mô phỏng thiết bị xạ phẫu leksell gamma knife bằng chương trình ncnp5

mô phỏng thiết bị xạ phẫu leksell gamma knife bằng chương trình ncnp5

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS MAI VĂN NHƠN

TP HỒ CHÍ MINH, 2009

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường ðại học Khoa học

Tự nhiên, tôi ñã ñược sự giảng dạy tận tình của các thầy cô Chính nơi ñây ñã cung cấp cho tôi kiến thức và giúp tôi trưởng thành trong học tập và nghiên cứu khoa học Cho tôi gửi lời biết ơn với tất cả các thầy cô ñã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học tại trường

Cho tôi gửi lời biết ơn sâu sắc ñến thầy Mai Văn Nhơn và cô Trương Thị Hồng Loan ñã ñịnh hình cho tôi lựa chọn ñề tài này và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi cũng gửi lời cảm ơn ñến em ðặng Nguyên Phương ñã có những ý kiến ñóng góp quí báu và nhiệt tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng chân thành cảm ơn tập thể bác sĩ và kĩ sư vật lý tại ñơn vị Gamma Knife của Bệnh viện Chợ Rẫy ñã cung cấp cho tôi những tài liệu quan trọng giúp tôi có thể hoàn thành ñược luận văn

Xin ñược phép gửi lời cảm ơn ñến các thầy trong hội ñồng ñã ñọc, nhận xét và giúp tôi hoàn chỉnh luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè luôn ủng hộ, ñộng viên giúp ñỡ tôi trong suốt khóa học

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt .1

Danh mục các bảng 3

Danh mục các hình vẽ, ñồ thị 4

MỞ ðẦU 7

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LEKSELL GAMMA KNIFE 11

1.1 Giới thiệu về Leksell Gamma Knife 11

1.2 Lịch sử của LGK .11

1.3 Các thành phần chính trong thiết bị LGK .14

1.4 Nguyên tắc của LGK 15

1.5 Tiến trình ñiều trị bằng LGK .17

1.6 Giới thiệu chương trình Gamma Plan 18

1.7 Ưu ñiểm của LGK so với các thiết bị xạ phẫu khác .19

CHƯƠNG 2 – TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT XẠ TRỊ .21

2.1 Giới thiệu chung 21

2.2 Quá trình và nguyên tắc ñiều trị bằng tia xạ 22

2.3 Các phương pháp ñiều trị bằng tia xạ .23

2.4 Cơ sở và các khái niệm liên quan về liều trong xạ trị 24

CHƯƠNG 3 – MÔ PHỎNG MCNP CHO NGUỒN ðƠN KÊNH TRONG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE .32

3.1 Phương pháp Monte Carlo .32

3.2 Chương trình MCNP 34

3.3 Mô phỏng MCNP cho nguồn ñơn kênh trong thiết bị xạ phẫu LGK 42

3.4 Các kết quả tính toán với nguồn ñơn kênh 45

CHƯƠNG 4 – MÔ PHỎNG MCNP CHO 201 NGUỒN TRONG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE .49

4.1 Mô phỏng MCNP5 cho 201 nguồn trong LGK 49

4.2 Mô phỏng cách tính liều ñối với ñầu Zubal 52

4.3 Các kết quả tính toán với 201 nguồn 53

KẾT LUẬN .67

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MRI: Magnetic Resonance Imaging

SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography

PET: Positron Emission Computed Tomography

IGRT: Image Guided Radiation Therapy

IMRT: Intensity Modulated Radiation Therapy

SSD: Source to Surface Distance

SAD: Source Axis Distance

GTV: Gross Tumor Volume

CTV: Clinical Target Volume

PTV: Planning Target Volume

MCNP: Monte Carlo N – Particle

EGS: Electron Gamma Shower

PENELOPE: Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons FWHM: Full Width Half Maximum

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 So sánh thời gian chạy giữa tally F4 và tally FMESH 44 Bảng 4.1 So sánh FWHM ñối với trục Ox giữa chương trình Gamma Plan và kết quả

tính toán 63 Bảng 4.2 So sánh FWHM ñối với trục Oz giữa chương trình Gamma Plan và kết quả

tính toán 64

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ

Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C 16

Hình 1.2 Hình cắt ngang của Leksell Gamma Knife model C 16

Hình 1.3 Kích cỡ khác nhau của mũ trong LGK 17

Hình 1.4 Nguyên tắc hội tụ 201 chùm tia trong LGK 19

Hình 1.5 So sánh cường ñộ của một chùm tia gamma mà khối u hấp thụ 19

Hình 1.6 ðặt khung vào ñầu bệnh nhân 20

Hình 1.7 Chương trình tính liều bằng Gamma Plan 22

Hình 1.8 So sánh kích thước và liều ñiều trị của một số phương pháp xạ trị 23

Hình 2.1 Biểu diễn cách tính liều phần trăm 28

Hình 2.2 Sơ ñồ biểu diễn các thể tích bia trong kỹ thuật xạ trị 30

Hình 2.3 Biểu diễn ñường ñồng liều của CTV, PTV, và GTV trong ung thư trực

tràng ñược chụp bởi CT trong việc lập kế hoạch ñiều trị 34

Hình 3.1 So sánh phương pháp Monte Carlo với các phương pháp giải tích về thời gian tính toán và ñộ phức tạp của cấu hình 36

Hình 3.2 Biểu diễn quá trình vận chuyển của các hạt qua một voxel 42

Hình 3.3 So sánh liều tương ñối tính bằng tally F4 và tally FMESH dọc theo trục Ox ñối với phantom nước 43

Hình 3.4 Giao diện của chương trình MCNP5 45

Hình 3.5 Mô hình nguồn ñơn kênh dùng trong mô phỏng MCNP 46

Hình 3.6 Mô hình mô phỏng nguồn ñơn kênh và phantom trong LGK 47

Hình 3.7 Phổ năng lượng photon phát ra của nguồn Co60 47

Hình 3.8 Liều phân bố dọc theo trục Ox 48

Hình 3.9 Phân bố liều tương ñối trên mặt phẳng Oxy 49

Hình 3.10 Phân bố liều tương ñối trên mặt phẳng Oxz 50

Hình 4.1a Biểu diễn sự sắp xếp của các vòng collimator trong helmet của LGK 52

Hình 4.1b Biểu diễn góc phương vị của các vòng so với mặt phẳng xOy 52

Hình 4.2 Biểu diễn phân bố góc của 201 nguồn trong LGK so với mặt phẳng 53

Hình 4.3 Biểu diễn nguồn có dạng hình mặt và cách bố trí phantom trong mô phỏng 201 nguồn 54

Hình 4.4 Mô hình ñầu Zubal 55

Hình 4.5 So sánh phân bố liều tương ñối trên hai trục Ox và Oz với collimator 4mm .56

Hình 4.6 So sánh phân bố liều tương ñối trên hai trục Ox và Oz với collimator 8mm .56

Hình 4.7 So sánh phân bố liều tương ñối trên hai trục Ox và Oz với collimator 14mm 57

Hình 4.8 So sánh phân bố liều tương ñối trên hai trục Ox và Oz với collimator 18mm 57

Hình 4.9 Liều phân bố trên mặt phẳng Oxy với collimator ñường kính 18mm 58

Hình 4.10 Liều phân bố trên mặt phẳng Oxz với collimator ñường kính 18mm 59

Hình 4.11 Biểu diễn phân bố liều tương ñối trong phantom ñầu Zubal và trong phantom nước ñối với 201 nguồn 60

Hình 4.12 So sánh liều theo trục z với collimator ñường kính 4 mm 61

Hình 4.13 So sánh liều theo trục x với collimator ñường kính 4 mm 61

Hình 4.14 So sánh liều theo trục x với collimator ñường kính 18 mm 62

Hình 4.15 So sánh liều theo trục z với collimator ñường kính 18 mm 62

MỞ ðẦU

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 cĩ 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 cĩ khoảng 150.000 ca ung thư mới trong đĩ cĩ trên 50.000 ca tử vong [1]

Những thập kỷ gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ sinh học cũng như các thiết bị chẩn đốn và điều trị hiện đại, việc nghiên cứu và chữa trị ung thư đã

cĩ những tiến bộ vượt bậc Vì thế mà tìm ra được một số hướng dự phịng chẩn đốn chính xác hơn và điều trị cĩ hiệu quả hơn

Những cách điều trị bệnh bao gồm: điều trị bằng phẫu thuật, điều trị bằng tia xạ

và điều trị bằng hĩa chất ðiều trị bằng tia xạ là phương pháp dùng chùm tia điện tử hoặc photon cĩ năng lượng thích hợp thơng qua cơ chế gây ion hĩa nhằm gây ra những tác động về mặt sinh học của chùm tia để tiêu diệt tế bào ung thư hoặc hạn chế sự phát triển của nĩ ðây được xem là một trong những phương pháp điều trị bệnh hữu hiệu nhất nhưng phương pháp này vẫn cĩ một số hạn chế nhất định đĩ là bệnh nhân phải chấp nhận một rủi ro do bức xạ ion hĩa đi vào cơ thể ðiều này rất quan trọng và đĩ là nhiệm vụ của các kỹ sư vật lý và bác sỹ để làm sao cho các ảnh hưởng do ion hĩa của các bức xạ lên bệnh nhân một cách thấp nhất để đảm bảo an tồn cho người bệnh

Hiện nay ở Việt Nam những thiết bị chẩn đốn và điều trị bằng tia xạ được đưa vào sử dụng khá phổ biến ở các bệnh viện như thiết bị chẩn đốn bằng các đồng vị phĩng xạ như PET, SPECT, CT, Gamma Camera và thiết bị điều trị bằng bức xạ ion hĩa rất hiện đại như máy gia tốc tuyến tính và đặc biệt gần đây nhất năm 2006 Bệnh viện Chợ Rẫy TP Hồ Chí Minh đã đưa vào máy xạ phẫu Leksell Gamma Knife (LGK), 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 Leksell Gamma Knife được giới

thiệu vào năm 1951 bởi giáo sư Lar Leksell người Thụy ðiển cho ñến nay ñã có 17189 bệnh nhân ñược ñiều trị bằng Gamma Knife trên toàn thế giới Ở Việt Nam từ tháng 11/2006 ñến tháng 7/2007 Bệnh viện Chợ Rẫy ñã ñiều trị ñược cho 100 bệnh nhân Tất

cả các bệnh nhân sau khi ñiều trị ñều có kết quả tốt

Hiện nay trên thế giới, nhiều nhà khoa học cũng ñã vận dụng nhiều phương pháp tính liều khác nhau ñể khảo sát phân bố liều chiếu trong thiết bị LGK và ñã rút ra các kết quả phù hợp với chương trình tính liều Gamma Plan Các chương trình ñược sử dụng là EGS4 dùng cho việc tính toán liều phân bố của nguồn ñơn kênh (Joel Y.C Cheung -1998) [5], tác giả ñã dùng phantom hình cầu với chất liệu là nước có ñường kính 160mm khảo sát phân bố liều trên các trục tọa ñộ x, y, z ðồng thời tác giả cũng dùng code EGS4 ñể tính toán sự khác nhau trong phân bố liều ñối với các phantom có chất liệu plastic, nhựa dẻo (Perspex), và nước [6] Chương trình PENELOPE dùng ñể khảo sát phân bố liều trong LGK với phantom không ñồng nhất bằng chất liệu nước bao quanh bên ngoài là lớp vỏ hình cầu, lớp vỏ này ñược làm bằng vật chất tương tự với xương sọ [3] (Al-Dweiri, 2005), tác giả ñã rút ra kết quả khác nhau trong phân bố liều của việc mô phỏng phantom ñồng nhất và không ñồng nhất ðồng thời ông cũng tính xác suất của góc phát ra từ nguồn LGK, kết quả tính toán cho thấy chỉ những tia gamma phát ra với góc cực nhỏ dưới 30 mới ñóng góp ñáng kể vào phân bố liều trong phantom, trong công trình này tác giả ñã ñưa ra mô hình nguồn ñơn giản ñáp ứng ñược liều chiếu phù hợp nhưng giảm ñược thời gian tính toán Moskvin V [7] ñã dùng PENELOPE ñể mô phỏng thông lượng phát ra từ nguồn của LGK ñi qua các collimator nhằm ñể xác ñịnh phân bố liều trong phantom cầu polystyrene, kết quả này ñược tính toán và so sánh với kết quả của các tác giả khác mô phỏng bằng code EGS4 Ngoài ra code MCNP4C cũng ñược sử dụng ñể tính toán liều tương ñối phát ra từ 201 nguồn của thiết bị LGK (YiPeng Li, 2002) [11]

Luận văn này nhằm mục ñích tìm hiểu sâu hơn về thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife ñó là cấu tạo, nguyên tắc hoạt ñộng 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 ñược xây dựng ñể tính toán phân bố liều

và kết quả này ñược so sánh với các chương trình mô phỏng của các tác giả khác nhằm kiểm nghiệm tính ñúng ñắn của quá trình Chương trình chúng tôi dùng ñể mô phỏng trong luận văn này là MCNP5, ñó là một trong những chương trình mô phỏng sử dụng phương pháp Monte Carlo, ñược xem là khá chính xác và hiện ñại trong việc tính toán

liều ðề tài “Mô phỏng thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife bằng chương trình

MCNP5” ñã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng chương trình

MCNP5 trong kỹ thuật tính liều ñối với thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife

Quá trình nghiên cứu bắt ñầu từ việc tìm hiểu tổng quan cấu tạo và nguyên tắc hoạt ñộng của thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife Giới thiệu về các kiến thức liên quan ñến kỹ thuật xạ trị trong ñó có chương trình MCNP, tìm hiểu ñặc ñiểm, cơ sở vật

lý của các code, cấu trúc thành phần của một file input trong chương trình MCNP Sau

ñó vận dụng phương pháp này ñể mô phỏng quá trình tính liều cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife Vì thời gian thực hiện ñề tài có hạn nên chúng tôi chỉ mô phỏng quá trình tính liều và phân bố liều theo ñộ sâu cho phantom bằng vật liệu nước và plastic sau ñó chúng tôi mô phỏng ñối với phantom ñầu Zubal cho nguồn ñơn kênh và

201 nguồn trong thiết bị Leksell Gamma Knife

Từ mục ñích và nội dung công việc ñó luận văn có bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về cấu tạo, nguyên tắc hoạt ñộng và quy trình chữa trị

của thiết bị xạ phẫu Gamma Knife Chương này mô tả một cách chi tiết về cấu trúc của thiết bị xạ phẫu từ việc phân bố góc của 201 nguồn Cobalt 60 ñến các tiến trình ñiều trị

Chương 2: Các kiến thức liên quan ñến kỹ thuật xạ trị Giới thiệu các kỹ thuật

tính liều xạ trị ngoài Các kiến thức này là nền tảng cơ sở ñể xây dựng các quá trình mô phỏng tương tác của bức xạ với môi trường vật chất, các ñịnh nghĩa về liều chiếu, kích thước trường chiếu, hướng chiếu và liều hấp thụ

Chương 3: Giới thiệu phương pháp Monte Carlo Mô phỏng MCNP5 cho thiết

bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife ñối với nguồn ñơn kênh Trong chương này, cấu hình nguồn ñơn kênh ñược mô phỏng và xuất ra kết quả phân bố liều, làm cơ sở cho quá trình mô phỏng cho 201 nguồn

Chương 4: Mô phỏng MCNP5 cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife ñối

với 201 nguồn và các kết quả tính toán ñối với mô hình ñầu Zubal

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỂ THIẾT BỊ LEKSELL GAMMA KNIFE

1.1 Giới thiệu về Leksell Gamma Knife

Leksell Gamma Knife (LGK) là thiết bị phẫu thuật bằng bức xạ gamma tập trung, ñịnh vị ba chiều Nó cho phép xác ñịnh chính xác và ñiều trị các khối u nằm sâu trong não hoặc các khối dị dạng ñộng tĩnh mạch có ñường kính nhỏ hơn 5 cm

Trong ñiều trị bệnh lý não, khi tổn thương nằm sâu, nếu mổ hở như thông thường, phẫu thuật viên có thể làm tổn thương vùng não lành, gây biến chứng cho bệnh nhân sau ñó như rối loạn thần kinh, tâm thần, liệt nửa người hoặc liệt các vùng thần kinh Thậm chí nếu ñụng chạm ñến những trung khu thần kinh quan trọng, bệnh nhân còn có thể tử vong ngay trên bàn mổ

Trong khi ñó, xạ phẫu bằng hệ thống LGK là một phương pháp tiên tiến, bằng cách hội tụ hơn 200 nguồn bức xạ nhỏ tạo thành một năng lượng cực cao ñể tiêu hủy dần dần các sang thương trong não mà không cần phẫu thuật Khối sang thương sẽ bị tiêu hủy dần và biến mất theo thời gian Do hội tụ từ các nguồn năng lượng dưới dạng bức xạ cực mảnh nên bệnh nhân cảm thấy rất bình thường sau ñiều trị và có thể tham gia công việc ngay ngày hôm sau, tránh ñược tâm lý lo lắng quá mức do bệnh tật và do các áp lực khi phải nghỉ việc vì bệnh và phải sắp xếp thời gian ñể trị bệnh

Hiện nay, LGK là một trong những thiết bị xạ trị ñược sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới

1.2 Lịch sử của LGK [4]

Thiết bị này ñược thiết kế bởi Lar Leksell, nhà giải phẫu người Thụy ðiển vào năm 1967 tại viện Karolinska, Thụy ðiển Năm 1968 dựa vào phát minh của Giáo sư

Lars Leksell, Công ty ELEKTA Thụy Ðiển ñã sản xuất thành công Gamma Knife và ñưa vào sử dụng chữa trị cho bệnh nhân ñầu tiên ở nhà máy hạt nhân Studsvik Trong cùng năm ñó, Gamma Knife ñược triển khai ñiều trị tại Bệnh viện Karolinska, Thụy Ðiển

Bắt ñầu từ những năm 1970 kỹ thuật xạ phẫu ñược chú ý trên thế giới bởi sự phát triển của các thiết bị mới như chụp ảnh CT (Computed Tomography) ðầu những năm 1980, Gamma Knife ñược lắp ñặt ở Argentina và Anh Vào năm 1987 thiết bị xạ phẫu này lần ñầu tiên ñược lắp ñặt tại Bắc Mỹ

Năm 1990, chương trình tính liều Gamma Plan ñược ñưa vào sử dụng phục vụ cho mục ñích lập kế hoạch xạ trị Tới năm 1993, Gamma Knife càng ñược sử dụng rộng rãi ở tất cả các châu lục Do tính ưu ñiểm và vượt trội của Gamma Knife so với các phẫu thuật kinh ñiển trong ñiều trị các khối u, các dị dạng mạch máu và các bệnh chức năng của não, nên Gamma Knife ngày càng ñược sử dụng nhiều hơn

Năm 1996, Chương trình Gamma Plan ñược hợp nhất với chương trình xử lý ảnh MRI và CT Năm 2000, Gamma Knife model C ñược giới thiệu có bổ sung hệ thống ñịnh vị APS

Ðến năm 2001 trên thế giới có 147 Trung tâm Gamma Knife và ñến năm 2004

số Trung tâm Gamma Knife tăng lên là 232 (bao gồm: Trung Quốc 92, Nhật 36, các nước châu Á còn lại 17, Châu Âu 29, Bắc Mỹ 65, Nam Mỹ 02 và Châu Phi 01) Cho ñến tháng 3 năm 2008 thì có 259 thiết bị ñược triển khai trên toàn thế giới

Tại Việt Nam, thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife ñược ñưa vào sử dụng lần ñầu tiên tại bệnh viện Chợ Rẫy vào tháng 11 năm 2006

Hình 1.1 biểu diễn các thành phần của thiết bị xạ phẫu LGK nhìn từ ngoài vào Hình 1.2 là mô hình cắt ngang của thiết bị, qua ñó ta có thể thấy một cách chi tiết các thành phần cũng như cấu tạo bên trong của thiết bị

Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C

Hình 1.2 Hình cắt ngang của Leksell Gamma Knife model C

1.3 Các thành phần chính trong thiết bị LGK

Thiết bị xạ phẫu LGK gồm có 3 phần chính:

1 Nguồn trong thiết bị xạ phẫu LGK (Radiation Unit) gồm 201 nguồn Co60, mỗi nguồn có hoạt ñộ gần 30 Ci Các nguồn này ñược sắp xếp thành dãy hình tròn nằm trong bộ phận che chắn làm bằng vật liệu có số khối lớn (thường là chì) Các nguồn này nhằm phóng những tia phóng xạ gamma ñến những ñiểm bia trong bộ não bệnh nhân

2 Mũ (Collimator Helmet): Gamma Knife ñược cung cấp bốn loại mũ với các kích

cỡ các collimator là 4mm, 8mm, 14mm, 18mm Các mũ này ñược gắn cố ñịnh với giường bệnh nhân bằng các ñinh vít Các mũ này là các colimator ñể cho các tia phóng xạ từ nguồn phát ra chiếu vào khối u một cách chính xác Và nhờ có loại mũ này mà liều chiếu tập trung một cách chính xác tại các khối u nên mức

ñộ ảnh hưởng của các tia phóng xạ tới các vùng xung quanh là không ñáng kể Tùy theo thể tích của khối u mà các kỹ sư vật lý có thể dùng các collimator có ñường kính khác nhau

Hình 1.3 Kích cỡ khác nhau của mũ trong LGK

Helmet với các

kích cỡ khác nhau

Collimators 4mm, 8mm, 14mm, 18mm

Mũ ñặt trong hệ thống gamma knife

3 Giường chữa trị bệnh nhân (Patient Treatmen Couch): Là thiết bị có thể mang bệnh nhân dịch chuyển vào và ra trong suốt quá trình chiếu xạ, có thể tự ñiều chỉnh vị trí ñể khớp mũ với các kênh chiếu và các vị trí chiếu

1.4 Nguyên tắc của LGK

1.4.1 Vật lý và nguyên lý cơ bản của LGK

Nguyên tắc vật lý cơ bản của LGK là dựa trên sự phân rã phát ra tia gamma của nguồn phóng xạ Co60 Nguồn Co60 này sẽ phân rã beta và tạo thành ñồng vị Ni60 với chu kì bán rã là 5.26 năm

1.4.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của LGK

Nguyên tắc hoạt ñộng cơ bản của LGK là dựa trên việc hội tụ các chùm tia gamma năng lượng cao phát ra từ 201 nguồn Co60 tập trung lên một thể tích ñiều trị có liều phóng xạ rất cao Hình 1.4 biểu diễn sự hội tụ năng lượng từ 201 nguồn Việc chiếu phân bố 201 nguồn xạ nhằm làm cho phân bố liều xung quanh thể tích vùng ñiều trị không ñủ lớn ñể gây ra những tác ñộng ñáng kể nào về mặt sinh học, tối thiểu hóa việc tiêu diệt các tế bào lành lân cận Việc tính toán một cách rõ ràng ñược biểu thị trong Hình 1.5 cho thấy phân bố liều xạ ñối với 6 chùm tia so với 201 chùm tia Dựa trên Hình 1.5 ta thấy nếu chiếu vào thể tích khối u bằng 6 chùm tia thì cường ñộ của một chùm là 17%, nhưng nếu chiếu bằng 201 chùm tia thì cường ñộ của một chùm

giảm chỉ còn 0.5% ðiều này cho thấy sự giảm ñáng kể ảnh hưởng lên các mô lành xung quanh nếu tăng số lượng chùm tia

Hình 1.4 Nguyên tắc hội tụ 201 chùm tia trong LGK

Hình 1.5 So sánh cường ñộ của một chùm tia gamma mà khối u hấp thụ

Ngoài ra LGK cho phép người sử dụng có thể ñiều khiển số nguồn chiếu sao cho phù hợp với thể tích cần chiếu bằng cách dùng các nút bằng tungsten bịt kín những

lỗ (collimator) khơng cần thiết Trong một số trường hợp người ta chỉ cần chiếu với khoảng 150 hoặc 102 nguồn

1.5 Tiến trình điều trị bằng Leksell Gamma Knife

1 ðặt khung: Dùng một khung để cố định đầu bệnh nhân và định vị vùng chữa

trị Quy trình đặt khung này do các bác sĩ phối hợp với các kỹ sư vật lý thực hiện

Hình 1.6 ðặt khung vào đầu bệnh nhân

2 Chẩn đốn hình ảnh: Dùng phương pháp chụp ảnh MRI để chụp vị trí và hình

dạng của khối u Các ảnh này được chụp nhiều lần theo các hướng khác nhau và lần lượt thay đổi các vị trí chụp theo độ sâu để xác định chính xác vị trí khối u

3 Lập kế hoạch điều trị: phần mềm Gamma Plan được sử dụng để khơi phục lại

hình dạng của đầu bệnh nhân cũng như thể tích của khối u từ ảnh chụp Dựa trên các kết quả phân tích được các kỹ sư vật lý và bác sỹ điều trị sẽ quyết định cấp liều và các hướng chiếu nhằm tối ưu hĩa hiệu quả của việc điều trị Chương trình này bao gồm việc tính tốn liều chiếu, vị trí chiếu, các kích cỡ collimator khác nhau cho mỗi lần chiếu và thời gian chiếu cho một khối u cụ thể

4 Chữa trị: Sau khi đã lập kế hoạch chữa trị xong và đã được kiểm tra để đảm

bảo tính an tồn và chính xác Bệnh nhân được đưa vào phịng chữa trị, được đặt trên

một chiếc giường ñược ñiều khiển tự ñộng, ñầu bệnh nhân ñược cố ñịnh tại tâm của helmet Sau khi các bác sĩ rời khỏi phòng một chương trình bên ngoài ñược lập trình sẵn sẽ ñiều khiển cho cửa tự ñộng của thiết bị mở ra và bệnh nhân ñược ñưa tự ñộng vào trong nguồn xạ Chuyển ñộng của chiếc giường ñược lập trình sẵn bằng Gamma Plan về thời gian cho mỗi lần chiếu và ñịnh vị trí của giường cho mỗi lần chiếu bằng hệ thống tự ñộng ñưa vào và ñưa ra

1.6 Giới thiệu chương trình Gamma Plan ®

Gamma Plan® là chương trình lập kế hoạch chữa trị chỉ dùng riêng cho thiết bị LGK Chương trình này ñược dùng ñể tính liều hấp thụ phân bố bởi 201 nguồn phát ra những chùm photon tập trung vào mỗi vùng thể tích cần ñiều trị Liều ñược tính toán cho mỗi kích cỡ của collimator cụ thể Trong chương trình Gamma Plan thì tùy theo thể tích và hình dạng khối u khác nhau mà các kỹ sư vật lý sẽ quyết ñịnh dùng bao nhiêu shot chiếu khác nhau, cứ mỗi shot chiếu là một vùng (khoanh tròn) ñã ñược ñịnh

vị trước Chiếu sao cho tất cả các shot sẽ bao trùm ñược hết toàn bộ khối u và giảm thiểu tối ña ảnh hưởng tới các vùng xung quanh Chương trình Gamma Plan cũng cho

ta biết ñược các ñường ñẳng liều quanh khối u Hình 1.7 minh họa chương trình tính liều bằng Gamma Plan Phía bên trái của hình là những lát cắt biểu diễn vị trí của khối

u, các ñường ñẳng liều bao quanh giúp cho các kỹ sư vật lý xác ñịnh chính xác liều cần cung cấp Phía dưới bên phải là mô hình trong không gian biểu diễn chính xác vị trí của khối u trong não

Hình 1.7 Chương trình tính liều bằng Gamma Plan

1.7 Ưu ñiểm của LGK so với các thiết bị xạ phẫu khác

Với 201 nguồn Co60 ñặt cố ñịnh và ñầu bệnh nhân ñược ñịnh vị bằng khung Stereotactic, LGK ñược coi là thiết bị có ñộ chính xác cao nhất hiện nay trong xạ trị liều cao LGK có ñộ chính xác cao về cơ khí, sai số của toàn bộ hệ thống luôn nhỏ hơn

0.5 mm, cho phép sử dụng liều bức xạ cao ñể ñiều trị các tổn thương ở những vùng

“nhạy cảm” như thân não, giao thoa thị…

So với các phương pháp khác, phẫu thuật các khối u bằng LGK an toàn, hiệu quả hơn, rất ít biến chứng và không có tử vong Chỉ ñịnh ñiều trị rộng rãi, ngay cả các bệnh nhân có khối u ở vị trí phức tạp

Phẫu thuật bằng Gamma Knife không cần phải gây mê, bệnh nhân vẫn tỉnh táo hoàn toàn trong quá trình phẫu thuật Không có nguy cơ nhiễm trùng, không chảy máu, không ñau ñớn…

Hình 1.8 mô tả ưu ñiểm của Gamma Knife so với các kĩ thuật xạ trị khác, ñó là

có thể tập trung một liều rất cao vào trong một vùng thể tích rất nhỏ do ñó hiệu quả tiêu diệt tế bào ung thư là tốt hơn so với các kĩ thuật xạ trị còn lại

Hình 1.8: So sánh kích thước và liều ñiều trị của một số phương pháp xạ trị

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ

Chương này nhằm mục ựắch cung cấp các kiến thức liên quan ựến kỹ thuật xạ trị

mà bất cứ một kỹ sư vật lý nào cũng cần phải nắm rõ đó là những kiến thức nền tảng

về tương tác của bức xạ với vật chất, về liều hấp thụ của mô khi một bức xạ truyền qua

ựể làm cơ sở xây dựng các quá trình mô phỏng

2.1 Giới thiệu chung

điều trị bằng tia xạ là quá trình ựiều trị có sử dụng bức xạ ion hóa hoặc phóng

xạ cho nhiều bệnh khác nhau Mục ựắch là nhằm ựưa một liều phóng xạ rất chắnh xác tới một thể tắch bia ựã xác ựịnh với một mức ựộ tổn thương nhỏ nhất cho các mô lành bao quanh, kết quả là sẽ loại trừ bệnh tật, kéo dài sự sống hay cải thiện chất lượng cuộc sống Do ựó, kỹ thuật xạ trị ựược xây dựng ựể chữa bệnh hoặc làm nhẹ bớt bệnh tật một cách hiệu quả

Khi sử dụng phương pháp ựiều trị bằng tia xạ cần phải xác ựịnh mục ựắch của việc ựiều trị

Ớ điều trị tận gốc: là loại trừ tất cả các tế bào ung thư tại u nguyên phát, tại các tổ chức xung quanh mà khối u lan tới và những hạch tại vùng có thể ựã bị xâm lấn điều trị tận gốc thường là liều xạ cao, có thể gây ra một số biến chứng phụ, thời gian kéo dài với sự chấp nhận của bệnh nhân

Ớ điều trị tạm thời: ựể nâng cao chất lượng ựời sống như chống ựau, chống tắc do chèn ép, chống chảy máu điều trị tạm thời thường là liều thấp và thời gian chiếu xạ ngắn

Tùy theo mục ựắch ựiều trị khác nhau mà bác sĩ và các kỹ sư vật lý quyết ựịnh liều chiếu cũng như các kỹ thuật chiếu xạ thắch hợp

2.2 Quá trình và nguyên tắc ựiều trị bằng tia xạ

2.2.1 Quá trình ựiều trị bằng tia xạ

Một quá trình ựiều trị bằng tia xạ rất phức tạp đầu tiên bác sĩ phải chẩn ựoán và ựánh giá lâm sàng ựể xác ựịnh mầm bệnh của khối u (ác tắnh hay lành tắnh) sau ựó sẽ quyết ựịnh phương thức ựiều trị thắch hợp nhằm làm giảm nhẹ bệnh hay ựiều trị tận gốc Một quy trình tạo ảnh và lập phát ựồ ựiều trị ựược thực hiện bằng các kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp (CT), chụp cộng hưởng từ (MRI), X-quang hay chụp ảnh bằng phát xạ photon (SPECT), positron (PET) Dựa vào các ảnh này ta có thể xác ựịnh ựược thể tắch bia cần chiếu xạ, khoanh vùng thể tắch vào tạo dạng trường chiếu Sau ựó sẽ xây dựng chương trình ựể mô phỏng thực tế ựiều trị, tắnh toán sự phân bố liều và tối ưu hóa liều cần chiếu

2.2.2 Nguyên tắc ựiều trị bằng tia xạ [1]

Quy trình ựiều trị bằng tia xạ phải dựa trên những nguyên tắc sau:

- đánh giá sự lan rộng của khối u bằng các biện pháp CT scanner, X-quang, MRIẦ ựể biết thể tắch cần chiếu

- Biết rõ những ựặc ựiểm bệnh lý của khối u

- Chọn lựa những phương pháp thắch hợp: chỉ dùng xạ trị hay phối hợp phẫu thuật, hóa chấtẦ hay chọn phối hợp cả hai phương pháp, chọn loại tia thắch hợp, chiếu từ ngoài vào hay ựặt tại khối u

- Quy ựịnh liều tối ưu và thể tắch chiếu dựa trên vị trắ giải phẫu, ựộ ác tắnhẦ và cấu trúc lành trong vùng chiếu

- đánh giá từng giai ựoạn về thể lực bệnh nhân, sự ựáp ứng của khối u và thể trạng của tổ chức lành trong khu vực ựiều trị

Bác sĩ ựiều trị phải cùng làm việc chặt chẽ với ựội ngũ vật lý, kế hoạch ựiều trị

và bộ phận ựo lường, không thể nhầm lẫn ựược những ựánh giá lâm sàng hay không hoàn hảo trong việc lập phát ựồ ựiều trị

2.3 Các phương pháp ựiều trị bằng tia xạ [2]

2.3.1 Phương pháp xạ trị bằng chùm tia ngoài

Xạ trị bằng chùm tia ngoài là một phương pháp phổ biến nhất trong kỹ thuật xạ trị Người ta thường tiến hành với chùm photon, thông thường ựó là các tia X mang năng lượng cao ựược tạo ra bởi máy gia tốc tuyến tắnh, nhưng người ta cũng thường dùng chùm tia gamma tạo ra từ máy Cobalt-60 và các tia X mang năng lượng trong khoảng 50-300kV Thêm vào ựó, chùm electron ở năng lượng megavolt cũng ựược sử dụng ựể ựiều trị các khối u tương ựối nông sẽ cải thiện ựược ựộ chắnh xác hình học hơn các photon, do ựó nó cũng ựược sử dụng rộng rãi ngày nay Xạ trị ngoài với các bức xạ hạt khác cũng ựã ựược ựưa ra, trong trường hợp hạt neutron, và kiểm tra rộng rãi

Một số phát triển mới ựây trong kỹ thuật xạ trị ngoài ựã tăng lên do việc sử dụng máy tắnh tăng Chúng không chỉ có khả năng lập kế hoạch tắnh toán trong không gian

ba chiều mà còn có khả năng ựiều khiển thiết bị ựiều trị sao cho vùng liều cao có thể biến ựổi cho phù hợp với thể tắch bia trong không gian ba chiều Sự phát triển này song song với các kỹ thuật tạo ảnh như chụp cắt lớp hay tạo ảnh cộng hưởng từ (MRI), nó sẽ ựóng một vai trò quan trọng trong việc phác họa thể tắch khối u

Các máy móc ựược sử dụng cho xạ trị từ xa bao gồm các máy phát tia X, máy phát chùm tia gamma, máy gia tốc ựiện tử và máy phát neutron Tất cả những thiết bị

xạ trị từ xa ựòi hỏi ựều phải có bảo vệ bức xạ khác nhau và cần phải xử lý theo các

nguyên tắc riêng của nó Xạ trị từ xa là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất ñể ñiều trị những khối u, hạch nằm sâu trong cơ thể

2.3.2 Xạ trị bằng nguồn phóng xạ kín

Là kỹ thuật ñiều trị sử dụng các nguồn ñồng vị phóng xạ ñặt trong thể tích khối

u ñể ñưa ra một liều rất cục bộ nhằm tối thiểu hóa liều xạ tới các mô lành bao quanh Tuy nhiên kỹ thuật này hạn chế khi thể tích khối u nhỏ

Sự phát triển trong lĩnh vực này bao gồm việc sử dụng các nguồn phóng xạ có suất liều cao, các nguồn này ñược ñưa qua các ống thông ñể ñặt vào các vị trí khối u

2.4 Cơ sở và các khái niệm liên quan về liều trong xạ trị

ðể cho việc ñiều trị bằng tia xạ ñạt hiệu quả tối ưu thì việc nắm vững các khái niệm về liều lượng, sự phân bố liều tại các thể tích bia, tìm hiểu cơ sở vật lý cũng như các kỹ thuật tính toán liều chiếu là thật sự cần thiết

2.4.1 Liều lượng học lâm sàng

• Liều lượng (dose)

ðơn vị tính là Roentgen (R), tính cho bức xạ tia X hoặc tia gamma Một Roentgen là năng lượng bức xạ (R0) ñi qua một cm3 không khí, ở ñiều kiện tiêu chuẩn (00C, 760mmHg) tạo ra một ñơn vị tĩnh ñiện, cùng dấu dương hoặc dấu âm

• Suất liều (dose rate)

Là liều lượng trong một ñơn vị thời gian ðơn vị của suất liều là ñơn vị của liều chia cho thời gian (R/h hoặc R/min)

• Liều lượng hấp thụ

ðược xác ñịnh như năng lượng hấp thụ bởi một ñơn vị khối lượng của chất bị chiếu xạ (hay chính là năng lượng ion hóa của bức xạ bị hấp thụ bởi ñơn vị khối lượng

vật chất Giá trị liều hấp thụ bức xạ phụ thuộc vào tính chất của bức xạ và môi trường hấp thụ Sự hấp thụ năng lượng ñối với tia bức xạ là do tương tác của bức xạ với electron của nguyên tử vật chất ðơn vị là J/kg

J/kg là liều lượng hấp thụ bức xạ ñược ño bởi năng lượng một Jun của bức xạ ion hóa bất kỳ hấp thụ bởi khối lượng một kilogram của chất bị chiếu xạ

• Liều sâu phần trăm (percentage deep dose)

Là tỷ số của liều hấp thụ (Dd) tại ñiểm khảo sát ở một ñộ sâu x nào ñó so với liều hấp thụ cực ñại tại ñiểm khảo sát trên trục chùm tia (D d0)

Hình 2.1 Biểu diễn cách tính liều phần trăm

Liều sâu phần trăm:

0

d

D D

D

• Tỷ số mô – không khí (target air ratio)

Là tỉ số liều hấp thụ tại ñiểm cho trước trong mô so với liều lượng ñược ño ngoài không khí trong một thể tích cho trước ñủ lớn ñể tạo ra liều cực ñại tại ñiểm ñó

• Hằng số SSD (source to surface distance)

Là khoảng cách từ nguồn phát tia tới bề mặt da bệnh nhân

• Hằng số SAD (source axis distance)

Là khoảng cách từ nguồn phát tới tâm của khối u, cắt trục chùm tia

Trong ñiều trị bằng tia xạ thì ngoài việc nắm vững các lý thuyết về liều lượng ta phải tính toán các yếu tố ảnh hưởng ñến liều chiếu, ñó là năng lượng bức xạ, khoảng cách từ nguồn ñến da và kích thước trường chiếu Liều lượng trong một khối u ở một

ñộ sâu nào ñó so với liều trên bề mặt da có ý nghĩa rất quan trọng Liều sâu tính bằng phần trăm càng lớn thì hiệu quả ñiều trị càng cao Liều sâu phụ thuộc nhiều nhất vào năng lượng bức xạ Khi tăng năng lượng lên thì tăng ñược ñộ sâu và do ñó tăng ñược hiệu quả ñiều trị Ngoài ra, liều sâu tăng theo kích thước trường chiếu

2.4.2 Một số ñịnh nghĩa liên quan ñến thể tích bia và sự phân phối liều

Liều lượng và phân bố liều lượng là một trong những yếu tố quan trọng ñóng góp vào sự thành công của ñiều trị bằng tia xạ Phân bố liều lượng hợp lý ñược thể hiện bằng sự tập trung liều cao tại thể tích khối u (còn ñược gọi là bia) và liều thấp tại vùng biên (là các tổ chức lành bao quanh khối u)

Trong quá trình lập kế hoạch xạ trị cho một bệnh nhân ung thư, một số loại thể tích cần ñược các bác sĩ lâm sàng xác ñịnh Người làm công tác tính toán liều chiếu cũng cần phải hiểu ñược một số loại thể tích ñể ñưa ra ñược phác ñồ ñiều trị tối ưu Vì vậy hiểu ñược các loại thể tích ñó cũng là một ñiều quan trọng

ðể ñiều trị cho một bệnh nhân ung thư phải qua quá trình xác ñịnh các thể tích Hai loại thể tích cần ñược xác ñịnh trước khi lập kế hoạch ñiều trị là:

• Thể tích khối u (gross tumor volume – GTV)

• Thể tích bia lâm sàng (clinical taget volume – CTV)

Trong quá trình lập kế hoạch ñiều trị một số loại thể tích sau cần phải ñược xác ñịnh:

Hình 2.2 Sơ ñồ biểu diễn các thể tích bia trong kỹ thuật xạ trị

Trong ñó thể tích ñiều trị là trường chiếu xạ trong thực tế và bao gồm cả thể tích khối u (GTV), thể tích bia lâm sàng (CTV), và cả thể tích bia lập kế hoạch (PTV)

2.4.2.1 Thể tích khối u (gross tumor volume – GTV)

Là thể tích có thể sờ, nắn hay nhìn thấy ñược, biểu hiện sự lan rộng hay khu trú của các phát triển ác tính Thể tích khối u bao gồm cả khối u nguyên chất, các hạch di căn hay các di căn khác Thể tích khối u thường ñúng với các phần của sự phát triển ác tính mà ở ñó mật ñộ tế bào u là lớn nhất

Hình dạng kích thước và sự khu trú của thể tích khối u có thể ñược xác ñịnh bằng nhiều cách khác nhau: kiểm tra lâm sàng (khám, sờ, nắn, nội soi ), hoặc bằng

A

B

C D

các kỹ thuật hình ảnh khác nhau (chụp X-quang, chụp cắt lớp CT, cộng hưởng từ MRI

và phương pháp chụp ñồng vị phóng xạ)

2.4.2.2 Thể tích bia lâm sàng (clinical target volume – CTV)

Là một thể tích tế bào và mô bao gồm cả thể tích khối u (GTV) và các tổ chức rất nhỏ cận lâm sàng phải xét ñến khi ñiều trị cụ thể một cách triệt ñể Kinh nghiệm lâm sàng cho thấy rằng quanh thể tích khối u thường có liên quan ñến cận lâm sàng, nghĩa là nó gồm bản thân các tế bào ác tính, các ñám tế bào nhỏ hay những lan rộng rất nhỏ, rất khó phát hiện Thể tích bao quanh một khối u lớn thường có mật ñộ tế bào u lớn, gần kề với mép của thể tích khối u, và mật ñộ ñó giảm ñi về phía ngoại vi của thể tích này Thể tích khối u cùng với thể tích bao quanh này của các tổ chức liên quan tại chỗ ñược gọi là thể tích bia lâm sàng (CTV) và thường ñược biểu diễn như một thể tích bia lâm sàng bậc 1 (CTV-1)

Những thể tích phụ khác ñược xem như là sự lan tỏa cận lâm sàng cũng cần phải ñược ñiều trị Chúng cũng ñược ñịnh nghĩa là các thể tích cận lâm sàng và gọi là các thể tích bia lâm sàng bậc 1, bậc 2

Vì vậy, trong thực tế, thông thường không chỉ có một thể tích cận lâm sàng mà còn có thể có nhiều hơn thế nữa Trong một số trường hợp, ta có thể ñiều trị một trong hai thể tích bia lâm sàng với các liều lượng khác nhau Trường hợp thường gặp là ñiều trị tăng cường, nghĩa là một thể tích liều cao nằm bên trong một thể tích liều thấp

Các ñịnh nghĩa về thể tích khối u và thể tích bia lâm sàng này về nguyên tắc ñược dựa trên các nguyên tắc chung về ung thư học và không chỉ giới hạn cho việc áp dụng ñiều trị bằng chùm tia ngoài Vì vây, về mặt phẫu thuật, một ñường biên an toàn quanh thể tích khối u ñược tính một cách phù hợp với các qui tắc lâm sàng và ñiều này ñược hiểu ñúng như các khái niệm thể tích bia lâm sàng khi ñiều trị bằng chùm tia

ngoài Các thể tích này là cơ sở của việc chỉ ñịnh ñiều trị và phải ñược xác ñịnh trước khi chỉ ñịnh liều lượng

2.4.2.3 Thể tích bia lập kế hoạch (planning target volume – PTV)

Thể tích bia lập kế hoạch là một khái niệm hình học, ñược xác ñịnh ñể lựa chọn kích thước của chùm tia và phân bố chùm tia một cách thích hợp, có tính ñến hiệu quả cao nhất của tất cả các thay ñổi hình học có thể có, sao cho ñảm bảo liều lượng ñã chỉ ñịnh ñược hấp thụ thực bên trong thể tích bia lâm sàng

ðể ñảm bảo rằng tất cả các mô bên trong thể tích bia lâm sàng nhận ñược một liều lượng ñã chỉ ñịnh, về nguyên tắc chiếu xạ người ta phải lập kế hoạch ñể chiếu xạ một thể tích hình học lớn hơn thể tích bia lâm sàng Một cách lý tưởng thì vị trí, kích thước, hình dạng của thể tích bia lâm sàng và các chùm tia có quan hệ ñến một hệ tọa

ñộ cố ñịnh chung trong một phương cố ñịnh và có thể sao chép lại ñược Tuy nhiên trong thực tế ñiều này không thể thực hiện ñược Có thể thấy sự khác nhau trong và giữa các ñợt phân chia liều lượng, thời gian từ những yếu tố sau:

• Sự chuyển ñộng của các tổ chức chứa thể tích bia (chẳng hạn sự hít thở, cử ñộng của bệnh nhân)

• Những sự khác nhau về kích thước, hình dạng của các tổ chức chứa bia lâm sàng (chẳng hạn như sự chứa ñầy của bàng quang)

• Sự khác nhau về tính chất hình học của chùm tia (chẳng hạn như kích thước chùm tia, các hướng của chùm tia)

Tùy theo hoàn cảnh lâm sàng (như ñiều kiện của bệnh nhân, vị trí thể tích bia lâm sàng…) và kỹ thuật ñã chọn, thể tích bia lập kế hoạch cũng có thể trùng với thể tích bia lâm sàng (chẳng hạn những khối u nhỏ trên da, các khối u tuyến yên…) hay ngược lại, các thể tích bia lập kế hoạch có thể lớn hơn nhiều

Thể tích bia lập kế hoạch có thể lớn hơn biên giới giải phẩu bình thường (chẳng hạn bao gồm cả phần cấu trúc xương không ảnh hưởng về mặt lâm sàng)

Vì vậy, thể tích bia lập kế hoạch là một khái niệm hình học và cố ñịnh, ñược dùng cho việc lập kế hoạch ñiều trị Thực tế, thể tích bia lập kế hoạch không ñại diện cho các tổ chức mô ñã xác ñịnh hay các biên giới của các mô Thể tích bia lập kế hoạch

là một thể tích ñược sử dụng ñể tính toán liều lượng và sự phân bố liều lượng bên trong thể tích bia lập kế hoạch phải ñược cân nhắc sao cho thể hiện ñược sự phân bố liều lượng ñối với thể tích bia lâm sàng và các tổ chức nguy cấp

Khi xác ñịnh thể tích bia lập kế hoạch ñối với thể tích bia lâm sàng ñã cho, người ta phải ñánh giá hết tầm quan trọng của những sự khác nhau có thể liên quan ñến

sự phân bố chùm tia ñã chọn, cân nhắc thêm về sự phân bố giải phẫu, sự áp dụng các dụng cụ cố ñịnh bệnh nhân

2.4.2.4 Các tổ chức nguy cấp

Các tổ chức nguy cấp là các mô lành nơi mà ñộ nhạy cảm của tia xạ có thể ảnh hưởng một cách có ý nghĩa ñến việc lập kế hoạch ñiều trị và liều lượng ñược chỉ ñịnh (tổ chức nguy cấp chẳng hạn như tủy sống)

2.4.2.5 Thể tích ñiều trị

Thể tích ñiều trị là thể tích ñược bao quanh bởi một ñường ñẳng liều trên bề mặt, ñã ñược các nhà ñiều trị tia xạ lựa chọn và ñịnh rõ sao cho ñạt ñược mục ñích ñiều trị

Hình 2.3 Biểu diễn ñường ñẳng liều của CTV, PTV, và GTV trong ung thư trực tràng

ñược chụp bởi CT trong việc lập kế hoạch ñiều trị Một cách lý tưởng, liều lượng chỉ phân bố trên thể tích bia lập kế hoạch Tuy nhiên, do những hạn chế của kỹ thuật ñiều trị tia xạ, mục ñích này không thể thực hiện ñược, và ñiều này dẫn ñến việc phải xác ñịnh một thể tích ñiều trị Khi một liều lượng tối thiểu ñối với một thể tích bia lập kế hoạch ñã ñược chọn một cách thích hợp, trong một số trường hợp, thể tích ñiều trị thường lớn hơn nhiều so với thể tích bia lập kế hoạch

2.4.2.6 Thể tích chiếu xạ

Thể tích chiếu xạ là thể tích mà các mô nhận ñược một lượng liều ñược coi là có

ý nghĩa trong việc liên quan ñến tổng liều chịu ñược của các mô lành

Việc so sánh giữa các thể tích ñiều trị và thể tích chiếu xạ ñối với những sự phân bố chùm tia khác nhau có thể ñược sử dụng như là một phần của quá trình lựa chọn

mô phỏng cấu trúc hình học của một nguồn ñơn kênh, cách bố trí các vật liệu trong nguồn, qua ñó rút ra ñược kết quả phân bố liều hấp thụ trên các trục Ox, Oy và Oz ñối với nguồn ñơn kênh

3.1 Phương pháp Monte Carlo

ðây là phương pháp dùng ñể mô phỏng sự tương tác của các photon, neutron với nhau hay là với môi trường Các mô hình tự nhiên ñược mô phỏng dựa trên các lý thuyết ñộng lực học cần thiết theo yêu cầu của hệ

Trong quá trình mô phỏng một photon hoặc electron ñược xem như “hạt” ñược sinh ra từ một nguồn bao gồm năng lượng ban ñầu, vị trí tương tác, góc tán xạ… trên

cơ sở của các tương tác vật lý, bảng tiết diện mở rộng và số giả ngẫu nhiên Một hạt ñược tạo ra bằng cách lấy mẫu một nguồn có năng lượng E từ danh sách của các năng lượng có sẵn kết hợp với vị trí ñầu tiên r và hướng tới Ω Trong không gian pha cho mỗi quá trình tương tác và vị trí mới lại ñược lấy mẫu kết hợp với năng lượng còn lại

và một hướng mới Quá trình này ñược lặp lại cho ñến khi nguồn hạt và tất cả các hạt thứ cấp ñã ñể lại toàn bộ năng lượng của nó

Phương pháp Monte Carlo rất thích hợp khi giải các bài toán phức tạp không thể

mô hình bằng các chương trình máy tính theo các phương pháp tất ñịnh (deterministic methods) Thật vậy, trong lĩnh vực y học, với sự phát triển của các thiết bị kỹ thuật cao dùng trong việc ñiều trị bệnh nhân thì yêu cầu chính xác trong việc tính toán liều chiếu ngày càng ñược quan tâm, trong khi ñó việc giải bài toán với các cấu hình phức tạp dường như không thể thực hiện ñược bằng các phương pháp giải tích thông thường Vì vậy, sử dụng phương pháp Monte Carlo trong việc mô phỏng sự vận chuyển bức xạ ñã trở nên rất phổ biến trong việc tính toán phân bố liều trong kỹ thuật xạ trị ñể ñiều trị cho bệnh nhân Hình 3.1 cho thấy khi cấu trúc hình học càng phức tạp, càng gần với thực tế thì mức ñộ khó khăn của việc giải quyết bài toán theo phương pháp giải tích càng tăng nhanh hơn nhiều so với phương pháp mô phỏng Monte Carlo

Hình 3.1 So sánh phương pháp Monte Carlo với các phương pháp giải tích về thời

gian tính toán và ñộ phức tạp của cấu hình