đánh giá suất liều hấp thụ từ nguồn xạ trị trong sử dụng đồng vị phóng xạ bằng chương trình mcnp5

i MC LC DANH MC CC K HIU, VIT TT v DANH MC CC Đ TH, HNH V vii M ĐU 1 CHƯƠNG 1. AN TON BC X TRONG Y T 2 1.1. Khái niệm về phóng xạ 2 1.1.1. Định nghĩa 2 1.1.2. Độ phóng xạ 2 1.1.3. Đơn vị 2 1.1.4. Nồng độ phóng xạ 2 1.2. Liều hấp thụ 3 1.2.1. Định nghĩa 3 1.2.2. Đơn vị 3 1.2.3. Tính chất 4 1.2.4. Suất liều hấp thụ 4 1.3. Liều chiếu 4 1.3.1. Định nghĩa 4 1.3.2. Đơn vị 4 1.3.3. Suất liều chiếu 5 1.3.4. Mối liên hệ giữa liều chiếu và liều hấp thụ trong không khí 6 1.4. Mối liên hệ giữa suất liều chiếu và cường độ bức xạ 6 1.5. Liều hiệu dụng 8 1.5.1. Trọng số phóng xạ 8 ii 1.5.2. Liều hấp thụ trung bình trong cơ quan hoặc tổ chức 9 1.5.3. Liều tương đương 10 1.5.4. Liều hiệu dụng 11 1.5.5. Liều tương đương tích lũy của mô hoặc cơ quan 12 1.5.6. Liều hiệu dụng tích lũy 13 1.5.7. Liều tương đương tập thể 13 1.5.8. Liều hiệu dụng tập thể 13 1.5.9. Kerma 13 1.5.10. Các đại lượng liên quan khác dùng trong kiểm soát phóng xạ cá nhân và phóng xạ môi trưng 14 1.6. Những yếu tố nh hưng trong điều tr chiếu trong bng ngun h 15 1.6.1. Xạ trị chiếu trong 15 1.6.2. Bn chất của tia phóng xạ 15 1.6.3. Năng lượng của bức xạ 15 1.6.4. S hấp thụ chuyển hóa và thi thuốc phóng xạ trong cơ thể 16 1.6.5. Đặc điểm của tế bào tổ chức của ngưi bệnh 16 1.6.6. Các đồng vị phóng xạ nguồn h dng cho điều trị chiếu trong 17 1.7. Cc phương thức điều tr chiếu trong bng đng v phng xạ ngun h 18 1.7.1. Điều trị chuyển hóa 18 1.7.2. Điều trị bệnh máu bng đồng vị phóng xạ da trên cơ s tính nhạy cm phóng xạ của tế bào bệnh cao hơn tế bào lành. 19 1.7.3. Điều trị bệnh da trên cơ s ái tính của một số tế bào tổ chức bệnh vi đồng vị phóng xạ cao hơn tế bào lành 19 1.7.4. Da trên đặc điểm tăng sinh mạch máu  tổ chức ung thư 20 iii 1.7.5. Đưa các đồng vị phóng xạ dạng keo, hạt vào các khoang cơ thể 20 1.7.6. Điều trị bng k thuật min dịch phóng xạ RIT (Radio Immuno Therapy) 20 1.7.7. Phương thức đặt nguồn cố định 21 1.8. Cch thức đưa liều vào bệnh nhân 21 1.8.1. Liệu pháp thông thưng 21 1.8.2. Máy xạ trị áp sát suất liều cao 22 1.9. Liều tn đng 24 1.9.1. Liều tồn đọng 24 1.9.2. Liều tồn đọng trong cơ thể 24 1.9.3. Thông số trao đổi chất của một số đồng vị 29 1.10. Ưu nhược điểm của xạ tr trong 32 1.10.1. Ưu điểm 32 1.10.2. Nhược điểm 32 CHƯƠNG 2. CH Ư ƠNG TRNH MCNP5 36 2.1. Dữ liệu hạt nhân và phn ứng của MCNP 35 2.1.1. Các thư viện dữ liệu được sử dụng 35 2.1.2. Các bng số liệu 35 2.2. Cấu trúc của MCNP 36 2.3. Thực thi MCNP5 37 2.3.1. Các bưc thc hiện bài toán mô phng 37 2.3.2. Giao diện MCNP5 39 2.3.3. Các loại tally đánh giá 39 CHƯƠNG 3. ĐNH GI PHÂN BỐ SUẤT LIỀU TỪ NGUN X TR TRONG SỬ DNG CHƯƠNG TRNH MCNP5 41 iv 3.1. Mô hnh bài ton 41 3.1.1. Phantom 41 3.1.2. Nguồn sử dụng 42 3.1.3. Tính toán suất liều hấp thụ trong MCNP5 43 3.2. Kết qu và tho luận 46 3.2.1. Mức liều gii hạn cho phép 46 3.2.2. Nguồn dạng hình cầu 46 3.2.3. Nguồn dạng hình trụ 48 PH LC 55 v DANH MC CC K HIU, VIT TT C(t) Hoạt độ phóng xạ ch D Liều chiếu ht D Liều hấp thụ DET Detector I Cưng độ bức xạ LLI Lower Large Intestine P Suất liều chiếu ht P Suất liều hấp thụ PTN Phng thí nghiệm RBE Relative biological effectiveness T Thi gian bán thi sinh học ULI Upper Large Intestine SI Small Intestine γ Hệ số truyền năng lượng  Hệ số suy gim tuyến tính  Khối lượng riêng RIT Radio Immuno Therapy vi DANH MC CC BNG Bng 1.1. Mối liên hệ giữa các đơn vị của nồng độ phóng xạ 3 Bng 1.2. Mối liên hệ giữa liều chiếu và liều hấp thụ trong một số chất 6 Bng 1.3. Trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP-1990) 9 Bng 1.4. Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT 11 Bng 1.5. Liều cc đại cho php vi một số cơ quan trong cơ thể 12 Bng 1.6. Kí hiệu một số hng số các cơ quan 25 Bng 1.7. Hng số một số cơ quan tiêu hoá 26 Bng 1.8. Hệ số hấp thu của ruột non đối vi một số đồng vị 27 Bng 1.9. Thể tích (cm 3 ) một số bộ phận trong cơ thể ngưi theo tuổi 30 Bng 1.10. Khối lượng một số cơ quan trong cơ thể ngưi trưng thành 32 Bng 2.1. Các loại tally 41 Bng 2.2. Các đại lượng tương ứng của tally 41 Bng 3.1. Các mức năng lượng gamma của tecneti 99m Tc 44 Bng 3.2. Các mức năng lượng gamma của Xenon 133 Xe 44 Bng 3.3. Giá trị liều gii hạn của các cơ quan 47 Bng 3.4. Giá trị liều tích lũy trong 4h từ nguồn hình cầu tại các cơ quan (Gy) 48 Bng 3.5. Giá trị liều tích lũy của các cơ quan bị nh hưng vi nguồn xạ dạng cầu (Gy) 49 Bng 3.6. Giá trị liều tích lũy trong 4h từ nguồn hình trụ tại các cơ quan (Gy) 50 Bng 3.7. So sánh giá trị liều tích lũy tại các cơ quan bị nh hưng vi nguồn dạng trụ (Gy) 51 vii DANH MC CC Đ TH, HNH V Hnh 1.1. Máy suất liều cao 23 Hnh 2.1. Giao diện Visual Editor 40 Hnh 3.1. Phantom ngưi theo MIRD-5 được v bng MCNP5 42 Hnh 3.2. Sơ đồ mức năng lượng phát beta của nguồn xạ trị 43 Hnh 3.3. Mô hình các cell phổi và cơ quan xung quanh v bng MCNP5 46 Hnh 3.4. Phân bố liều tích lũy trong cơ quan đối vi nguồn xạ dạng hình cầu 49 Hnh 3.5. Phân bố liều tích lũy trong cơ quan đối vi nguồn xạ dạng hình trụ 51 Hnh 3.6. Khoanh vng liều nh hưng lên mô và vng lân cận 51 Hnh 3.7. Phân bố liều 3D đối vi nguồn hình trụ (a) và hình cầu (b) 52 1 M ĐU Ngày nay, công nghệ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng trong y học, công nghiệp và nhà máy điện hạt nhân. Trong đó, ứng dụng hạt nhân vào y học đ đạt được nhiều thành tu quan trọng. Đối vi y học, trưc đây để chữa các căn bệnh ung thư là không đơn gin. Từ khi áp dụng công nghệ hạt nhân vào y học thì có thể chữa trị cho các bệnh nhân ung thư vi t lệ thành công tương đối. Bên cạnh các thành tu khoa học do áp dụng các đồng vị phóng xạ trong xạ trị, nh hưng của bức xạ ion hoá lên các mô hay cơ quan lành là điều quan tâm. Để góp phần đánh giá nh hưng của bức xạ lên cơ quan trong cơ thể trong quá trình điều trị, tác gi xây dng bài toán đánh giá phân bố suất liều từ nguồn đồng vị phóng xạ trong điều trị xạ trị trong lên cơ quan xung quanh, đánh giá kh năng nh hưng đến cơ quan lành, đến nhân viên điều trị, đến ngưi nuôi bệnh,… Thêm vào đó, chng ta cần phi nghiên cứu thật k nh hưng của phương pháp điều trị xạ trị lên ngưi bệnh trưc khi áp dụng chính thức lên cơ thể con ngưi. Điều này nhm để hạn chế tối đa các rủi ro trong quá trình điều trị. Gii pháp cho những vấn đề nêu trên cũng chính là mục đích của khoá luận này. Trong khoá luận này tác gi tập trung nghiên cứu đánh giá phân bố suất liều từ nguồn đồng vị 99m Tc và 133 Xe sử dụng trong quá trình xạ trị lên các cơ quan lân cận trong cơ thể, đánh giá mức độ an toàn cho ngưi bệnh cng vi nhân viên y tế chăm sóc và ngưi nuôi bệnh. Nội dung khoá luận này gồm có ba chương: - Chương 1: An toàn bức xạ trong y tế. - Chương 2: Chương trình mô phng MCNP5. - Chương 3: Đánh giá phân bố suất liều từ nguồn xạ trị trong bng mô phng MCNP5. 2 CHƯƠNG 1. AN TON BC X TRONG Y T 1.1. Khi niệm về phng xạ 1.1.1. Đnh nghĩa Phóng xạ là quá trình một hạt nhân nguyên tử thay đổi trạng thái hoặc thay đổi bậc số nguyên tử hoặc số khối của hạt nhân. Khi chỉ có s thay đổi trạng thái xy ra, hạt nhân s phát tia gamma mà không biến thành hạt nhân khác, khi bậc số nguyên tử thay đổi s biến hạt nhân này thành hạt nhân của nguyên tử khác; khi chỉ có số khối thay đổi, hạt nhân này s biến thành đồng vị khác của nó. 1.1.2. Độ phng xạ Độ phóng xạ của nguồn phóng xạ là số hạt nhân của nguồn bị phân rã trong một đơn vị thi gian, hay nói cách khác, là tốc độ phân rã hạt nhân của nguồn. dN C(t) dt  (1.1)  đây dN là số hạt nhân bị biến đổi trong khong thi gian dt, C(t) là độ phóng xạ của nguồn tại thi điểm t. 1.1.3. Đơn v Đơn vị của độ phóng xạ là phân r trên giây (pr/s) hoặc Bq, đơn vị thưng dng ngoại hệ là Curi (Ci). 10 1Ci 3,7.10 Bq 1.1.4. Nng độ phng xạ Nồng độ phóng xạ là độ phóng xạ được tính trên đơn vị thể tích. Đơn vị của nồng độ phóng xạ trong chất khí và chất lng là Ci/l và emano vi: 1 emano = 10 -10 Ci/l= 220 pr/min.l [...]... vật chất 1.2.4 Suất liều hấp thụ Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ tính trong một đơn vị thời gian Pht  D ht t (1.3) trong đó, D ht là liều hấp thụ trong khoảng thời gian t Đơn vị của nó là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian, khi đó liều hấp thụ sẽ được tính thông qua công thức: t Dht   Pht dt (1.4) 0 1.3 Liều chiếu 1.3.1 Định nghĩa Liều chiếu của tia... nhân phóng xạ mới, cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học, hóa dược phóng xạ nhiều dược chất phóng xạ mới ra đời với phạm vi ứng dụng và hiệu quả của nó ngày càng được phát huy Cho đến nay hầu như tất cả các đồng vị phóng xạ nguồn hở trong y học hạt nhân nói chung và cho điều trị chiếu xạ trong nói riêng là các đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị phóng xạ dùng cho điều trị chiếu trong. ..Nồng độ của đồng vị phóng xạ trong chất lỏng hoặc chất khí thường được đặc trưng bởi nồng độ phóng xạ của nó (Ci/l) Trong vật rắn nồng độ của đồng vị phóng xạ thường được biểu diễn bởi độ phóng xạ trên đơn vị khối lượng (độ phóng xạ riêng) Độ phóng xạ riêng được xác định theo các đơn vị Ci/g, kCi/g, hoặc Bq/g và nó còn được gọi là hàm lượng của đồng vị phóng xạ trong vật rắn Bảng 1.1... với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng Wr của bức xạ Liều tương đương được tính bằng đơn vị là rem 1rem = 1rad.Wr HT,r = Wr DT,r Suất liều tương đương: PT,r = dHT,r dt Trong đó: DT,r là liều hấp thụ trong bình của bức xạ r trong mô hoặc cơ quan T Wr là hệ số trọng số phóng xạ đối với bức xạ r Nếu bức xạ gồm nhiều loại bức xạ với những giá trị khác nhau có trọng số phóng xạ Wr thì liều tương đương được... độ phóng xạ Cx (mCi) sẽ tương ứng với một đương lượng gamma bằng mgđlRa Do đó để xác định đương lượng gamma theo mgđlRa của một hạt nhân phóng xạ bất kì X có độ phóng xạ Cx chúng ta phải nhân giá trị của độ phóng xạ này với tỉ số giữa hằng số gamma của hạt nhân phóng xạ X đã cho với hằng số gamma của Ra Mối quan hệ giữa suất liều hấp thụ bất kì với suất liều hấp thụ trong không khí: Sử dụng. .. được Đây là loại máy được sử dụng rộng rãi tại nhiều bệnh viện và trung tâm ung thư trên thế giới do hiệu quả điều trị và tính năng ưu việt của nó Xạ trị áp sát là sử dụng nguồn phóng xạ đặt trong khối u để phát xạ Như vậy khối u sẽ nhận liều tia xạ cao nhất và liều sẽ giảm nhanh ra tổ chức lành chung quanh 22 Hình 1.1 Máy suất liều cao Nguồn phóng xạ sử dụng là các nguồn mềm có thể uốn nắn được... bán rã, hiệu quả điều trị của một đồng vị phóng xạ còn tùy thuộc vào sự chuyển hóa của nó trong cơ thể Điều này được quy định bởi đường vào - sự hấp thụ - chuyển hóa và thải trừ đồng vị phóng xạ đó ra khỏi các cơ quan hoặc ra ngoài cơ thể Sự đào thải đồng vị phóng xạ ra khỏi cơ quan hoặc cơ thể là khác nhau tùy theo dạng hợp chất hoặc đồng vị phóng xạ sử dụng Có những chất đào thải nhanh... ngành này 1.8.2 Máy xạ trị áp sát suất liều cao Hình 1.1 trình bày ví dụ về máy xạ trị áp sát suất liều cao Loại máy này dùng để điều trị các khối u và khu vực ung thư nằm sâu trong cơ thể.Loại máy này có nhiều mô thức điều trị linh động: Xạ trị tiền phẫu thuật sau đó đặt ống nguồn và xạ trị ngay sau khi mổ lấy bướu, xạ trị bảo tồn (không phải cắt bỏ) điều trị sẹo lồi, điều trị ung thư tiền... 1.9.1 Liều tồn đọng Liều tồn đọng là liều mà sau quá trình chính của xạ trị liều được hấp thụ qua đường tiêu hoá Hệ tiêu hoá của cơ thể gồm chủ yếu vào 4 bộ phận chính trong cơ thể là dạ dày (ST) ruột non (SI) và ruột già (LI) Chất phóng xạ trong hệ tiêu hoá của cơ thể di chuyển từ trên xuống dưới bị hấp thụ vào các mô cơ khác nhau của hệ nên chịu sự hấp thụ và đào thải liều khác nhau trong cơ... cao trong điều trị với liều phóng xạ vừa đủ nhằm tránh các tác dụng phụ không cần thiết cho cơ thể, người ta đã nghiên cứu lựa chọn các loại dược chất phóng xạ thích hợp ở dạng sử dụng hợp lý và đưa vào cơ thể bệnh nhân bằng con đường đơn giản, an toàn với mục đích đạt được tập trung thuốc phóng xạ cao nhất ở tổ chức bệnh lý Ta có thể phân loại điều trị chiếu trong bằng đồng vị phóng xạ nguồn . phần đánh giá nh hưng của bức xạ lên cơ quan trong cơ thể trong quá trình điều trị, tác gi xây dng bài toán đánh giá phân bố suất liều từ nguồn đồng vị phóng xạ trong điều trị xạ trị trong. ba chương: - Chương 1: An toàn bức xạ trong y tế. - Chương 2: Chương trình mô phng MCNP5. - Chương 3: Đánh giá phân bố suất liều từ nguồn xạ trị trong bng mô phng MCNP5. 2 CHƯƠNG. tác gi tập trung nghiên cứu đánh giá phân bố suất liều từ nguồn đồng vị 99m Tc và 133 Xe sử dụng trong quá trình xạ trị lên các cơ quan lân cận trong cơ thể, đánh giá mức độ an toàn cho ngưi