MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5. LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG TRƯƠNG KA MY MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẶNG TRƯƠNG KA MY

MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG

CHƯƠNG TRÌNH MCNP5

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẶNG TRƯƠNG KA MY

MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG

CHƯƠNG TRÌNH MCNP5

Chuyên ngành: VẬT LÝ HẠT NHÂN

Mã số : 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS MAI VĂN NHƠN

TP HỒ CHÍ MINH, 2009

M ỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt 1

Danh mục các bảng 3

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 4

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 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 điều trị bằng LGK 17

1.6 Giới thiệu chương trình Gamma Plan 18

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

CHƯƠNG 2 21

2.1 Giới thiệu chung 21

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

2.3 Các phương pháp điều trị bằng tia xạ 23

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

CHƯƠNG 3 32

3.1 Phương pháp Monte Carlo 32

3.2 Chương trình MCNP 34

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

3.4 Các kết quả tính toán với nguồn đơn kênh 45

CHƯƠNG 4 49

4.1 Mô phỏng MCNP5 cho 201 nguồn trong LGK 49

4.2 Mô phỏng cách tính liều đối với đầu 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 M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hi ệu

T

)

L

3

)

δ

)

Các ch ữ viết tắt

LGK: Leksell Gamma Knife

CT: Computed Tomography

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 M ỤC CÁC BẢNG

tính toán

tính toán

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C

tràng được chụp bởi CT trong việc lập kế hoạch điều trị

Ox đối với phantom nước

Hình 3.7 Phổ năng lượng photon phát ra của nguồn Co

60

4mm

đường kính 8mm

đường kính 14mm

đường kính 18mm

Hình 4.11 Biểu diễn phân bố liều tương đối trong phantom đầu Zubal và trong

Hình 4.15 So sánh liều phân bố đối với trục z trong collimator có đường kính

M Ở ĐẦU

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]

như các thiết bị chẩn đoán và điều trị hiện đại, việc nghiên cứu và chữa trị ung thư đã

chính xác hơn và điều trị có hiệu quả hơn

và điều trị bằng hóa chất Điều trị bằng tia xạ là phương pháp dùng chùm tia điện tử

tác động về mặt sinh học của chùm tia để tiêu diệt tế bào ung thư hoặc hạn chế sự phát

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 Điển cho đến nay đã có 17189 b ệnh nhân được điều trị bằng Gamma Knife trên toàn thế giới Ở Việt Nam từ tháng 11/2006 đến tháng 7/2007 Bệnh viện Chợ Rẫy đã điều trị được cho 100 bệnh nhân Tất cả các

dùng code EGS4 để tính toán sự khác nhau trong phân bố liều đối với các phantom có

PENELOPE để mô phỏng thông lượng phát ra từ nguồn cùa LGK đi qua các collimator

Luận văn này nhằm mục đích tìm hi ểu sâu hơn về thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife đó là cấu tạo, nguyên tắc hoạt động cũng như các kỹ thuật tính liều cho

x ạ phẫu Gamma Knife bằng phương pháp MCNP” đã mở ra một hướng nghiên cứu

quan đến kỹ thuật xạ trị trong đó có phương pháp MCNP, tìm hi ểu đặc điểm, cơ sở vật

đó vận dụng phương pháp này để mô phỏng quá trình tính liều cho thiết bị xạ phẫu

plastic sau đó chúng tôi có mô phỏng đối với phantom đầu Zubal cho nguồn đơn kênh

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

trị

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

thước trường chiếu, hướng chiếu và liều hấp thụ

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

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

CHƯƠNG 1

1.1 Gi ới thiệu về Leksell Gamma Knife

trung, định vị ba chiều Nó cho phép xác định chính xác và điều trị các khối u nằm sâu

Trong điều 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 đó như rối loạn thần kinh, tâm thần, liệt nửa người hoặc liệt các vùng thần

Trong khi đó, xạ phẫu bằng hệ thống LGK là một phương pháp tiên tiến, bằng

1.2 L ịch sử của LGK [7]

năm 1967 tại viện Karolinska, Thụy Điển Năm 1968 dựa vào phát minh của Giáo sư

đưa vào sử dụng chữa trị cho bệnh nhân đầu tiên ở nhà máy hạt nhân Studsvik Trong cùng năm đó, Gamma Knife được triển khai điều trị tại Bệnh viện Karolinska, Thụy

năm 1980, Gamma Knife được lắp đặt ở Argentina và Anh Vào năm 1987 thiết bị xạ

Năm 1990, chương trình tính l iều Gamma Plan được đưa vào sử dụng phục vụ

Năm 1996, Chương trình Gamma Plan đư ợc hợp nhất với chương trình x ử lý ảnh MRI và CT Năm 2000, Gamma Knife model C được giới thiệu có bổ sung hệ

nước châu Á còn lại 17, Châu Âu 29, Bắc Mỹ 65, Nam Mỹ 02 và Châu Phi 01) Cho đến tháng 3 năm 2008 thì có 259 thiết bị được triển khai trên toàn thế giới

đầu tiên tại bệnh viện Chợ Rẫy vào tháng 11 năm 2006

Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C

Hình 1.2 Hình cắt ngang của Leksell Gamma Knife model C

1.3 Các thành ph ần chính trong thiết bị LGK

độ ảnh hưởng của các tia phóng xạ tới các vùng xung quanh là không đáng kể

đường kính khác nhau

Hình 1.3 Kích cỡ khác nhau của mũ trong LGK

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

knife

3 Giường chữa trị bệnh nhân (Patient Treatmen Couch):

1.4 Nguyên t ắc của LGK

1.4.1 V ật lý và nguyên lý cơ bản của LGK

27Co →β− 28Ni +e−+ ν

tia gamma có năng lượng 1.17 MeV và 1.33 MeV được phát ra Electron bị hấp thụ trở

1.4.2 Nguyên t ắc hoạt động của LGK

gamma năng lượng cao phát ra từ 201 nguồn Cobalt 60 tập trung lên một thể tích điều

điều trị không đủ lớn để gây ra những tác động đáng kể nào về mặt sinh học, tối thiểu

giảm chỉ còn 0.5% Đi ều này cho thấy sự giảm đáng kể ảnh hưởng lên các mô lành

Hình 1.4 Nguyên tắc hội tụ 201 chùm tia trong LGK

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