CHƯƠNG I TONG QUAN VE XA PHẪU BANG GAMMA KNIFE 1.1 Giới thiệu chung về xa phẫu bang Gamma Knife Xa phẫu (radiosurgery) bang tia gamma là phương pháp sử dung các tia bức xa gamma chiếu tập trung vào mục tiêu cần điều trị. Các tia gamma rat nhỏ sau khi qua các ống chuẩn trực hội tụ tại một điểm như một quả cầu nhỏ với đường kính từ 4 mm, 8 mm, 14 mm đến 18 mm [4], nên thiết bị xạ phẫu được gọi là dao gamma (Gamma Knife). Phương pháp xạ phẫu băng tia gamma là phương pháp phẫu thuật không xâm lan, sử dụng năng lượng bức xa của tia gamma để loại bỏ tác nhân gây các bệnh ở não và mạch máu não. Được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1950 bởi Lars Leksell, đến nay thiết bi xạ phẫu bằng tia gamma đã được phát triển lên nhiều thế hệ máy hiện đại, đạt nhiều thành công trong điều trị.
Các mốc lịch sử quan trọng về sự hình thành và phát triển của Gamma Knife [40]: - Nam 1951: Nha phau thuat than kinh nguoi Thuy Dién, giao su Lars Leksell đã dé xuất phương pháp phẫu thuật “xạ phẫu định vi ba chiều” (stereotactic radiosurgery), sử dụng tia bức xạ để tiêu diệt mục tiêu gây ra một số bệnh ở não. - Nam 1968: Thiết bị xạ phẫu băng tia gamma (Gamma Knife) dau tiên trên thế giới được giới thiệu, đặt tại học viện Karolinska, Stockholm, Thụy Điền. Thế hệ Gamma Knife dau tiên này sử dụng 179 nguồn Cobalt-60 (Co) để phát tia gamma. - Nam 1974: Sau sự thành công của thiết bị đầu tiên, Leksell cùng các đồng nghiệp tiếp tục cho ra đời thiết bi Gamma Knife thứ hai, lần này ông van sử dụng 179 nguồn Cobalt-60 để phát bức xa gamma.
Thiết bị Gamma Knife thứ hai này có thể coi là một phiên bản nâng cấp từ thiết bị đầu tiên khi nó đã có thể điều trị những bệnh về mạch máu (dị dạng mach máu não: Arteriovenous malformation, viết tắt là AVM) bên cạnh điều trị các khối u não. Có được sự tiến bộ trên là nhờ sự ra đời của công nghệ chụp cat lớp vi tính (Computed tomography: CT) vào đầu những năm 1970. - - Những năm 1980: Các thiết bị Gamma Knife thứ ba và thứ tư ra đời với nhiều cải tiễn quan trọng như tăng số nguồn Cobalt-60 từ 179 nguồn lên thành 201 nguon, sử dung ba loại mủ định hướng chùm tia (collimator helmet) lần lượt có đường kính là 4 mm, 8 mm và l4 mm. Chiếc thứ ba đặt tại Buenos Aires, Argentina, chiếc thứ tu đặt tại Sheffield, Anh.
- Nam 1987 thì bản thương mại đầu tiên của thiết bị Gamma Knife do công ty Elekta độc quyền sản xuất được giao, đặt tại Đại hoc Pittsburgh, bản thương mại này được bố sung thêm collimator helmet đường kính 18 mm và được gọi là phiên bản Leksell Gamma Knife U (còn gọi là Leksell Gamma Knife A). Năm 1988 bản thương mai thứ hai được gọi là Leksell Gamma Knife B, đặt tại bệnh viện Karolinska, với sự thay đổi trong cách bồ trí các ống chuẩn trục (collimator) trên helmet so với phiên bản U. - Nam 1990: Đưa chương trình lập kế hoạch liều điều trị với tên gỌI “ Leksell GammaPlan” vào sử dụng. - Nam 1996: Đưa kỹ thuật kết hợp hình anh CT và hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) vào phần mềm lập kế hoạch Leksell GammaPlan (LGP).
Cũng trong năm này tại Trung Quốc đã phát triển hệ thống Gamma quay (Rotating gamma system). - Nam 2000: Thiết bi Gamma Knife thế hệ tiếp theo ra đời, được đặt là phiên bản Leksell Gamma Knife C (LGK C), cùng với đó là đưa vào sử dụng hệ thong định vi tu động (Automatic Positioning System: APS) cho việc dich chuyén vị trí đầu bệnh nhân trong quá trình điều trị. - Nam 2004: Cho ra đời thế hệ Leksell Gamma Knife 4C, chủ yếu cải tiễn về công nghệ phần mém so với bản C. Phần mềm lập kế hoạch có thé sử dụng ảnh cắt lớp nhờ phát xa positron (Positron emission tomography: PET).
- Nam 2006: Thế hệ máy Leksell Gamma Knife Perfexion ra đời, đây được coi là thiết bị hiện đại hơn rất nhiều so với các phiên bản trước khi hệ thông collimator helmet được tích hợp gắn liền với đầu máy, sử dụng 3 loại collimator 4 mm, 8 mm và 16 mm, số nguồn Cobalt-60 giảm xuống chỉ còn 192 nguồn.1 Các thế hệ máy Leksell Gamma Knife của công ty Elekta (nguồn http://ecatalog.2 Các thành phân chính của thiết bi Leksell Gamma Knife C Leksell Gamma Knife model C (LGK C) là thế hệ thương mại thứ 3 của công ty Elekta, đây là thiết bị được trang bị tai đơn vị Gamma Knife, khoa Ngoại Thần Kinh, bệnh viện Chợ Rây. So với các phiên bản trước, phiên bản này có nhiêu cải tiên đáng 10 kể, cả về thiết bi phần cứng và chương trình phần mềm lập kế hoạch điều trị. Các bộ phận chính của thiết bị LGK C được trình bày ở các phan sau đây [9]: 1. Ong chuẩn trực 6.
Bàn nằm bệnh nhân 3. Khối bêtông che chăn 7. Cửa nguồn Hình 1.2 Cấu trúc của máy LGK C (nguồn www.1 Khối che chắn nguồn Khối che chan nguồn của máy Leksell Gamma Knife C là một khối bê tông hình cầu bao phủ khối trung tâm. Mặt trước của khối che chan có cửa nguồn làm băng thép không gi dé đóng mở trong quá trình điều trị, cửa nguồn là bộ phận che chắn phóng xa đảm bảo an toàn cho nhân viên điều trị cũng như bệnh nhân.
Ngoài ra khối che chăn còn có các bộ phận kết câu cơ học và các đầu kết nối nguồn điện, bộ điều khién.Tổng trọng lượng của khối che chắn khoấng 17 tan [9], duoc thé hién qua hinh 1.3 Khối che chắn nguồn là lớp che chan chính dé ngăn phóng xa phát ra xung quanh đồng thời là giá đỡ chứa khối trung tâm.2 Khối trung tam Khối trung tâm có hình dạng là một nửa khối cau kim loại, làm bằng thép không gi, năm ở giữa khối che chắn nguồn như hình 1. Khối trung tâm là bộ phận chứa 201 kênh nguồn Cobalt-60 và các ống chuẩn trực so cấp (primary collimator), thông qua các collimator sơ cấp này mà các chùm tia gamma từ các kênh nguồn được định hướng hội tụ tại một điểm. Khối trung tâm được thiết kế sao cho các collimator thứ cấp trên helmet khớp với các collimator sơ cấp của khối trung tâm khi điều trị.4 Hình cắt dọc của đầu máy thiết bị LGK C (nguồn www.3 Nguồn Cobalt-60 Nguồn Cobalt -60 được đặt trong các bộ nguồn, có cau tao khá phức tạp. Mỗi bộ nguồn bao gồm 18 viên nguồn có đường kính 1 mm, chiều cao 1 mm được xếp trong ba ống thép không gi hình trụ như trong hình 1.
Các ống thép lần lượt được lồng vào nhau, có gan các nút đậy và được cô định vào khối trung tâm của thiết bi thông qua một ống lót (bush). Các ông thép không gi này cũng giúp định hướng để chùm tia hội tụ tại một điểm và ngăn các bức xạ không mong muốn phát ra xung quanh. Khoảng cách từ tâm mỗi bộ nguồn đến điểm hội tụ là 400 mm và như nhau cho tất cả các bộ nguon.5 Các thành phân cầu tạo của một bộ nguồn Cobalt-60 (nguồn http://ecatalog.com) Mỗi bộ nguồn có hoạt độ khoảng 30 Ci, thiết bi LGK C có 201 bộ nguồn nên có tong hoạt độ là khoảng 6000 Ci, tạo ra tại điểm hội tụ một suất liều khoảng 3 Gy/phút [3].4 Hệ thong ống chuẩn trực (collimator) va helmet Thiết bi LGK C sử dụng hai hệ thống collimator, hệ thống collimator so cấp được cô định trong khối trung tâm, gan khớp với các bộ nguồn tạo thành các kênh nguồn, mỗi kênh nguồn có một collimator định hướng nên có tổng cộng 201 collimator tạo thành hệ thông collimator sơ cấp. 13 Đề tăng tính chính xác và đảm bảo an toàn trong điều trị, thế hệ LGK C được trang bị thêm 4 loại collimator thứ cấp (final collimator).
Các collimator này là những ống hình trụ. được gan trên một mũ kim loại gọi là helmet, mỗi helmet chỉ sử dụng một loại kích thước collimator gọi là collimator helmet. Trên mỗi helmet có 201 lỗ tròn dé gắn 201 collimator, các collimator này có hình dạng và kích thước bên ngoài như nhau, chi khác ở đường kính lỗ tròn bên trong, nơi mà chùm tia gamma sẽ đi qua để hội tụ tại tiêu điểm. Có 4 loại collimator với các đường kính trong lần lượt là 4 mm, 8 mm, 14 mm và 18 mm, do đó cũng có 4 loại collimator helmet tương ứng như hình 1.
[26] 4mm 8mm 14mm 18mm Hình 1.6 Bồn loại collimator được sử dụng trong thiết bi LGK C [26] Vẻ mặt lý thuyết có thé gan các collimator khác nhau lên cùng một helmet, tuy nhiên dé thuận tiện cho việc tính toán liều lượng trong lập kế hoạch và xác định đường đồng liều nên mỗi helmet chỉ gắn duy nhất một loại collimator như hình 1.7 Helmet được gắn 201 collimator cùng đường kính hoặc có thé gắn các collimator có đường kính khác nhau-hình chụp tại bệnh viện Chợ Ray 14 Ngoài ra trong một số trường hợp đặc biệt có thé thay một số collimator trên helmet băng những “nút chắn tia” (plug), có kích thước tương tự như các collimator nhưng được làm đặc để ngăn chùm tia gamma di qua, nhằm tránh chiếu tia lên các mô lành quan trọng hoặc dễ tốn thương (thân não, dây thị, đôi thị. Cac collimator và nut bit được làm bang hop kim vonfam (hay còn gọi là tungsten). Tuy theo bệnh ly và kích thước mục tiêu cần xạ phẫu mà nhân viên xạ trỊ lựa chọn collimator helmet phù hợp. Các helmet có khả năng tháo rời giúp cho việc thay thế collimator dễ dàng hơn, khi điều trị helmet được gan cố định vào ban điều tri như hình 1.8 Collimator helmet 14 mm duoc gan vao ban diéu tri- hinh chup tai bénh vién Cho Ray 1.5 Hé thong dinh vi muc tiéu Kỹ thuật xa phẫu định vị mục tiêu thông qua không gian ba chiều (hay còn gọi là 3D) bang hệ tọa độ Descartes 3 chiều X, Y, Z.
Do điểm hội tu của các chùm tia là cỗ định nên để thay đối tọa độ của điểm hội tụ lên mục tiêu cần chiếu ta phải dịch chuyển vị trí đầu bệnh nhân. Điều này được làm thông qua việc sử dụng một hệ thong dinh vi thu công (trunnion system) hoặc hệ thong dinh vi tu dong APS. 15 Hệ thống Trunnion là những thanh kim loại được chia đơn vị theo hệ tọa độ Descartes như hình 1.