Tài liệu đảm bảo chất lượng trong xạ phẫu gamma knife

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH TÚ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG TRONG XẠ PHẪU GAMMA KNIFE LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tp. Hồ Chí Minh, 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH TÚ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG TRONG XẠ PHẪU GAMMA KNIFE Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƢỢNG CAO Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐÔNG SƠN Tp. Hồ Chí Minh, 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đông Sơn, đang công tác tại công ty Công nghệ Y học Chí Anh, TP. HCM. Thầy luôn tạo mọi điều kiện về thời gian để truyền đạt kiến thức, phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành đƣợc luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã cải thiện và nâng cao những kỹ năng nghiên cứu, kỹ năng viết một đề tài khoa học đồng thời tiếp thu những kinh nghiệm quý báu mà Thầy truyền đạt và rút ra những bài học cho bản thân trong nghiên cứu khoa học. Xin cảm ơn chân thành tất cả Thầy Cô trong bộ môn Vật lý Kỹ Thuật Hạt nhân, khóa cao học K.22 – 2013 đã giảng dạy những kiến thức cơ bản của chuyên ngành cao học, tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành việc học tập chuyên ngành. Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn các Anh Chị, là nhân viên y tế đang công tác tại đơn vị Gamma knife – Khoa Ngoại Thần kinh, Bệnh viện Chợ Rẫy, TP.HCM đã tạo điều kiện thời gian cho tôi học tập chuyên ngành và đóng góp kiến thức chuyên ngành ngoại Thần kinh rất có ích cho luận văn. Cám ơn kỹ sƣ Bảo Lâm đang công tác tại Khoa Ung Bƣớu, Bệnh Viện Chợ Rẫy  TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và hỗ trợ về thiết bị đo liều, đã đóng góp ý kiến chân thành về phƣơng pháp đo liều lƣợng trong xạ trị gia tốc tuyến tính. Điều này giúp tôi thực hiện đƣợc phép đo liều hấp thụ trong xạ phẫu Gamma knife bằng phƣơng pháp buồng ion hóa khí. Không từ ngữ nào diễn đạt hết, tôi phải cảm ơn gia đình của tôi đã hoàn toàn ủng hộ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong công việc, cuộc sống để tôi có đƣợc sức khỏe và thời gian trong giai đoạn thực hiện luận văn này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 08 năm 2014 Nguyễn Minh Tú MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... 3 TỔNG QUAN LUẬN VĂN ....................................................................................... 6 CHƢƠNG 1  CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE ................ 11 1.1. Giới thiệu............................................................................................................ 11 1.2. Lịch sử hình thành kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife ........................................... 12 1.3. Tình hình phát triển kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife ......................................... 13 1.4. Các công cụ trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife ............................................ 15 1.4.1. Khung định vị Leksell: ................................................................................15 1.4.2. Hệ thống hình ảnh MR, CT, DSA ...............................................................16 1.4.3. Phần mềm lập kế hoạch  LGP v 5. 34 .......................................................17 1.4.4. Hệ thống thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife model C ..........................18 1.5. Cơ sở vật lý và sinh học bức xạ ......................................................................... 19 1.5.1. Năng lƣợng phân rã của nguồn 2760Co ...........................................................19 1.5.2. Liều hấp thụ trong Gamma knife ................................................................20 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................... 23 CHƢƠNG 2  ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG TRONG QUY TRÌNH XẠ PHẪU GAMMA KNIFE ............................................................ 24 2.1 Giới thiệu............................................................................................................. 24 2.2. Quy trình xạ phẫu ............................................................................................... 25 2.2.1. Đặt khung định vị đầu bệnh nhân:...............................................................26 2.2.2. Mô phỏng dữ liệu bằng hình ảnh .................................................................29 2.2.3. Lập kế hoạch xạ phẫu ..................................................................................32 2.2.4. Thực hiện xạ phẫu: ......................................................................................35 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................... 37 CHƢƠNG 3  ĐẢM BẢO LIỀU LƢỢNG PHÓNG XẠ TRONG XẠ PHẪU GAMMA KNIFE ..................................................................... 38 3.1. Giới thiệu............................................................................................................ 38 3.2. Cơ sở liều lƣợng trong xạ phẫu .......................................................................... 40 3.2.1. Đo liều hấp thụ trong điều kiện Bragg – Gray ............................................40 3.2.2. Hệ số OPF (OutPut Factors) ........................................................................42 3.3. Đo liều lƣợng trong xạ phẫu Gamma knife ....................................................... 43 3.3.1. Phƣơng pháp đo liều lƣợng trong xạ phẫu Gamma knife ...........................45 3.3.2. Protocol đo liều lƣợng bằng buồng ion hóa khí ..........................................48 3.3.2.1. Protocol IAEA TRS – 398 ....................................................................49 3.3.2.2. Protocol AAPM TG – 21 ......................................................................52 3.3.3. Các dụng cụ trong phép đo liều hấp thụ tuyệt đối .......................................53 3.3.3.1. Phantom cầu, Cassette ..........................................................................53 3.3.3.2. Giá đỡ phim (Film holder) ....................................................................54 3.3.3.3. Hệ thiết bị đo liều buồng ion hóa..........................................................54 3.3.3.3.1. Buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 .......................................54 3.3.3.3.2. Buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 ......................................56 3.3.3.3.3. Electrometer MAX  4000 ............................................................57 3.3.3.4. Liều lƣợng kế phim ảnh Grafchromic MD – 55 ...................................58 3.3.4. Độ chính xác trong phân bố chùm tia phóng xạ ..........................................60 3.3.4.1. Độ chính xác và độ lệch chuẩn của phép đo.........................................60 3.3.4.2. Độ chính xác và độ lệch chuẩn trong xạ phẫu LGK .............................60 3.3.5. Chƣơng trình đo liều hấp thụ tuyệt đối .......................................................65 3.3.6. Xác định độ chính xác trong phân bố liều ...................................................65 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ......................................................................................... 69 CHƢƠNG 4  KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 70 4.1. Giới thiệu............................................................................................................ 70 4.2. Xác định hệ số định chuẩn bằng phƣơng pháp chuẩn chéo ............................... 70 4.3. Kết quả suất liều hấp thụ tuyệt đối ..................................................................... 76 4.4. Kiểm tra độ tin cậy của giá trị suất liều hấp thụ đo lần một .............................. 80 4.5. Đƣờng cong suất liều hấp thụ tuyệt đối theo thời gian ...................................... 83 4.6. Sai số của suất liều hấp thụ của nhiều tác giả .................................................... 86 4.7. Suất liều hấp thụ tuyệt đối cho collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm ..................... 88 4.8. Độ chính xác của chùm tia phóng xạ ............................................................... 889 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ......................................................................................... 92 KẾT LUẬN LUẬN VĂN ......................................................................................... 93 Những kết quả của luận văn đã đạt đƣợc .................................................................. 93 Những tồn tại của luận văn chƣa thực hiện............................................................... 93 Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn................................................................. 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 94 PHỤ LỤC ................................................................................................................100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAPM American Association of Physics in Medicine ABS Acrylonitrin Butadien Styren CI Conformity Index CT Computerized Tomography DICOM Digital Imaging in Communication Medicine DSA Digital Subtraction Angiography FWHM Full  Width Half  Maximum GI Gradient Index IAEA International Atomic Energy Agency LGK Leksell Gamma knife LGP Leksell Gamma Plan MRI Magnetic Resonance Imaging OPF OutPut Factors PSDL Primary Standard Dosimetry Laboratoty SAD Source – Axis Distance SCD Source  Chamber Distance SSD Source  Surface Distance SSDL Secondary Standard Dosimetry Laboratory TC Target Coverage TG Task Group TLD Thermoluminescent Dosimetry TRS Technical Report Series UCP Unit Center Point 1 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Những yếu tố cần đảm bảo chất lƣợng trong GK ...................................... 25 Bảng 2.2 Đánh giá kết quả lập kế hoạch LGP .......................................................... 34 Bảng 2.3 Sai số hình học trong lập kế hoạch ............................................................ 35 Bảng 3.1 Thông tin cần thiết cho việc đo liều trong xạ phẫu Gamma knife ............ 45 Bảng 3.2 Liều lƣợng kế cho việc đo chùm tia photon hẹp ....................................... 46 Bảng 3.3 Hệ số a0, a1, a2 dùng tính toán hệ số ks ...................................................... 52 Bảng 3.4 Hệ số OPFs đo đạc bởi hãng Elekta .......................................................... 63 Bảng 3.5 Giá trị độ chính xác trong phân bố chùm tia phóng xạ ............................. 67 Bảng 4.1 Điều kiện chuẩn đo liều cho chùm photon năng lƣợng 6 MV .................. 72 Bảng 4.2 Kết quả điện tích ghi nhận bởi Electrometer (10/05/2014) ..................... 77 Bảng 4.3 Kết quả điện tích ghi nhận bởi Electrometer (19/07/2014) ....................... 81 Bảng 4.4 Suất liều hấp thụ của LGK model C  Bệnh viện Chợ Rẫy ...................... 83 Bảng 4.5 Suất liều hấp thụ của LGK model C trong 6 lần đo .................................. 84 Bảng 4.6 Sai số của suất liều hấp thụ đo đạc ở các trung tâm Gamma knife ........... 87 Bảng 4.7 Hệ số OPFs đo đạc thực nghiệm (hãng Elekta) ......................................... 89 Bảng 4.8 Giá trị suất liều hấp thụ tuyệt đối của các collimator ................................ 89 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nguyên lý xạ phẫu Gamma knife .............................................................. 11 Hình 1.2 Số lƣợng bệnh điều trị bằng xạ phẫu Gamma knife................................... 13 Hình 1.3 Số trung tâm Gamma knife trên thế giới .................................................... 14 Hình 1.4 Số ca điều trị tại đơn vị Gamma knife (01/01//2013) ................................ 14 Hình 1.5 a. Khung định vị Leksell b. Hộp chỉ thị DSA c. Hộp chỉ thị MRI............ 15 Hình 1.6 Các mốc đánh dấu trên ảnh MRI ............................................................. 16 Hình 1.7 Hệ thống hình ảnh a. MRI, b. CT, c. DSA ................................................. 16 Hình 1.8 Phần mềm lập kế hoạch LGP v 5. 34 ......................................................... 17 Hình 1.9 Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife model C ....................................... 18 Hình 1.10. Tiết diện ngang của hệ thống collimator ................................................. 18 Hình 1.11 Hệ collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mm............................................ 19 Hình 1.12 Thƣớc định vị (Trunnion) ....................................................................... 19 Hình 1.13 Phân rã phóng xạ của Co60 ...................................................................... 20 Hình 1.14 Liều hấp thụ trong nƣớc của 60Co và photon 4 MV, 6 MV ..................... 21 Hình 1.15 Liều tƣơng đối theo khoảng cách ............................................................. 22 Hình 2.1 Quy trình xạ phẫu Gamma knife ................................................................ 24 Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt quy trình xạ phẫu Gamma knife .......................................... 26 Hình 2.3 Đặt khung định vị Leksell .......................................................................... 27 Hình 2.4 Kiểm tra khung định vị Leksell.................................................................. 28 Hình 2.5 Ảnh hƣởng của điểm đánh dấu vào định vị thƣơng tổn ............................. 28 Hình 2.6 Mô phỏng hình ảnh não bằng MRI ............................................................ 29 Hình 2.7 Đo những mốc định vị trên ảnh MRI ........................................................ 31 Hình 2.8 Mô phỏng da đầu của bệnh nhân. .............................................................. 31 Hình 2.9 Hình dạng da đầu mô phỏng và sau khi hiệu chỉnh ................................... 32 Hình 2.10 Định nghĩa dữ liệu hình ảnh.................................................................... 33 Hình 2.11 Lập kế hoạch bằng phần mềm LGP ........................................................ 33 3 Hình 2.12 Định nghĩa các thể tích trong xạ phẫu Gamma knife ............................... 34 Hình 2.13 Quy trình thực hiện xạ phẫu ..................................................................... 36 Hình 2.14 Kiểm tra microswitch của mũ chuẩn trực ................................................ 37 Hình 3.1 Độ chính xác trong xạ phẫu Gamma knife ................................................ 38 Hình 3.2 Thiết bị đo liều lƣợng cho một kênh phóng xạ .......................................... 39 Hình 3.3 Điều kiện Bragg  Gray trong môi trƣờng nƣớc........................................ 40 Hình 3.4 OPFs của collimator 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mmm ................................ 42 Hình 3.5 Công tác đo liều trong xạ phẫu Gamma knife trên thế giới (2010) ........... 44 Hình 3.6 Phantom cầu, Cassette, chốt cố định dùng đo liều hấp thụ ........................ 53 Hình 3.7 Giá đỡ phim dùng đo độ chính xác trong phân bố liều hấp thụ ................. 54 Hình 3.8 Buồng ion hóa Thimble model 9732  2 ................................................... 55 Hình 3.9 Buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 .................................................... 56 Hình 3.10 Electrometer Max  4000......................................................................... 57 Hình 3.11 Phim Grafchromic MD  55 .................................................................... 58 Hình 3.12 Độ tuyến tính về liều của Phim GrafChromic MD  55 .......................... 59 Hình 3.13 UCP  cơ khí và các trục của tia .............................................................. 61 Hình 3.14 a. UCP  cơ khí và UCP  phóng xạ ....................................................... 61 Hình 3.15 Độ chính xác theo 3 hƣớng X, Y, Z ......................................................... 67 Hình 3.16 Xác định độ chính xác bằng công cụ kiểm tra trunnion .......................... 69 Hình 4.1 Thông tin máy xạ trị gia tốc tuyến tính Synergy Platform ........................ 71 Hình 4.2 Phƣơng pháp chuẩn chéo buồng ion hóa Thimble model 9732 – 2 theo buồng ion hóa chuẩn Farmer TN 30013 – 2245..................................................................... 72 Hình 4.3 Mô hình hệ đo suất liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị LGK model C ....... 76 Hình 4.4 Màn hình hiển thị quá trình đo suất liều hấp thụ tuyệt đối ........................ 77 Hình 4.5 Suất liều hấp thụ của LGP (10/05/2014) .................................................... 79 Hình 4.6 Suất liều hấp thụ của LGP (19/07/2014) .................................................... 82 4 Hình 4.7 Đƣờng cong fit của suất liều hấp thụ tuyệt đối theo thời gian .................. 85 Hình 4.8 Giá trị và sai số của tham số trong đƣờng chuẩn Y =A+B*X ................... 85 Hình. 4.9 Hình học chiếu phim GrafChromic MD  55 .......................................... 90 Hình. 4.10 Phim GrafChromic MD  55 sau chiếu xạ ............................................ 90 5 TỔNG QUAN LUẬN VĂN Theo báo cáo hàng năm của hãng Elekta – Thụy Điển, số bệnh nhân trên toàn thế giới đƣợc chẩn đoán các bệnh lý u não, dị dạng mạch máu động tĩnh mạch, rò màng cứng động tĩnh mạch đều gia tăng... Các bệnh lý trên có thể đƣợc điều trị bằng những phƣơng pháp khác nhau: mổ hở, can thiệp thuyên tắc mạch máu và một phƣơng pháp điều trị hiện đại bằng thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife. Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife chứa 201 nguồn phóng xạ 60Co có hoạt độ phóng xạ rất lớn, phát ra 201 tia gamma với năng lƣợng trung bình 1,25 MeV, tập trung vào thƣơng tổn nhỏ trong não với độ chính xác rất cao (nhỏ hơn 0,5 mm). Do đặc thù sinh học về liều lƣợng phóng xạ của tế bào não, các thƣơng tổn trong não đƣợc chỉ định liều lƣợng điều trị rất lớn (10 – 25) Gy. Vì vậy, đặc điểm nổi bật của kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife là cung cấp liều hấp thụ lớn, chính xác cho thƣơng tổn có kích thƣớc nhỏ trong não và giảm ảnh hƣởng của tia xạ đến các mô lành xung quanh thƣơng tổn. Để việc xạ phẫu đạt hiệu quả cao, chúng ta cần phải tính toán liều hấp thụ chính xác về mặt độ lớn và xác định chính xác về mặt hình học cho việc phân bố chùm tia phóng xạ cho thƣơng tổn trong não. Để thực hiện điều này, trƣớc khi tiến hành xạ phẫu, các thiết bị cơ khí có ảnh hƣởng đến độ chính xác về mặt hình học cho việc phân bố chùm tia phóng xạ phải đƣợc kiểm tra hàng ngày, hàng tháng; hàng quý đồng thời phân bố liều hấp thụ tuyệt đối của 60Co đƣợc đo đạc trong phantom cầu Polystyrene (mô phỏng đầu bệnh nhân) theo định kì hàng năm. Những công việc đó đƣợc gọi là thủ tục đảm bảo chất lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. Thủ tục đảm bảo chất lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife có vai trò rất quan trọng, chúng quyết định việc cung cấp một liều điều trị chính xác cao về mặt liều lƣợng lẫn vị trí cho bệnh nhân theo đúng chỉ định. Hiện tại, ở cấp quốc tế chƣa có một thủ tục tiêu chuẩn chung đƣợc sử dụng để đo liều lƣợng trong xạ phẫu Gamma knife. Các nhà Vật lý y khoa của các trung tâm Gamma knife trên thế giới đang xây dựng và phát triển những chƣơng trình riêng một 6 cách chi tiết, luôn cập nhật nhằm đảm bảo việc phân bố chính xác liều lƣợng phóng xạ cho thƣơng tổn trong não bệnh nhân. Hiện nay, một số tác giả đã xuất bản những tài liệu về lĩnh vực này nhƣ: “Chƣơng trình đảm bảo chất lƣợng cho kỹ thuật xạ phẫu” (1995) của nhóm đảm bảo chất lƣợng trong xạ trị do Gunther H. Hartmann biên tập [18]; “Chƣơng trình đảm bảo chất lƣợng cho các thiết bị Gamma knife” (1995) của phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Mỹ [8]; TG – 42 (Task Group) về “Kỹ thuật xạ phẫu Stereotactic” đƣợc xuất bản vào 1995 bởi Hiệp hội Vật Lý Y học Mỹ (AAPM Report No. 54) [34]. Ngoài ra, những bài báo có nội dung liên quan đến việc đảm bảo chất lƣợng liều lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife, dựa trên các tài liệu của cơ quan nguyên tử năng quốc tế IAEA TRS  227, TRS  398 (sử dụng phổ biến ở Châu Âu và Châu Á) [19, 20] và Hiệp hội Vật lý Y học Mỹ AAPM TG  21, TG – 51 (sử dụng phổ biến ở Mỹ) [40]. Ở Việt Nam, kỹ thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife mới đƣợc ứng dụng trong điều trị các bệnh lý về não khoảng 10 năm nên cũng chƣa có một tiêu chuẩn đo liều lƣợng phóng xạ riêng cho thiết bị xạ phẫu này. Theo các chuyên gia của hãng Elekta  Thụy Điển, cần phải áp dụng một thủ tục đo liều quốc tế đáng tin cậy cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife. Việc chọn lựa một thủ tục đo liều lƣợng thích hợp cho kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife dựa trên những tiêu chí nhƣ: bảo đảm độ chính xác, dễ thực hiện, kết quả ổn định và đáng tin cậy. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng tài liệu thực hành đo liều hấp thụ của IAEA TRS  398 (2000) để đo liều lƣợng cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife model C tại đơn vị Gamma knife – Bệnh viện Chợ Rẫy, TP.HCM. Vì tất cả những lý do trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài luận văn Thạc sĩ: “Đảm bảo chất lƣợng trong xạ phẫu Gamma knife”. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU  Giới thiệu một chƣơng trình đảm bảo chất lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife nhằm nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân. 7  Xây dựng một tài liệu thiết thực, giúp cho đội nhóm tham gia điều trị cho bệnh nhân bằng phƣơng pháp xạ phẫu Gamma knife đạt hiệu quả tốt.  Tổng hợp kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm thực hành về kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU  Thiết bị xạ phẫu Gamma knife Model C, hãng Elekta  Thụy Điển.  Các hệ thống: khung định vị đầu bệnh nhân, lập kế hoạch Leksell Gamma Plan đƣợc sử dụng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife Model C.  Hệ thống đo liều hấp thụ bằng buồng ion hóa Farmer TN 30013  2245 của PTW Đức, Thimble model 9732  2 của MULTIDATA, Mỹ và Electrometer Max  4000 của Elimpex, Áo.  Các tài liệu, bài báo khoa học đƣợc cung cấp bởi hãng Elekta Thụy điển và đƣợc nghiên cứu bởi những nhân viên Vật lý y khoa trên thế giới. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Thu thập và xử lý các thông tin, dữ liệu thu đƣợc từ những bài báo của hiệp hội Vật lý y khoa và thông tin đƣợc cung cấp bởi các nhà Vật lý Y khoa làm việc trong lĩnh vực xạ phẫu Gamma knife.  Lập các bảng biểu, trình bày các nội dung của chƣơng trình đảm bảo chất lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife.  Áp dụng quy trình đo liều cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife, dựa trên nội dung của các bài báo khoa học đáng tin cậy, đƣợc cung cấp bởi các nhà Vật lý y khoa của hãng Elekta, Thụy Điển, dựa trên nội dung tài liệu bảo dƣỡng thiết bị Gamma knife Model C của hãng Elekta, Thụy Điển, nội dung tài liệu hƣớng dẫn về đo liều của cơ quan năng lƣợng quốc tế IAEA. 8 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Theo ý nghĩa đó, nội dung của luận văn đƣợc trình bày tập trung vào những vấn đề thiết yếu của kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife, đƣợc cấu trúc trình tự logic gồm bốn chƣơng sau đây:  Chƣơng 1  Cơ sở lý thuyết về xạ phẫu Gamma knife Trong chƣơng này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về lịch sử hình thành và tình hình phát triển; các công cụ cơ bản nhất; cơ sở vật lý và sinh phóng xạ của kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. Những thông tin trên giúp chúng tôi hiểu rõ vai trò quan trọng của việc đảm bảo chất lƣợng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife (đƣợc trình bày trong chƣơng 2) và đảm bảo liều lƣợng phóng xạ trong xạ phẫu Gamma knife (đƣợc trình bày trong chƣơng 3). Từ đó, chúng ta thấy rõ việc đảm bảo chất lƣợng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife dựa trên những yếu tố của việc đảm bảo chất lƣợng cho hệ thống cơ khí và kỹ thuật phân bố liều lƣợng phóng xạ của thiết bị xạ phẫu Gamma knife có vai trò rất quan trọng. Đây là mục tiêu của luận văn.  Chƣơng 2  Đảm bảo chất lƣợng trong quy trình xạ phẫu Gamma knife Trong chƣơng này, chúng tôi sẽ trình bày mục tiêu và phƣơng pháp thực hành các giai đoạn trong quy trình xạ phẫu Gamma knife theo hƣớng Vật lý. Từ thực tiễn điều trị bằng phƣơng pháp xạ phẫu Gamma knife, chúng tôi trình bày những sai sót mà nhân viên Vật lý y khoa gặp phải khi thực hiện quy trình xạ phẫu này. Từ đó, chúng tôi phân tích và đƣa ra những biện pháp nhằm giảm thiểu sai sót để đảm bảo chất lƣợng cho mỗi giai đoạn trong quy trình xạ phẫu Gamma knife. Quy trình xạ phẫu Gamma knife gồm bốn giai đoạn sau:  Đặt khung định vị đầu bệnh nhân;  Mô phỏng dữ liệu bằng hình ảnh;  Lập kế hoạch xạ phẫu;  Thực hiện xạ phẫu. 9  Chƣơng 3  Đảm bảo liều lƣợng phóng xạ trong xạ phẫu Gamma knife Trong chƣơng này, chúng tôi giới thiệu các dụng cụ và hệ thống đo liều lƣợng trong xạ trị nhƣ: buồng ion hóa, phantom cầu Polystyrene và Electrometer. Tiếp theo là trình bày cơ sở lý thuyết và các phƣơng pháp đo liều lƣợng trong kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife. Chúng tôi quyết định sử dụng phƣơng pháp đo liều lƣợng theo tài liệu TRS  398 của IAEA để đo liều hấp thụ tuyệt đối cho chùm tia 60 Co tại isocenter trong phantom cầu Polystyrene cho collimator 18 mm của thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife. Ngoài ra, chúng tôi cũng trình bày phƣơng pháp định lƣợng độ chính xác vị trí mà chùm tia phóng xạ phân bố trong thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife.  Chƣơng 4  Kết quả và Bàn luận. Trong chƣơng này, chúng tôi trình bày chi tiết phƣơng pháp chuẩn chéo buồng ion hóa Thimble 9732  2 theo buồng ion hóa Farmer TN 30013 – 2245 ở khoa Ung bƣớu  bệnh viện Chợ Rẫy bằng máy gia tốc Synergy Platform, Elekta – Thụy Điển. Phƣơng pháp trên giúp xác định giá trị hệ số định chuẩn của buồng ion hóa Thimble 9732  2 theo liều hấp thụ trong nƣớc để phục vụ cho việc đo liều hấp thụ tuyệt đối cho thiết bị xạ phẫu Gamma knife. Tiếp đó, chúng tôi trình bày kết quả của phép đo đạc suất liều hấp thụ tuyệt đối trong phantom cầu Polystyrene ở điềm isocenter bằng phƣơng pháp buồng ion hóa khí và tính toán sai số tƣơng đối của nó. Ngoài ra, chúng tôi cũng đề xuất phƣơng pháp xác định suất liều hấp thụ tuyệt đối của những collimator đƣờng kính nhỏ hơn 4 mm, 8 mm, 14 mm. Việc ƣớc lƣợng định tính độ chính xác của phân bố chùm tia phóng xạ bằng phƣơng pháp phim ảnh cũng sẽ đƣợc trình bày và phân tích. Tất cả các số liệu thu đƣợc đƣợc đo đạc tại đơn vị Gamma knife và khoa Ung Bƣớu, bệnh Viện Chợ Rẫy, TP. HCM. Kết luận luận văn: Chúng tôi tổng kết những kết quả đã thực hiện đƣợc cũng nhƣ những tồn tại của luận văn chƣa thực hiện đồng thời định hƣớng những mục tiêu tiếp theo của luận văn cần nghiên cứu để phát triển luận văn tốt hơn. 10 CHƢƠNG 1  CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XẠ PHẪU GAMMA KNIFE 1.1. Giới thiệu Dựa theo lịch sử phát triển ứng dụng của những kỹ thuật xạ trị trong y học, kỹ thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife (LGK) có lịch sử phát triển lâu nhất. LGK model C là một thiết bị xạ trị đặc biệt, đƣợc sản xuất bởi công ty Elekta, Thụy Điển. Thiết bị này chứa 201 nguồn phóng xạ 60Co có hoạt độ phóng xạ lớn (khoảng 6000 Ci  10 %). Chúng phát ra 201 tia gamma, có năng lƣợng trung bình 1,25 MeV tập trung vào thƣơng tổn nhỏ trong não (xem Hình 1.1). Kỹ thuật xạ phẫu Leksell Gamma knife đƣợc dùng để điều trị các bệnh lý nhƣ: các loại u não, dị dạng mạch máu não động tĩnh mạch với độ chính xác rất cao (nhỏ hơn 0,5 mm). Do đặc thù sinh học về liều lƣợng phóng xạ của tế bào não, các thƣơng tổn đƣợc chỉ định liều lƣợng điều trị rất lớn (10 – 25) Gy. Vì vậy, mục tiêu của kỹ thuật xạ phẫu LGK là cung cấp liều hấp thụ lớn, chính xác cho thƣơng tổn nhỏ trong não và giảm ảnh hƣởng của tia xạ đến mô lành xung quanh thƣơng tổn. Hình 1.1 Nguyên lý xạ phẫu Gamma knife [10] Trong chƣơng này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về lịch sử hình thành và tình hình phát triển; các hệ thống cơ bản và cơ sở vật lý phóng xạ của kỹ thuật xạ phẫu LGK. Những thông tin trên giúp chúng tôi hiểu đƣợc nội dung của quy trình đảm bảo 11 chất lƣợng trong xạ phẫu Gamma knife (đƣợc trình bày trong chƣơng 2), hiểu rõ chƣơng trình đảm bảo liều lƣợng phóng xạ phân bố trong xạ phẫu Gamma knife (đƣợc trình bày trong chƣơng 3). Từ đó, chúng tôi thấy rõ việc đảm bảo chất lƣợng của quy trình xạ phẫu Gamma knife dựa trên những yếu tố của việc đảm bảo chất lƣợng hệ thống cơ khí và kỹ thuật phân bố phóng xạ của thiết bị xạ phẫu LGK có vai trò rất quan trọng. Đây cũng là mục tiêu của luận văn. 1.2. Lịch sử hình thành kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife Năm 1951, Lar Leksell, phẫu thuật viên thần kinh  ngƣời Thụy Điển đã phát minh ra nguyên lý xạ phẫu Gamma knife. Theo thời gian, nhiều thế hệ thiết bị xạ phẫu LGK đƣợc sản xuất với những thay đổi về thiết kế và kỹ thuật chiếu tia [35]:  1967, mẫu Gamma knife nguyên thủy đầu tiên đƣợc xây dựng.  1974, giới thiệu chƣơng trình lập kế hoạch đầu tiên hỗ trợ bởi máy tính.  1986, Leksell Gamma knife thƣơng mại đầu tiên model U đƣợc lắp đặt ở trƣờng đại học Pittsburgh, Mỹ.  1988, Leksell Gamma knife model B đƣợc lắp đặt ở viện Karolinska, Thụy Điển.  1990, giới thiệu phần mềm lập kế hoạch điều trị chạy trên hệ điều hành Linux.  1996, tích hợp vào phần mềm lập kế hoạch kỹ thuật hình ảnh học 3 chiều CT, MRI.  1998, tích hợp vào phần mềm lập kế hoạch kỹ thuật vẽ thƣơng tổn bán tự động, thực hiện nhiều vị trí chiếu trong cùng một kế hoạch điều trị.  2000, giới thiệu Leksell Gamma knife model C, sử dụng hệ thống định vị tự động di chuyển đầu bệnh nhân đến các vị trị cần xạ phẫu.  2006, giới thiệu Leksell Gamma knife model Perfexion, tiên tiến nhất với thay đổi đáng kể về thiết kế và kỹ thuật chiếu tia. 12 1.3. Tình hình phát triển kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife Hàng năm, hãng Elekta – Thụy Điển chuyên về thiết bị xạ trị đã thu thập thông tin về số lƣợng bệnh nhân đƣợc điều trị bằng phƣơng pháp xạ phẫu LGK từ những trung tâm Gamma knife. Trên thế giới, số lƣợng bệnh nhân với bệnh lý thần kinh nhƣ: u não, dị dạng động tĩnh mạch, rò màng cứng động tĩnh mạch và bệnh lý chức năng đƣợc điều trị bằng phƣơng pháp xạ phẫu LGK đều gia tăng đáng kể. Hình 1.2 biểu diễn số lƣợng các bệnh lý thần kinh trên thế giới. Nghìn U ác tính U lành tính Tổn thƣơng mạch máu Tổn thƣong chức năng Tổn thƣơng khác Năm Hình 1.2 Số lƣợng bệnh điều trị bằng xạ phẫu Gamma knife trên thế giới [32] Hiện tại, kỹ thuật xạ phẫu LGK đƣợc sử dụng rộng khắp thế giới. Chúng đƣợc lắp đặt ở các trung tâm, bệnh viện và trƣờng đại học lớn về thần kinh nhƣ Bệnh viện  Đại học Karolinska của Thụy Điển; trung tâm Gamma knife Boston; trung tâm Gamma knife New York, Đại học Pittsburgh của Mỹ, Bệnh viện Tokyo của Nhật Bản… Đến 07/2013, thế giới có tổng số trung tâm Gamma knife khoảng 264, trong đó Mỹ và Nhật chiếm hơn 50 (%) số trung tâm Gamma knife trên toàn thế giới (xem Hình 1.3) 13 3 36 Châu Phi Châu Á Thái Bình Dƣong (Trừ Trung Quốc và Nhật Bản) 111 Châu Âu và Trung Đông 51 Nhật Bản Châu Mỹ La Tinh (Trừ Mỹ) Mỹ 48 15 Hình 1.3 Số trung tâm Gamma knife trên thế giới (07/2013) Tại Việt Nam, vào tháng 06 năm 2006, thiết bị xạ phẫu LGK model C đƣợc lắp đặt tại đơn vị Gamma knife - Khoa Ngoại Thần kinh, bệnh viện Chợ Rẫy, TP. HCM. Theo thống kê của đơn vị Gamma knife (xem Hình 1.4), số lƣợng bệnh nhân đƣợc điều trị bằng phƣơng pháp xạ phẫu này tăng lên hàng năm. 800 687 Số ca Gamma knife 700 625 600 500 400 300 200 363 351 226 149 100 0 Năm 2007 Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm Hình 1.4 Số ca điều trị tại đơn vị Gamma knife (01/01//2013) Từ sự gia tăng về số bệnh nhân điều trị bằng phƣong pháp xạ phẫu LGK trên toàn thế giới và ở Việt Nam, chúng tôi nhận thấy vấn đề đảm bảo chất lƣợng của phƣơng pháp xạ phẫu LGK và hiệu quả điều trị điều trị bằng phƣơng pháp này sẽ bị ảnh hƣởng lớn. Do đó, để việc điều trị hiệu quả thì phải kiểm tra thƣờng xuyên và đảm bảo chất lƣợng các các hệ thống của thiết bị xạ phẫu LGK ở điều kiện làm việc tốt nhất. 14