QA Quality Assuarance và tính toán liều máy Gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo

QA Quality Assuarance và tính toán liều máy Gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo QA Quality Assuarance và tính toán liều máy Gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo QA Quality Assuarance và tính toán liều máy Gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Phạm Đình Khang, thầy luôn tạo mọi điều kiện về thời gian để truyền đạt kiến thức, phương pháp nghiên cứu khoa học, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành được luận văn này Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã cải thiện và nâng cao những kỹ năng nghiên cứu, kỹ năng viết một báo cáo khoa học đồng thời tiếp thu những kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt và rút ra những bài học cho bản thân trong nghiên cứu khoa học

Trong quá trình học tập tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã được sự giảng dạy tận tình và chu đáo của các thầy cô Chính nơi đây đã cung cấp cho tôi kiến thức và giúp tôi trưởng thành trong học tập và nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn tất cả Thầy Cô trong Bộ môn đã giảng dạy những kiến thức cơ bản của chuyên ngành cao học, tạo mọi điều kiện thuận lợi

để hoàn thành khóa học trong suốt thời gian học tại trường

Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn tập thể bác sĩ và kỹ sư vật lý đang công tác tại Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu , Bệnh viện Bạch Mai, Hà Nội đã tạo điều kiện thời gian cho tôi học tập, đóng góp kiến thức chuyên ngành về ung thư học rất có ích cho luận văn Xin cám ơn kỹ sư Trần Văn Thống đang công tác tại Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu Bệnh viện Bạch Mai đã giúp đỡ và hỗ trợ về thiết bị đo liều và hướng dẫn tôi đo liều lượng trong xạ phẫu GK bằng buồng ion hóa để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến NCS Nguyễn Ngọc Anh đang công tác tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã hướng dẫn chi tiết cho tôi về phương pháp Monte Carlo để tôi có thể ứng dụng trong tính toán liều máy Gamma knife quay

Xin được phép gửi lời cản ơn đến các thầy cô trong hội đồng đã đọc và nhận xét giúp tôi hoàn chỉnh luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè luôn ủng hộ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong công việc, cuộc sống để tôi có được sức khỏe và thời gian trong giai đoạn thực hiện luận văn này

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

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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

chất phóng xạ

File

Dữ liệu đánh giá hạt nhân

Library

Thư viện dữ liệu hạt nhân

Imaging

Chụp cộng hưởng từ

Computed Tomography

Ghi hình cắt lớp bằng positron

Loss of Positrons and Electrons

Thư viện dữ liệu về sự đâm xuyên và mất mát măng lượng của positron và electron

RGS Rotating Gamma Knife

System

Hệ thống dao gamma quay

Computed Tomography

Ghi hình cắt lớp vi tính bằng đơn photon

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

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 60 Co 50

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

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

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

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

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

 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

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

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:

- 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

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

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

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 hạt nhanh hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác nhau Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng lại có khả năng ion hóa nhanh hơn Mật độ ion hoá do tia gamma và Rơngen gây ra tương đối nhỏ, nhưng độ thâm nhập lại lớn Do đó chúng không phải chỉ tác dụng lên các tế bào ở lớp ngoài cùng như tia alpha và bêta mà có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể Đối với nơtron, ngoài hiện tượng ion hóa gián tiếp do các hạt nhân va vào chúng thu được một động năng lớn gây ra, bức xạ nơtron còn có khả năng tạo ra các chất phóng xạ ngay trong cơ thể sinh

vật Nguyên nhân của quá trình này là khi đi vào cơ thể, nơtron chuyển động chậm lại và sau đó bị các hạt nhân của vật chất trong cơ thể hấp thụ Những hạt nhân ấy trở thành những hạt nhân phóng xạ phát ra tia bêta và tia gamma Chính những tia này lại có khả năng gây ra hiện tượng ion hóa trong một thời gian nhất định

Do nước là thành phần chủ yếu trong tế bào của cơ thể người, nên phần lớn năng lượng thoạt đầu tích lũy trong phân tử nước và chỉ một phần nhỏ tích lũy trong các phần

tử sinh học khác Các phân tử nước bị ion hoá và kích thích gây ra một loạt các phản ứng khác, trong đó có các phản ứng như:

H2O + h -> H2O+ + e-

Electron có thể bị các phân tử nước khác hấp thụ để tạo ra ion âm của nước

H2O + e- -> H2O Các ion H2O+ và H2O- đều không bền và phân huỷ ngay sau đó:

HO2 là gốc tự do peroxy được tạo ra với sự có mặt của oxy

Các gốc tự do có một electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi đối với một phân tử bền Chúng là những thực thể gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng

1.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống xạ phẫu Gamma knife [8]

Hình 1.2: Hệ thống GammaART - 6000𝑇𝑀 (RGS)

Bảng 1.1: Chỉ tiêu kĩ thuật hệ thống RGS Đặc tính kích cỡ

1.3.1 Hệ thống định vị stereotatic

Việc mô tả đích và định vị chính xác dựa vào hệ thống định vị lập thể Nó bao gồm các khung định vị khác nhau cho các phương thức chẩn đoán hình ảnh khác nhau và khung đầu được đỡ bởi giá đỡ khung đầu gắn chặt trên giường điều trị Khung đầu gắn cố định trên đầu của bệnh nhân trong suốt quá trình chụp CT/MRI và quá trình xạ phẫu Khung định vị CT và MRI có các dấu hiệu đánh dấu tọa độ, mà có thể nhìn thấy rõ ràng trên hình ảnh CT và MRI

Bằng cách sử dụng các vị trí đánh dấu cố định trên hình ảnh và bằng cách mô tả đích và các cấu trúc lành trên các hình ảnh, người ta đã đặt được khuôn hình giải phẫu đầu nằm trong một hệ thống tọa độ Khi khung đầu được gắn trên giá đỡ khung đầu, toàn

bộ hệ thống cố định đó có thể được quay và dịch chuyển để đưa đích đến tiêu điểm của chùm tia gamma

1.3.2 Khối điều trị RGS

Nguồn bức xạ Cửa che chắn

Khung định vị

Hệ thống định

vị lập thể Giường điều trị

Hình 1.3: Hệ thống dao gamma quay

Khối điều trị bao gồm khối nguồn, hệ thống cơ khí chuẩn trực, cơ cấu che chắn, giường điều trị và hệ thống điều khiển

1.3.2.1 Khối nguồn

Nguồn phóng xạ

Người ta nạp 30 nguồn Cobalt-60 vào trong RGS Hoạt độ trung bình mỗi nguồn khoảng 200Ci Mỗi nguồn là một viên Cobalt có kích thước 1mm chứa trong 3 lớp vỏ thép không gỉ Để dễ dàng tháo dỡ và nạp nguồn, viên nang có dạng thuôn dài mà đầu có đường kính nhỏ hơn, nằm đối diện với tâm bán cầu

Hình 1.4 : Viên nang nguồn Co-60

Khối nguồn và ống chuẩn trực chính

Khối nguồn bức xạ bao gồm thân máy dạng bán cầu (chứa nguồn) Người ta nạp

ba mươi nguồn Cobalt-60 vào hệ thống chứa nguồn này Hệ thống chứa nguồn này cũng đóng vai trò là ống chuẩn trực chính Giá đỡ nguồn có dạng bán cầu làm bằng gang với

30 kênh chứa nguồn Cobalt-60 và để làm ống chuẩn trực cho tia gamma 30 nguồn được

bố trí theo hình nan quạt, cách đều nhau, dọc theo trục người bệnh Một cặp động cơ chủ

- tớ kéo cả hai khối, khối mang nguồn và cấu trúc ống chuẩn trực thứ cấp Người ta lựa chọn kích thước ống chuẩn trực bằng cách định vị lại vị trí tương đối giữa ống chuẩn trực chính và ông chuẩn trực thứ cấp Trong khi điều trị, ống chuẩn trực chính và ống chuẩn trực thứ cấp quay đồng bộ

Hình 1.5 :Khối nguồn

Có 5 nhóm lỗ trên ống chuẩn trực thứ cấp (mỗi nhóm gồm 30 lỗ) Mỗi nhóm được sắp xếp giống như các kênh ống chuẩn trực sơ cấp của khối nguồn Tất cả 150 lỗ đều hướng về tâm bán cầu Trong số 5 nhóm, người ta chèn vào bốn nhóm một tập hợp các ống chuẩn trực có bốn đường kính trong khác nhau Các ống chuẩn trực trong cùng nhóm

có cùng kích thước Nhóm thứ 5 bị che bằng các thanh hợp kim vonfram Trong thời gian không điều trị, toàn bộ ống chuẩn trực sơ cấp sắp thẳng hàng với vị trí che, ngăn không cho tia gamma đi ra Trong thời gian nghỉ, chùm tia bị các thanh vonfram của cấu trúc ống chuẩn trực sơ cấp chặn lại và cửa thép của buồng điều trị là lớp bảo vệ thứ hai ở trạng thái đóng Như vậy là nguồn được che chắn kép để đảm bảo lượng tia phóng xạ đi

ra khỏi RGS đáp ứng các tiêu chuẩn cho phép

Hình1.6: Khối ống chuẩn trực 1.3.2.2 Hệ thống cơ khí ống chuẩn trực

Hệ thống ống chuẩn trực của RGS gồm 2 phần: các ống chuẩn trực sơ cấp trên khối nguồn và các ống chuẩn trực thứ cấp Các hệ thống này đều được làm từ hợp kim vonfram theo dạng hình ống đặc có lỗ trong Các ống chuẩn trực sơ cấp có lỗ trong thẳng Các ống chuẩn trực thứ cấp được chia làm 4 nhóm có lỗ dạng loa ứng với các trường chiếu 4 mm, 8 mm, 14 mm và 18 mm tại mặt phẳng trục trung tâm

Hình1.7: Hệ thống ống chuẩn trực

4 Thân ống chuẩn trực 5 Ống chuẩn trực thứ cấp 6 Trường bức xạ

1.3.2.3 Cấu trúc che chắn bức xạ

Hệ thống che chắn RGS bao gồm: đế hệ thống, khối che chắn, khuôn cửa và cửa che chắn

Khối che chắn

Người ta cũng dùng nó để đỡ các vòng đệm quay khối nguồn và ống chuẩn trực Người ta

cũng gắn khung cửa che chắn phóng xạ vào khối này Đế của khối che chắn phóng xạ nằm trên đế hệ thống Có một lỗ khóa đặc biệt ở cạnh khối che chắn để tháo dỡ và nạp nguồn bức xạ

Khung cửa che chắn

Khung cửa làm bằng gang gắn lên trên khối che chắn Khung này dùng để đỡ cửa chắn phóng xạ và được lắp trên đế hệ thống

Cửa che chắn

Cửa che chắn làm bằng gang, gồm cửa phía trên và phía dưới, có hai trục quay ngang

Cả 2 cửa có dạng hình vành khuyên nửa trụ đóng theo dạng hàm cá sấu để giảm bức xạ lọt ra ngoài Hai nửa cửa ăn khít với nhau bằng bánh răng cưa và mở bằng cách quay mỗi cánh đi một góc 90 độ

Hình1.8: Cửa che chắn

1 Tấm cửa 2 Răng cửa 3 Bánh quay

1.3.2.4 Giường điều trị

Hình1.9: Giường điều trị

hệ thống điều khiển có hiện tượng khác thường thì nhân viên điều khiển có thể đưa bệnh nhân ra ngoài bằng tay

1.3.2.5 Giá đỡ khung đầu lập thể

Giá đỡ khung đầu lập thể là một cơ cấu bố trí ở đầu giường và dùng để định vị chính xác đầu bệnh nhân trên giường điều trị Nó gồm một vòng đỡ khung đầu và các thanh trượt chính xác để hiệu chỉnh vị trí và góc nghiêng đầu theo ý muốn (gọi là góc gamma)

Hình 1.10: Giá đỡ khung đầu và khung định vị lập thể (đai khung đầu)

1 Cấu trúc định vị; 2 Vỏ bảo vệ; 3 Thước hiệu chỉnh phương X

Bảng thể hiện trạng thái điều khiển bao gồm 6 diode phát quang (LED) và các nút nhấn

Hình 1.11: Bảng điều khiển dao gamma quay RGS

Bảng điều khiển cho phép người vận hành bắt đầu, theo dõi và chấm dứt quá trình điều trị Nó cũng phản hồi cho các nhân viên điều hành biết về tình trạng hệ thống của mình

1.3.3 Hệ thống lập kế hoạch điều trị

Hình 1.12: Hệ thống lập kế

hoạch điều trị

Hệ thống lập kế hoạch xạ trị chạy trên nền tảng của hệ thống máy tính AppleG10

Từ những hình ảnh chẩn đoán CT/MRI truyền đến hệ thống, các bác sĩ sẽ mô tả các khối uphải được điều trị Hệ thống lập kế hoạch điều trị sẽ tính toán tọa độ của khối u Các khối u nói chung là hình dạng bất thường và có thể lớn hơn kích thước tiêu điểm có sẵn

Để bao toàn bộ khối u với một liều lượng cao, người ta sử dụng nhiều chùm có các kích

cỡ khác nhau hội tụ lại Các vị trí tiêu điểm và kích cỡ hoàn toàn do người lập kế hoạch lựa chọn và được hệ thống lưu lại Trên cơ sở đó, hệ thống lập kế hoạch điều trị sẽ tính toán, phân bố liều lượng đến khu vực khối u và vùng xung quanh của tổn thương Các thông số điều trị được tạo ra và truyền tới hệ thống điều khiển RGS để điều trị

1.4 Kế hoạch điều trị và tiến trình điều trị

1.4.1 Kế hoạch điều trị

Dựa vào tất cả dữ liệu kỹ thuật, mô phỏng kế hoạch điều trị và tính toán các thông số

xạ phẫu để xác định:

- Thể tích vùng chiếu xạ

- Thiết kế trường chiếu

- Khảo sát sự phân bố liều

- Tính toán liều và thời gian điều trị

1.4.2 Tiến trình điều trị

- Bố trí khung đầu lập thể

Căn cứ vào vị trí thể tích đích xác định được do thăm khám bệnh nhân bằng MRI/CT, người ta sẽ bố trí khung định vị lập trên hộp sọ của bệnh nhân Trong khi giữ khung tại vị trí nằm ngang trong lúc bố trí, người ta luôn phải cố gắng đặt vị trí khu vực điều trị gần trung tâm khung

Hình 1.13:Hình ảnh bệnh nhân với khung đầu

- Quét hình ảnh MRI/CT

Người ta tiến hành quét MRI/CT trên bệnh nhân bằng cách sử dụng khung chỉ thị tọa độ thích hợp kết hợp với khung đầu lập thể cố định trên đầu bệnh nhân Chọn khung thích hợp phù hợp với kiểu loại MRI/CT

- Thu thập dữ liệu hình ảnh MRI/CT

Sau khi thu thập hình ảnh MRI/CT, người ta truyền nó đến hệ thống lập kế hoạch điều trị thông qua hệ thống mạng

- Lập kế hoạch điều trị

Dựa vào các hình ảnh chẩn đoán và các điểm dấu cố định người lập kế hoạch điều trị mô tả các mô lành, khu vực khối u và xác định tọa độ điểm đích Sau khi đặt tâm điểm chiếu bức xạ với kích thước ống chuẩn trực tương ứng, người lập kế hoạch cần phải cân nhắc chỉ định liều xạ phẫu và khả năng bao kích thước khối u của đường đồng liều

Hình 1.14: Lập kế hoạch điều trị cho bệnh nhân tại bệnh viện Bạch Mai

- Điều trị

Bệnh nhân được đưa vào phòng điều trị, nằm trên giường điều trị với khung đầu lập thể đội trên đầu Sau khi tất cả các nhân viên ra khỏi phòng điều trị, người điều hành trong phòng điều khiển bắt đầu điều trị theo các thủ tục điều trị

- Hoàn thành điều trị

1.5 Giới thiệu hương trình Osirix

Osirix là chương trình lập kế hoạch chữa trị được sử dụng cho thiết bị RGS tại Bệnh viện Bạch Mai Chương trình này dùng để tính liều hấp thụ phân bố bởi 30 nguồn phát ra những chùm photon tập trung vào mỗi thể tích cần điều trị Liều được tính toán cho mỗi kích cỡ collimator cụ thể Trong chương trình Osirix, tùy theo thể tích và hình dạng khối

shot chiếu là một khoanh vùng đã được định vị trước Chiếu sao cho tất cả các shot sẽ bao trùm đươc hết toàn bộ khối u và giảm thiểu tối đa ảnh hưởng tới các vùng xung quanh Chương trình Osirix cũng cho ta biết được các đường đẳng liều quanh khối u

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

Với 30 nguồn Cobalt-60 quay đồng trục với ống chuẩn trực thứ cấp và đầu bệnh nhân được định vị bằng khung định vị stereotatic, RGS được coi là thiết bị có độ chính xác cao nhất hiện nay trong xạ trị liều xao RGS có độ chính xác về cơ khí cao, sai số hệ thống luôn nhỏ hơn 0.3mm, cho phép sử dụng liều bức xạ cao để điều trị các khối u ở những vùng như thân não, gia thoa thị, …

So với các phương pháp khác, phẫu thuật các khối u bằng RGS an toàn, hiệu quả hơn,

ít biến chứng, chỉ định điều trị rộng rãi ngay cả các bệnh nhân có khối u ở vị trí phức tạp Hình 1.16 mô tả ưu điểm của Gamma knife sơ với các kỹ thuật xạ trị khác

Hình 1.16: So sánh kích thước và liều điều trị của một số phương pháp xạ trị

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

GAMMA KNIFE

2.1 Giới thiệu

Thương tổn trong não của bệnh nhân được điều trị theo quy trình xạ phẫu GK (xem Hình 2.1) Những giai đoạn trong quy trình xạ phẫu có vai trò quan trọng vì chúng quyết định hiệu quả điều tri cho bệnh nhân

Hình 2.1: Quy trình xạ phẫu gamma knife [10]

Việc đảm bảo chất lượng trong điều trị xạ phẫu GK liên quan đến những vấn đề:

- Trước hết, đảm bảo chất lượng cho các thiết bị cơ khí của thiết bị xạ phẫu RGS

vì chúng ảnh hưởng đến chất lượng của các giai đoạn trong quy trình xạ phẫu

ty xạ phẫu Mỹ có đưa ra một thiết bị đặc biệt để phát hiện các biến dạng rất nhỏ trên giá

đỡ khung đầu, thanh hiệu chỉnh -X và cơ cấu đi kèm khung đầu Thiết bị đặc biệt phát hiện biến dạng là một khung đường chéo, được thiết kế phù hợp với khung đầu trên chiếc giường điều trị bốn chân Nếu các chân gắn lên cả bộ điều chỉnh X có thể dễ dàng chèn vào hai lỗ trên thiết bị phát hiện biến dạng, và tiêu điểm của vị trí X tại 100, tại đó sẽ không có biến dạng Sự phù hợp của tiêu điểm được xác định bởi khung đầu và giá đỡ khung đầu với điểm hội tụ bức xạ cũng nên được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo không có biến dạng của khung đầu và thanh hiệu chỉnh vị trí đầu

Việc điều chỉnh góc tương đối giữa các đơn vị nguồn/ống chuẩn trực chính và ống chuẩn trực thứ cấp cũng cần được kiểm tra thường xuyên Ở mặt sau của đơn vị gamma,

có một chỉ số cho thấy các kích thước của ống chuẩn trực thứ cấp, bán kính của các ống chuẩn trực là 4, 8, 14, 18 và "lá chắn" Tại vị trí "lá chắn", các lỗ hiệu chuẩn trên các ống chuẩn trực thứ cấp và các đơn vị nguồn nên được căn chỉnh chuẩn

- Đối với hệ thống định vị tự động: sự sai số là ≤ 0,2mm

- Liều đạt được tại khối u ≤ 5% so với liều chỉ định của bác sĩ

- Thời gian điều trị phải chính xác với sự sai lệch ± 1s

- Sự rò rỉ bức xạ ≤ 10μSv/h

Việc mô tả mục tiêu, vị trí tâm điểm và điều chỉnh tinh dựa trên sự phân bố liều

Kế hoạch điều trị cuối cùng được tạo ra dựa trên liều chỉ định và đường phân bố liều để bác sỹ xạ phẫu cân nhắc, xem xét Biểu đồ thể tích-liều tạo cho các nhà điều hành đánh giá dễ dàng kế hoạch điều trị và là cơ sở để so sánh các lựa chọn điều trị khác nhau Các kết quả được in ra và chuyển bằng tay hoặctheo đường mạng LAN đến khối điều khiển RGS để điềutrị

2.1.2 Đảm bảo chất lượng về mặt liều lượng cho xạ phẫu RGS

Kỹ sư vật lý rất nên kiểm tra suất liều đều đặn và so sánh với suất liều bức xạ tính toán dựa trên sự phân rã của các nguồn Cobalt-60 Giá trị hằng số bộ đếm thời gian cũng cần được xác nhận Cũng cần kiểm tra sự rò rỉ bức xạ trên bề mặt máy Tần số của các phép đo phải nhất quán với quy định của từng địa phương hoặc tiêu chuẩn thực hành của từng nước có máy Việc sử dụng lâm sàng của máy nên tạm ngừng nếu kết quả đo lường

xác nhận có sự khác nhau ngoài mức dự kiến cho đến khi người ta tìm thấy nguồn gốc của sự sai khác và khắc phục xong

Khi một chùm tia γ đi vào một môi trường hấp thụ,chẳng hạn như các mô cơ thể, một số năng lượng của chùm tia được truyền cho môi trường mà ở đó nó có thể gây ra các hiệu ứng sinh học Mức độ truyền năng lượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như năng lượng của các photon và mật độ môi trường Nói chung, các hiệu ứng sinh học là tỷ lệ thuận với thời gian chiếu xạ Trong máy RGS có tất cả ba mươi chùm tia γ hội tụ tại điểm trung tâm và xoay xung quanh điểm hội tụ Vì vậy, các mô bình thường bao quanh điểm hội tụ bị chiếu xạ rất ít, trong khi vị trí điểm hội tụ nhận được liều tích lũy từ tất cả 30 chùm tia

Cobalt-60 có thời gian bán rã là 5,26 năm, tức là độ phóng xạ của Cobalt-60 sẽ giảm đi một nửa sau mỗi 5,26 năm Vì vậy sau một thời gian nào đó chúng ta cần phải thay thế các nguồn Cobalt-60 Càng quá thời gian thay thế, nguồn càng yếu dẫn đến thời gian điều trị càng phải kéo dài với cùng một liều lượng nhất định do bác sỹ chỉ định Tăng lượng thời gian điều trị có thể dẫn đến bệnh nhân khó chịu hơn và có thể thay đổi hiệu quả sinh học

2.2 Các thiết bị trong phép đo liều tuyệt đối

Có nhiều phương pháp đo liều lượng trong xạ phẫu Gamma knife: buồng ion hóa khí [4, 5, 6], Diode Silic [24], nhiệt phát quang TLD [25]

Ngoài ra còn những phương pháp khác như: phương pháp phim ảnh [21,26],

phương pháp Polymer gel [18]

2.2.1 Buồng ion hóa

Buồng ion hóa A1SL –BEF 92722 được sử dụng đo liều hấp thụ tại Bệnh viện Bạch Mai

a b

Hình 2.2: a Buồng ion hóa A1SL; b Electrometer

Thông số kĩ thuật của buồng ion hóa A1SL trong bảng 3.1

Bảng 2.1: Thông số buồng ion hóa A1SL

Cobalt-60 giống như nước Sai số trong việc đo liều hấp thụ tại tâm của phantom cầu

≤3%

Hình 2.3: Phantom cầu

Trên hình 2.3 mô tả phantom cầu có đường kính 16cm, có một ống rỗng để đặt detector Phantom cầu được thiết kế bằng vật liệu Polystyrene với mật độ khối lượng ρ=1,16 g/cm3

2.2.3 Phim Gafchromic®RTQA

Trong xạ phẫu GK, phim Gafchromic®RTQA dùng đo phân bố liều hấp thụ và độ

chính xác của chùm tia phóng xạ của thiết bị xạ phẫu Gamma knife

Liều giới hạn trên phim vào khoảng 3 – 8Gy

Hình 2.4: Phim Gafchromic®RTQA được dùng đo liều hấp thụ

2.3.1 Hiệu chỉnh giá trị trên electrometer (M Q )

MQ là giá trị thu được từ phép đo của liều kế, MQ được hiệu chỉnh theo công thức (3.1):

𝑀𝑄 = 𝑀1𝑘𝑇𝑃𝑘𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑘𝑝𝑜𝑙𝑘𝑠 (2.1)

Trong đó:

𝑀1giá trị thô đọc được trên electrometer

𝑘𝑇𝑃là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất, độ ẩm:

𝑘𝑇𝑃 =(273,2+𝑇)𝑃0

(273,2+𝑇 0 )𝑃 (2.2)

Với P, T là áp suất và nhiệt độ tại địa điểm đo; P0 và T0 là áp suất, nhiệt độ tại thời điểm chuẩn với buồng ion hóa A1SL là T0 = 200C, P0 = 101,3kPa

𝑘𝑝𝑜𝑙là hệ số hiệu chỉnh sự phân cực của ion Hệ số này được tính toán với các tia ở mức năng lượng thấp:

𝑘𝑝𝑜𝑙 =|𝑀+ |+|𝑀−|

2𝑀 (2.3) Với M+ và M- là giá trị của electrometer khi hiệu điện thế dương và âm trong buồng ion hóa Để đo được chính xác 2 giá trị này thì electronmeter phải ở trong trạng thái ổn định

𝑘𝑠là hệ số hiệu chỉnh sự tái hợp của ion Phép đo được đo tại hai mức thế năng khác nhau, các giá trị thu được phụ thuộc vào mật độ, hình dạng và kích thước của hạt điện tích Các thông số này bị ảnh hưởng bởi dạng hình học và hiệu điện thế giữa hai điện cực của buồng ion hóa

𝑘𝑠 = 𝑎0+ 𝑎1𝑀1

𝑀 2+ 𝑎2(𝑀1

𝑀 2)2 (2.4) Với M1 và M2 thu được tại thế V1, V2 (thường thì V2 luôn nhỏ hơn V1, tại Bệnh viện Bạch Mai giá trị V1 = 300V, V2 = 100V)

𝑎0, 𝑎1, 𝑎2 là hệ số xác định từ tỉ số V1/V2, sẽ tìm được trong bảng được cung cấp bởi IAEA với Protocol TRS-398

Bảng 2.2: Hệ số a0, a1, a2, dùng để tính toán hệ số ks [28]

2.3.2 Tính toán liều hấp thụ tuyệt đối

Liếu hấp thụ được tính theo công thức:

D = 𝑀𝑄 𝑁𝑥𝑘𝑇𝑃 (2.5) Liều hấp thụ tuyệt đối trong phantom:

D = 𝑀𝑄 𝑁𝑥𝑘𝑇𝑃 𝐶(𝑟𝑎𝑑𝑅 ) (2.6) Trong đó:

𝑁𝑥là hệ số hiệu chỉnh detector (R/C)

𝑘𝑇𝑃là hệ số hiệu chỉnh theo hàm của nhiệt độ, áp suất

C là sự hiệu chỉnh liều hấp thụ theo môi trường(rad/R)

Trong luận văn này, tất cả các phép đo đạc được thực hiện với:

Do đó ta tính toán được hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất:

𝐷 = 𝑀𝑄 × 5,568𝐸10 × 1,0136 × 0,956

= 𝑀𝑄× 5,40𝐸10(𝑟𝑎𝑑 𝐶⁄ ) = 𝑀𝑄 × 0,54(𝐺𝑦 𝐶⁄ ) (2.7) Tính toán sự sai lệch:

hội tụ của các chùm tia bức xạ Đặt buồng ion hóa tại tâm phantom cầu

Bảng 2.3: Hiệu chỉnh suất liều ra của hệ thống

Bảng 2.3: Giá trị liều đo được vào 26/7/2016

V1 (nC)

V2 (nC)

V3 (nC)

Vav (nC/phút)

Liều (Gy)

Output factor

Hệ số Output factor được so sánh giữa đo đạcvới số được cho bởi hãng sản xuất

Bảng 2.4: So sánh OF giữa giá trị hiệu chỉnh và giá trị chuẩn

Từ bảng trên ta thấy hệ số OF là có sự sai lệch nhưng không lớn giữa giá trị

đo được với giá trị được cho bởi hãng sản xuất

 Bước 1: Cố định vị trí phantom bằng khung định vị

Hình 2.5 Cố định phantom trên khung

Hình 2.6: Mô phỏng CT cho phantom

kế hoạch điều trị: xác định vị trí của buồng ion hóa, thể tích buồng được giả sử là khối u được điều trị, số lượng điểm tập trung vào thể tích

Hình 2.7: Kế hoạch điều trị cho phantom

Kết quả của phép đo khi tâm của tiêu điểm tại vị trí góc tia gamma chiếu 900:

Liều cho trước: Liều 5Gy với đường đồng liều 50% xung quanh toàn bộ khối u Tại tâm khối u, liều hấp thụ là D=10Gy

Bảng 2.5: Hiệu chỉnh liều tại tâm vùng điều trị

Table 2.5: Kết quả đo liều ngày: 26/7/2016