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

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 [...]... s cho quá trình mô ph ng cho 201 ngu n Chương 4: Mô ph ng MCNP5 cho thi t b x ph u Leksell Gamma Knife ñ i v i 201 ngu n và các k t qu tính toán ñ i v i mô hình ñ u Zubal 14 CHƯƠNG 1 T NG QUAN V THI T B LEKSELL GAMMA KNIFE 1.1 Gi i thi u v Leksell Gamma Knife Leksell Gamma Knife (LGK) là thi t b ph u thu t b ng b c x gamma t p trung, ñ nh v ba chi u Nó cho phép xác ñ nh chính xác và ñi u tr các kh... thi t b x ph u Leksell Gamma Knife b ng chương trình MCNP5” ñã m ra m t hư ng nghiên c u m i trong vi c ng d ng chương trình MCNP5 trong k thu t tính li u ñ i v i thi t b x ph u Leksell Gamma Knife Quá trình nghiên c u b t ñ u t vi c tìm hi u t ng quan c u t o và nguyên t c ho t ñ ng c a thi t b x ph u Leksell Gamma Knife Gi i thi u v các ki n th c liên quan ñ n k thu t x tr trong ñó có chương trình... tác c a b c x v i môi trư ng v t ch t, các ñ nh nghĩa v li u chi u, kích thư c trư ng chi u, hư ng chi u và li u h p th Chương 3: Gi i thi u phương pháp Monte Carlo Mô ph ng MCNP5 cho thi t b x ph u Leksell Gamma Knife ñ i v i ngu n ñơn kênh Trong chương này, c u hình ngu n ñơn kênh ñư c mô ph ng và xu t ra k t qu phân b li u, làm cơ s cho quá trình mô ph ng cho 201 ngu n Chương 4: Mô ph ng MCNP5 cho... các d d ng m ch máu và các b nh ch c năng c a não, nên Gamma Knife ngày càng ñư c s d ng nhi u hơn Năm 1996, Chương trình Gamma Plan ñư c h p nh t v i chương trình x lý nh MRI và CT Năm 2000, Gamma Knife model C ñư c gi i thi u có b sung h th ng ñ nh v APS Ð n năm 2001 trên th gi i có 147 Trung tâm Gamma Knife và ñ n năm 2004 s Trung tâm Gamma Knife tăng lên là 232 (bao g m: Trung Qu c 92, Nh t 36,... input trong chương trình MCNP Sau ñó v n d ng phương pháp này ñ mô ph ng quá trình tính li u cho thi t b x ph u Leksell Gamma Knife Vì th i gian th c hi n ñ tài có h n nên chúng tôi ch mô ph ng quá trình tính li u và phân b li u theo ñ sâu cho phantom b ng v t li u nư c và plastic sau ñó chúng tôi mô ph ng ñ i v i phantom ñ u Zubal cho ngu n ñơn kênh và 201 ngu n trong thi t b Leksell Gamma Knife T m... ph u Leksell Gamma Knife ñư c ñưa vào s d ng l n ñ u tiên t i b nh vi n Ch R y vào tháng 11 năm 2006 16 Hình 1.1 bi u di n các thành ph n c a thi t b x ph u LGK nhìn t ngoài vào Hình 1.2 là mô hình c t ngang c a thi t b , qua ñó ta có th th y m t cách chi ti t các thành ph n cũng như c u t o bên trong c a thi t b Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C Hình 1.2 Hình c t ngang c a Leksell Gamma Knife. .. t chương trình mô ph ng ñư c xây d ng ñ tính toán phân b li u và k t qu này ñư c so sánh v i các chương trình mô ph ng c a các tác gi khác nh m ki m nghi m tính ñúng ñ n c a quá trình Chương trình chúng tôi dùng ñ mô ph ng trong lu n văn này là MCNP5, ñó là m t trong nh ng chương trình mô ph ng s d ng phương pháp Monte Carlo, ñư c xem là khá chính xác và hi n ñ i trong vi c tính toán li u ð tài Mô. .. (Computed Tomography) ð u nh ng năm 1980, Gamma Knife ñư c l p ñ t Argentina và Anh Vào năm 1987 thi t b x ph u này l n ñ u tiên ñư c l p ñ t t i B c M Năm 1990, chương trình tính li u Gamma Plan ñư c ñưa vào s d ng ph c v cho m c ñích l p k ho ch x tr T i năm 1993, Gamma Knife càng ñư c s d ng r ng rãi t t c các châu l c Do tính ưu ñi m và vư t tr i c a Gamma Knife so v i các ph u thu t kinh ñi n trong... sau: Chương 1: T ng quan v c u t o, nguyên t c ho t ñ ng và quy trình ch a tr c a thi t b x ph u Gamma Knife Chương này mô t m t cách chi ti t v c u trúc c a thi t b x ph u t vi c phân b góc c a 201 ngu n Cobalt 60 ñ n các ti n trình ñi u tr 13 Chương 2: Các ki n th c liên quan ñ n k thu t x tr Gi i thi u các k thu t tính li u x tr ngoài Các ki n th c này là n n t ng cơ s ñ xây d ng các quá trình mô. .. phóng x như PET, SPECT, CT, Gamma Camera và thi t b ñi u tr b ng b c x ion hóa r t hi n ñ i như máy gia t c tuy n tính và ñ c bi t g n ñây nh t năm 2006 B nh vi n Ch R y TP H Chí Minh ñã ñưa vào máy x ph u Leksell Gamma Knife (LGK), ñây là thi t b tiên ti n nh t hi n nay ñ ch a tr u não Thi t b này s d ng ngu n chi u x ña kênh ñ tiêu di t kh i u Thi t b x ph u Leksell Gamma Knife ñư c gi i 11 thi u vào . 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. 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. 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