ỨNG DỤNG PHANTOM ĐỂ TÍNH LIỀU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TRẦN THỊ ANH ĐÀO ỨNG DỤNG PHANTOM ĐỂ TÍNH LIỀU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN Thành phố Hồ Chí Minh – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TRẦN THỊ ANH ĐÀO ỨNG DỤNG PHANTOM ĐỂ TÍNH LIỀU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN & NLC Mã số: 60.44.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐÔNG SƠN Thành phố Hồ Chí Minh - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập thực luận văn, tơi nhận hướng dẫn tận tình, chu đáo thầy cô giáo Khoa Vật lý–Trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh động viên giúp đỡ gia đình bạn bè Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến Sĩ Nguyễn Đông Sơn, phân viện Y Sinh thành phố, giảng viên môn Y Học Hạt Nhân người trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian nghiên cứu vừa qua Tôi xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, thầy hội đồng xét duyệt đề cương luận văn – người đưa lời khuyên bổ ích cho tơi q trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn cô chú, anh chị bạn lớp Vật lý hạt nhân khoá 19 giúp đỡ, hỗ trợ tơi q trình học tập nghiên cứu Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln bên tơi, tin tưởng cổ vũ cho suốt thời gian qua MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 0T T MỤC LỤC 0T T DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 0T T CHƯƠNG – MỞ ĐẦU 0T 0T 1.1 NGUYÊN TẮC CỦA VIỆC ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT 0T NHÂN [1,2] T 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN 0T [1,2] T 1.3 TÌNH HÌNH ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHĨNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN TẠI VIỆT 0T NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 0T 1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 0T 0T CHƯƠNG - CƠ SỞ CỦA PHÉP ĐO VÀ TÍNH LIỀU TRONG ĐIỀU TRỊ BẰNG 0T ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 0T 2.1 MƠ HÌNH TÍNH LIỀU CHIẾU TRONG THEO MIRD 0T T 2.1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10 T 0T 2.1.2 PHƯƠNG PHÁP MIRD CƠ BẢN 13 T T 2.1.3 PHANTOM MIRD 19 T 0T 2.1.4 XÁC ĐỊNH TỈ LỆ HẤP THỤ VÀ TỈ LỆ HẤP THỤ RIÊNG [67] 21 T T 2.1.4.1.Phương pháp tính tốn Monte Carlo [65] 22 T T 2.1.4.2.Phương pháp sử dụng hệ số tích lũy lượng hấp thụ 25 T T 2.1.4.3.Các kĩ thuật tính xấp xỉ 26 T 0T 2.4.1.4.Sự ngoại suy tỉ lệ hấp thụ riêng 26 T T 2.2 PHƯƠNG PHÁP, KỸ THUẬT TÍNH LIỀU TRONG YHHN Ở MỨC VOXEL [84] 28 0T T 2.2.1 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ TÍCH LUỸ Ở MỨC VOXEL HIỆN NAY T 30 2.2.2 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LIỀU HIỆN NAY Ở MỨC VOXEL 30 T T CHƯƠNG - SỰ PHÁT TRIỂN CỦA PHANTOM TRONG TÍNH LIỀU 34 0T T T 3.1 PHANTOM VẬT LÝ 34 0T 0T 3.2 PHANTOM MÁY TÍNH 35 0T 0T 3.2.1 PHANTOM HÌNH HỌC 36 T 0T 3.2.1.1 PHANTOM DO REDDY, CALLAHAN VÀ BROWNELL PHÁT TRIỂN [3,4] 37 T T 3.2.1.2 PHANTOM MIRD – 37 T 0T 3.2.1.3 GIA ĐÌNH PHANTOM HÌNH HỌC 38 T T 3.2.1.4 PHANTOM HÌNH HỌC GSF ADAM EVA 40 T T 3.2.1.5 KẾT LUẬN 41 T 0T 3.2.2 PHANTOM VOXEL 41 T 0T 3.2.2.1 PHANTOM VOXEL GSF [5,14,13,47,10,11,6] 41 T T 3.2.2.2 PHANTOM VOXEL VIPMAN 46 T T 3.2.2.3 PHANTOM VOXEL FAX06 VÀ MAX06 50 T T 3.2.2.4 PHANTOM THAM KHẢO ICRP 56 T T 3.2.2.5 PHANTOM MÁY TÍNH NHẬT BẢN 61 T T 3.2.2.6 PHANTOM MÁY TÍNH VOXEL HÀN QUỐC 67 T T 3.2.2.7 PHANTOM MÁY TÍNH VOXEL TRUNG QUỐC 73 T T CHƯƠNG - SO SÁNH CẤU TRÚC VÀ TỶ LỆ HẤP THỤ RIÊNG CỦA PHANTOM 0T VOXEL ICRP 110 VÀ PHANTOM TRONG PHẦN MỀM OLINDA 82 T 4.1 SO SÁNH CẤU TRÚC PHANTOM VOXEL THAM KHẢO ICRP 110 VÀ PHANTOM TRONG 0T PHẦN MỀM OLINDA 83 0T 4.1.1 PHANTOM VOXEL THAM KHẢO ICRP 110 [83] 83 T T 4.1.2 PHANTOM HÌNH HỌC TRONG PHẦN MỀM OLINDA [82] 84 T T 4.1.3 SO SÁNH CẤU TRÚC PHANTOM VOXEL THAM KHẢO ICRP 110 VÀ PHANTOM T OLINDA 85 T 4.2 SO SÁNH CÁC HỆ SỐ SAF CỦA PHANTOM VOXEL THAM KHẢO ICRP 110 VÀ PHANTOM 0T OLINDA 88 T 4.3 KẾT LUẬN 94 0T 0T KẾT LUẬN 95 0T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 0T 0T DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT B CÁC KÍ HIỆU A Hoạt độ phóng xạ A% Hoạt độ tích luỹ D Liều hấp thụ D& Suất liều τ Thời gian lưu trú ∆ Năng lượng trung bình đơn vị hoạt độ tích luỹ ϕ Tỉ lệ hấp thụ φ Tỉ lệ hấp thụ riêng B Hệ số tích luỹ lượng E Năng lượng f Tỉ lệ hoạt độ phóng xạ hấp thụ S Giá tị S CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3D – Dimensions AFs Absord Fators CT Computed Tomography DCPX Dược Chất Phóng Xạ ĐVPX Đồng Vị Phóng Xạ GSF German ReSearch Center For Environment and Health IAEA International Atomic Energy Agency ICRP International Commission on Radiological Protection LET Linear Energy Transfer MIRD Medical International Radiation Dose MR Magnetic Resonance MRI Magnetic Resonance Image YHHN Y Học Hạt Nhân CHƯƠNG – MỞ ĐẦU 1.1 NGUYÊN TẮC CỦA VIỆC ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN [1,2] Y học hạt nhân (YHHN) chuyên khoa đặc biệt sử dụng chất phóng xạ có u cầu an tồn cao, khơng gây đau cơng nghệ tiên tiến để xây dựng hình ảnh thể để chẩn đoán để điều trị bệnh Trên sở dựa vào tác động vật lý sinh lý tia phóng xạ hấp thụ vào tổ chức sinh học, ứng dụng quan trọng YHHN điều trị xạ ion hố Gồm: - Điều trị chiếu ngồi (teletherapy): sử dụng tia X, tia gamma cứng máy gia tốc để diệt tế bào ung thư - Xạ trị áp sát (brachtherapy): nguồn phóng xạ áp lên da đưa vào sát vị trí cần điều trị qua hệ thống ống dẫn: nguồn đặt hốc (intracavitary) gần khối u kẽ (interstitial) khối u lại vĩnh viễn khối u lấy sau - Điều trị đồng vị phóng xạ (radionuclide therapy): chất phóng xạ đưa trực tiếp vào phận, quan để trị liệu Kỹ thuật điều trị dược chất phóng xạ (DCPX) hay đồng vị phóng xạ (ĐVPX) dựa nguyên tắc chất phóng xạ gắn vào phân tử có khả hấp thụ mạnh mô cần điều trị (bia) đưa vào đường máu hay uống, sau thời gian chất mô bia hấp thụ tiết dần Cơ sở việc điều trị ĐVPX hiệu ứng sinh vật học xạ thể sống Các tổ chức sinh học thể bị chiếu xạ, tia phóng xạ gây tượng ion hố thơng qua chế tác động trực tiếp hay gián tiếp Quá trình dẫn đến tác động lý – hoá gây tổn thương nguyên tử, phân tử, tế bào, quan toàn thể mức độ khác tuỳ thuộc liều chiếu, lượng tia, độ rộng diện tích thể bị chiếu, độ nhạy cảm phóng xạ tế bào quan bị chiếu yếu tố bên bên khác Hậu tế bào tổ chức quan bị tổn thương hay chết 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN [1,2] Sự đời phát triển YHHN gắn liền với thành tựu tiến khoa học nhiều lĩnh vực, đặc biệt Vật lý hạt nhân (VLHN) , kỹ thuật điện tử, tin học hố dược phóng xạ Điểm qua mốc lịch sử ta thấy: - Năm 1896, Becquerel phát minh tượng phóng xạ qua việc phát xạ từ quặng Uran Tiếp theo phát minh lĩnh vực Vật lý hạt nhân ông bà Marie Pierre Curie nhiều nhà khoa học khác - Một cột mốc quan trong kỹ thuật đánh dấu phóng xạ năm 1931, George Hevesy thực nghiệm hoá học dùng ĐVPX để theo dõi phản ứng Từ có ngun lý Hevesy: “sự chuyển hố đồng vị nguyên tố tổ chức sinh học giống nhau” - Năm 1934 đánh giá mốc lịch sử VLHN YHHN Năm hai nhà bác học Irena Frederick Curie thực nghiệm dùng hạt α bắn phá vào hạt nhân nguyên tử nhôm, lần tạo ĐVPX nhân tạo P 30 hạt neutron Nhờ phát hạt neutron có nhiều tiến xây dựng máy giá tốc, phương tiện có ý nghĩa to lớn việc điều trị ung thư sản xuất đồng vị phóng xạ ngắn ngày - Năm 1941 lần Hamilton dùng I 131 để điều trị bệnh tuyến giáp, mở đầu cho việc sư dụng rộng rãi ĐVPX nhân tạo vào điều trị bệnh - Đầu tiên YHHN có hợp chất vô để sử dụng Sự tiến kỹ thuật sinh hoá, hoá dược làm xuất nhiều khả gắn ĐVPX vào hợp chất hữu phức tạp, kể kỹ thuật sinh tổng hợp (Biosynthesis) Ngày nay, có nhiều hợp chất hữu với ĐVPX mong muốn để ghi hình đeiều trị kể enzyme, kháng nguyên, kháng thể phức tạp… 1.3 TÌNH HÌNH ĐIỀU TRỊ BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Bức xạ gamma tia X ứng dụng vào ngành Y tế nước ta từ lâu hình thành ngành quang tuyến học thành lập Viện Radium Hà Nội Các nguồn đồng vị phóng xạ hở đưa vào sử dụng nước ta từ năm 1970 với sở Hà Nội Sài Gịn cũ Từ đến chun ngành YHHN phát triển nhanh, nước ta có 20 sở YHHN quy mô khác Tuy chưa trang bị đầy đủ họ góp phần chẩn đốn điều trị cho hàng chục ngàn bệnh nhân năm Hiện có 10 sở nước dùng nguồn phóng xạ hở hàng chục sở khác dùng nguồn phóng xạ kín điều trị Chúng ta có Hội chun khoa YHHN kết hợp với hội chuẩn đốn hình ảnh Y học Đặc điểm tình hình điều trị đồng vị phóng xạ Việt Nam [2]: Có vai trị hoạt động tốt số bệnh viện lớn Có đội ngũ cán chuyên môn chưa nhiều Trang bị chưa đồng cịn nghèo Dược chất phóng xạ cịn phải nhập chủ yếu Kiểm chuẩn, sữa chữa, sản xuất trang thiết bị yếu Trên giới, mức độ phát triển YHHN nước tuỳ vào trang bị ghi đo phóng xạ, khả cung cấp DCPX cán chuyên môn Đặc biệt ngày việc phát triển điều trị ung thư không sử dụng xạ ion hố Tuy nhiên trình độ phát triển chun ngành YHHN nước khác nhau: mức độ cao nước tiên tiến, mức độ trung bình nước phát triển, mức độ thấp chưa sử dụng nguồn phóng xạ hở nước nghèo khó khăn Tuy tình hình thay đổi nhanh chóng theo phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật nước 1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Một bước quan trọng q trình điều trị ĐVPX tính phân bố liều thể bệnh nhân Việc đo đạc mức độ tập trung chất phóng xạ vùng thể cần thiết cho việc tính liều hấp thụ cách xác ước lượng hiệu điều trị đánh giá biến chứng gặp cho mơ lành Tuy nhiên công tác đặt không khó khăn thách thức cho nhà khoa học đội ngũ y bác sĩ thực tế, việc đo đạc liều phóng xạ trực tiếp detector (đầu dị phóng xạ) thể người khơng khả thi, việc ước tính liều cho quan thường dựa vào mơ hình thể người vật lý hay máy tính (physical or computational anthropomorphic models), gọi chung Phantom Vật lý Phantom máy tính Từ năm 1960, phantom đại diện cho thể người ứng dụng nghiên cứu xạ ion hoá phát triển rộng rãi cộng đồng khoa học xạ, đặc biệt phantom máy tính khơng chứa đặc điểm bên ngồi mà cịn bao gồm chi tiết giải phẫu quan nội tạng thể Những phantom kết hợp với phương pháp Monte Carlo để mô tương tác xạ phức tạp, lượng tích tụ thể bệnh nhân thực ước tính liều cho quan nội tạng điều kiện chiếu xạ khác Tuy nhiên nay, việc định liều cho bệnh nhân điều trị đồng vị phóng xạ dựa phantom cách xác, khoa học có tính hệ thống phát triển việc áp dụng phương pháp khoa học vào ứng dụng lâm sàng sở điều trị Y học hạt nhân giới hạn chế Đặc biệt Việt Nam việc xây dựng ứng dụng phantom vào điều trị đồng vị phóng xạ cịn mẻ, mục đích thực luận văn tìm hiểu q trình phát triển xây dựng mơ hình thể người – phantom – cộng đồng nghiên cứu khoa học, với tinh thần học hỏi để xây dựng mơ hình đại diện đơn giản áp dụng vào tính liều số trường hợp bệnh cụ thể Tuy nhiên nhiều hạn chế thời gian điều số trường hợp cụ thể liệu SAF thực phantom voxel tham khảo ICRP 110 mã Monte Carlo MCNPX [ICRP 110] với liệu SAF tương ứng thực mã OLINDA/EXM [82,83] Dưới so sánh trình bày dạng đồ thị, tất gồm 12 đồ thị cho hai giới với thứ tự nguồn bia sau : gan → ngực, gan → phổi, phổi → ngực, phổi → phổi, tuyến giáp → ngực, tuyến giáp → phổi Hình 4.2 SAF (gan → ngực) cho phantom hình học nữ trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.3 SAF (gan → ngực) cho phantom hình học nam trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.4 SAF (phổi → ngực) cho phantom hình học nữ trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.5 SAF (phổi → ngực) cho phantom hình học nam trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.6 SAF (phổi → phổi) cho phantom hình học nữ trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.7 SAF (phổi → phổi) cho phantom hình học nam trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.8 SAF (tuyến giáp → ngực) cho phantom hình học nữ trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.9 SAF (tuyến giáp → ngực) cho phantom hình học nam trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.10 SAF (tuyến giáp → phổi) cho phantom hình học nữ trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Hình 4.11 SAF (tuyến giáp → phổi) cho phantom hình học nam trưởng thành OLINDA phantom voxel nữ tham khảo ICRP 110 Các đồ thị hình từ 4.2 đến 4.11 cho thấy thống hệ số SAF phantom trưởng thành OLINDA ICRP 110 ít, biến thiên hệ số có tương đồng, thể hình dáng đường biễu diễn Ở hình 4.2, 4.3, 4.8 4.9 trường hợp từ gan → ngực tuyến giáp → ngực , mức lượng từ 0.05 MeV trở hệ số SAF tính hai mẫu phantom có chênh lệch lớn, từ 50 – 80% Ở hình 4.4, 4.5 nguồn phổi bia ngực đặc biệt trường hợp tự chiếu xạ phổi → phổi (4.6, 4.7), đồ thị thể có thống tương đối hệ số SAF phantom OLINDA ICRP 110 hai giới, khoảng lượng từ 0.05 MeV đến 4MeV phần trăm chênh lệch khoảng – 15% Tương tự quan sát hình 4.6 4.7, giá trị SAF có sai khác đáng kể mức lượng thấp từ – 0.05MeV từ 30 – 62.5% , nhiên 0.05MeV trở số liệu lại có thống cao hơn… Ngun nhân khác biệt tính tốn tỷ lệ hấp thụ riêng phantom trưởng thành OLINDA ICRP 110 bắt nguồn từ khác khối lượng quan nội tạng khoảng cách chúng mơ hình phantom Thật vào công thức, phương pháp xác định hệ số SAF trình bày chương với mức lượng chiếu từ quan nguồn đến quan bia, khác thông tin khối lượng quan bia mô hình xếp nội tạng phantom nên kết hệ số thu khơng có thống Đối với phantom hình học trưởng thành OLINDA xuất phát từ chuỗi phantom hình học Cristy – Eckerman xây dựng từ năm 1987, đơn giản hoá biểu diễn mô quan nội tạng dạng hình học đơn giản, hạn chế kỹ thuật quét xử lý hình ảnh, nhớ tốc độ xử lý máy tính ảnh hưởng lớn đến khả mô tả giải phẫu thể người thực tế, hệ dẫn đến sai lệch xác định khối lượng quan khoảng cách tương đối chúng so với số liệu SAF phantom voxel ICRP 110 xây dựng dựa hình ảnh y tế người thật 4.3 KẾT LUẬN Nhiều sở phịng thí nghiệm khắp nơi giới tiếp tục thực nghiên cứu xây dựng, phát triển hệ phantom mới, đại diện cho thể người thực tế ứng dụng chẩn đốn điều trị đồng vị phóng xạ thực nghiên cứu xác định tỷ lệ hấp thụ riêng SAF tính tốn liều cách hệ thống Trong chương này, luận văn chọn lựa thực so sánh riêng rẽ phantom hình học trưởng thành OLINDA phantom voxel tham khảo trưởng thành ICRP 110 mặt cấu trúc, phân tích ưu điểm, hạn chế loại phantom ảnh hưởng chúng lên tính tốn tỷ lệ hấp thụ riêng SAF số trường hợp Những điểm khác biệt, ưu hay chí khuyết điểm đại diện hệ phantom tái tiến trình hợp tác phát triển đồng thời nghiên cứu ước tính liều xạ khoa học kỹ thuật, hết đóng góp to lớn nhà khoa học KẾT LUẬN Y học hạt nhân đóng vai trị quan trọng việc chăm sóc sức khoẻ cộng đồng chẩn đoán điều trị Trong lĩnh vực điều trị, từ lâu phương pháp chủ yếu để điều trị số loại bệnh tuyến giáp số bệnh khác đa hồng cầu nguyên phát, giảm đau ung thư di vào xương…Hiện với tốc độ ung thư giới tăng lên nhanh chóng, phương pháp điều trị đồng vị phóng xạ tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển để điều trị nhiều loại bệnh ung thư Vấn đề chủ yếu việc điều trị đồng vị phóng xạ để xác định xác lượng dược chất phóng xạ đưa vào thể bệnh nhân Y học hạt nhân Việt Nam nằm xu hướng phát triển trên, nhiên điều kiện kinh tế kỹ thuật cịn nhiều khó khăn nên việc nghiên cứu ứng dụng thành tựu giới thiết lập phát triển phương pháp điều trị cịn hạn chế Với thơng tin tìm hiểu, thu thập với kết rút trình nghiên cứu thực luận văn, mong mỏi nghiên cứu đóng góp phần nhỏ vào tiến trình phát triển ngành Y học hạt nhân nước Trong phần mở đầu chương 1, luận văn giới thiệu nguyên tắc điều trị đồng vị phóng xạ sử dụng Y học hạt nhân, tập trung vào sở sinh học, tác dụng xạ lên tế bào sống kỹ thuật đưa dược chất phóng xạ vào thể bệnh nhân Ở nội dung luận văn trình bày tóm lược lịch sử tình hình phát triển ngành YHHN giới nói chung YHHN Việt Nam nói riêng, qua cung cấp cho người quan tâm đến ngành YHHN nước nhìn tồn cảnh tiến trình hình thành, phát triển trạng ngành YHHN nước, hình dung chênh lệch kỹ thuật trang bị cho điều trị quốc gia phát triển – trung bình – phát triển, từ thấy rõ mặt hạn chế cần nhận quan tâm củng cố ngành YHHN nước nhà Ngoài ra, chương luận văn xác định mục tiêu nhiệm vụ thực đề tài, tầm quan trọng công tác xác định liều điều trị hướng nghiên cứu ước tính liều hấp thụ sử dụng phantom – mơ hình đại diện giải phẫu thể người Chương thứ hai luận văn tập trung trình bày sở phép đo tính liều điều trị đồng vị phóng xạ, cụ thể nội dung sau: giới thiệu phương pháp tính liều chiếu theo MIRD bao gồm khái niệm bản, phương pháp MIRD phantom hình học sử dụng phương pháp tính liều này; trình bày phương pháp xác định tỷ lệ hấp thụ riêng SAF – hệ số cần thiết để thực ước tính liều; cuối tìm hiểu phương pháp, sở tính liều mức voxel (thể tích nguyên tố) đa ứng dụng rộng rãi cộng đồng nghiên cứu xạ nhiều năm trở lại Phần cuối luận văn gồm hai chương 4, phần nội dung cốt lõi tồn luận văn Chương trình bày hiểu biết thu thập suốt thời gian thực luận văn trình xây dựng phát triển mơ hình vật lý máy tính đại diện cho thể người sử dụng chẩn đoán điều trị YHHN; liệt kê mô tả công đoạn xây dựng, kết thu đặc điểm hệ phantom tiêu biểu, đánh dấu cho nỗ lực nghiên cứu nhà khoa học tồn giới phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật mơ tính liều xạ Ở nội dung chương 4, luận văn tiến hành chọn lựa so sánh hai loại phantom – phantom hình học trưởng thành gói phần mềm OLINDA phantom voxel tham khảo trưởng thành ICRP 110 – đại diện cho hai hệ phantom khác nhau, phân tích khác biệt cấu trúc giải phẫu, ưu điểm số hạn chế loại phantom ảnh hưởng chúng đến kết tính tỷ lệ hấp thụ riêng số trường hợp, qua thể tiến khoa học thực vấn đề cần trọng xem xét cải tiến xây dựng phát triển hệ phantom Tuy nhiên, đề cập nội dung chương 4, với hạn chế khó tránh khỏi gặp phải trình thực nghiên cứu nên số nội dung luận văn dừng lại mức độ tìm hiểu, thu thập thơng tin, định hướng tổng quan Những khảo sát chi tiết mục tiêu ban đầu nghiên cứu xây dựng phantom voxel ứng dụng tính liều xạ số trường hợp bệnh chưa thể thực Để có hiểu biết đầy đủ khả thực nghiên cứu sâu xây dựng phát triển phantom tính liều YHHN, đề tài cần phát triển theo hướng sau: - Khảo sát, thu thập thông tin liên quan đến đặc điểm số thể người Việt Nam trung bình, xây dựng liệu sở chứa hình ảnh y tế người Việt Nam trưởng thành Nghiên cứu kỹ lưỡng thơng tin giải phẫu học, có hỗ trợ bác sĩ tham khảo atlat giải phẫu thể người - Tìm hiểu sử dụng chương trình phần mềm máy tính hỗ trợ xây dựng phantom máy tính Tiến hành xây dựng phantom máy tính dựa liệu hình ảnh thu thập - Khảo sát chương trình tính liều sử dụng ICRP, phương pháp MIRD so sánh với kết OLINDA Lựa chọn chương trình tính liều phù hợp có khả tương thích cao với phantom máy tính xây dựng - Khảo sát thực tính liều phantom xây dựng cho số trường hợp phận riêng lẻ thể So sánh kết với liệu công bố cá nhân tổ chức nghiên cứu khác ICRP, OLINDA, MIRD… Tuy khó tránh khỏi thiếu sót tin với kết này, luận văn tài liệu hữu ích cho người muốn làm Vật lý quan tâm đến YHHN làm lĩnh vực YHHN muốn góp phần vào phát triển chung ngành YHHN Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Sĩ An (1999), Tình Hình Y Học Hạt Nhân Của Các Nước Trong Vùng Và Chiến Lược Phát Triển Của Chúng Ta, Nxb Y Học, Hà Nội [2] Phan Sĩ An, Phan Văn Duyệt, Trần Đình Hà, Mai Trọng Khoa (1999), Tổng Kết 20 Năm Điều Trị Bệnh Cường Giáp Bằng Iốt Phóng Xạ I131 Tại Khoa Y Học Hạt Nhân Bệnh Viện Bạch P P Mai, Hà Nội, Nxb Y Học, Hà Nội [3] Phan Sĩ An (2000), Bài giảng y học hạt nhân, Nxb Y Học, Hà Nội Tiếng Anh [1] Ackerman, M.J Accessing the visible human project D-lib Magazine: The Magazine of the Digital Library Forum,1975 [2] Anderson, S.W et al An instrumented phantom system for analog computation of treatment plans, Am J Roentgenol, 87, 185, 1962 [3] Berger, M.J Mird Pamphlet No 2: Energy Deposition in Water by Photons from Point Isotropic Sources (New York: Society of Nuclear Medicine), 1968 [4] Berger, M.J Mird Pamphlet No 2: Energy Deposition in Water by Photons from Point Isotropic Sources (New York: Society of Nuclear Medicine), 1971 [5] Caon, M., Bibbo, G., and Pattison, J An EGS4-ready tomographic computational model of a 14-year-old female torso for calculating organ doses from CT examinations, Phys Med Biol., 44, 2213, 1999 [6] Coffey, J.L A revised mathematical model of the heart for use in radiation absorbed dose calculation, MS Thesis University of Tennessee, (Knoxville, TN), 1978 [7] Coffey, J.L and Watson, E.E S-values for selected radionuclides and organs with the heart wall and heart contents as source organs In Third International Radiopharmaceutical Dosimetry Symposium (Rockville, MD: U.S Department of Health and Human Services), 1981 [8] Cristy, M and Eckerman, K.F Specific absorbed fractions of energy at various ages from internal photon sources, ORNL/TM-8381 (Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory), 1987 [9] Cristy, M Mathematical phantoms representing children of various ages for use in estimates of internal dose, ORNL/NUREG/TM-367 (Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory), 1980 [10] Cristy, M Representative breast size of reference female, Health Phys., 43, 930, 1982 [11] Computerized Imaging Reference Systems (CIRS), http://www.cirsinc.com U T T U [12] Dawson, T.W., Caputa, K., and Stuchly, M.A A comparison of 60 Hz uniform magnetic and electric induction in the human body, Physics in Medicine and Biology, 42, 2319, 1997 [13] Dimbylow, P.J FDTD calculations of the whole-body averaged SAR in an anatomically realistic voxel model of the human body from MHz to GHz, Physics in Medicine and Biology, 42, 479, 1997 [14] Dimbylow, P.J The development of realistic voxel phantoms for electromagnetic fi eld dosimetry, Workshop on Voxel Phantom Development, Chilton, U.K., 1996 [15] Dimbylow, P Resonance behaviour of whole-body averaged specific energy absorption rate (SAR) in the female voxel model, NAOMI, Physics in Medicine and Biology, 50, 4053, 2005 [16] Fisher, H.L.J and Snyder, W.S.Variation of dose delivered by 137Cs as a function of body size from infancy to adulthood, ORNL-4007, Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory, p 221, 1966 [17] Fish, H.L.J and Snyder, W.S Distribution of dose in the body from a source of gamma rays distributed uniformly in an organ, ORNL-4168, Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory, p 245, 1967 [18] George Sgouros , Dosimetry Of Internal Emitters, J Nucl Med, 2005 [19] Griffi th,R.V.et al Tissue equivalent torso phantom for intercalibration of in vivo transuranic nuclide counting facilities, in Advances in Radiation Protection Monitoring, STI/PUB/494 Proceedings of the IAEA Conference, IAEA-SM-229/56, Vienna: IAEA, 1978 [21] IAEA, Manual On Therapeutic Use Of Iodine – 131, Practical Radiation Safety Manual, IAEA In Australia, 1996 [22] IAEA Compilation of anatomical, physiological and metabolic characteristics for a reference Asian man, IAEA-TECDOC-1005, IAEA, Vienna, 1998 [23] ICRP Basic Anatomical and Physiological Data for Use in Radiological Protection: Reference Values, ICRP Publication 89, Pergamon Press, Oxford, 2003 [24] ICRP Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Publication 26, Oxford: Pergamon, 1977 [25] ICRP Report on the Task Group on Reference Man, ICRP Publication 23 (Oxford: International Commission on Radiological Protection), 1975 [26] ICRP Publication 89, Pergamon Press, Oxford, 2003 [27] ICRP The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP publication 103, Ann ICRP, 37, 1, 2007 [28] ICRU Photon, electron, proton and neutron interaction data for body tissues, Report 46, International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, MD, 1992 [29] International Commission on Radiation Units and Measurements Photon, Electron, Proton and Neutron Interaction Data for Body Tissues, Bethesda, MD: International Commission on Radiation Unit and Measurement, 1992 [30] Jones, A.K et al Tomographic physical phantom of the newborn child with realtime dosimetry I Methods and techniques for construction, Med Phys, 33, 3274, 2006 [31] Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 46, 374, 2006 [32] Kim, J.I et al Physical phantom of typical Korean male for radiation protection purpose, Radiat Prot Dosim, 118, 131, 2006 [33]Kim, Y.J et al Studies on the Reference Korean and estimation of radiation exposure dose Physical standard and estimation of inter-external radiation exposure dose, Journal of Korean ,2004 [34] Kramer, G.H., Burns, L., and Noel, L The BRMD BOMAB phantom family, Health Phys, 61, 895, 1991 [35] Kramer, R and Drexler, G Representative breast size of reference female, Health Phys., 40, 913, 1981 [36] Kramer, R et al MAX06 and FAX06: Update of two adult human phantoms for radiation protection dosimetry, Phys Med Biol., 51, 3331, 2006 [37] Kramer, R., Williams, G., and Drexler, G Reply to M Cristy, Health Phys., 43, 932, 1982 [38] Li, Z.H Science and technology issues of digital virtual human body in China—Summary of Xiangshan Science Conference No.174, China Basic Science, 35, 2002 [39] Mason, P.A et al Recent advancements in dosimetry measurements and modeling, in Radio Frequency Radiation Dosimetry, Klauenberg, B.J and Miklavcic, D., eds., Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2000, pp 141–155 [40] McKinney, G.W Voxelized Model for MCNP, personal communication, 1999 [41] Micheal Stabin (2008), Fundamental Of Nuclear Medicine Dosimetry, Springer Science + Business Media, LLC [42] National Library of Medicine (NLM) U.S Board of Regents Electronic imaging: Report of the Board of Regents, NIH Publication 90-2197, NLM, Bethesda, MD, 1990 [43] Nagaoka, T and Watanabe, S Postured voxel-based human models for electromagnetic dosimetry, Physics and Medicine in Biology, 53, 7047, 2008 [44] Nagaoka, T and Watanabe, S Development and application of human voxel models in Japan, 17th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility, Suntec City, Singapore, 59, 2006 [45] Nagaoka, T et al An anatomically realistic whole-body pregnant-woman model and specific absorption rates for pregnant-woman exposure to electromagnetic plane waves from 10 MHz to GHz, Physics in Medicine and Biology, 52, 6731, 2007 [46] Nagaoka, T et al Development of realistic high-resolution whole-body voxel models of Japanese adult males and females of average height and weight, and application of models to radio-frequency electromagnetic-fi eld dosimetry, Physics in Medicine and Biology, 49, 1, 2004 [47] Petoussi-Henss, N et al The GSF family of voxel phantoms, Phys Med Biol., 47, 89, 2002 [48] Poston, J.W et al A revised model for the calculation of absorbed energy in the gastrointestinal tract, Health Phys, 71, 307, 1996 [49] Pretterklieber, M.L Pocket Atlas of Body CT Anatomy, 2nd edn., edited by W.W Richard and M.B Gotway, New York: Lippincott, Williams & Wilkins, 2002, 144 pp ISBN 0-7817-3663-3; 29.55, European Journal of Radiology, 48, 327, 2003 [50] Pretorius, P.H et al Evaluation of right and left ventricular volume and ejection fraction using a mathematical cardiac torso phantom, J Nucl Med, 38, 1528, 1997 [51] Sato, K et al Development of a Japanese adult female voxel phantom, Journal of Nuclear Science and Technology, (accepted) [52] Sato, K et al Japanese adult male voxel phantom constructed on the basis of CT images, Radiation Protection Dosimetry, 123, 337, 2007 [53] Saito, K et al Construction of a computed tomographic phantom for a Japanese male adult and dose calculation system, Radiation and Environmental Biophysics, 40, 69, 2001 [54] Saito, K et al Construction of a voxel phantom based on CT data for a Japanese female adult and its use for calculation of organ doses from external electrons, Japanese Journal of Health and Physics, 43, 122, 2008 [55] Sederberg, T.W and Parry, S.R Free-form deformation of solid geometric models, ACM Computer Graphics (SIGGRAPH’86 Conference Proceedings), 20, 151, 1986 [56] Sjogreen, K The Zubal Phantom Data, Voxel-Based Anthropomorphic Phantoms, http://noodle.med.yale.edu/phantom, 1998 [57] Snyder, W.S., Ford, M.R., and Warner, G.G Estimates of specifi c absorbed fractions for photon sources uniformly distributed in various organs of a heterogeneous phantom, MIRD Pamphlet No 5, revised, Society of Nuclear Medicine, New York, 1978 [58] Stabin, M et al ICRP-89 based adult and pediatric phantom series, J Nucl Med Meet Abst, 49, 14, 2008 [59] Staton, R.J et al A tomographic physical phantom of the newborn child with real-time dosimetry II Scaling factors for calculation of mean organ dose in pediatric radiography, Med Phys, 33, 3283, 2006 [60] The AAPM/RSNA Physics Tutorial For Residents (2000), Internal Radiation Dosimetry: Principle And Aplications, Radiation Internal Dose Information Center, Oak Ridge Institute For Science And Education, 140 Evan Rd, Oak Ridge, Tn 37381-0117 [61] The AAPM/RSNA Physics Tutorial For Residents (2000), Radiation Interactions And Internal Dosimetry In Nuclear Medicine, The Department Of Radiology, St Luke’s Medical Center, 2900 W Oklahoma Ave, Milkwaukee, Wi 53149 [62] The Phantom Library, http://www.phantomlab.com/rando.html U 0T T U [63] Tinniswood, A.D., Furse, C.M., and Gandhi, O.P Power deposition in the head and neck of an anatomically based human body model for plane wave exposures, Physics in Medicine and Biology, 43, 2361, 1998 [64] Tresser, M.A and Hintenlang, D.E Construction of a newborn dosimetry phantom for measurement of effective dose, Health Phys, 76, S190, 1999 [65] US Cancer Statitics Working Group (2004), Us Cancer Statitics Working Group 2004 Incident And Mortality [66] VTK http://www.vtk.org U T 0T U [67] Walter S Snyder, Mary R Ford, and Gordon G Warner (1978), mm/mird pamphlet no 5, revised, Society of Nuclear Medicine, New York [68] Walter S Snyder, Mary R Ford, and Gordon G Warner (1978), mm/mird pamphlet no 17, revised, Society of Nuclear Medicine, New York [69] Wang, J.X et al Data of Anatomical Physiological and Metabolic Characteristics for Chinese Reference Man, Atomic Energy Press, Beijing, 1998 [70] Xu, X.G., Chao, T.C., and Bozkurt, A VIP-MAN: An image-based whole-body adult male model constructed from color photographs of the Visible Human Project for multi-particle Monte Carlo calculations, Health Phys., 78, 476, 2000 [71] Yuan, L et al Selecting specimen for digitized virtual Chinese human, Chinese Journal of Clinical Anatomy, 20, 334, 2002 [72] Zankl, M and Wittmann, A The adult male voxel model “Golem” segmented from whole body CT patient data, Radiat Environ Biophys., 40, 153, 2001 [73] Zankl, M et al The construction of computer tomographic phantoms and their application in radiology and radiation protection, Radiat Environ Biophys., 27, 153, 1988 [74] Zhang, B.Q et al CNMAN: A Chinese adult male voxel phantom constructed from color photographs of a visible anatomical data set, Radiation Protection Dosimetry, 124, 130, 2007 [75] Zhang, S.X et al The Chinese Visible Human (CVH) datasets incorporate technical and imaging advances on earlier digital humans, Journal of Anatomy, 204, 165, 2004 [76] Zhang, S.X et al Number one of Chinese digitized visible human completed, Acta Academiae Medicinae Militaris Tertiae, 24, 1231, 2002 [77] Zubal, I.G et al Computerized three-dimensional segmented human anatomy, Med Phys, 21, 299, 1994 [78] Zubal, I.G et al High resolution, MRI-based, segmented, computerized head phantom, in The Zubal Phantom Data, Voxel-Based Anthropomorphic Phantoms, http://noodle.med.yale.edu/phantom, 2001 [79] Zeng, Z et al Dose assessment for space radiation using a proton differential dose spectrum, [80] Zubal, I.G et al Computerized three-dimensional segmented human anatomy, Med Phys., 21, 299, 1994 [81] commons.wikimedia.org/ U T [82] www.doseinfo-radar.com U T [83] [84] 0T U 0T U www.icrp.org/publication.asp?id=ICRP%20Publication%20110 U T www iopscience.iop.org/ U T [85] T U 0T U www.tu-ilmenau.de/fakia/9470+M54099f70862.0.html U T T U [86] www.ornl.gov/ornlhome/science_technology.shtml U T T U ... ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TRẦN THỊ ANH ĐÀO ỨNG DỤNG PHANTOM ĐỂ TÍNH LIỀU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN & NLC Mã số: 60.44.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN... XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN [1,2] Y học hạt nhân (YHHN) chuyên khoa đặc biệt sử dụng chất phóng xạ có u cầu an tồn cao, khơng g? ?y đau cơng nghệ tiên tiến để x? ?y dựng hình ảnh thể để chẩn đoán để. .. phát triển chủ y? ??u ? ?y ban Liều Bức Xạ Chiếu Trong Y Học hội Y Học Hạt Nhân Mỹ (Medical Internal Radiation Dose Commitee), gọi tắt MIRD Việc đánh giá liều chiếu trong YHHN thường sử dụng kĩ thuật,