề năng lượng cao từ 10MV trở lên, tương tác bức xạ rộng tính được của các tường che chắn căn cứ vào neutron với vật chất, tìm hiểu kỹ thuật và quy định về cơ sở lý thuyết của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử che chắn đảm bảo an toàn bức xạ cho máy gia tốc Quốc tế (International Atomic Energy Agency, IAEA - xạ trị năng lượng cao. SRS - 47). Giải quyết và phát triển về kết quả đạt được: Xây dựng chương trình tính toán che chắn an Tính toán lý thuyết che chắn an toàn cho phòng xạ toàn bức xạ cho máy gia tốc xạ trị trên nền tảng trị, đánh giá kết quả thiết kế che chắn đảm bảo an Excel. toàn bức xạ cho máy gia tốc xạ trị thông qua việc so sánh với kết quả đo đạc thực tế tại phòng máy gia tốc xạ trị đang sử dụng ở Bệnh viện Ung Bướu TP.HCM. TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 269
XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Đất Đất 5 3 2 1 4 Hình 2. Sơ đồ phòng máy gia tốc TRUE BEAM và vị trí các điểm đo 1. Thang máy 1 2. Thang máy 2 3. Thang máy 3 4. Cửa ra vào 5. Phòng TrueBeam 3141 Khối lượng công việc KẾT QUẢ Đối với một máy gia tốc năng lượng cao, khối Áp dụng phương pháp giải tích NCRP - 151, tính lượng công việc của máy bao gồm hai các thành toán che chắn cho từng vị trí phần: lâm sàng và vật lý. Khối lượng công việc lâm Bề dày tường sơ cấp che chắn bức xạ sơ cấp sàng đề cập đến khối lượng công việc được tạo ra trong khoảng 1,6m đến 1,8m. tại điểm quan tâm đến phòng điều trị trong quá trình điều trị bệnh nhân. Khối lượng công việc vật lý là kết Bề dày tường thứ cấp che chắn bức xạ rò rỉ và quả của việc sử dụng linac để hiệu chuẩn, đảm bảo bức xạ tán xạ trong khoảng 0,9m đến 1,1m. chất lượng QA, đo liều, bảo trì. Tổng khối lượng công việc là tổng của khối lượng công việc điều trị Bề rộng của tường sơ cấp trong khoảng 2,3m lâm sàng và khối lượng công việc vật lý: đến 3,5m. Nhận thấy xây dựng dày hơn bề dày che chắn W=Wcli+ Wphysic tối thiểu. Tính khối lượng công việc điều trị lâm sàng theo Kết quả đo khảo sát suất liều bức xạ tại khu vực kỹ thuật xạ trị cao cấp như IMRT, VMAT, SBRT, sử dụng thiết bị bức xạ, nguồn phóng xạ SRS. Phông môi trường + Suất liều photon: 0,08Sv/h. 270 TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM
XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ + Suất liều nơtron: 0,0Sv/h. Thời gian phát tia (áp dụng với máy gia tốc): Liên tục. Chế độ vận hành của thiết bị xạ trị khi tiến hành kiểm xạ. Kích thước trường chiếu của thiết bị (mở cực đại): 40 x 40 (cm x cm). Năng lượng tia bức xạ (vận hành máy ở năng lượng cực đại - áp dụng với máy gia tốc): 15MV, Hướng phát tia (thực hiện đối tất cả các hướng suất liều: 600MU/phút. phát tia có thể trong thực tế và chú thích trong bảng kết quả đo tương ứng với từng hướng phát tia). Năng lượng tia bức xạ (vận hành máy ở năng lượng cực đại - áp dụng với máy gia tốc): 10MV FFF, suất liều: 2400MU/phút. Bảng 3. Bảng kết quả đo suất liều phát mức năng lượng 15X, 600MU/phút Vị trí đo Suất liều bức xạ photon (µSv/h) Suất liều bức xạ nơtron (µSv/h) Tổng cộng STT (Vị trí đo theo sơ đồ và Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 (µSv/h) chú thích hướng phát tia) Trung bình Trung bình 1 VT1- gantry 90 0,41 0,43 0,45 0,43 0,00 0,00 0,00 0,00 0,43 2 VT1 - gantry 180 0,13 0,13 0,14 0,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 3 VT1 - gantry 270 0,13 0,15 0,14 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,14 4 VT1 - gantry 0 0,12 0,15 0,15 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,14 5 VT2 - gantry 90 0,14 0,14 0,14 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,14 6 VT3 - gantry 90 0,12 0,12 0,12 0,12 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12 7 VT4 - gantry 0 2,99 2,95 2,76 2,90 4,65 4,90 4,16 4,57 7,47 8 VT4 - gantry 270 2,20 2,34 2,32 2,29 4,73 4,15 4,68 4,52 6,80 9 VT4 - gantry 90 2,24 2,91 2,87 2,67 4,02 4,81 4,09 4,30 6,98 10 VT4 - gantry 180 2,37 2,14 2,05 2,19 4,77 4,63 4,58 4,66 6,85 11 VT5 - gantry 270 0,15 0,13 0,12 0,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 VT6 (sàn phòng khám) 12 0,15 0,14 0,13 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,14 - gantry 180 KẾT LUẬN 3. National Council on Radiation Protection and Measurements (2005), Structural Shielding Bề dày tường xây dựng lớn hơn so với bề dày Desgin and Evaluation for Megavoltage X and tường che chắn tính toán từ phương pháp giải tích Gamma Ray Radiotherapy Facitilies, NCRP NCRP - 151, để tăng tính an toàn của phòng máy. Report No.151, U.S. TÀI LIỆU THAM KHẢO 4. International Atomic Energy Agency (2006), 1. Seodat P, Surujpaul PP, Errada D (2018) An Radiation Protection in The Design of Evaluation of the Effectiveness of the Structural Radiatiotherapy Facilities, Safety Reports Series Radiation Shielding Barriers of a Radiation No.47, IAEA, Vienna, Chapter 1 - 6. Therapy Facility: Cancer Institute of Guyana. J 5. World health statistics 2018: monitoring health Med Diagn Meth 7: 265. doi: 10.4172/2168- for the SDGs. 9784.1000265 2. Patton H.McGinley (1998), Shielding Techniques for Radiation Oncology Facilities, Medical Physics Publishing Madison, Wisconsin. TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 271