Hình 4.10 Liều phân bố trên mặt phẳng Oxz với collimator đường kính 18mm
Từ Hình 4.9 và 4.10 ta thấy phân bố liều trên mặt phẳng có dạng phù hợp phân bố liều theo trục, đó là phân bố liều tập trung quanh vùng khơng gian có bán kính 1cm quanh trục chiếu và giảm dần ở khoảng cách xa nguồn chiếu.
4.3.3. Kết quả tính tốn đối với phantom ñầu Zubal
Phân bố liều trong phantom ñầu Zubal ñược tính với một mạng lưới 85 x 109 x 120 voxel, mỗi voxel có kích thước là 2.2 x 2.2 x 1.4 mm3. ðể so sánh, phantom nước cũng ñược chia thành các voxel tương tự như trong phantom ñầu Zubal. Việc so sánh
này nhằm xác ñịnh xem các liều tính tốn được đối với phantom bằng nước hay plastic có thể được sử dụng ñể lên kế hoạch xạ trị trong trường hợp bệnh nhân thật sự hay
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 x(cm) L i ề u t ư ơ n g đ ố i phantom nước phantom Zubal
Hình 4.11 Biểu diễn phân bố liều tương ñối trong phantom ñầu Zubal và trong
phantom nước ñối với 201 nguồn
Từ Hình 4.11 phân bố liều ta thấy có sự phù hợp tốt giữa các kết quả mô phỏng với các nhận ñịnh về khả năng của thiết bị. Thiết bị ñã cung cấp một liều chiếu tập
trung vào vùng trung tâm, với sự tập trung liều chiếu này chúng ta có thể tiêu diệt ñược tế bào ung thư ñồng thời hạn chế ñược tác hại ñối với các mô lành xung quanh một
cách ñáng kể. Kết quả này là bước ñầu trong việc nghiên cứu phân bố liều bằng
phương pháp Monte Carlo ñể hỗ trợ việc chữa trị ung thư não bằng Leksell Gamma
Knife.
4.3.4. So sánh với các profile
Dùng các kết quả tính tốn được chúng tôi so sánh với các kết quả tính tốn của tác giả Yipeng Li thì thấy hồn tồn trùng khớp, chứng tỏ kết quả thu được là hồn
Hình 4.12 So sánh liều theo trục z với collimator đường kính 4mm
Hình 4.14 So sánh liều theo trục x với collimator ñường kính 18 mm
4.3.5. So sánh FWHM với kết quả xuất ra của Gamma Plan
ðể đảm bảo tính chính xác của việc tính tốn, chúng tơi đã so sánh ñộ dài một
nửa (FWHM) của các ñường phân bố liều trong các profile với kết quả tính được trong Gamma Plan. Từ bảng 4.1 và bảng 4.2 kết quả so sánh ñược ñánh giá là khá phù hợp.
Bảng 4.1 So sánh FWHM ñối với trục Ox giữa chương trình Gamma Plan với kết quả tính tốn
FWHM (mm)
ðường kính
collimator
(mm) Gamma Plan Kết quả tính tốn
Sai khác (%) 4 6.0 5.0 16.6 8 11.2 10.7 4.4 14 19.1 18.8 1.6 18 24.4 23.9 2.1
Bảng 4.2 So sánh FWHM ñối với trục Oz giữa chương trình Gamma Plan với kết quả tính tốn
FWHM (mm)
ðường kính
collimator
(mm) Gamma Plan Kết quả tính tốn
Sai khác (%) 4 4.8 4.1 14.5 8 9.2 8.4 8.6 14 15.8 15.0 5.1 18 20.0 19.3 3.5
KẾT LUẬN
Việc tính tốn liều trong xạ trị là một bài tốn hết sức phức tạp do chính tính chất phức tạp của tương tác của bức xạ với vật chất và tính chất phức tạp của cấu hình. Trong những năm gần ñây việc nghiên cứu và sử dụng code MCNP trong q trình mơ phỏng tính tốn liều trong kỹ thuật xạ trị ñã trở nên phổ biến do những ưu điểm của
chương trình này mang lại. Luận văn này với mục đích tìm hiểu và giới thiệu phương pháp tính của chương trình MCNP5 cung cấp cho các kỹ sư vật lý một tài liệu tham khảo bổ ích. ðồng thời xây dựng bài tốn tính tốn phân bố liều ñối với thiết bị xạ
phẫu LGK bằng chương trình MCNP5 để kiểm tra tính đúng đắn của q trình tính
tốn so với kết quả thực tế.
Qua việc mơ phỏng cấu hình nguồn đơn kênh và cấu hình của 201 nguồn và từ các kết quả phân bố liều chiếu thu ñược trong phantom, chúng tơi thấy rằng việc tính tốn phân bố liều ñối với thiết bị xạ phẫu LGK bằng chương trình MCNP5 là khá phù hợp với các kết quả thực tế. ðiều này mở ra một hướng nghiên cứu mới là có thể ứng dụng chương trình MCNP5 trong việc lên kế hoạch xạ trị bằng Gamma Knife.
Hiện nay người ta sử dụng chương trình Gamma Plan trong việc lập kế hoạch tính tốn liều xạ trị cho Gamma Knife. Chương trình này được cung cấp bởi nhà sản xuất kèm với thiết bị xạ phẫu LGK nên việc kiểm tra tính chính xác của chương trình này cũng ñang là vấn ñề quan tâm của các kỹ sư vật lý. Vì vậy, việc sử dụng chương
trình MCNP5 một cách độc lập và song song với chương trình Gamma Plan trong việc lập kế hoạch xạ trị bằng Gamma Knife sẽ ñem lại hiệu quả ñiều trị một cách tối ưu.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Do hạn chế về thời gian cũng như tính phức tạp của bài tốn tính liều, chúng tơi chỉ mới áp dụng tính tốn liều cho phantom nước và plastic có hình hộp, cũng như chỉ tính tốn phân bố liều tương ñối cho phantom ñầu Zubal. ðể phát huy vai trò của
chương trình MCNP5 trong tính tốn phân bố liều cho kỹ thuật xạ trị bằng thiết bị Leksell Gamma Knife, chúng tôi hy vọng rằng trong tương lai có thể xây dựng một chương trình tính liều cụ thể cho từng vị trí trên khối u thực tế và có thể mơ phỏng tính liều cho một khối u có hình dạng bất kì.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH
1. Investigating the absorbed dose of Leksell Gamma Knife with 201 sources by using MCNP, ðặng Trương Ka My, ðặng Nguyên Phương, Mai Văn Nhơn,
Trương Thị Hồng Loan. 8th Asia-Oceania Congress of Medical Physics.
2. Tính tốn phân bố liều trong phantom của Gamma Knife bằng chương trình MCNP, ðặng Trương Ka My, ðặng Nguyên Phương, Mai Văn Nhơn, Trương Thị Hồng Loan, Hội nghị khoa học lần thứ 6 ðại Học Quốc Gia TP Hồ Chí
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Nguyễn Thái Hà, TS Nguyễn ðức Thuận, (2006), “Y học hạt nhân và kỹ thuật xạ trị”, NXB Bách Khoa, Hà Nội.
Tiếng nước ngoài
[2] E.B.Podgorsak, (2005), “Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students”, International Atomic Energy Agency, Vienna.
[3] Feras M.O, Al Dweri and Antonio M. Lallena, (2004), “A simplified model of the source channel of the Leksell Gamma Knife: testing multisource configurations with PENELOPE”, http://arxiv.org/abs/physics/0406142v1
[4] Gamma Knife Center, History of Leksell Gamma Knife, Crowell Hospital.
[5] Joel YC Cheung, (1998), “Monte Carlo calculation of single beam dose profiles used in a gamma knife treatment planning system”, American Association of Physicists in Medicine.
[6] Joel YC Cheung, (2002), “Choice of phantom materials for dosimetry of Leksell Gamma Knife unit: A Monte Carlo study”, American Association of Physicists in
Medicine.
[7] Moskvin, (2007), “MCNP – based computational model for the Leksell Gamma Knife”, American Association of Physicists in Medicine.
[8 ] R.D Hugtenbug, (2004), “Practical Monte Carlo Using MCNP4C”,
http://members.lycos.co.uk/hugtenburg
[9] Tim Goorley, Forrest Brown, Lawerence J. Cox, (2003), “MCNP5 Improvement for Windows PCS”, Los Alamos National Laboratory.
[10] X-5 Monte Carlo Team, (2003), “MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code”, Version 5, Los Alamos National Laboratory.
[11] Yipeng Li, (2002), “Absorbed dose measurements and MCNP modeling for the Leksell Gamma Knife”, The Ohio State University, USA.
PHỤ LỤC
Phụ lục A: Gamma Knife model with single source
c gamma knife model with single sources
c **************** Cell Card ********************** 1 10 -0.0012 -6 1 -2 imp:p=1 $ air 2 40 -19.250 6 -9 1 -2 imp:p=1 $ tungsten 3 10 -0.0012 -6 2 -3 imp:p=1 $ air 4 30 -11.340 6 -9 2 -3 imp:p=1 $ lead 5 10 -0.0012 -6 3 -4 imp:p=1 $ air 6 40 -19.250 6 -9 3 -4 imp:p=1 $ tungsten 7 10 -0.0012 -8 4 -5 imp:p=1 $ Co-60 source 8 50 -7.8600 7 -9 4 -5 imp:p=1 $ cast iron: pure Fe 9 10 -0.0012 -7 8 4 -5 imp:p=1 $ air gap
10 60 -1.0512 12 -13 14 -15 16 -17 imp:p=1 20 0 #(12 -13 14 -15 16 -17) -20 #(-9 1 -5) imp:p=1 30 0 20 imp:p=0 c **************** Surface Card ******************** 1 PZ 16.5 2 PZ 22.5 3 PZ 31.7 4 PZ 38.2 5 PZ 40.2 6 KZ 41.831 0.0004587 -1 $ cone surface
c 7 CZ 0.217 $ primary collimator 7 CZ 0.05005
8 CZ 0.05 $ Co-60 source cylinder
9 CZ 5 $ the cylinder containing the model c 11 so 8 $ the phantom R = 8cm 12 PX -8 $ hinh hop 13 PX 8 14 PY -8 15 PY 8 16 PZ -8 17 PZ 8
20 so 50 $ the whole sphere
c ************** Problem Type ************** mode p
c
c ************** Source Term ************** sdef POS=0 0 39.2 AXS=0 0 1 RAD=d1 EXT=d2 & VEC=0 0 -1 DIR=d3 ERG=1.25
c
si1 0 0.05 si2 1 si3 0.99 1 sp3 0 1
c
c *************** Tally ************************** fmesh4:p GEOM=xyz ORIGIN=-2 -2 -2
IMESH= 2 IINTS=40 JMESH= 2 JINTS=40 KMESH= 2 KINTS=40
AXS= 0 0 1 VEC=0 1 0 OUT=ik
de0 0.010 0.015 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.080 0.100 & 0.150 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.800 1.000 1.500 df0 2.96e-012 1.21e-012 6.41e-013 2.91e-013 2.04e-013 & 1.91e-013 2.07e-013 2.76e-013 3.67e-013 &
6.32e-013 9.16e-013 1.49e-012 2.03e-012 2.56e-012 & 3.06e-012 3.97e-012 4.81e-012 6.58e-012
c ************* Material ******************* m10 7000 -.755 8000 -.232 18000 -.013 $ air m50 26000 1.0 $ cast iron: pure Fe
m30 82000 1.0 $ lead m40 74000 1.0 $ tungsten m60 1000 2.0 8000 1.0 $ phantom H2O c m60 1000 0.077 $ for H c 6000 0.923 $ for C c m20 1000 2.0 8000 1.0 c c ************* Energy Card ****************
phys:p 2 SPDTL force fm4 1.0
c ************* Cutoff Card **************** nps 10000000
Phụ lục B: Gamma Knife model with 201 sources
c gamma knife model with 201 sources
c **************** Cell Card ********************** 10 60 -1.0512 12 -13 14 -15 16 -17 imp:p=1 20 10 -0.0012 #(12 -13 14 -15 16 -17) -20 imp:p=1 30 0 20 imp:p=0 c **************** Surface Card ******************** 12 PX -4 $ hinh hop 13 PX 4 14 PY -4 15 PY 4 16 PZ -4 17 PZ 4
20 so 50 $ the whole sphere
301 p 16.371056 0.000000 2.058770 272.250000 . . . . 501 p 13.325163 -1.165801 9.660794 272.250000 c ************** Problem Type ************** mode p c c ************** Source Term ************** sdef sur=d202 pos=fsur d203 rad=d204 dir=-1 erg=1.25
c si202 L 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 . . . 501 sp202 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . . . 1 ds203 S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 201 si1 L 16.371056 0.000000 2.058770 sp1 1 . . . . si201 L 13.325163 -1.165801 9.660794 sp201 1 c si204 H 0 0.9 sp204 -21 1 c c *************** Tally ************************** c F4:p 10(10<40 [-30:30 -30:30 -30:30]) c
fmesh4:p GEOM=xyz ORIGIN=-4 -4 -4 IMESH= 4 IINTS=80
JMESH= 4 JINTS=80 KMESH= 4 KINTS=80
de0 0.010 0.015 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.080 0.100 & 0.150 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.800 1.000 1.500 df0 2.96e-012 1.21e-012 6.41e-013 2.91e-013 2.04e-013 & 1.91e-013 2.07e-013 2.76e-013 3.67e-013 &
6.32e-013 9.16e-013 1.49e-012 2.03e-012 2.56e-012 & 3.06e-012 3.97e-012 4.81e-012 6.58e-012
c ************* Material ******************* m10 7000 -.755 8000 -.232 18000 -.013 $ air c m50 26000 1.0 $ cast iron: pure Fe
c m30 82000 1.0 $ lead c m40 74000 1.0 $ tungsten m60 1000 2.0 8000 1.0 $ phantom H2O c m60 1000 0.077 $ for H c 6000 0.923 $ for C c m20 1000 2.0 8000 1.0 c c ************* Energy Card **************** phys:p 2 SPDTL off c ************* Cutoff Card **************** nps 1e7