Luận văn Qa (quality assuarance) và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng monte carlo

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT.i

DANH MỤC CÁC BẢNG . .ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .iv

MỞ ĐẦU.6

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT XẠ PHẪU GAMMA KNIFE .9

1.1 Giới thiệu.10

1.2 Tương tác của bức xạ với cơ thể sống .13

1.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống xạ phẫu Gamma knife .15

1.4 Kế hoạch điều trị và tiến trình điều trị .23

1.5 Giới thiệu hương trình Osirix .24

1.6 Ưu điểm của RGS so với các thiết bị xạ phẫu khác .25

CHƯƠNG II: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG (QA) TRONG QUY TRÌNH XẠ PHẪU

GAMMA KNIFE .26

2.1 Giới thiệu.26

2.2 Các thiết bị trong phép đo liều tuyệt đối.28

2.3 Phương pháp chuyển đổi liều và hiệu chỉnh các thông số.30

2.4 Tiến trình QA .33

2.4.1 Hiệu chỉnh suất liều ra của hệ thống với các hệ thống chuẩn trực khác

nhau.33

2.4.2 Hiệu chỉnh liều tại tâm vùng điều trị .34

2.4.3 Hiệu chỉnh ART .37

2.4.4 Hiệu chỉnh điểm đồng tâm và đường đồng liều .38

2.4.5 Kiểm tra độ chính xác thời gian điều trị. .41

2.4.6 Kiểm tra rò rỉ bức xạ.41

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG PHÂN BỐ LIỀU CHO THIẾT BỊ XẠ

PHẪU GAMMA KNIFE QUAY BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO.42

3.1 Phương pháp Monte-Carlo .42

3.2 Chương trình MCNP5 .43

pdf20 trang | Chia sẻ: anan10 | Ngày: 02/11/2020 | Lượt xem: 77 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Qa (quality assuarance) và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng monte carlo, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ART ................................................................................................ 37 2.4.4 Hiệu chỉnh điểm đồng tâm và đường đồng liều ............................................. 38 2.4.5 Kiểm tra độ chính xác thời gian điều trị. ....................................................... 41 2.4.6 Kiểm tra rò rỉ bức xạ ........................................................................................ 41 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG PHÂN BỐ LIỀU CHO THIẾT BỊ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE QUAY BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO .......... 42 3.1 Phương pháp Monte-Carlo .................................................................................... 42 3.2 Chương trình MCNP5 ............................................................................................ 43 QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo Phạm Thị Tuyết 3.3 Mô phỏng MCNP cho nguồn đơn kênh trong thiết bị xạ phẫu RGS ................. 49 3.4 Các kết quả tính toán với nguồn đơn kênh ........................................................... 51 3.5 Mô phỏng MCNP cho 30 nguồn trong thiết bị xạ phẫu RGS ............................. 53 3.6 Kết quả tính toán đối với 30 nguồn ...................................................................... 55 3.6.1 Phân bố liều theo các trục tọa độ .................................................................... 55 3.6.2. Phân bố liều theo mặt phẳng .......................................................................... 56 3.6.3 So sánh với các profile ...................................................................................... 58 3.6.4. So sánh FWHM với kết quả xuất ra của Osirix ............................................ 60 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 63 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 66 QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt ACTL The Activation Library Thư viện hoạt độ của các chất phóng xạ ART Auto Rotating Treatment Hệ thống điều trị tự động CT Computed Tomography Ghi hình cắt lớp vi tính CTV Clinical Target Volume Thể tích bia lâm sàng ENDF The Evaluated Nuclear Data File Dữ liệu đánh giá hạt nhân ENDL The Evaluated Nuclear Data Library Thư viện dữ liệu hạt nhân FWHM Full Width Half Maximum Độ rộng nửa đỉnh GK Gamma Knife Dao gamma GTV Gross Tumor Volume Thể tích khối u MRI Magnetic Resonance Imaging Chụp cộng hưởng từ MCNP Monte Carlo N – Particle Phương pháp MC cho N hạt OPF OutPut Factors OutPut Factors PET Positron Emission Computed Tomography Ghi hình cắt lớp bằng positron PTV Planning Target Volume Thể tích bia lập kế hoạch PENELOPE Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons Thư viện dữ liệu về sự đâm xuyên và mất mát măng lượng của positron và electron QA Quality Assurance Đảm bảo chất lượng QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo ii RGS Rotating Gamma Knife System Hệ thống dao gamma quay SPECT Single Photon Emission Computed Tomography Ghi hình cắt lớp vi tính bằng đơn photon SSD Source to Surface Distance Khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da SAD Source to Axis Distance Khoảng cách từ nguồn đến tâm điều trị TLD Thermoluminescent Dosimetry Phép đo liều bằng nhiệt kế quang phát quang QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Chỉ tiêu kĩ thuật hệ thống RGS ...................................................................... 15 Bảng 2.1: Thông số buồng ion hóa A1SL ....................................................................... 29 Bảng 2.2: Hệ số a0, a1, a2, dùng để tính toán hệ số ks [28] .......................................... 32 Bảng 2.3: Hiệu chỉnh suất liều ra của hệ thống ............................................................. 33 Bảng 2.4: So sánh OF giữa giá trị hiệu chỉnh và giá trị chuẩn .................................... 34 Bảng 2.5: Hiệu chỉnh liều tại tâm vùng điều trị ............................................................. 36 Bảng 2.6: Kiểm tra kết quả ART .................................................................................... 37 Bảng 2.7: Độ rộng của đường đồng liều và vùng tối trên phim. .................................. 40 Bảng 2.8: Kết quả kiểm tra độ chính xác thời gian điều trị ......................................... 41 Bảng 3.1: So sánh FWHM đối với trục Ox giữa chương trình Osirix với kết quả tính toán ..................................................................................................................................... 61 Bảng 3.2: So sánh FWHM đối với trục Oz giữa chương trình Osirix với kết quả tính toán ..................................................................................................................................... 61 QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Nguyên lý xạ phẫu gamma knife .................................................................... 11 Hình 1.2: Hệ thống GammaART - 𝟔𝟎𝟎𝟎𝑻𝑴 (RGS) ..................................................... 15 Hình 1.3: Hệ thống dao gamma quay ............................................................................ 17 Hình 1.4 : Viên nang nguồn Co-60 .................................................................................. 17 Hình1.7: Hệ thống ống chuẩn trực ................................................................................. 19 Hình1.8: Cửa che chắn ..................................................................................................... 20 Hình 1.10: Giá đỡ khung đầu và khung định vị lập thể (đai khung đầu) ................... 21 Hình 1.11: Bảng điều khiển dao gamma quay RGS ...................................................... 22 Hình 1.14: Lập kế hoạch điều trị cho bệnh nhân tại bệnh viện Bạch Mai.................. 24 Hình 2.1: Quy trình xạ phẫu gamma knife .................................................................... 26 Hình 2.2: a. Buồng ion hóa A1SL; b. Electrometer ................................................... 29 Hình 2.3: Phantom cầu ..................................................................................................... 30 Hình 2.4: Phim Gafchromic®RTQA được dùng đo liều hấp thụ ................................ 30 Hình 2.5 Cố định phantom trên khung .......................................................................... 35 Hình 2.6: Mô phỏng CT cho phantom ............................................................................ 35 Hình 2.7: Kế hoạch điều trị cho phantom ...................................................................... 36 Hình 2.8: Giá đựng phim và cố định trong GK ............................................................. 38 Hình 2.10: Hình ảnh trên phim của các hệ chuẩn trực khác nhau .............................. 39 Hình 3.1: So sánh phương pháp Monte Carlo với các phương pháp giải tích về thời gian tính toán và độ phức tạp của cấu hình ................................................................... 42 Hình 3.2: Quá trình vận chuyển của các hạt qua một voxel ........................................ 47 Hình 3.3: Giao diện của chương trình MCNP5 ............................................................. 48 Hình 3.5: Mô hình mô phỏng nguồn đơn kênh và phantom ........................................ 50 Hình 3.6: Phổ mô phỏng năng lượng photon phát ra của nguồn 60Co ........................ 50 Hình 3.7: Liều phân bố dọc theo trục Ox ....................................................................... 51 Hình 3.8: Phân bố liều tương đối trên mặt phẳng Oxy ................................................. 52 QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo v Hình 3.9: Phân bố liều tương đối trên mặt phẳng Oxz ................................................. 52 Hình 3.10: Biểu diễn sự sắp xếp các vòng collimator trong ống chuẩn trực thứ cấp của RGS ............................................................................................................................. 53 Hình 3.11: Biểu diễn góc phương vị của các vòng so với mặt phẳng xOy .................. 54 Hình 3.12: Biểu diễn phân bố góc của 30 nguồn trong RGS so với mặt phẳng .......... 54 Hình 3.14: Phân bố liều tương đối trên hai trục Ox và Oz với collimator 4mm ........ 55 Hình 3.16: Phân bố liều tương đối trên hai trục Ox và Oz với collimator 14m ......... 56 Hình 3.17: Phân bố liều tương đối trên hai trục Ox và Oz với collimator 18mm ...... 56 Hình 3.18: Liều phân bố trên mặt phẳng Oxy với collimator 18mm .......................... 57 Hình 3.20: So sánh liều trục x với collimator 4mm ....................................................... 58 Hình 3.21 : So sánh liều trục z với collimator 4mm ...................................................... 59 Hình 3.23 : So sánh liều trục z với collimator 18mm .................................................... 60 QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 6 MỞ ĐẦU Theo thống kê của Tổ chức y tế thế giới, tỷ lệ tử vong trên thế giới do bệnh ung thư rất cao. Hàng năm có khoảng gần 10 triệu trường hợp mắc ung thư và trên 8 triệu người đã chết do bệnh này. Ở Việt Nam, mỗi năm ước tính có khoảng 150.000 ca ung thư mới trong đó có trên 50.000 ca tử vong [1]. Những thập kỷ gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học cũng như các thiết bị chẩn đoán và điều trị hiện đại, việc nghiên cứu và chữa trị ung thư đã có những tiến bộ vượt bậc. Vì thế mà tìm ra được một số hướng dự phòng chẩn đoán chính xác hơn và điều trị có hiệu quả hơn. Một số phương pháp điều trị bệnh như điều trị bằng phẫu thuật, điều trị bằng tia xạ và điều trị bằng hóa chất. Điều trị bằng tia xạ là phương pháp dùng chùm tia điện tử hoặc photon có năng lượng thích hợp thông qua cơ chế gây ion hóa nhằm gây ra những tác động về mặt sinh học để tiêu diệt tế bào ung thư hoặc hạn chế sự phát triển của nó. Đây được xem là một trong những phương pháp điều trị bệnh hữu hiệu nhất nhưng phương pháp này vẫn có một số hạn chế nhất định đó là bệnh nhân phải chấp nhận một rủi ro do bức xạ ion hóa đi vào cơ thể. Điều này rất quan trọng và đó là nhiệm vụ của các kỹ sư vật lý và bác sỹ để làm sao cho các ảnh hưởng do ion hóa của các bức xạ lên bệnh nhân một cách thấp nhất để đảm bảo an toàn cho người bệnh. Hiện nay ở Việt Nam những thiết bị chẩn đoán và điều trị bằng tia xạ được đưa vào sử dụng khá phổ biến ở các bệnh viện như thiết bị chẩn đoán bằng các đồng vị phóng xạ như PET, SPECT, CT, Gamma Camera và thiết bị điều trị bằng bức xạ ion hóa rất hiện đại như máy gia tốc tuyến tính. Gần đây nhất, Bệnh viện Bạch Mai đã đưa vào máy xạ phẫu Rotating Gamma Knife System (RGS), đây là thiết bị tiên tiến nhất hiện nay để chữa trị u não. Thiết bị này sử dụng nguồn chiếu xạ đa kênh để tiêu diệt khối u. Thiết bị xạ phẫu Rotating Gamma Knife System (RGS) lần đầu tiên được lắp đặt và đưa vào sử dụng từ năm 1968, cho đến nay đã có hơn 500.000 bệnh nhân đã lựa chọn điều trị bằng Gamma Knife trên toàn thế giới. QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 7 Hiện tại trên thế giới, chưa có một thủ tục tiêu chuẩn chung được sử dụng để đo liều lượng trong xạ phẫu Gamma knife. Các nhà Vật lý y khoa của các trung tâm Gamma knife trên thế giới đang xây dựng và phát triển những chương trình riêng một cách chi tiết, luôn cập nhật nhằm đảm bảo việc phân bố chính xác liều lượng phóng xạ cho thương tổn trong não bệnh nhân. Hiện nay, một số tác giả đã xuất bản những tài liệu về lĩnh vực này như: “Chương trình đảm bảo chất lượng cho kỹ thuật xạ phẫu” (1995) của nhóm đảm bảo chất lượng trong xạ trị do Gunther H. Hartmann biên tập [9]; “Chương trình đảm bảo chất lượng cho các thiết bị Gamma knife” (1995) của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Mỹ [3]; TG – 42 (Task Group) về “Kỹ thuật xạ phẫu Stereotactic” được xuất bản vào 1995 bởi Hiệp hội Vật Lý Y học Mỹ (AAPM Report No. 54) [20]. Ngoài ra, những bài báo có nội dung liên quan đến việc đảm bảo chất lượng liều lượng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife, dựa trên các tài liệu của cơ quan nguyên tử năng quốc tế IAEA TRS - 227, TRS - 398 (sử dụng phổ biến ở Châu Âu và Châu Á) [10,11] và Hiệp hội Vật lý Y học Mỹ AAPM TG - 21, TG – 51 (sử dụng phổ biến ở Mỹ) [23]. Bên cạnh đó, nhiều nhà khoa học cũng đã vận dụng nhiều phương pháp tính liều khác nhau để khảo sát phân bố liều chiếu trong thiết bị GK và đã rút ra các kết quả phù hợp với chương trình tính liều Gamma Plan. Các chương trình được sử dụng là EGS4 dùng cho việc tính toán liều phân bố của nguồn đơn kênh (Joel Y.C Cheung -1998) [12], tác giả đã dùng phantom hình cầu với chất liệu là nước có đường kính 160mm khảo sát phân bố liều trên các trục tọa độ x, y, z. Đồng thời tác giả cũng dùng code EGS4 để tính toán sự khác nhau trong phân bố liều đối với các phantom có chất liệu plastic, nhựa dẻo (Perspex), và nước [13]. Chương trình PENELOPE dùng để khảo sát phân bố liều trong GK với phantom không đồng nhất bằng chất liệu nước bao quanh bên ngoài là lớp vỏ hình cầu, lớp vỏ này được làm bằng vật chất tương tự với xương sọ [7] (Al-Dweiri, 2005), tác giả đã rút ra kết quả khác nhau trong phân bố liều của việc mô phỏng phantom đồng nhất và không đồng nhất. Đồng thời ông cũng tính góc phát ra từ nguồn GK, kết quả tính toán cho thấy chỉ những tia gamma phát ra với góc cực nhỏ dưới 3o mới đóng góp đáng kể vào phân bố liều trong phantom, trong công trình này tác giả đã đưa ra mô hình nguồn đơn giản đáp ứng được liều chiếu phù hợp nhưng giảm được thời gian tính toán. QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 8 Luận văn này nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn về thiết bị xạ phẫu Rotating Gamma System (RGS) đó là cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, tiến trình QA cũng như các kỹ thuật tính liều cho xạ trị. Qua việc tìm hiểu cấu tạo và cách sắp xếp phân bố của các nguồn chiếu trong thiết bị xạ phẫu, một chương trình mô phỏng được xây dựng để tính toán phân bố liều và kết quả này được so sánh với các chương trình mô phỏng của các tác giả khác nhằm kiểm nghiệm tính đúng đắn của quá trình nhằm nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân. Chương trình chúng tôi dùng để mô phỏng trong luận văn này là MCNP5, đó là một trong những chương trình mô phỏng sử dụng phương pháp Monte Carlo, được xem là khá chính xác và hiện đại trong việc tính toán liều. Đề tài “QA và tính toán liều máy Gamma knife quay bằng phương pháp Monte Carlo” đã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng phương pháp Monte Carlovới chương trình MCNP5 trong kỹ thuật tính liều đối với thiết bị xạ phẫu Rotating Gamma System (RGS). Theo ý nghĩa đó, nội dung của luận văn được trình bày tập trung vào những vấn đề thiết yếu của kỹ thuật xạ phẫu Gamma Knife, được cấu trúc gồm ba chương sau:  Chương 1 – Tổng quan về kĩ thuật xạ phẫu Gamma knife Trong chương này, những đặc điểm cơ bản nhất của xạ phẫu Gamma knife, cùng với cấu tạo của máy Gamma knife quay được trình bày. Những thông tin trên là cơ sở để hiểu vai trò quan trọng của việc đảm bảo chất lượng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife (được trình bày trong chương 2) cùng với mô phỏng thiết bị bằng chương trình Monte Carlo (được trình bày trong chương 3) để tính toán liều lượng sao cho thu được kết quả tốt nhất.  Chương 2 – Đảm bảo chất lượng (QA) trong quy trình xạ phẫu Gamma knife Trong chương này, việc đảm bảo chất lượng cho hệ thống Gamma knife quay tại Bệnh viện Bạch Mai gồm 2 quá trình là đảm bảo về mặt hình học và đảm bảo về liều lượng. Sau đó là quá trình hiệu chỉnh các thông số trước khi đưa bệnh nhân vào điều trị như hiệu chỉnh suất liều ra của hệ thống, hiệu chỉnh liều tại tâm vùng điều trị, hiệu chỉnh đường đồng tâm và đường đồng liều, xét độ chính xác về thời gian điều trị. QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 9  Chương 3 – Tính toán mô phỏng phân bố liều của thiết bị xạ phẫu gamma knife quay bằng phương pháp Monte – Carlo Trong chương này là một số nét về chương trình MCNP5 và phương pháp Monte Carlo trong tính toán liều lượng của máy Gamma knife quay. Bên cạnh đó là đưa ra cấu hình mô phỏng của nguồn đơn kênh, nguồn 30 kênh cho quá trình mô phỏng MCNP và đưa ra kết quả để so sánh với thực tế để xem xét tính đúng đắn của số liệu mô phỏng. QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 10 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT XẠ PHẪU GAMMA KNIFE 1.1 Giới thiệu Xạ phẫu sọ não là quá trình phẫu thuật mà trong đó một chùm bức xạ hẹp nhắm đến một thể tích mô trong não. Liều bức xạ có độ tập trung cao và sức công phá mạnh này chỉ dùng cho một lần điều trị duy nhất và xạ phẫu hoàn toàn có thể tránh gây khối udo bức xạ gây ra cho các cấu trúc não lành bao quanh thể tích đích. Kỹ thuật định vị lập thể là một trong số các kỹ thuật tiên tiến nhằm ngắm chính xác mục tiêu của các cấu trúc nội sọ (như u não) bằng cách sử dụng một khung chuẩn bên ngoài cố định vào đầu. Các công nghệ chẩn đoán hình ảnh hiện đại như CT, MRI và các tiến bộ của công nghệ máy tính hiện đại đã làm cho kỹ thuật định vị lập thể đang trở thành công cụ trong chẩn đoán và điều trị khối u não. Từ năm 1968, người ta sử dụng hệ thống xạ phẫu Gamma quay để điều trị các khối u não, các dị tật mạch máu não và đã có những thành công đáng kinh ngạc. Xạ phẫu định vị lập thể là một trong số các kỹ thuật xạ phẫu để điều trị các khối u bên trong não hoặc khu vực thị giác bằng cách sử dụng một liều bức xạ cao để tiêu diệt khối u và dùng thiết bị định vị xạ phẫu lập thể để định vị chính xác vùng đích. Trong xạ phẫu lập thể, bức xạ phân bố theo không gian 3 chiều. Xạ phẫu lập thể luôn bao gồm các thiết bị định vị như khung xạ trị đầu và các chùm tia có năng lượng cao chiếu vào vùng đích chỉ bằng một lần điều trị duy nhất. Với các hệ thống lập kế hoạch xạ trị hiện đại, người ta có thể xác định được chính xác hình dạng và vị trí khối u hoặc khối u nằm trong khu vực khung định vị bằng các phương tiện chẩn đoán hình ảnh như CT hoặc MRI. Hệ thống lập kế hoạch cũng thường kiêm luôn nhiệm vụ tính toán liều bức xạ. Sau khi hoàn thành quá trình định vị khối u và tính toán liều, việc điều trị bắt đầu. Kỹ thuật xạ phẫu lập thể đạt được liều có cường độ cao, tập trung hoàn toàn vào vùng đích, khối u trong khi đó bảo vệ rất tốt các mô lành bao quanh khu vực đích. Xạ phẫu đặc biệt ích lợi đối với các khu vực đích nhỏ mà trong thực tế không thể mổ mở được. Trong xạ phẫu người ta sử dụng nguồn Cobalt-60. Tia gamma đi đến vùng đích - khối u từ nhiều nguồn bức xạ Cobalt-60 khác nhau và giao nhau tại điểm hội tụ, tạo ra liều QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 11 chiếu gamma cao tại vùng đích. Tính đơn giản và độ chính xác về vị trí rất cao làm cho hệ thống xạ phẫu gamma là công cụ lí tưởng trong các ứng dụng xạ phẫu. Hệ thống Dao gamma quay có thể điều trị các bệnh trong não. Kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh não đã có bước tiến phi thường với việc xuất hiện các thiết bị chẩn đoán hình ảnh CT và MRI cùng các máy tính chuyên dùng có cấu hình mạnh đã cho phép xạ phẫu tiến hành điều trị các khối u, dị dạng mạch máu và các bệnh lý khác mà hiện đang được điều trị bằng phương pháp mổ mở. Kết quả xạ phẫu là tốt trong hầu hết các trường hợp. Chùm tia gamma là chùm bức xạ điện từ với bước sóng ngắn, có năng lượng cao và khả năng đâm xuyên lớn. Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua các quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt. Các chùm tia gamma được dùng chiếu xạ để phá hủy các tế bào ung thư nằm sâu bên trong não mà không áp dụng được phẫu thuật mở. Hình 1.1: Nguyên lý xạ phẫu gamma knife Hình 1.1 mô tả bố trí nguồn phóng xạ Cobalt-60 với hệ thống ống chuẩn trực để hướng các chùm tia vào vùng não cần chiếu xạ. Chùm tia gamma từ nguồn đồng vị phóng xạ Cobalt-60 có năng lượng cao ( 1,17 MeV và 1,33 MeV) với thông lượng ổn định do chu kì bán rã dài. Trên thế giới hiện nay, có hai loại thiết bị xạ phẫu Gamma knife dùng trong xạ phẫu u não là: QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 12 - Leksell Gamma Knife (LGK): Thiết bị chứa 201 nguồn phóng xạ Cobalt-60 có hoạt độ phóng xạ lớn (6000 Ci ± 10%). Chúng phát ra 201chùm tia gamma tập trung vào thương tổn nhỏ trong não. - Rotating Gamma Knife System (RGS): Hệ thống RGS chứa ba mươi nguồn Cobalt-60 với tổng độ hoạt tính ban đầu khoảng 6000Ci. Các nguồn được đặt trên một cơ cấu mang nguồn có dạng hình bán cầu được thiết kế như các ống chuẩn trực chính. Trong quá trình điều trị, ống chuẩn trực chính sẽ liên kết với ống chuẩn trực thứ cấp có kích thước tùy theo người sử dụng lựa chọn. Nguồn và các ống chuẩn trực quay đồng thời trong quá trình điều trị để hình thành ba mươi vòng cung bức xạ gamma, hội tụ, không chồng lên nhau. Do tất cả ba mươi chùm tia đều cùng hướng về đích nên đích sẽ nhận được một liều bức xạ cao tỷ lệ thuận với tổng thời gian chiếu xạ. Trong khi đó, các mô lành xung quanh đích chỉ nhận được rất ít liều chiếu xạ. Bằng cách quay ống chuẩn trực chính và ống chuẩn trực thứ cấp cùng nhau, 30 cung tròn không chồng lên nhau đã lấp đầy cung 360. Với cải tiến này, liều tới mô lành bao quanh mô đích giảm đáng kể do liều đến mô lành giờ đây đã phải phân ra cho một khối lượng thể tích lớn hơn (các chùm tia hội tụ từ một góc lớn hơn). So với việc xạ phẫu dựa trên hệ thống máy gia tốc tuyến tính, thiết kế gamma quay RGS sử dụng số lượng các cung lớn hơn để giảm thiểu liều đến các cơ quan và các mô lành bao quanh các vị trí đồng tâm mà không làm tăng thời gian điều trị và sự không chính xác về vị trí. Các ống chuẩn trực thứ cấp lắp sẵn đã loại bỏ sự cần thiết phải đội mũ bảo hiểm mà trên đó người ta gắn các ống chuẩn trực thứ cấp và việc áp đặt và thay đổi vị trí tiêu điểm dễ dàng hơn nhiều. Việc quay cũng cho phép giảm số lượng của nguồn Cobalt-60 từ 201 xuống đến 30 nguồn, tăng độ cứng kết cấu máy, thuận tiện chongười sử dụng và giảm chi phí thay thế nguồn. Thiết kế của hệ thống dao gamma quay đã duy trì tính đơn giản và chính xác về vị trí của thiết kế Leksell ban đầu, cải thiện việc phân bố liều, thân thiện với người sử dụng và giảm chi phí. QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo 13 Dựa vào khung định vị lập thể, các hình ảnh cắt lớp CT và/hoặc MRI, hình dạng đích và vị trí bệnh nhân (theo tọa độ X, Y, Z ) sẽ được xác nhận. Trước khi điều trị, bệnh nhân (có vị trí lập thể xác định và mang khung cố định) sẽ được định vị trên giường điều trị và bị cố định vào giá đỡ khung đầu. Sau khi các thông số điều trị được chấp nhận, hệ thống điều khiển điều trị theo kế hoạch đã lập. Với những ưu điểm của hệ thống gamma knife nói trên, hệ thống Gamma Knife quay GammaART- 6000𝑇𝑀 (RGS) đã được lắp đặt tại Trung tâm y học hạt nhân và ung bướu, Bệnh viện Bạch Mai. 1.2 Tương tác của bức xạ với cơ thể sống Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion hóa có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu xạ H2O trong cơ thể phân chia thành H+ và OH -. Bản thân các cặp H+, OH- này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại. Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%. Còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp. Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi qua cơ thể sinh vật nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào. Sự hấp thụ năng lượng của tế bào thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy. Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra càng nhiều. Thông thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vận tốc của h

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf01050003255_0468_2006660.pdf
Tài liệu liên quan