intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Xác định thực nghiệm các đặc trưng của liều kế quang phát quang loại nanodot ứng dụng trong xạ trị chiếu ngoài

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

16
lượt xem
6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Xác định thực nghiệm các đặc trưng của liều kế quang phát quang loại nanodot ứng dụng trong xạ trị chiếu ngoài trình bày việc xác định ngưỡng nhạy, độ đồng đều, độ lặp lại, độ suy giảm tín hiệu, độ tuyến tính, sự phụ thuộc góc và đánh giá độ không đảm bảo đo đối với liều kế nanodot cùng hệ đọc MicroStar phiên bản 4.3 sử dụng chùm photon 6 MV của máy gia tốc tuyến tính Varian-2100 C/D.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Xác định thực nghiệm các đặc trưng của liều kế quang phát quang loại nanodot ứng dụng trong xạ trị chiếu ngoài

  1. Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental monitoring XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA LIỀU KẾ QUANG PHÁT QUANG LOẠI NANODOT ỨNG DỤNG TRONG XẠ TRỊ CHIẾU NGOÀI EXPERIMENTAL DETERMINING CHARACTERISTICS OF OPTICALLY STIMULATED LUMINESCENCE DOSIMETER (NANODOT TYPE) APPLIED IN EXTERNAL RADIOTHERAPY LÊ VIỆT PHONGA, NGUYỄN VĂN HÙNGA, CHU VĂN LƯƠNGB a Viện Nghiên cứu hạt nhân, 01 Nguyên Tử Lực, phường 8, TP. Đà Lạt b Bệnh viện K, phường Tân Triều, Quận Thanh Trì, TP. Hà Nội Email: iamleephong@gmail.com Tóm tắt: Thông thường ở các bệnh viện, việc lập kế hoạch xạ trị cho bệnh nhân dựa trên các phần mềm mô phỏng để tính toán phân bố liều như: Monte Carlo, DOSXYZnrc.... Tuy nhiên, việc đánh giá liều thực khi xạ trị hoặc tối ưu liều xạ trị cho bệnh nhân ít được quan tâm. Để xác định liều thực cho bệnh nhân, hiện nay thường người ta sử dụng một số loại liều kế như: liều kế nhiệt phát quang, liều kế quang phát quang, đặc biệt là liều kế quang phát quang loại nanodot do có nhiều ưu điểm. Mục đích của báo cáo này là đánh giá thực nghiệm khả năng sử dụng liều kế quang phát quang loại nanodot trong định liều xạ trị chiếu ngoài. Nội dung nghiên cứu bao gồm: Xác định ngưỡng nhạy, độ đồng đều, độ lặp lại, độ suy giảm tín hiệu, độ tuyến tính, sự phụ thuộc góc và đánh giá độ không đảm bảo đo đối với liều kế nanodot cùng hệ đọc MicroStar phiên bản 4.3 sử dụng chùm photon 6 MV của máy gia tốc tuyến tính Varian-2100 C/D. Kết quả nghiên cứu cho thấy các đặc trưng của liều kế đều bảo đảm theo tiêu chuẩn IEC-61066 và IEC-62387, và độ không đảm bảo đo của phương pháp là 19,73% tại mức tin cậy 95%. Do đó, việc sử dụng liều kế này để định liều chiếu ngoài cho bệnh nhân xạ trị là khả thi. Tuy nhiên cần mở rộng nghiên cứu với các mức năng lượng photon khác và chùm tia bức xạ khác. Từ khóa: Xạ trị, định liều, liều kế quang phát quang, liều kế nanodot. Abtract: In hospitals, normally, establishment of a radiotherapy planning for patients has been based on simulation softwares for calculation of dose distributions such as Monte Carlo, DOSXYZnrc… However, estimation of actual doses and optimal radiotherapy dose for patients has been underestimated. At present, some kind of dosimeters such as thermoluminescence dosimeters (TLDs) and optically stimulated luminescence dosimeter (OSLDs) have been normally used to evaluate true doses for patients, in particular, OSLD with nanodot type due to having many advantages. Aim of this report is to evaluate experimentally an ability of using nanodot dosimeters for dosimetry in external radiotherapy. Research contents consist of determining detection threshold, uniformity, reproducibility, fading, linearity, isotropy and estimating measurement uncertainty for the dosimeters together with the MicroStar reader Ver. 4.3 using 6 MV photon beam of linear accelerator Varian-2100 C/D. The results showed that the characteristics of the dosimeters are evenly guarantee according to the standards of IEC-61066 and IEC-62387, and measurement uncertainty is 19.73% at 95% confidence interval. Therefore, use of these dosimeters to determine external doses for radiotherapy patients is realizable. However, it takes expansive researches with different photon energies and other radiation qualities. Keywords: Radiotherapy, dosimetry, optically stimulated luminescence dosimeter (OSLD), nanodot dosimeter. 1. GIỚI THIỆU Trong xạ trị y tế, việc đánh giá liều chiếu thực cho bệnh nhân là điều cần thiết. Các phương pháp sử dụng đầu dò MOSFET hay đầu dò diode cho độ chính xác cao nhưng có nhược điểm về tuổi thọ giảm, ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, nhiễu điện tử và cồng kềnh về dây cáp kết nối khó áp dụng với số lượng bệnh nhân lớn [1]. Phương pháp sử dụng liều kế nhiệt phát quang (TLD) có thể linh động hơn nhưng lại có nhược điểm do số liệu có thể bị mất sau một lần đọc kết quả, gây khó khăn cho việc điều tra lịch sử điều trị của bệnh nhân cũng như việc ủ nhiệt khi tái sử dụng liều kế gây ra việc giảm độ nhạy với bức xạ. Phương pháp sử dụng liều kế quang phát quang (OSLD) kích thước nhỏ loại nanodot (viết tắt là liều kế nanodot) nhằm điều tra lịch sử điều trị của bệnh nhân có nhiều ưu điểm về giá thành và khả năng đọc lại số liệu nhiều lần. Tuy nhiên, việc áp dụng loại liều kế nanodot cần có sự đánh giá các tiêu chí sai số trước khi tiến hành sử dụng. Mục đích của báo cáo này sẽ thực hiện đánh giá thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng của chùm tia photon 6MV trên máy gia tốc tuyến tính Varian-2100 C/D đặt tại Bệnh viện K (Hà Nội) đối với liều kế nanodot cùng với hệ đọc liều MicroStar phiên bản 4.3 (ở Viện Nghiên cứu hạt nhân). Các tiêu chí đánh giá thực nghiệm bao gồm: Xác định ngưỡng nhạy, độ đồng đều, độ lặp lại, độ suy giảm tín hiệu, độ tuyến tính, sự phụ thuộc góc và đánh giá độ không đảm bảo đo được dựa trên các tiêu chuẩn đánh giá về liều kế. 288
  2. Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 2. PHƯƠNG PHÁP 2.1. Trang thiết bị Liều kế nanodot do hãng Landauer sản xuất, gồm vật liệu ôxit nhôm pha tạp với carbon (Al 2O3:C) dưới dạng bột, được giữ lại giữa hai màng mỏng tạo thành một chip có đường kính 5 mm và tổng độ dày 0,3 mm. Lớp vỏ ngoài kích thước 10 x 10 mm2, độ dày 2 mm bằng nhựa ABS bảo vệ liều kế với ánh sáng nhằm tránh việc mất tín hiệu. Liều kế sau khi được chiếu xạ sẽ được đọc lấy số liệu bằng hệ đọc liều MicroStar. Trong quá trình đọc, hệ MicroStar sử dụng bước sóng ánh sáng 525 nm để kích thích vật liệu liều kế phát quang ra ánh sáng có bước sóng 420 nm và được thu nhận bằng ống nhân quang điện (PMT). Các số liệu được xử lý và hiển thị kết quả đo được bởi phần mềm μStar tích hợp trên máy tính kết nối với hệ đọc Micrstar. Thiết bị chiếu xạ liều kế là máy gia tốc tuyến tính thương mại Varian-2100 C/D phát chùm photon 6MV sử dụng điều trị cho bệnh nhân tại Bệnh viện K. Hệ thống đánh giá liều cho máy gia tốc sử dụng hệ chuẩn liều loại Farmer (gồm hệ đọc điện tích Dose-1 và đầu dò FC65-G) do hãng IBA sản xuất. Hệ được hiệu chuẩn bởi Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (Hà Nội) với nguồn 60Co trong phantom nước (theo model thương mại WP34 của hãng IBA) có hệ số chuẩn ND,W0 = 4,81.107 Gy/C (Uc = ± 2%) ở T = 200C; P = 1013 hPa. 2.2. Hiệu chỉnh thiết bị Quy trình xác định trường chiếu trên máy gia tốc tuyến tính tuân theo hướng dẫn TRS-398 ban hành bởi IAEA [2]. Cấu hình thiết lập giữa đầu dò vào đầu phát máy gia tốc là cấu hình SAD (source-axis distance) với độ sâu liều tối đa là zmax = 1,5 cm. Các điểm giá trị liều được thiết lập (Dset) là 10 giá trị từ 100 cGy đến 1000 cGy, mỗi điểm giá trị khảo sát đo liều hấp thụ trong nước 6 lần để tính giá trị trung bình (Dmea). Bảng 1. Khảo sát giá trị liều hấp thụ Coefficient Dset Dmea of Dset Dmea (cGy) CV(%) (cGy) (cGy) Variation (cGy) (%) 100 97,0 2,98 600 587,6 2,06 200 194,3 2,87 700 682,5 2,50 300 291,7 2,78 800 784,6 1,92 400 389,2 2,70 900 879,3 2,30 500 486,8 2,65 1000 978,8 2,12 Hệ đọc liều MicroStar được hiệu chuẩn trước khi tiến hành đọc liều nhằm xác định hệ số hiệu chuẩn của hệ đọc RCF (Reader Calibration Factor). Phương pháp hiệu chuẩn này sử dụng một bộ liều kế đã được chiếu chuẩn gồm 7 nhóm (mỗi nhóm chứa 3 liều kế), bao gồm các điểm giá trị liều: 50, 100, 300, 500, 800, 1000 và 1300 cGy. Hàm số xác định RCF được xây dựng với hàm phi tuyến bằng phần mềm của hệ MicroStar được biểu thị trong công thức (1): 𝑦 = (−1,66311𝐸 − 10)𝑥 2 + (1,44𝐸 − 3)𝑥 + 10,45080 (1) với hệ số tương quan R = 0,99. 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 3.1. Khảo sát độ ổn định của hệ đọc liều MicroStar Khảo sát này được thực hiện đầu tiên trước khi thực hiện bất cứ các phép đo đạc thực nghiệm và theo dõi trong toàn bộ các thực nghiệm. Các giá trị theo dõi sự ổn định bao gồm DARK (dòng tối); CAL (độ ổn định của ống PMT); LED (độ ổn định của nguồn sáng kích thích quang). 289
  3. Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental monitoring 1.150 Tỉ số ( Giá trị hằng ngày / giá 1.100 CAL LED 1.050 trị ban đầu) 1.000 0.950 0.900 0.850 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Số lần khảo sát Hình 1. Đồ thị khảo sát sự ổn định của hệ đọc MicroStar Giá trị trung bình DARK theo dõi không vượt quá tiêu chuẩn cho phép của nhà sản xuất (
  4. Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Các giá trị liều tối đa (Dmax) và liều tối thiểu (Dmin) của hai nhóm xác định ở Bảng 2. Giá trị đồng nhất này lần lượt với hai nhóm là H1 = 8% và H2 = 9%, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn IEC-61066 là 30%. 3.4. Độ suy giảm tín hiệu Thí nghiệm sử dụng 13 liều kế đã được tẩy tín hiệu. Trong đó, có hai nhóm với mỗi nhóm 5 liều kế; nhóm ba sử dụng 3 liều kế. Nhóm 1 được chiếu liều 100 cGy rồi lưu cả ba nhóm trong buồng chì trong 30 ngày. Sau khi lưu 30 ngày, tiếp tục chiếu nhóm 2 với liều 100 cGy và lưu giữ ba nhóm trong buồng chì 24 giờ trước khi tiến hành đọc liều của ba nhóm (liều nhóm ba xác định nhằm khẳng định không có yếu tố nguồn phóng xạ ảnh hưởng trong quá trình lưu giữ). Độ suy giảm của tín hiệu được xác định bởi công thức (3): 𝐸̅ ±𝐼 𝐶 (3) ở đây 𝐸̅ là giá trị liều đọc trung bình của từng nhóm 1&2; C là giá trị liều chiếu thực; I là một nửa giá trị khoảng tin cậy của giá trị trung bình của từng nhóm. Giá trị trung bình của nhóm 1&2 lần lượt là 𝐸̅1 = 101,783 ± 1,714 cGy; 𝐸̅2 = 100,931 ± 2,102 cGy. Số liệu thu được với khoảng thăng giáng của nhóm 1&2 lần lượt là (0,996 ÷ 1,039) và (0,983 ÷ 1,035). Kết quả này tương ứng với độ suy giảm tín hiệu & ảnh hưởng của tự chiếu xạ dưới 3,9 %. Đối với khuyến cáo của IEC-61066 (≤ 5%/tháng ở điều kiện tiêu chuẩn 18 - 22oC, áp suất 86 - 106 kPa và độ ẩm 50 - 60%) thì kết quả thực nghiệm vẫn đáp ứng được [3 3.5. Độ lặp lại Thí nghiệm này nhằm đánh giá độ lặp lại của các liều kế. Thí nghiệm gồm 5 liều kế đã được tẩy tín hiệu, tiến hành chiếu xạ tại mức liều 500 cGy và đọc kết quả. Liều kế sau đó được tẩy tín hiệu và thực hiện lặp lại với 10 lần thực nghiệm. Theo tiêu chuẩn IEC-61066 thì độ lặp lại và ngưỡng cho phép đưa ra bởi các công thức (4) và (5): 𝑠𝐸 ̅ +𝐼𝑖 𝑠𝑖 = ∑10 𝑖𝐸̅ ⁄10 ≤ 0,075 (4) 𝑖=1 𝑖 𝑠𝐸 ̅ +𝐼𝑗 𝑗 𝑠𝑗 = ≤ 0,075 (5) 𝐸̅𝑗 ở đây 𝐸̅𝑖 là giá trị liều đọc trung bình của 5 liều kế trong lần thí nghiệm thứ i; 𝑠𝐸̅𝑖 là độ lệch chuẩn của giá trị 𝐸̅𝑖 ; 𝐸̅𝑗 là giá trị liều đọc trung bình của một liều kế j ở 10 lần thí nghiệm; 𝑠𝐸̅𝑗 là độ lệch chuẩn của giá trị 𝐸̅𝑗 ; Ii và Ij là lần lượt là một nửa giá trị khoảng tin cậy của độ lệch chuẩn 𝑠𝐸̅𝑖 và độ lệch chuẩn 𝑠𝐸̅𝑗 . Bảng 3. Số liệu tính toán độ lặp lại với 5 liều kế với 10 lần thực nghiệm 𝑠𝑖 0,011 𝑠𝑗 0,031 0,031 0,023 0,023 0,021 Kết quả giá trị 𝑠𝑖 và 𝑠𝑗 với 5 liều kế được tính toán ở Bảng 3. Đối với IEC-61066 [3], hai giá trị này phải thấp hơn 0,075 (tương ứng với 7,5%), tuy nhiên độ lặp lại đối với liều kế tính toán được là dưới 3,1%. 3.6. Độ tuyến tính Liều kế được chia làm năm nhóm (mỗi nhóm chứa 5 liều kế) đã được tẩy tín hiệu và tiến hành chiếu với liều tương ứng: 100, 200, 300, 400 và 500 cGy. Tiến hành đọc liều kế với dải liều chiếu ≤500 cGy. Các nhóm liều kế sau đó được tẩy tín hiệu dư và tiến hành chiếu với dải liều 600, 700, 800, 900 và 1000 cGy, và đọc liều kế. Sự thay đổi của giá trị liều đọc đối với giá trị liều chiếu thực (εi) được đánh giá theo công thức: 𝐸̅𝑖 ±𝐼𝐼 𝜀𝑖 = 𝐶𝑖 (6) 291
  5. Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental monitoring ở đây 𝐸̅𝑖 là giá trị liều đọc trung bình của các liều kế nhóm i; 𝐶𝑖 là giá trị liều chiếu thực của nhóm i; 𝐼𝑖 là một nửa giá trị khoảng tin cậy đối với các liều kế nhóm i. Bảng 4. Đánh giá độ tuyến tính đối 1200 với liều kế Giá trị liều đo (cGy) Liều chiếu (cGy) εi 1000 100 0,996÷1,039 800 200 0,941÷1,005 y = 1.0602x - 20.346 600 R² = 0.9972 300 0,980÷1,010 400 400 0,966÷1,010 500 0,980÷1,063 200 600 0,994÷1,029 0 0 200 400 600 800 1000 1200 700 0,963÷1,048 Giá trị liều chiếu (cGy) 800 0,986÷1,035 900 1,014÷1,049 Hình 2. Đồ thị khảo sát độ tuyến tính của liều kế trong dải liều 100 – 1000 cGy. 1000 1,033÷1,123 Đồ thị Hình 2 biểu diễn độ tuyến tính đối với dải liều từ 100 đến 1000 cGy, cùng với số liệu tính toán giá trị εi ở Bảng 4, có thể đánh giá được: (i) trong dải liều từ 100 – 900 cGy, kết quả liều đo được thăng giáng vượt quá 6,3% so với liều chiếu và đáp ứng tuyến tính; (ii) tại mức liều 1000 cGy đã có sự phi tuyến tính, sai số giữa giá trị liều đọc với liều chiếu là 12,3% (vượt quá tiêu chuẩn IEC-61066 [3] đối với đáp ứng tuyến tính là 10%; đối với IEC-62387 [4] là 11%). 3.7. Sự phụ thuộc góc chiếu Để đánh giá sự phụ thuộc góc, 24 liều kế đã được tẩy tín hiệu chia làm 4 nhóm. Các nhóm được chiếu liều 500 cGy với các góc tới lần lượt là 0, 20, 40 và 600. Sau 24 giờ lưu liều kế trong buồng chì, tiến hành đọc kết quả. Công thức (6) được áp dụng đánh giá sự ổn định của các liều kế trong từng nhóm liều kế với góc chiếu khác nhau. Ngoài ra, để đánh giá sự ảnh hưởng của góc chiếu với từng nhóm so với trung bình của 4 nhóm chiếu được xác định bởi công thức: ∑4𝑖=1 𝐸̅𝑖 0,85 ≤ 𝜃𝑖 = ± 𝐼 ≤ 1,15 (7) 4𝐸̅𝑖 ở đây 𝐸̅𝑖 là giá trị liều trung bình được xác định đối với mỗi nhóm góc chiếu i; I là một nửa giá trị khoảng tin cậy của giá trị 𝐸̅𝑖 . Bảng 5. Đánh giá yếu tố góc chiếu ảnh hưởng tới liều kế Góc chiếu εi 𝜽𝒊 00 1,000÷1,061 0,977÷0,996 200 0,999÷1,052 0,983÷1,000 400 0,987÷1,032 1,000÷1,015 600 0,980÷1,023 1,008÷1,023 Theo IEC-61066 [3], ảnh hưởng của yếu tố góc chiếu với từng nhóm liều kế riêng lẻ (εi) thì sự thay đổi của mỗi liều kế không vượt quá 15%. Ngoài ra, sự thay đổi của từng nhóm so với trung bình giá trị liều của toàn bộ góc chiếu khác nhau (θi) không vượt quá 15%. Dựa vào phân tích số liệu bảng 5 cho thấy: (ii) sai số liều đọc so với liều chiếu ở mỗi nhóm góc chiếu tối đa là 5%; (ii) sự thay đổi liều đọc của từng nhóm 292
  6. Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 với giá trị đọc trung bình của toàn bộ góc chiếu khác nhau tối đa là 2,3%. Hình 3 biểu diễn sự ảnh hưởng của yếu tố góc chiếu khác nhau đối với giá trị liều đọc của từng nhóm (các giá trị góc được chuẩn hóa với góc chiếu 00 là 1,00). 1.1 Tỉ số liều đo góc α đối với 1 0.9 góc 0 độ 0.8 0.7 0.6 0.5 -5 5 15 25 35 45 55 65 Góc (độ) Hình 3. Sự ảnh hưởng của yếu tố góc khi tham chiếu với giá trị liều đọc được vị trí 0 0 3.8. Đánh giá độ không đảm bảo đo Độ không đảm bảo đo (Uncertainty) đóng góp bởi các yếu tố có thể ảnh hưởng tới quá trình đo đạc liều kế được xác định bởi: 𝑈𝑐 = √𝑈𝐴2 + 𝑈𝐵2 (8) trong đó UA & UB lần lượt là độ không đảm bảo loại A và loại B. Nguồn gốc của độ không đảm bảo đo Loại A Loại B Ngưỡng nhạy 0,079 - Độ đồng đều 0,009 - Độ lặp lại 0,006 - Độ không đảm bảo đo bởi trường chiếu 0,030 - Độ suy giảm tín hiệu - 0,017 Độ tuyến tính - 0,021 Độ sự phụ thuộc góc - 0.008 Độ ổn định của hệ đọc - 0,041 Độ không đảm bảo đo (UC) với hệ số phủ k = 2 và độ tin cậy 95% đối với liều kế là 19,73%. 4. KẾT LUẬN Liều kế OSL loại nanodot có thiết kế nhỏ sử dụng loại tinh thể Al2O3:C của hãng Landauer phù hợp cho việc theo dõi liều xạ trị cho bệnh nhân điều trị ung thư. Các đánh giá khả năng sử dụng của liều kế nanodot đối với chùm tia photon 6 MV cho kết quả đáp ứng một số tiêu chí theo tiêu chuẩn IEC-61066 và IEC-62387 trong dải liều từ 100 – 900 cGy. Kết quả đánh giá cho thấy liều kế OSL loại nanodot phù hợp cho việc xác định liều điểm đối với các kỹ thuật xạ trị chiếu ngoài. Tuy nhiên, cần có các khảo sát đối với suất liều khác nhau, dải liều lớn hơn 1000 cGy và các dải năng lượng và phẩm chất bức xạ khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arash Darafsheh (2021), Radiation Therapy Dosimetry: A Practical Handbook, ISBN: 9781138543973, pp.45-47. [2] IAEA (2006), “Absorbed dose determination in external beam radiotherapy: An international code of practice for dosimetry based on standards of absored dose to water”, International Atomic Energy Agency (IAEA), TRS-398, pp.61- 72. [3] IEC-61066:2006, Thermoluminescence dosimetry system for personal and enviroment monitoring, International Electrotechnical Commission (IEC). [4] IEC-62387:2012, Radiation protection instrumentation – Passvie integrating dosimetry systems for personal and enviromental monitoring of photon and beta radiation, IEC. 293
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2