ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRONG XẠ PHẪU GAMMA KNIFE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN MINH TÚ
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRONG
XẠ PHẪU GAMMA KNIFE
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Tp. Hồ Chí Minh, 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN MINH TÚ
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRONG
XẠ PHẪU GAMMA KNIFE
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO
Mã số chuyên ngành: 60 44 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐÔNG SƠN
Tp. Hồ Chí Minh, 2014
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
Thầy Nguyễn Đông Sơn, đang công tác tại công ty Công nghệ Y học Chí Anh,
TP. HCM. 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 đề tài 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.
Xin cảm ơn chân thành tất cả Thầy Cô trong bộ môn Vật lý Kỹ Thuật Hạt
nhân, khóa cao học K.22 – 2013 đã giảng dạy những kiến thức cơ bản của
chuyên ngành cao học, tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành việc học tập
chuyên ngành.
Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn các Anh Chị, là nhân viên y tế đang công tác

tại đơn vị Gamma knife – Khoa Ngoại Thần kinh, Bệnh viện Chợ Rẫy, TP.HCM
đã tạo điều kiện thời gian cho tôi học tập chuyên ngành và đóng góp kiến thức
chuyên ngành ngoại Thần kinh rất có ích cho luận văn. Cám ơn kỹ sư Bảo Lâm
đang công tác tại Khoa Ung Bướu, Bệnh Viện Chợ Rẫy − TP. Hồ Chí Minh đã
giúp đỡ và hỗ trợ về thiết bị đo liều, đã đóng góp ý kiến chân thành về phương
pháp đo liều lượng trong xạ trị gia tốc tuyến tính. Điều này giúp tôi thực hiện
được phép đo liều hấp thụ trong xạ phẫu Gamma knife bằng phương pháp buồng
ion hóa khí.
Không từ ngữ nào diễn đạt hết, tôi phải cảm ơn gia đình của tôi đã hoàn
toàn ủng hộ, 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.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 08 năm 2014
Nguyễn Minh Tú
MỤC LỤC
2.2.2. Mô phỏng dữ liệu bằng hình ảnh 29
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAPM American Association of Physics in Medicine
ABS Acrylonitrin Butadien Styren
CI Conformity Index
CT Computerized Tomography
DICOM Digital Imaging in Communication Medicine
DSA Digital Subtraction Angiography
FWHM Full − Width Half − Maximum
GI Gradient Index
IAEA International Atomic Energy Agency
LGK Leksell Gamma knife
LGP Leksell Gamma Plan
MRI Magnetic Resonance Imaging
OPF OutPut Factors
PSDL Primary Standard Dosimetry Laboratoty

SAD Source – Axis Distance
SCD Source − Chamber Distance
SSD Source − Surface Distance
SSDL Secondary Standard Dosimetry Laboratory
TC Target Coverage
TG Task Group
TLD Thermoluminescent Dosimetry
TRS Technical Report Series
UCP Unit Center Point
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Những yếu tố cần đảm bảo chất lượng trong GK 25
Bảng 2.2 Đánh giá kết quả lập kế hoạch LGP 34
Bảng 2.3 Sai số hình học trong lập kế hoạch 35
Bảng 3.1 Thông tin cần thiết cho việc đo liều trong xạ phẫu Gamma knife 45
Bảng 3.2 Liều lượng kế cho việc đo chùm tia photon hẹp 46
Bảng 3.3 Hệ số a
0
, a
1
, a
2
dùng tính toán hệ số k
s
52
Bảng 3.4 Hệ số OPFs đo đạc bởi hãng Elekta 63
Bảng 3.5 Giá trị độ chính xác trong phân bố chùm tia phóng xạ 67
Bảng 4.1 Điều kiện chuẩn đo liều cho chùm photon năng lượng 6 MV 72
Bảng 4.2 Kết quả điện tích ghi nhận bởi Electrometer (10/05/2014) 77
Bảng 4.3 Kết quả điện tích ghi nhận bởi Electrometer (19/07/2014) 81
Bảng 4.4 Suất liều hấp thụ của LGK model C − Bệnh viện Chợ Rẫy 83

Bảng 4.5 Suất liều hấp thụ của LGK model C trong 6 lần đo 84
Bảng 4.6 Sai số của suất liều hấp thụ đo đạc ở các trung tâm Gamma knife 87
Bảng 4.7 Hệ số OPFs đo đạc thực nghiệm (hãng Elekta) 89
Bảng 4.8 Giá trị suất liều hấp thụ tuyệt đối của các collimator 89
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Nguyên lý xạ phẫu Gamma knife 11
Hình 1.2 Số lượng bệnh điều trị bằng xạ phẫu Gamma knife 13
Hình 1.3 Số trung tâm Gamma knife trên thế giới 14
Hình 1.4 Số ca điều trị tại đơn vị Gamma knife (01/01//2013) 14
Hình 1.5 a. Khung định vị Leksell b. Hộp chỉ thị DSA c. Hộp chỉ thị MRI 15
Hình 1.6 Các mốc đánh dấu trên ảnh MRI 16
Hình 1.7 Hệ thống hình ảnh a. MRI, b. CT, c. DSA 16
Hình 1.8 Phần mềm lập kế hoạch LGP v 5. 34 17
Hình 1.9 Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife model C 18
Hình 1.10. Tiết diện ngang của hệ thống collimator 18
Hình 1.11 Hệ collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mm 19
Hình 1.12 Thước định vị (Trunnion) 19
Hình 1.13 Phân rã phóng xạ của Co
60
20
Hình 1.14 Liều hấp thụ trong nước của
60
Co và photon 4 MV, 6 MV 21
Hình 1.15 Liều tương đối theo khoảng cách 22
Hình 2.1 Quy trình xạ phẫu Gamma knife 24
Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt quy trình xạ phẫu Gamma knife 26
Hình 2.3 Đặt khung định vị Leksell 27
Hình 2.4 Kiểm tra khung định vị Leksell 28
Hình 2.5 Ảnh hưởng của điểm đánh dấu vào định vị thương tổn 28
Hình 2.6 Mô phỏng hình ảnh não bằng MRI 29

Hình 2.7 Đo những mốc định vị trên ảnh MRI 31
Hình 2.8 Mô phỏng da đầu của bệnh nhân 31
Hình 2.9 Hình dạng da đầu mô phỏng và sau khi hiệu chỉnh 32
Hình 2.10 Định nghĩa dữ liệu hình ảnh 33
Hình 2.11 Lập kế hoạch bằng phần mềm LGP 33
3
Hình 2.12 Định nghĩa các thể tích trong xạ phẫu Gamma knife 34
Hình 2.13 Quy trình thực hiện xạ phẫu 36
Hình 2.14 Kiểm tra microswitch của mũ chuẩn trực 37
Hình 3.1 Độ chính xác trong xạ phẫu Gamma knife 38
Hình 3.2 Thiết bị đo liều lượng cho một kênh phóng xạ 39
Hình 3.3 Điều kiện Bragg − Gray trong môi trường nước 40
Hình 3.4 OPFs của collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mmm 42
Hình 3.5 Công tác đo liều trong xạ phẫu Gamma knife trên thế giới (2010) 44
Hình 3.6 Phantom cầu, Cassette, chốt cố định dùng đo liều hấp thụ 53
Hình 3.7 Giá đỡ phim dùng đo độ chính xác trong phân bố liều hấp thụ 54
Hình 3.8 Buồng ion hóa Thimble model 9732 − 2 55
Hình 3.9 Buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 56
Hình 3.10 Electrometer Max − 4000 57
Hình 3.11 Phim Grafchromic MD − 55 58
Hình 3.12 Độ tuyến tính về liều của Phim GrafChromic MD − 55 59
Hình 3.13 UCP − cơ khí và các trục của tia 61
Hình 3.14 a. UCP − cơ khí và UCP − phóng xạ 61
Hình 3.15 Độ chính xác theo 3 hướng X, Y, Z 67
Hình 3.16 Xác định độ chính xác bằng công cụ kiểm tra trunnion 69
Hình 4.1 Thông tin máy xạ trị gia tốc tuyến tính Synergy Platform 71
Hình 4.2 Phương pháp chuẩn chéo buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 theo buồng
ion hóa chuẩn Farmer TN 30013 – 2245 72
Hình 4.3 Mô hình hệ đo suất liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị LGK model C 76
Hình 4.4 Màn hình hiển thị quá trình đo suất liều hấp thụ tuyệt đối 77

Hình 4.5 Suất liều hấp thụ của LGP (10/05/2014) 79
Hình 4.6 Suất liều hấp thụ của LGP (19/07/2014) 82
4
Hình 4.7 Đường cong fit của suất liều hấp thụ tuyệt đối theo thời gian 85
Hình 4.8 Giá trị và sai số của tham số trong đường chuẩn Y =A+B*X 85
Hình. 4.9 Hình học chiếu phim GrafChromic MD − 55 90
Hình. 4.10 Phim GrafChromic MD − 55 sau chiếu xạ 90
5
TỔNG QUAN LUẬN VĂN
Theo báo cáo hàng năm của hãng Elekta – Thụy Điển, số bệnh nhân trên toàn thế
giới được chẩn đoán các bệnh lý u não, dị dạng mạch máu động tĩnh mạch, rò màng
cứng động tĩnh mạch đều gia tăng Các bệnh lý trên có thể được điều trị bằng những
phương pháp khác nhau: mổ hở, can thiệp thuyên tắc mạch máu và một phương pháp
điều trị hiện đại bằng thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife. Thiết bị xạ phẫu Leksell
Gamma knife chứa 201 nguồn phóng xạ
60
Co có hoạt độ phóng xạ rất lớn, phát ra 201
tia gamma với năng lượng trung bình 1,25 MeV, tập trung vào thương tổn nhỏ trong
não với độ chính xác rất cao (nhỏ hơn 0,5 mm). Do đặc thù sinh học về liều lượng
phóng xạ của tế bào não, các thương tổn trong não được chỉ định liều lượng điều trị rất
lớn (10 – 25) Gy. Vì vậy, đặc điểm nổi bật của kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife là cung
cấp liều hấp thụ lớn, chính xác cho thương tổn có kích thước nhỏ trong não và giảm
ảnh hưởng của tia xạ đến các mô lành xung quanh thương tổn. Để việc xạ phẫu đạt
hiệu quả cao, chúng ta cần phải tính toán liều hấp thụ chính xác về mặt độ lớn và xác
định chính xác về mặt hình học cho việc phân bố chùm tia phóng xạ cho thương tổn
trong não.
Để thực hiện điều này, trước khi tiến hành xạ phẫu, các thiết bị cơ khí có ảnh
hưởng đến độ chính xác về mặt hình học cho việc phân bố chùm tia phóng xạ phải
được kiểm tra hàng ngày, hàng tháng; hàng quý đồng thời phân bố liều hấp thụ tuyệt
đối của

60
Co được đo đạc trong phantom cầu Polystyrene (mô phỏng đầu bệnh nhân)
theo định kì hàng năm. Những công việc đó được gọi là thủ tục đảm bảo chất lượng
trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. Thủ tục đảm bảo chất lượng trong kỹ thuật xạ
phẫu Gamma knife có vai trò rất quan trọng, chúng quyết định việc cung cấp một liều
điều trị chính xác cao về mặt liều lượng lẫn vị trí cho bệnh nhân theo đúng chỉ định.
Hiện tại, ở cấp quốc tế 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
6
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
[18]; “Chương trình đảm bảo chất lượng cho các thiết bị Gamma knife” (1995) của
phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Mỹ [8]; 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) [34]. 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) [19, 20] và Hiệp hội Vật lý Y học Mỹ AAPM TG −
21, TG – 51 (sử dụng phổ biến ở Mỹ) [40].
Ở Việt Nam, kỹ thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife mới được ứng dụng trong
điều trị các bệnh lý về não khoảng 10 năm nên cũng chưa có một tiêu chuẩn đo liều
lượng phóng xạ riêng cho thiết bị xạ phẫu này. Theo các chuyên gia của hãng Elekta −
Thụy Điển, cần phải áp dụng một thủ tục đo liều quốc tế đáng tin cậy cho thiết bị xạ
phẫu Gamma knife. Việc chọn lựa một thủ tục đo liều lượng thích hợp cho kỹ thuật xạ
phẫu Gamma knife dựa trên những tiêu chí như: bảo đảm độ chính xác, dễ thực hiện,
kết quả ổn định và đáng tin cậy. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng tài liệu thực
hành đo liều hấp thụ của IAEA TRS − 398 (2000) để đo liều lượng cho thiết bị xạ phẫu

Gamma knife model C tại đơn vị Gamma knife – Bệnh viện Chợ Rẫy, TP.HCM.
Vì tất cả những lý do trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài luận văn Thạc sĩ:
“Đảm bảo chất lượng trong xạ phẫu Gamma knife”.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
− Giới thiệu một chương trình đảm bảo chất lượng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma
knife nhằm nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân.
7
− Xây dựng một tài liệu thiết thực, giúp cho đội nhóm tham gia điều trị cho bệnh nhân
bằng phương pháp xạ phẫu Gamma knife đạt hiệu quả tốt.
− Tổng hợp kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm thực hành về kỹ thuật xạ phẫu Gamma
knife.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
− Thiết bị xạ phẫu Gamma knife Model C, hãng Elekta − Thụy Điển.
− Các hệ thống: khung định vị đầu bệnh nhân, lập kế hoạch Leksell Gamma Plan được
sử dụng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife Model C.
− Hệ thống đo liều hấp thụ bằng buồng ion hóa Farmer TN 30013 − 2245 của PTW
Đức, Thimble model 9732 − 2 của MULTIDATA, Mỹ và Electrometer Max − 4000
của Elimpex, Áo.
− Các tài liệu, bài báo khoa học được cung cấp bởi hãng Elekta Thụy điển và được
nghiên cứu bởi những nhân viên Vật lý y khoa trên thế giới.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
− Thu thập và xử lý các thông tin, dữ liệu thu được từ những bài báo của hiệp hội Vật
lý y khoa và thông tin được cung cấp bởi các nhà Vật lý Y khoa làm việc trong lĩnh
vực xạ phẫu Gamma knife.
− Lập các bảng biểu, trình bày các nội dung của chương trình đảm bảo chất lượng
trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife.
− Áp dụng quy trình đo liều cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife, dựa trên nội dung của
các bài báo khoa học đáng tin cậy, được cung cấp bởi các nhà Vật lý y khoa của
hãng Elekta, Thụy Điển, dựa trên nội dung tài liệu bảo dưỡng thiết bị Gamma knife
Model C của hãng Elekta, Thụy Điển, nội dung tài liệu hướng dẫn về đo liều của cơ

quan năng lượng quốc tế IAEA.
8
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
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 trình tự logic gồm bốn
chương sau đây:
 Chương 1 − Cơ sở lý thuyết về xạ phẫu Gamma knife
Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về lịch sử hình thành và tình
hình phát triển; các công cụ cơ bản nhất; cơ sở vật lý và sinh phóng xạ của kỹ thuật
xạ phẫu Gamma knife. Những thông tin trên giúp chúng tôi hiểu rõ vai trò quan
trọng của việc đảm bảo chất lượng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife (được
trình bày trong chương 2) và đảm bảo liều lượng phóng xạ trong xạ phẫu Gamma
knife (được trình bày trong chương 3). Từ đó, chúng ta thấy rõ việc đảm bảo chất
lượng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife dựa trên những yếu tố của việc đảm
bảo chất lượng cho hệ thống cơ khí và kỹ thuật phân bố liều lượng phóng xạ của
thiết bị xạ phẫu Gamma knife có vai trò rất quan trọng. Đây là mục tiêu của luận
văn.
 Chương 2 − Đảm bảo chất lượng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife
Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày mục tiêu và phương pháp thực hành các
giai đoạn trong quy trình xạ phẫu Gamma knife theo hướng Vật lý. Từ thực tiễn
điều trị bằng phương pháp xạ phẫu Gamma knife, chúng tôi trình bày những sai sót
mà nhân viên Vật lý y khoa gặp phải khi thực hiện quy trình xạ phẫu này. Từ đó,
chúng tôi phân tích và đưa ra những biện pháp nhằm giảm thiểu sai sót để đảm bảo
chất lượng cho mỗi giai đoạn trong quy trình xạ phẫu Gamma knife.
Quy trình xạ phẫu Gamma knife gồm bốn giai đoạn sau:
− Đặt khung định vị đầu bệnh nhân;
− Mô phỏng dữ liệu bằng hình ảnh;
− Lập kế hoạch xạ phẫu;
− Thực hiện xạ phẫu.
9

 Chương 3 − Đảm bảo liều lượng phóng xạ trong xạ phẫu Gamma knife
Trong chương này, chúng tôi giới thiệu các dụng cụ và hệ thống đo liều lượng trong
xạ trị như: buồng ion hóa, phantom cầu Polystyrene và Electrometer. Tiếp theo là
trình bày cơ sở lý thuyết và các phương pháp đo liều lượng trong kỹ thuật xạ phẫu
Gamma knife. Chúng tôi quyết định sử dụng phương pháp đo liều lượng theo tài
liệu TRS − 398 của IAEA để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho chùm tia
60
Co tại
isocenter trong phantom cầu Polystyrene cho collimator 18 mm của thiết bị xạ phẫu
Leksell Gamma knife. Ngoài ra, chúng tôi cũng trình bày phương pháp định lượng
độ chính xác vị trí mà chùm tia phóng xạ phân bố trong thiết bị xạ phẫu Leksell
Gamma knife.
 Chương 4 − Kết quả và Bàn luận.
Trong chương này, chúng tôi trình bày chi tiết phương pháp chuẩn chéo buồng ion
hóa Thimble 9732 − 2 theo buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 ở khoa Ung
bướu − bệnh viện Chợ Rẫy bằng máy gia tốc Synergy Platform, Elekta – Thụy Điển.
Phương pháp trên giúp xác định giá trị hệ số định chuẩn của buồng ion hóa Thimble
9732 − 2 theo liều hấp thụ trong nước để phục vụ cho việc đo liều hấp thụ tuyệt đối
cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife. Tiếp đó, chúng tôi trình bày kết quả của phép đo
đạc suất liều hấp thụ tuyệt đối trong phantom cầu Polystyrene ở điềm isocenter bằng
phương pháp buồng ion hóa khí và tính toán sai số tương đối của nó. Ngoài ra,
chúng tôi cũng đề xuất phương pháp xác định suất liều hấp thụ tuyệt đối của những
collimator đường kính nhỏ hơn 4 mm, 8 mm, 14 mm. Việc ước lượng định tính độ
chính xác của phân bố chùm tia phóng xạ bằng phương pháp phim ảnh cũng sẽ được
trình bày và phân tích. Tất cả các số liệu thu được được đo đạc tại đơn vị Gamma
knife và khoa Ung Bướu, bệnh Viện Chợ Rẫy, TP. HCM.
Kết luận luận văn: Chúng tôi tổng kết những kết quả đã thực hiện được cũng như
những tồn tại của luận văn chưa thực hiện đồng thời định hướng những mục tiêu tiếp
theo của luận văn cần nghiên cứu để phát triển luận văn tốt hơn.
10

CHƯƠNG 1 − CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE
1.1. Giới thiệu
Dựa theo lịch sử phát triển ứng dụng của những kỹ thuật xạ trị trong y học, kỹ
thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife (LGK) có lịch sử phát triển lâu nhất. LGK model
C là một thiết bị xạ trị đặc biệt, được sản xuất bởi công ty Elekta, Thụy Điển. Thiết bị
này chứa 201 nguồn phóng xạ
60
Co có hoạt độ phóng xạ lớn (khoảng 6000 Ci ± 10 %).
Chúng phát ra 201 tia gamma, có năng lượng trung bình 1,25 MeV tập trung vào
thương tổn nhỏ trong não (xem Hình 1.1).
Kỹ thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife được dùng để điều trị các bệnh lý như:
các loại u não, dị dạng mạch máu não động tĩnh mạch với độ chính xác rất cao (nhỏ
hơn 0,5 mm). Do đặc thù sinh học về liều lượng phóng xạ của tế bào não, các thương
tổn được chỉ định liều lượng điều trị rất lớn (10 – 25) Gy. Vì vậy, mục tiêu của kỹ thuật
xạ phẫu LGK là cung cấp liều hấp thụ lớn, chính xác cho thương tổn nhỏ trong não và
giảm ảnh hưởng của tia xạ đến mô lành xung quanh thương tổn.
Hình 1.1 Nguyên lý xạ phẫu Gamma knife [10]
Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về lịch sử hình thành và tình
hình phát triển; các hệ thống cơ bản và cơ sở vật lý phóng xạ của kỹ thuật xạ phẫu
LGK. Những thông tin trên giúp chúng tôi hiểu được nội dung của quy trình đảm bảo
11
chất lượng trong xạ phẫu Gamma knife (được trình bày trong chương 2), hiểu rõ
chương trình đảm bảo liều lượng phóng xạ phân bố trong xạ phẫu Gamma knife (được
trình bày trong chương 3). Từ đó, chúng tôi thấy rõ việc đảm bảo chất lượng của quy
trình xạ phẫu Gamma knife dựa trên những yếu tố của việc đảm bảo chất lượng hệ
thống cơ khí và kỹ thuật phân bố phóng xạ của thiết bị xạ phẫu LGK có vai trò rất quan
trọng. Đây cũng là mục tiêu của luận văn.
1.2. Lịch sử hình thành kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife
Năm 1951, Lar Leksell, phẫu thuật viên thần kinh − người Thụy Điển đã phát
minh ra nguyên lý xạ phẫu Gamma knife. Theo thời gian, nhiều thế hệ thiết bị xạ phẫu

LGK được sản xuất với những thay đổi về thiết kế và kỹ thuật chiếu tia [35]:
− 1967, mẫu Gamma knife nguyên thủy đầu tiên được xây dựng.
− 1974, giới thiệu chương trình lập kế hoạch đầu tiên hỗ trợ bởi máy tính.
− 1986, Leksell Gamma knife thương mại đầu tiên model U được lắp đặt ở trường
đại học Pittsburgh, Mỹ.
− 1988, Leksell Gamma knife model B được lắp đặt ở viện Karolinska, Thụy Điển.
− 1990, giới thiệu phần mềm lập kế hoạch điều trị chạy trên hệ điều hành Linux.
− 1996, tích hợp vào phần mềm lập kế hoạch kỹ thuật hình ảnh học 3 chiều CT,
MRI.
− 1998, tích hợp vào phần mềm lập kế hoạch kỹ thuật vẽ thương tổn bán tự động,
thực hiện nhiều vị trí chiếu trong cùng một kế hoạch điều trị.
− 2000, giới thiệu Leksell Gamma knife model C, sử dụng hệ thống định vị tự động
di chuyển đầu bệnh nhân đến các vị trị cần xạ phẫu.
− 2006, giới thiệu Leksell Gamma knife model Perfexion, tiên tiến nhất với thay đổi
đáng kể về thiết kế và kỹ thuật chiếu tia.
12
1.3. Tình hình phát triển kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife
Hàng năm, hãng Elekta – Thụy Điển chuyên về thiết bị xạ trị đã thu thập thông tin
về số lượng bệnh nhân được điều trị bằng phương pháp xạ phẫu LGK từ những trung
tâm Gamma knife. Trên thế giới, số lượng bệnh nhân với bệnh lý thần kinh như: u não,
dị dạng động tĩnh mạch, rò màng cứng động tĩnh mạch và bệnh lý chức năng được điều
trị bằng phương pháp xạ phẫu LGK đều gia tăng đáng kể. Hình 1.2 biểu diễn số lượng
các bệnh lý thần kinh trên thế giới.
Hình 1.2 Số lượng bệnh điều trị bằng xạ phẫu Gamma knife trên thế giới [32]
Hiện tại, kỹ thuật xạ phẫu LGK được sử dụng rộng khắp thế giới. Chúng được
lắp đặt ở các trung tâm, bệnh viện và trường đại học lớn về thần kinh như Bệnh viện −
Đại học Karolinska của Thụy Điển; trung tâm Gamma knife Boston; trung tâm Gamma
knife New York, Đại học Pittsburgh của Mỹ, Bệnh viện Tokyo của Nhật Bản… Đến
07/2013, thế giới có tổng số trung tâm Gamma knife khoảng 264, trong đó Mỹ và Nhật
chiếm hơn 50 (%) số trung tâm Gamma knife trên toàn thế giới (xem Hình 1.3)

U ác tính
Tổn thưong chức năng
Tổn thương khác
U lành tính
Tổn thương mạch máu
Nghìn
Năm
13
Hình 1.3 Số trung tâm Gamma knife trên thế giới (07/2013)
Tại Việt Nam, vào tháng 06 năm 2006, thiết bị xạ phẫu LGK model C được lắp
đặt tại đơn vị Gamma knife - Khoa Ngoại Thần kinh, bệnh viện Chợ Rẫy, TP. HCM.
Theo thống kê của đơn vị Gamma knife (xem Hình 1.4), số lượng bệnh nhân được điều
trị bằng phương pháp xạ phẫu này tăng lên hàng năm.
Hình 1.4 Số ca điều trị tại đơn vị Gamma knife (01/01//2013)
Từ sự gia tăng về số bệnh nhân điều trị bằng phưong pháp xạ phẫu LGK trên toàn
thế giới và ở Việt Nam, chúng tôi nhận thấy vấn đề đảm bảo chất lượng của phương
pháp xạ phẫu LGK và hiệu quả điều trị điều trị bằng phương pháp này sẽ bị ảnh hưởng
lớn. Do đó, để việc điều trị hiệu quả thì phải kiểm tra thường xuyên và đảm bảo chất
lượng các các hệ thống của thiết bị xạ phẫu LGK ở điều kiện làm việc tốt nhất.
14
Trong luận văn này, đối tượng nghiên cứu của chúng tôi là thiết bị xạ phẫu
Leksell Gamma knife model C. Để hiểu rõ hơn về kỹ thuật xạ phẫu GK, trong phần
tiếp theo, chúng tôi trình bày các thành phần và các hệ thống thiết bị quan trọng, cơ sở
vật lý và sinh phóng xạ trong kỹ thuật xạ phẫu GK.
1.4. Các công cụ trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife
Trong kỹ thuật xạ phẫu GK, một bệnh nhân với thương tổn trong não được điều
trị bằng quy trình xạ phẫu GK. Các công cụ cơ bản dùng trong quy trình này là: Khung
định vị đầu bệnh nhân Leksell; hệ thống hình ảnh học cộng hưởng từ hạt nhân
(Magnetic resonance imaging: MRI), ảnh cắt lớp điện toán (Computerized
tomography: CT), ảnh mạch máu xóa nền số hóa (Digital Subtraction angiography:

DSA); hệ thống lập kế hoạch Leksell Gamma plan (LGP), hệ thống thiết bị xạ phẫu
LGK. Mỗi công cụ đều có vai trò quan trọng trong quy trình xạ phẫu GK.
1.4.1. Khung định vị Leksell:
Khung định vị Leksell được mô tả trong Hình 1.5 a là thành phần cơ bản của hệ
thống khung định vị stereotactic, nó giúp xác định chính xác tọa độ của thương tổn
trong não của bệnh nhân. Trên các thanh của khung có định hướng X, Y, Z phù hợp
với hướng trong kỹ thuật hình ảnh CT, MRI. Tâm tọa độ (x = 0, y = 0, z = 0) của
khung được định vị tại một điểm nằm phía trên, bên, sau của khung định vị (xem hình
1.5 a).
Hình 1.5 a. Khung định vị Leksell b. Hộp chỉ thị DSA c. Hộp chỉ thị MRI [11]
Hộp chỉ thị MRI (MRI indicator) được mô tả trong Hình 1.5 c với hình dạng chữ
N chứa dung dịch CuSO
4
, giúp ghi nhận và hiển thị các mốc định vị (fudicials) trên
15
hình ảnh MRI não của bệnh nhân. Các mốc định vị giúp xác định tọa độ thương tổn và
định vị hướng hình ảnh phù hợp với hướng hình ảnh quy định của phần mềm lập kế
hoạch LGP (xem Hình 1.6).
Hình 1.6 Các mốc đánh dấu trên ảnh MRI [31]
1.4.2. Hệ thống hình ảnh MR, CT, DSA
Trong xạ phẫu Gamma knife, sai số của việc lập kế hoạch phụ thuộc vào việc mô
tả thương tổn có hình dạng chính xác. Do đó, kỹ thuật hình ảnh phải biểu diễn cấu trúc
não theo cả ba hướng. Có ba kỹ thuật hình ảnh có đặc tính này: Hình 1.7 a là ảnh MRI,
Hình 1.7 b là ảnh CT, Hình 1.7 c là ảnh DSA .
Hình 1.7 Hệ thống hình ảnh a. MRI b. CT c. DSA
MRI là kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân cho mô mềm với độ tương
phản tốt. Tuy vậy, ảnh MRI không tính toán mật độ trong mô, nó cần kết hợp với ảnh
CT nếu chúng ta cần hiệu chỉnh sự không đồng nhất khi tính toán liều hấp thụ bằng ảnh
MRI. Độ phân giải không gian của hình ảnh giảm khi kích thước hình ảnh tăng lên.
16

CT là kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ cho mô mềm với độ tương phản thấp hơn MRI,
CT cho độ phân giải không gian tốt hơn MRI và cho biết mật độ trong mô để hiệu
chỉnh tính không đồng nhất cho việc tính toán liều hấp thụ.
DSA là kỹ thuật hình ảnh số hóa xóa nền cho thương tổn mạch máu não, đặc biệt
cho các dị dạng mạch máu động tĩnh mạch. Trong xạ phẫu Gamma knife, các hình ảnh
DSA của não được sử dụng chỉ ở dạng 2D.
1.4.3. Phần mềm lập kế hoạch − LGP v 5. 34
LGP là phần mềm lập kế hoạch xạ phẫu Gamma knife (xem hình 1.8) dùng để
tính toán liều hấp thụ cho thương tổn trong não của bệnh nhân với một số đặc tính:
− Tích hợp, thu nhận dữ liệu hình ảnh MRI, CT, DSA theo chuẩn hình ảnh số DICOM
trong y học (Digital Imaging in Communication Medicine).
− Tính toán, phân bố liều lượng cho thể tích thương tổn trong não theo thời gian thực.
− Biểu diễn bề mặt, thể tích của thương tổn và liều lượng dạng 2D, 3D.
− Tích hợp phương thức lập kế hoạch bán tự động.
− Kiểm tra các tham số xạ phẫu, thực hiện truyền dữ liệu kế hoạch đến hệ thống điều
trị.
Hình 1.8 Phần mềm lập kế hoạch LGP v 5. 34 [10]
17
1.4.4. Hệ thống thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife model C
Hình 1.9 Thiết bị xạ phẫu LGK model C [10]
Bộ phận phóng xạ và hệ thống collimator
Các nguồn phóng xạ
60
Co được đặt bên trong bộ phận phóng xạ (Radiation unit),
phát ra các tia gamma gây ion hóa môi trường vật chất gián tiếp. Khi cửa che chắn mở
ra, bệnh nhân được di chuyển vào vị trí chiếu xạ (điểm tập trung), các collimator thứ
cấp (Secondary collimator) của mũ chuẩn trực (Helmet) sẽ tiếp xúc với các collimator
thứ cấp (Primary collimator). Tại điểm tập trung, các chùm tia gamma sẽ hội tụ năng
lượng vào thương tổn bên trong não (xem Hình 1.10).
Hình 1.10 Tiết diện ngang của hệ thống collimator [6]

Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife
Mũ chuẩn trực
Collimator thứ cấp
cấp
Bộ phận phóng xạ
Bàn điều trị
Cửa che chắn
Thân nguồn
Collimator sơ cấp
Collimator thứ cấp
Thân kênh chùm tia
Thân kênh chùm tia
đường kính chùm tia
điềm tập trung
18
Leksell Gamma knife model C có 4 loại mũ chuẩn trực, chứa collimator có đường
kính 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mm (xem Hình 1.11). Các collimator dùng để chuẩn trực
các chùm tia phóng xạ gamma từ những nguồn
60
Co.
Hình 1.11 Hệ collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mm
Thước định vị tọa độ (Trunnion)
Trunnion là thanh thước có hình dạng như hình 1.12. Trên Trunnion có khắc các
mốc tọa độ, giúp xác định tọa độ khung định vị Leksell trong quá trình thực hiện xạ
phẫu cho bệnh nhân. Trunnion cũng là công cụ hỗ trợ cho phép đo liều lượng và độ
chính xác của chùm tia phóng xạ phân bố trong thiết bị xạ phẫu LGK.
Hình 1.12 Thước định vị Trunnion [10]
1.5. Cơ sở vật lý và sinh học bức xạ
1.5.1. Năng lượng phân rã của nguồn
60

27
Co
:
Chuỗi phân rã
60
Co bắt đầu khi tạo ra đồng vị phóng xạ
60
27
Co
từ đồng vị bền
59
27
Co

bị va chạm bởi những hạt neutron trong một lò phản ứng.
60
27
Co
là đồng vị dư neutron,
Trunnion
18 mm 14 mm
8 mm
4 mm
19
với tỷ lệ neutron/proton cao nên không bền vững. Để trở lại trạng thái bền, nó phân rã
hạt mang điện β
-
với năng lượng 0,32 MeV trở thành hạt nhân
60
28

Ni
ở trang thái kích
thích. Tiếp đó, hạt nhân này phát ra hai tia gammma với năng lượng tương ứng 1,17
MeV và 1,33 MeV (xem Hình 1.13).
Hình 1.13 Phân rã phóng xạ của
60
Co [23]
Trong thiết bị xạ phẫu LGK, hạt β
-
sẽ bị hấp thụ bên trong nguồn. Do đó, chỉ có
tia gamma năng lượng cao tập trung vào mô não thương tổn, tạo các hiệu ứng sinh học
bởi sự ion hóa các phân tử mô não, làm sinh ra các gốc tự do OH−, và gây ra các phản
ứng hóa học với tế bào chức năng quan trọng như ADN.
Với năng lượng trung bình của hai tia gamma là 1,25 MeV, tương tác giữa chúng
với mô tế bào chủ yếu là tán xạ Compton. Tia gamma sẽ có độ xuyên sâu cao khi đi
vào mô tế bào, có hệ số suy giảm tuyến tính trong nước (µ = 0,063 cm
-1
) được sử dụng
để hiệu chỉnh sự suy giảm của tia phóng xạ đi qua độ dày mô não của bệnh nhân.
Cường độ chùm tia gamma còn lại 62,3 (%) ở độ sâu 7,5 cm trong nước (tương đương
điểm chiếu tập trung UCP hay isocenter trong phantom cầu Polystyrene) [46].
1.5.2. Liều hấp thụ trong Gamma knife
Tham số sinh học quan trọng liên quan đến số lượng tế bào chết do tác dụng của
tia phóng xạ là liều hấp thụ. Liều hấp thụ biểu diễn lượng bức xạ bị hấp thụ bởi mô tế
bào bệnh nhân, là năng lượng trung bình trên đơn vị khối lượng vật chất:
Lò phản ứng
Neutron
T
1/2
= 5,27 năm

20
dE
D
dm
=
(1.1)
Đơn vị của liều hấp thụ: J/kg hay Gy
Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ trung bình tính trên một đơn vị thời gian:
dD
P
dt
=
(1.2)
Đơn vị của suất liều hấp thụ:Gy/phút
Phân bố liều hấp thụ theo độ sâu trong nước của nguồn phóng xạ
60
Co tương tự
phân bố liều hấp thụ theo độ sâu trong nước của photon 4 MV và photon 6 MV (xem
Hình 1.14).
Hình 1.14 Liều hấp thụ trong nước của
60
Co và photon 4 MV, 6 MV [28]
Trong xạ phẫu Gamma knife, điểm tập trung thương tổn của 201 tia phóng xạ
gamma với liều hấp thụ tổng cộng cung cấp rất lớn. Một sự phân bố liều hấp thụ cho
thương tổn như thế đòi hỏi phải chính xác, liều ảnh hưởng đến mô lành ít nhất nằm ở
đường đồng liều 50 %. Do vậy, hầu hết những ca bệnh điều trị bằng phương pháp xạ
phẫu GK, đường 50 % là đường đồng liều thường được sử dụng để phân bố liều hấp
thụ cho đường biên của thương tổn. Liều tương đối phân bố giảm nhanh nhất nằm giữa
Đô sâu trong nước (cm)
Liều hấp thụ tương đối (%)

21
đường đồng liều 80 % và 30 %. Những đường đồng liều thấp hơn tương ứng với giá trị
liều hấp thụ thấp hơn làm giảm hiệu quả hiệu ứng sinh học của tia xạ là thước đo cho
việc bảo vệ an toàn cho mô lành xung quanh thể tích thương tổn
Với một vị trí xạ phẫu (còn gọi là isocenter hoặc điểm tập trung) được thiết lập
trong kế hoạch sẽ có đặc điểm sau: ở điểm chính giữa của vị trí xạ phẫu có giá trị liều
hấp thụ lớn nhất ứng đường đồng liều 100 (%), giá trị liều hấp thụ ứng với đường đồng
liều 50 (%) là một phần hai giá trị liều hấp thụ lớn nhất, và càng ra xa giá trị liều hấp
thụ càng giảm (hình 1.15).
Hình 1.15 Liều tương đối theo khoảng cách [28]
Chu kỳ bán rã của đồng vị phóng xạ
60
Co là 5,27 năm. Sau khoảng thời gian nhất
định, hoạt độ phóng xạ của nguồn giảm đi nên suất liều hấp thụ của thiết bị xạ phẫu
GK cũng sẽ giảm đi. Vào 01/06/2006, thiết bị xạ phẫu LGK mode C hoàn toàn mới,
suất liều hấp thụ là 3,2 (Gy/phút). Sau thời gian 5,27 năm, suất liều hấp thụ là 1,60
(Gy/phút). Do vậy, với cùng một thương tổn điều trị có thể tích, liều hấp thụ chỉ định
như trước đây, thiết bị có tuổi càng cao thì thời gian điều trị cho thương tổn càng lâu
hơn. Hiện tại, 10/05/2014, thiết bị xạ phẫu LGK model C mà chúng tôi nghiên cứu có
suất liều hấp thụ là 1,234 (Gy/phút).
Tọa độ X (mm)
Liề
u
tươ
ng
đối
(%
)
22