Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân

Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân Kỹ thuật tính liều chiếu trong y học hạt nhân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHAN HỒNG NHIÊN KỸ THUẬT TÍNH LIỀU CHIẾU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tp Hồ Chí Minh, năm 2014 LỜI CẢM ƠN Xin cho tơi bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô môn Vật Lý Hạt Nhân trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên thành phố Hồ Chí Minh Chính đam mê, lòng say mê khoa học tận tâm giảng dạy Thầy Cơ truyền cho tơi lòng khát khao học tập Cho tơi bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình bạn bè - ln giúp đỡ tơi vượt qua tất khó khăn sống để hồn thành khố học Xin kính gửi Thầy Nguyễn Đơng Sơn với lòng biết ơn sâu sắc… Cảm ơn Thầy tận tình hướng dẫn tơi suốt trình thực luận văn cảm ơn động viên Thầy giúp tiếp tục cơng việc DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các kí hiệu A: Hoạt độ phóng xạ AS : Hoạt độ tích lũy vùng nguồn A(t): Hàm hoạt độ theo thời gian Am: Hoạt độ cực đại vùng nguồn Be: Hệ số tích lũy lượng C: mật độ nhân phóng xạ mơ D: Liều hấp thụ DFs: Hệ số chuyển đổi liều E: Năng lượng ET : Liều hiệu dụng f : tỉ lệ hoạt độ hấp thụ Ft : Độ tập trung thời điểm t H T : Liều tương đương k: Hằng số tỉ lệ mT: Khối lượng quan bia N: Số hạt nhân phân rã quan nguồn S: Giá trị S SAFs,  : Tỉ lệ hấp thụ riêng SEE: Năng lượng hấp thụ hiệu dụng  : Tỉ lệ hấp thụ  : Thời gian lưu trú Te: Thời gian bán huỷ hiệu dụng Tp: Thời gian bán huỷ vật lý Tmax: Thời gian dược chất phóng xạ hấp thụ cực đại Tb: Thời gian bán huỷ vật lý U S : Hoạt độ tích luỹ tính theo Ủy ban Quốc tế Bảo vệ Bức xạ b : Hằng số bán huỷ sinh học  p : Hằng số bán huỷ vật lý e : Hằng số bán huỷ hiệu dụng WR : Trọng số xạ xạ x: khoảng cách từ tính từ nguồn điểm yi: Tần suất phát lượng Ei  : Hệ số suy giảm tuyến tính  en : Hệ số hấp thụ lượng tuyến tính  : Mật độ môi trường Các chữ viết tắt: 3D – ID: Tính liều chiếu chiều 3D-DFT: Liều ba chiều biến đổi Fourier rời rạc 3D-RD: Đo liều sinh học phóng xạ chiều ARG : Tự chụp phóng xạ COMKAT: Cơng cụ phân tích sinh động học mơ hình buồng CT: Chụp cắt lớp DCPX: Dược chất phóng xạ DOSE 3D: Liều chiều Dose FFT : Tính liều cách biến đổi Fourier nhanh DVH: Giản đồ liều theo thể tích ĐVPX: Đồng vị phóng xạ EDE : Liều hiệu dụng tương đương ED : Liều hiệu dụng FDA: Tổ chức Thuốc Thực phẩm Hoa Kỳ ICRP : Ủy ban Quốc tế Bảo vệ Bức xạ MABDOSE: Bản đồ liều MIRD: Uỷ ban Liều xạ Chiếu trong Y học Mỹ MRI: Ảnh cộng hưởng từ OEDIPE: Công cụ đánh giá liều chiếu cho bệnh nhân OLINDA/EXM: Đánh giá Liều chiếu Trong Mức Cơ quan/ Mơ hình Hàm mũ PRDIVA: Chuẩn bị liệu sinh động học dược chất phóng xạ thể tự động PET: Máy chụp hình cắt lớp phát xạ positron RIDIC: Trung tâm Thơng tin Liều chiếu Trong RMDP: Gói tính liều bệnh viện Royal Marsden RTDS: Kế hoạch điều trị hệ thống đánh giá liều chất phóng xạ SEE: Năng lượng hấp thụ hiệu dụng SLAC: Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford SPECT: Máy chụp hình cắt lớp phát xạ đơn photon TLD: Đo liều nhiệt phát quang YHHN: Y học hạt nhân Bảng đối chiếu thuật ngữ Việt - Anh Cơ quan (vùng) bia Target organ (region) Cơ quan (vùng) nguồn Source organ (region) Điều trị nhắm đích nguyên tử Molecular targeted therapy Hệ số tích lũy lượng hấp thụ Energy absorption buidup factor Hoạt độ tích luỹ Cumulated activity Liều tự chiếu Self – dose Phương pháp dùng liều cố định Fix – dose method Phương pháp tính theo rad Deliver rads method Sinh động học Biokinetic Nhược giáp Hypothyroid Bình giáp Euthyroid Cường giáp Hyperthyroid Thời gian lưu trú Residence time Hấp thụ (dcpx) Uptake Tính theo tỉ lệ khối lượng Mass-Scaling Tính tổng nhân liều điểm Convolution point-dose kernels DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình1.1: (a), Phantom nam trưởng thành Cristy-Eckerman; (b) Phantom VIPMan; (c), phantom phụ nữ mang thai tháng (Stabin-Eckerman); (d), phan tom phụ nữ mang thai tháng (Xu Shi) 28 Hình 1.2: (a) phantom BOMAB; (b) phantom Rando; (c) phantom phổi Livermore Lawrence 29 Hình 1.3: Liều phân bố từ electron 0.935MeV thận Đơn vị mGy/MBq.s .32 Hình 2.1: Gia đình phantom Cristy-Eckerman: (a), trẻ sơ sinh; (b), trẻ em tuổi; (c), trẻ em tuổi; (d), trẻ em 10 tuổi; (e) trẻ em 15 tuổi; (f), nam trưởng thành 37 Hình 2.2: Giao diện chương trình OLINDA/EXM 44 Hình 2.3: Giao diện chọn đồng vị phóng xạ .45 Hình 2.4: Giao diện chọn mơ hình tính 45 Hình 2.5: Giao diện tính liều cho mơ hình đầu/ não 46 Hình 2.6: Giao diện sinh động học quan nguồn 47 Hình 2.7: Giao diện mơ hình tiết bàng quang 47 Hình 2.8: Mơ hình hệ thống tiêu hoá 48 Hình 2.9: Giao diện nhập tỉ lệ hấp thụ thời gian bán huỷ 49 Hình 2.10: Giao diện tính thời gian lưu trú 50 Hình 2.11: Giao diện kết tính liều .51 Hình 2.12: Giao diện phân bố nguồn 51 Hình 2.13: Giao diện điều chỉnh khối lượng quan trọng số xạ 52 Hình 2.14: Giao diện kết hệ số chuyển đổi liều .53 Hình 3.1: Khối lượng hoạt độ theo thời gian 74 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Giá trị S với quan bia tuyến giáp (rad/µCi-h) 75 Bảng 3.2: Các thông số khối lượng tuyến giáp, độ tập trung cực đại, thời gian hấp thụ cực đại thời gian lưu trú 79 Bảng 3.3: Thời gian lưu trú số quan (MBq-h/MBq) 82 Bảng 3.4: Giá trị nhỏ nhất, lớn liều tuyệt đối liều tương đối quan 85 Bảng 3.5: Giá trị liều hấp thụ trung bình hoạt độ giới hạn quan…………………………… 86 Bảng 3.6: Liều hấp thụ tuyến giáp bệnh nhân tính theo phương pháp (Gy) 92 Bảng PL.1: Giá trị liều hấp thụ tuyến giáp 115 Bảng PL.2: Giá trị liều hấp thụ tuyến giáp bệnh nhân trường hợp quan nguồn tuyến giáp nhiều quan nguồn kể tuyến giáp theo OLINDA/EXM .116 Bảng PL.3: Giá trị liều hấp thụ tuyến giáp bệnh nhân trường hợp quan nguồn tuyến giáp nhiều quan nguồn kể tuyến giáp theo MIRD .118 Bảng PL.4: Liều photon so với bêta so với tổng liều I-131 tuyến giáp 119 Bảng PL.5: Các giá trị liều hấp thụ tuyến giáp cho số mơ hình chương trình OLINDA (đơn vị mGy/MBq) 121 Bảng PL.6: Bảng giá trị độ tập trung DCPX thời điểm thời gian bán huỷ hiệu dụng 123 MỞ ĐẦU Từ thập niên 1930, với P-32 áp dụng điều trị bệnh máu trắng I-131 điều trị bệnh cho tuyến giáp [2], chất phóng xạ bắt đầu sử dụng rộng rãi điều trị chẩn đoán Ngành y học sử dụng dược chất phóng xạ (DCPX) điều trị chẩn đốn bệnh gọi Y học hạt nhân (YHHN) Hiện giới, ngày có khoảng 40 ngàn ca chẩn đoán YHHN năm tăng lên với tỉ lệ từ 10% đến 15% [8] Mỗi ngày, có hàng ngàn ca điều trị DCPX đạt tỷ lệ thành công cao so với phương pháp điều trị khác [107] Trong đó, I-131 sử dụng nhiều năm để điều trị bệnh tuyến giáp Các DCPX sử dụng để điều trị bệnh như: bệnh khối u thần kinh nội tiết, bệnh ung thư, bệnh non Hodgkins Lymphoma, bệnh tuỷ xương v.v [107] Tại Việt Nam, YHHN được ứng dụng từ năm 1961 [15] Và I-131 sử dụng để điều trị bệnh Basedow bệnh viện Chợ Rẫy từ năm 1964 bệnh viện Bạch Mai từ năm 1978 [8] Hiện nay, gần 500 nghìn bệnh nhân chẩn đốn YHHN năm khoảng 2000 bệnh nhân điều trị bệnh tuyến giáp I-131 [8] Trong điều trị, I-131 sử dụng chủ yếu điều trị thành công cho hàng ngàn bệnh nhân bệnh tuyến giáp[14] Một số DCPX khác sử dụng điều trị bệnh khác như: bệnh hồng cầu nguyên phát, ung thư gan nguyên phát, ung thư phổi.v.v… làm thuốc giảm đau cho bệnh nhân ung thư di xương [4], [8] Mục tiêu việc điều trị chẩn đoán YHHN cung cấp liều xạ đủ để tiêu diệt mô bệnh lý (đối với điều trị) để chẩn đoán bệnh (đối với chẩn đoán) mà tránh hạn chế thấp tác dụng không mong muốn đến mô lành bệnh nhân [7], [11] Song song với việc ứng dụng DCPX điều trị chẩn đoán, việc tính liều chiếu (hay tính liều hấp thụ) phát triển, công trình Marinelli Quimby vào năm 1948 năm 1963 [48] Năm 1968, Ủy ban Liều Bức xạ Chiếu Trong Y học Mỹ MIRD (Medical Internal Radiation Dose Committee) giới thiệu phương pháp tính liều chiếu tổng quát chấp nhận rộng rãi [104] Phương pháp MIRD sử dụng Ủy ban Quốc tế Bảo vệ Bức xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection) [56] Tuy nhiên, việc tính tốn liều theo phương pháp MIRD phức tạp Tính liều chiếu đòi hỏi phải xác định khối lượng tỉ lệ hấp thụ giá trị S quan bia đồng thời xác định lượng phát từ DCPX hoạt độ tích luỹ quan nguồn Tỉ lệ hấp thụ giá trị S tính từ kỹ thuật ban đầu kỹ thuật tính tổng nhân liều điểm (convolution point-kernel) kỹ thuật Monte Carlo vận chuyển xạ môi trường vật chất dựa mơ hình người phantom tốn học phantom voxel Các code vận chuyển Monte Carlo cải thiện tính xác việc tính liều như: code MCNP [28], code EGS [130], code GEANT4 [139], code PEREGRINE [46] code CELLDOSE thử nghiệm [26] Thông dụng code EGS, cho code vàng YHHN [140] Hoạt độ tích luỹ tính cách đo hoạt độ từ thiết bị đo hoạt độ cho biết giá trị hoạt độ vùng nguồn thiết bị xác định phân bố DCPX vùng nguồn sử dụng hàm chương trình tính hoạt độ tích luỹ Bên cạnh đó, nhiều trường đại học bệnh viện phát triển chương trình tính liều dựa phantom toán học với liều phân bố mức độ quan chương trình tính liều dựa phantom voxel bước phát triển với liều phân bố mức độ voxel như: OLINDA/EXM trường Đại học Vanderbilt (Hoa Kỳ); MABDOSE trường Đại học Colorado (Hoa Kỳ) [57]; DOSE- 3D Viện Y tế nghiên cứu Y học Pháp [30]; Dose FFT phát triển Khoa Vật lý Bức xạ Trung tâm Y khoa Anderson (Hoa Kỳ) [41]; 3D – ID Viện Ung thư Sloan-Kettering (Hoa Kỳ) [87]; OEDIPE Viện Bảo vệ Bức xạ An toàn hạt nhân Pháp [29].v.v… Cho đến nay, việc tính liều chưa áp dụng để định liều phóng xạ cấp cho bệnh nhân Trong chẩn đốn, liều hấp thụ tham khảo từ ấn phẩm ICRP 53 (1988) [49], ICRP 80 (1998) [51], ICRP 106 (2008) [56] thông tin hoạt độ cấp cho bệnh nhân kèm theo sản phẩm phân phối Trong ... PHÁP TÍNH LIỀU TRONG Y HỌC HẠT NHÂN Chương trình b y vấn đề: Lịch sử phát triển phương pháp tính liều, công thức đánh giá liều bản, thiết bị đo hoạt độ, kỹ thuật xác định hoạt độ tích luỹ, kỹ thuật. .. pháp tính liều chiếu trong, cơng thức đánh giá liều bản, m y móc đo hoạt độ, kỹ thuật xác định hoạt độ tích luỹ, kỹ thuật tính tỉ lệ hấp thụ, mơ hình sử dụng đánh giá liều chương trình tính liều. .. thiện kết tính liều chiếu ng y xác Liều chiếu phát triển từ liều tính mức độ quan liều mức độ voxel mức độ tế bào, từ liều tính cho mơ hình người chuẩn để tham khảo liều tính cho bệnh nhân Và chương