Bài Giảng Vật lý hạt nhân ứng dụng trong Y học - Trần Cương

Những nội dung chính được trình bày trong bài giảng này là: Hệ thống trang thiết bị trong đơn vị xạ trị, tổng quan về máy gia tốc tuyến tín, một số khái niệm khi sử dụng máy gia tốc trong điều trị ung thư. Mời các bạn cùng tham khảo!

Bài Gi ảng Vật Lý Hạt Nhân Ứng Dụng

Trong Y H ọc

T ổng Quan Về Các Thiết Bị

Trong X ạ Trị

Thi ết kế có sử dụng dữ liệu và hình ảnh từ các tài liệu

c ủa Siemens, IAEA, pro Sprawl Perry (USA), Dr Wilton

Woo (Canada), Ten Keewong (Sing) và t ừ internet

Thi ết kế: Trần Cương

Chân Thành Cảm Ơn

I Pro Sprawl Perry (USA)

II Mr Wilton Woo (Canada)

III Mr Ten Keewong (Singapore)

Đã cho phép sử dụng hình ảnh, tư liệu và các slice trong

bài trình bày này

Natural Learning

Learning is

Teaching Is

Guiding and Exp

H ệ th ố ng trang thi ế t b ị trong đơn vị x ạ tr ị

• H ệ thiết bị điều trị

• Thi ết bị chẩn đoán

• H ệ thống lập kế hoạch

• CT mô ph ỏng

• H ệ thống thiết bị kiểm tra trước điều trị

• Thi ết bị phòng làm khuôn mẫu (Mould room)

• H ệ thống đo liều và QA-QC

• Máy suất liều cao HDR

Hệ thống thiết bị trong đơn vị điều trị bằng tia xạ (tt)

Thiết bị điều trị

Máy điều trị bề mặt:

• Máy điều trị bề mặt được chế tạo và áp dụng cho những

trường hợp ung thư da có độ xâm lấn ít

• Máy điều trị bề mặt là những máy X-quang suất liều cao có

các bộ collimator tương ứng với các vùng diện tích điều trị

Máy Co-60

Thiết bị điều trị (tt)

Là thiết bị điều trị sử dụng nguồn bức xạ năng lượng cao 1.33 MeV được phát ra

từ nguồn đồng vị phóng xạ Co-60 để chiếu vào các khối bướu bên tronh bệnh nhân

Máy Co-60 ngày nay được thiết kế rất gọn và có hình dáng giống với các máy gia

tốc tuyến tính

Các thiết bị điều trị gia tốc tuyến tính:

• Là các thiết bị điều trị hiện đại dựa trên sự gia tốc tuyến

tính các hạt electron trong môi trường điện từ trường và tạo ra chùm tia photon bằng cách cho chùm tia electron bắn vào một bia tia X

• Có thể tạo ra được các mức năng lượng khác nhau của

chùm tia điều trị, phù hợp hơn trong việc điều trị các tổn thương ở các vị trí sâu

• Máy gia tốc tuyến tính cho phép lựa chọn hoặc chùm tia

photon hoặc chùm tia electron để điều trị trực tiếp cho bệnh nhân

• Các phương pháp và kỹ thuật điều trị bằng máy gia tốc

đang ngày càng phát triển và đem lại hiệu quả cao

Thiết Bị Điều Trị (tt)

Đặc tính các máy ứng dụng gia tốc tuyến tính :

– Có thể lựa chọn hai loại chùm tia bức xạ Photon và

– Có nhiều sự lựa chọn về cấu hình và tính năng

– Áp dụng các kỹ thuật điều trị hiện đại khác nhau

Thiết bị điều trị (tt)

Các loại máy áp dụng sự gia tốc hiện nay:

– Máy gia tốc tuyến tính Linac: Siemens, Varian, Elekta – Máy Cyber Knife

– Máy Tomotherapy

– Máy điều trị bằng hạt nặng

Thiết bị điều trị (tt)

Xạ trị trong/xạ trị áp sát (Brachytherapy):

– là điều trị các tồn thương hoặc các khối ung thư bằng cách

đưa các nguồn đồng vị phóng xạ vào phía bên trong vùng tổn thương hay khối bướu từ đó phát tia bức xạ tiêu diệt khối bướu Các hệ thống ứng dụng trong điều trị xạ trong bao gồm

• Kim phóng xạ và Implane

• Máy suất liều thấp LDR

• Máy suất liều cao HDR

Thiết bị điều trị (tt)

Hệ thống thiết bị hìng ảnh (tt)

Thiết bị hình ảnh học trong hệ thống trang thiết bị điều trị xạ trị

có vai trò quan trọng Các thiết bị này đảm nhiệm hai chức năng

chính

• Chức năng chẩn đoán hình ảnh

• Chức năng thu thập dữ liệu đầu vào cho hệ thống lập kế

hoạch điều trị Các dữ liệu hình ảnh từ các loại hình ảnh khác nhau có thể được sử dụng kết hợp lại để hiển thị hình ảnh tổn thương tốt nhất CT, PET/CT, SPEC, MRI

Hệ thống lập kế hoạch điều trị

– Là m ột hệ thống bao gồm máy tính và phần mềm

dùng cho công vi ệc mô phỏng điều trị và tính toán

li ều lượng,

– s ử dụng các dữ liệu hình ảnh như ảnh CT, MRI,

PET, DSA … sau đó sẽ kết hợp với mô hình đồ họa điều trị và các thuật toán tính liều để tính toán sự phân b ố liều tối ưu cho việc điều trị

– Có nhi ều hệ thống lập kế hoạch khác nhau với

nh ững thuật toán tính toán liều và với những kỹ thu ật điều trị khá phức tạp

– Ở Việt Nam công việc lập kế hoạch là một công

vi ệc của người Vật Lý Y Khoa

• Hệ thống lập kế hoạch:

– Lập kế hoạch điều trị xạ trong

– Lập kế hoạch đơn giản 2D

– Lập kế hoạch conformal 3D

– Lập kế hoạch ngược IMRT

– Lập kế hoạch Radiosurgery

Hệ thống lập kế hoạch điều trị (tt)

• M á y mô phỏng - Hệ thống thiết bị kiểm tra:

– Máy mô phỏng

– Máy CT-mô phỏng

– Thiết Bị chụp Port Film, CR, DR

– Hệ thống EPID

– Hệ thống OBI, Cone beam CT

Hệ thống mô phỏng và kiểm tra

Hệ thống mô phỏng - kiểm tra (tt)

Đặc trưng của hệ thống máy mô phỏng:

• Bao gồm máy mô phỏng và hệ thống máy tính điều khiển

máy mô phỏng cũng như lưu trữ và xử lý dữ liệu mô phỏng

• Hệ thống máy mô phỏng chỉ đi kèm với máy điều trị

Co-60 và máy gia tốc tuyến tính Các máy điều trị khác có thể không sử dụng đến máy mô phỏng

• Là một máy soi X-quang có các tình năng và mô hìng

giồng như máy điều trị gia tốc tuyến tính hay máy Co-60

• Chức năng là kiểm tra việc điều trị và che chắn được tạo

ra từ hệ thống lập kế hoạch trước khi đưa bệnh nhân vào điều trị chính thức trên máy điều trị

• Các thế hệ máy mô phỏng khác nhau có các tính năng

phát triển khác nhau như chức năng CT

Hệ thống mô phỏng - kiểm tra (tt)

Đặc trưng của CT mô phỏng

• Hệ Thống thiết bị phòng Mode room:

– Máy cắt block cho electron và photon

– Nồi nấu hợp kim tạo block che chắn

– Dụng cụ cơ khí, khoan, máy phay và thiết bị khác Phòng Làm Khuôn mẫu (mould room)

L à phòng được sử dụng để thực hiện công việc:

– Tạo các mặt nạ, các khuôn cố định cho bệnh nhân

– phòng để tạo các khối che chắn, các dụng cụ cơ khí … – phòng này cũng được trang bị các hệ thống định vị như

trong phòng mô phỏng, và còn được xem như một workshop

Phòng Làm Khuôn mẫu (mould room)

Hệ thiết bị đo liều và QA-QC

– Là hệ thống không thể thiếu trong

một trung tâm điều trị bằng bức xạ

– Là công cụ chính của các kỹ sư vật lý

để thực hiện các công tác liên quan đến các phép đo đạc liều lượng và

công tác bảo đảm chất lượng của chùm tia bức xạ cũng như độ chính xác, độ tin cậy của hệ thống thiết bị điều trị

– Đây là hệ thống thiết bị quan trọng

đối với các nhà vật lý

• Hệ thiết bị đo liều và QA-QC bao gồm:

– Hệ Phantom nước

– Hệ thống quét trong không khí

– Phantom rắn tương đương nước

– Phantom đặc biệt (lựa chọn)

– Buồng Ion hóa cho chùm photon

– Buồng ion hóa cho chùm tia electron

– Nhiệt kế

– Áp suất kế

– Electrometer

– Thiết bị kiểm tra độ ổn định của buồng ion hóa

– Thiết bị kiểm tra độ ổn định của Electrometer

– Phim chụp kiểm tra

Hệ thiết bị đo liều và QA-QC (tt)

• Hệ thiết bị đo liều v à QA-QC (cont):

– Hệ thống quét mật độ phim (densitometer)

– Hệ thống đo liều trên bệnh nhân (TLD và Diodes)

– Thiết bị kiểm tra Laser và Isocenter

– Phantom cho CT và chuẩn phần mềm lập kế hoạch

– Electrometer cho việc kiểm tra kV và mA cho máy tia X – Các thiết bị tự làm nếu có

Hệ thiết bị đo liều và QA-QC (tt)

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính

Giới Thiệu Về Máy Gia Tốc

Máy gia tốc tuyến tính trong điều trị xạ trị được tạo nên từ rất nhiều chi tiết khác nhau, tuy nhiên một cách tổng quan ta có

thể chia làm 6 phần chính

• Phần thân máy đứng yên

• Thân quay của máy hay Gantry

• Đầu máy hay Collimaytor

• Bàn Điều Trị

• Phần Điều Khiển máy

• Thiết bị ghi hình kiểm tra

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Tổng Quan Cấu Tạo Của Máy Gia Tốc Tuyến Tính

Mô tả chi tiết các phần cấu tạo của máy gia tốc

– Bộ định dạng trường chiếu hay Collimator chuẩn

– Bộ định dạng trường chiếu nhiều lá MLC

– Hệ thống quang học

– Bàn Điều trị

– Hệ thống điều khiển

– Hệ thống Định vị và kiểm tra EPID

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Mô tả chi tiết các phần cấu tạo của máy gia tốc

Bộ ph á t s ó ng cao tần RF - Chamber điều khiển liều lượng Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Mô tả chi tiết các phần cấu tạo của máy gia tốc

S ú ng ph á t electron - Ống gia tốc - Bộ bẻ ch ù m tia

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Mô tả chi tiết các phần cấu tạo của máy gia tốc

Bia tia X - Bộ l à m phẳng ch ù m tia

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Mô tả chi tiết các phần cấu tạo của máy gia tốc

Nguyên Lý Hoạt Động Của M á y Gia Tốc Tuyến T í nh

D ựa trên sự gia tốc các chùm tia electron phát ra từ

m ột súng b ắn electron , các chùm electron này được gia t ốc trong một trường điện từ cao tần được phát

t ừ b ộ phát sóng cao tần vào m ột ống gia tốc thẳng các chùm electron này được gia tốc tới vận tốc gần

b ằng vận tốc ánh sáng sau đó các chùm tia này được chiếu theo hướng lối ra của máy để sử dụng điều trị cho bệnh nhân, hoặc được hướng bắn vào

m ột bia kim lo ại để tạo ra chùm tia photon

Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính (tt)

Nguyên

Lý Hoạt Động Của Máy Gia Tốc Tuyến Tính

Isocenter (Tâm quay, Tâm chiếu xạ): Là một điểm trong không gian cách bia tia X 100cm và là giao điểm của 2 trục đối xứng: Trục đối xứng của chùm tia X phát ra từ bia tia X và trục đối xứng của gantry

trong điều trị ung thư

Gantry:

Là phần thân máy có thể quay được

360 quanh Isocenter, bộ ống gia tốc

và nhiều thiết bị khác đều nằm trên

Gantry Các chùm tia bức xạ cũng

được phát ra từ một vị trí trên

Gantry và tùy vào vị trí góc của

Gantry, các chùm tia sẽ chiếu vào

bệnh nhân theo các hướng khác

nhau

trong điều trị ung thư (tt)

Collimator:

Là một khối gồm các Jaws hay

còn gọi là các ngàm cấu thành

nên được coi là phần đầu máy

nằm trên Gantry Collimator vì

hơn với hình dạng khối bứu

trong điều trị ung thư (tt)

cần chiếu và đồng thời che chắn

vùng không cần chiếu xạ Các jaw

trong điều trị ung thư (tt)

MLC:

Là một Collimator thức cấp nằm phía dưới của bộ Collimator

sơ cấp Bộ MLC được tạo nên bởi nhiều lá kim loại mỏng gép với nhau theo từng cặp đối song giống như 2 jaws của Collimator sơ cấp MLC giúp tạo ra các chùm tia bức xạ đúng theo hình dạng và kích thước khối bứu tại các hướng khác nhau của Gantry

trong điều trị ung thư (tt)

Trường Chiếu Xạ (Radiation Field):

– là chùm tia bức xạ chiếu vào vùng tổn thương với hình dạng và kích thước được xác định bởi các collimator sơ cấp – kích thước trường chiếu đối với các máy gia tốc tuyến tính

là kích thước đo được tại tâm quay của Gantry cách nguồn 100cm

trong điều trị ung thư (tt)

Trường Ánh Sáng (Light Field ):

là chùm tia ánh sáng để mô phỏng cho chùm tia bức xạ Trường anh sánh có kích thước và hình dạng giống chùm bức

xạ phát ra và kích thước hình dạng trường ánh sáng cũng được xác định bởi các Collimator sơ cấp và MLC thứ cấp

trong điều trị ung thư (tt)

SSD (Khoảng cách nguồn tới bề mặt da):

là khoảng cách tính từ bia tia X đến bề mặt da của bệnh nhân

trong điều trị ung thư (tt)

Chỉ Thị Khoảng Cách Bằng Quang Học (Range Finder):

• là một bộ đèn chiếu có hiển thị các thang chia để chính

khoảng cách từ bia tia X đến vị trí đang đo

• Thường dùng để đo khoảng cách SSD

trong điều trị ung thư (tt)

Trays (Giá Đỡ Khối Che Chắn):

Là một dụng cụ bằng mica để đỡ các khối che chắn đối với các máy gia tốc có MLC thì các Tray này không còn được sử dụng nữa

trong điều trị ung thư (tt)

Khối Che Chắn (Block):

Là những khối đúc bằng hợp kim có

tác dụng dùng để che chắn, bảo vệ

mô lành hay các cơ quan trọng yếu

nằm gần khối u cần chiếu xạ các

khối che chắn có hình dạng tùy thuộc

vào thiết kế che chắn trong lập kế

hoạch và được gắn lên các Tray trong

khi điều trị Trong trường hợp các

máy gia tốc có MLC sẽ không cần sử

dụng các khối che chắn nữa

trong điều trị ung thư (tt)

Headrest:

là dụng cụ hỗ trợ cho việc điều trị Đây là dụng cụ dùng để đỡ đầu của bệnh nhân trong một tư thế điều trị mong muốn Dụng cụ này tùy theo nhà cung cấp mà có những cách bố trí

và kiểu dáng khác nhau

trong điều trị ung thư (tt)

Breast Board:

Cũng là một dụng cụ hỗ trợ trong điều trị như Headrest, điểm khác biệt là dụng cụ này được sử dụng cho các ca ung thư vú

và vùng ngực mà thôi

trong điều trị ung thư (tt)

Lung Board:

là dụng cụ hỗ trợ điều vùng ngực

cho các ca ung thư phổi Lung

board co thiết kế giống breast

Board, nhưng đây là dụng cụ

được thiết kế đặc biệt cho những

ca ung thư phổi

Một số kh á i niệm khi sử dụng m á y gia tốc trong điều trị ung thư (tt)

Themoplastic Mask:

Là một dụng cụ dùng để cố định cho bệnh nhân Loại dụng cụ này làm bằng nhựa thông minh có thể thay đổi hình dạng khi nhiệt độ thấp, và khi ở nhiệt độ quy định chúng sẽ trở về hình dạng ban đầu Loại mặt nạ này có nhiều loại với hình dạng và kích thước khác nhau cho từng vùng của cơ thể như đầu, bụng và vùng chậu

trong điều trị ung thư (tt)

Bolus:

là một vật liệu giống như mô người có tác dụng bù đắp phần

mô bị thiếu hụt để tạo ra những vùng mô bằng phẳng hoặc để tăng bề dầy của vùng mô được chiếu xạ lên từ đó tăng liều vùng mô gần bề mặt hay trên bề mặt của da Bolus được thiết

kế thành các tấp lớn với các độ dày khác nhau cho các mục đích sử dụng khác nhau

trong điều trị ung thư

Wedge (nêm): là một dụng cụ làm bằng kim loại dùng để hiệu chỉnh sự

phân bố liều lượng đồng đều hơn trong những trường hợp vùng chiếu xạ không phẳng và có độ cong nào đó Các Wedge được thiết kế với các góc

độ khác nhau phù hợp với các góc cong tương tứng của bề mặt chiếu xạ các Wedge này được chia làm nhiều loại tùy thuộc theo việc chọn mua thiết bị gồm

được lắm vào khi cần sử dụng

trong đầu máy gia tốc, khi sử dụng sẽ tự động được đưa vào

vị trí

bằng cách hiệu chỉnh cường độ chiếu xạ dọc theo một hướng nào đó từ đó tạo ra sự thay đổi về sự phân bố liều giống như các wedge bằng kim loại đây là một lựa chọn (option) khi mua máy gia tốc

trong điều trị ung thư

Wedge (nêm):

trong điều trị ung thư (tt)

Thanks for Your Attention!