Luận văn thạc sĩ vật lý hạt nhân mô phỏng máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị bằng phương pháp monte carlo

ð I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH
TRƯ NG ð I H C KHOA H C T NHIÊN
LÊ THANH XUÂN
MÔ PH NG MÁY GIA T C TUY N
TÍNH DÙNG TRONG X TR B NG
PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO
LU N VĂN TH C SĨ V T LÝ H T NHÂN
TP H CHÍ MINH, 2010

ð I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH
TRƯ NG ð I H C KHOA H C T NHIÊN
LÊ THANH XUÂN
MÔ PH NG MÁY GIA T C TUY N
TÍNH DÙNG TRONG X TR B NG
PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO
Chuyên ngành: V T LÝ H T NHÂN
Mã s : 60 44 05
LU N VĂN TH C SĨ V T LÝ H T NHÂN
NGƯ I HƯ NG D N KHOA H C: PGS TS MAI VĂN NHƠN
TP H CHÍ MINH, 2010

L I C M ƠN
ð ñ t k t qu như ngày hôm nay, tôi ñã nh n ñư c s d y d , giúp ñ t n tình
c a các th y cô, b n bè trong quá trình h c t p v a qua, thông qua quy n lu n văn
này, tôi xin g i l i c m ơn chân thành và sâu s c ñ n:
Th y PGS.TS MAI VĂN NHƠN, ngư i ñã t n tình ch b o và ñ nh hư ng
cho tôi th c hi n lu n văn này.
Cô Th.S TRƯƠNG TH H NG LOAN, ngư i ñã giúp ñ tôi r t nhi u trong
quá trình th c hi n lu n văn.
B n ð NG NGUYÊN PHƯƠNG, ngư i ñã nhi t tình giúp ñ tôi khi tôi g p
khó khăn.
Th y PGS.TS CHÂU VĂN T O, ngư i ñã ñ ng ý cho tôi ñư c chuy n b
môn ñ tôi ñư c h c và nguyên c u lĩnh v c tôi ưa thích.
Các th y cô trong B môn V t lý H t nhân – Khoa V t lý – Trư ng ð i h c
Khoa h c T nhiên Thành ph H Chí Minh ñã t n tình gi ng d y, hư ng
d n tôi trong su t th i gian h c cao h c.
Các anh ch Phòng L p k ho ch – Khoa Ung Bư u – B nh vi n Ch R y ñã
cung c p cho tôi d li u và t o ñi u ki n t t nh t giúp tôi có th hoàn thành
lu n văn này.
Anh Th.S NGUY N CHÍ LINH Phòng V t lý Tính toán – Trư ng ð i h c
Khoa h c T nhiên Thành ph H Chí Minh ñã nhi t tình ch d n tôi, khi
ch y chương trình trên h th ng WS.
Các b n h c viên cao h c V t lý H t nhân – K17, gia ñình và b n bè ñã ng
h , ñ ng viên và khuy n khích tôi trong su t th i gian qua.

1
M C L C
M c l c ....................................................................................................................... 1
Danh m c các ký hi u và các ch vi t t t .................................................................. 3
Danh m c các b ng .................................................................................................... 5
Danh m c các hình v , ñ th ..................................................................................... 6
M ð U .................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1 – LÝ THUY T V X TR .............................................................. 12
1.1. GI I THI U ................................................................................................ 12
1.2. M C ðÍCH ðI U TR B NG TIA X .................................................... 12
1.3. NH NG NGUYÊN T C ðI U TR B NG TIA X ............................... 13
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ðI U TR B NG TIA X ................................... 15
1.5. CÁC K THU T TÍNH LI U TRONG X TR NGOÀI ........................ 17
1.6. XÁC ð NH TH TÍCH VÀ CÁC GI N ð LI U KH I ........................ 18
CHƯƠNG 2 – T NG QUAN V MÁY GIA T C TUY N TÍNH ....................... 21
2.1. L CH S PHÁT TRI N C A MÁY GIA T C ........................................ 21
2.2. NGUY N LÝ GIA T C TH NG .............................................................. 22
2.3. ð U ðI U TR MÁY GIA T C TUY N TÍNH ...................................... 25
2.4. C U HÌNH MÁY GIA T C TUY N TÍNH HI N ð I .......................... 28
CHƯƠNG 3 – HÌNH NH DICOM VÀ CHƯƠNG TRÌNH K T N I HÌNH NH
DICOM V I MCNP5 .............................................................................................. 31

2
3.1. GI I THI U V NH DICOM ................................................................. 31
3.2. GI I THI U V CHƯƠNG TRÌNH CODIM ........................................... 32
CHƯƠNG 4 – MÔ PH NG MÁY GIA T C TUY N TÍNH B NG CHƯƠNG
TRÌNH MCNP5 B NG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 VÀ CODIM ........................ 45
4.1. M C ðÍCH ................................................................................................. 45
4.2. C U HÌNH ð U MÁY GIA T C PRIMUS VÀ MÔ PH NG MCNP5 ..45
4.3. ðÁNH GIÁ K T QU TÍNH TOÁN ........................................................ 52
K T LU N .............................................................................................................. 66
DANH M C CÔNG TRÌNH .................................................................................. 69
TÀI LI U THAM KH O ........................................................................................ 70

3
DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CÁC CH VI T T T
Các ký hi u
t : th i gian h t ñư c gia t c (s)
l : ñ dài các ng d n (cm)
v : v n t c chuy n ñ ng c a h t trong ng (m/s)
m : kh i lư ng c a electron (g)
e : ñi n tích c a h t (C)
U : hi u ñi n th gi a hai ñi n c c (V)
µH2O: h s suy gi m tuy n tính c a nư c.
µX : h s suy gi m tuy n tính c a X.
Các ch vi t t t
2D Two – Dimensional
3D Three – Dimensional
ACR American College of Radiology
CM Component Module
CT Computed Tomography
DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine
DSS Decision support system
MRI: Magnetic Resonance Imaging
SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography

4
PET: Positron Emission Computed Tomography
NEMA: National Electrical Manufaturer’s Association
MCNP: Monte Carlo N – Particle
EGS: Electron Gamma Shower
PENELOPE: Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons
SSD: Source to Surface Distance
SAD: Source Axis Distance
MLC: Multi – Leaf Collimator
RGB: Red-Green-Blue
CODIM: COnvert DIcom to MCNP5
HU: Hounsfield Unit (H)
RBE: Relative Biological Effectiveness
QF: Quality Factor
GTV: Gross Tumor Volume
CTV: Clinical Target Volume
PTV: Planning Target Volume
OAR: Organ At Risk
DVHs: Dose-Volume Histograms
GEANT4: GEometry ANd Tracking 4
ICRU: International Commission on Radiation Units and Measurement

5
DANH M C CÁC B NG
B ng 3.1: B ng liên h gi a s CT (ñơn v Hounsfield) v i m t ñ v t ch t..... 33
B ng 3.2: B ng liên h gi a m t ñ v t ch t v i v t ch t ................................... 34
B ng 4.1: Ph năng lư ng và xác su t phát c a chùm electron ñ t o photon 6MV
............................................................................................................ 46
B ng 4.2: Ph năng lư ng và xác su t phát c a chùm electron ñ t o photon
15MV .................................................................................................. 47
B ng 4.3. T a ñ và ph n trăm li u tương ñ i ñư c tính b i MCNP5................ 62

6
DANH M C CÁC HÌNH V , ð TH
Hình 1.1: Quy trình c a h th ng x tr hi n ñ i ................................................... 12
Hình 1.2: So sánh k thu t Monte Carlo và phương pháp gi i tích v ñ khó khăn
c a bài toán theo s ph c t p c a c u hình .......................................... 16
Hình 1.3: GTV và CTV ........................................................................................ 17
Hình 1.4: a) Bi u di n cho DVH vi phân và b) bi u di n cho DVH tích lũy ...... 18
Hình 2.1: Máy gia t c tuy n tính PRIMUS HPD c a SIEMENS ........................ 20
Hình 2.2: Mô hình s p x p các ng t o gia t c h t............................................... 21
Hình 2.3: M t c t c a ng d n gia t c sóng d ng c a máy gia t c tuy n tính
6MV ...................................................................................................... 23
Hình 2.4: ð u ñi u tr máy gia t c tuy n tính....................................................... 24
Hình 2.5: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có súng phát electron, ng d n sóng và
bia tia X th ng hàng............................................................................... 26
Hình 2.6: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có ng d n sóng n m trong dàn quay. 27
Hình 2.7: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có ng d n sóng n m trong b máy.... 28
Hình 3.1: Sơ ñ mô t ho t ñ ng c a chương trình CODIM ................................ 32
Hình 3.2: Gi n ñ th hi n m i liên h gi a s CT (H) và m t ñ v t ch t ......... 33
Hình 3.3: Hình phantom m u 10 v t ch t: (a) hình nh phantom m u, (b) hình CT
c a phantom m u ñư c v b ng MATLAB, (c) hình phantom m u sau
khi chuy n ñ i t s CT v m t ñ v t ch t, (d) hình phantom m u sau
khi chuy n ñ i t m t ñ v t ch t v v t ch t ...................................... 35

7
Hình 3.4: Hình CT não ngư i ñư c l y t b nh vi n Ch R y (a) hình CT ñư c v
b ng ph n m m chuyên d ng MRIcro, (b) hình nh CT ñư c v b ng
MATLAB, (c) hình nh CT sau khi chuy n ñ i CT v m t ñ v t ch t,
(d) hình nh CT sau khi chuy n ñ i t m t ñ v t ch t v v t ch t ...... 37
Hình 3.5: Giao di n chính c a chương trình CODIM .......................................... 38
Hình 3.6: Giao di n ch c năng CONVERT_VIEW............................................. 39
Hình 3.7: Giao di n ch c năng ISODOSE_MESHTAL........................................ 41
Hình 4.1: Mô hình máy gia t c 2D, bên trái là mô hình máy gia t c phát chùm
photon 6MV và bên ph i là mô hình máy gia t c phát chùm photon
15MV..................................................................................................... 45
Hình 4.2: Mô hình máy gia t c 3D ñư c v b ng Visual Editor c a MCNP5 ...... 46
Hình 4.3: (a)Phantom nư c ñư c chia thành các voxel 4×4×0.3cm3
trong tính li u
theo ñ sâu. (b) M t c t theo tr c oxy c a phantom nư c ñư c chia
thành các voxel 4×0.05×0.27cm3
trong tính li u theo phương ngang...48
Hình 4.4: Kích thư c voxel c a phantom thu ñư c t nh CT ............................ 48
Hình 4.5: So sánh phân b li u theo ñ sâu c a chùm photon 6MV v i 2 trư ng
chi u 8×8cm2
và 10×10cm2
.................................................................. 51
Hình 4.6: Phân b li u theo phương ngang hai trư ng chi u trên cùng ñ sâu (a)
1.5cm, (b) 5cm, (c) 10cm và (d) 20cm ................................................. 52
Hình 4.7: So sánh li u phân b theo phương ngang c a chùm photon 6MV v i
nhi u ñ sâu khác nhau trên cùng m t trư ng chi u: (a) cho trư ng
chi u 8 × 8 cm2
và (b) cho trư ng chi u 10 × 10 cm2
.......................... 53
chi u 8×8cm2
và 10×10cm2
................................................................. 54

8
2.8cm, (b) 5cm, (c) 10cm và (d) 20cm ................................................. 55
nhi u ñ sâu khác nhau trên cùng m t trư ng chi u: (a) cho trư ng
chi u 8×8cm2
và (b) cho trư ng chi u 10×10 cm2
................................ 56
Hình 4.11: Giao di n chuy n ñ i c a chương trình CODIM (CONVERT_VIEW)
............................................................................................................... 59
Hình 4.12: K t qu tính li u theo 3 hư ng chi u c a MCNP5 ñư c v b ng chương
trình CODIM (ISODOSE_MESHTAL)............................................... 61
Hình 4.13: S phân b các ñư ng ñ ng li u c a 2 chương trình mô ph ng. Bên trái
là phân b các ñư ng ñ ng li u ñư c mô ph ng b ng chương trình
MCNP5 và bên ph i là chương trình DSS ............................................ 61
Hình 4.14: Li u tương ñ i t i các v trí cách t a ñ trung tâm 2.5cm và 5cm ....... 62

9
M ð U
Trong nh ng năm g n ñây s ngư i m c ung thư ngày càng gia tăng. Theo
d báo c a t ch c Y t th gi i (WHO) vào năm 2015, m i năm trên th gi i s có
15 tri u ngư i m i m c b nh ung thư và 9 tri u ngư i ch t do ung thư, trong ñó 2/3
là các nư c ñang phát tri n [6]. Còn Vi t Nam, theo th ng kê chưa ñ y ñ TP
H Chí Minh, Hà N i và m t s t nh trong c nư c ư c tính m i năm có kho ng
150 nghìn ngư i m i m c b nh ung thư và có kho ng 50 ñ n 70 nghìn ngư i ch t vì
căn b nh này, cao g p b y l n s ngư i ch t do tai n n giao thông [7].
Do ñó, vi c ch n ñoán và ñi u tr b nh ung thư luôn là v n ñ c p bách hàng
ñ u c a toàn xã h i. Hi n nay phương pháp ch n ñoán và ñi u tr b nh ung thư ch
y u t p trung vào 3 phương pháp chính: ph u thu t, hóa tr và x tr . Vi c ng d ng
phương pháp nào trong vi c ñi u tr là tùy thu c vào nhi u y u t : ñi u ki n ñi u tr ,
tùy lo i kh i u, v trí và kích thư c kh i u, giai ño n b nh và tình tr ng c a b nh
nhân…[2]. M c tiêu t p trung c a lu n văn này là phương pháp ch a tr b ng x tr .
ðây là m t phương pháp ñi u tr hi u qu ñư c ng d ng ngày càng r ng rãi Vi t
Nam và trên th gi i, phương pháp này có th ñư c s d ng m t cách riêng r ho c
k t h p v i các phương pháp khác ñ vi c ñi u tr ñ t hi u qu cao hơn.
X tr là phương pháp ng d ng chùm tia b c x trong vi c ñi u tr ung thư.
Có nhi u phương pháp ng d ng tia x khác nhau, m t trong nh ng phương pháp
thông d ng nh t chính là ng d ng các chùm tia photon phát ra t máy gia t c. Các
chùm tia này cung c p m t li u b c x cao t i các mô ñư c chi u x . V n ñ là ph i
làm sao t p trung ñư c lư ng b c x cao nh t t i vùng mô b ung thư trong khi v n
b o ñ m không quá li u cho các mô lành bên c nh. Do ñó vi c kh o sát ñ c trưng
c a chùm tia cũng như phân b li u h p th trong mô là nh ng khâu h t s c quan
tr ng trong quá trình x tr .
Phương pháp Monte Carlo là phương pháp thông d ng ñư c ng d ng r ng
rãi trong r t nhi u lĩnh v c trong ñó có lĩnh v c x tr . Trong lĩnh v c x tr ,
phương pháp ñã ñ t ñư c m t s thành công trong vi c kh o sát các ñ c trưng c a

10
chùm tia, năng lư ng ñ l i cũng như li u h p th chùm tia x c a môi trư ng.
Trong lĩnh v c mô ph ng máy gia t c, m t s nhóm nguyên c u ñã s d ng các
chương trình mô ph ng Monte Carlo khác nhau trong vi c tính toán li u, kh o sát
ch t lư ng chùm tia, vùng th tích ch u nh hư ng khi thay ñ i kích thư c
collimator lên phantom và lên k ho ch x tr b ng chùm photon và electron. Các
chương trình mô ph ng thư ng hay ñư c s d ng có th k ñ n bao g m MCNP
[12][8], GEANT [18], PENELOPE [16], EGS [21][22][14],… Các chương trình
này ñ u có nh ng ưu ñi m và khuy t ñi m nh t ñ nh trong mô ph ng ch ng h n
như th i gian tính toán, ñ chính xác c a t ng chương trình,…
Lu n văn này ñư c th c hi n nh m m c ñích ng d ng chương trình Monte
Carlo MCNP5 trong mô ph ng máy gia t c tuy n tính x tr , ki m tra ñ chính xác
c a mô ph ng trên phantom nư c ñ t ñó ti n t i mô ph ng tr c ti p trên mô hình
phantom ngư i ñư c t o t nh CT. ði u này s giúp cho vi c mô ph ng tính li u
trong l p k ho ch ñi u tr ñư c thu n l i và th c t hơn.
V i m c ñính nêu trên, lu n văn ñã ñư c hoàn thành v i b c c bao g m 4
chương:
Chương 1 – Lý thuy t v x tr : trình bày các v n ñ cơ b n c a x tr , nêu rõ
m c ñích x tr , gi i thi u khái quát v nh ng nguyên t c ñi u tr b ng tia x , các
phương pháp s d ng tia x trong vi c ñi u tr b nh và các v n ñ c n quan tâm
trong vi c ñi u tr x tr .
Chương 2 – T ng quan v máy gia t c tuy n tính: trình bày khái quát v máy
gia t c, l ch s phát tri n c a máy gia t c tuy n tính, nguyên lý c a quá trình gia t c
th ng khi ng d ng dòng ñi n xoay chi u ñ gia t c h t, các thành ph n quan tr ng
c a ñ u máy gia t c và các c u hình máy gia t c hi n ñ i.
Chương 3 – Hình nh DICOM và chương trình k t n i hình nh DICOM v i
MCNP5: gi i thi u v khái ni m và c u trúc file hình nh DICOM. Cơ s c a vi c
chuy n ñ i b d li u hình nh DICOM thành phantom CT. T ñó, xây d ng
chương trình nh m k t n i hình nh DICOM v i MCNP5 và x lý d li u tính li u
ñư c xu t ra t mô ph ng MCNP5.

11
Chương 4 – Mô ph ng máy gia t c tuy n tính b ng chương trình MCNP5 và
CODIM: trình bày các bư c mô ph ng và nh ng k t qu thu ñư c khi ti n hành mô
ph ng trên phantom nư c và trên phantom CT. So sánh k t qu thu ñư c v i s li u
th c t t b nh vi n Ch R y.

12
CHƯƠNG 1
LÝ THUY T V X TR
1.1. GI I THI U
X tr là phương pháp ñi u tr b nh b ng cách s d ng các tia b c x ion hóa
nh m h n ch s phát tri n cũng như tiêu di t kh i u, x tr có vai trò ñ t bi t quan
tr ng trong ñi u tr ung thư, có th nói ñây là lĩnh v c không th thi u trong ngành
y h c hi n ñ i. Ngày nay, cùng v i các phương th c ñi u tr ph u thu t (c t b kh i
u và t ch c di căn), hóa h c (dùng thu c di t t bào ung thư), mi n d ch (dùng
thu c kích thích h th ng mi n d ch ñ ch ng l i s phát tri n c a kh i u ung thư),
vi c ñi u tr b ng phóng x ñã góp ph n to l n trong vi c ch a tr và c u s ng b nh
nhân ung thư.
X tr là m t lĩnh v c chuyên sâu c a y h c, cơ s c a phóng x ñi u tr là
hi u ng sinh h c c a các b c x ion hóa lên cơ th s ng. Hi u ng sinh h c c a
b c x gây ra t i cơ quan b chi u x tùy thu c vào li u h p th t i cơ quan ñó, hi u
ng sinh h c tương ñ i (Relative Biological Effectiveness – RBE) còn g i là h s
ch t lư ng (Quality Factor – QF) c a chùm tia. Khi ti n hành chi u x lên các t
ch c t bào khác nhau thì hi u qu sinh h c thu ñư c cũng khác nhau do tính nh y
c m phóng x khác nhau c a chúng. Nhìn chung, ñ nh y c m phóng x c a t bào
tuân theo ñ nh lu t Bergonie và Tribondeau, ñ nh lu t phát bi u như sau: “ð nh y
c m c a t bào trư c b c x ion hóa t l thu n v i kh năng sinh s n và t l
ngh ch v i m c ñ bi t hóa c a chúng”[1]. Các t bào ung thư có kh năng sinh s n
m nh và m c ñ bi t hóa ch c năng kém so v i t ch c lành tương ñương. Vì v y,
ñ nh y phóng x cao c a t bào ung thư là m t thu n l i cơ b n c a phóng x ñi u
tr .
1.2. M C ðÍCH ðI U TR B NG TIA X [3]
ði u tr b ng tia x có liên quan ñ n vi c phá h y các t bào ung thư và ngăn
ch n s phát tri n hơn n a c a nó. T bào ung thư phát tri n nhanh ngoài s ki m

13
soát bình thư ng c a cơ th con ngư i và do ñó d n ñ n m t s b nh ung thư, các
b nh ung thư ác tính ch a các t bào có kh năng di căn nghĩa là có th phát tri n
lan tràn t v trí ban ñ u sang các v trí khác. Có nhi u lo i t bào ung thư và nhi u
cách ñi u tr khác nhau ph thu c vào t c ñ phát tri n và xu hư ng chúng t o
thành u c ng hay v n ti p t c phát tán.
Phương pháp x tr và phương pháp ph u thu t là hai phương pháp ñi u tr
ung thư ph bi n nh t và có hi u qu nh t cho b nh nhân ung thư. X tr ñơn thu n
có th ch a kh i nhi u lo i ung thư khi còn giai ño n khu trú, nh t là trong các
b nh ung thư h ch b ch huy t, ung thư da, ung thư vòm h ng và m t s ung thư
vùng ñ u c .
X tr k t h p v i ph u thu t thư ng ñư c áp d ng trong nhi u trư ng h p
khi ung thư ñã phát tri n tương ñ i l n. Có khi ti n hành x tr trư c nh m gi m b t
th tích kh i u ñ d m , h n ch di căn trong lúc m ho c có khi x tr sau khi m
nh m di t n t nh ng t bào ung thư còn sót l i ho c có khi x tr c trư c và sau khi
m , k t h p v i ñi u tr hóa ch t ñ tăng kh năng di t t bào ung thư t i m t khu
v c mà ñi u tr b ng hóa ch t không th di t h t ñư c.
Khi s d ng phương pháp x tr c n ph i xác ñ nh m c ñích c a vi c x tr .
Có hai lo i m c ñích:
• ði u tr t n g c: là lo i tr t t c các t bào ung thư t i u nguyên phát, t i các
t ch c xung quanh mà kh i u lan t i và nh ng h ch t i vùng có th b xâm
l n. ði u tr t n g c thư ng là li u x cao, có th gây ra m t s bi n ch ng
ph , th i gian kéo dài v i s ch p nh n c a b nh nhân.
• ði u tr t m th i: ñ nâng cao ch t lư ng ñ i s ng như ch ng ñau, ch ng t c
do chèn ép, ch ng ch y máu. ði u tr t m th i thư ng là li u th p và th i
gian chi u x ng n.
1.3. NH NG NGUYÊN T C ðI U TR B NG TIA X [3]
Phác ñ x tr ph i d a trên nh ng nguyên t c sau:
• ðánh giá s lan r ng c a kh i u b ng các bi n pháp CT, Scanner, X-quang,
phóng x … ñ bi t th tích c n chi u.

14
• Bi t rõ nh ng ñ c ñi m b nh lý c a kh i u.
• Ch n l a nh ng phương pháp thích h p là ch dùng x tr hay ph i h p v i
ph u thu t, hóa ch t… hay ch n ph i h p v i c hai phương pháp, ch n lo i
tia thích h p, chi u t ngoài hay ñ t t i kh i u.
• Qui ñ nh li u t i ưu và th tích chi u d a trên v trí gi i ph u, lo i b t ch c
h c, ñ lành d c a kh i u và nh ng c u trúc lành trong vùng chi u. Bác sĩ
không bao gi do d trong vi c thay ñ i nh ng ñi u ñã quy ñ nh v i nh ng
ñi u ki n m i phát sinh.
• ðánh giá t ng giai ño n v th c l c c a b nh nhân, s ñáp ng c a kh i u và
th tr ng c a t ch c lành trong khu v c ñi u tr .
Máy gia t c
Accelerator
Máy mô ph ng
Simulator
H th ng ph n m m l p k ho ch
ñi u tr TPS
CT - Scanner
Máy gia t c
Accelerator
Máy mô ph ng
Simulator
H th ng ph n m m l p k ho ch
ñi u tr TPS
CT - Scanner
Khuôn ch n tia nhi u
lá
Giá ñ nh v b nh
nhân
Hình 1.1: Quy trình c a h th ng x tr hi n ñ i.
Bác sĩ ñi u tr ph i k t h p ch t ch v i ñ i ngũ kĩ sư v t lý y h c trong vi c
lên phương án và l p phác ñ ñi u tr , không th nh m l n nh ng ñánh giá lâm
sàng, hi u sai v nh ng quan ni m v t lý, không hoàn h o v phác ñ ñi u tr và

15
th c hi n phác ñ . ði u này s nh hư ng r t l n ñ n tính m ng cũng như là ti n ñ
h i ph c c a b nh nhân.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ðI U TR B NG TIA X
1.4.1. X tr ngoài (teletherapy)
X tr ngoài là m t phương pháp ph bi n nh t trong kĩ thu t x tr . Ngư i ta
thư ng ti n hành v i chùm photon, thông thư ng ñó là các tia X mang năng lư ng
cao ñư c t o ra t máy gia t c tuy n tính, nhưng ngư i ta cũng dùng chùm tia
gamma t o ra t máy Cobalt-60 và các tia X mang năng lư ng trong kho ng 50-300
KV. Thêm vào ñó, vi c s d ng chùm electron năng lư ng megavolt ñ ñi u tr
nh ng kh i u tương ñ i nông s c i thi n ñư c ñ chính xác hình h c hơn các
photon. Do ñó phương pháp x tr b ng chùm electron cũng ñư c s d ng r ng rãi
ngày nay. X tr ngoài v i các lo i b c x khác cũng ñư c ñưa vào s d ng, ch ng
h n như chùm neutron, chùm h t tích ñi n như proton có th dùng trong ñi u tr lâm
sàng. Tuy nhiên các thi t b ñ t o ra chúng r t ñ t ñ , vì v y các lo i b c x này ít
ñư c s d ng.
M t s phát tri n m i ñây trong kĩ thu t x tr ngoài ñã ñư c ñ y m nh do
kh năng tính toán c a các h th ng máy tính hi n nay tăng lên. H th ng máy tính
không ch có kh năng giúp l p k ho ch tính toán trong không gian 3 chi u mà còn
có kh năng ñi u khi n các thi t b ñi u tr sao cho vùng nh n li u cao có th bi n
ñ i cho phù h p v i th tích bia trong không gian 3 chi u. S phát tri n này song
song v i kĩ thu t t o nh như ch p c t l p ñi n toán (Computed Tomography –
CT), ch p nh c ng hư ng t (Magnetic Resonance Imaging – MRI), … cho phép
các nhà ñi u tr có th xác ñ nh th tích bia m t cách chính xác hơn. Các kĩ thu t
này ñóng m t vai trò quan tr ng trong vi c phác h a th tích kh i u. Ngoài ra máy
tính còn có vai trò giúp tính toán li u và mô ph ng li u chi u khi chi u v i các
trư ng chi u khác nhau ho c có th giúp tính ñư c các khu v c nh n li u chi u cao
nh t ñ có th v ch ra phương án và th i gian ñi u tr hi u qu nh t cho b nh nhân.
Các thi t b ñư c s d ng cho x tr ngoài bao g m các máy phát tia X, máy
phát chùm tia gamma, máy gia t c ñi n t và máy phát neutron. T t c nh ng thi t

16
b x tr này ñ u ñòi h i ph i có các thi t b b o v b c x khác nhau và c n ph i x
lý theo các nguyên t c riêng c a nó ñ ñ m b o m c an toàn li u lư ng b c x cho
phép.
X tr ngoài là phương pháp s d ng r ng rãi nh t ñ ñi u tr kh i u, h ch
n m sâu trong cơ th . Bên c nh nh ng máy phát chùm tia gamma, máy phát
neutron, máy X-quang thì hi n nay máy gia t c ñi n t ñư c l a ch n h u h t cho
các khoa x tr . Các máy gia t c có th t o ra ñư c nh ng chùm tia X, chùm ñi n t
v i h th ng collimator ñ t o các d ng trư ng chi u b c x không ñ i x ng, có th
ñi u khi n ñư c b ng máy tính, có các h th ng ki m tra và lưu tr , các h th ng
collimator ñ ng.
1.4.2. X tr trong (brachytherapy)
X tr trong hay còn g i là x tr áp sát là kĩ thu t ñi u tr s d ng các ngu n
ñ ng v phóng x ñ t trong th tích kh i u ñ ñưa ra m t li u r t c c b nh m t i
thi u hóa li u x t i các mô lành bao quanh. Có th s d ng m t trong 3 cách sau:
áp vào, ñ t vào khe h ho c gài vào bên trong cơ th tùy t ng lo i kh i u mà ngư i
ta có th có cách c th như: ñ t b m t kh i u trong các khuôn sáp nh a ñ i v i
ung thư da, d t vào các h c t nhiên c a cơ th như t cung, xoang... ho c c m vào
mô, t ch c ph n m m mang ung thư.
X tr áp sát b h n ch khi th tích kh i u nh , s phát tri n trong lĩnh v c
này bao g m vi c s d ng các ngu n phóng x có su t li u cao, các ngu n này có
th ñư c ñưa qua các ng thông ñ ñ t vào các v trí kh i u.
1.4.3. Tia x chuy n hóa
Tia x chuy n hóa là phương pháp cho b nh nhân u ng ho c tiêm các dư c
ch t phóng x (131
I , 32
P , 198
Au) ho c kháng th ñ t hi u có g n các ñ ng v phóng
x ñ di t t bào ung thư trong t bào chuy n hóa và k t h p có ch n l c. D a vào
các ho t ñ ng chuy n hóa bình thư ng (VD: t bào tuy n giáp h p th 131
I) ho c
thay ñ i b nh lý (kh i ung thư h p th nh ng phân t h u cơ ñ c hi u), ngư i ta
cho các ñ ng v phóng x ñ n các mô ñích (target tissue) b b nh ñ ñi u tr .

17
1.5. CÁC K THU T TÍNH LI U TRONG X TR NGOÀI
ð tính li u trong cơ th b nh nhân gây ra b i b c x ion hóa, ta ph i gi i
m t phương trình ph c t p g i là phương trình v n chuy n. Phương trình này là
khác nhau ñ i v i các b nh nhân khác nhau và cũng ph thu c vào ñi u ki n ñi u
tr , ch ng h n như kích thư c và hình d ng trư ng chi u, năng lư ng b c x , hư ng
chùm tia t i… Có hai phương pháp ñ tính li u là phương pháp tr c ti p và phương
pháp gián ti p [1].
Phương pháp gián ti p b t ñ u v i vi c gi i phương trình v n chuy n cho
nh ng trư ng h p ñơn gi n, ch ng h n như ño phân b li u trong nư c. Phân b
này s ñư c hi u ch nh khi xét ñ n hình d ng chùm tia và s không ñ ng nh t trong
cơ th b nh nhân.
Phương pháp tr c ti p ñư c s d ng r ng rãi hơn vì nó cho phép gi i phương
trình v n chuy n chính xác hơn, nó bao g m các phương pháp gi i tích và k thu t
Monte Carlo. Các phương pháp gi i tích như pencil beam và superposition d a trên
các phép tính g n ñúng và mô hình hóa, ch ng h n mô ph ng thi t b ñi u tr b ng
ngu n ñơn gi n như ngu n ñi m ho c ngu n song song, mô ph ng s v n chuy n
c a electron theo ñư ng th ng… Vì th k thu t này có thu n l i là x lý nhanh,
cho k t qu ch trong vài giây và chính xác cao ñ i v i c u hình ñơn gi n, ñ ng
nh t. Nhưng nh ng k thu t tính toán li u thông thư ng này có th cho sai s ñáng
k khi kích thư c trư ng chi u nh , ñ i v i vùng có s bi n ñ i l n v li u hay
vùng có môi trư ng không ñ ng nh t [1].
Các k thu t ñi u tr hi n nay ngày càng ph c t p, ñòi h i s thành công cao,
phương pháp truy n th ng không ñ t t ñ cung c p s phân b li u chính xác trong
cơ th b nh nhân. Hình 1.2 cho th y khi c u trúc hình h c càng ph c t p, càng g n
v i th c t thì m c ñ khó khăn c a vi c gi i quy t bài toán theo phương pháp gi i
tích càng tăng nhanh hơn nhi u so v i phương pháp mô ph ng Monte Carlo.

18
Hình 1.2: So sánh k thu t Monte Carlo và phương pháp gi i tích v ñ khó khăn
c a bài toán theo s ph c t p c a c u hình [4].
1.6. XÁC ð NH TH TÍCH VÀ CÁC GI N ð LI U KH I
1.6.1. Xác ñ nh th tích
Là ñi u ki n tiên quy t cho quá trình l p k ho ch ñi u tr 3D và báo cáo li u
chính xác. Theo báo cáo c a ICRU-50 và 62 thì vi c xác ñ nh và di n t th tích là
xác ñ nh bia và th tích c u trúc lâm sàng mà nh hư ng ñ n quá trình l p k ho ch
ñi u tr và nó còn cung c p m t giá tr n n t ng cho vi c so sánh hi u qu c a vi c
ñi u tr .
Khi xác ñ nh th tích chúng ta c n phân bi t các lo i th tích sau:
• Th tích toàn b kh i bư u (Gross Target Volume – GTV): là toàn b kh i
bư u có th s , có th th y, có th ch ng minh ñư c. GTV ñư c xác ñ nh
qua ch n ñoán hình nh (X-quang, CT, MRI,…) và k t qu phân tích gi i
ph u b nh.
• Th tích ñích lâm sàng (Clinical Target Volume – CTV): là th tích GTV
c ng thêm nh ng vùng ñư c xác ñ nh là có kh năng t n thương. Th tích
này là th tích c n ñư c x tr ñ nh n ñư c m c tiêu tiêu di t tri t ñ hơn.
CTV thư ng bao g m vùng GTV, vùng bao quanh GTV và các h ch dương

19
tính xung quanh. CTV ñư c xác ñ nh b i bác sĩ ung bư u x tr . Kích thư c
CTV thông thư ng là: CTV = GTV + 1cm m r ng t biên c a GTV. Tuy
nhiên trong m t s ít trư ng h p CTV = GTV.
• Th tích ñích ho ch ñ nh (Planning Target Volume – PTV): là m t khái ni m
hình h c. Nó ñư c nêu ra ñ ch n các chùm tia phù h p ñ m b o li u ñư c
ch ñ nh th t s b h p th trong CTV. PTV ñư c liên k t v i m t khung
chu n c a máy gia t c và thư ng ñư c mô t là CTV + m t ñư ng biên c
ñ nh hay thay ñ i (ch ng h n, PTV = CTV + 1cm).
• Các t ch c nguy c p (Organ At Risk – OAR): khi x vào m t vùng nào ñó
thì các cơ quan bên c nh vùng ñó cũng b chi u x . Khi li u quá cao thì có
th làm t n thương nh ng cơ quan này n u nh , ho c có th phá h y ch c
năng c a cơ quan ñó n u vư t qua li u gi i h n cho phép. Do v y, vi c xác
ñ nh các cơ quan nh y b c x là r t quan tr ng.
Ta c n ñ c bi t lưu ý ñ n m t s cơ quan tr ng y u ch ng h n như: vùng ñ u
c (m t và t y s ng), vùng ng c (t y s ng và ph i), vùng b ng (gan và th n), vùng
ch u (bàng quang, tr c tràng, hai ñ u xương ñùi, bu ng tr ng và tinh hoàn).
Hình 1.3: GTV và CTV

20
1.6.2. Các gi n ñ li u kh i (Dose-Volume Histograms – DVHs)
Vi c l p k ho ch x tr 3D bao g m vi c l y thông tin v s phân b li u
trên m t ma tr n các ñi m trên gi i ph u h c c a b nh nhân. DVHs tóm t t các
thông tin phân b li u 3D và là m t công c r t h u ích cho vi c ñánh giá ñ nh
lư ng k ho ch x tr .
DVHs bi u di n s phân b theo t n su t các giá tr li u trong m t kh i th
tích quan tâm, có th là PTV, có th là cơ quan nh y x lân c n PTV. DVHs cũng
ñư c hi n th d ng ph n trăm th tích c a toàn b kh i th tích quan tâm nh n
ñư c m t li u xác ñ nh nào ñó. Có hai lo i DVH:
• DVH vi phân: ñ t o m t DVH vi phân, máy tính tính t ng s lư ng voxel
v i m t li u trung bình trong m t kho ng cho trư c và v kh i th tích cu i
cùng (hay ph n trăm th tích c a toàn b kh i th tích) như là m t hàm c a
li u lư ng. M t DVH lí tư ng cho m t th tích vùng x ph i có d ng hình
c t th ng ñ ng, ñi u này có nghĩa là 100% th tích vùng x nh n ñư c li u
theo ch ñ nh c a bác sĩ.
• DVH tích lũy: là bi u di n ph n trăm th tích c a c u trúc mà nh n ñư c ít
li u xác ñ nh D và b ng v i 100% tr cho toàn b vùng DVH vi phân gi a 0
và D. V DVH b t ñ u t i 100% c a th tích nh n li u 0 Gy
Hình 1.4: a) Bi u di n cho DVH vi phân và b) bi u di n cho DVH tích lũy

21
CHƯƠNG 2
T NG QUAN V MÁY GIA T C TUY N TÍNH
2.1. L CH S PHÁT TRI N C A MÁY GIA T C [3]
Ngay sau s khám phá ra tia X c a Roentgen năm 1895, trong quá trình kh i
ñ u c a k thu t x tr , công ngh phát tia x ngày càng chú tr ng vào vi c t o ra
cư ng ñ và năng lư ng chùm electron và photon cao hơn và linh ho t hơn. Trong
su t 50 năm ñ u phát tri n k thu t x tr , công ngh x tr phát tri n khá ch m ch p
và ch y u d a trên ng tia X, máy phát Van De Graaff và betatron. Phát minh v
thi t b t Cobalt-60 c a H.E. Johns ñ u nh ng năm 50 c a th k XX ñã t o nên
m t bư c phát tri n l n trong vi c tìm ki m nh ng ngu n photon năng lư ng l n
hơn, do ñó thi t b Cobalt ñã ñư c ñ t lên v trí hàng ñ u trong su t m t th i gian
ñ u. Trong cùng th i gian ñó máy gia t c tuy n tính cũng ñư c nghiên c u phát
tri n và ñã ngày càng chi m ưu th so v i thi t b Cobalt. Các máy gia t c tuy n
tính ñã ñư c phát tri n qua năm th h v i ñ ph c t p ngày càng tăng và tr thành
ngu n b c x ñư c s d ng r ng rãi nh t trong k thu t x tr hi n ñ i. V i thi t k
nh g n và hi u qu , máy gia t c tuy n tính r t linh ho t trong s d ng, cung c p
các ngu n tia X ho c electron cho ñi u tr v i m t d i năng lư ng r ng. Ngày nay,
cùng v i các thi t b hi n ñ i chúng ta có th máy tính hóa và phân ph i chùm tia
v i các m c năng lư ng có th ñi u ch nh ñư c.
Ngoài vi c s d ng máy gia t c tuy n tính, các tia X và electron còn ñư c
t o ra b ng cách s d ng các lo i máy gia t c khác như betatron và microtron. Các
h t hi m g p hơn cũng ñư c t o ra t các máy gia t c ñ c bi t như proton, neutron,
các ion n ng và các meson π âm ñôi khi cũng ñư c s d ng trong k thu t x tr .
Tuy nhiên, cho ñ n nay các máy gia t c tuy n tính megavolt v n là máy ñư c s
d ng ph bi n nh t. Hình 2.1 trình bày hình d ng máy gia t c tuy n tính PRIMUS
HPD hi n ñang ñư c s d ng t i B nh vi n Ch R y.

22
Hình 2.1: Máy gia t c tuy n tính PRIMUS HPD c a SIEMENS
2.2. NGUYÊN LÝ GIA T C TH NG [3]
Máy gia t c tuy n tính là lo i máy mà ñi n tích ñư c gia t c nh ñi n trư ng
m t chi u ho c xoay chi u có ñi n th cao và qu ñ o c a h t là ñư ng th ng khi
chuy n ñ ng trong ñi n trư ng.
Năm 1932, Walton và Cokraft ñã thành công trong vi c bi n ñ i h t nhân
b n thành h t nhân phóng x b ng ph n ng h t nhân v i photon. ð gia t c photon
ñ t ñ n năng lư ng c n thi t, hai ông ñã dùng phương pháp gia t c ñi n trư ng
b ng m t sơ ñ n i ti p các t ñi n ñ t o ra ñi n th cao t 600.000 ÷ 800.000 Volt
và ñưa ñi n áp ñó vào ng chân không. Tuy nhiên, s d ng ñi n trư ng m t chi u
ch gia t c ñ n 2÷3MeV không th gi i quy t ñư c v n ñ liên quan ñ n h t nhân
nguyên t và ñi u tr ñ i v i các kh i u n m sâu bên trong. Lawriton và Sloan ñã
gi i quy t v n ñ b ng cách thay ñ i vi c s d ng ñi n trư ng m t chi u b ng ñi n
trư ng xoay chi u, bi n pháp gia t c h t trong ñi n trư ng xoay chi u như sau:
Gi thi t r ng gi a các c c A và B là m t ñi n trư ng xoay chi u. Ta ñ t vào
gi a các c c này m t lo t ng hình tr ñư c ký hi u là C1, C2, C3, C4 và C5. ð có
ñi n trư ng xen k gi a các ng, ta n i ñi n c c B v i các ng C1 , C3, C5 và ñi n
c c A n i v i các ng C2, C4 (xem Hình 2.2).

23
Hình 2.2: Mô hình s p x p các ng t o gia t c h t
Như v y, gi a A và C1, C2 và C3, C4 và C5 có cùng m t hi u ñi n th , ñ ng
th i gi a C1 và C2, C3 và C4 có cùng giá tr hi u ñi n th nhưng ngư c chi u. ði u
ñó có nghĩa là n u m t h t ñư c gia t c trong không gian gi a A và C1 thì trong
không gian gi a C1 và C2 h t này s b ñi n trư ng hãm l i. Tuy nhiên, ñ ñi qua
ñư c ng C1 h t ph i m t m t th i gian nh t ñ nh nào ñó và trong th i gian này h t
không ñư c gia t c. Nhưng vì các ñi n c c n i v i ñi n trư ng xoay chi u nên
trong th i gian h t ñi trong ng C1, ñi n trư ng gi a C1 và C2 ñ i chi u. Do ñó có
th ch t o ñ dài ng C1 sao cho th i gian h t ñi h t ñ dài ng C1 ñ cho th i gian
ñi n trư ng gi a C1 và C2 không hãm mà gia t c h t.
Ta gi thi t ti p là trong th i ñi m khi ñi n trư ng hư ng t A ñ n B (t c là
ñi n th c c A cao hơn c c B) và có giá tr c c ñ i thì t ñi n c c A s bay ra
nh ng ñi n tích dương. Dư i tác d ng c a ñi n trư ng h t s chuy n ñ ng t A
sang B và ñư c gia t c. Khi h t ñ n ng C1 nó thu ñư c năng lư ng b ng eU, trong
ñó e là ñi n tích c a h t, còn U là hi u ñi n th gi a A và C1. Khi h t ñi vào bên
trong ng, ñi n trư ng s không còn tác ñ ng lên h t n a và nó s chuy n ñ ng v i
t c ñ n ñ nh. Trong th i gian ñó ñi n trư ng ñ i chi u, hi u ñi n th gi a A và C1
gi m ñ n 0 sau ñó ñ i d u nghĩa là th ñi n c c C1 tr thành l n hơn th A.
Chúng ta s ch n ñ dài c a ng C1 sao cho t i th i ñi m khi mà hi u ñi n th gi a
A và C1 ñ t ñ n giá tr âm l n nh t thì các h t chuy n ñ ng ñ n ñi m cu i cùng c a

24
ng C1. Sau ng C1, l p ng C2 g n v i c c A sao cho ñi n th c c A và ng C2 là
như nhau m i th i ñi m. Trong th i gian h t chuy n ñ ng vào không gian các
ng, th năng c a c c B s l n hơn th năng c a ñi n c c A vì v y h t trên ñư ng
t C1 ñ n C2 l i ñư c gia t c và thu thêm ñư c m t năng lư ng eU, như v y khi ñi
vào ng C2 (nơi không có ñi n trư ng ) nó có năng lư ng b sung là 2eU.
Ti p theo quá trình chuy n ñ ng c a h t trong ng C2 ñi n trư ng gi a các
ng và ñi n c c s ti p t c thay ñ i. Chúng ta ch n ñ dài c a ng sao cho vào th i
ñi m khi hi u ñi n th gi a A và B ñ t t i giá tr c c ñ i, h t có th ñi ñư c ñ n
cu i ng C2. N u sau ng C3 có cùng hi u ñi n th v i ñi n c c B t i m i th i ñi m
thì trên ñư ng ñi gi a C2 và C3 h t l i ñư c gia t c(t c là th i ñi m ñó th c a ng
C2 l n hơn th c a ng C3). Nó nh n thêm ñư c m t năng lư ng eU trư c khi ñi
vào ng C3 … Như v y khi ñi vào ng C5 năng lư ng c a nó s là 5eU. N u ta
không ch s d ng 5 ng mà nhi u hơn và ñ dài các ng ñư c l a ch n sao cho
m i l n ñi n trư ng thay ñ i d u trong khi h t chuy n ñ ng trong ng thì h t s
ñư c gia t c m i l n ñi t ng này sang ng kia.
ð th c hi n vi c gia t c h t là ñ ng b khi chuy n ñ ng trong các ng thì
th i gian chúng chuy n ñ ng trong m i ng ph i b ng nhau. ði u ñó ñòi h i ñ dài
các ng tăng d n vì năng lư ng và t c ñ tăng d n. Th i gian h t ñư c gia t c ñi
trong các ng ñư c tính theo công th c sau:
31 2
1 2 3
ll l
t
v v v
= = = (2.1)
Trong ñó l1, l2, l3 và v1, v2, v3 … là ñ dài và v n t c c a h t chuy n ñ ng trong các
ng tương ng.
M c khác ta có:
2
2
mv
eU= (2.2)
Do ñó:
1 2 3
2 1 2 2 2 3
, , ...
eU eU eU
v v v
m m m
´ ´ ´
= = = (2.3)

25
T ñó ta có:
1 2 3
...
2 1 2 2 2 3
l l l
eU eU eU
m m m
= = =
´ ´ ´
(2.4)
Vì v y:
1 2 3: : :... 1: 2 : 3 :...l l l = (2.5)
N u như trong máy gia t c có n ñi n c c thì năng lư ng h t thu ñư c khi
chuy n ñ ng t c c th nh t ñ n c c th n s là n×eU.
Như v y, n u như ta có m t h th ng g m m t lư ng l n ñi n c c có kích
thư c phù h p v i m t hi u ñi n th U nh chúng ta có kh năng cung c p cho h t
m t lư ng r t l n.
Hình 2.3: M t c t c a ng d n gia t c sóng d ng c a máy gia t c tuy n tính 6MV
2.3. ð U ðI U TR MÁY GIA T C TUY N TÍNH [15]
ð u máy gia t c là m t trong nh ng thành ph n quan tr ng nh t c a máy gia
t c. Nó ch a ñ ng nh ng thành ph n mà có nh hư ng ñ n ch t lư ng, hình dáng,
cùng v i kh năng ñ nh v và theo dõi chùm photon và electron trong quá trình ñi u
tr .

26
Hình 2.4: ð u ñi u tr máy gia t c tuy n tính
Chùm electron ñư c phát ra t súng electron ñư c gia t c trong ng d n sóng
ñ t ñ n m t m c năng lư ng và hình thành d ng chùm tia hình nón h p qua h
th ng v n chuy n chùm electron ñ n ñ u ñi u tr máy gia t c, ñây chùm electron
và photon ñi u tr ñư c t o ra. Các thành ph n quan tr ng trong ñ u máy gia t c
hi n ñ i bao g m:
1. Các bia X-ray có th ra vào;
2. B l c ph ng và phôi phân tán electron (cũng ñư c xem như t m l c phân
tán);
3. Các collimator th c p và sơ c p;
4. C p bu ng ion hóa;
5. D ng c ño x và ñèn xác ñ nh trư ng chi u;
6. Thành ph n không b t bu c (nêm);
7. Collimator ña lá (MLC) (tùy ch n).
Chùm photon ñi u tr ñư c t o ra v i s k t h p bia và b l c ph ng.
Chùm electron phát ra t súng electron ñư c gia t c ñ n m t m c năng lư ng xác
ñ nh trong ng d n sóng gia t c chuy n qua h th ng v n chuy n ñ p vào bia t o tia

27
X, ñây m t ph n nh (kho ng 10%) năng lư ng chùm tia chuy n thành chùm tia
X thông qua hi n tư ng b c x hãm. Cư ng ñ chùm tia X t o ra trong bia ch y u
có hình d ng hình nón h p và ñư c làm ph ng thông qua b l c ph ng.
Chùm electron ñi u tr ñư c t o ra b ng cách rút l i bia. Chùm tia electron
hình nón h p ñư c cho qua b l c ph ng, phôi tán x ho c b l ch và máy quét t
tính ñ bao ph toàn b kích thư c trư ng chi u c n thi t cho ñi u tr b ng chùm
electron. Các collimator cũng ñư c s d ng ñ ñ nh d ng chùm electron.
Chu n chùm photon trong máy gia t c y khoa hi n ñ i bao g m 3 b ph n
collimator: collimator sơ c p, collimator di ñ ng xác ñ nh chùm th c p và
collimator ña lá.
+ Collimator sơ c p h n ch kích thư c trư ng c c ñ i ñ i v i x tr chùm
tia X.
+ Collimator th c p có tác d ng xác ñ nh kích thư c trư ng ñi u tr .
Collimator này bao g m 2 b ngàm ñ c l p: b ngàm dư i và b ngàm
trên, chúng có tác d ng gi i h n chùm tia ñ t o thành trư ng chi u hình
ch nh t ho c hình vuông v i kích thư c c c ñ i 40 × 40 cm2
t i ñi m
ñ ng tâm máy gia t c (100 cm cách bia X-ray).
+ B collimator ña lá (multileaf collimator - MLC) là thành ph n m i ñư c
thêm vào kĩ thu t phân b li u máy gia t c. MLC cho phép t o ra nh ng
trư ng b c x có hình d ng không ñ u m t cách chính xác t nh ng c p
lá collimator ñư c k t h p ch c ch , m i lá ñư c ñi u khi n b ng 1 motor
nh . Vi c xây d ng h th ng MLC chính xác ñòi h i các kĩ thu t quan
tr ng. Hi n nay là mô hình MLC k t h p 120 lá (60 c p) bao ph chùm
b c x 40 × 40 cm2
và ñư c máy tính ñi u khi n motor và chu vi c a
collimator.
H th ng theo dõi li u trong máy gia t c y khoa ñư c th c hi n d a vào các
bu ng ion hóa bao l y chùm electron và photon trong quá trình ñi u tr b ng máy
gia t c tuy n tính. Các bu ng ño ñư c s d ng ñ theo dõi công su t chùm tia (li u
b nh nhân) m t cách liên t c trong su t quá trình ñi u tr . Thêm vào ñó bu ng ño

28
cũng còn ñư c s d ng cho vi c quan sát bán kính và ñ b ng ph ng cũng như tính
ñ i x ng và năng lư ng c a chùm tia. V i s an toàn c a b nh nhân, h th ng ño
lư ng b c x gia t c thư ng bao g m 2 bu ng ion hóa ñư c b t kín tách bi t hoàn
toàn không ph thu c vào công su t c a nhà cung c p và d li u thi t b ño ñi n áp
c c th p. N u bu ng sơ c p h ng trong quá trình ñi u tr b nh nhân thì bu ng th
c p s xác ñ nh b c x , thông thư ng thì li u ñư c c ng thêm ch vài ph n trăm so
v i li u quy ñ nh ñã ñư c công b .
2.4. C U HÌNH MÁY GIA T C HI N ð I [15]
T i các m c năng lư ng electron c megavolt, các photon ñư c t o ra theo
hi u ng bremsstrahlung trong bia tia X ñ t ñ n giá tr xác ñ nh và phát ra theo
hư ng c a chùm electron ñ p vào bia. T t nhiên có s liên quan gi a các ng d n
sóng gia t c v i b nh nhân trong các c u hình ñi u tr ñ ng tâm.
Trong c u hình ñơn gi n và thông thư ng nh t, như minh h a Hình 2.5,
súng electron và bia tia X ñư c x p th ng hàng tr c ti p v i ñư ng ñ ng tâm c a
máy gia t c ñ tránh ph i dùng h th ng v n chuy n chùm tia. Chùm photon th ng
su t t ñ u ñ n cu i ñư c t o ra và ngu n t n s vô tuy n cùng ñư c g n trong dàn
quay.
Hình 2.5: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có súng phát electron, ng d n sóng và
bia tia X th ng hàng

29
Tuy nhiên, vì lý do th c t ñư ng ñ ng tâm c a máy gia t c tuy n tính không
vư t quá 130cm phía trên sàn phòng ñi u tr và kho ng cách t ngu n t i tâm kh i
u trên tr c thư ng là 100cm. Như v y rõ ràng là trong c u hình này chi u dài c a
ng d n sóng gia t c b gi i h n 30cm, tương ng ñ ng năng electron là 4 ñ n 6
MeV. Th c v y, các máy gia t c tuy n tính ñơn gi n nh t có m c năng lư ng 4 ñ n
6 MeV v i súng ñi n t và bia c ñ nh ñư c g n vào ng d n sóng gia t c, do ñó
không ñòi h i s v n chuy n và ñưa ra s ñi u tr b ng electron.
ng d n sóng gia t c ñ i v i các m c năng lư ng electron trung bình (8 ñ n
15 MeV) và cao (15 ñ n 30 MeV) hi n nhiên s r t dài n u g n ñư ng ñ ng tâm
tr c ti p, b i v y chúng ñư c ñ t ho c trong dàn quay song song v i tr c quay c a
dàng quay (Hình 2.6), ho c trong khung ñ dàn quay (Hình 2.7). Sau ñó, m t h
th ng v n chuy n chùm tia ñư c s d ng ñ d n chùm electron t ng d n sóng gia
t c t i bia tia S. Ngu n t n s vô tuy n trong hai c u hình này ñư c g n trong
khung ñ dàn quay.
Hình 2.6: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có ng d n sóng n m trong dàn quay

30
Hình 2.7: C u hình máy gia t c ñ ng tâm có ng d n sóng n m trong b máy

31
CHƯƠNG 3
HÌNH NH DICOM VÀ CHƯƠNG TRÌNH K T
N I HÌNH NH DICOM V I MCNP5
3.1. GI I THI U V NH DICOM
3.1.1. Khái ni m
DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là tiêu chu n v
cách th c hi n th hình nh s và giao ti p trong y khoa, ñư c sáng l p b i Hi p h i
các nhà s n xu t ñi n t qu c gia (National Electrical Manufaturer’s Association –
NEMA) k t h p v i Hi p h i ngành Ch n ñoán hình nh Hoa Kì (American
College of Radiology – ACR) nh m h tr cho vi c phân ph i và ñánh giá các hình
nh y khoa như các l p c t CT, MRI và siêu âm.
3.1.2. C u trúc nh DICOM
M t t p tin hình nh DICOM không ch ch a ñ ng thông tin v các thông s
cơ b n c a m t hình nh thông thư ng (ph n d li u hình nh) như thang màu, kích
thư c, d li u pixel, … mà còn mang nhi u thông tin chi ti t v ngu n g c c a nh
(n m trong ph n header hình nh) ch ng h n như thông tin v ñơn v ch p nh CT,
tên tu i b nh nhân, hình th c ch p c t l p, b ph n ch p … Các thông tin v hình
nh ñư c tích h p vào trong file DICOM s giúp cho hình nh không bao gi b th t
l c thông tin khi truy n t i. ðây là ưu th này c a nh DICOM so v i các ñ nh d ng
nh phân tích thông thư ng khác (bao g m m t t p tin ch a các d li u c a nh và
ch a các thông tin c a nh m t t p tin khác). V i c u trúc như th s giúp cho nh
DICOM có nhi u thu n l i hơn trong giao ti p gi a nơi này v i nơi khác (giao ti p
gi a các b nh vi n v i nhau trên toàn th gi i…).
Ch v i m t nh DICOM ñơn gi n, chúng ta có th thu ñư c r t nhi u thông
tin c n thi t ñ ph c v cho m c tiêu nghiên c u c a nhi u lĩnh v c riêng. Trong
ph m vi nghiên c u c a ñ tài này, ta ch t p trung nghiên c u m t s các thông tin
nh sau:

32
3.1.2.1 Ph n kích thư c nh (Width, Height, Rows, Columns,PixelSpacing,…)
ðây là thông tin quan tr ng trong vi c chuy n ñ i ma tr n d li u nh sang
input file MCNP5. Tùy theo b ph n ch p hay ch ñ ch p, ngư i k thu t viên s
l a ch n kích thư c hình nh phù h p ñ thu ñư c nh ng hình nh th hi n rõ nét
nh t. Kích thư c hình nh c a m t nh DICOM hi n nay là 512 × 512 pixel, nhưng
tùy thu c vào m t s ñi u ki n khách quan mà hình nh có th có kích thư c khác
hơn: 256 × 256 pixel ho c 128 × 128 pixel ch ng h n.
3.1.2.2 Thang màu (Colortype)
• Grayscale (Thang xám):
ðây là thang màu tiêu bi u cho t t c các hình nh y khoa. H u h t các hình
nh y khoa ch n ñoán t X-quang thư ng, siêu âm cho t i CT, MRI, X-quang s
ñ u d a trên thang xám làm n n t ng ñ th hi n các hô h p ch p v i cư ng ñ
sáng t i tương ng.
Khi c n kh o sát m t cách t ng quát (X-quang t ng quát, siêu âm t ng quát,
CT t ng quát…), hình nh v i thang ñ xám ñã tr nên r t ph bi n và tr thành
m t chu n qui ư c qu c t v hình nh ch n ñoán.
• Truecolor RGB (Thang màu ñ - l c- lam)
ðây là thang màu ñư c áp d ng khi c n ñánh giá quá trình trao ñ i ch t ho c
kh o sát ho t ñ ng c a các cơ quan m t cách t m hơn. Nói chung, hình nh thang
màu có khuynh hư ng ph c v ch n ñoán ch c năng nhi u hơn trong khi hình nh
v i thang xám thông thư ng hư ng v ch n ñoán c u trúc.
3.1.2.3 Thang ñ sáng/ tương ph n (Window Center/Window Width)
B t c ai khi nghiên c u v nh y khoa ñ u quan tâm ñ n v n ñ ñ sáng và
ñ tương ph n c a nh ñư c quy t ñ nh b i hai thông s ‘window center’ và
‘window width’. Giá tr c a c p thông s này mang ý nghĩa r t quan tr ng ñ i v i
các ñ u quét trong các máy X-quang, CT, PET và cũng tương t ñ i v i MRI.
3.2. GI I THI U V CHƯƠNG TRÌNH CODIM
CODIM (COnvert DIcom to MCNP5) là chương trình ñư c thi t k trên n n
MATLAB7.8.0 (R2009a) nh m liên k t t p tin d li u hình nh DICOM v i

33
chương trình MCNP5. Chương trình có ch c năng chuy n ñ i các t p tin d li u
hình nh DICOM thành input file MCNP5, x lí output file MCNP5 và thi t l p các
ñư ng phân b li u lên d li u hình nh DICOM sau khi ti n hành mô ph ng
MCNP5 thu ñư c k t qu .
3.2.1. Phương th c ho t ñ ng c a chương trình CODIM
Nhi m v c a chương trình CODIM là nh m h tr cho vi c tính li u h p
th trong voxel phantom ñư c t o thành t các nh DICOM (trong trư ng h p này
c th là các file CT). Các voxel phantom ñư c hình thành trong không gian 3 chi u
nh vào vi c x lý m t t p h p các hình nh CT 2 chi u ñư c ch p t b nh nhân.
Hình 3.1 trình bày nguyên lý ho t ñ ng c a chương trình CODIM. Các bư c ti n
hành bao g m:
• ð c các thông tin t t p h p các file DICOM (bao g m thông tin header
và pixel).
• K t h p các file CT 2 chi u r i r c thành kh i 3 chi u.
• Chuy n ñ i các s CT c a t ng pixel sang thành d ng v t ch t và m t ñ
tương ng.
• Xây d ng input file cho chương trình MCNP5 s d ng voxel phantom
v i s li u v t ch t và m t ñ thu ñư c.
• Ch y chương trình MCNP5 và thu ñư c k t qu dư i d ng output file
MESHTAL là các ma tr n hai chi u ng v i v trí t ng lát c t c a các file
CT.
• Chuy n ñ i các ma tr n MESHTAL tr l i d ng file DICOM. Trong
trư ng h p chi u cùng lúc v i nhi u hư ng chi u khác nhau thì m i
trư ng chi u ñư c mô ph ng riêng l sau ñó s ñư c k t h p l i và
chuy n thành file d ng DICOM.
• Hi n th k t h p c nh CT (dư i d ng grayscale) và các ñư ng ñ ng li u
(dư i d ng RGB) thu ñư c trên.

34
Hình 3.1: Sơ ñ mô t ho t ñ ng c a chương trình CODIM
3.2.2. Quy trình chuy n ñ i
3.2.2.1 Giai ño n 1: Chuy n ñ i nh CT v v t ch t và m t ñ v t ch t tương ng
Khi tính toán mô ph ng, chương trình MCNP5 quan tâm ñ n các thông s
như hình h c, v trí và thành ph n c u t o hóa h c c a các kh i v t th ñư c ñưa
vào. Trong khi ñó hình nh CT ñư c c u t o t các d li u hình nh, d li u này là
các s CT ñư c xây d ng d a trên các ñơn v Hounsfield (Hounsfield Unit – HU).
Các s CT có m i liên h g n như tuy n tính v i m t ñ v t ch t thông qua gi n ñ
Hounsfield. Do ñó, ñ xây d ng input file cho chương trình MCNP, ñi u trư c tiên
là ph i ñ c hình nh CT và chuy n ñ i d li u hình nh CT v d ng m t ñ v t
ch t.
B ng 3.1 trình bày m i liên h gi a s CT và m t ñ v t ch t. Trong ñó quy
ư c l y giá tr -1000 tương ng v i m t ñ 0g/cm3
(không khí) và giá tr 0 tương
ng v i m t ñ 1g/cm3
(nư c). Công th c tính giá tr HU ñ i v i v t ch t X có h
s suy gi m tuy n tính µX là
HU = (µX – µH2O) / µH2O × 1000 (3.1)
trong ñó µH2O là h s suy gi m tuy n tính c a nư c.
B d li u DICOM
CODIM
Output fileInput file
MCNP5
Thông tin header
Thông tin isodose
Thông tin pixel

35
Kho ng giá tr c a s CT là t -5000 ñ n 5000, tuy nhiên trong th c t ng
d ng thì s CT thư ng n m trong kho ng t -1000 ñ n 2000.
B ng 3.1: B ng liên h gi a s CT (ñơn v Hounsfield) v i m t ñ v t ch t
S CT
(Hounsfield – H)
M t ñ v t ch t
(g/cm3
)
-5000 0.0
-1000 0.0
-400 0.602
-150 0.924
100 1.075
300 1.145
2000 1.856
4927 3.379
Hình 3.2: Gi n ñ th hi n m i liên h gi a s CT (H) và m t ñ v t ch t
Giá tr m t ñ v t ch t t i t ng pixel thu ñư c thông qua vi c n i suy tuy n
tính gi a hai giá tr trong B ng 3.1 g n nh t phía trái và ph i c a s CT pixel ñó.

36
3.2.2.2 Giai ño n 2: Chuy n ñ i m t ñ v t ch t v v t ch t
Theo GEANT4, chúng ta có b ng chuy n ñ i m t ñ v t ch t v các thành
ph n v t ch t tương ng như B ng 3.2. T m t ñ v t ch t thu ñư c trên, chúng ta
ñ nh nghĩa 10 lo i v t ch t v i các thành ph n như trong B ng 3.2, các lo i v t ch t
ñư c ñánh s t 1 t i 10 theo th t như trong b ng.
B ng 3.2: B ng liên h gi a m t ñ v t ch t v i v t ch t
M t ñ (g/cm3
) V t ch t Thành ph n
[0.000 , 0.207 ) Không khí N(0.7); O(0.3)
[0.207 , 0.481) Ph i (hít vào) H(0.103); C(0.105); N(0.031);
O(0.749); Na(0.002); P(0.002);
S(0.003); Cl(0.002); K(0.003)
[0.481 , 0.919) Ph i (th ra) H(0.103); C(0.105); N(0.031);
O(0.278); Na(0.001); P(0.002);
S(0.003); Cl(0.002); K(0.003)
[0.919 , 0.979) Ch t béo (m ) H(0.114); C(0.598); N(0.007);
O(0.749); Na(0.002); S(0.001);
Cl(0.001)
[0.979 , 1.004) Vú H(0.109); C(0.506); N(0.023);
O(0.358); Na(0.001); P(0.001);
S(0.001); Cl(0.001)
[1.004 , 1.043) Nư c H(0.112); O(0.888)
[1.043 , 1.109) Gan H(0.102); C(0.139); N(0.030);
O(0.716); Na(0.002); P(0.003);
S(0.003); Cl(0.002); K(0.003)
[1.109 , 1.113) Cơ H(0.102); C(0.143); N(0.034);
O(0.710); Na(0.001); P(0.002);
S(0.003); Cl(0.001); K(0.004)
[1.113 , 1.496) Xương s n H(0.085); C(0.404); N(0.058);
O(0.367); Na(0.001); Mg(0.001);
P(0.034); S(0.002); K(0.001);
Ca(0.044); Fe(0.001)
[1.496 , 1.654] Xương H(0.056); C(0.235); N(0.050);
O(0.434); Na(0.001); Mg(0.001);
P(0.072); S(0.003); Cl(0.001);
K(0.001); Ca(0.146)

37
3.2.2.3 Giai ño n 3: Giai ño n ki m tra trên phantom m u
Sau khi hai giai ño n trên ñã hoàn thành chúng tôi ñã ti n hành th l i trên
phantom m u 10 lo i v t ch t (CIRS Model 062). Phantom này ñư c thi t k v i
chi u cao 270mm và b ngang 330mm (Hình 3.3). Các h c trong phantom ñư c s p
x p thành hai vòng v i bán kính 60mm và 115.3mm. M i vòng có 8 h c ñư c ñ t
cách ñ u nhau và m t h c n m trung tâm.
Hình 3.3: Hình phantom m u 10 v t ch t: (a) hình nh phantom m u, (b) hình CT
c a phantom m u ñư c v b ng MATLAB, (c) hình phantom m u sau khi chuy n
ñ i t s CT v m t ñ v t ch t, (d) hình phantom m u sau khi chuy n ñ i t m t
ñ v t ch t v v t ch t

38
Các lo i v t ch t ñư c s d ng trong phantom ñư c trình bày trong Hình 3.3
bao g m: nư c (1.0g/cm3
), ph i (hít vào) (0.295g/cm3
), ph i (th ra) (0.495g/cm3
),
vú (0.991g/cm3
), xương (1.609g/cm3
), xương s n (1.161g/cm3
), gan (1.071g/cm3
),
cơ (1.062g/cm3
), m (0.967g/cm3
) và titan (4.507g/cm3
) (tùy ch n).
Sau khi ti n hành chuy n ñ i, tác gi ñã s d ng b công c Data Cursor c a
Matlab ñ ki m tra các ñi m nh trên hình nh ñã chuy n ñ i và nh n th y r ng
hình nh ñư c chuy n ñ i ñã phân bi t tương ñ i rõ các vùng v t ch t trên nh CT.
Tuy nhiên v i các v t ch t gan và cơ, do có m t ñ quá g n v i m t ñ c a nư c,
ñi u này có th d dàng nh n th y trên c hình CT (Hình 3.3b) l n hình nh m t ñ
sau khi chuy n ñ i (Hình 3.3c). Do ñó, sau khi chuy n ñ i sang v t ch t, các h c
c a gan và cơ không ñư c ñ ng nh t l m do b l n các pixel c a nư c vào. Tuy
nhiên nh hư ng này không ñáng k vì thành ph n v t ch t c a các ch t này là g n
gi ng nhau. Nhìn chung, chương trình ñã cho k t qu phù h p t t v i hình nh ban
ñ u.
T thành công ñó, tác gi ñã ti n hành ki m tra tr c ti p lên b hình nh CT
ñư c l y t b nh vi n Ch R y. Hình 3.4 là hình nh th hi n quá trình và k t qu
chuy n ñ i c a chương trình CODIM. Chương trình cũng phân bi t rõ xương và các
thành ph n v t ch t khác. K t qu khá phù h p v i hình nh CT ban ñ u.
T ñó, tác gi ti n hành xây d ng giao di n, t o phantom CT và ti n hành
mô ph ng trên chương trình MCNP5. Cơ s d li u bao g m 10 lo i v t ch t như
trong B ng 3.2 ñư c ñưa vào MCNP5 và ñư c mã hóa kí hi u t 1 ñ n 10 (v i 0 là
kí hi u m c ñ nh cho chân không). Chương trình CODIM s t o ra m t phantom
hình h p có kích thư c tương ng v i kích thư c các lát c t thu ñư c t CT, kích
thư c c a các voxel cũng tương ng v i kích thư c các pixel trong hình ch p CT.
Các kí hi u v t ch t s ñư c ñưa vào input file theo th t các pixel tương ng trong
b d li u CT. Ngoài ra, chương trình DICOM s gom các pixel có cùng v t ch t
n m c nh nhau l i thành m t nhóm ñ gi m kích thư c c a input file MCNP5.

39
Hình 3.4: Hình CT não ngư i ñư c l y t b nh vi n Ch R y (a) hình CT ñư c v
b ng ph n m m chuyên d ng MRIcro, (b) hình nh CT ñư c v b ng MATLAB,
(c) hình nh CT sau khi chuy n ñ i CT v m t ñ v t ch t, (d) hình nh CT sau khi
chuy n ñ i t m t ñ v t ch t v v t ch t.
3.2.3. Thi t k giao di n
M c ñích c a tác gi là nh m thi t k m t chương trình k t h p gi a file
DICOM v i chương trình Monte Carlo MCNP5 ñ tính toán phân b li u, d ñoán
trư ng chi u c a máy gia t c tuy n tính cho phù h p v i t ng trư ng h p c th .
ð ng th i, chương trình cũng có th giúp cho ngư i dùng quan sát hình nh CT,
xây d ng phantom ngư i tr c ti p t b file CT c a b nh nhân và x lý output c a
MCNP5 sau khi ti n hành mô ph ng. Do ñó, chương trình ñư c thi t k bao g m 3
giao di n chính: giao di n chính c a chương trình và 2 giao di n ch c năng.

40
3.2.3.1 Giao di n chính c a chương trình
Hình 3.5: Giao di n chính c a chương trình CODIM
Giao di n bao g m ph n hình nh giúp ngư i s d ng ph n nào có th hình
dung ñư c m c ñích c a chương trình và ch y u xoay quanh 5 button chính:
• CONVERT: giúp ngư i dùng ti p c n v i giao di n ch c năng 1, nh m
quan sát hình nh CT, l a ch n folder c n xem và chuy n ñ i.
• ISODOSE: nh m liên k t v i giao di n ch c năng 2 là ph n x lý output
c a MCNP5.
• INFORMATION: liên k t ñ n giao di n thông tin c a chương trình.
• HELP: liên k t ñ n file hư ng d n s d ng chương trình
• CLOSE: d ng chương trình.

41
3.2.3.2 Giao di n ch c năng CONVERT_VIEW
Như ñã nói trên, ñây là ph n k t h p quan sát và chuy n ñ i hình nh ñ n
MCNP5 và trình bày m t s thông tin c n thi t cho ngư i dùng có th s d ng trong
vi c thi t l p input file cho MCNP5.
Hình 3.6: Giao di n ch c năng CONVERT_VIEW.
Giao di n bao g m 4 ph n: thanh công c , danh m c, hình nh, button ñi u
khi n chương trình.
• Thanh công c : giúp ngư i dùng ti p c n v i hình nh CT m t cách hi u
qu hơn.
+ Công c h tr hình nh c a MATLAB:
giúp ngư i s d ng có thông tin v s CT và v trí
trong hình nh khi click chu t lên hình.

42
ñây là công c quen thu c có ch c năng phóng
to và thu nh hình nh c n quan sát.
+ Công c xây d ng c a chương trình:
Color Map: thang màu( bao g m 13 thang màu l a
ch n: JET, HSV, HOT, GRAY,….
Light : thanh trư t ñi u ch nh ñ sáng.
• Danh m c :
+ Files List: danh m c li t kê các file trong folder l a ch n. L a
ch n file trong danh m c và click d u mũi tên lên xu ng trong bàn
phím ñ quan sát hình nh ch a trong folder.
+ Header List: danh m c li t kê thông tin header c a hình nh CT.
• Hình nh: giúp ngư i dùng quan sát hình nh CT.
• Button: bao g m 4 button.
+ Folder Selection: l a ch n folder ch a file CT.
+ Text Convert: có tác d ng t p h p, s p x p các file ñ nh d ng
DICOM khác nhau có trong folder l a ch n và chuy n ñ i thành
file input riêng cho t ng ñ nh d ng DICOM ch ng h n như ñ nh
d ng : *.dcm,* .ct,* .img, …
+ Hide: l a ch n ch ñ n cho các thành ph n không quan tr ng
trong header CT.
+ Show All: ch ra t t c các thành ph n trong danh m c header CT.
3.2.3.3 Giao di n ch c năng ISODOSE_MESHTAL
ðây là giao di n x lý file MESHTAL sau khi mô ph ng tính li u cho
phantom CT v a m i ñư c thi t l p b ng chương trình MCNP5.

43
Hình 3.7: Giao di n ch c năng ISODOSE_MESHTAL
Nh m m c ñích tính phân b li u lên phantom CT, chương trình ñư c thi t
k cho mô ph ng l p k ho ch ñi u tr v i t i ña 3 hư ng chi u khác nhau và có th
ñi u ch nh ch t lư ng chùm tia sao cho phù h p lên b nh nhân.
Các thành ph n chính c a giao di n bao g m:
• B công c MATLAB cho x lý hình nh:
+ giúp ngư i s d ng có thông tin v v trí quan tâm trên hình nh
CT khi click chu t lên hình.
+ thang màu, b ng phân b màu s c trên ñư ng contour.
+ ñây là công c quen thu c có ch c năng phóng to và thu nh
hình nh c n quan sát.

44
• Ph n thông tin header (CT HEADER INFORMATION): ph n thông tin này
có tác d ng thông báo cho ngư i s d ng bi t thông tin c a b nh nhân (tên,
tu i, gi i tính và v trí slice thi t l p), ñơn v ch p c t l p.
• Ph n thông tin ñư ng ñ ng li u (ISODOSE INFORMATION): phân b b ng
màu thông báo khu v c và ch t lư ng ñư ng li u trong khu v c chi u.
• Ph n thông tin chùm tia (BEAM INFORMATION): ñây là thành ph n quan
tr ng c a giao di n, khu v c c n ñi n các thông tin. Trư c tiên, l a ch n thư
m c ch a file ngu n nh CT và file meshtal, sau ñó ñi n ñ y ñ thông tin và
ti n hành v .
• Ph n button:
+ Plot: b t chương trình thi hành v sau khi ñi n ñúng các thông tin. Khi
ph n thông tin chùm tia ñi n sai thông tin file thì l p t c button plot
s nh c nh ngư i s d ng ñi n cho ñúng (ch n h n: khi ñi n sai
thông tin ph n name file 1 thì ch “Plot” ñư c thay b ng
“Text1Error” và chương trình không thi hành l nh plot,… )
+ Convert Directory: l a ch n thư m c ch a file ngu n CT và file
meshtal.
+ Close: ñóng chương trình và quay v giao di n chính.

45
CHƯƠNG 4
MÔ PH NG MÁY GIA T C TUY N TÍNH
B NG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 VÀ CODIM
4.1. M C ðÍCH
Trong lu n văn này, chương trình mô ph ng Monte Carlo MCNP5 ñư c s
d ng ñ mô ph ng c u hình c a m t máy gia t c tuy n tính v i m c ñích tính phân
b li u c a chùm photon ñư c phát ra t máy gia t c lên phantom, kh o sát kích
thư c trư ng chi u, kh năng che ch n, ñ sâu li u tác d ng và phân b li u h p th
như th nào ñ i v i phantom và b nh nhân
ði u quan tr ng ñ lu n văn có th thành công là ph i xác ñ nh ñư c c u
hình máy gia t c. ð thu n ti n cho vi c mô ph ng và so sánh v i s li u th c
nghi m, chúng tôi l a ch n c u hình máy gia t c tuy n tính (LINAC) PRIMUS c a
hãng SIEMEN hi n ñang ñư c s d ng t i B nh vi n Ch R y, m t trong nh ng
ñơn v ñ u ngành trong ñi u tr ung thư Vi t Nam. Lu n văn th c hi n mô ph ng
tính li u ñi u tr c a máy gia t c lên các lo i phantom khác nhau. Tác gi l a ch n
phantom nư c ñ ki m tra tính chính xác c a chương trình mô ph ng, ñ t ñó ti n
t i th c hi n tr c ti p lên phantom CT ngư i nh m mô ph ng m t cách chu n xác
nh t cho vi c ñi u tr b ng chùm photon. T ñó, giúp cho các k sư y h c h t nhân
có th ñưa ra phác ñ ñi u tr tiêu di t kh i u m t cách nhanh, chính xác và hi u qu
nh t b ng máy gia t c, góp ph n ñưa ngư i b nh tr l i v i cu c s ng thư ng ngày.
4.2. C U HÌNH ð U MÁY GIA T C PRIMUS VÀ MÔ PH NG MCNP5
Máy gia t c tuy n tính l p ñ t t i b nh vi n Ch R y là máy gia t c tuy n
tính PRIMUS HPD c a hãng SIEMENS. Máy có th phát 2 chùm photon có m c
năng lư ng là 6MV và 15MV.
4.2.1. C u hình ñ u máy gia t c PRIMUS HPD
Như ñã trình bày trong Chương 2, nh ng b ph n quan tr ng nh t trong vi c
t o chùm photon ñi u tr là các thành ph n c a ñ u máy gia t c. M i th h , m i

46
nhà s n xu t máy gia t c s có nh ng nét ñ c trưng riêng cho t ng c u hình ñ u
máy gia t c.
C u hình ñ u máy gia t c PRIMUS HPD bao g m 9 thành ph n chính:
1. C a thoát (Exit window): ðư c c u t o b ng 3 l p, trong ñó bao g m
2 l p Titan có ñ dày 0.005cm và m t l p nư c có ñ dày 0.066cm.
2. Bia (Target): ðư c c u t o b ng 8 l p có ñ dày khác nhau.Th t c u
t o và ñ dày các l p l n lư t là Air (0.112cm), Tungsten (0.064cm),
Nicoro (0.015cm), Copper (0.165cm), Nicoro (0.005), Stainless Steel
(0.102cm), Graphite (1.016 cm) và Stainless Steel (0.004 cm).
3. B l c ph ng (Flattening filter): ðây là thành ph n có c u t o ph c t p
và dành riêng cho t ng m c năng lư ng.
4. Bu ng ño (Chamber): ðư c c u t o t 3 l p trong ñó có 1 l p Ceramic
(0.152 cm) và 2 l p Nitrogen (0.184 cm).
5. Gương (Mirror): ðư c c u t o b i SiO2 (0.209 cm).
6. Jaw Y: Bao g m 2 t m Tungsten (7.620 cm) có ñ m theo tr c y và
có th di chuy n ñ t o kích thư c trư ng trên b m t phantom.
7. Jaw X: Bao g m 2 t m Tungsten (7.620 cm) có ñ m theo tr c x và
có th di chuy n ñ t o kích thư c trư ng trên b m t phantom.
8. T m MICA: Là t m MICA (0.663cm).
9. Không khí (AIR): Có ñ dày 56.805 cm.
Năng lư ng c a electron ñ p vào bia ñư c ch n l c b ng cách cho qua m t
t trư ng b cong hư ng, các electron này ñư c cho qua c a thoát và ñ p vào bia.
Bia ñư c t o thành ch y u b i graphite nh m t o ra b c x bremsstrahlung năng
lư ng cao khi tương tác v i chùm electron. Chùm bremsstrahlung ñư c phát ra t
bia có d ng phân b Gauss và có th ñư c làm ph ng b ng cách s d ng b l c.
Cư ng ñ c a các photon bremsstrahlung phát ra ñư c ño b i bu ng ion hóa ñ t
phía dư i và có th ñư c chu n tr c ñ t o thành d ng trư ng chi u xác ñ nh thông
qua vi c s d ng các c p ngàm. B ph n gương làm b ng mica có nhi m v t o ra
ánh sáng, ñ ñi u ch nh trư ng chi u phù h p v i v trí c a b nh nhân. Trên gương

47
có các ñư ng ch th p ñ xác ñ nh tâm c a trư ng chi u và cũng ñư c s d ng ñ
xác ñ nh v trí c a b nh nhân.
4.2.2. Mô hình ñ u máy gia t c trong MCNP5
Vì kích thư c và ch t lư ng chùm photon ñi u tr ñi u tr ph thu c r t l n
vào ñ u máy gia t c, nơi mà chùm electron b t ñ u r i kh i ng gia t c qua c a
thoát, ñ p vào các thành ph n c a ñ u máy gia t c và t o thành chùm photon ñi u
tr . Do ñó mô ph ng MCNP5 s ñư c th c hi n b t ñ u ngay t khi chùm electron
thoát kh i c a thoát máy gia t c.
Cũng gi ng như các chương trình mô ph ng Monte Carlo khác, MCNP5 ñòi
h i ph i khai báo ñ y ñ thông tin kích thư c và thu c tính v t ch t c a các thành
ph n ñưa vào mô ph ng. Do ñó, sau khi nh n ñư c ñ y ñ c u hình ñ u máy gia
t c, tác gi ti n hành thi t l p c u hình trên input file c a MCNP5. Sau ñây là c u
hình ñư c thi t l p trên MCNP5 ñư c v t chương trình Visual Editor c a
MCNP5.
Hình 4.1: Mô hình máy gia t c 2D, bên trái là mô hình máy gia t c phát chùm
photon 6MV và bên ph i là mô hình máy gia t c phát chùm photon 15MV

48
Hình 4.2: Mô hình máy gia t c 3D ñư c v b ng Visual Editor c a MCNP5
4.2.3. Khai báo ngu n
Ngu n ñư c l a ch n mô ph ng có d ng ngu n ñĩa, bán kính s ngu n ñư c
thay ñ i t 0.01 ñ n 2.0mm, ñ t ñó nh n th y r ng v i bán kính ngu n là 1.5mm
thì mô ph ng có k t qu phù h p nh t. ð ng th i, ñ phù h p v i ñi u ki n th c
nghi m, chúng ta l a ch n ngu n phát mô ph ng trong MCNP5 là ngu n phát
electron.
Ngu n phát chùm photon 6MV:
Ngu n ñư c l a ch n mô ph ng ñ phát chùm photon có m c năng lư ng
6MV là ngu n electron có ph năng lư ng t 0.7MeV ñ n 7MeV và tương ng v i
xác su t phát h t như trong B ng 4.1.
Kho ng năng lư ng
(MeV)
Xác su t Kho ng năng lư ng
(MeV)
Xác su t
0.7 – 4.0 1.31E-11 5.75 – 6 2.98E-01
4.0 – 5 4.29E-04 6 – 6.25 2.98E-01
5 – 5.25 5.80E-03 6.25 – 6.5 1.55E-01
5.25 – 5.5 4.16E-02 6.5 – 6.75 4.16E-02
5.5 – 5.75 1.5E-01 6.75 - 7 5.08E-03

49
Ngu n phát chùm photon 15MV:
Ngu n ñư c l a ch n mô ph ng ñ phát chùm photon có m c năng lư ng
15MV là ngu n electron có ph năng lư ng t 0.7 MeV ñ n 15.5 MeV tương ng
v i xác su t phát h t như trong B ng 4.2.
Kho ng năng lư ng
(MeV)
Xác su t Kho ng năng lư ng
(MeV)
Xác su t
0.7 – 9.0 7.620E-24 12.5 – 13.0 4.736E-02
9.0 – 10.0 1.308E-11 13.0 – 13.5 4.288E-04
10.0 – 11.0 4.290E-04 13.5 – 14.0 2.866E-07
11.0 – 11.5 7.360E-03 14.0 – 14.5 1.308E-11
11.5 – 12.0 4.522E-01 14.5 – 15.0 3.930E-17
12.0 – 12.5 4.522E-01 15.0 – 15.5 7.620E-24
4.2.4. C u hình Phantom
Công vi c mô ph ng tính li u x tr ñư c ti n hành trên hai lo i phantom:
phantom nư c và voxel phantom thu ñư c t d li u CT.
Phantom nư c
Tác gi l a ch n phantom nư c có d ng hình h p có kích thư c
50×50×50cm3
. ðây cũng là phantom ñư c các k sư v t lý y h c h t nhân t i b nh
vi n Ch R y s d ng ñ chu n li u ñi u tr cho máy gia t c. M t nư c phantom
ñư c ñ t cách ngu n ñi u tr 100cm (tính li u theo phương pháp SSD = 100cm).
• ð tính phân b li u theo ñ sâu, tác gi ñã s d ng tally F8 và chia phantom
nư c thành các voxel d c theo tr c trung tâm có kích thư c 4×4×0.3cm3
,
như Hình 4.3a.
• ð tính phân b li u theo phương ngang, tác gi s d ng tally FMESH ñ
chia ñ u phantom nư c thành nh ng voxel nh có kích thư c
4×0.05×0.27cm3
, tương ng v i m i th tích voxel là 0.054cm3
, như Hình
4.3b.

50
(a) (b)
Hình 4.3: (a) Phantom nư c ñư c chia thành các voxel 4×4×0.3cm3
trong tính li u
theo ñ sâu.
(b) M t c t theo tr c oxy c a phantom nư c ñư c chia thành các voxel
4×0.05×0.27cm3
trong tính li u theo phương ngang.
Voxel phantom
Tác gi xây d ng voxel phantom t s h tr c a chương trình CODIM. M i
s CT trên hình CT s ñư c chuy n thành m t s v t ch t trong phantom và có cùng
kích thư c b m t v i 1 pixel. M i thành ph n v t ch t trong phantom ñư c c u
thành t nh ng voxel, m i voxel trong phantom CT có kích thư c b ng kích thư c
1 pixel nhân v i ñ dày lát c t CT (thông tin thu ñư c t ph n header c a file hình
nh CT).
Hình 4.4: Kích thư c voxel c a phantom thu ñư c t nh CT

51
Hình nh CT ñư c ñem mô ph ng là hình nh thu nh n ñư c t b nh vi n
Ch R y ñư c th c hi n trên máy ch p c t l p CT c a SIEMENS. Hình nh ñư c
c u thành t 512 × 512 pixel ñi m nh. Kích thư c m i pixel là 0.5078 × 0.5078
mm2
và ñ dày m i lát c t CT là 5mm (xem Hình 4.4).
4.2.5. Các thông s mô ph ng Monte Carlo cho MCNP5
Tally
Tally là phương th c tính toán ñư c MCNP cung c p ñ thu ñư c các k t
qu ghi nh n c a các h t truy n trong môi trư ng v t ch t. Tùy vào m c ñích tính
toán khác nhau mà ta có th l a ch n s d ng lo i tally nào tương ng. Các phiên
b n MCNP cũ cung c p t t c là 7 lo i tally g m có F1, F2, F4, F5, F6, F7, F8. Bên
c nh ñó phiên b n MCNP5 còn cung c p thêm m t lo i tally m i là tally FMESH.
Trong ph m vi lu n văn này, chúng ta ch c n s d ng 2 lo i tally là F8 và FMESH
ñ xác ñ nh li u h p th trong phantom.
• Tally F8: là tally cung c p phân b c a năng lư ng c a b c x phát ra ñư c
thu nh n trong cell và ñư c g i là tally ñ cao xung. Trong lu n văn, tally F8
ñư c dùng ñ tính li u h p th c a các voxel trên tr c trung tâm (phân b
li u h p th theo ñ sâu) c a phantom nư c thông qua vi c tính toán năng
lư ng ñ l i trong t ng voxel.
• Tally FMESH: là tally tính toán ư c lư ng chi u dài v t c a thông lư ng h t
t o ra trong t ng cell, giá tr ñư c tính trung bình trên m t m ng lư i cell,
ñơn v c a tally FMESH là h t/cm2
. Trong lu n văn, tally FMESH ñư c
dùng ñ chia nh phantom nư c và voxel phantom thành m t m ng lư i các
voxel nh và tính phân b li u lên các voxel b ng cách chuy n ñ i t thông
lư ng sang li u thông qua b h s chuy n ñ i (flux-to-dose rate conversion
factors) theo chu n ANSI/ANS–6.1.1–1977 [24].
S h t (NPS)
Quy ñ nh s h t phát ra t i c a thoát c a máy gia t c hay nói cách khác là s
bi n c ñư c s d ng trong mô ph ng Monte Carlo. Thông s này ñư c ñưa vào b i
ngư i dùng.

52
Th i gian (CTME)
Quy ñ nh th i gian tính toán mô ph ng, th i gian càng nhi u s l ch s h t
phát ra càng l n. Trong quá trình mô ph ng MCNP, n u m t trong hai thông s
NPS và CTME ñ t t i ngư ng quy ñ nh trư c thì chương trình s k t thúc.
Kĩ thu t gi m phương sai
Các kĩ thu t gi m phương sai nh m m c ñích gi m th i gian tính toán c a
chương trình mà không nh hư ng ñ n ñ chính xác c a bài toán. Trong lu n văn
này tác gi ñã áp d ng hai kĩ thu t là năng lư ng c t (energy cut-off) và phân chia
bremsstrahlung (bremsstrahlung splitting).
Do vi c mô ph ng v n chuy n electron trong v t ch t t n r t nhi u th i gian
ch y chương trình nên ñ rút ng n th i gian, tác gi ñã ch n m c năng lư ng c t
c a electron là vào kho ng 0.7MeV và m c năng lư ng c t c a photon là vào
kho ng 0.01MeV. N u trong quá trình mô ph ng, năng lư ng c a các electron và
photon rơi xu ng dư i các ngư ng c t này thì chương trình MCNP s ngưng kh o
sát ti p các h t ñó.
ð ng th i, tác gi cũng áp d ng phương pháp phân chia bremsstrahlung có
trong chương trình MCNP. Trong phương pháp này, m i tương tác phát b c x
bremsstrahlung, electron s phát ra N photon thay vì ch 1 photon như phương pháp
mô ph ng thông thư ng, m i photon phát ra s có tr ng s 1/N. Theo công trình
[9], chúng ta ch n s photon phát ra ñây là N = 80.
4.3. ðÁNH GIÁ K T QU TÍNH TOÁN
4.3.1. K t qu phân b li u trên phantom nư c
Tính toán ñư c ti n hành trên các máy tính trong h máy Work Station (WS)
t i Phòng V t lý Tính toán thu c Trư ng ð i h c Khoa h c T nhiên TPHCM. S
h t ñư c th c hi n mô ph ng là 110 tri u h t và kho ng cách t ngu n (c a thoát)
ñ n b m t phantom nư c là SSD = 100cm. Tác gi th c hi n mô ph ng cho chùm
photon v i 2 m c năng lư ng 6MV và 15MV ng v i 2 trư ng chi u 8×8cm2
và
10×10cm2
, s li u mô ph ng s ñư c so sánh v i s li u chu n li u b ng li u k t i
B nh vi n Ch R y.

53
4.3.1.1 Máy gia t c phát chùm photon 6MV
ðư ng cong phân b li u theo ñ sâu
Hình 4.5 trình bày các ñư ng cong phân b li u theo ñ sâu thu ñư c t th c
nghi m và mô ph ng MCNP5 v i chùm photon 6MV. D a vào Hình 4.5, ta th y
li u h p th theo ñ sâu c a 2 trư ng chi u ñ u ñ t giá tr c c ñ i t i ñ sâu
101.5cm (t c ñ sâu 1.5cm cách m t nư c) và giá tr mô ph ng phù h p t t v i giá
tr th c nghi m. Sai s tính toán gi a các giá tr mô ph ng và th c nghi m ñ u dư i
7%.
chi u 8×8cm2
và 10×10cm2
ðư ng cong phân b li u theo phương ngang
Chúng ta ti n hành tính toán b ng mô ph ng và so sánh v i giá tr th c
nghi m li u phân b theo phương ngang các ñ sâu 1.5cm, 5cm, 10cm, 15cm và
20cm. Hình 4.6 và Hình 4.7 trình bày phân b li u theo phương ngang ng v i các
ñ sâu khác nhau.

54
(a) (b)
(c) (d)
1.5cm, (b) 5cm, (c) 10cm và (d) 20cm
D a vào các ñ th Hình 4.6 và Hình 4.7, ta th y có s phù h p khá t t gi a
giá tr mô ph ng v i giá tr th c nghi m vùng bên trong trư ng chi u. ð i v i
Hình 4.6 so sánh hai trư ng chi u trên cùng m t ñ sâu ta th y r ng t i khu v c bên
trong trư ng chi u m c ñ trên l ch li u tương ñ i gi a hai mô ph ng và th c
nghi m là khá nh . Tuy nhiên t i vùng bên ngoài trư ng chi u, s chênh l ch càng
l n khi ñ sâu càng tăng. Ngoài ra vùng biên c a trư ng chi u, ñư ng cong mô
ph ng có khuynh hư ng d c hơn ñư ng th c nghi m. Hình 4.7 cũng cho ta th y
ñ sâu càng l n thì ñư ng phân b li u h p th càng có xu hư ng loe ra, ñi u này
có th là do chùm photon càng ñi vào sâu càng b tương tác tán x ra ngoài khu v c
trư ng chi u nhi u hơn.

55
(a)
(b)
nhi u ñ sâu khác nhau trên cùng m t trư ng chi u: (a) cho trư ng chi u 8 × 8 cm2
và (b) cho trư ng chi u 10 × 10 cm2

56
4.3.1.2 Máy gia t c phát chùm photon 15MV
ðư ng cong phân b li u theo ñ sâu
Hình 4.8 trình bày các ñư ng cong phân b li u theo ñ sâu thu ñư c t th c
nghi m và mô ph ng MCNP5 v i chùm photon 15MV. D a vào Hình 4.8, ta th y
li u h p th theo ñ sâu c a 2 trư ng chi u ñ u ñ t giá tr c c ñ i t i ñ sâu
102.8cm (t c ñ sâu 2.8 cm cách m t nư c). Các giá tr mô ph ng phù h p t t v i
giá tr th c nghi m v i sai s tính toán ñ u nh hơn 3%.
chi u 8×8cm2
và 10×10cm2
ðư ng cong phân b li u theo phương ngang
V i trư ng h p máy gia t c phát chùm photon 15MV, chúng ta cũng ti n
hành mô ph ng và so sánh v i giá tr th c nghi m t i các ñ sâu 2.8cm, 5cm, 10cm,
15cm và 20cm v i cùng cách th c như chùm photon 6MV. Hình 4.9 và Hình 4.10
trình bày phân b li u theo phương ngang ng v i các ñ sâu khác nhau.

57
(a) (b)
(c) (d)
2.8cm, (b) 5cm, (c) 10cm và (d) 20cm
D a vào các ñ th Hình 4.9 và Hình 4.10, ta th y v n có s phù h p khá t t
gi a giá tr mô ph ng v i giá tr th c nghi m vùng bên trong trư ng chi u. Các
d ng phân b li u c a chùm photon 15MV không khác so v i chùm photon 6MV.
Tuy nhiên t i vùng biên c a trư ng chi u l i có s chênh l ch gi a mô ph ng và
th c nghi m, s chênh l ch này rõ ràng hơn so v i trư ng h p photon 6MV. Ngoài
ra vùng bên ngoài c a trư ng chi u, s khác bi t gi a mô ph ng và th c nghi m
ít hơn so v i trư ng h p photon 6MV. M t ñi u c n lưu ý là trong l n mô ph ng
v i chùm photon 15MV, chúng ta ñã thay b l c khác so v i chùm photon 6MV.

58
(a)
(b)
nhi u ñ sâu khác nhau trên cùng m t trư ng chi u: (a) cho trư ng chi u 8×8cm2
và
(b) cho trư ng chi u 10×10 cm2

59
4.3.1.3 Nh n xét chung
Qua vi c so sánh các ñư ng phân b li u tương ñ i trong phantom nư c gi a
mô ph ng và th c nghi m, ta có th rút ra ñư c m t s nh n xét sau:
Phân b li u tương ñ i theo ñ sâu là gi a mô ph ng và th c nghi m là r t
phù h p v i nhau, khác bi t gi a hai phương pháp là nh hơn 7% v i năng lư ng
chùm photon 6MV và 3% v i năng lư ng chùm photon 15MV. Do tally s d ng
ñây là tally F8 có th i gian mô ph ng hơi lâu nên thăng giáng th ng kê trong mô
ph ng v n còn tương ñ i l n. Tuy nhiên trong công trình [10], v i vi c s d ng hai
chương trình MCNP và GEANT3, Mesbahi và c ng s v n nh n th y s sai l ch c
dư i 7% trong trư ng h p phân b li u theo ñ sâu, ñ c bi t là vùng buildup cho
dù ñã gi m sai s th ng kê c a mô ph ng xu ng dư i 1%. Cùng v i [23], các tác
gi cho r ng s sai l ch này cũng có th ñư c gây ra b i s không chính xác c a các
li u k ño ñ c do các photon tán x t nhi u hư ng khác nhau vào vùng th tích c a
li u k . Ngoài ra, s nhi m b n electron trong chùm tia photon phát ra t máy gia
t c cũng có th là m t nguyên nhân gây nh hư ng, ñi u này cũng ñã ñư c nghiên
c u trong [11] [17] v i các chùm photon 6MV và 18MV.
ð i v i phân b li u theo phương ngang, ta nh n th y có s phù h p r t t t
gi a mô ph ng và th c nghi m vùng bên trong trư ng chi u, sai s trong t t c
các trư ng h p ñ u dư i 2%. ngoài biên c a trư ng chi u, sai l ch gi a mô
ph ng và th c nghi m vào c dư i 12% còn ñ i v i vùng bên ngoài trư ng chi u,
s sai l ch thay ñ i r t l n theo t ng c u hình mô ph ng và có th lên t i 50%
vùng không quá xa trư ng chi u. M t trong nh ng nhân t quan tr ng nh hư ng
t i phân b li u theo phương ngang là ñ c trưng c a chùm tia electron t i. Các tác
gi trong [9] ñã nghiên c u thay ñ i bán kính chùm electron t 0.2 ñ n 4mm và cho
th y ñ i v i kích thư c trư ng chi u càng l n thì s nh hư ng c a bán kính chùm
electron lên phân b li u theo phương ngang càng rõ r t. S nh hư ng này càng rõ
r t khi tăng ñ sâu càng kh o sát, ñi u này d dàng ñư c nh n ra trong Hình 4.6 và
Hình 4.9, khi ñ sâu càng tăng thì s chênh l ch vùng ngoài trư ng chi u càng
l n. Ngoài ra nh hư ng c a năng lư ng chùm tia electron cũng ñã ñư c nghiên c u

60
trong [22] b ng vi c mô ph ng EGS các chùm electron ñơn năng. K t qu cho th y
các electron năng lư ng cao s có xu hư ng làm ph ng phân b li u hơn là các
electron có năng lư ng th p. T ñây ta có th suy ñoán r ng các phân b năng
lư ng ñư c s d ng trong lu n văn hơi l ch v phía vùng năng lư ng th p hơn so
v i phân b năng lư ng th c t c a chùm electron.
M t nguyên nhân khác có th gây nên s sai l ch là do các li u k , các tác
gi trong [22] ñã nghiên c u s ghi nh n li u c a hai lo i li u k là CEA film và
bu ng ion hóa IC-15, cho th y có s thay ñ i trong d ng ñư ng phân b li u ghi
nh n b ng hai lo i li u k khác nhau, ñ c bi t là vùng biên c a trư ng chi u.
Ngoài ra, kích thư c c a li u k cũng nh hư ng ñ n ñư ng phân b li u. Các tác
gi cũng ch ra r ng ñ i v i vi c ño ñ c li u th p, ñ chính xác c a các li u k cũng
không ñư c cao, ñó cũng có th là nguyên nhân d n ñ n s sai l ch l n vùng
ngoài trư ng chi u.
Bên c nh ñó, m t s nguyên nhân khác có th k ñ n ñây là s ñơn gi n
hóa c u hình c a máy gia t c trong mô ph ng và s không chính xác trong các
thông s mô hình ñ u máy gia t c cũng góp ph n nh hư ng ñ n ñ chính xác c a
k t qu . B h s chuy n ñ i thông lư ng sang li u ñư c s d ng trong MCNP
cũng ñóng góp m t ph n vào sai s tính toán. Hai b h s ñư c s d ng trong
MCNP là ANSI/ANS–6.1.1–1977 và ICRP-21 [24] có s chênh l ch giá tr so v i
nhau, do ñó ch c ch n s có m t s sai l ch nào ñó khi s d ng m t trong hai b h
s k trên.
4.3.2. K t qu phân b li u trên voxel phantom
Sau khi ti n hành mô ph ng phân b li u tương ñ i trong phantom nư c, tác
gi ti n hành mô ph ng phân b li u trong voxel phantom. Phantom này ñư c xây
d ng t các s li u hình ch p CT thu ñư c t b nh nhân. ð xây d ng phantom, tác
gi ñã s d ng b s li u CT t b nh vi n Ch R y cho m t ca u não. Công vi c
xây d ng phantom ñư c ti n hành v i vi c s d ng chương trình CODIM ñ ñ c s
li u hình nh, chuy n ñ i thành input file và ti n hành tính li u trên MCNP5. Hình
4.11 trình bày giao di n ph n chuy n ñ i c a chương trình CODIM.

61
Hình 4.11: Giao di n chuy n ñ i c a chương trình CODIM (CONVERT_VIEW)
Kích thư c c a phantom CT
M i voxel ñư c xây d ng có kích thư c 0.5078×0.5078×0.5cm3
. Kích thư c
c a phantom ñư c xây d ng trong MCNP5 như sau:
x: -12.99968 cm ñ n 12.99968 cm.
y: -12.99968 cm ñ n 12.99968 cm.
z: -94.25 cm ñ n -106.25 cm.
Các thông s ñư c thi t l p trên t ng hư ng chi u
Tác gi xác l p các thông s mô ph ng trùng kh p v i chương trình DSS ñ
thu n ti n cho vi c so sánh chính xác:
Mô ph ng ñư c th c hi n theo 3 hư ng chi u v i chùm photon 6MV v i t a
ñ v trí trung tâm X = 0.8cm, Y = -2.5cm và Z = 0cm v i các hư ng chi u như sau:

62
- Hư ng 1 có góc 90o
so v i hư ng th ng ñ ng t trên xu ng, kích thư c trư ng
chi u ñư c xác l p là 9.6×6.6cm2
(tương ng v i ñ m r ng theo 2 hư ng trên
tr c x và y) v i ch t lư ng chùm tia ñư c thi t l p là 30%.
tr c x và y) v i ch t lư ng chùm tia là 30%.
tr c x và y) v i ch t lư ng chùm tia là 40%.
Tính li u và so sánh v i chương trình DSS
Sau khi t o input file và thi t l p ñ y ñ các thông s cho quá trình mô
ph ng, quá trình mô ph ng b ng MCNP5 ñư c th c hi n dư i s h tr c a chương
trình CODIM, k t qu ñư c ñem so sánh v i hình nh c a chương trình l p k
ho ch ñi u tr DSS. Hình 4.12 trình bày k t qu tính li u b ng MCNP5. K t qu
trong hình tương ng v i lát c t t i v trí cách v trí trung tâm 69mm, ñư c chi u
b i 3 trư ng chi u như xác l p trên Giá tr màu s c các ñư ng ñ ng li u ñư c ch
ra trong m c ISODOSE INFORMATION trên giao di n chương trình.
Hình 4.13 so sánh các ñư ng ñ ng li u thu ñư c sau khi mô ph ng b ng
MCNP5 v i các ñư ng thu ñư c t DSS. Giá tr li u cao nh t là 6220cGy t i v trí
có t a ñ (-2.54, -6.79, 0.00). Trong Hình 4.13, ta ch n 5 ñi m O, A, B, C và D là
ph n ranh gi i gi a các khu v c màu. ð vi c so sánh ñư c chính xác, chúng tôi
ch n v trí li u c c ñ i trên DSS làm v trí chu n và kh o sát li u theo tr c ñi qua
ñi m O t trên xu ng. O cũng là ñi m n m trên ph n ranh gi i gi a khu v c màu ñ
ñ m (nh n li u cao nh t) và khu v c màu ñ .

63
Hình 4.12: K t qu tính li u theo 3 hư ng chi u c a MCNP5 ñư c v b ng chương
trình CODIM (ISODOSE_MESHTAL)
Hình 4.13: S phân b các ñư ng ñ ng li u c a 2 chương trình mô ph ng. Bên trái
là phân b các ñư ng ñ ng li u ñư c mô ph ng b ng chương trình MCNP5 và bên
ph i là chương trình DSS

64
B ng 4.3. T a ñ và ph n trăm li u tương ñ i ñư c tính b i MCNP5
ði m T a ñ ñi m nh
(ñi m)
T a ñ mô ph ng
(cm)
Li u tương ñ i
(%)
O 206,390 (-2.54,-6.79,0) 100
A 206, 336 (-2.54, -4.06, 0) 93.5
B 206, 290 (-2.54, -1.73, 0) 88.22
C 206, 225 (-2.54, 1.57, 0) 79.08
D 206, 207 (-2.54, 2.48, 0) 49.0
Hình 4.14 trình bày li u tương ñ i cách v trí trung tâm 2.5cm (ñư ng màu
ñ d c t trên xu ng trong Hình 4.13) và cách v trí trung tâm 5cm (ñư ng màu
vàng d c t trên xu ng trong Hình 4.13).
Hình 4.14: Li u tương ñ i t i các v trí cách t a ñ trung tâm 2.5cm và 5cm
Hình 4.14 cho th y ñ chênh l ch li u cao gi a 2 khu v c, khu v c cách g c
t a ñ 2.5 cm giá tr vùng li u tương ñ i khu v c li u cao trên 75% trong khi khu
v c cách góc t a ñ 5cm thì giá tr vùng li u cao ch kho ng 55%. ð r ng c a
vùng li u cao c a ñư ng màu ñ là kho ng 9cm.

65
Như v y n u so sánh v hình nh, các ñư ng ñ ng li u thu ñư c t c DSS
và MCNP5 k t h p chương trình CODIM cho k t qu khá trùng kh p khu v c
vùng li u cao. Chương trình CODIM cũng ñã thi t l p ñư c các khu v c có li u
tương ñ i khác nhau trong vùng li u cao. Tuy nhiên, v n còn m t s nh ng h n ch
nh t ñ nh, ch ng h n v n chưa tách bi t ñư c d t khoát các vùng li u, khu v c vùng
li u cao 100% ch chi m m t th tích khá nh . Khu v c vùng li u 100%, 95%, 90%
ñư c thi t l p b ng chương trình DSS, trong khi mô ph ng b ng MCNP5 khu v c
ñó ch chi m li u th p hơn là 95%, 90% và 85%. ði u này có th do các nguyên
nhân như:
Thăng giáng trong mô ph ng tính li u b ng MCNP5 v n còn cao ñã d n ñ n
sai s trong vi c tách bi t các vùng li u. Thu t toán s d ng trong MCNP5 là thu t
toán Monte Carlo, ñòi h i th i gian tính toán lâu và th ng kê l n; còn chương trình
DSS tính toán d a trên d li u bán th c nghi m nên có thăng giáng th ng kê t t
hơn. Ngoài ra, kh năng v ñư ng contour c a chương trình CODIM v n chưa t t,
thi u kh năng l c nhi u trong hi n th k t qu cu i cùng. Trong quá trình tính toán,
chương trình DSS cũng ñã t ñ ng lo i b nh ng v t m c trên CT b nh nhân như
m t n , dây chì, dư ng n m và g i kê ñ u b nh nhân trong khi chương trình mô
ph ng b ng MCNP5 l i không th lo i b ñư c d n ñ n vi c l ch li u trong khu
v c li u cao [5]. Bên c nh ñó, nh ng y u t v trư ng chi u, năng lư ng, kích
thư c và thành ph n c u t o chính xác c a các thành ph n trong ñ u máy gia t c có
th s có nh ng sai khác nh t ñ nh nên d n ñ n s sai l ch trong quá trình mô
ph ng.

66
K T LU N
Vi c tính toán li u trong x tr là m t bài toán h t s c ph c t p do s ph c
t p trong quá trình tương tác c a b c x v i v t ch t cũng như s ph c t p c a c u
hình thi t b x tr . Trong nh ng năm g n ñây, vi c nghiên c u và s d ng các
chương trình mô ph ng Monte Carlo nói chung và chương trình MCNP nói riêng
trong vi c mô ph ng tính toán li u trong k thu t x tr ñã tr nên ph bi n do
nh ng ưu ñi m c a các chương trình này mang l i.
M c ñích chính c a lu n văn này là nh m ng d ng chương trình mô ph ng
Monte Carlo mà c th là chương trình MCNP5 trong mô ph ng máy gia t c tuy n
tính dùng trong x tr , ñ ng th i ki m tra ñ chính xác c a mô ph ng trên mô hình
phantom nư c và phantom ngư i ñư c t o t nh CT. K t qu thu ñư c s giúp cho
vi c ñ nh hư ng mô ph ng tính li u trong l p k ho ch ñi u tr .
M t trong nh ng thành công c a lu n văn là ñã xây d ng ñư c chương trình
CODIM chuy n ñ i t b s li u CT thành mô hình phantom cung c p cho input
file c a chương trình MCNP5. Trong tương lai, chương trình này s ñư c hoàn
thi n hơn v kh năng chuy n ñ i cũng như c p nh t thêm các cơ s d li u ñ y ñ
hơn v các thành ph n v t ch t trong cơ th ngư i. Hi n nay, trong quá trình chuy n
ñ i, chương trình ch s d ng m t m t ñ ñ i di n cho m i lo i v t ch t, do vi c
tính toán v i m t ñ thay ñ i ñòi h i m t kích thư c file ñ u vào cũng như tăng ñ
ph c t p c a c u hình lên nhi u l n. Các nghiên c u trong tương lai s ti p t c v
hư ng xây d ng phantom có m t ñ thay ñ i mà v n ñ m b o ñư c t c ñ tính
toán. Bên c nh ñó, chương trình ñư c xây d ng cũng có m t ti m năng phát tri n
r t l n không ch cho vi c mô ph ng b ng MCNP mà còn có th m r ng ra theo
hư ng xây d ng m t chương trình tính toán, phân tích li u ho c x lý các nh ch p
b ng kĩ thu t h t nhân như PET, CT, MRI, …
Lu n văn cũng ñã bư c ñ u nghiên c u m c ñ chính xác c a phương pháp
Monte Carlo ñ tính các bài toán ph c t p trong tính li u x tr ngoài. Tuy nhiên,
vi c tính li u theo phương pháp này l i t n khá nhi u th i gian, ñ gi i quy t ñi u

67
này ñòi h i ph i có m t h th ng máy tính ñ m nh và xây d ng các phương án
nh m gi m thi u th i gian tính toán. Các phương án ñang ñư c xem xét có th k
ñ n ch ng h n như chia c u hình sát thành các vùng không gian pha và ghi nh n d
li u tương ng v i m i vùng b ng cách áp d ng phương pháp ghi m t ñ t ñó s
d ng không gian pha m t cách linh ho t hơn cho các phantom. ði u này có th làm
gi m th i gian kh o sát v n chuy n electron v n t n r t nhi u th i gian tính toán.
Tuy nhiên, ñ ñ m b o ñ chính xác c a k t qu , trư c khi áp d ng phương pháp
này ta c n ph i kh o sát nh hư ng c a s nhi m b n electron lên k t qu . Bên c nh
ñó, phương án l p trình mô ph ng song song MCNP5 trên h ñi u hành Linux cũng
là m t phương án kh thi v i vi c s d ng h máy WS t i Phòng V t lý Tính toán
Trư ng ðHKHTN TPHCM.
Lu n văn ñã ñ t ñư c m t s k t qu nh t ñ nh trong vi c mô ph ng chùm
tia electron phát ra t máy gia t c b ng chương trình MCNP5, xác ñ nh ñư c s nh
hư ng c a các m c năng lư ng và trư ng chi u khác nhau lên phantom nư c. K t
qu mô ph ng cho th y ñư ng cong phân b li u theo ñ sâu ph thu c vào năng
lư ng chùm tia, kho ng cách t ngu n ñ n b m t phantom và kích thư c trư ng
chi u. Các k t qu mô ph ng phân b li u theo phương ngang ñư c so sánh v i s
li u th c nghi m và ñ t k t qu phù h p t t trong vùng bên trong trư ng chi u, tuy
nhiên vùng bên ngoài trư ng chi u cho th y c n có thêm s hi u ch nh v năng
lư ng và bán kính chùm tia electron t i cũng như c u hình mô ph ng ñ có th ñ t
ñư c k t qu phù h p v i th c nghi m hơn.
V i bài toán mô ph ng phân b li u trong voxel phantom, lu n văn ñã xây
d ng các ñư ng ñ ng li u d a trên s k t h p c a chương trình CODIM và
MCNP5, k t qu cho th y d ng các ñư ng ñ ng li u thu ñư c t mô ph ng khá phù
h p v i các ñư ng tính toán b ng chương trình DSS tuy nhiên v n có s sai l ch c
5%. Ngoài ra, k t qu thu ñư c t chương trình MCNP5 có sai s th ng kê khá l n,
ñi u này cũng nh hư ng ñ n k t qu cu i cùng. ð c i thi n ñi u này, bên c nh
vi c s d ng các phương pháp c i ti n như ñã ñ c p ñ n trên, các kĩ thu t kh
nhi u phân b li u trong mô ph ng Monte Carlo cũng là m t hư ng x lý ñáng

68
ñư c quan tâm. Các kĩ thu t ñư c ñ ngh ch ng h n như [19], [20], [13], … có th
s mang l i hi u qu trong vi c l p k ho ch x tr b ng phương pháp Monte Carlo.
Các k t qu ñ t ñư c trong lu n văn ñã cho th y kh năng ng d ng các
chương trình mô ph ng Monte Carlo trong vi c tính toán chu n li u và l p k ho ch
x tr . Tuy v n còn nhi u vi c c n th c hi n ñ có th th c s ng d ng trong ñi u
ki n th c t nhưng v i nh ng thành công bư c ñ u, tác gi tin r ng ñây là m t
hư ng phát tri n t t góp ph n vào vi c nâng cao kh năng x tr c a các thi t b ñ c
bi t là các máy gia t c tuy n tính hi n nay.

69
DANH M C CÔNG TRÌNH
Lê Thanh Xuân, ð ng Nguyên Phương, Mai Văn Nhơn, Trương Th H ng Loan
(2009), “Mô ph ng Monte Carlo máy gia t c tuy n tính (LINAC) dùng trong x
tr ”, H i ngh Khoa h c Công ngh H t nhân l n th 7, Nha Trang.

70
TÀI LI U THAM KH O
Ti ng Vi t
[1] GS. Phan Văn Duy t (1998), Phương pháp v t lý và lý sinh phóng x dùng
trong nông nghi p, sinh h c và y h c , NXB Khoa h c và K thu t Hà N i, Hà
N i.
[2] Nguy n Ch n Hùng (2004), Ung bư u h c n i khoa, NXB Y h c. TP H Chí
Minh.
[3] Nguy n Thái Hà, TS Nguy n ð c Thu n (2006), Y h c h t nhân và k thu t
x tr , NXB Bách Khoa, Hà N i.
[4] Nguy n Th Bích Loan (2008), ng d ng Monte Carlo code EGSnrc trong
tính li u x tr b ng máy gia t c, Lu n văn Th c sĩ Trư ng ð i h c Khoa h c
t nhiên Thành ph H Chí Minh, TP H Chí Minh.
[5] Phan Th Thành Lý (2009), Tính li u gây b i chùm tia photon t máy gia t c
dùng Monte Carlo code EGSnrc, Lu n văn Th c sĩ Trư ng ð i h c Khoa h c
T nhiên Thành ph H Chí Minh, TP H Chí Minh.
[6] http://ungthu.net.vn/?a=readmore&id=T15CA2H5WOA586R15
[7] http://ungthu.net.vn/?a=readmore&id=7T6SAFR1E9WXI7C02
Ti ng Anh
[8] A. Mesbahi (2007), “Dosimetric characteristics of unflattened 6MV photon
beams of a clinical linear accelerator: A Monte Carlo study”, Applied
Radiation and Isotopes, 67, pp.1029-1036.
[9] A. Mesbahi, A. Reilly, D. Thwaites (2006), “Development and commissioning
of a Monte Carlo photon beam model for Varian CL 2100EX linear
accelerator”, Applied Radiation and Isotopes, 64, pp.656-662.
[10] Asghar Mesbahi, Michael Fix, Mahmoud Allahverdi, Ellen Grein, Hossein
Garaati (2005), “Monte Carlo calculation of Varian 2300C/D Linac photon

71
beam characteristics: A comparison between MCNP4C, GEANT3 and
measurements”, Applied Radiation and Isotopes, 62, pp.469–477.
[11] Asghar Mesbahi (2009), “A Monte Carlo study on neutron and electron
contamination of an unflattened 18-MV photon beam”, Applied Radiation and
Isotopes, 67, pp.55-60.
[12] B. Serrano et al (2006), “Monte Carlo simulation of a medical linear
accelerator for radiotherapy use”, Radiation Protection and Isotopes, 119,
pp.506-509.
[13] C.M. Ma, J.S. Li, S.B. Jiang, T. Pawlicki, W. Xiong, L.H. Qin, J. Yang (2005),
“Effect of statistical uncertainties on Monte Carlo treatment planning”, Physics
in Medicine and Biology, 50, pp.891–907.
[14] E. Spezi, D.G. Lewis, C.W. Smith (2001), “Monte Carlo simulation and
dosimetric verification of radiotherapy beam modifiers”, Physics in Medicine
and Biology, 46, pp.3007-3029.
[15] E.B. Podgorsak (2005), Radiation physics for medical physics, Springer;
Berlin.
[16] J. Sempau et al (2001), “Monte Carlo simulation of electron beams from an
accelerator head using PENELOPE”, Physics in Medicine and Biology, 46,
pp.1163-1186.
[17] George X Ding (2002), “Energy spectra, angular spread, fluence profiles and
dose distributions of 6 and 18 MV photon beams: results of Monte Carlo
simulations for a Varian 2100EX accelerator”, Physics in Medicine and
Biology, 47, pp.1025–1046
[18] M.K. Fix et al (2001), “A multiple source model for 6 MV photon beam dose
calculations using Monte Carlo”, Physics in Medicine and Biology, 46,
pp.1407–1427.
[19] Matthias Fippel, Fridtjof Nusslin (2003), “Smoothing Monte Carlo calculated
dose distributions by iterative reduction of noise”, Physics in Medicine and
Biology, 48, pp.1289–1304

72
[20] Robert Jeraj, Paul Keall (2000), “The effect of statistical uncertainty on
inverse treatment planning based on Monte Carlo dose calculation”, Physics in
Medicine and Biology, 45, pp.3601–3613.
[21] S. Kinase et al (2003), “Evaluation of specific absorbed fractions in voxel
phantoms using Monte Carlo simulation”, Radiation Protection and Isotopes,
105, pp.557-563.
[22] S.Y. Lin, T.C. Chu, J.P. Lin (2001), “Monte Carlo simulation of a clinical
linear accelerator”, Applied Radiation and Isotopes, 55, pp.759-765.
[23] J.V. Siebers, P.J. Keall, B. Libby, R. Mohan (1999), “Comparison of EGS4
and MCNP4B Monte Carlo codes for generation of photon phase space
distributions for a Varian 2100C”, Physics in Medicine and Biology, 44,
pp.3009–3026.
[24] X-5 Monte Carlo Team (2003), MCNP — A General Monte Carlo N-Particle
Transport Code, Version 5, Los Alamos National Laboratory.

Luận văn thạc sĩ vật lý hạt nhân mô phỏng máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị bằng phương pháp monte carlo

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (17)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to Luận văn thạc sĩ vật lý hạt nhân mô phỏng máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị bằng phương pháp monte carlo

Similar to Luận văn thạc sĩ vật lý hạt nhân mô phỏng máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị bằng phương pháp monte carlo (20)

More from https://www.facebook.com/garmentspace

More from https://www.facebook.com/garmentspace (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn thạc sĩ vật lý hạt nhân mô phỏng máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị bằng phương pháp monte carlo