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

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ðẶNG TRƯƠNG KA MY


MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG
CHƯƠNG TRÌNH MCNP5




LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN









TP HỒ CHÍ MINH, 2009
ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ðẶNG 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
1
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.



2
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
3.3 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









4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu
Φ
: là thông lượng hạt (1/cm
2

)
T
L
: là chiều dài ñường ñi của hạt (cm)
V : là thể tích của một voxel (cm
3
)
W : là trọng số quãng ñường
A: là diện tích của một voxel (cm
2
)
δ
: là bề rộng của voxel (cm)
Các chữ 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
5
MCNP: Monte Carlo N – Particle
EGS: Electron Gamma Shower
PENELOPE: Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons

FWHM: Full Width Half Maximum


















6
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

7
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
8
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 Co
60
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
9
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










10
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 có khoảng gần 10 triệu trường hợp mắc ung thư và trên 8 triệu
người ñã chết do bệnh này. Ở Việt Nam, mỗi năm ước tính có khoảng 150.000 ca ung
thư mới trong ñó có trên 50.000 ca tử vong [1].
Những thập kỷ gần ñây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học cũng
như các thiết bị chẩn ñoán và ñiều trị hiện ñại, việc nghiên cứu và chữa trị ung thư ñã
có những tiến bộ vượt bậc. Vì thế mà tìm ra ñược một số hướng dự phòng chẩn ñoán
chính xác hơn và ñiều trị có hiệu quả hơn.
Những cách ñiều trị bệnh bao gồm: ñiều trị bằng phẫu thuật, ñiều trị bằng tia xạ
và ñiều trị bằng hóa chất. ðiều trị bằng tia xạ là phương pháp dùng chùm tia ñiện tử
hoặc photon có năng lượng thích hợp thông qua cơ chế gây ion hóa nhằm gây ra những
tác ñộng về mặt sinh học của chùm tia ñể tiêu diệt tế bào ung thư hoặc hạn chế sự phát

triển của nó. ðây ñược xem là một trong những phương pháp ñiều trị bệnh hữu hiệu
nhất nhưng phương pháp này vẫn có một số hạn chế nhất ñịnh ñó là bệnh nhân phải
chấp nhận một rủi ro do bức xạ ion hóa ñi vào cơ thể. ðiều này rất quan trọng và ñó là
nhiệm vụ của các kỹ sư vật lý và bác sỹ ñể làm sao cho các ảnh hưởng do ion hóa của
các bức xạ lên bệnh nhân một cách thấp nhất ñể ñảm bảo an toàn cho người bệnh
Hiện nay ở Việt Nam những thiết bị chẩn ñoán và ñiều trị bằng tia xạ ñược ñưa
vào sử dụng khá phổ biến ở các bệnh viện như thiết bị chẩn ñoán bằng các ñồng vị
phóng xạ như PET, SPECT, CT, Gamma Camera và thiết bị ñiều trị bằng bức xạ ion
hóa rất hiện ñại như máy gia tốc tuyến tính và ñặc biệt gần ñây nhất năm 2006 Bệnh
viện Chợ Rẫy TP Hồ Chí Minh ñã ñưa vào máy xạ phẫu Leksell Gamma Knife (LGK),
ñây là thiết bị tiên tiến nhất hiện nay ñể chữa trị u não. Thiết bị này sử dụng nguồn
chiếu xạ ña kênh ñể tiêu diệt khối u. Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife ñược giới
11
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 3
0
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].
12
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.
13
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.








14
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
15
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.
16
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
17
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 Co
60
, 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
18
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 Co
60
. Nguồn Co
60
này sẽ phân rã beta và tạo thành ñồng vị Ni
60
với
chu kì bán rã là 5.26 năm.
60 60
27 28
Co Ni e
β
ν
−
−
→ + +

Một phần của tiến trình phân rã là tạo ra electron có năng lượng 315 keV và hai
tia gamma có năng lượng 1.17 MeV và 1.33 MeV ñược phát ra. Electron bị hấp thụ trở
lại bởi nguồn Co
60
hoặc vỏ chứa nguồn và vì năng lượng thấp nên có thể bỏ qua hiện
tượng bremstrahlung.
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 Co
60
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
19
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
20
lỗ (collimator) không cần thiết. Trong một số trường hợp người ta chỉ cần chiếu với
khoảng 150 hoặc 102 nguồn.
1.5 Tiến trình ñiều trị bằng Leksell Gamma Knife
1. ðặt khung: Dùng một khung ñể cố ñịnh ñầu bệnh nhân và ñịnh vị vùng chữa
trị. Quy trình ñặt khung này do các bác sĩ phối hợp với các kỹ sư vật lý thực hiện.

Hình 1.6 ðặt khung vào ñầu bệnh nhân
2. Chẩn ñoán hình ảnh: Dùng phương pháp chụp ảnh MRI ñể chụp vị trí và hình

dạng của khối u. Các ảnh này ñược chụp nhiều lần theo các hướng khác nhau và lần
lượt thay ñổi các vị trí chụp theo ñộ sâu ñể xác ñịnh chính xác vị trí khối u.
3. Lập kế hoạch ñiều trị: phần mềm Gamma Plan ñược sử dụng ñể khôi phục lại
hình dạng của ñầu bệnh nhân cũng như thể tích của khối u từ ảnh chụp. Dựa trên các
kết quả phân tích ñược các kỹ sư vật lý và bác sỹ ñiều trị sẽ quyết ñịnh cấp liều và các
hướng chiếu nhằm tối ưu hóa hiệu quả của việc ñiều trị. Chương trình này bao gồm
việc tính toán 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 ñã lập kế hoạch chữa trị xong và ñã ñược kiểm tra ñể ñảm
bảo tính an toàn và chính xác. Bệnh nhân ñược ñưa vào phòng chữa trị, ñược ñặt trên
21
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.

22

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 Co
60
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…
23
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