Tối ưu hóa hình ảnh cộng hưởng từ MRI trong kỹ thuật điều trị xạ phẫu gamma knife

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN CƠNG MINH TỐI ƯU HĨA HÌNH ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI TRONG KỸ THUẬT ĐIỀU TRỊ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE Chuyên ngành : Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 604417 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Lý Anh Tú TS.Huỳnh Quang Linh Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 01 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN CÔNG MINH Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành: 27/09/1987 Vật Lý Kỹ Thuật MSHV: 11120674 Nơi sinh: Tiền Giang Mã số : 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HĨA HÌNH ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI TRONG KỸ THUẬT ĐIỀU TRỊ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tổng quan nguyên tắc làm việc máy chụp cộng hưởng từ kỹ thuật chụp cộng hưởng từ so ̣ naõ - Tìm hiểu chuỗi xung cô ̣ng hưởng từ đă ̣c trưng cho viê ̣c điề u tri ̣xa ̣ phẫu Gamma Knife - Tìm hiểu vai trò hình ảnh cộng hưởng từ điều trị xạ phẫu Gamma Knife - Giới thiê ̣u kỹ thuâ ̣t chu ̣p cô ̣ng hưởng từ và các bước sử du ̣ng hiǹ h ả nh cô ̣ng hưởng từ quy trình điều trị xạ phẫu bằng máy Leksell Gamma Knife C bệnh viện Chợ Rẫy Tp.HCM - Tìm hiểu quy trình tính liều cho bệnh nhân bằng phần mềm quyền Leksell Gamma Plan - Mô phân bố liều lượng xạ mô hình đầu chiếu bằng Gamma Knife bằng phương pháp Monte Carlo so sánh với kết điều trị thực tế BV Chợ Rẫy II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lý Anh Tú - TS.Huỳnh Quang Linh Tp HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Lý Anh Tú TS.Huỳnh Quang Linh TRƯỞNG KHOA PHỤ TRÁCH NGÀNH ĐÀO TẠO TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 - LỜI CẢM ƠN Sau gần năm sinh viên ngành Vật Lý Kỹ Thuật, khoa Khoa Học Ứng Dụng, trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM, năm 2010 tốt nghiệp công tác Đơn vị Gamma Knife, Khoa Ngoại Thần Kinh, Bệnh viện Chợ Rẫy Tp.HCM Sau năm công tác, trúng tuyển vào tiếp tục theo học cao học ngành Vật Lý Kỹ Thuật khóa 2011 ĐH Bách Khoa Trong trình vừa cơng tác vừa học tập, thời gian đầu tơi gặp nhiều khó khăn nhiên nhờ động viên, quan tâm, giúp đỡ nhiều thầy cô bạn bè đồng nghiệp tự tin tiếp Tháng 07/2012 nhận đề tài luận văn tốt nghiệp cao học đến hơm để có luận văn hồn chỉnh khép lại q trình học cao học trường ĐH Bách Khoa Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến : • Ban Giám Hiệu trường ĐH Bách Khoa, Ban chủ nhiệm khoa Khoa Học Ứng Dụng , thầy cô môn Vật lý kỹ thuật y sinh tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức giúp đỡ tơi suốt khố học • PGS.TS Trần Minh Thái, Trưởng phịng thí nghiệm công nghệ Laser, nguyên Trưởng khoa Khoa Học Ứng Dụng, người tận tình dìu dắt tơi ngày đầu làm quen với môi trường đại học vai trị Giáo viên chủ nhiệm động viên, hướng tơi đến với bậc cao học • Xin cảm ơn ThS.BS Nguyễn Thanh Bình, Trưởng Đơn vị, ThS.BS Nguyễn Tường Vũ, Phó Đơn vị tập thể anh chị kỹ sư, điều dưỡng, nhân viên Đơn vị Gamma Knife, Khoa Ngoại Thần Kinh Bệnh viện Chợ Rẫy Tp.HCM tạo điều kiện cơng tác tốt cho tơi hồn thành chương trình học hồn thành luận văn • Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chị Nguyễn Thị Phương An, giáo viên môn vật lý trường THPT Chuyên Trần Hưng Đạo, Tp.Phan Thiết, Tỉnh Bình Thuận Xin cảm ơn chị hỗ trợ, cung cấp tài liệu kết nghiên cứu quý báu để hồn thành luận văn • Đặc biệt tơi xin gửi lời biết ơn chân thành đến Thầy hướng dẫn TS Lý Anh Tú TS.Huỳnh Quang Linh Xin cảm ơn hai thầy đồng hành suốt trình học cao học 06 tháng ròng rã làm luận văn Hai thầy tận tình hương dẫn, bảo tơi từ vấn đề đến HVTH : Nguyễn Công Minh i GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 vấn đề phức tạp nhất, tạo điều kiện cho tham gia báo cáo Hội Nghị Vật Lý Y Học Châu Á lần 12 Đông Nam Á lần 10 tháng 12 năm 2012 Chiang Mai, Thái Lan để tơi có thêm kiến thức hồn thành luận văn • Cuối tơi xin cảm ơn hội đồng xét duyệt luận văn cao học, thầy cô phản biện khoa Khoa Học Ứng Dụng theo dõi luận văn Xin cảm ơn tập thể lớp Cao học khóa 2011, bè bạn gia đình quan tâm, chia sẻ khó khăn, tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp, khép lại bậc học Cao học trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Một lần xin chân thành biết ơn tất ! Tp.HCM, tháng 01 năm 2013 Học viên thực NGUYỄN CÔNG MINH HVTH : Nguyễn Công Minh ii GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 - TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, với phát triển lĩnh vực khoa học ứng dụng, y học có nhiều tiến đột biến Hai tiến phải kể đến bước cách mạng kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh phẫu thuật xâm lấn Tiêu biểu cho hai lĩnh vực thiết bị ghi hình ảnh cộng hưởng từ thiết bị xạ phẫu Tháng 10 năm 2006 Bệnh viện Chợ Rẫy Tp.HCM đưa vào sử dụng thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife C Trong điều trị bệnh lý não, xạ phẫu hệ thống Gamma Knife phương pháp tiên tiến nhất, cách hội tụ 200 nguồn xạ nhỏ tạo thành lượng cực cao để tiêu hủy dần tổn thương não mà khơng cần phẫu thuật.Do yếu tố định thành cơng xạ phẫu hình ảnh cộng hưởng từ Với tiêu chí thể vai trị hình ảnh cộng hưởng từ kỹ thuật xạ phẫu, luận văn trình bày tổng quan phương pháp xạ phẫu Gamma Knife, trình bày chi tiết giai đoạn ghi hình cộng hưởng từ phác đồ xung cộng hưởng từ quy trình xạ phẫu cách đơn giản, dễ hiểu minh họa thực tế Bên cạnh đó, luận văn cịn trình bày cách tính tốn liều xạ cho tổn thương não nhằm giúp kỹ sư dễ dàng tiếp cận với nguyên lý làm việc thiết bị Leksell Gamma Knife C ABSTRACT Nowadays, together with the development of applied sciences, there are many progresses in medical field Diagnostic imaging and radioactive internal surgery are revolutionary development among them Since10/2006, Choray Hospital - HCM city has started to use radiosurgery machine Leksell Gamma Knife C In the field of brain treatment, Gamma Knife radiosurgery is the best method which uses more than 200 beams to create a fixed point with high energy The very important utility which determines the success of radiosurgery is MRI imaging With the purpose of showing the role of MRI image in radiosurgery, this thesis will give a general presentation about Gamma Knife radiosurgery, detailing about MRI and MRI data in Gamma Knife radiosurgery process by using the illustrations of real cases The thesis will also help new engineers to understand the working HVTH : Nguyễn Công Minh iii GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 principles of Leksell Gamma Knife C machine and Gamma Knife radiosurgery effects by investigating Monte Carloprogram to calculate and simulate the dose distributionof gamma rays focused at the tumor in the patient’s brain HVTH : Nguyễn Công Minh iv GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 - LỜI CAM ĐOAN Luận văn “Tối ưu hóa hình ảnh cộng hưởng từ MRI kỹ thuật điều trị xạ phẫu Gamma Knife” cơng trình nghiên cứu riêng Các kiến thức, số liệu trình bày luận văn kiến thức, số liệu thực tế tơi thu thập q trình cơng tác Đơn vị Gamma Knife, Khoa Ngoại Thần Kinh, Bệnh viện Chợ Rẫy Tp.HCM Tôi xin cam đoan không chép cơng trình nghiên cứu tác giả HVTH : Nguyễn Công Minh v GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 - MỤC LỤC Trang bìa Trang bìa Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Thạc sĩ – Abtract Lời cam đoan tác giả luận văn Mục lục Danh sách hình vẽ Danh sách bảng biểu PHẦN I : MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… PHẦN II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH………………………………….5 Chương : Tổng quan cộng hưởng từ 1.1 Định nghĩa cộng hưởng từ …………………………………………………………Error! Bookmark not defined 1.2 Lịch sử cộng hưởng từ……………………………………………………………… Error! Bookmark not defined 1.3 Vai trò cộng hưởng từ chẩn đoán bệnh Chương : Tổng quan Gamma Knife 2.1 Định nghĩa Gamma Knife 10 2.2 Lịch sử Gamma Knife 11 HVTH : Nguyễn Công Minh vi GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 01/2013 - 2.3 Các hệ máy Leksell Gamma Knife sử dụng giới .14 Chương : Nguyên lý kỹ thuật xung cộng hưởng từ 3.1 Nguyên lý cộng hưởng từ 19 3.1.1 Các nguyên lý vật lý 19 3.1.1.1 Từ trường – Khả từ hóa chất .19 3.1.1.2 Trường sóng điện từ - Từ tính hạt nhân nguyên tử 20 3.1.1.3 Độ từ hóa thực – Vectơ độ từ hóa thực .21 3.1.1.4 Tần số cộng hưởng 23 3.1.2 Hiện tượng cộng hưởng từ 24 3.1.2.1 Tín hiệu cộng hưởng từ .28 3.1.2.2 Đặc tính cộng hưởng từ nước .28 3.1.2.3 Quá trình hồi giãn dọc – Thời gian T1 .29 3.1.2.4 Quá trình hồi giãn ngang – Thời gian T2 34 3.2 Nguyên lý tương phản cộng hưởng từ 38 3.2.1 Tổng quan 38 3.2.2 Xung tái lập 180 o 39 3.2.3 Nguyên lý tương phản trọng T1 41 3.2.4 Nguyên lý tương phản trọng T2 42 3.2.5 Nguyên lý tương phản trọng đậm độ proton .42 3.3 Các chuỗi xung đặc trưng cho cộng hưởng từ sọ não 43 HVTH : Nguyễn Công Minh vii GVHD :TS.Lý Anh Tú -TS.Huỳnh Quang Linh ... cần phẫu thuật. Do yếu tố định thành cơng xạ phẫu hình ảnh cộng hưởng từ Với tiêu chí thể vai trị hình ảnh cộng hưởng từ kỹ thuật xạ phẫu, luận văn trình bày tổng quan phương pháp xạ phẫu Gamma Knife, ... TỐI ƯU HĨA HÌNH ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI TRONG KỸ THUẬT ĐIỀU TRỊ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tổng quan nguyên tắc làm việc máy chụp cộng hưởng từ kỹ thuật chụp cộng. .. kỹ sư y sinh quy trình điều trị 86 5.4 Vai trò hình ảnh cộng hưởng từ điều trị xạ phẫu 87 Chương : Quy trình chụp sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ lập kế hoạch liều điều trị xạ phẫu Gamma