Sử dụng MCNP trên PHANTON hình hộp để tính toán thông lượng NEUTRON

Năm 2012 theo thống kê của Quỹ nghiên cứu ung thư thế giới Quốc tế, trên toàn thế giới có khoảng 14.1 triệu trường hợp mắc bệnh ung thư, trong đó khoảng 1.8% số bệnh nhân liên quan đến não. Riêng ở Mĩ, năm 2012 ước tính có khoảng 4200 trường hợp trẻ em dưới 20 tuổi được chẩn đoán với u não nguyên phát. Tại Việt Nam, mỗi năm cả nước có thêm khoảng 150000 ca mắc bệnh mới và 75000 ca tử vong do ung thư. Trong đó, ung thư não và các bệnh lý về não là một bệnh ung thư khá phổ biến ở Việt Nam với tỉ lệ mắc phải tương đối cao, đặc biệt là ở nhóm tuổi 1530 (chiếm khoảng 30%). Phẫu thuật, xạ trị, xạ phẩu và hóa trị liệu là các phương pháp chuẩn điều trị ung thư. Tuy nhiên, xạ trị vẫn chắc chắn là phương pháp quan trọng, hiệu quả và chi phí điều trị hiệu quả cho tất cả các loại khối u ác tính ở thể rắn.Để chữa trị căn bệnh này, ở Nhật Bản, Hatanaka đã bắt đầu các kiểm tra lâm sàng sử dụng kết hợp của phẫu thuật và xạ trị. Phương pháp xạ trị Hatanaka đã sử dụng dựa trên phản ứng bắt neutron của hạt nhân Boron (Boron Neutron Capture Therapy BNCT) để điều trị khoảng 100 bệnh nhân bị các khối u nguyên bào đệm và u thần kinh đệm. Thời gian sống trung bình của những bệnh nhân này kéo dài thêm từ 5 đến 15 năm và có xu hướng tăng lên đối với bệnh nhân mắc khối u ở phần ngoài của não. Phương pháp trị liệu BNCT là một kỹ thuật lý tưởng để diệt các tế bào ung thư một cách có chọn lọc, không gây tổn hại cho các tế bào khỏe mạnh gần đó, dựa trên phản ứng bắt neutron của hạt nhân boron10 để tạo ra các hạt alpha LET cao, các hạt nhân giật lùi lithium7 và tia gamma (Barth và cộng sự, 2006).ỞViệt Nam, cho đến nay vẫn chưa có hệ thống BNCT để nghiên cứu, chữa trị u não bởi một số vấn đề còn khó khăn như: kinh phí, nguồn nhân lực, kinh nghiệm còn thiếu, chưa có những nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này cũng như những nghiên cứu liên quan đến việc tính toán liều trong phản ứng neutronboron xảy ra trong não. Để có thể tiếp nhận chuyển giao công nghệ, làm chủ hệ thống BNCT để chữa trị u não trong tương lai, ngay từ bây giờ cần có các nghiên cứu về BNCT từ cơ bản đến chuyên sâu.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan BNCT 1.1.1 Lịch sử phát triển BNCT 1.1.2 Nguyên lý BNCT 1.2 Điều kiện để BNCT thành công 1.2.1 Tập trung Bo đến tế bào khối u 1.2.2 Nguồn neutron 1.3 Các thành phần liều BNCT 1.3.1 Các khái niệm liều xạ 1.3.2 Các thành phần liều BNCT 11 1.3.2.1 Liều boron 11 1.3.2.2 Liều gamma 13 1.3.2.3 Liều neutron nhanh 13 1.3.2.4 Liều neutron nhiệt 14 1.3.3 Liều trọng số sinh học 15 1.4 Giới thiệu chương trình MCNP 16 1.4.1 Phương pháp Monte Carlo 17 1.4.2 Lịch sử phát triển MCNP 18 1.4.3 Tệp input cho MCNP 19 1.4.4 Tally MCNP 21 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN PHÂN BỐ THƠNG LƯỢNG VÀ LIỀU VỚI MƠ HÌNH PHANTOM NƯỚC BẰNG MCNP 22 2.1 Mơ hình tính tốn 22 2.2 Lập tệp input cho phần mềm MCNP 22 2.3 Hệ số Kerma 25 iii 2.4 Phổ neutron kênh lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 27 2.4.1 Phổ neutron kênh lò Đà Lạt 27 2.4.2 Phổ neutron kênh với c ấu hình 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Phân bố thông lượng neutron phantom nước có khối boron khơng có khối borron 29 3.2 Phân bố liều phantom nước có khối boron khơng có khối khối boron 30 3.2.1 Phân bố liều neutron phantom nước có khơng có khối boron 30 3.2.2 Phân bố liều photon phantom nước có khơng có khối boron 32 3.3 Phân bố thơng lượng liều phantom nước với cấu hình kênh 32 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC A 38 PHỤ LUC B 53 iv MỞ ĐẦU Năm 2012 theo thống kê Quỹ nghiên cứu ung thư giới Quốc tế, tồn giới có khoảng 14.1 triệu trường hợp mắc bệnh ung thư, khoảng 1.8% số bệnh nhân liên quan đến não Riêng Mĩ, năm 2012 ước tính có khoảng 4200 trường hợp trẻ em 20 tuổi chẩn đoán với u não nguyên phát Tại Việt Nam, năm nước có thêm khoảng 150000 ca mắc bệnh 75000 ca tử vong ung thư Trong đó, ung thư não bệnh lý não bệnh ung thư phổ biến Việt Nam với tỉ lệ mắc phải tương đối cao, đặc biệt nhóm tuổi 15-30 (chiếm khoảng 30%) Phẫu thuật, xạ trị, xạ phẩu hóa trị liệu phương pháp chuẩn điều trị ung thư Tuy nhiên, xạ trị chắn phương pháp quan trọng, hiệu chi phí điều trị hiệu cho tất loại khối u ác tính thể rắn Để chữa trị bệnh này, Nhật Bản, Hatanaka bắt đầu kiểm tra lâm sàng sử dụng kết hợp phẫu thuật xạ trị Phương pháp xạ trị Hatanaka sử dụng dựa phản ứng bắt neutron hạt nhân Boron (Boron Neutron Capture Therapy- BNCT) để điều trị khoảng 100 bệnh nhân bị khối u nguyên bào đệm u thần kinh đệm Thời gian sống trung bình bệnh nhân kéo dài thêm từ đến 15 năm có xu hướng tăng lên bệnh nhân mắc khối u phần não Phương pháp trị liệu BNCT kỹ thuật lý tưởng để diệt tế bào ung thư cách có chọn lọc, khơng gây tổn hại cho tế bào khỏe mạnh gần đó, dựa phản ứng bắt neutron hạt nhân boron-10 để tạo hạt alpha LET cao, hạt nhân giật lùi lithium-7 tia gamma (Barth cộng sự, 2006) Ở Việt Nam, chưa có hệ thống BNCT để nghiên cứu, chữa trị u não số vấn đề khó khăn như: kinh phí, nguồn nhân lực, kinh nghiệm thiếu, chưa có nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến việc tính toán liều phản ứng neutron-boron xảy não Để tiếp nhận chuyển giao cơng nghệ, làm chủ hệ thống BNCT để chữa trị u não tương lai, từ cần có nghiên cứu BNCT từ đến chuyên sâu Đây lý tơi chọn đề tài Trong nội dung khóa luận kiến thức BNCT, khảo sát, tính tốn thông lượng liều để thấy ảnh hưởng boron đến liều BNCT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan BNCT 1.1.1 Lịch sử phát triển BNCT Phương pháp điều trị bắt neutron Boron (BNCT) kỹ thuật lý tưởng để tiêu diệt tế bào ung thư cách có chọn lọc mà không gây tổn hại cho tế bào khỏe mạnh gần đó, dựa phản ứng hạt nhân 10 B để bắt neutron tạo hạt alpha (4He) có chuyển đổi lượng tuyến tính (LET) cao, hạt nhân giật lùi Lithium ( 7Li) tia gamma (Barth cộng sự, 2006) BNCT ban đầu đề xuất để điều trị cho bệnh nhân bị u nguyên bào thần kinh đệm (GBM)- loại u não ác tính phổ biến nhất, chiếm 12-15% tất loại u não Mặc dù BNCT báo cáo tương đương hiệu để điều trị GBM, so sánh với liệu pháp tiêu chuẩn khác Cho đến nay, không cho thấy vượt trội đáng kể để thay phương pháp khác nêu Tuy nhiên, BNCT bắt đầu cho thấy khả điều trị loại ung thư nguyên phát di khác u ác tính, ung thư vùng đầu cổ, ung thư gan ung thư tuyến giáp kể từ năm 1980 Tại phòng thí nghiệm Cavendish Đại học Cambridge, Anh quốc, Chadwick phát neutron năm 1932 Ba năm sau, vào năm 1935, Taylor, Burcham Chadwick cho thấy 10 B có khả bắt neutron chậm để giải phóng Li, hạt alpha tia gamma Đó gọi phản ứng bắt neutron 10 B Một năm sau, vào năm 1936, người đề xuất phản ứng sử dụng để điều trị bệnh ung thư Locher (Sweet, 1997) Những nghiên cứu liên quan đến phù hợp phản ứng 10 B với neutron nhiệt báo cáo Kruger, Zahl, Cooper Dunning năm 1940 Năm 1948 Tobias, Weymouth, Wasserman Stapleton báo cáo nghiên cứu ảnh hưởng sinh học gây động vật chiếu xạ neutron nhiệt từ lò phản ứng (L E Farr, J S Robertson E Stickley, 1954) Mặc dù BNCT đề cập từ năm 1936 đến năm 1951 thử nghiệm lâm sàng để điều trị khối u não sử dụng chùm neutron nhiệt bắt đầu Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (MGH) phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven (BNL) New York Một nhóm bệnh nhân bị u thần kinh đệm điều trị lò phản ứng Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT) phần lớn không thành công Nguyên nhân khơng thành cơng bao gồm chọn lọc hợp chất boron mô thấp, thâm nhập chùm neutron thiếu kiểm soát phù não Vì vậy, thử nghiệm lâm sàng nghiên cứu điều trị BNCT bị dừng lại vào năm 1961 Sau thất bại thử nghiệm lâm sàng, có quan tâm BNCT phát triển hợp chất boron đánh dấu Na 2B12H11SH (BSH) năm 1960 Soloway Hatanaka (Roberts, 1998) Năm 1968 phương pháp điều trị BNCT cải tiến Hatanaka Nhật Bản đưa vào thử nghiệm lâm sàng Trong đó, sử dụng CT MRI, để xác định kích thước độ sâu khối u với độ xác cao hơn, việc chữa trị u não tương đối thành công (Nakagawa Hatanaka, 1996) Từ 1969 đến 1993, Hatanaka bắt đầu kiểm tra lâm sàng sử dụng kết hợp phẫu thuật BNCT để điều trị khoảng 100 bệnh nhân, đa số bệnh nhân GBM Hơn 100 bệnh nhân bị u thần kinh đệm điều trị với BNCT có thời gian sống trung bình cải thiện đáng kể, thời gian sống bệnh nhân kéo dài thêm từ đến 15 năm có xu hướng tăng lên bệnh nhân mắc khối u phần não (Tuổi thọ trung bình bệnh nhân mắc loại u điều trị thông thường năm) Những kết đáng khích lệ làm sống lại quan tâm giới BNCT bất chấp lời trích nhiều bác sĩ lâm sàng dựa thất bại Mĩ (Roberts, 1998) Từ 1994-1999 thử nghiệm lâm sàng để điều trị số bệnh nhân GBM sử dụng p-dihydroxyborylphenylalanine 10 C9H12 BNO4 (BPA) với hai xạ neutron thực BNL, MIT Mĩ số quốc gia khác như: Hà Lan, Phần Lan,… 1.1.2 Nguyên lý BNCT Liệu pháp điều trị BNCT phương pháp lý tưởng để diệt tế bào ung thư cách có chọn lọc mà không gây tổn hại đến tế bào khỏe mạnh gần Nó phương pháp xạ trị trị liệu có mục đích, sử dụng 10 B gắn với loại thuốc tìm khối u thích hợp (đồng vị bền - 10B sử dụng có tiết diện bắt neutron nhiệt cao ( = 3837 barn), có nghĩa có khả để dễ dàng bắt neutron chậm) (Walker, 1998) Trước tiên, loại thuốc mang 10B tiêm vào máu Sau đó, khối u tích tụ thuốc qua hệ thống vận chuyển máu Sau đó, khối u chiếu xạ neutron nhiệt (E ≈ 0.025eV)) nguồn neutron nhiệt (1eV