Áp dụng chương trình Penelope để mô phỏng phân bố liều rtong xạ trị bằng dao gamma leksell

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ PHƯƠNG AN ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE ĐỂ MÔ PHỎNG PHÂN BỐ LIỀU TRONG XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO TP. HỒ CHÍ MINH – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ PHƯƠNG AN ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE ĐỂ MÔ PHỎNG PHÂN BỐ LIỀU TRONG XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt

pdf130 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 2001 | Lượt tải: 3download
Tóm tắt tài liệu Áp dụng chương trình Penelope để mô phỏng phân bố liều rtong xạ trị bằng dao gamma leksell, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HUỲNH QUANG LINH TP. HỒ CHÍ MINH – 2011 0BLỜI CÁM ƠN Trong quá trình học tập chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao tại trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, tôi đã nhận được sự dạy dỗ tận tình của các thầy cô giáo. Tôi xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô đã giảng dạy cho tôi bằng lòng nhiệt huyết, tình thương và trách nhiệm. Các thầy cô đã trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết để hoàn thành tốt luận văn cũng như những nghiên cứu về sau. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Huỳnh Quang Linh. Thầy đã giúp đỡ tôi chọn đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể Bác sĩ và Kỹ sư vật lý công tác tại đơn vị Gamma Knife, Bệnh viện Chợ Rẫy Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tìm hiểu về dao Gamma Leksell, đã cung cấp những tài liệu quan trọng cho luận văn của tôi. Tôi xin gửi lời cám ơn đến các Thầy Cô trong Hội đồng đã đọc, nhận xét, giúp tôi nhận ra những thiếu sót để hoàn chỉnh luận văn. Xin cám ơn Ban Giám Hiệu, các đồng nghiệp của tôi tại Trường THPT Chuyên Trần Hưng Đạo, Bình Thuận đã tạo điều kiện, đã tương trợ cho tôi trong quá trình tôi hoàn thành khóa học này. Xin cám ơn tập thể hai lớp Cao học Vật lý Khóa 19 đã luôn đồng hành bên tôi. Cám ơn những bạn bè thân thiết và những học sinh thân yêu luôn động viên tôi. Lời cuối cùng, tôi muốn cám ơn gia đình tôi đã dành tất cả tình yêu thương, sự hy sinh cho tôi, giúp tôi có thể vượt qua mọi khó khăn trong học tập và cuộc sống. 1BMỤC LỤC 2TLỜI CÁM ƠN2T ....................................................................................................................................... i 2TMỤC LỤC2T ........................................................................................................................................... ii 2TDANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT2T ......................................................................... vii 2TPHẦN I: MỞ ĐẦU2T ............................................................................................................................. 1 2TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO GAMMA LEKSELL2T ........................................................... 4 2T1.1.Giới thiệu về dao Gamma Leksell và lịch sử của thiết bị2T ............................................................. 4 2T1.2.Các thành phần chính của dao Gamma Leksell2T ............................................................................ 6 2T1.2.1.Thân máy2T ............................................................................................................................. 6 2T1.2.1.1.Bộ phận tạo nguồn2T ........................................................................................................ 7 2T1.2.1.2.Hệ thống định vị APS (Automatic Positioning System)2T ................................................. 8 2T1.2.1.3.Giường điều trị (Patient treatment Couch)2T ..................................................................... 9 2T1.2.2.Nón (Collimator Helmet)2T ..................................................................................................... 9 2T1.3.Nguyên lý hoạt động của dao Gamma Leksell2T ........................................................................... 11 2T1.3.1.Cơ sở vật lý2T ........................................................................................................................ 11 2T1.3.2.Nguyên lý hoạt động của dao Gamma Leksell2T .................................................................... 12 2T1.4.Quy trình xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell2T ............................................................................. 13 2T1.5.Giới thiệu về Leksell Gamma Plan®2T ......................................................................................... 15 2T1.6.Giới thiệu về dao Gamma quay: Rotating Gamma System (RGS)2T ............................................. 17 2T1.7.Tình hình ứng dụng dao Gamma Leksell trong điều trị trên thế giới và tại Việt Nam2T ................ 19 2T1.8.Ưu điểm và hạn chế của dao Gamma Leksell2T ............................................................................ 21 2T1.8.1.Ưu điểm2T ............................................................................................................................. 21 2T1.8.2.Hạn chế2T .............................................................................................................................. 21 2TCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ2T ........................................................................................ 23 2T .1.Cơ sở của phương pháp xạ trị bằng bức xạ2T ................................................................................ 23 2T .1.1.Tương tác của photon năng lượng cao với môi trường vật chất [6] 2T ..................................... 23 2T .1.1.1.Hiệu ứng quang điện2T ................................................................................................... 23 2T .1.1.2.Tán xạ Compton2T .......................................................................................................... 26 2T .1.1.3.Sự tạo cặp2T ................................................................................................................... 28 2T .1.1.4.So sánh các loại tương tác2T ........................................................................................... 29 2T .1.1.5.Sự hấp thụ năng lượng do các nguồn phát bức xạ khác nhau 2T ...................................... 29 2T .1.1.6.Cơ chế truyền năng lượng trong tương tác của photon và vật chất2T ............................... 30 2T .1.2.Các hiệu ứng sinh học của bức xạ2T ...................................................................................... 31 2T .1.2.1.Cấu tạo của tế bào cơ thể người2T................................................................................... 31 2T .1.2.2.Sự phụ thuộc của độ nhạy bức xạ vào loại tế bào khác nhau và vào chu kỳ tế bào 2T ...... 31 2T .1.2.3.Tương tác của bức xạ ion hóa đối với cơ thể con người2T ............................................... 32 2T .1.2.4.Đường cong sống sót và ảnh hưởng của một số yếu tố đến đường cong sống sót 2T ........ 33 2T .2.Phương pháp xạ trị2T .................................................................................................................... 34 2T .2.1.Giới thiệu về các hình thức xạ trị và các cơ sở xạ trị ở Việt Nam [6] 2T .................................. 34 2T .2.2.Mục tiêu của xạ trị2T ............................................................................................................. 34 2T .2.3.Cơ sở khoa học và phương pháp của kỹ thuật xạ trị2T ............................................................ 35 2T .2.3.1.Cơ sở khoa học2T ........................................................................................................... 35 2T .2.3.2. Phương pháp2T .............................................................................................................. 35 2T .2.4.Quy trình điều trị bằng tia xạ2T .............................................................................................. 36 2T .2.5.Xạ trị ngoài và xạ phẫu2T ...................................................................................................... 36 2T .2.5.1.Các thiết bị dùng trong xạ trị ngoài2T ............................................................................. 36 2T .2.5.2.Ứng dụng của xạ trị ngoài2T ........................................................................................... 37 2T .2.5.3.Xạ phẫu (Stereotactic Radiosurgery)2T ........................................................................... 37 2T .3.Cơ sở của phép tính phân bố liều2T ............................................................................................... 38 2T .3.1.Hoạt độ phóng xạ2T ............................................................................................................... 38 2T .3.2. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ2T ....................................................................................... 38 2T .3.2.1.Liều hấp thụ D (Absorbed Dose)2T ................................................................................. 39 2T .3.2.2.Suất liều hấp thụ (Dose Rate)2T ...................................................................................... 39 2T .3.3.FWHM (Full Width Half Maximum)2T ................................................................................. 40 2T .3.4.Mô tả phân bố liều hấp thụ2T ................................................................................................. 40 2TCHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE2T ................................................. 41 2T3.1.Phương pháp mô phỏng Monte Carlo2T ........................................................................................ 41 2T3.1.1.Giới thiệu về phương pháp mô phỏng Monte Carlo2T ............................................................ 41 2T3.1.2.Tính toán liều với Monte Carlo2T .......................................................................................... 42 2T3.1.3.Các yếu tố cơ bản trong tính toán liều Monte Carlo [15]2T .................................................... 42 2T3.1.3.1.Mô hình vật lý2T ............................................................................................................. 42 2T3.1.3.2. Bảng dữ liệu tương tác2T ............................................................................................... 42 2T3.1.3.3. Bộ phát số ngẫu nhiên2T ................................................................................................ 43 2T3.1.3.4. Cấu trúc hình học2T ....................................................................................................... 43 2T3.1.3.5. Cấu tạo vật liệu2T .......................................................................................................... 44 2T3.1.3.6. Đặc điểm của nguồn2T ................................................................................................... 44 2T3.1.3.7. Scoring2T ....................................................................................................................... 44 2T3.1.3.8. Làm giảm sự thăng giáng và làm xấp xỉ2T ..................................................................... 44 2T3.2.Tổng quan về chương trình PENELOPE [10]2T ........................................................................... 44 2T3.2.1.Hệ thống code PENELOPE2T ................................................................................................ 46 2T3.2.2.Cơ sở dữ liệu và file dữ liệu của vật liệu đầu vào2T ............................................................... 48 2T3.2.3.Cấu trúc của chương trình chính (MAIN program) và sự lựa chọn thông số mô phỏng2T ...... 49 2T3.2.4.Giới thiệu các chương trình chính (MAIN)2T......................................................................... 50 2T3.2.4.1.Chương trình PENSLAB2T ............................................................................................. 51 2T3.2.4.2. Chương trình PENCYL2T .............................................................................................. 51 2T3.2.4.3. Chương trình PENDOSES2T ......................................................................................... 53 2T3.2.5.Tính toán phân bố liều với PENELOPE2T ............................................................................. 53 2TCHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE ĐỂ MÔ PHỎNG PHÂN BỐ LIỀU TRONG XẠ TRỊ BẰNG DAO GAMMA LEKSELL2T ...................................................................... 56 2T4.1.Mục đích2T ................................................................................................................................... 56 2T4.2.Mô phỏng PENELOPE tính toán phân bố liều với một nguồn đơn kênh trong thiết bị xạ phẫu Gamma Leksell (sử dụng gói chương trình con PENCYL)[2],[10]. 2T ................................................ 56 2T4.3.Khởi tạo file vật liệu cho bài toán mô phỏng2T ............................................................................. 57 2T4.4.Vận hành chương trình PENCYL2T .............................................................................................. 59 2T4.5.Kết quả mô phỏng2T ..................................................................................................................... 62 2T4.6.Sử dụng MATLAB tính liều hấp thụ2T ......................................................................................... 66 2T4.6.1.Mô hình helmet model U2T .................................................................................................... 67 2T4.6.2.Mô hình helmet model B, C2T ............................................................................................... 68 2T4.6.3.Các hàm MATLAB và một số thao tác cần sử dụng trong quá trình tính toán [1],[21].2T ....... 68 2T4.7.Đánh giá các kết quả2T ................................................................................................................. 69 2T4.7.1.Kết quả tính toán với 37 nguồn bằng MATLAB2T ................................................................. 69 2T4.7.2.Kết quả tính toán với 10 nguồn bằng MATLAB2T ................................................................. 71 2T4.7.3.Tính toán thời gian điều trị cho dao Gamma Leksell2T .......................................................... 73 2T4.7.3.1.Trường hợp dùng số liệu của 37 nguồn2T ....................................................................... 73 2T4.7.3.2.Trường hợp dùng số liệu của 10 nguồn2T ....................................................................... 74 2T4.7.4.Chọn Collimator thích hợp cho tổn thương2T......................................................................... 75 2T4.7.5.Từ kết quả mô phỏng dự đoán kế hoạch điều trị2T ................................................................. 75 2T4.8.Dùng chương trình MATLAB biểu diễn các đường phân bố liều2T ............................................... 76 2T4.8.1.Trường hợp sử dụng 37 nguồn2T ........................................................................................... 77 2T4.8.1.1.Tổn thương nằm ngay tâm bộ não2T ............................................................................... 77 2T4.8.1.2. Khảo sát phân bố liều khi tổn thương nằm ở vị trí bất kỳ2T............................................ 81 2T4.8.2.Trường hợp sử dụng 10 nguồn2T ........................................................................................... 87 2T4.8.2.1.Tổn thương nằm ngay tâm bộ não2T ............................................................................... 87 2T4.8.2.2. Khảo sát phân bố liều khi tổn thương nằm ở vị trí bất kỳ2T............................................ 91 2TPHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN2T ....................................................................... 99 2TKẾT LUẬN2T .................................................................................................................................... 99 2THƯỚNG PHÁT TRIỂN2T ................................................................................................................ 100 2T ÀI LIỆU THAM KHẢO2T .................................................................................................................... i 2TPHỤ LỤC2T.............................................................................................................................................. i 2BDANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT APS: Automatic Positioning System CT: Computer Tomography MRI: Magnetic Resonance Imaging DSA: Digital Subtraction Angiography LGP: Leksell Gamma Plan RGS: Rotating Gamma System 3D: Three – direction 2D: Two – direction MC: Monte Carlo RNGs: Random Number Generators FORTRAN: Formula Translation PENELOPE: PENetration and Energy Loss of Positron and Electron EGS: Electron Gamma Shower MCNP: Monte Carlo N - Particle GEANT: Geometry And Traking FWHM: Full Width Half Maximum MATLAB: Maxtrix Laboratory 3BPHẦN I: MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ở nước ta và các nước trên thế giới, số người mắc bệnh ung thư ngày càng gia tăng. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính hàng năm trên thế giới có khoảng 11 triệu trường hợp mới mắc ung thư, mỗi năm có khoảng trên 6 triệu người chết do ung thư. Tỷ lệ chết do ung thư chiếm tới 12% trong số các nguyên nhân gây tử vong ở người. Hiện tại, qua thống kê cho thấy trên toàn cầu khoảng 20 triệu người đang sống chung với bệnh ung thư. Nếu không có các biện pháp can thiệp kịp thời thì con số này sẽ lên tới 30 triệu vào năm 2020 [29]. Theo ghi nhận ung thư ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh, ước tính mỗi năm có khoảng 150 nghìn người mới mắc và khoảng 50 – 70 nghìn người chết vì ung thư [23]. Các bệnh lý về não: u não, dị dạng động tĩnh mạch máu não,…gây ra tỷ lệ tử vong rất cao. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật tiên tiến, ngành vật lý hạt nhân nói chung, kỹ thuật xạ trị nói riêng, đã có những đóng góp quan trọng trong việc chẩn đoán và điều trị những căn bệnh hiểm nghèo này. Ba phương pháp điều trị ung thư hiện nay là: phẫu thuật, xạ trị và hóa trị. Xạ trị là quá trình điều trị có sử dụng bức xạ ion hóa hoặc phóng xạ. Mục đích của xạ trị là đưa một liều phóng xạ đến thể tích tổn thương đã xác định, với mức độ ảnh hưởng nhỏ nhất đến các tổ chức xung quanh. Kết quả sẽ loại trừ được tổn thương, kéo dài sự sống hay cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Xạ trị ngoài là một phương pháp phổ biến nhất trong xạ trị. Xạ trị ngoài được tiến hành với chùm tia photon năng lượng cao, thông thường đó là các tia X mang năng lượng cao hoặc các chùm tia gamma tạo ra từ máy Cobalt-60. Phương pháp xạ trị ngoài được sử dụng rộng rãi để điều trị những khối u nằm sâu trong cơ thể. Trong xạ trị ngoài, việc phân bố liều hợp lý là một yếu tố quan trọng, đóng góp vào thành công của quá trình điều trị. Phân bố liều hợp lý được thể hiện bằng sự tập trung liều cao tại thể tích tổn thương (bia) và liều thấp tại vùng biên (các tổ chức lành quanh tổn thương). Hiện nay tại các bệnh viện lớn Việt Nam, những thiết bị phục vụ cho việc chẩn đoán và điều trị bằng phương pháp xạ trị đã được đưa vào sử dụng khá phổ biến .Đặc biệt, vào năm 2006, dao Gamma Leksell đã được đưa vào sử dụng tại bệnh viện Chợ Rẫy, Thành phố Hồ Chí Minh. Dao Gamma Leksell là phương tiện phẫu thuật bằng bức xạ Gamma tập trung. Với sự hỗ trợ của Gamma Plan, một chương trình điều trị bằng máy tính, dao Gamma Leksell cho phép các bác sĩ và kỹ sư vật lý xác định đúng và chiếu bức xạ vào thể tích tổn thương trong não với độ chính xác cao nhằm tiêu diệt tổn thương mà không ảnh hưởng đến các vùng lân cận. Dao Gamma Leksell được chỉ định điều trị u não, các bệnh lý khác về não như: các khối u nguyên phát di căn vào não, u màng não, u thần kinh, u tuyến yên, u sọ, các u lành ở nền sọ, u vùng tuyến tùng, tuyến yên, u thính giác, các dị dạng động tĩnh mạch. Hiện nay, dao Gamma Leksell còn được nghiên cứu để điều trị các bệnh liên quan đến thần kinh như Parkinson, các rối loạn vận động [22]. Trên thế giới, việc điều trị bằng dao Gamma Leksell đã được thực hiện từ năm 1968 và đến nay, số lượng bệnh nhân được xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell đã hơn 500 nghìn người. Riêng bệnh viện Chợ Rẫy, Thành phố Hồ Chí Minh đã điều trị hơn 1300 bệnh nhân với kết quả tốt sau điều trị. Cũng như đối với các hệ thống xạ trị khác, việc nghiên cứu phân bố liều hợp lý cho hệ thống dao Gamma Leksell là rất quan trọng, góp phần quyết định sự thành công trong quá trình điều trị. Hệ thống dao Gamma Leksell đã có chương trình Leksell Gamma Plan do hãng cung cấp nhằm giúp người điều trị tính toán được liều tại vùng chiếu, tuy nhiên thông tin về phân bố liều ở những vùng xung quanh thường là không đầy đủ, có thể gây khó khăn cho bác sĩ quyết định phương án tối ưu. Mặt khác những tính toán phân bố liều độc lập với chương trình của hãng sẽ giúp người vận hành và điều trị một mặt thực hiện kiểm tra thông số máy, có những thông tin bổ sung về phân bố liều để lập được những phác đồ điều trị tối ưu giảm thiểu mạo hiểm về phóng xạ cho bệnh nhân, một mặt có thể nâng cao kiến thức về quá trình vật lý tương tác của bức xạ lên mô sống. Vì vậy, việc áp dụng chương trình mô phỏng tương tác bức xạ gamma và electron với vật chất PENELOPE để mô phỏng phân bố liều trong xạ trị bằng dao Gamma Leksell là vấn đề học thuật thật sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Luận văn hướng đến mục tiêu: - Tìm hiểu tổng quan về thiết bị xạ phẫu dao Gamma Leksell, cơ sở phương pháp xạ trị và về chương trình PENELOPE 2003. - Ứng dụng chương trình PENELOPE mô phỏng tính toán phân bố liều hấp thụ cho một số trường hợp đơn giản trong xạ trị bằng Leksell Gamma Knife. Từ đó, đặt ra những nhiệm vụ chính của luận văn: - Tìm hiểu tổng quan thiết bị xạ phẫu dao Gamma Leksell bao gồm: lịch sử, các thành phần chính, nguyên lý hoạt động, quy trình xạ phẫu, Leksell Gamma Plan, tình hình ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của thiết bị, giới thiệu về dao Gamma quay. - Tìm hiểu tổng quan về phương pháp xạ trị bao gồm: cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và chùm photon Gamma nói riêng trong xạ trị, các hình thức xạ trị, đặc biệt quan tâm đến xạ trị ngoài và xạ phẫu, mục tiêu của xạ trị, cơ sở khoa học và phương pháp của kỹ thuật xạ trị, cơ sở của phép tính phân bố liều. - Tìm hiểu cơ sở vật lý, cơ sở dữ liệu và cách vận hành của chương trình PENELOPE, một trong những chương trình mô phỏng sự lan truyền của photon năng lượng cao và electron trong vật chất. sử dụng phương pháp Monte Carlo . - Ứng dụng chương trình PENELOPE để mô phỏng tính toán phân bố liều hấp thụ cho trường hợp đơn giản trong xạ trị bằng dao Gamma Leksell. Quá trình mô phỏng được thực hiện đầu tiên bằng cách sử dụng chương trình PENELOPE mô phỏng quá trình tương tác của photon năng lượng cao trong mô hình não đối với nguồn đơn kênh của dao Gamma Leksell. Sau đó dựa trên kết quả thu được, thực hiện tính toán bằng phương pháp chồng chất của chương trình MATLAB để thu được phân bố liều hấp thụ cho toàn bộ các nguồn theo bố trí không gian collimator helmet của dao Gamma Leksell. - Trong quá trình tiến hành mô phỏng, sử dụng chương trình GNUPLOT và MATLAB để hiển thị các kết quả thu được thông qua các hình ảnh, đồ thị, những số liệu tính toán cụ thể. - Xem xét sự thay đổi của các phân bố liều khi thay đổi vị trí tổn thương; qua đó, đưa ra các nhận xét, so sánh và đề ra những ứng dụng phù hợp với thực tiễn. Từ mục tiêu và những nhiệm vụ đặt ra, luận văn “Áp dụng chương trình PENELOPE để mô phỏng phân bố liều trong xạ trị bằng dao Gamma Leksell” được trình bày như sau: - Phần mở đầu - Phần nội dung Chương 1. Tổng quan về dao Gamma Leksell. Chương 2. Tổng quan về xạ trị. Chương 3. Tổng quan về chương trình PENELOPE. Chương 4. Áp dụng chương trình PENELOPE để mô phỏng phân bố liều trong xạ trị bằng dao Gamma Leksell. - Phần kết luận và hướng phát triển PHẦN II: NỘI DUNG 4BCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO GAMMA LEKSELL 1B .1.Giới thiệu về dao Gamma Leksell và lịch sử của thiết bị Dao Gamma Leksell là một thiết bị y tế kỹ thuật cao sử dụng năng lượng bức xạ Gamma để điều trị các thương tổn nhỏ sâu, ở nhiều vị trí khác nhau trong não, gần các cấu trúc thần kinh, mạch máu quan trọng mà không cần mổ nhằm bảo tồn cấu trúc và chức năng thần kinh, nâng cao chất lượng sống cho bệnh nhân. Khi sử dụng dao Gamma, chúng ta không cần phải mổ hộp sọ của bệnh nhân như những kỹ thuật trước. Nhưng chúng ta vẫn gọi bằng thuật ngữ “dao Gamma” vì đó là phương tiện phẫu thuật bằng bức xạ Gamma có khả năng xuyên hộp sọ tập trung. Việc điều trị được tiến hành bằng cách hội tụ chính xác các chùm tia Gamma năng lượng cao vào một điểm đích để tiêu hủy dần dần tổn thương trong não mà không làm hại các mô lành xung quanh. Như vậy, tia Gamma đóng vai trò như một con dao mổ, chỉ có khác là chúng ta không phải mổ hộp sọ ra như những phẫu thuật trước đây. Vì thế, thiết bị này được gọi là dao Gamma và phương pháp này là phương pháp phẫu thuật không xâm lấn (non- invasive). Hình 1.1. Mô hình thiết bị dao Gamma Leksell, Giáo sư Lars Leksell và hệ thống định vị đầu tiên ( Chúng ta sẽ điểm qua những mốc lịch sử quan trọng của dao Gamma Leksell [26]: Lars Leksell, một giáo sư giải phẫu thần kinh người Thụy Điển là người đầu tiên giới thiệu khái niệm “tia hoạt động theo stereotactic” trong giải phẫu các bệnh lý về não. - Năm 1949, giáo sư Lars Leksell đã giới thiệu hệ thống định vị Leksell, một trong những công cụ của phương pháp giải phẫu thần kinh, có thể định vị não với độ chính xác rất cao. - Năm 1951, hệ thống định vị Leksell đã được sử dụng lần đầu tiên, hướng các tia X vào trong não để điều trị những khối u và các rối loạn khác. - Năm 1967, giáo sư Lars Leksell và các cộng sự của ông đã hoàn thành việc chế tạo và lắp đặt nguyên mẫu đầu tiên của dao Gamma với các nguồn Cobalt-60. Bệnh nhân đầu tiên đã được điều trị tại nhà máy hạt nhân Studsvik. - Năm 1968, dao Gamma Leksell lần đầu tiên được triển khai điều trị tại bệnh viện Karolinska, Stockholm, Thụy Điển, áp dụng cho những tổn thương có kích thước nhỏ. Liều lượng cần thiết để điều trị cho một thương tổn thường được xác định dựa trên các dữ liệu của các thí nghiệm động vật và các nghiên cứu khám nghiệm tử thi. - Năm 1972, công ty thiết bị Elekta AB tại Thụy Điển ra đời. - Năm 1974, công ty đã giới thiệu các phần mềm đầu tiên hỗ trợ cho việc lập kế hoạch tính liều cho dao Gamma Leksell. - Năm 1985, mẫu dao Gamma mới - dao Gamma Leksell U đầu tiên đã được đưa đến Sheffied, Anh và Buenos, Argentina. - Năm 1987, dao Gamma lần đầu tiên được cho sản xuất hàng loạt và lắp đặt tại Pittsburgh, Mỹ. Đây là thế hệ dao gamma U với sự hỗ trợ của hệ thống thủy lực đặt bệnh nhân ở tư thế nằm ngồi. Hình 1.2. Dao Gamma Leksell model U - Năm 1988, thế hệ dao Gamma B với tư thế bệnh nhân nằm được lắp đặt tại bệnh viện Karolinska, Thụy Điển. Hình 1.3. Dao Gamma Leksell model B - Năm 1990, Leksell Gamma Plan đã được giới thiệu trong việc lên kế hoạch tính liều điều trị cho bệnh nhân và đến năm 1996, những hình ảnh CT, MRI được đưa vào trong Gamma Plan. - Năm 1999, công ty giới thiệu thế hệ dao Gamma C sử dụng hệ thống định vị tự động (APS) và bắt đầu tung ra thị trường năm 2000. - Năm 2004, thế hệ dao gamma 4C ra đời. - Năm 2006, dao Gamma Perfexion, phiên bản mới nhất và tiên tiến nhất của dao Gamma Leksell, đã được giới thiệu trên toàn thế giới. Thế hệ dao Gamma Leksell B và C có cấu trúc hình học và bộ phận tạo nguồn hoàn toàn tương tự nhau. Thế hệ dao Gamma Perfexion cho phép chúng ta có thể điều trị cho những khối u có kích cỡ lớn hơn những thế hệ dao Gamma trước [19]. Dao Gamma Leksell B và C được sử dụng nhiều nhất trong các loại dao Gamma. Hiện nay, rất nhiều nơi trên thế giới sử dụng dao Leksell Gamma C, trong đó có Việt Nam. 12B .2.Các thành phần chính của dao Gamma Leksell Trong luận văn này, các thành phần chính của dao Gamma Leksell, cụ thể là dao Gamma Leksell C (model C) do công ty Elekta, Thụy Điển sản xuất sẽ được trình bày, đồng thời cũng sẽ có phép so sánh dao Gamma Leksell C với các thế hệ dao Gamma khác. Đây là thiết bị xạ phẫu đang được sử dụng tại đơn vị Gamma Knife, bệnh viện Chợ Rẫy, Thành phố Hồ Chí Minh. Dao Gamma Leksell có 2 thành phần chính: thân máy và nón (collimator helmet) 34B1.2.1.Thân máy Thân máy của dao Gamma Leksell gồm 3 phần: bộ phận tạo nguồn, hệ thống định vị và giường điều trị. Hình 1.4. Thân máy và hình cắt ngang của dao Gamma Leksell model C (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) 6B1.2.1.1.Bộ phận tạo nguồn Có dạng hình cầu, được đặt trong bộ phận che chắn làm bằng chì. Phía trước bộ phận tạo nguồn có 2 cửa che chắn, được mở ra khi bắt đầu một ca điều trị và đóng lại khi kết thúc quá trình điều trị, hoặc khi ca điều trị được ngừng lại để xử lý các sự cố xảy ra tại phòng xạ phẫu. Hình 1.5. Bộ phận tạo nguồn (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Nguồn trong dao Gamma Leksell B và C gồm 201 nguồn Cobalt-60 có hoạt độ tổng cộng khoảng 6000 Ci. Mỗi nguồn gồm 20 viên Cobalt-60 được bọc trong hai lớp thép không gỉ, xếp liên tục với nhau và hàn dính vào nhau [25]. Mỗi viên có đường kính 1mm, chiều dài 1mm. Vì vậy, kích thước cuối cùng của một nguồn Cobalt-60 là đường kính 1mm, chiều dài 20mm [19]. Mỗi nguồn có hoạt độ gần 30 Ci, năng lượng trung bình là 1,25MeV, sắp xếp thành dãy hình tròn, nằm trong bộ phận tạo nguồn và phát ra những tia phóng xạ Gamma đến những điểm đích trong não bệnh nhân cùng một lúc.[25] Mỗi chùm tia Gamma phát ra từ nguồn được chuẩn trực ban đầu bằng một collimator cố định gắn trong bộ phận tạo nguồn gồm một hình trụ dài 67cm, có bán kính 2mm và một collimator kế tiếp dạng hình nón dài 92.5cm, cuối cùng bằng một collimator nằm trong helmet dài 60cm có đường kính khác nhau được chọn tùy theo kế hoạch điều trị. Các loại collimator của Helmet sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần 1.2.2. Ta có thể hình dung được dựa trên hình vẽ dưới đây . Hình 1.6. Mô tả hình học một kênh đơn của dao Gamma [19] Chúng ta nhận thấy khoảng cách từ nguồn đến điểm hội tụ của các chùm tia, cũng là vị trí của tổn thương cần điều trị là khoảng 40cm. Khoảng cách từ đầu ra của collimator helmet đến vị trí của tổn thương cần điều trị là khoảng 16.5cm. Đây là những điểm cần chú ý khi định._. vị cho tổn thương trong điều trị cũng như trong nội dung mô phỏng của luận văn. 67B1.2.1.2.Hệ thống định vị APS (Automatic Positioning System) Điểm hội tụ của các chùm tia Gamma trong dao Gamma Leksell là cố định. Vấn đề đặt ra là làm sao chúng ta có thể điều trị cho một tổn thương có vị trí không nằm tại điểm hội tụ đó? Điều đó có thể giải quyết dễ dàng hơn khi có hệ thống định vị APS. APS có tác dụng dịch chuyển khung định vị trên đầu bệnh nhân để vị trí tổn thương đến điểm hội tụ cố định. Hệ thống này bao gồm 3 bộ phận: Hai bộ phận APS trái (APS left) và APS phải (APS right) được gắn vào hai bên của helmet và có lắp đặt những motor nhỏ nhằm điều khiển các thanh APS-x, APS-y và APS-z trượt đồng thời trên các trục của chúng. Bộ phận còn lại của hệ thống APS chính là khung định vị gắn vào đầu bệnh nhân. Khoảng điều trị cho phép của APS-x là: 59-141(mm), APS-y: 40-60 (mm), APS-z: 58-142(mm). Sự ra đời của APS có thể coi như một bước tiến đáng kể của dao Gamma Leksell. Nhờ có APS, chúng ta có thể đặt liều lớn nhất như mong muốn tại vị trí tổn thương, điều trị được tổn thương mà tránh tác động không mong muốn đến các mô lành lân cận [25]. Hình 1.7. Hệ thống APS và vị trí của APS trong dao Gamma Leksell [25] Hình 1.8. Hệ thống APS và minh họa tác dụng của APS (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy ) và (2T 68B1.2.1.3.Giường điều trị (Patient treatment Couch) Là nơi bệnh nhân nằm trong suốt quá trình điều trị.Thiết bị này giúp dịch chuyển bệnh nhân đến những vị trí khớp với các kênh chiếu trong suốt quá trình xạ trị. 35B1.2.2.Nón (Collimator Helmet) Dao Gamma Leksell được trang bị bốn loại helmet có dạng bán cầu, gắn cố định với giường điều trị bằng các đinh vít và được phân biệt dựa vào kích cỡ của các collimator gắn trong helmet. Helmet có bốn loại tương ứng với các loại collimator có đường kính: 4mm, 8mm, 14mm, 18mm. Vị trí hội tụ của các tia xạ là cố định, nằm trên trục đi qua tâm của helmet, cách nguồn khoảng 40 cm. Thành phần quan trọng nhất của helmet đó là các collimator. Như chúng ta đã đề cập ở trên, một kênh đơn chứa một collimator cố định gắn trong bộ phận tạo nguồn và một collimator có thể thay thế gắn trong helmet. Khi helmet được gắn vào vị trí để tiến hành xạ trị, toàn bộ hệ thống collimator tạo thành một kênh hình nón với mặt cắt ngang là hình tròn.Chính hệ thống collimator định hướng các tia phóng xạ phát ra từ nguồn tập trung chính xác tại vị trí khối u 3D, giảm tối thiểu ảnh hưởng của các tia đến các vùng lân cận. Kích cỡ của các chùm tia được xác định khi đi qua helmet, tạo ra các shot xạ lấp đầy tổn thương trong não được mô tả trong Leksell Gamma Plan và sử dụng trong quá trình xạ phẫu. Bằng cách sử dụng các helmet một cách linh hoạt, các kỹ sư vật lý thiết lập được kế hoạch điều trị với liều chiếu thích hợp với hình dạng và thể tích của tổn thương [25]. Ví dụ như đối với các khối u hay dị dạng nằm ở vị trí gần thân não, chúng ta không thể chọn loại helmet với collimator kích cỡ lớn. Đối với dao Gamma Leksell model B và C, chúng ta thường gặp các loại helmet sau: Hình 1.9. Các loại collimator helmet (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Hình 1.10. Vị trí của helmet trong dao Gamma Leksell (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Hình 1.11. Sự sắp xếp của các collimator trong helmet [36] Mỗi Helmet có 201 collimator. Các collimator được sắp xếp trong helmet thành 5 vòng, được ký hiệu lần lượt là A, B, C, D, E: vòng A có 44 collimator, vòng B có 44 collimator, vòng C có 39 collimator, vòng D có 39 collimator và vòng E có 35 collimator. Các vòng tròn này đồng tâm [9]. Đối với dao Gamma Leksell model U, helmet có 197 collimator được phân bố gần như đồng nhất phủ trên nửa bán cầu [36]. Hình 1.12. Helmet của dao Gamma Leksell U ( 13B .3.Nguyên lý hoạt động của dao Gamma Leksell 36B1.3.1.Cơ sở vật lý Nguyên tắc vật lý của dao Gamma Leksell là dựa trên quá trình phân rã phát ra tia Gamma của nguồn Cobalt-60. Đồng vị Cobalt-60 là kim loại phóng xạ dùng trong xạ trị, không thể tìm thấy trong tự nhiên. Đồng vị Cobalt-60 được tạo ra đơn giản bằng cách đặt Coban tự nhiên dưới các neutron trong lò phản ứng với một khoảng thời gian nhất định. 59 6027 27Co n Co+ → Nguồn Cobalt-60 phân rã β − tạo ra Niken-60 ở trạng thái kích thích. Khi Niken-60 chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản phát ra hai photon Gamma với năng lượng lần lượt là: 1.1732 MeV ; 1.3325MeV và một electron có năng lượng cực đại là 0.31MeV [28]. Quá trình này được biểu diễn như sau: 60 60 * 27 28 60 * 60 28 28 1,1732 1,3325 Co Ni e MeV Ni Ni MeV ν γ γ −→ + + + + → + + Hình 1.13. Sơ đồ phân rã của Cobalt-60[28] Ta có thể xem photon Gamma có năng lượng trung bình là 1.25 MeV. Electron phát ra trong mỗi phân rã này được chặn lại bằng cách cho nó hấp thụ trở lại nguồn Cobalt-60 hay vỏ chứa nguồn, năng lượng thấp nên ta có thể bỏ qua hiện tượng bức xạ hãm (Bremsstrahlung). Cobalt-60 có chu kỳ bán rã 5,2714 năm. Do đó, về nguyên tắc, chúng ta phải thay nguồn sau 5 năm, còn trong thời gian hoạt động phải thường xuyên hiệu chỉnh liều chiếu trong phần mềm lập kế hoạch sau từng tháng [6]. 37B1.3.2.Nguyên lý hoạt động của dao Gamma Leksell Thiết bị xạ phẫu Gamma Leksell sử dụng 201 chùm tia gamma năng lượng cao, rất mảnh, phát ra từ 201 nguồn Cobalt-60, hội tụ tại vị trí tổn thương nhằm mục đích cung cấp một liều xạ lớn nhất tại tổn thương, phá hủy tổn thương, trong khi ảnh hưởng chiếu xạ là tối thiểu lên các vùng lân cận. Như chúng ta đã biết, tia Gamma là các bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn 1110− m, năng lượng và khả năng đâm xuyên lớn (có bước sóng nhỏ hơn và năng lượng lớn hơn tia X). Khi chiếu tia Gamma lên tế bào với một liều lượng nhất định, bức xạ sẽ cung cấp năng lượng tới các tế bào khối u làm thay đổi ADN của các tế bào. Các tế bào sẽ mất khả năng phân chia và hấp thụ và chết. Như vậy, một tia xạ đi xuyên qua đầu bệnh nhân để đến được tổn thương đã gây ra những tác động đáng kể về mặt sinh học và ngay cả tiêu diệt các tế bào ở các vùng cấu trúc mà nó đã đi qua. Vì vậy, với cùng một liều hấp thụ tổng cộng, nếu chiếu bằng nhiều nguồn, mỗi nguồn cung cấp một liều nhỏ, sẽ cho tỉ số tế bào sống sót nhiều hơn [6]. Hình 1.14. Minh họa nguyên tắc hội tụ 201 chùm tia trong dao Gamma Leksell ( Đối với dao Gamma Leksell, các kỹ sư vật lý có thể sử dụng số lượng nguồn chiếu phù hợp với thể tích cần chiếu bằng cách dùng các nút bằng tungsten bịt kín những collimator không cần thiết. Liều điều trị được tính bằng tổng liều từ 201 tia xạ theo phần mềm Leksell Gamma Plan. Liều hấp thụ này phụ thuộc vào độ sâu, cấu trúc hình học, tính chất của tổn thương trong đầu người và kích cỡ của collimator mà chúng ta sử dụng [16]. 14B .4.Quy trình xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell Bước 1: Đặt khung định vị - đo đạc các khoảng cách Bệnh nhân sẽ được gắn khung định vị bằng kim loại lên đầu bằng cách bắt các đinh vít trực tiếp vào sọ. Khung định vị có tác dụng cố định đầu bệnh nhân trong quá trình chụp ảnh (MRI/ DSA/ CT) để có chất lượng hình ảnh tốt nhất. Khung định vị cũng cố định đầu bệnh nhân trong suốt quá trình xạ phẫu để đưa vị trí tổn thương vào giữa khung định vị trong khoảng điều trị cho phép của APS. Tiếp theo, bác sĩ sẽ đặt mô hình collimator helmet bằng nhựa lên đầu bệnh nhân để xác định khoảng cách từ collimator đến da đầu bệnh nhân tại một số vị trí định sẵn nhằm mục đích mô phỏng sọ người. Hình 1.15. Đặt khung định vị, đo khoảng cách cho bệnh nhân (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Bước 2: Chụp hình (MRI/ DSA /CT) Bước chụp hình mô phỏng não giúp chúng ta có thể xác định chính xác vị trí và hình dạng 3D của khối u hay các dị dạng động tĩnh mạch máu não. Trong đó, chụp MRI được áp dụng lên đến 95% bệnh nhân. Chụp DSA được tiến hành sau khi chụp MRI để xác định các hình ảnh dị dạng động tĩnh mạch trong các bệnh lý về mạch máu. Ngoài ra, chụp CT được sử dụng khoảng 1,2% trong những trường hợp bệnh nhân có mảnh kim loại trong đầu. Bước 3: Lập kế hoạch điều trị - Các hình MRI và DSA sẽ được đưa vào máy tính. Bác sĩ điều trị vẽ đường biên tổn thương, phân biệt vùng tổn thương với các vùng mô lành xung quanh, đồng thời chỉ định liều hấp thụ phù hợp cho tổn thương. Tùy theo loại, số tổn thương, tùy theo vị trí tổn thương và các vùng lân cận, căn cứ vào các thông số: thể tích, đường kính tổn thương, bác sĩ quyết định độ lớn liều xạ cần cấp cho bệnh nhân. Để đảm bảo phá hủy hết tổn thương mà không ảnh hưởng đến các mô lành xung quanh, liều cấp cho bệnh nhân bị dị dạng mạch máu não khoảng 17- 25Gy, cho các bệnh nhân bị u não khoảng 7- 20Gy tùy theo loại u. Chúng ta có thể tham khảo bảng phân bố liều điều trị trung bình của đơn vị Gamma Knife, bệnh viện Chợ Rẫy. Bảng 1.1. Liều điều trị trung bình của các loại bệnh lý (Đơn vị Gamma Knife- Bệnh viện Chợ Rẫy) - Kỹ sư vật lý lập kế hoạch phân bố liều cho khối u bằng cách sử dụng Gamma Plan, xác định: phần trăm thể tích khối u nhận liều chỉ định, liều trung bình mà khối u nhận được, liều cực đại, liều cực tiểu, thời gian chiếu xạ. - Sau khi được bác sĩ thông qua, kế hoạch điều trị chuyển sang màn hình của máy điều khiển và bệnh nhân sẽ được xạ phẫu. Bước 4: Vận hành thiết bị để điều trị - Khi phân bố liều cho khối u hay dị dạng mạch máu, kỹ sư sẽ chọn các shot xạ có kích thước 4mm, 8mm,14mm hoặc 18mm. Thông thường, để lấp đầy một khối u hay dị dạng có thể tích trung bình, kỹ sư vật lý sẽ cần dùng từ 10 đến 15 shot xạ. Ứng với mỗi shot xạ, khung định vị có một vị trí, vị trí này được định sẵn khi kỹ sư lập kế hoạch.Vị trí hiện tại của khung định vị thể hiện qua các thông số X,Y, Z trên màn hình điều khiển. Khi bệnh nhân đã được nằm trên giường điều trị, khung định vị đầu bệnh nhân đã được gắn vào APS của thiết bị xạ phẫu. Trong suốt quá trình tiến hành điều trị, trạng thái của bệnh nhân luôn được theo dõi và bệnh nhân có thể giao tiếp được với bác sĩ thông qua một số thiết bị hỗ trợ như màn hình, micro…Các thông số: vị trí khung định vị, tổng thời gian còn lại của quá trình điều trị, sự phát các tia xạ… được theo dõi trên màn hình điều khiển. Bước 5: Tháo khung định vị, hoàn tất điều trị. Sau khi kết thúc quy trình điều trị, bệnh nhân được đưa ra ngoài để tháo khung định vị. Quá trình tháo khung sẽ diễn ra ngược lại quá trình đặt khung. Toàn bộ quy trình xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell diễn ra trong vòng 1 ngày [4]. 15B .5.Giới thiệu về Leksell Gamma Plan® Leksell Gamma Plan® (LGP) là chương trình lập kế hoạch chữa trị dùng riêng cho dao Gamma Leksell do công ty Elekta cung cấp. Chương trình này dùng để tính liều hấp thụ được phân bố bởi 201 nguồn phát những chùm photon tập trung vào vùng thể tích tổn thương cần xạ trị. Liều hấp thụ sẽ được tính toán cho từng kích cỡ collimator cụ thể. Dựa vào hình ảnh MRI, kèm theo hình ảnh DSA đối với các bệnh lý dị dạng mạch máu não, bác sĩ sẽ xác định vị trí và hình dạng khối u. LGP sẽ định vị tổn thương trên phim MRI, giúp bác sĩ sẽ quy hoạch vùng tổn thương cho kỹ sư vật lý lập kế hoạch cấp liều xạ trị. Đó chính là đường biên màu xanh dương có thể quan sát trong ảnh chụp thực tế dưới đây. Các kỹ sư sẽ đặt các shot xạ sao cho bao kín vùng tổn thương đó. Hình 1.16. Thuật toán chồng chập các quả cầu và hình ảnh các shot xạ (hình cầu) được xếp vào tổn thương (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Kỹ sư vật lý sử dụng thuật toán chồng chập các quả cầu. Các shot xạ có dạng hình cầu có đường kính 4mm, 8mm, 14mm, 18mm. Nhiệm vụ của kỹ sư vật lý là xếp đầy các shot xạ vào mô hình 3D của khối u (thể tích và hình dạng đúng như thực tế) sao cho đạt các yêu cầu sau đây: - Số quả cầu xếp được là ít nhất, tương ứng với thời gian điều trị là ngắn nhất. - Các quả cầu khi liên kết lại với nhau sẽ chiếm nhiều diện tích của khối 3D nhất, đồng nghĩa với việc khối u sẽ nhận được nhiều tia xạ nhất, tức là liều hấp thụ lớn nhất. - Thể tích các quả cầu vượt ra ngoai thể tích khối 3D là nhỏ nhất, tức là ta đã hạn chế đến mức tối thiểu ảnh hưởng của tia xạ đến các mô lành chung quanh. - Đối với những tổn thương có thể tích nhỏ và hình dạng đơn giản, kỹ sư chỉ cần dùng vài shot xạ, nhưng đối với những tổn thương có thể tích lớn và hình dạng phức tạp thì kỹ sư phải dùng trên 20 shot xạ. Bình thường, kỹ sư cần dùng từ 10 - 15 shot xạ là có thể bao kín vùng bị tổn thương. Đường quy hoạch liều chính là đường liên kết các shot xạ, có màu vàng trên hình. Chúng ta có thể nhận thấy đường quy hoạch vùng tổn thương và đường quy hoạch liều chỉ tương đối trùng nhau. LGP còn có thể tái tạo mô hình sọ não bệnh nhân như hình dưới đây. Hình 1.17. Lập kế hoạch điều trị (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Các thông số cơ bản cần thiết cho một ca điều trị cũng được LGP tính toán và hiển thị trên màn hình điều khiển như: thể tích khối u, liều thấp nhất, liều cao nhất, liều trung bình, thể tích khối u nhận liều, thời gian tiến hành điều trị,… Hình 1.18. Các thông số điều trị trên màn hình máy tính LGP (Hình chụp thực tế tại Bệnh viện Chợ Rẫy) Tuy nhiên, thuật toán chồng chập các quả cầu cũng như chương trình tính liều của LGP là hoàn toàn bảo mật. Vì vậy, luận văn này sẽ dùng chương trình PENELOPE để mô phỏng đường đi của các tia xạ vào tổn thương, cũng như tính toán liều hấp thụ tại tổn thương, vẽ ra các đường đẳng liều quanh tổn thương, giúp chúng ta có thể hình dung thêm về nguyên tắc hoạt động, cũng như cách tính liều trong phương pháp xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell. 16B .6.Giới thiệu về dao Gamma quay: Rotating Gamma System (RGS) Vào năm 1992, RGS đầu tiên được phát minh bởi Shenzen OUR International Technology and Science Co., Ltd., Shenzen, P.R. China) và được lắp đặt lần đầu tiên vào năm 1996 [17]. Hệ thống dao Gamma quay Gamma ART- 6000TM là phiên bản mới nhất của hệ thống dao gamma quay do American Radiosurgery, Inc.in San Diego, California đưa ra vào năm 2000. Đến năm 2003, những thành tựu của thiết bị này được công nhận và bắt đầu đưa vào điều trị cho bệnh nhân tại Advanced Radiation Oncology Center ở Gurnee, Illinois, Mỹ [8]. Hiện nay, Gamma ART-6000TM của American Radiosurgery được đổi tên thành Vertex360 và các hệ thống tương đương của Trung Quốc như OUR và MASEP,…Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu Bệnh viện Bạch Mai là cơ sở đầu tiên ở Việt Nam sử dụng RGS thế hệ mới nhất của Mỹ gắn với hệ thống CT, MRI mô phỏng [30]. (a) (b) Hình 1.19. Hình ảnh hệ thống Gamma quay Vertex360 của American Radiosurgery ((a) 2T và (b ) [17]) Bộ phận tạo nguồn của RGS gồm 30 nguồn Cobalt-60 với hoạt độ tổng cộng bằng với hoạt độ tổng cộng của dao Gamma Leksell là khoảng 6000 Ci. RGS sử dụng Collimator Body. Collimator Body chứa tổng cộng 120 collimator với 4 loại Collimator có kích cỡ các lỗ cho tia xạ đi qua là 4mm, 8mm, 14mm, 18mm. Trong khi đó, dao Gamma Leksell sử dụng 4 loại Helmet, mỗi Helmet chứa 201 collimator cùng kích cỡ. Đồng thời, cách sắp xếp của các collimator trong RGS là khác với collimator trong dao Gamma Leksell. Trong Collimator Body, mỗi hình quạt gồm 30 collimator với các kích cỡ khác nhau, được sắp xếp đồng dạng với bộ phận tạo nguồn. Hình quạt thứ năm bị khóa lại và vận hành như môt tấm lá chắn khi hệ thống không hoạt động. Bộ phận tạo nguồn và collimator có thể cùng quay với nhau hay quay độc lập quanh một trục đối xứng theo chiều ngược chiều kim đồng hồ quanh đầu bệnh nhân trong khung máy với tốc độ 1-4 vòng trên 1 phút [8]. (Bộ phận tạo nguồn) (Collimator Body) Hình 1.20. Bộ phận tạo nguồn và Collimator Body trong GammaART- 6000 TM [8] Nguyên lý hoạt động của RGS dựa theo nguyên lý hoạt động của dao Gamma Leksell: hội tụ chính xác các chùm tia Gamma từ nguồn Cobalt-60 chiếu từ nhiều hướng khác nhau vào một điểm làm tăng liều phóng xạ tại điểm đó để loại bỏ tổn thương nằm sâu trong não mà không cần phẫu thuật mở hộp sọ [31]. So với dao Gamma Leksell, RGS có một số ưu điểm như sau: - Nhờ bộ collimator quay mà RGS không đòi hỏi phải chụp helmet và cố định helmet định hướng như trong dao Gamma Leksell, giảm sự nặng nề và khó chịu cho bệnh nhân. Đặc biệt khi cần thay đổi trường chiếu (shot xạ) vẫn không cần lắp đặt lại helmet, rút ngắn thời gian xạ phẫu. - Hệ thống lá chắn tại Collimator Body đạt hiệu quả giảm sự tán xạ rất cao, chỉ còn khoảng 2% khi collimator đóng. Các nguồn xạ của hệ thống này lúc chuẩn bị và chưa điều trị vẫn được giữ trong khung bảo vệ nên không gây liều chiếu có hại cho bệnh nhân và nhân viên xung quanh. - Với RGS, suất liều tại các điểm đồng tâm có thể đạt đến 3 Gy/phút với độ lệch vị trí chỉ < 0,1 mm. Do vậy nguồn xạ rút từ 201 xuống còn 30 nhưng vẫn đảm bảo tổng hoạt độ phóng xạ là gần 6000 Ci. Số lượng nguồn xạ rút xuống cũng làm giảm chi phí nạp và thay nguồn. - RGS có máy định vị không gian cũng chính xác và nhỏ gọn hơn, độ tự động hoá cao giúp cho việc điều trị dễ dàng và độ chính xác của điểm hội tụ chùm tia rất cao. - RGS còn có thiết bị lập kế hoạch điều trị, trang bị RGS Explorer 4D là phần mềm tương thích mới nhất. Nhờ hệ thống này, máy có khả năng tái tạo ảnh 3D chất lượng cao, tự động lập kế hoạch điều trị nhanh và chính xác đến mức 0,1mm.Hệ thống đã sử dụng hợp nhất các loại hình ảnh ghi được của sọ não CT, MRI, PET hay SPECT…để xác định vị trí và lập kế hoạch điều trị, đồng thời cũng xác định được đường viền bờ hộp sọ để xác định vòng quay thích hợp cho các nguồn xạ. - Mặc dù, RGS cũng được sử dụng tích cực trong điều trị nhiều bệnh lý nội sọ như: các u não nguyên phát và di căn như u màng não, u tuyến yên, u sọ hầu, các u lành vùng nền sọ, u tuyến tùng, các u dây thần kinh sọ, u tế bào sao, dị dạng động tĩnh mạch..., nhưng vẫn bị hạn chế về kích thước khối u. Về nguyên tắc, RGS cũng đáp ứng tốt với những khối u có kích cỡ dưới 5cm [32]. 17B .7.Tình hình ứng dụng dao Gamma Leksell trong điều trị trên thế giới và tại Việt Nam Hiện nay, trên thế giới có hơn 250 trung tâm được trang bị dao Gamma Leksell để điều trị các bệnh lý não. Số lượng bệnh nhân được chữa bệnh bằng dao Gamma Leksell ngày càng tăng. Điểm qua các mốc quan trọng, chúng ta nhận thấy: Cuối năm 2004, với trên 220 trung tâm Gamma Knife trên thế giới, khoảng 300 000 bệnh nhân được áp dụng phương pháp xạ phẫu bằng dao Gamma để bảo tồn cuộc sống. Đến năm 2009, số lượng bệnh nhân được chữa bệnh bằng dao Gamma Leksell đã tăng đáng kể, lên đến hơn 500 000 người[26][27]. Mặc dù vẫn còn những tranh cãi, nhưng những con số thống kê trên đây cho chúng ta tin tưởng rằng, dao Gamma Leksell sẽ ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn để đem lại cuộc sống tốt đẹp cho những bệnh nhân chẳng may mắc các bệnh lý về não. Hình 1.21. Số lượng bệnh nhân được điều trị bằng dao Gamma trên thế giới (à 2T services/cancer/gamma-knife-perfexion/about-the-gamma-knife/about-the-procedure2T) Riêng ở Việt Nam, tháng 11 năm 2006, dao Gamma Leksell C được đưa vào sử dụng tại Bệnh viện Chợ Rẫy. Thiết bị này do Elekta Instrument AB (Thụy Điển) độc quyền sản xuất và được coi là một trong những thiết bị xạ trị có độ chính xác cao nhất hiện nay trên thế giới. Bảng 1.2. Thống kê số lượng bệnh nhân được điều trị bằng dao Gamma Leksell C từ năm 2006 đến năm 2010 của Bệnh viện Chợ Rẫy Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian Số lượng bệnh nhân được điều trị 11/2006 – 30/12/2006 21 01/01/2007 – 31/12/2007 148 01/01/2008 – 31/12/2008 224 01/01/2009 – 31/12/2009 350 01/01/2010 – 31/12/2010 360 TỔNG 1103 Theo thống kê chưa đầy đủ, từ tháng 1/2011 đến tháng 7/2011, bệnh viện Chợ Rẫy đã điều trị cho hơn 300 bệnh nhân, gần bằng tổng bệnh nhân của năm 2010. Điều đó chứng tỏ, với tình hình ung thư ngày càng tăng như hiện nay ở nước ta, dao Gamma Leksell đã góp phần đáng kể vào việc cứu người, đem lại cuộc sống mới cho bệnh nhân. Vấn đề đặt ra hiện nay là chi phí của mỗi ca điều trị là khá cao, làm sao để có thể giảm chi phí điều trị, để càng ngày càng có nhiều bệnh nhân đặc biệt là những bệnh nhân nghèo, được chữa trị bằng thiết bị tiên tiến này? Trong quá trình ứng dụng dao Gamma Leksell trên toàn thế giới, chúng ta có thể rút ra một số ưu điểm và hạn chế của thiết bị xạ phẫu này. 18B .8.Ưu điểm và hạn chế của dao Gamma Leksell 38B1.8.1.Ưu điểm - Tập trung một liều rất lớn vào một thể tích tổn thương rất nhỏ, do đó hiệu quả tiêu diệt các tế bào ung thư là tốt hơn so với các kĩ thuật xạ trị khác. - Không phẫu thuật hở. Giúp bệnh nhân tránh khỏi tình trạng bị mất máu, bị xuất huyết, và nhiễm trùng, giảm thiểu các biến chứng nặng gây ra như khi phẫu thuật mở hộp sọ… Bệnh nhân được gây tê cục bộ, hoàn toàn tỉnh táo trong suốt quá trình xạ phẫu, an toàn, cấu trúc và chức năng thần kinh của bệnh nhân được bảo tồn tốt, thời gian nằm viện ngắn, có thể xuất viện ngay sau điều trị và làm việc lại ngay ngày hôm sau. - Dao Gamma Leksell có độ chính xác cao về cơ khí, sai số của toàn bộ hệ thống luôn nhỏ hơn 0.5mm, sai số của suất liều chiếu cho phép là 1% đến 3% [4]. - Vì vậy, dao Gamma Leksell có thể điều trị các thương tổn nhỏ sâu, gần các cấu trúc thần kinh, mạch máu quan trọng, các thương tổn ở nhiều vị trí khác nhau trong não (u dây thần kinh thính giác, u tuyến yên, u sao bào, u màng não...). - Ưu điểm nổi bật của phẫu thuật bằng dao Gamma Leksell là có thể tiêu diệt được tổn thương hay duy trì tình trạng tổn thương nếu đó là tổn thương quá lớn hay phức tạp. Theo tổng kết của GS. TS. Frank Kryspel - Chủ tịch Hội xạ phẫu Mỹ thì trong 1796 người được điều trị bệnh lý tổn thương mạch máu não (Arteriovenous Malfonrmations, AVM) bằng dao Gamma có 71% đến 81% tổn thương bị phá hủy. Theo Steiner, nếu thể tích khối u khoảng 0,1 3cm thì số khối u bị phá hủy là 100%, nếu khối u 1- 4 3cm thì khối u bị phá hủy là 85 % trên tổng số người bệnh điều trị [24]. - Một ưu điểm lớn của Gamma Knife bệnh là sự kết hợp với hệ thống chẩn đoán hình ảnh hiện đại và đầy đủ bao gồm chụp mạch máu xóa nền (DSA), cộng hưởng từ (MRI) và CT scan đa lát cắt… giúp đạt được hiệu quả điều trị tối đa. 39B1.8.2.Hạn chế - Không phải tổn thương nào cũng điều trị được bằng dao Gamma Leksell. Xạ phẫu bằng dao Gamma Leksell chỉ hiệu quả ở những u não hay dị dạng động tĩnh mạch máu não có đường kính dưới 5cm. - Dao Gamma Leksell không được chỉ định điều trị đối với những u nằm bìa vì vượt khoảng điều trị của hệ thống. Trong những trường hợp này, chúng ta phải sử dụng dao Gamma quay, đã được tiến hành ở Bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội. - Chi phí điều trị là tương đối cao: khoảng 30 triệu/ca. 5BCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ Nội dung chương nhằm giới thiệu sơ lược về phương pháp xạ trị bằng bức xạ, các cơ sở xạ trị ở Việt Nam và các hình thức xạ trị. Xạ trị ngoài sẽ được trình bày chi tiết hơn vì đó chính là phương pháp xạ trị của dao Gamma Leksell. Một số đại lượng và công thức quan trọng có liên quan đến việc tính toán phân bố liều cũng được trình bày. Bên cạnh đó, chương trình Penelope thực hiện mô phỏng dựa trên quá trình tương tác của photon năng lượng cao với các môi trường vật chất trong đầu người như: da, mô, xương, não… Vì vậy, cần nhắc lại một số kiến thức về tương tác của photon năng lượng cao với môi trường vật chất cũng như những tác dụng sinh học của bức xạ. 19B2.1.Cơ sở của phương pháp xạ trị bằng bức xạ Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và chùm photon Gamma nói riêng trong xạ trị là: -Tương tác của chùm photon năng lượng cao với vật chất -Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm photon. 40B2.1.1.Tương tác của photon năng lượng cao với môi trường vật chất [6] Khi đi vào môi trường vật chất, các photon năng lượng cao cỡ MeV có thể tương tác với các nguyên tử của môi trường với 3 kiểu tương tác chính là hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và sự sinh cặp (do photon năng lượng cao nên bỏ qua tán xạ Rayleigh). 69B2.1.1.1.Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử được thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ. Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên “Hiệu ứng Hertz”, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra. 103B2.1.1.1.1.Động năng của electron quang điện Trong hiệu ứng quang điện, một photon được hấp thụ hoàn toàn và một electron (gọi là quang electron) được bứt ra khỏi nguyên tử. Đối với photon có năng lượng đủ lớn, xác suất xảy ra lớn nhất đối với các electron từ lớp K. Động năng của quang electron được xác định bởi: e bK h BEν= − (2.1) trong đó: hν là năng lượng của photon, BERb R là năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử. Động năng trung bình của electron quang điện có thể được ước lượng theo công thức sau: k k k kE h P BEν ω= − (2.2) trong đó kBE là năng lượng liên kết của electron ở lớp K, kω là hiệu suất phát huỳnh quang ở lớp K và kP là một hệ số để chỉ tỉ lệ số tương tác quang điện xảy ra tại lớp K. Sự phụ thuộc của kP vào kω được cho trong hình 2.1 . Hinh 2.1. Sự phụ thuộc vào nguyên tử số Z của hiệu suất phát huỳnh quang kω (khi kh BEν > ) và Lω (khi L kBE h BEν< < ) cũng như của tỉ lệ xảy ra hiệu ứng quang điện kP ở lớp K (khi kh BEν > ) và LP ở lớp L (khi L kBE h BEν< < ). Do sự ion hóa, trong vỏ nguyên tử sẽ xuất hiện một chỗ trống. Chỗ trống này sẽ nhanh chóng bị lấp bởi electron từ lớp trên, và sẽ xuất hiện một vài tia X đặc trưng hay electron Auger. Năng lượng của tia X đặc trưng xấp xỉ bằng năng lượng liên kết bBE . Trong đa số trường hợp, photon ứng với tia X đặc trưng này sẽ bị hấp thụ trong lân cận nguyên tử bị ion hóa do nó gây ra một hiệu ứng quang điện khác. Hinh 2.2. Minh họa hiệu ứng quang điện 104B2.1.1.1.2.Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ quang điện vào số thứ tự nguyên tử của môi trường Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện được mô tả bởi hệ số hấp thụ quang điện τ. Hệ số này có độ lớn tỉ lệ với khối lượng riêng ρ của môi trường và tăng theo nguyên tử số Z của môi trường theo hệ thức ~ . nZτ ρ . Trong đó n có giá trị gần bằng 3 đối với các nguyên tố nặng và bằng 3,6 đối với các nguyên tố nhẹ như nước, cơ bắp v.v.. Sự phụ thuộc mạnh này vào nguyên tử số khiến photon dễ dàng đi qua các vật liệu nhẹ và bị cản mạnh bởi các vật liệu nặng (có Z lớn). Trong các phương pháp che chắn bức xạ tia X, người ta dùng các loại vật liệu nặng như chì, thép, bêtông barit, v.v.. thực chất là đã lợi dụng hiệu ứng quang điện để làm suy giảm chùm photon. Và điều đó là tương tự đối với vật liệu che chắn bức xạ tia Gamma của dao Gamma Leksell. 105B2.1.1.1.3. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ quang điện vào năng lượng của photon Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện τ phụ thuộc mạnh vào năng lượng của photon. Ở vùng năng lượng hν của photon lớn hơn năng lượng liên kết của lớp K, khi tăng dần năng lượng, thoạt tiên τ giảm nhanh theo qui luật 3 4(1/ )hν − . Với 0,511h MeVν > (năng lượng tĩnh của electron), τ giảm chậm theo qui luật 1/ hν . Ở vùng năng lượng bằng và nhỏ hơn năng lượng liên kết của lớp K, nói chung xác suất cũng giảm theo năng lượng, nhưng có những điểm nhảy vọt khi năng lượng của photon xấp xỉ trùng với năng lượng liên kết của electron (cộng hưởng). Những điểm nhảy vọt này được gọi là các gờ hấp thụ. Ta có gờ K, gờ L, gờ M, v.v… Hinh 2.3. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ quang điện khối /τ ρ vào năng lượng của photon trong chì Trong X quang chẩn đoán, người ta lợi dụng các gờ này để phân biệt các cấu trúc khác nhau của cơ thể (xương, mô mềm). Như vậy sự phụ thuộc của xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện vào nguyên tử số và khối lượng riêng của môi trường và vào năng lượng của photon có thể được tóm tắt lại như sau: 1 3( ) nZ h τ ρ ν − ≅ ( 511 )h KeVν = (2.3) 1nZ h τ ρ ν − ≅ ( 511 )h KeVν ? (2.4) Đối với các nguyên tố có Z bé như không khí, nước hay mô, n ≈ 3,6. Đối với các nguyên tố có Z lớn, n ≈ 3,0 . Qui luật này cho thấy hiệu ứng quang điện xảy ra chủ yếu đối với các tia X hay tia γ có năng lượng tương đối thấp (dưới 1 MeV) và trong vật chất có Z lớn. 70B2.1.1.2.Tán xạ Compton 106B2.1.1.2.1.Động năng trung bình của electron Compton Trong tán xạ Compton, còn gọi là tán xạ không kết hợp (incoherent scattering), một photon va chạm với một electron liên kết yếu với hạt nhân. Khi đó photon truyền một phần năng lượng cho electron và bị lệch khỏi phương chuyển động một góc ϕ , ϕ được gọi là góc tán xạ. Kết quả của quá trình tán xạ Compton là electron nhận được một năng lượng giật lùi và năng lượng của photon tán xạ giảm so với năng lượng của photon tới. Electron tham gia vào quá trình tán xạ gọi là electron Compton. Hinh 2.4. Minh họa quá trình tán xạ Compton Động năng của electron xấp xỉ bằng độ chênh lệch năng lượng của photon trước và sau khi va chạm ' kE h hν ν= − (2.5) Động năng kE của electron cũng như năng lượng hν’ phụ thuộc vào góc lệch ϕ của photon. Từ định luật bảo toàn năng lượng và động lượng, ta tính được (1 cos ) 1 (1 cos )K E h α ϕν α ϕ − = + − (2.6) ' 1 1 (1 cos ) h hν ν α ϕ = + − (2.7) trong đó α = hν/mReRcP2 P, là tỉ số giữa năng lượng của photon đến và năng lượng nghỉ của electron. Góc lệch ϕ càng lớn thì năng lượng 'hν của photon sau tán xạ càng bé, 'hν có giá trị cực tiểu khi ϕ π= . Khi đó electron nhận được năng lượng lớn nhất. Ta cũng có thể tính được sự phụ thuộc của năng lượng trung bình photon truyền cho electron. Kết quả này được diễn tả trên hình 2.5. Ta thấy khi năng lượng của photon ban đầu hν càng lớn thì tỉ lệ năng lượng mà electron nhận được càng cao. Hinh 2.5. Tỉ lệ năng lượng trung bình và năng lượng cực đại photon truyền cho electron Compton. 107B2.1.1.2.2.Sự phân bố góc của electron Compton Khi Eγ càng lớn, các electron Compton càng có xu hướng bay về phía trước. Điều này làm cho vị trí hấp thụ năng lượng của môi trường (dọc theo quĩ đạo của các ele._.... 9.332292E+05 +- 1.4E+03 eV Backscattered particles ......... 2.536792E+05 +- 5.8E+02 eV Average track length: Transmitted particles ........... 1.396646E+01 +- 1.2E-02 cm Backscattered particles ......... 1.156899E+01 +- 4.7E-02 cm Absorbed particles .............. 1.507072E+01 +- 7.6E-01 cm Mean value of the polar cosine of the exit direction: Transmitted particles ........... 7.944277E-01 +- 1.1E-03 Backscattered particles ......... -4.610975E-01 +- 2.2E-03 Mean value of the polar angle of the exit direction: Transmitted particles ........... 2.588102E+01 +- 1.1E-01 deg Backscattered particles ......... 1.197775E+02 +- 1.6E-01 deg Average deposited energies (per primary shower): Body 1 ......................... 4.182797E+03 +- 1.5E+02 eV Body 2 ......................... 1.019843E+04 +- 2.7E+02 eV Body 3 ......................... 1.348214E+04 +- 3.2E+02 eV Body 4 ......................... 4.193437E+05 +- 1.5E+03 eV Last random seeds = 1959004579 , 1512032902 *** END *** 1.2.Ứng với collimator 8mm: File INPUT TITLE Simulation Leksell gamma knife Co 60 GSTART Head LAYER 0.00 0.20 1 CENTRE 0.00 0.00 CYLIND 1 0.00 4.00 LAYER 0.20 0.50 2 CYLIND 2 0.00 4.00 LAYER 0.50 0.70 3 CYLIND 3 0.00 4.00 LAYER 0.70 15.30 4 CYLIND 4 0.00 4.00 GEND SKPAR 2 [Primary particles: 1=electron, 2=photon, 3=positron] SENERG 1.25E6 [Initial energy (monoenergetic sources only)] SRADII 0.0 0.40 [ Source inner and outer radii] SPOSIT 0.0 0.0 -8.50 [Coordinates of the source center] NMAT 4 [Number of different materials, .le.10] SIMPAR 1 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 2 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M.EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 3 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 4 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] PFNAME head.mat [Material definition file, 18 characters] ABSEN 4 [Tally the distr. of absorbed E in this material] DOSE2D 4 1 50 50 [Tally 2D dose and charge distr. in this body] NSIMSH 100000000 [Desired number of simulated showers, max=2**31-1] TIME 100 [Allotted simulation time, in sec] File OUTPUT (điển hình) ********************************** ** Program PENCYL. Results. ** ********************************** Simulation time ......................... 1.000000E+02 sec Simulation speed ........................ 7.572470E+03 showers/sec Simulated primary particles ............. 7.572470E+05 Transmitted primary particles ........... 6.088250E+05 Backscattered primary particles ......... 1.473480E+05 Absorbed primary particles .............. 1.074000E+03 Simulated secondary particles: ---------------------------------------------- | electrons | photons | positrons | -------------------------------------------------------------- | transmitted | 3.284000E+03 | 3.905000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | backscattered | 2.460000E+02 | 2.277000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | absorbed | 6.426080E+05 | 2.329500E+04 | 6.900000E+01 | -------------------------------------------------------------- Fractional transmission ............ 8.091547E-01 +- 1.4E-03 Fractional backscattering .......... 1.975907E-01 +- 1.4E-03 Fractional absorption .............. 1.418295E-03 +- 1.3E-04 Mean number of events per primary track: ** Transmitted particles: Coherent (Rayleigh) ............. 1.821541E-03 +- 1.7E-04 Incoherent (Compton) ............ 8.112890E-01 +- 3.8E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Backscattered particles: Coherent (Rayleigh) ............. 7.397454E-03 +- 6.8E-04 Incoherent (Compton) ............ 1.873022E+00 +- 9.0E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Absorbed particles: Coherent (Rayleigh) ............. 5.586592E-02 +- 2.4E-02 Incoherent (Compton) ............ 3.868715E+00 +- 2.5E-01 Photoelectric absorption ........ 8.891993E-01 +- 2.9E-02 Pair production ................. 1.108007E-01 +- 2.9E-02 Average final energy: Transmitted particles ........... 9.342125E+05 +- 1.4E+03 eV Backscattered particles ......... 2.538231E+05 +- 5.8E+02 eV Average track length: Transmitted particles ........... 1.396440E+01 +- 1.2E-02 cm Backscattered particles ......... 1.156596E+01 +- 4.6E-02 cm Absorbed particles .............. 1.505164E+01 +- 7.7E-01 cm Mean value of the polar cosine of the exit direction: Transmitted particles ........... 7.949441E-01 +- 1.1E-03 Backscattered particles ......... -4.611033E-01 +- 2.2E-03 Mean value of the polar angle of the exit direction: Transmitted particles ........... 2.582351E+01 +- 1.1E-01 deg Backscattered particles ......... 1.197832E+02 +- 1.6E-01 deg Average deposited energies (per primary shower): Body 1 ......................... 4.145863E+03 +- 1.5E+02 eV Body 2 ......................... 1.031639E+04 +- 2.7E+02 eV Body 3 ......................... 1.340312E+04 +- 3.1E+02 eV Body 4 ......................... 4.184072E+05 +- 1.5E+03 eV Last random seeds = 1383182555 , 756026981 *** END *** 1.3.Ứng với collimator 14mm: File INPUT TITLE Simulation Leksell gamma knife Co 60 GSTART Head LAYER 0.00 0.20 1 CENTRE 0.00 0.00 CYLIND 1 0.00 4.0 LAYER 0.20 0.50 2 CYLIND 2 0.00 4.0 LAYER 0.50 0.70 3 CYLIND 3 0.00 4.0 LAYER 0.70 15.30 4 CYLIND 4 0.00 4.0 GEND SKPAR 2 [Primary particles: 1=electron, 2=photon, 3=positron] SENERG 1.25E6 [Initial energy (monoenergetic sources only)] SRADII 0.0 0.70 [ Source inner and outer radii] SPOSIT 0.0 0.0 -8.50 [Coordinates of the source center] NMAT 4 [Number of different materials, .le.10] SIMPAR 1 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 2 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M.EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 3 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 4 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] PFNAME head.mat [Material definition file, 18 characters] ABSEN 4 [Tally the distr. of absorbed E in this material] DOSE2D 4 1 50 50 [Tally 2D dose and charge distr. in this body] NSIMSH 100000000 [Desired number of simulated showers, max=2**31-1] TIME 100 [Allotted simulation time, in sec] File OUTPUT (điển hình) ********************************** ** Program PENCYL. Results. ** ********************************** Simulation time ......................... 1.000000E+02 sec Simulation speed ........................ 7.609560E+03 showers/sec Simulated primary particles ............. 7.609560E+05 Transmitted primary particles ........... 6.114590E+05 Backscattered primary particles ......... 1.484340E+05 Absorbed primary particles .............. 1.063000E+03 Simulated secondary particles: ---------------------------------------------- | electrons | photons | positrons | -------------------------------------------------------------- | transmitted | 3.444000E+03 | 3.955000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | backscattered | 2.470000E+02 | 2.341000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | absorbed | 6.462820E+05 | 2.348000E+04 | 7.100000E+01 | -------------------------------------------------------------- Fractional transmission ............ 8.087380E-01 +- 1.4E-03 Fractional backscattering .......... 1.981389E-01 +- 1.4E-03 Fractional absorption .............. 1.396927E-03 +- 1.3E-04 Mean number of events per primary track: ** Transmitted particles: Coherent (Rayleigh) ............. 1.869299E-03 +- 1.7E-04 Incoherent (Compton) ............ 8.128705E-01 +- 3.8E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Backscattered particles: Coherent (Rayleigh) ............. 7.228802E-03 +- 6.7E-04 Incoherent (Compton) ............ 1.870811E+00 +- 9.0E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Absorbed particles: Coherent (Rayleigh) ............. 5.456256E-02 +- 2.3E-02 Incoherent (Compton) ............ 3.907808E+00 +- 2.6E-01 Photoelectric absorption ........ 8.842897E-01 +- 2.9E-02 Pair production ................. 1.157103E-01 +- 2.9E-02 Average final energy: Transmitted particles ........... 9.334190E+05 +- 1.4E+03 eV Backscattered particles ......... 2.539326E+05 +- 5.7E+02 eV Average track length: Transmitted particles ........... 1.394358E+01 +- 1.2E-02 cm Backscattered particles ......... 1.154622E+01 +- 4.6E-02 cm Absorbed particles .............. 1.518327E+01 +- 7.9E-01 cm Mean value of the polar cosine of the exit direction: Transmitted particles ........... 7.945187E-01 +- 1.1E-03 Backscattered particles ......... -4.614944E-01 +- 2.2E-03 Mean value of the polar angle of the exit direction: Transmitted particles ........... 2.587749E+01 +- 1.1E-01 deg Backscattered particles ......... 1.198047E+02 +- 1.6E-01 deg Average deposited energies (per primary shower): Body 1 ......................... 4.201654E+03 +- 1.5E+02 eV Body 2 ......................... 1.025701E+04 +- 2.6E+02 eV Body 3 ......................... 1.343271E+04 +- 3.1E+02 eV Body 4 ......................... 4.191948E+05 +- 1.5E+03 eV Last random seeds = 1618715253 , 1953249635 *** END *** 1.4.Ứng với collimator 18mm: File INPUT TITLE Simulation Leksell gamma knife Co 60 GSTART Head LAYER 0.00 0.20 1 CENTRE 0.00 0.00 CYLIND 1 0.00 4.0 LAYER 0.20 0.50 2 CYLIND 2 0.00 4.0 LAYER 0.50 0.70 3 CYLIND 3 0.00 4.0 LAYER 0.70 15.30 4 CYLIND 4 0.00 4.0 GEND SKPAR 2 [Primary particles: 1=electron, 2=photon, 3=positron] SENERG 1.25E6 [Initial energy (monoenergetic sources only)] SRADII 0.0 0.9 [ Source inner and outer radii] SPOSIT 0.0 0.0 -8.50 [Coordinates of the source center] NMAT 4 [Number of different materials, .le.10] SIMPAR 1 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 2 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M.EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 3 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] SIMPAR 4 1.0E5 1000 1.0E5 0.1 0.1 1.0E4 1000 [M,EABS,C1,C2,WCC,WCR] PFNAME head.mat [Material definition file, 18 characters] ABSEN 4 [Tally the distr. of absorbed E in this material] DOSE2D 4 1 50 50 [Tally 2D dose and charge distr. in this body] NSIMSH 100000000 [Desired number of simulated showers, max=2**31-1] TIME 100 [Allotted simulation time, in sec] File OUTPUT (điển hình) ********************************** ** Program PENCYL. Results. ** ********************************** Simulation time ......................... 1.000000E+02 sec Simulation speed ........................ 7.579060E+03 showers/sec Simulated primary particles ............. 7.579060E+05 Transmitted primary particles ........... 6.089300E+05 Backscattered primary particles ......... 1.478970E+05 Absorbed primary particles .............. 1.079000E+03 Simulated secondary particles: ---------------------------------------------- | electrons | photons | positrons | -------------------------------------------------------------- | transmitted | 3.378000E+03 | 3.975000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | backscattered | 2.310000E+02 | 2.286000E+03 | 0.000000E+00 | -------------------------------------------------------------- | absorbed | 6.432730E+05 | 2.338900E+04 | 7.000000E+01 | -------------------------------------------------------------- Fractional transmission ............ 8.086821E-01 +- 1.4E-03 Fractional backscattering .......... 1.981552E-01 +- 1.4E-03 Fractional absorption .............. 1.423659E-03 +- 1.3E-04 Mean number of events per primary track: ** Transmitted particles: Coherent (Rayleigh) ............. 1.903339E-03 +- 1.7E-04 Incoherent (Compton) ............ 8.120145E-01 +- 3.8E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Backscattered particles: Coherent (Rayleigh) ............. 7.031921E-03 +- 6.6E-04 Incoherent (Compton) ............ 1.869017E+00 +- 9.0E-03 Photoelectric absorption ........ 0.000000E+00 +- 0.0E+00 Pair production ................. 0.000000E+00 +- 0.0E+00 ** Absorbed particles: Coherent (Rayleigh) ............. 5.468026E-02 +- 2.3E-02 Incoherent (Compton) ............ 3.913809E+00 +- 2.7E-01 Photoelectric absorption ........ 8.878591E-01 +- 2.9E-02 Pair production ................. 1.121409E-01 +- 2.9E-02 Average final energy: Transmitted particles ........... 9.336028E+05 +- 1.4E+03 eV Backscattered particles ......... 2.539567E+05 +- 5.8E+02 eV Average track length: Transmitted particles ........... 1.393354E+01 +- 1.3E-02 cm Backscattered particles ......... 1.153576E+01 +- 4.6E-02 cm Absorbed particles .............. 1.502514E+01 +- 8.0E-01 cm Mean value of the polar cosine of the exit direction: Transmitted particles ........... 7.945688E-01 +- 1.1E-03 Backscattered particles ......... -4.616705E-01 +- 2.2E-03 Mean value of the polar angle of the exit direction: Transmitted particles ........... 2.587602E+01 +- 1.1E-01 deg Backscattered particles ......... 1.198243E+02 +- 1.6E-01 deg Average deposited energies (per primary shower): Body 1 ......................... 4.231640E+03 +- 1.5E+02 eV Body 2 ......................... 1.026365E+04 +- 2.6E+02 eV Body 3 ......................... 1.339243E+04 +- 3.1E+02 eV Body 4 ......................... 4.191661E+05 +- 1.5E+03 eV Last random seeds = 530815333 , 294011225 *** END *** 2.Code tính toán bằng MATLAB: 2.1.Main Function: function [t] = mainFunction() %R: Ban kinh cua hop so %r: Ban kinh cua nao bo %a: Toa do x cua khoi u %b: Toa do y cua khoi u %pointGridSize khong duoc lon hon duong kinh cua cylinder %Khoi tao cac gia tri ban dau dataReader = input.reader.CSVDataReader(); fileName = char(dataReader.getFileName()); %Ten file du lieu dau vao R = dataReader.getHeadRadius(); %Ban kinh cua dau nguoi r = dataReader.getBrainRadius(); %Ban kinh cua nao nguoi a = dataReader.getA(); %Toa do x cua khoi u b = dataReader.getB(); %Toa do y cua khoi u mode = dataReader.getMode(); %Mode: cach phan bo cua cac nguon pointGridSize = dataReader.getPointGridSize(); %Do rong cua hinh vuong can khao sat cua 1 nguon newR = sqrt(R * R - a * a)- b; pointGridCount = dataReader.getPointGridCount(); %So diem tren 1 canh cua hinh vuong luoi diem pointGridStep = pointGridSize / (pointGridCount - 1); resultSquarePointCount = dataReader.getResultSquarePointCount(); resultSquareSize = pointGridSize / sqrt(2); resultSquareStep = resultSquareSize / (resultSquarePointCount - 1); %-------------------------------------------------------------------------% %------------------Nhap du lieu tu file-----------------------------------% %------------------Doi he truc toa do-------------------------------------% %------------------Noi suy------------------------------------------------% %-------------------------------------------------------------------------% %Nhap file du lieu vao mang data inputFile = fopen(fileName, 'r'); i = 1; while ~feof(inputFile) tmp = fscanf(inputFile, '%f', 6); if ~isempty(tmp) data(i, 1) = tmp(2); %Radius, tuong ung voi toa do x data(i, 2) = tmp(1); %Depth, tuong ung voi toa do y data(i, 3) = tmp(3); %Dose i = i + 1; end end fclose(inputFile); for i = 1 : 2500 newData(i, 1) = data(i, 1); %Radius trong he truc ma tam bo nao tai (0, 0) newData(i, 2) = newR - data(i, 2); %Depth trong he truc ma tam bo nao tai (0, 0) newData(i, 3) = data(i, 3); %Dose end %Them cac gia tri radius am for i = 0 : 49 for j = 1 : 50 AddMinusRadiusData(50 * i + j, :) = newData(2500 - 50 * i - 50 + j, :); AddMinusRadiusData(50 * i + j, 1) = - AddMinusRadiusData(50 * i + j, 1); end end for i = 2501 : 5000 AddMinusRadiusData(i, :) = newData(i - 2500, :); end for i = 1 : 50 depth(i) = AddMinusRadiusData(i, 2); end i = 1; for j = 1 : 50 : 5000 radius(i) = AddMinusRadiusData(j, 1); i = i + 1; end [radiusMesh depthMesh] = meshgrid(radius, depth); for i = 1 : 5000 doseMesh(mod(i - 1, 50) + 1, floor((i - 1) / 50) + 1) = AddMinusRadiusData(i, 3); end %Luoi diem ket qua cuoi cung resultRadius = - resultSquareSize / 2 : resultSquareStep : resultSquareSize / 2; resultDepth = - resultSquareSize / 2 : resultSquareStep : resultSquareSize / 2; [resultRadiusMesh resultDepthMesh] = meshgrid(resultRadius, resultDepth); resultDoseTheta0 = interp2(radiusMesh, depthMesh, doseMesh, resultRadiusMesh, resultDepthMesh, 'spline'); %------------ %Created a grid of point as Theta = 0 %Next: rotate and create the other grids %------------ %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- %Tao them 36 goc quay %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- numberOfSources = 0; if mode == 1 numberOfSources = 36; for i = 1 : 37 theta = (i - 1) * pi / 36 - pi/2; if i < 19 thetaArray(i) = theta; elseif i > 19 thetaArray(i - 1) = theta; end end elseif mode == 2 numberOfSources = 10; for i = 1 : 5 thetaArray(i) = pi / 18 * i - pi / 2; thetaArray(numberOfSources - i + 1) = pi - pi / 18 * i - pi / 2; end end %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- %Quay va luu ket qua vao doseGridThetaArray %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- for k = 1 : numberOfSources depthMeshTheta = []; radiusMeshTheta = []; doseMeshTheta = []; M = [cos(thetaArray(k)) -sin(thetaArray(k)) 0 ; sin(thetaArray(k)) cos(thetaArray(k)) 0; 0 0 1]; [tmpR] = tCal(a, b, R, thetaArray(k) + pi / 2); for i = 1 : 50 for j = 1 : 100 tmpDepthMesh(i, j) = depthMesh(i, j) - newR + tmpR; end end for i = 1 : 50 for j = 1 : 100 P = [radiusMesh(i, j) ; tmpDepthMesh(i, j) ; doseMesh(i, j)]; newP = M * P; radiusMeshTheta(i, j) = newP(1); depthMeshTheta(i, j) = newP(2); doseMeshTheta(i, j) = newP(3); end end %---------------------------- %Xac dinh luoi diem %---------------------------- doseGridTheta = griddata(radiusMeshTheta, depthMeshTheta, doseMeshTheta, resultRadiusMesh, resultDepthMesh, 'cubic'); doseGridThetaArray(k) = struct('value', doseGridTheta); end %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- %Tong hop lieu qua cac phep quay %Ket qua cuoi cung, trong hinh vuong tu - resultSquareSize / 2 den resultSquareSize / 2 %-------------------------------------------------------------------------------------- ------------- doseSum = 0; if mode == 1 doseSum = resultDoseTheta0; end for i = 1 : numberOfSources doseSum = doseSum + doseGridThetaArray(i).value; end %Doi he truc den vi tri khoi u resultRadiusMesh = resultRadiusMesh + a; resultDepthMesh = resultDepthMesh + b; %return of mainFunction returnStruct = struct('resultRadiusMesh', resultRadiusMesh, 'resultDepthMesh', resultDepthMesh, 'doseSum', doseSum); t = returnStruct; end %End main function 2.2.Dữ liệu đưa vào 2.2.1.Input R,r,a,b,fileName,cylinderRadius,pointGridSize,pointGridCount,resultSquarePointCount,mode 8,7.3,0,0,pcdosch1.dat,4,7.9,101,101,1 2.2.2.tCal function [t] = tCal( a, b, R, alpha ) A = 1 / power(cos(alpha), 2); B = 2 * (b - a * tan(alpha)) * tan(alpha); C = power(b - a * tan(alpha), 2) - power(R, 2); sqrtDelta = sqrt(B * B - 4 * A * C); x1 = (-B + sqrtDelta) / (2 * A); y1 = x1 * tan(alpha) + b - a * tan(alpha); x2 = (-B - sqrtDelta) / (2 * A); y2 = x2 * tan(alpha) + b - a * tan(alpha); if (y1 >= y2) x = x1; y = y1; else x = (-B - sqrtDelta) / (2 * A); y = x * tan(alpha) + b - a * tan(alpha); end t = sqrt(power(x - a, 2) + power(y - b, 2)); end 2.2.3.tumourAreaFunction % X is radius % Y is depth function [area] = tumourAreaFunction(dose) returnStruct = mainFunction(); resultRadiusMesh = returnStruct.resultRadiusMesh; resultDepthMesh = returnStruct.resultDepthMesh; doseSum = returnStruct.doseSum; newDoseSum = doseSum / 1E6; [C, h] = contour(resultRadiusMesh, resultDepthMesh, newDoseSum, [(dose / 1E6)]); clabel(C, h, 'LabelSpacing', 172); xlabel('Radius (cm)'); ylabel('Depth (cm)'); zlabel('Dose (1e+06 eV/g)'); %Here, get the first contour data to calculate the area numOfPoint = C(2, 1); for i = 1 : numOfPoint X(i) = C(1, i + 1); Y(i) = C(2, i + 1); end area = polyarea(X, Y); end %End function 2.3.Vẽ đường đẳng liều cho một nguồn đơn kênh: %-------------------------------------------------------------------------% %------------------Khoi tao cac gia tri ban dau---------------------------% %-------------------------------------------------------------------------% dataReader = input.reader.CSVDataReader(); fileName = char(dataReader.getFileName()); %Ten file du lieu dau vao R = dataReader.getHeadRadius(); %Ban kinh cua dau nguoi r = dataReader.getBrainRadius(); %Ban kinh cua nao nguoi a = dataReader.getA(); %Toa do x cua khoi u b = dataReader.getB(); %Toa do y cua khoi u %-------------------------------------------------------------------------% %------------------Nhap du lieu tu file-----------------------------------% %------------------Doi he truc toa do-------------------------------------% %------------------Noi suy------------------------------------------------% %-------------------------------------------------------------------------% %Nhap file du lieu vao mang data inputFile = fopen(fileName, 'r'); i = 1; while ~feof(inputFile) tmp = fscanf(inputFile, '%f', 6); if ~isempty(tmp) data(i, 2) = tmp(1); %Depth, tuong ung voi toa do y data(i, 1) = tmp(2); %Radius, tuong ung voi toa do x data(i, 3) = tmp(3); %Dose i = i + 1; end end fclose(inputFile); for i = 1 : 2500 newData(i, 1) = data(i, 1); %Radius trong he truc ma tam bo nao tai (0, 0) newData(i, 2) = R - data(i, 2); %Depth trong he truc ma tam bo nao tai (0, 0) newData(i, 3) = data(i, 3); %Dose end %Them cac gia tri radius am for i = 0 : 49 for j = 1 : 50 AddMinusRadiusData(50 * i + j, :) = newData(2500 - 50 * i - 50 + j, :); AddMinusRadiusData(50 * i + j, 1) = - AddMinusRadiusData(50 * i + j, 1); end end for i = 2501 : 5000 AddMinusRadiusData(i, :) = newData(i - 2500, :); end for i = 1 : 50 depth(i) = AddMinusRadiusData(i, 2); end i = 1; for j = 1 : 50 : 5000 radius(i) = AddMinusRadiusData(j, 1); i = i + 1; end [radiusMesh depthMesh] = meshgrid(radius, depth); newRadius = -0.99 : 0.01 : 0.99; [newRadiusMesh newDepthMesh] = meshgrid(newRadius, depth); for i = 1 : 5000 doseMesh(mod(i - 1, 50) + 1, floor((i - 1) / 50) + 1) = AddMinusRadiusData(i, 3); end newDoseMesh = interp2(radiusMesh, depthMesh, doseMesh, newRadiusMesh, newDepthMesh, 'spline'); %---------------------------------------------------------------------------------------- ----------- %Doan chuong trinh sau de ve do thi duong dang lieu %---------------------------------------------------------------------------------------- ----------- newDoseMesh = newDoseMesh / 1E6; minDose = min(min(newDoseMesh)); maxDose = max(max(newDoseMesh)); [C, h] = contour(newRadiusMesh, newDepthMesh, newDoseMesh); clabel(C, h, 'LabelSpacing', 172); xlabel('Radius (cm)'); ylabel('Depth (cm)'); caxis([minDose, maxDose]); colorbar('horiz') 2.4.Phân bố liều ứng với 37 nguồn (10 nguồn) %The unit now is 10^6 (eV/g) %Call main returnStruct = mainFunction(); %Divide dose value by 10^6 resultRadiusMesh = returnStruct.resultRadiusMesh; resultDepthMesh = returnStruct.resultDepthMesh; doseSum = returnStruct.doseSum / 1E6; maxDose = max(max(doseSum)); minDose = min(min(doseSum)); %Draw contour [C, h] = contour(resultRadiusMesh, resultDepthMesh, doseSum); clabel(C, h, 'LabelSpacing', 172); %Draw surface caxis([minDose, maxDose]); colorbar('horiz') xlabel('Radius (cm)'); ylabel('Depth (cm)'); zlabel('Dose (1e+06 eV/g)'); surface(resultRadiusMesh, resultDepthMesh, doseSum); 2.5.Vẽ đường phân bố liều dọc theo trục Ox %Call main returnStruct = mainFunction(); dataReader = input.reader.CSVDataReader(); resultSquarePointCount = dataReader.getResultSquarePointCount(); b = dataReader.getB(); %Draw depth = [b]; for i = 1 : resultSquarePointCount radius(i) = returnStruct.resultRadiusMesh(1, i); end dose = interp2(returnStruct.resultRadiusMesh, returnStruct.resultDepthMesh, returnStruct.doseSum, radius, depth, 'spline'); plot(radius, dose); 2.6.Vẽ đường phân bố liều dọc theo trục Oz %Call main returnStruct = mainFunction(); dataReader = input.reader.CSVDataReader(); resultSquarePointCount = dataReader.getResultSquarePointCount(); a = dataReader.getA(); %Draw radius = [a]; for i = 1 : resultSquarePointCount depth(i) = returnStruct.resultDepthMesh(i, 1); end dose = interp2(returnStruct.resultRadiusMesh, returnStruct.resultDepthMesh, returnStruct.doseSum, radius, depth, 'spline'); plot(depth, dose); 2.7.Vẽ đường đẳng liều ứng với 37 nguồn (10 nguồn) %Call main returnStruct = mainFunction(); %Dive those value by 10^6 resultRadiusMesh = returnStruct.resultRadiusMesh; resultDepthMesh = returnStruct.resultDepthMesh; doseSum = returnStruct.doseSum / 1E6; maxDose = max(max(doseSum)); minDose = min(min(doseSum)); %Draw [C, h] = contour(resultRadiusMesh, resultDepthMesh, doseSum); clabel(C, h, 'LabelSpacing', 172); xlabel('Radius (cm)'); ylabel('Depth (cm)'); caxis([minDose, maxDose]); colorbar('horiz') 2.8.Tính FWHM theo trục Ox %Call main returnStruct = mainFunction(); %Lay gia tri b dataReader = input.reader.CSVDataReader(); b = dataReader.getB(); %Draw depth = [b]; minRadius = min(min(returnStruct.resultRadiusMesh)); maxRadius = max(max(returnStruct.resultDepthMesh)); radius = minRadius : 0.0001 : maxRadius; tmpDose = interp2(returnStruct.resultRadiusMesh, returnStruct.resultDepthMesh, returnStruct.doseSum, radius, depth, 'spline'); tmpDoseSize = size(tmpDose); doseSize = tmpDoseSize(2); for i = 1 : doseSize dose(i) = tmpDose(i); end maxDose = max(dose); minDose = min(dose); middleDose = (maxDose + minDose) / 2; prevKey = dose(1); succKey = dose(2); point1 = [0, 0]; point2 = [0, 0]; isPoint1Finished = false; for i = 2 : (doseSize - 1) %doseSize = size(radius) if (prevKey = middleDose) && not(isPoint1Finished) point1 = [(radius(i - 1) + radius(i)) / 2, dose(i)]; isPoint1Finished = true; elseif ((prevKey >= middleDose) && (succKey <= middleDose)) || ((prevKey <= middleDose) && (succKey >= middleDose)) point2 = [(radius(i - 1) + radius(i)) / 2, dose(i)]; end prevKey = succKey; succKey = dose(i + 1); end plot(radius, dose); X = [point1(1) point2(1)]; Y = [point1(2) point2(2)]; line(X, Y); X1 = [point1(1) point1(1)]; Y1 = [middleDose minDose]; line(X1, Y1); X2 = [point2(1) point2(1)]; Y2 = [middleDose minDose]; line(X2, Y2); point2(1) - point1(1) 2.9.Tính FWHM theo trục Oz %Call main returnStruct = mainFunction(); %Lay gia tri a dataReader = input.reader.CSVDataReader(); a = dataReader.getA(); %Draw radius = [a]; minDepth = min(min(returnStruct.resultDepthMesh)); maxDepth = max(max(returnStruct.resultDepthMesh)); depth = minDepth : 0.0001 : maxDepth; tmpDose = interp2(returnStruct.resultRadiusMesh, returnStruct.resultDepthMesh, returnStruct.doseSum, radius, depth, 'spline'); tmpDoseSize = size(tmpDose); doseSize = tmpDoseSize(1); for i = 1 : doseSize dose(i) = tmpDose(i); end maxDose = max(dose); minDose = min(dose); middleDose = (maxDose + minDose) / 2; prevKey = dose(1); succKey = dose(2); point1 = [0, 0]; point2 = [0, 0]; isPoint1Finished = false; for i = 2 : (doseSize - 1) %doseSize = size(depth) if (prevKey = middleDose) && not(isPoint1Finished) point1 = [(depth(i - 1) + depth(i)) / 2, dose(i)]; isPoint1Finished = true; elseif ((prevKey >= middleDose) && (succKey <= middleDose)) || ((prevKey <= middleDose) && (succKey >= middleDose)) point2 = [(depth(i - 1) + depth(i)) / 2, dose(i)]; end prevKey = succKey; succKey = dose(i + 1); end plot(depth, dose); X = [point1(1) point2(1)]; Y = [point1(2) point2(2)]; line(X, Y); X1 = [point1(1) point1(1)]; Y1 = [middleDose minDose]; line(X1, Y1); X2 = [point2(1) point2(1)]; Y2 = [middleDose minDose]; line(X2, Y2); point2(1) - point1(1) 2.10.Tính diện tích vùng điều trị tốt nhất ứng với một liều cụ thể % Tinh dien tich khoi u % Nguyen tac: tinh dien tich gioi han boi 1 duong contour co lieu la 1 hang so nao do % Don vi cua lieu (dau vao): eV/g tumourAreaFunction(0.1e6) (giá trị của tumourAreaFunction thay đổi tùy theo loại collimator) ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLA5654.pdf
Tài liệu liên quan