Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng Monte Carlo Code EGSnrc.pdf

Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng Monte Carlo Code EGSnrc.pdf

Tải bản đầy đủ - 0trang

1.3.2.4 Hệ số truyền qua (B) khi biết trước bề dày tường che chắn .... 27

1.3.2.5 Liều tương đương (Hpri) truyền qua bề dày vật liệu che chắn.. 27

1.3.3. Lý thuyết tính tốn che chắn thứ cấp................................................. 27

1.3.3.1 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ từ bệnh nhân. 27

1.3.3.2 Liều tương đương bên ngồi phòng máy do tán xạ................. 28

1.3.3.3 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ bị rò rỉ  BL  .. 28

1.3.3.4 Liều tương đương bên ngoài phòng máy do bức xạ rò rỉ ........ 28

1.3.3.5 Bề dày lớp che chắn chùm thứ cấp......................................... 28

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH ............ 29

2.1. Máy gia tốc tuyến tính HPD tại Bệnh viện Chợ Rẫy.................................... 30

2.1.1. Nguyên tắc hoạt động ....................................................................... 30

2.1.2. Cấu tạo đầu máy gia tốc.................................................................... 31

2.1.3. Tương tác của bức xạ phát ra từ máy gia tốc với vật chất.................. 32

2.1.4. Phương thức xạ trị của đầu máy gia tốc HPD tại BVCR ................... 33

2.2. Chương trình EGSnrc (Electron Gamma Shower) ...................................... 34

2.2.1. Nguyên tắc tính liều bức xạ theo phương pháp mô phỏng MCNP ..... 34

2.2.2. Nguyên tắc hoạt động của code EGSnrc ........................................... 34

2.2.3. Cấu trúc chung của code EGS........................................................... 35

2.2.4. Hệ thống thư mục của code EGSnrc ................................................. 36

2.2.5. Mối quan hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc................................... 37

2.3. Vai trò của BEAMnrc trong mô phỏng........................................................ 38

2.3.1. Khai báo cho BEAMnrc.................................................................... 38

2.3.2. File khơng gian pha *.egsphant......................................................... 39

2.4. Vai trò của DOSXYZnrc trong tính tốn phân bố liều ................................. 41

2.4.1. Khai báo phantom............................................................................. 41

2.4.2. Các định dạng file Output ................................................................. 42



2



CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG CODE EGSnrc TRONG MƠ PHỎNG VÀ TÍNH

TỐN SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG GIỮA CODE EGSnrc

VỚI KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO NCRP 151 VÀ KẾT QUẢ ĐO

TẠI BVCR ................................................................................................ 44

3.1. Tính phân bố liều tại khu vực công chúng theo NCRP 151.......................... 44

3.1.1. Điều kiện làm việc và dữ liệu tính tốn............................................. 45

3.1.2. Kết quả tính phân bố liều theo NCRP 151 cho khu vực công chúng.. 46

3.1.2.1. Liều bên ngoài tường sơ cấp  H pri  ...................................... 46

3.1.2.2. Liều bên ngoài tường thứ cấp  H sec  ..................................... 46

3.1.2.3. Tổng liều bức xạ bên ngồi phòng máy gia tốc ..................... 47

3.1.3. Kết quả đo phân bố liều trong phòng máy gia tốc tại BVCR ............. 47

3.2. So sánh phương pháp tính giải tích theo NCRP 151 và Siemens ................ 48

3.2.1. Phương pháp tính liều giới hạn theo NCRP 151................................ 48

3.2.2. Phương pháp tính liều giới hạn tại BVCR theo Siemens ................... 51

3.3. Tính phân bố liều trong phòng máy gia tốc dùng code EGSnrc................... 53

3.3.1. Mơ hình hố đầu máy gia tốc dùng BEAMnrc .................................. 53

3.3.2. Tạo file không gian pha .................................................................... 55

3.3.2.1 Nguồn sử dụng trong BEAMnrc ............................................ 55

3.3.2.2 Các thông số mô tả nguồn...................................................... 57

3.3.3. Q trình tính liều với DOSXYZnrc ................................................. 58

3.3.3.1 Khai báo phantom.................................................................. 59

3.3.3.2 Nguồn và các thông số vận chuyển ........................................ 60

3.3.3.3 Trình bày kết quả ................................................................... 62

KẾT LUẬN....................................................................................................... 68

HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 71

PHỤ LỤC.......................................................................................................... 74

3



DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

2D:



Two-Dimensional



3D:



Three-Dimensional



ATBX:



An Toàn Bức Xạ



BVCR:



Bệnh viện Chợ Rẫy



CM:



Component Module



ECUT:



Electron cut-off energy



EGS:



Electron Gamma Shower



ETRAN:



Electron TRANsport



FS:



Field Size



GEANT4:



Geometry Add Tracking 4



IAEA:



International Atomic Energy Agency



ICRP:



International Commission on Radiological Protection



MCNP:



Monte Carlo N Particle



NCRP:



National Council on Radiation Protection and Measurements



NRCC:



National Research Council of Canada



OMEGA:



Ottawa Madision Electron Gamma Algorithm



PCUT:



Photon Cut-Off Energy



PENELOPE:



Penetration and Energy LOss of Positrons and Electron



SAD:



Source to Axis Distance



SSD:



Source to Surface Distance



W:



Workload



U:



Use Factor



T:



Occupancy Factor



TVL:



Tenth Value Layer



TVLe:



Equilibrium Tenth Value Layer



TVL1:



First Tenth Value Layer

4



DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP-1990) .................. 15

Bảng 1.2: Các trọng số mô đặc trưng cho các mô hoặc cơ quan trong cơ thể.............. 16

Bảng 1.3: Giới hạn liều qua các thời kỳ của ICRP ..................................................... 18

Bảng 1.4: Giá trị của hệ số sử dụng đối với chùm tia sơ cấp ...................................... 23

Bảng 1.5: Giá trị của hệ số chiếm cứ.......................................................................... 24

Bảng 3.1: Kết quả đo liều tại Bệnh Viện Chợ Rẫy ..................................................... 48

Bảng 3.2: Bề dày che chắn cho khu vực nhân viên khi tính theo NCRP 151 và

Siemens...................................................................................................... 53

Bảng 3.3: Khoảng năng lượng và xác suất tương ứng với photon 6 MV..................... 56

Bảng 3.4: Mảng giá trị liều tại khu vực nhân viên khi đặt phantom nước tại .............. 62

tâm phòng máy gia tốc ............................................................................... 62

Bảng 3.5: Mảng giá trị liều tại khu vực công chúng khi đặt phantom nước tại tâm

phòng máy.................................................................................................. 63

Bảng 3.6: So sánh giá trị liều (mSv/năm) tại khu vực nhân viên ................................ 64

Bảng 3.7: So sánh giá trị liều (mSv/năm) tại khu vực công chúng.............................. 64

Bảng 3.8: Mảng giá trị liều khi thay phantom nước bằng khơng khí và loại bỏ tường

che chắn ..................................................................................................... 65

Bảng 3.9: So sánh sự suy giảm chùm tia theo lý thuyết (quy luật giảm theo bình

phương khoảng cách) và mơ phỏng ............................................................ 66

5



Bảng 3.10: Mảng giá trị liều khi thay phantom nước bằng khơng khí và phòng máy

được che chắn với tường dày 130 cm ......................................................... 66

Bảng 3.11: So sánh sự suy giảm chùm tia theo quy luật hàm logarit và mơ phỏng ..... 67



6



DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Biểu diễn độ suy giảm cường độ chùm tia theo khoảng cách...................... 21

Hình 1.2: Biểu diễn sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào bề dày lớp che chắn ............ 21

Hình 1.3: Sơ đồ che chắn bức xạ sơ cấp và thứ cấp.................................................... 25

Hình 1.4: Khoảng cách từ nguồn đến điểm Q bên ngồi tường bảo vệ ....................... 26

Hình 1.5: Hình biểu diễn các khoảng cách d sca , d sec , F và d L .................................... 27

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy gia tốc .............................................. 30

Hình 2.2: Thành phần đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính .......................................... 31

Hình 2.3: Sơ đồ tạo thành các hiệu ứng khi bức xạ tương tác với vật chất.................. 33

Hình 2.4: Cấu trúc của hệ thống code EGSnrc khi được sử dụng với 1 user code....... 35

Hình 2.5: Cấu trúc đường dẫn của HEN_HOUSE...................................................... 36

Hình 2.6: Cấu trúc đường dẫn của EGS_HOME ........................................................ 37

Hình 2.7: Mối liên hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc.............................................. 38

Hình 2.8: Giao diện các CM của đầu máy gia tốc HPD.............................................. 38

Hình 2.9: Giao diện cho khai báo các thơng số vận chuyển, thơng số vào chính ........ 39

Hình 2.10: Giao diện khai báo vùng ghi file khơng gian pha...................................... 40

Hình 2.11: Giao diện khai báo Phantom trong DOSXYZnrc...................................... 42

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí tính liều bên ngồi phòng máy gia tốc...................................... 44

Hình 3.2: Các khoảng cách tính tốn che chắn........................................................... 45

7



Hình 3.3: Hướng chiếu chùm tia ứng với các góc quay khác nhau ............................. 49

Hình 3.4: Mơ hình 2D của đầu máy gia tốc HPD ....................................................... 55

Hình 3.5: Giao diện nguồn 0 trong khai báo cho Beamnrc ......................................... 58

Hình 3.6: Giao diện khai báo vùng tính liều............................................................... 60

Hình 3.7: Giao diện khai báo vật liệu cho phantom.................................................... 60

Hình 3.8: Giao diện khai báo các thơng số cho nguồn 2 trong DOSXYZnrc .............. 61

Hình 3.9: Tọa độ File khơng gian pha đến từ nguồn 2................................................ 61

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi phantom nước đặt giữa phòng máy 62

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi phòng máy gia tốc khơng được

che chắn ..................................................................................................... 65

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi thay phantom nước bằng................ 67



8



MỞ ĐẦU

Nhằm thực hiện chương trình phòng chống ung thư quốc gia, nhiều bệnh viện

tại Việt Nam đang xúc tiến việc lắp đặt máy gia tốc cho xạ trị. Do suất liều cung cấp

bởi các máy gia tốc là rất cao, phòng xạ trị phải được che chắn thích hợp để bảo

đảm về mặt an toàn bức xạ cho nhân viên cũng như cơng chúng. Việc thiết kế che

chắn cho phòng đặt máy là một bài tốn vừa mang tính khoa học vừa có yếu tố kinh

tế: một mặt nó phải đáp ứng các qui định về liều giới hạn, mặt khác nó cần hợp lý

về mặt chi phí. Để giải quyết bài tốn này, cần có thơng tin về suất liều, tần suất

phát tia, số lượng bệnh nhân, các góc chiếu trung bình, thời gian lưu trú của nhân

viên hay cơng chúng tại cơ sở, bố trí của khu vực lân cận, v.v.. Cuối cùng, khi biết

phổ năng lượng của chùm bức xạ, ta có thể mơ tả sự suy giảm của chùm tia khi đi

qua những bề dày vật chất khác nhau.

Bên cạnh phương pháp tính tốn giải tích như được trình bày trong tài liệu của

IAEA [10] hay NCRP 151 [14], phương pháp Monte Carlo cũng cho phép tính tốn

che chắn. Đặc biệt, chương trình Monte Carlo EGSnrc, với các code chuyên dụng

như BEAMnrc và DOSXYZnrc, được xây dựng cho những tính tốn với máy gia

tốc, có thể giúp tính tốn che chắn cho phòng máy gia tốc. Công cụ này đã được

công nhận rộng rãi trong giới vật lý y khoa và được xem là tiêu chuẩn để đánh giá

các tính tốn liều lượng.

Để có thể mơ tả phổ năng lượng của chùm bức xạ nhờ EGSnrc trong tính tốn

che chắn, còn cần phải có hiểu biết về cấu trúc của máy gia tốc. Với một máy gia

tốc cụ thể thì điều này là khả thi.

Luận văn này nhằm mục đích nghiên cứu áp dụng EGSnrc vào việc tính tốn

che chắn cho phòng chứa máy gia tốc. Kết quả tính tốn sẽ được so sánh với những

phương pháp tính khác để đánh giá độ chính xác và rút ra các kết luận cần thiết.

Từ mục đích và nội dung công việc như trên, luận văn được bố cục bao gồm

ba chương.



9



Chương 1: Tổng quan về an toàn bức xạ (ATBX) trong xạ trị

Chương này trả lời các câu hỏi có liên quan đến ATBX bao gồm: Mức liều

chiếu xạ được phép giới hạn cho bệnh nhân, cho công chúng và cho nhân viên được

qui định là bao nhiêu? Các biện pháp nào được áp dụng để che chắn bức xạ ion hoá

nhằm đảm bảo ATBX? Các kỹ thuật và thuật ngữ được sử dụng trong quá trình tính

tốn che chắn? Cùng với việc trả lời các câu hỏi nêu trên, chúng tơi cũng trình bày

cơ sở lý thuyết trong tính tốn che chắn theo tài liệu NCRP 151 và đưa ra một ví dụ

cụ thể để áp dụng cho cơ sở lý thuyết này.

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng: Máy gia tốc tuyến tính tại Bệnh viện Chợ Rẫy

Phần này trình bày các vấn đề liên quan đến nguyên lí hoạt động của máy gia

tốc tuyến tính, cấu tạo đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính. Cùng với việc tìm hiểu sự

tương tác của bức xạ trong môi trường vật chất để làm cơ sở mô phỏng chùm tia

phát ra từ máy gia tốc.

Phương pháp: Các chương trình EGSnrc, BEAMnrc và DOSXYZnrc

Phần này giới thiệu về kỹ thuật tính tốn Monte Carlo nói chung cũng như

trình bày về ngun tắc hoạt động của các code EGSnrc, BEAMnrc và

DOSXYZnrc được dùng trong bài tốn mơ phỏng.

Chương 3: Áp dụng code EGSnrc trong mơ phỏng và tính tốn. So sánh

kết quả được mơ phỏng từ code EGSnrc với kết quả tính tốn theo NCRP 151

và kết quả đo tại Bệnh viện Chợ Rẫy (BCVR)

Chương này trình bày kết quả tính tốn về sự phân bố liều bên trong phòng

máy gia tốc (phantom nước) cùng với sự phân bố liều bên ngồi phòng máy gia tốc

dùng Code EGSnrc. Sau khi ghi nhận kết quả mô phỏng, chúng tôi tiến hành lập tỉ

số về sự phân bố liều tại một điểm cách tường bên ngồi phòng máy gia tốc 30 cm

và phân bố liều bên trong phantom nước để từ đó đánh giá và đưa ra kết luận về

mức độ an tồn cho phòng máy gia tốc. Kết quả của chúng tôi được so sánh với kết

quả đo tại BVCR cũng như được đối chiếu với kết quả tính tốn trên cơ sở lý thuyết

của tài liệu NCRP 151.

10



Phần phụ lục: Được trình bày để làm sáng tỏ các giai đoạn mô phỏng, bao

gồm:

Phụ lục A: Input file cho mô phỏng đầu máy gia tốc dùng trong BEAMnrc.

Phụ lục B: Input file cho khai báo Phantom dùng trong DOSXYZznrc để tính

phân bố liều.

Phụ lục C: Kết quả tính liều mơ phỏng với output file *.egslst.

Phụ lục D: Các giá trị được áp dụng cho tính tốn ATBX theo NCRP 151 và

theo chương trình mơ phỏng.



11



CHƯƠNG 1. AN TOÀN BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ

1.1. Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ (ATBX) trong xạ trị

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các máy móc cơng nghệ cao được sử

dụng trong lĩnh vực y tế nói chung và trong xạ trị nói riêng cũng không ngừng phát

triển, từ sử dụng nguồn Co-60 chỉ có hai mức năng lượng là 1,17 MeV và 1,33

MeV đến sử dụng máy gia tốc có các mức năng lượng lên đến 6 MV, 10 MV, 15

MV,…

Chính vì vậy, yêu cầu về ATBX đã được trình bày trong nhiều tài liệu và các

báo cáo như Report No.47 (NCRP, 2006), Report No.49 (NCRP, 1976), Report

No.51 (NCRP, 1977) và NCRP Report No.79 (NCRP, 1984). Vì yêu cầu của luận

văn nên chúng tơi chỉ trình bày sơ lược các vấn đề có liên quan đến ATBX theo

khuyến cáo của ICRP, của viện Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) và các

qui định về ATBX tại Việt Nam, thông tin xem chi tiết tại [15] [19].

Mục đích của việc che chắn bức xạ nhằm giúp cho nhân viên làm việc trong

môi trường bức xạ và cơng chúng nói chung hạn chế tiếp xúc với bức xạ và duy trì

ở mức giới hạn cho phép. Do vậy, để đạt được mục đích trên, bước đầu tiên trước

khi tiến hành tính tốn che chắn, chúng tơi bắt đầu tìm hiểu các khuyến cáo về tiêu

chuẩn ATBX trên Thế giới và tại Việt Nam.

1.1.1. Các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX theo ICRP

Để hiểu rõ hơn các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX, cần trả lời các câu hỏi:

Các khái niệm liên quan đến liều dùng trong tính tốn che chắn? Tại sao dùng các

khái niệm liều khác nhau trong từng trường hợp khác nhau? Giới hạn liều đối với

con người là bao nhiêu [5] [6] [14]?



12



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng Monte Carlo Code EGSnrc.pdf

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×