Mô phỏng ảnh hưởng che chắn của sọ não khi xạ trị bằng dao gamma leksell

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ XUÂN THU MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL CHUÊN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT MÃ NGÀNH: 60 44 17 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Lý Anh Tú Cán chấm nhận xét : TS Huỳnh Quang Linh Cán chấm nhận xét : TS Trần Thị Ngọc Dung Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày 11 tháng năm 2010 HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG 07/2010 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 01 tháng 02 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ XUÂN THU Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 24/4/1982 Nơi sinh: Đồng nai Chuyên ngành: Vật lý Kỹ thuật MSHV: 01206274 1- TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • • Tìm hiểu tổng quan phương pháp xạ phẫu Gamma Knife Tìm hiểu sơ cấu tạo não bệnh lý não đáp ứng tốt với xạ phẫu Gamma Knife • Khảo sát sở vật lý tương tác chùm tia photon truyền qua vật chất • Khảo sát hiệu ứng sinh học xạ • Mô ảnh hưởng che chắn sọ não xạ trị dao gamma leksell chương trình PENELOPE 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01-02-2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02-7-2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lý Anh Tú Nội dung ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập Trường Đại Học Bách Khoa, Ngành Vật Lý Kĩ Thuật, tơi giảng dạy tận tình thầy Chính nơi cung cấp cho kiến thức giúp trưởng thành học tập nghiên cứu khoa học Cho tơi gửi lời biết ơn đến với thầy ñã giảng dạy suốt thời gian học trường Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Huỳnh Quang Linh tạo tiền đề cho tơi thực luận văn Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc ñến Thầy Lý Anh Tú, ñã ñộng viên, cung cấp kiến thức tận tâm hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn Xin ñược phép gửi lời cảm ơn đến thầy hội đồng đọc, nhận xét giúp tơi hồn chỉnh luận văn Cuối xin cảm ơn bè bạn gia đình quan tâm, chia sẻ khó khăn, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp, hồn thành qng đời học viên gian khổ cao ñẹp trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Nguyễn Thị Xuân Thu HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 TÓM TẮT LUẬN VĂN Năm 1951, Giáo sư Lars Leksell, người Thụy Điển, lần ñầu tiên giới thiệu khái niệm “tia hoạt ñộng theo stereotactic” dùng chùm photon lượng cao để phá hủy mơ điểm đích, bảo đảm an tồn cho mơ lành chung quanh Có thể nói Giáo sư Lars Leksell người phát minh nguyên lý hoạt ñộng Dao Gamma Năm 1967, dựa vào phát minh Giáo sư Lars Leksell, Cơng ty Elekta Thụy Điển sản xuất Dao Gamma Năm 1968, sản phẩm thiết bị kỹ thuật thành cơng đưa vào sử dụng lần giới Dao gamma Leksell thiết bị phẫu thuật xạ cách sử dụng 201 chùm photon hẹp hội tụ ñể ñiều trị khối u não Những chùm photon hẹp ñưa thách thức to lớn việc tính tốn, đo lường xác ñịnh phân bố liều lượng hấp thụ chiếu tia xạ tập trung vào tế bào bệnh mà khơng ảnh hưởng đến tế bào lành xung quanh, vậy, mục tiêu luận văn sử dụng chương trình PENELOPE để “ MƠ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL” thông qua việc nghiên cứu liều, phân bố mật độ điện tích , mật độ hạt photon, electron, pozitron sinh ra… lớp da, lớp xương lớp não hộp sọ Ngoài dùng chương trình PENELOPE cịn mơ tương tác photon với hộp sọ với mức lượng photon thay đổi từ 100eV đến 0.99GeV để từ so sánh, nhận xét ñược mức lượng ñể biết ñược mức lượng gây nguy hiểm cho não khơng gây nguy hiểm cho não đồng thời mở hướng nghiên cứu việc áp dụng chương trình PENELOPE nghiên cứu, kĩ thuật tính liều, mật độ điện tích, mật độ hạt photon,electron, pozitron,… ñối với thiết bị y tế nói riêng lãnh vực khác vật lý, kỹ thuật y sinh nói chung HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 ABSTRACT In 1951, Professor Lars Leksell, Swedish, first introduced the concept of “Stereotactic ray” using the high-energy photon beams to destroy the tissues at the destination, and keeping the surrounding healthy tissues safe It can be said that Professor Lars Leksell was the first inventor of the operation principle of the Gamma Knife In 1967, based on the invention of Professor Lars Leksell, Elekta Company of Sweden produced the Gamma Knife In 1968, successful products and technical equipment were firstly put into use all over the world Leksell Gamma Knife is a surgery radiation device using narrow converging photon beam 201 to treat brain tumors The narrow photon beams bring about the huge challenges in calculating, measuring determining the distribution of absorbed dose of radiation emission when focusing on the disease cells without affecting healthy cells around Therefore, the objective of this thesis is to use the PENELOPE program for " Simulating the Shield Impact of cerebral's headling when treating with gamma LEKSELL Knife " through the dose study, the distribution of electron density, the density of photons , electrons, Positronic which are born in the skin layers, bone layers, brain layers of the skull Moreover, using PENELOPE program can illustrate the interaction between photons and the skull with the photon energy changing from 100eV to 0.99GeV so that we can compare, review each energy level Therefore we can know which energy level is dangerous or which one is safe for the brain as well as we can open a new research direction in the application of the PENELOPE program in fields such as research, dose calculation techniques, electron density, photon density, electrons , Positronic, etc for medical devices in particular and other fields of physics, biomedical engineering in general HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 16 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 16 CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 17 PHẦN 2: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XẠ PHẪU DAO GAMMA LEKSELL 18 Tìm hiểu dao gamma Leksell [3] 18 Tính chất vật lý nguyên lý hoạt ñộng LGK[3] 18 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO SỌ NÃO 19 Da ñầu[1] 19 Xương sọ [1] .20 Màng não tủy [1] .21 Não [1] 27 Các loại u não[3] 21 5.1 U não lành tính khơng chứa tế bào ung thư .21 5.2 U ác tính não chứa tế bào ung thư 21 5.3 Các giai ñoạn khối u 22 5.3.1 U não nguyên phát 22 5.3.2 U não thứ phát 24 5.4 Nguyên nhân u não – người có nguy cao bị u não 24 5.5 Triệu chứng u não 26 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CHÙM PHOTON KHI TRUYỀN QUA VẬT CHẤT HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 Các ñơn vị ño lường ñịnh liều lượng xạ[4] 26 1.1 Hoạt ñộ phóng xạ (Radioactivity) 26 1.2 Liều hấp thụ (Absorbed dose) 27 1.3 Kerma (Kinetic Energy Released in Material) 28 1.4 Liều tương ñương (Equivalent dose) 28 1.5 Liều hiệu dụng (Effective dose) 29 1.6 Liều chiếu (Exposure dose) 30 1.7 Liên hệ liều chiếu liều tương ñương .30 Sự truyền xạ qua vật chất [5] 31 2.1 Sự truyền hạt nặng tích điện qua vật chất 31 2.1.1 Độ lượng riêng 31 2.1.2 Qng chạy hạt tích điện vật chất .34 2.2 Sự truyền electron qua vật chất .35 2.2.1 Độ lượng riêng hạt electron 35 2.2.2 Độ ion hóa riêng 36 2.2.3 Bức xạ hãm 36 2.2.4 Quãng chạy hạt electron vật chất 39 2.3 Sự truyền xạ gamma qua vật chất 40 2.3.1 Sự suy giảm xạ gamma ñi qua vật chất 40 2.3.2 Các chế tương tác tia gamma với vật chất .42 2.3.2.1 Hiệu ứng quang ñiện .42 2.3.2.2 Hiệu ứng Compton 44 2.3.2.3 Hiệu ứng sinh cặp electron-pozitron .46 2.3.2.4 Tổng hợp hiệu ứng tia gamma tương tác với vật chất 47 CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ 48 Các hiệu ứng xạ mức phân tử[4] .48 1.1.Tia xạ kích thích ion hóa nguyên tử phân tử vật chất .48 1.2.Tác dụng trực tiếp xạ 49 HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 1.3.Tác dụng gián tiếp xạ 50 2.Các hiệu ứng xạ mức tế bào[4] 52 2.1.Cấu trúc tế bào 52 2.2.Sự phân chia tế bào 53 2.3.Sự tổn thương tế bào việc sửa chữa 55 2.4.Chết tế bào (cell death) 55 3.Phân loại ñộ nhạy cảm xạ tế bào[4] 56 PHẦN 3: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL .58 CHƯƠNG 1: CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG PENELOPE 58 1.Penelope [6] 58 2.Cơ sở liệu file liệu vật chất nhập vào [6] 59 3.Cấu trúc chương trình (MAIN program) [6] .60 4.Tổng quan chương trình PENCYL [6] 71 4.1 Giới thiệu chương trình PENCYL 71 4.2 Chạy chương trình PENCYL 72 4.3 Sự chọn lựa tham số mô 77 4.4 code SHOWER mơ hình monte Carlo cải thiện giá trị 78 4.5 cài ñặt 78 CHƯƠNG 2: CÁCH THỨC MÔ PHỎNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH PENCYL- KẾT QUẢ ĐẦU RA CỦA CHƯƠNG TRÌNH 80 1.Cách thức mơ chương trình pencyl 80 Kết ñầu chương trình 81 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG GAMMA LEKSELL BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 1.Mô truyền qua chùm tia gamma qua lớp hộp sọ mức lượng ñầu vào 1.25MeV 89 1.1 Khi ñộ dày lớp da lớp xương sọ thay ñổi 89 1.1.1 Sự phụ thuộc phân bố liều theo ñộ dày hộp sọ .89 1.1.2 Đối với hạt positron sinh chùm photon lượng đầu vào 1.25 MeV qua lớp có lớp xương lớp não thay ñổi ñộ dày 93 1.1.2.1 Mật ñộ xác suất theo lượng hạt pozitron dịch chuyển 93 1.1.2.2 Sự phân bố lượng pozitron tán xạ ngược .96 1.2 Độ dày lớp da khơng thay đổi mà thay đổi ñộ dày lớp xương não 97 2.Khảo sát mức lượng từ 100eV ñến 1GeV qua ñộ dày lớp hộp sọ .102 2.1 Liều theo ñộ dày lớp 103 2.2 Mật độ điện tích theo ñô dày 108 3.Mô chi tiết mức lượng từ 1.1E3 (eV)ñến 9E8 (eV) 118 3.1 Xét mức lượng từ 1.1E3 (eV) ñến 9E5 (eV) 118 3.1.1 Sự phụ thuộc phân bố liều theo ñộ dày lớp 118 3.1.2 Sự phân bố mật độ điện tích theo ñộ dày mức lượng thay ñổi từ 1.1E3 (eV) ñến 9E5 (eV) .123 Xét mức lượng từ 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) 129 3.2.1 Sự phân bố liều theo ñộ dày lớp 129 3.2.2 Sự phân bố mật ñộ ñiện tích theo ñộ dày lượng thay ñổi từ 1E6 (eV) ñến 9E8 (eV) 134 PHẦN 4: KẾT LUẬN 140 Kết ñạt ñược .140 Hướng phát triển .140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp não: 1.1E3(eV) 0.000020 0.000018 charge density (e/cm) 0.000016 0.000014 0.000012 0.000010 0.000008 0.000006 0.000004 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Depth (mm) Depth distribution of deposited charge 0.0 1.1E3 (eV) 2.0E3 (eV) 3.0E3 (eV) 4.0E3 (eV) 5.0E3 (eV) 6.0E3 (eV) 7.0E3 (eV) 8.0E3 (eV) 9.0E3 (eV) 1.0E4 (eV) 2.0E4 (eV) 3.0E4 (eV) 4.0E4 (eV) 5.0E4 (eV) 6.0E4 (eV) 7.0E4 (eV) 8.0E4 (eV) 9.0E4 (eV) 1.0E5 (eV) 2.0E5 (eV) 3.0E5 (eV) 4.0E5 (eV) 5.0E5 (eV) 6.0E5 (eV) 7.0E5 (eV) 8.0E5 (eV) 9.0E5 (eV) Hình 65: Mật độ điện tích não lượng thay ñổi từ 1.1E3 (eV) ñến 9.0E5 (eV) Từ lớp xương qua lớp não mật ñộ ñiện tích giảm xuống khoảng 300 lần Mật ñộ ñiện tích 1.1E3 (eV) lớn Từ hình 60 đến hình 65 ta có nhận xét: mật độ điện tích giảm nhiều lớp xương nên lớp xương có chức bảo vệ não tốt Trong lớp xương lớp não mật độ điện tích dương nhiều ñiện tích âm Mật ñộ ñiện tích dương lớp xương nhiều lớp não nhiều HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 128 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Xét mức lượng từ 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) 3.2.1 Sự phân bố liều theo ñộ dày lớp (khơng khí, da, xương, não) 16000 14000 Dose (eV/cm) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 -25 -20 -15 -10 -5 Depth (cm) 1.0E6 (eV) 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) 4.0E6 (eV) 5.0E6 (eV) 6.0E6 (eV) 7.0E6 (eV) 8.0E6 (eV) 9.0E6 (eV) 1.0E7 (eV) 2.0E7 (eV) 3.0E7 (eV) 4.0E7 (eV) 5.0E7 (eV) 6.0E7 (eV) 7.0E7 (eV) 8.0E7 (eV) 9.0E7 (eV) 1.0E8 (eV) 2.0E8 (eV) 3.0E8 (eV) 4.0E8 (eV) 5.0E8 (eV) 6.0E8 (eV) 7.0E8 (eV) 8.0E8 (eV) 9.0E8 (eV) Hình 66: Sự phân bố liều lớp theo ñộ dày từ mức lượng 1.0E6 (eV) ñến 9.0 E8 (eV) HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 129 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Ta chia hình 66 thành lớp Trong lớp khơng khí: 16000 1.0E6(eV) 14000 Dose (eV/cm) 12000 10000 8000 6000 4000 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 Depth (cm) 1.0E6 (eV) 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) 4.0E6 (eV) 5.0E6 (eV) 6.0E6 (eV) 7.0E6 (eV) 8.0E6 (eV) 9.0E6 (eV) 1.0E7 (eV) 2.0E7 (eV) 3.0E7 (eV) 4.0E7 (eV) 5.0E7 (eV) 6.0E7 (eV) 7.0E7 (eV) 8.0E7 (eV) 9.0E7 (eV) 1.0E8 (eV) 2.0E8 (eV) 3.0E8 (eV) 4.0E8 (eV) 5.0E8 (eV) 6.0E8 (eV) 7.0E8 (eV) 8.0E8 (eV) 9.0E8 (eV) Hình 67: Sự phân bố liều theo độ dày lớp khơng khí với mức lượng photon 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) Ở mức lượng 1.0E6 (eV) liều khơng giảm nhiều Các mức lượng cịn lại giảm: giảm nhiều ứng với mức lượng: 1.0E8(eV), 1.0E7(eV), 3.0E6(eV), 2.0E6(eV) [giảm khoảng từ 15000eV/cm xuống 9000eV/cm] Các mức lượng lại liều giảm từ 10000eV/cm xuống khoảng 5000eV/cm Liều ứng với mức lượng 1.00E8 (eV) cao 4.00E6 (eV) thấp HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 130 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp da: 14000 Dose (eV/cm) 12000 10000 8000 6000 4000 -3.0 -2.9 -2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4 Depth (mm) 1.0E6 (eV) 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) 4.0E6 (eV) 5.0E6 (eV) 6.0E6 (eV) 7.0E6 (eV) 8.0E6 (eV) 9.0E6 (eV) 1.0E7 (eV) 2.0E7 (eV) 3.0E7 (eV) 4.0E7 (eV) 5.0E7 (eV) 6.0E7 (eV) 7.0E7 (eV) 8.0E7 (eV) 9.0E7 (eV) 1.0E8 (eV) 2.0E8 (eV) 3.0E8 (eV) 4.0E8 (eV) 5.0E8 (eV) 6.0E8 (eV) 7.0E8 (eV) 8.0E8 (eV) 9.0E8 (eV) Hình 68: Sự phân bố liều theo độ dày lớp da với mức lượng photon 1.0E6 (eV) đến 9.0E8 (eV) - Từ lớp khơng khí qua lớp da liều tăng - Ở lớp da liều không giảm nhiều - Liều mức lượng 1.0E6 (eV) cao [ứng với 14000eV/cm]; mức lượng 4.0E6 (eV) thấp nhất[ứng với 6000eV/cm] HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 131 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp xương: 10000 9000 8000 Dose (eV/cm) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 -2.4 -2.3 -2.2 -2.1 -2.0 -1.9 -1.8 Depth (mm) 1.0E6 (eV) 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) 4.0E6 (eV) 5.0E6 (eV) 6.0E6 (eV) 7.0E6 (eV) 8.0E6 (eV) 9.0E6 (eV) 1.0E7 (eV) 2.0E7 (eV) 3.0E7 (eV) 4.0E7 (eV) 5.0E7 (eV) 6.0E7 (eV) 7.0E7 (eV) 8.0E7 (eV) 9.0E7 (eV) 1.0E8 (eV) 2.0E8 (eV) 3.0E8 (eV) 4.0E8 (eV) 5.0E8 (eV) 6.0E8 (eV) 7.0E8 (eV) 8.0E8 (eV) 9.0E8 (eV) Hình 69: Sự phân bố liều theo ñộ dày lớp xương với mức lượng photon 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) Từ lớp da qua lớp xương liều giảm Ở lớp xương liều giảm khơng đáng kể từ -2.4mm ñến -1.75mm Liều mức lượng 1.0E6 (eV) cao nhất; mức lượng 4.0E6(eV) thấp Khi bắt đầu qua lớp não liều giảm từ 7500eV/cm xuống 11eV/cm HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 132 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp não: 12 11 10 Dose (eV/cm) -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Depth (mm) 0.0 1.0E6 (eV) 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) 4.0E6 (eV) 5.0E6 (eV) 6.0E6 (eV) 7.0E6 (eV) 8.0E6 (eV) 9.0E6 (eV) 1.0E7 (eV) 2.0E7 (eV) 3.0E7 (eV) 4.0E7 (eV) 5.0E7 (eV) 6.0E7 (eV) 7.0E7 (eV) 8.0E7 (eV) 9.0E7 (eV) 1.0E8 (eV) 2.0E8 (eV) 3.0E8 (eV) 4.0E8 (eV) 5.0E8 (eV) 6.0E8 (eV) 7.0E8 (eV) 8.0E8 (eV) 9.0E8 (eV) Hình 70: Sự phân bố liều theo ñộ dày lớp não với mức lượng photon 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) Từ lớp xương qua lớp não liều giảm từ 7500eV/cm xuống 11eV/cm [ứng với mức lượng 1.0E6 (eV)] Liều mức lượng 1.0E6 (eV) cao 4.0E6 (eV) nhỏ Từ hình 73 đến hình 77 ta có nhận xét sau: - Khi lượng tăng dần từ 1.0E6 (eV) đến 9.0E8 (eV) qua lớp xương liều giảm nhiều Điều chứng tỏ mức lượng lớp xương lớp có liều giảm nhiều có nghĩa lớp xương có chức bảo vệ não tốt lớp cịn lại (khơng khí da) HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 133 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 - Trong mức lượng mơ mức lượng 1.0E6(eV) qua não cho liều lớn nhất; Điều cần quan tâm ñối với vùng lượng xạ trị chùm tia Gamma - Các mức lượng cịn lại tăng giảm khơng theo thứ tự tăng lượng nên xạ trị cần quan tâm ñến ảnh hưởng mức lượng 3.2.2 Sự phân bố mật độ điện tích theo ñộ dày lớp lượng photon thay ñổi từ 1E6 (eV) ñến 9E8 (eV) 0.003 charge density (e/cm) 0.002 0.001 0.000 -0.001 -0.002 -25 -20 -15 -10 -5 Depth (cm) Depth distribution of deposited charge 1E6 (eV) 2E6 (eV) 3E6 (eV) 4E6 (eV) 5E6 (eV) 6E6 (eV) 7E6 (eV) 8E6 (eV) 9E6 (eV) 1E7 (eV) 2E7 (eV) 3E7 (eV) 4E7 (eV) 5E7 (eV) 6E7 (eV) 7E7 (eV) 8E7 (eV) 9E7 (eV) 1E8 (eV) 2E8 (eV) 3E8 (eV) 4E8 (eV) 5E8 (eV) 6E8 (eV) 7E8 (eV) 8E8 (eV) 9E8 (eV) Hình 71: Sự phân bố mật độ ñiện tích theo ñộ dày lớp lượng thay ñổi từ 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 134 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Ta chia hình 71 thành lớp Trong lớp khơng khí: 0.00020 0.00018 0.00016 0.00014 charge density (e/cm) 0.00012 0.00010 0.00008 0.00006 0.00004 0.00002 0.00000 -0.00002 -0.00004 -0.00006 -0.00008 -0.00010 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 Depth (cm) Depth distribution of deposited charge -4 1E6 (eV) 2E6 (eV) 3E6 (eV) 4E6 (eV) 5E6 (eV) 6E6 (eV) 7E6 (eV) 8E6 (eV) 9E6 (eV) 1E7 (eV) 2E7 (eV) 3E7 (eV) 4E7 (eV) 5E7 (eV) 6E7 (eV) 7E7 (eV) 8E7 (eV) 9E7 (eV) 1E8 (eV) 2E8 (eV) 3E8 (eV) 4E8 (eV) 5E8 (eV) 6E8 (eV) 7E8 (eV) 8E8 (eV) 9E8 (eV) Hình 72: Sự phân bố mật độ điện tích theo độ dày lớp khơng khí lượng thay đổi từ 1.0E6 (eV) đến 9.0E8 (eV) Trong lớp khơng khí mật độ điện tích ổn định khoảng từ -20cm đến -3cm, từ lớp khơng khí qua lớp da mật ñộ ñiện tích giảm xuống giá trị âm (mật ñộ ñiện tích âm tập trung nhiều mật ñộ ñiện tích dương) HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 135 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp da: charge density (e/cm) 0.002 0.001 0.000 -0.001 -3.0 -2.9 -2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4 Depth (mm) Depth distribution of deposited charge 1E6 (eV) 2E6 (eV) 3E6 (eV) 4E6 (eV) 5E6 (eV) 6E6 (eV) 7E6 (eV) 8E6 (eV) 9E6 (eV) 1E7 (eV) 2E7 (eV) 3E7 (eV) 4E7 (eV) 5E7 (eV) 6E7 (eV) 7E7 (eV) 8E7 (eV) 9E7 (eV) 1E8 (eV) 2E8 (eV) 3E8 (eV) 4E8 (eV) 5E8 (eV) 6E8 (eV) 7E8 (eV) 8E8 (eV) 9E8 (eV) Hình 73: Sự phân bố mật độ ñiện tích lớp da lượng thay ñổi từ 1.0E6 (eV) đến 9.0E8 (eV) Ở hình 73 vị trí -3mm đến -2.5mm mật độ điện tích tăng mức lượng 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) mật độ điện tích nhỏ nhất; từ vị trí -2.5mm ñến vị trí -2.4mm mật ñộ ñiện tích mức lượng 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) lớn Khi bắt đầu qua lớp xương mật độ điện tích giảm khoảng lần Trong lớp da mật độ điện tích dương nhiều mật độ điện tích âm HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 136 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp xương: 0.0025 charge density (e/cm) 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 -2.4 -2.3 -2.2 -2.1 -2.0 -1.9 -1.8 Depth (mm) Depth distribution of deposited charge 1E6 (eV) 2E6 (eV) 3E6 (eV) 4E6 (eV) 5E6 (eV) 6E6 (eV) 7E6 (eV) 8E6 (eV) 9E6 (eV) 1E7 (eV) 2E7 (eV) 3E7 (eV) 4E7 (eV) 5E7 (eV) 6E7 (eV) 7E7 (eV) 8E7 (eV) 9E7 (eV) 1E8 (eV) 2E8 (eV) 3E8 (eV) 4E8 (eV) 5E8 (eV) 6E8 (eV) 7E8 (eV) 8E8 (eV) 9E8 (eV) Hình 74: Sự phân bố mật độ điện tích lớp xương lượng thay ñổi từ 1.0E6 (eV) đến 9.0E8 (eV) Trong khoảng vị trí từ -2.4mm ñến -1.8mm mật ñộ ñiện tích ổn ñịnh thay ñổi khơng đáng kể; Từ vị trí -1.8mm đến -1.75mm mật ñộ ñiện tích tăng nhanh (gấp lần), bắt đầu qua lớp não mật độ điện tích giảm nhanh (giảm gấp 200 lần) Trong lớp xương mật ñộ ñiện tích dương nhiều mật ñộ ñiện tích âm HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 137 GVHD : TS.Lý Anh Tú ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 07/2010 Trong lớp não: 0.000016 charge density (e/cm) 0.000014 0.000012 0.000010 0.000008 0.000006 0.000004 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Depth (mm) Depth distribution of deposited charge 0.0 1E6 (eV) 2E6 (eV) 3E6 (eV) 4E6 (eV) 5E6 (eV) 6E6 (eV) 7E6 (eV) 8E6 (eV) 9E6 (eV) 1E7 (eV) 2E7 (eV) 3E7 (eV) 4E7 (eV) 5E7 (eV) 6E7 (eV) 7E7 (eV) 8E7 (eV) 9E7 (eV) 1E8 (eV) 2E8 (eV) 3E8 (eV) 4E8 (eV) 5E8 (eV) 6E8 (eV) 7E8 (eV) 8E8 (eV) 9E8 (eV) Hình 75: Sự phân bố mật độ điện tích lớp não lượng thay ñổi từ 1.0E6 (eV) ñến 9.0E8 (eV) Khi qua lớp não mật độ điện tích ổn định, tăng khơng đáng kể Mật độ điện tích mức lượng 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) nhiều Trong lớp não mật độ điện tích dương nhiều mật ñộ ñiện tích âm Mật ñộ ñiện tích dương mức lượng 2.0E6 (eV) 3.0E6 (eV) nhiều Từ hình 78 đến hình 82, lớp mà ta xét chùm tia ñi từ lớp xương qua lớp não mật độ điện tích giảm nhiều Điều chứng tỏ lớp xương có chức bảo vệ não tốt HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 138 GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 Kết luận chung q trình mơ phỏng: Khi thay đổi độ dày lớp da xương; xương não mức lượng đầu vào 1.25MeV : - Độ dày lớp tăng liều giảm liều giảm nhiều lớp xương nên lớp xương có chức bảo vệ não tốt so với lớp cịn lại - Ngồi độ dày lớp xương dày có chức bảo vệ não tốt - Ngồi ta biết phân bố hạt pozitron sinh ra, tính vận tốc hạt trình tương tác chùm tia Từ mức lượng 1.1E3(eV) ñến mức lượng 9.0E8(eV) cho nhận xét sau: - Mật độ điện tích lớp xương lớp não ña số tập trung mật ñộ ñiện tích dương nhiều mật ñộ ñiện tích âm - Mật độ điện tích qua lớp xương giảm nhiều so với lớp lại; Từ lớp xương qua lớp não mật độ điện tích dương giảm khoảng 100 lần so với mật ñộ ñiện tích dương tập trung não - Liều (eV/cm) qua lớp xương giảm nhiều nhất; phân bố liều giảm nhiều lớp xương nên lớp xương có chức bảo vệ não tốt - Mơ biết lớp mật độ điện tích dương điện tích âm phân bố nhiều hay - Từ mức lượng 1.01E3(eV) đến 9.0E8(eV) có hai mức lượng 1.0E4(eV) 1.0E6(eV) cho liều qua lớp não lớn nhất; Từ ta quan tâm đến hai mức lượng sử dụng chùm tia ứng với mức lượng ñể ñiều trị - Khi bắt ñầu chuyển từ lớp sang lớp khác liều (hay mật độ điện tích) tăng nhiều giảm nhiều lớp tiếp xúc, lớp tăng giảm không nhiều lớp tiếp xúc lớp HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 139 GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 PHẦN 4: KẾT LUẬN 1.Kết đạt Mục đích luận văn MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL chương trình PENCYL PENELOPE đồng thời sử dụng chương trình ORIGIN để so sánh kết đầu có từ chương trình PENCYL Luận văn đạt ñược kết sau: - Trình bày lý thuyết về: tính chất vật lý + ngun lý hoạt động dao gamma Leksell; cấu tạo sọ não; loại u não; tương tác xạ vật chất; Hiệu ứng sinh học xạ - Mô tả chương trình PENELOPE chương trình nó- chương trình PENCYL - Sử dụng chương trình PENCYL để mơ ảnh hưởng che chắn sọ não xạ trị dao Gamma - Sử dụng chương trình ORIGIN ñể so sánh kết ñầu chương trình PENCYL - Nhận xét kết đầu Việc tính tốn liều theo độ dày, mật độ điện tích, mật độ hạt photon, electron, pozitron sinh , … hộp sọ xạ trị tốn phức tạp tính phức tạp tương tác photon ñối với vật chất Bằng cách sử dụng chương trình PENCYL giải vấn đề Do chương trình PENCYL PENELOPE cho nhiều kết ñầu ra, cung cấp cho kĩ thuật viên , kĩ sư, bác sỹ cơng cụ tính tốn, mơ phỏng, nghiên cứu bổ ích Hướng phát triển Qua việc mơ chương trình PENCYL PENELOPE mở hướng nghiên cứu sử dụng chương trình PENCYL nhiều lãnh vực ngành vật lý, kĩ thuật y sinh HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 140 GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Bài giảng Giải Phẫu Học” tập tập 2, Đại Học Y Dược TP HCM Bộ môn Giải Phẫu học, (1995), Tập phần “da ñầu, xương sọ, não”; Tập phần “Màng não tủy.” [2] www.vi.wikipedia.com, Ung thư [3] http://ykhoa.net, Các loại u não [4] PGS.TS Ngơ Quang Huy, (2004), “ An Tồn Bức Xạ Ion Hóa” NXB Khoa Học Kĩ Thuật, phần Các Đơn Vị Đo lường ñịnh liều lượng xạ; Hiệu ứng sinh học xạ; [5] PGS.TS Ngô Quang Huy, “Cơ Sở Vật Lý Hạt Nhân” NXB Khoa Học Kĩ Thuật, phần Sự truyền xạ qua vật chất [6].Francesc Salvat José M Fernández-Varea Josep Sempau, (2003) “PENELOPE, a code system for Monte Carlo simulation of electron and photon”, Chapter Structure and operation of the code system [7] Robert Battista, MD (2009)“Radiosurgery and Radiotherapy for Benign Skull Base Tumors”, “Basic Principles of RadiobiologyApplied to Radiosurgery and Radiotherapy of Benign Skull BaseTumors- Basic Principles of Radiobiology” [8] Ths Nguyễn Thái Hà, Ts Nguyễn Đức Thuận, (2006), “Y Học Hạt Nhân Kĩ Thuật Xạ Trị” NXB Bách Khoa, Hà Nội, phần Sự phản ứng khối u mơ bình thường [9] TS Nguyễn Đơng Sơn (2008), Bài giảng môn Cơ sở Vật Lý Lý Sinh, phần Cơ sở Sinh học xạ HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 141 GVHD : TS.Lý Anh Tú LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM 07/2010 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN THỊ XUÂN THU Nơi sinh: Đồng Nai Ngày tháng năm sinh: 24-04-1982 Địa liên lạc: 77/1 Nhật Tảo, P.4, Q10, Tp Hồ Chí Minh E-mail: nguyenthixuanthudn@gmail.com Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2001 – 2005: Sinh viên Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Tp Hồ Chí Minh 2006 – 2009: Học viên cao học ngành Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CÔNG TÁC Hiện Giáo Viên Trường THPT Trần Quang Khải Quận 11 Tp Hồ Chí Minh HVTH : Nguyễn Thị Xuân Thu 142 GVHD : TS.Lý Anh Tú ... TÀI: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • • Tìm hiểu tổng quan phương pháp xạ phẫu Gamma Knife Tìm hiểu sơ cấu tạo não bệnh lý não ñáp... NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu nhiệm vụ ñề tài MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG GAMMA LEKSELL BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE cho ño lường liều lượng hấp thụ ñối với dao gamma Leksell. .. 3.Phân loại ñộ nhạy cảm xạ tế bào[4] 56 PHẦN 3: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CHE CHẮN CỦA SỌ NÃO KHI XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL .58 CHƯƠNG 1: CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG PENELOPE 58 1.Penelope