ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG TRƯƠNG KA MY MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN TP HỒ CHÍ MINH, 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG TRƯƠNG KA MY MÔ PHỎNG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 Chuyên ngành: VẬT LÝ HẠT NHÂN Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS MAI VĂN NHƠN TP HỒ CHÍ MINH, 2009 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 11 1.1 Giới thiệu Leksell Gamma Knife 11 1.2 Lịch sử LGK 11 1.3 Các thành phần thiết bị LGK 14 1.4 Nguyên tắc LGK 15 1.5 Tiến trình điều trị LGK 17 1.6 Giới thiệu chương trình Gamma Plan 18 1.7 Ưu điểm LGK so với thiết bị xạ phẫu khác 19 CHƯƠNG 21 2.1 Giới thiệu chung 21 2.2 Quá trình nguyên tắc điều trị tia xạ 22 2.3 Các phương pháp điều trị tia xạ 23 2.4 Cơ sở khái niệm liên quan liều xạ trị 24 CHƯƠNG 32 3.1 Phương pháp Monte Carlo 32 3.2 Chương trình MCNP 34 Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ 3.3 Mô MCNP cho nguồn đơn kênh thiết bị xạ phẫu LGK 42 3.4 Các kết tính toán với nguồn đơn kênh 45 CHƯƠNG 49 4.1 Mô MCNP5 cho 201 nguồn LGK 49 4.2 Mô cách tính liều đầu Zubal 52 4.3 Các kết tính toán với 201 nguồn 53 KẾT LUẬN 67 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu Φ : thông lượng hạt (1/cm2) T L : chiều dài đường hạt (cm) V : thể tích voxel (cm3) W : trọng số quãng đường A: diện tích voxel (cm2) δ : bề rộng voxel (cm) Các chữ viết tắt LGK: Leksell Gamma Knife CT: Computed Tomography MRI: Magnetic Resonance Imaging SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography PET: Positron Emission Computed Tomography IGRT: Image Guided Radiation Therapy IMRT: Intensity Modulated Radiation Therapy SSD: Source to Surface Distance SAD: Source Axis Distance GTV: Gross Tumor Volume CTV: Clinical Target Volume PTV: Planning Target Volume Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ MCNP: Monte Carlo N – Particle EGS: Electron Gamma Shower PENELOPE: Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons FWHM: Full Width Half Maximum Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sánh thời gian chạy tally F4 tally Fmesh Bảng 4.1 So sánh FWHM trục Ox chương trình Gamma Plan kết tính toán Bảng 4.2 So sánh FWHM trục Oz chương trình Gamma Plan kết tính toán Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C Hình 1.2 Hình cắt ngang Leksell Gamma Knife model C Hình 1.3 Kích cỡ khác mũ LGK Hình 1.4 Nguyên tắc hội tụ 201 chùm tia LGK Hình 1.5 So sánh cường độ chùm tia gamma mà khối u hấp thụ Hình 1.6 Đặt khung vào đầu bệnh nhân Hình 1.7 Chương trình tính liều Gamma Plan Hình 1.8: So sánh kích thước liều điều trị số phương pháp xạ trị Hình 2.1 biểu diễn cách tính liều phần trăm Hình 2.2 Sơ đồ biểu diễn thể tích bia kỹ thuật xạ trị Hình 2.3 biểu diễn đường đồng liều CTV, PTV, GTV ung thư trực tràng chụp CT việc lập kế hoạch điều trị Hình 3.1 So sánh phương pháp Monte Carlo với phương pháp giải tích thời gian tính toán độ phức tạp cấu hình Hình 3.2 biểu diễn trình vận chuyển hạt qua voxel Hình 3.3 So sánh liều tương đối tính tally F4 tally Fmesh dọc theo trục Ox phantom nước Hình 3.4 Giao diện chương trình MCNP5 Hình 3.5 Mô hình nguồn đơn kênh dùng mô MCNP Hình 3.6 Mô hình mô nguồn đơn kênh phantom LGK Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ Hình 3.7 Phổ lượng photon phát nguồn Co60 Hình 3.8 Liều phân bố dọc theo trục Ox Hình 3.9 Phân bố liều tương đối mặt phẳng Oxy Hình 3.10 Phân bố liều tương đối mặt phẳng Oxz Hình 4.1a Biểu diễn xếp vòng collimator helmet LGK Hình 4.1b Biểu diễn góc phương vị vòng so với mặt phẳng xOy Hình 4.2 biểu diễn phân bố góc 201 nguồn LGK so với mặt phẳng Hình 4.3 Biểu diễn nguồn có dạng hình mặt cách bố trí phantom mô 201 nguồn Hình 4.4 Mô hình đầu Zubal Hình 4.5 So sánh phân bố liều tương đối hai trục Ox Oz collimator 4mm Hình 4.6 So sánh phân bố liều tương đối hai trục Ox Oz collimator đường kính 8mm Hình 4.7 So sánh phân bố liều tương đối hai trục Ox Oz collimator đường kính 14mm Hình 4.8 So sánh phân bố liều tương đối hai trục Ox Oz collimator đường kính 18mm Hình 4.9 Liều phân bố mặt phẳng Oxy collimator đường kính 18mm Hình 4.10 Liều phân bố mặt phẳng Oxz collimator đường kính 18mm Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ Hình 4.11 Biểu diễn phân bố liều tương đối phantom đầu Zubal phantom nước 201 nguồn Hình 4.12 So sánh liều phân bố trục z collimator đường kính 4mm với 201 nguồn Hình 4.13 So sánh liều phân bố trục x collimator đường kính 4mm với 201 nguồn Hình 4.14 So sánh liều phân bố trục x collimator có đường kính 18mm với 201 nguồn Hình 4.15 So sánh liều phân bố trục z collimator có đường kính 18mm với 201 nguồn Đặng Trương Ka My Luận văn thạc sĩ si56 L -1.671017 15.898664 4.085363 sp56 si57 L -3.867421 15.511379 4.085363 sp57 si58 L -5.988550 14.822182 4.085363 sp58 si59 L -7.993119 13.844488 4.085363 sp59 si60 L -9.842111 12.597328 4.085363 sp60 si61 L -11.499537 11.104974 4.085363 sp61 si62 L -12.933138 9.396475 4.085363 sp62 si63 L -14.115011 7.505084 4.085363 sp63 si64 L -15.022150 5.467615 4.085363 sp64 si65 L -15.636901 3.323726 4.085363 sp65 si66 L -15.947297 1.115144 4.085363 sp66 Đặng Trương Ka My 91 Luận văn thạc sĩ si67 L -15.947297 -1.115144 4.085363 sp67 si68 L -15.636901 -3.323726 4.085363 sp68 si69 L -15.022150 -5.467615 4.085363 sp69 si70 L -14.115011 -7.505084 4.085363 sp70 si71 L -12.933138 -9.396475 4.085363 sp71 si72 L -11.499537 -11.104974 4.085363 sp72 si73 L -9.842111 -12.597328 4.085363 sp73 si74 L -7.993119 -13.844488 4.085363 sp74 si75 L -5.988550 -14.822182 4.085363 sp75 si76 L -3.867421 -15.511379 4.085363 sp76 si77 L -1.671017 -15.898664 4.085363 sp77 Đặng Trương Ka My 92 Luận văn thạc sĩ si78 L 0.557912 -15.976500 4.085363 sp78 si79 L 2.775981 -15.743371 4.085363 sp79 si80 L 4.940019 -15.203816 4.085363 sp80 si81 L 7.007906 -14.368336 4.085363 sp81 si82 L 8.939391 -13.253192 4.085363 sp82 si83 L 10.696881 -11.880090 4.085363 sp83 si84 L 12.246169 -10.275756 4.085363 sp84 si85 L 13.557099 -8.471416 4.085363 sp85 si86 L 14.604155 -6.502189 4.085363 sp86 si87 L 15.366958 -4.406404 4.085363 sp87 si88 L 15.830661 -2.224854 4.085363 sp88 Đặng Trương Ka My 93 Luận văn thạc sĩ si89 L 15.304238 1.204470 6.048102 sp89 si90 L 14.927397 3.583751 6.048102 sp90 si91 L 14.182994 5.874788 6.048102 sp91 si92 L 13.089358 8.021169 6.048102 sp92 si93 L 11.673419 9.970042 6.048102 sp93 si94 L 8.021169 13.089358 6.048102 sp94 si95 L 5.874788 14.182994 6.048102 sp95 si96 L 3.583751 14.927397 6.048102 sp96 si97 L 1.204470 15.304238 6.048102 sp97 si98 L -1.204470 15.304238 6.048102 sp98 si99 L -3.583751 14.927397 6.048102 sp99 Đặng Trương Ka My 94 Luận văn thạc sĩ si100 L -5.874788 14.182994 6.048102 sp100 si101 L -8.021169 13.089358 6.048102 sp101 si102 L -9.970042 11.673419 6.048102 sp102 si103 L -11.673419 9.970042 6.048102 sp103 si104 L -13.089358 8.021169 6.048102 sp104 si105 L -14.182994 5.874788 6.048102 sp105 si106 L -14.927397 3.583751 6.048102 sp106 si107 L -15.304238 1.204470 6.048102 sp107 si108 L -15.304238 -1.204470 6.048102 sp108 si109 L -14.927397 -3.583751 6.048102 sp109 si110 L -14.182994 -5.874788 6.048102 sp110 Đặng Trương Ka My 95 Luận văn thạc sĩ si111 L -13.089358 -8.021169 6.048102 sp111 si112 L -11.673419 -9.970042 6.048102 sp112 si113 L -9.970042 -11.673419 6.048102 sp113 si114 L -8.021169 -13.089358 6.048102 sp114 si115 L -5.874788 -14.182994 6.048102 sp115 si116 L -3.583751 -14.927397 6.048102 sp116 si117 L -1.204470 -15.304238 6.048102 sp117 si118 L 1.204470 -15.304238 6.048102 sp118 si119 L 3.583751 -14.927397 6.048102 sp119 si120 L 5.874788 -14.182994 6.048102 sp120 si121 L 8.021169 -13.089358 6.048102 sp121 Đặng Trương Ka My 96 Luận văn thạc sĩ si122 L 9.970042 -11.673419 6.048102 sp122 si123 L 11.673419 -9.970042 6.048102 sp123 si124 L 13.089358 -8.021169 6.048102 sp124 si125 L 14.182994 -5.874788 6.048102 sp125 si126 L 14.927397 -3.583751 6.048102 sp126 si127 L 15.304238 -1.204470 6.048102 sp127 si128 L 14.476947 0.000000 7.916313 sp128 si129 L 14.298712 2.264693 7.916313 sp129 si130 L 13.768395 4.473623 7.916313 sp130 si131 L 12.899054 6.572396 7.916313 sp131 si132 L 11.712096 8.509336 7.916313 sp132 Đặng Trương Ka My 97 Luận văn thạc sĩ si133 L 8.509336 11.712096 7.916313 sp133 si134 L 6.572396 12.899054 7.916313 sp134 si135 L 4.473623 13.768395 7.916313 sp135 si136 L 2.264693 14.298712 7.916313 sp136 si137 L 0.000000 14.476947 7.916313 sp137 si138 L -2.264693 14.298712 7.916313 sp138 si139 L -4.473623 13.768395 7.916313 sp139 si140 L -6.572396 12.899054 7.916313 sp140 si141 L -8.509336 11.712096 7.916313 sp141 si142 L -10.236747 10.236747 7.916313 sp142 si143 L -11.712096 8.509336 7.916313 sp143 Đặng Trương Ka My 98 Luận văn thạc sĩ si144 L -12.899054 6.572396 7.916313 sp144 si145 L -13.768395 4.473623 7.916313 sp145 si146 L -14.298712 2.264693 7.916313 sp146 si147 L -14.476947 0.000000 7.916313 sp147 si148 L -14.298712 -2.264693 7.916313 sp148 si149 L -13.768395 -4.473623 7.916313 sp149 si150 L -12.899054 -6.572396 7.916313 sp150 si151 L -11.712096 -8.509336 7.916313 sp151 si152 L -10.236747 -10.236747 7.916313 sp152 si153 L -8.509336 -11.712096 7.916313 sp153 si154 L -6.572396 -12.899054 7.916313 sp154 Đặng Trương Ka My 99 Luận văn thạc sĩ si155 L -4.473623 -13.768395 7.916313 sp155 si156 L -2.264693 -14.298712 7.916313 sp156 si157 L -0.000000 -14.476947 7.916313 sp157 si158 L 2.264693 -14.298712 7.916313 sp158 si159 L 4.473623 -13.768395 7.916313 sp159 si160 L 6.572396 -12.899054 7.916313 sp160 si161 L 8.509336 -11.712096 7.916313 sp161 si162 L 10.236747 -10.236747 7.916313 sp162 si163 L 11.712096 -8.509336 7.916313 sp163 si164 L 12.899054 -6.572396 7.916313 sp164 si165 L 13.768395 -4.473623 7.916313 sp165 Đặng Trương Ka My 100 Luận văn thạc sĩ si166 L 14.298712 -2.264693 7.916313 sp166 si167 L 13.325163 1.165801 9.660794 sp167 si168 L 12.920284 3.461980 9.660794 sp168 si169 L 12.122830 5.652968 9.660794 sp169 si170 L 10.957029 7.672194 9.660794 sp170 si171 L 7.672194 10.957029 9.660794 sp171 si172 L 5.652968 12.122830 9.660794 sp172 si173 L 3.461980 12.920284 9.660794 sp173 si174 L 1.165801 13.325163 9.660794 sp174 si175 L -1.165801 13.325163 9.660794 sp175 si176 L -3.461980 12.920284 9.660794 sp176 Đặng Trương Ka My 101 Luận văn thạc sĩ si177 L -5.652968 12.122830 9.660794 sp177 si178 L -7.672194 10.957029 9.660794 sp178 si179 L -9.458305 9.458305 9.660794 sp179 si180 L -10.957029 7.672194 9.660794 sp180 si181 L -12.122830 5.652968 9.660794 sp181 si182 L -12.920284 3.461980 9.660794 sp182 si183 L -13.325163 1.165801 9.660794 sp183 si184 L -13.325163 -1.165801 9.660794 sp184 si185 L -12.920284 -3.461980 9.660794 sp185 si186 L -12.122830 -5.652968 9.660794 sp186 si187 L -10.957029 -7.672194 9.660794 sp187 Đặng Trương Ka My 102 Luận văn thạc sĩ si188 L -9.458305 -9.458305 9.660794 sp188 si189 L -7.672194 -10.957029 9.660794 sp189 si190 L -5.652968 -12.122830 9.660794 sp190 si191 L -3.461980 -12.920284 9.660794 sp191 si192 L -1.165801 -13.325163 9.660794 sp192 si193 L 1.165801 -13.325163 9.660794 sp193 si194 L 3.461980 -12.920284 9.660794 sp194 si195 L 5.652968 -12.122830 9.660794 sp195 si196 L 7.672194 -10.957029 9.660794 sp196 si197 L 9.458305 -9.458305 9.660794 sp197 si198 L 10.957029 -7.672194 9.660794 sp198 Đặng Trương Ka My 103 Luận văn thạc sĩ si199 L 12.122830 -5.652968 9.660794 sp199 si200 L 12.920284 -3.461980 9.660794 sp200 si201 L 13.325163 -1.165801 9.660794 sp201 c si204 H 0.9 sp204 -21 c c *************** Tally ************************** c F4:p 10(10[...]... mô phỏng và xuất ra kết quả phân bố liều, làm cơ sở cho quá trình mô phỏng cho 201 nguồn Chương 4: Mô phỏng MCNP5 cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife đối với 201 nguồn và các kết quả tính toán đối với mô hình đầu Zubal Đặng Trương Ka My 12 Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỂ THIẾT BỊ LEKSELL GAMMA KNIFE 1.1 Giới thiệu về Leksell Gamma Knife Leksell Gamma Knife (LGK) là thiết bị phẫu thuật bằng. .. TRONG THIẾT BỊ XẠ PHẪU LEKSELL GAMMA KNIFE Chương này trình bày cách th ức mô phỏng nguồn đơn kênh trong thiết bị LGK bằng chương trình MCNP5 Đ ầu tiên chúng tôi giới thiệu về phương pháp Monte – Carlo, chương trình mô ph ỏng MCNP5 và tính ưu việt của chương trình, trong đó chúng tôi cũng gi ải thích vì sao chọn chương trình MCNP5 cho bài toán mô ph ỏng này Sau đó chúng tôi sẽ giới thiệu quá trình mô phỏng. .. nguồn trong thiết bị Leksell Gamma Knife Từ mục đích và nội dung công việc đó luận văn có bố cục như sau: Chương 1: Tổng quan về cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và quy trình chữa trị của thiết bị xạ phẫu Gamma Knife Chương này mô tả một cách chi tiết về cấu trúc của thiết bị xạ phẫu từ việc phân bố góc của 201 nguồn Cobalt 60 đến các tiến trình điều trị Đặng Trương Ka My 11 Luận văn thạc sĩ Chương 2: Các... thành phần cũng như cấu tạo bên trong của thiết bị Đặng Trương Ka My 14 Luận văn thạc sĩ Hình 1.1 Leksell Gamma Knife model C Hình 1.2 Hình cắt ngang của Leksell Gamma Knife model C Đặng Trương Ka My 15 Luận văn thạc sĩ 1.3 Các thành phần chính trong thiết bị LGK Thiết bị xạ phẫu LGK gồm có 3 phần chính: 1 Nguồn trong thiết bị xạ phẫu LGK (Radiation Unit) gồm 201 nguồn Co – 60, mỗi nguồn có hoạt độ gần... tài Mô phỏng thiết bị xạ phẫu Gamma Knife bằng phương pháp MCNP” đã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng phương pháp MCNP5 trong kỹ thuật tính liều đối với thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife Quá trình nghiên cứu bắt đầu từ việc tìm hiểu tổng quan cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife Giới thiệu về các kiến thức liên quan đến kỹ thuật xạ trị trong đó... đồng vị phóng xạ như PET, SPECT, CT, Gamma Camera và thiết bị điều trị bằng bức xạ ion hóa rất hiện đại như máy gia tốc tuyến tính và đặc biệt gần đây nhất năm 2006 Bệnh Viện Chợ Rẫy TP Hồ Chí Minh đã đưa vào máy xạ phẫu Leksell Gamma Knife, đây là thiết bị tiên tiến nhất hiện nay để chữa trị u não Thiết bị này sử dụng nguồn chiếu xạ đa kênh để tiêu diệt khối u Thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife được... trong thiết bị xạ phẫu, một chương trình mô phỏng được xây dựng để tính toán phân bố liều và kết quả này được so sánh với các chương trình mô phỏng của các tác giả khác nhằm kiểm nghiệm tính đúng đắn của quá trình Chương trình chúng tôi dùngđ ể mô phỏng trong luận văn này là MCNP5, đó là một trong những phương pháp Monte Carlo, được xem là khá chính xác và hiện đại trong việc tính toán liều Đề tài Mô phỏng. .. ểu đặc điểm, cơ sở vật lý của các code, cấu trúc thành phần của một file input trong chương trình MCNP Sau đó vận dụng phương pháp này để mô phỏng quá trình tính liều cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên chúng tôi chỉ mô phỏng quá trình tính liều và phân bố liều theo độ sâu cho phantom bằng vật liệu nước và plastic sau đó chúng tôi có mô phỏng đối với phantom... kỹ thuật xạ trị Giới thiệu các kỹ thuật tính liều xạ trị ngoài Các kiến thức này là nền tảng cơ sở để xây dựng các quá trình mô phỏng tương tác của bức xạ với môi trường vật chất, các định nghĩa về liều chiếu, kích thước trường chiếu, hướng chiếu và liều hấp thụ Chương 3: Giới thiệu phương pháp Monte – Carlo Mô phỏng MCNP5 cho thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma Knife đối với nguồn đơn kênh Trong chương này,... kỹ sư vật lý xác định chính xác liều cần cung cấp Phía dưới bên phải là mô hình trong không gian biểu diễn chính xác vị trí của khối u trong não Đặng Trương Ka My 20 Luận văn thạc sĩ Hình 1.7 Chương trình tính liều bằng Gamma Plan 1.7 Ưu điểm của LGK so với các thiết bị xạ phẫu khác Với 201 nguồn Cobalt-60 đặt cố định và đầu bệnh nhân được định vị bằng khung Stereotactic, LGK được coi là thiết bị có