Kỹ thuật xạ Gamma knife

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Chương 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE
1.1. Giới thiệu
Gamma Knife là một thiết bị xạ phẫu, sử dụng tia phóng xạ để điều trị các
loại u não và bệnh mạch máu não với độ chính xác cao mà không mở sọ não như
phẫu thuật thông thường. Thiết bị Gamma Knife chứa các nguồn phóng xạ Co 60,
phát ra các tia phóng xạ gamma có năng lượng cao, hội tụ và tập trung vào thương
tổn cần điều trị trong não. Kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife dựa trên cơ sở là khung
định vị stereotactic được dùng trong Phẫu thuật thần kinh. Giống như các hệ thống
điều trị xạ ngoài khác, kỹ thuật xạ phẫu Gamma Knife kết hợp thơng tin của dữ
liệu hình ảnh học được mơ phỏng giúp cho việc lập kế hoạch hướng tới muc tiêu
cuối cùng là cung cấp một liều hấp thụ cao cho thưong tổn nhưng giảm thiểu ảnh
hưởng của tia phóng xạ đến mơ lành của não.

Hình 1. Ngun lý của kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife

Trong điều trị Gamma Knife, thương tổn trong não của bệnh nhân nhận một
liều hấp thụ lớn nên thiết kế của máy Gamma Knife khác biệt đáng kế so với các
hệ thống xạ trị khác. Các điểm khác biệt gồm:
(1) Khung cố định đầu bệnh nhân
(2) Sử dụng số lượng chùm tia phóng xạ nhiều, chiếu đồng thời vào thương tổn
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


(3) Khoảng cách từ nguồn tới điểm chiếu là 40 cm
(4) Việc tự động định vị lại vị trí xạ phẫu, giúp tối ưu phân bố liều hấp thụ tốt nhất.

1.2. Lịch sử Gamma knife
Đầu tiên, việc thiết kế máy Gamma Knife chỉ đề điều trị thương tổn trong
não bằng tia phóng xạ. Tiền sĩ Bác sĩ. Lar Leksell, phẫu thuật viên ngoại Thần
kinh - người Thụy Điển là người đặt nền tảng cho kỹ thuật này, đã phát minh máy
xạ phẫu Gamma Knife dựa trên nguyên lý khung stereotactic. Ơ đây, chúng ta cần
hiểu “ Stereotactic” mang ý nghĩa “một sự cố định về không gian 3D”, với một
khung định vị Stereotactic bằng vật rắn, đảm cố định chắc chắn đầu bệnh nhân và
định vị thương tổn bên trong não bằng hệ thống tọa độ 3 D Descarte.

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Năm
1968

Model
S

Hình ảnh

Đặc điểm
- Thế hệ 0
- 179 nguồn
- Viện Karolinska, Thụy Điển

1987

U hay A

- Thế hệ 1
- 201 nguồn
- Sử dụng 2 loại collimator: 8, 14.
- Sheffield, Buenos Aires

1988

B

- Thệ hệ 2
- 201 nguồn
- Sử dụng 4 loại collimator: 4, 8, 14, 18
- Bệnh viện Karolinska, Thụy Điển

1999

- Thế hệ 3

C

- 201 nguồn
- Lắp đầu tiên ở Trung tâm Y khoa
Pittsburgh, Mỹ, 03/2000
- Vẫn sử dụng 4 loại collimator: 4, 8, 14, 18,
- Định vị bệnh nhân bán tự động.
- Khoảng cách từ nguồn tới isocenter là

2004

40,1cm
- Thế hệ 4

4C

- 201 nguồn
- Lắp đặt đầu tiên ở Đại học Pittsburgh, Mỹ,

2006

Perfexion

01/2005
- Thế hệ 5
- 192 nguồn, được phân bố theo dạng hình
nón
- phần mềm được cải tiến

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


- 3 loại collimator: 4, 8, 16: tích hợp bên
trong đầu máy
- Định vị bệnh nhân tự động bằng giường
điều trị
- Sử dụng công nghệ robốt
- Khoảng cách từ nguồn tới isocenter thay đổi
từ 37,3 tới 43,3 cm
Bảng 1. Tóm tắt các thế hệ Gamma knife

Hỉnh 2. Thiết kế Gamma knife U
Năm 1987, Gamma Knife model B thay thế cho model U, đầu máy 201 nguồn
Co60, được sắp xếp kín trong nửa bán cầu 360 0, mỗi vị trí cách nhau 300. Việc lắp
ráp và thay thế nguồn phóng xạ đơn giản hơn. Model B có Collimator với thiết kế
mới. Với máy Gamma Knife B, liều toàn thân của bệnh nhân bị ảnh hưởng giảm
đáng kể.

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Hình 3. Thiết kế Gamma knife B, C
- Năm 1999, Thế hệ máy Gama Knife thứ 3 model C: 201 nguồn Co60được sắp
xếp như Gamma Knife B, có sự cải tiến về phần mềm lập kế hoạch điều trị, nhiều
thiết bị hỗ trợ cho điều trị, đặc biệt sử dụng công nghệ robot, định vị bệnh nhân
bán tự động, sử dụng hệ thống định vị tọa độ tự động APS khi bàn điều trị di
chuyển ra ngoài 28 cm cho vị trí tọa độ cần chiếu, với độ chính xác dưới 1mm. Hệ
thống tự động này giúp tiết kiệm thời gian cho nhân viên điều trị, khi đi vào và ra
phòng điều trị. Hệ thống APS giới hạn khoảng dịch chuyển theo các hướng, chỉ
bên trong Helmet nên không gian của khung định vị cũng bị giới hạn. Cải thiện
phần mềm lập kế hoạch tính tốn phân bố liều cho thương tổn trong não

Hình 4. HELMET VÀ CÁC COLLIMATOR
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Hình 5. APS VÀ TRUNNION
- Năm 2004: Thế hệ máy Gamma Knife thứ 4 (model 4C): phần mềm lập kế

hoạch được cải thiện, khả năng liên kết hay phân chia dữ liệu các dạng hình ảnh,,
khả năng tích hợp hình ảnh PET, các thơng tin điều trị có thể được ghi ra CDROM

Hình 6. Thiết kế Gamma knife 4C

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


- Năm 2006: Thế hệ máy Gamma Knife thứ 5 (model Perfexion),

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Hình 7. Gamma knife Perfexion
Perfexion là thế hệ máy Gamma knife mới nhất, được giới thiệu năm 2006.
Perfexion có một sự thay đổi lớn về thiết kế, các thiết lập về hệ thống lập kế hoạch
và phân bố liều lương phóng khác hẳn các thế hệ máy Gamma knife thế hệ cũ C,
B, U. Những máy Perfexion đầu tiên được lắp đặp ở Marseille - Pháp, London –
Anh, Fremont ,Califonia - Mỹ.
Perfexion là một kế mới trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. Thiết kế mới
Gamma knife có 192 nguồn Co 60 thay 201 nguồn trước đó. Khơng gian cho phép
điều trị rông hơn, bênh nhân điều trị thoải mái hơn (vì bàn dị chuyển đầu bênh
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE

nhân đến tọa độ điều tri, khác với các thế hệ máy trước. Khung định vị đầu di
chuyển đầu bênh nhân đến tọa độ điều tri), nên thời gian điều trị nhanh hơn.
Sự khác biệt với các thế hệ máy truớc
- Khơng có helmet bên ngồi máy Gamma knife nên không phải thay đổi helmet.
- Việc điều trị xảy ra bên trong một khối đặc bằng vật liệu stungten, được thiết kế
gồm 192 kênh collimator.
- Những nguồn không được gắn ở một vị trí cố định như helmet đặt ngồi của các
thế hệ Gamma knife trước. Chúng được gắn trên 8 sector có thể dịch chuyển được.
Mỗi sector chứa 24 nguồn, tổng cộng 192 nguồn. 8 sector quay quanh đầu bệnh
nhân.

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Bảng 2.

Technical Specifications of Different Leksell Gamma Knife Units

Comparing parameter

Leksell Gamma
Knife
PERFEXION

Leksell Gamma
Knife
4C

Leksell Gamma
Knife
B

Accuracy
Radiological accuracy

< 0.25 mm

< 0.50 mm

< 0.50 mm

Positioning accuracy

< 0.20 mm

< 0.30 mm

< 0.50 mm

Positioning repeatability

< 0.05 mm

< 0.20 mm

< 0.25 mm

Radiation safety
Room shielding required around
back wall, 180 degrees

0 cm
10 cm
10 cm
Standard concrete Standard concrete Standard concrete

Room shielding required around front < 50 cm
< 50 cm
< 50 cm
wall, 180 degrees
Standard concrete Standard concrete Standard concrete
Body dose to patient lower than other 10-100 times lower 2-20 times lower
devices

2-20 times lower

Treatment planning
Mechanical treatment range X/Y/Z

160/180/220 mm

100/120/165 mm

100/120/150 mm

Shape of accessible volume

Cylindrical

Spherical

Spherical

Effective target dose rate

> 3.0 Gy/min

> 3.0 Gy/min

> 3.0 Gy/min

Composite shot

Yes

No

No

Dynamic shaping

Yes

No

No

Workflow
Typical treatment time

20 min

50 min

80 min

Approximate patient set up time

2 min

10 min

10 min

Stereotactic coordinates set up time

3-5 s

30-40 s

7-10 min

Collimator size set up time

<3s

7-10 min

7-10 min

Collimator blocking set up time

<3s

10-20 min

10-20 min

Composite collimator set up time

<3s

N.A.

N.A.

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


Bảng 3. Thống kê số lượng Gamma Knife (2005)

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Gamma Knife Centre, Cromwell Hospital, History of Gamma Knife Surgery,
(2008), London.
[2] Lawrence S. Chin, Wlliam F. Regine, Principles and Practice of Stereotactic
Radiosugery (2009), Springer, Germany

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XẠ PHẪU
LEKSELL GAMMA KNIFE