CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT XẠ PHẪU GAMMA KNIFE 1.1 Giới thiệu Xạ phẫu sọ não là quá trình phẫu thuật mà trong đó một chùm bức xạ hẹp nhắm đến một thể tích mô trong não. Liều bức xạ có độ tập trung cao và sức công phá mạnh này chỉ dùng cho một lần điều trị duy nhất và xạ phẫu hoàn toàn có thể tránh gây khối udo bức xạ gây ra cho các cấu trúc não lành bao quanh thể tích đích. Kỹ thuật định vị lập thể là một trong số các kỹ thuật tiên tiến nhằm ngắm chính xác mục tiêu của các cấu trúc nội sọ (như u não) bằng cách sử dụng một khung chuẩn bên ngoài cố định vào đầu. Các công nghệ chẩn đoán hình ảnh hiện đại như CT, MRI và các tiến bộ của công nghệ máy tính hiện đại đã làm cho kỹ thuật định vị lập thể đang trở thành công cụ trong chẩn đoán và điều trị khối u não.
Từ năm 1968, người ta sử dụng hệ thống xạ phẫu Gamma quay để điều trị các khối u não, các dị tật mạch máu não và đã có những thành công đáng kinh ngạc. Xạ phẫu định vị lập thể là một trong số các kỹ thuật xạ phẫu để điều trị các khối u bên trong não hoặc khu vực thị giác bằng cách sử dụng một liều bức xạ cao để tiêu diệt khối u và dùng thiết bị định vị xạ phẫu lập thể để định vị chính xác vùng đích. Trong xạ phẫu lập thể, bức xạ phân bố theo không gian 3 chiều. Xạ phẫu lập thể luôn bao gồm các thiết bị định vị như khung xạ trị đầu và các chùm tia có năng lượng cao chiếu vào vùng đích chỉ bằng một lần điều trị duy nhất.
Với các hệ thống lập kế hoạch xạ trị hiện đại, người ta có thể xác định được chính xác hình dạng và vị trí khối u hoặc khối u nằm trong khu vực khung định vị bằng các phương tiện chẩn đoán hình ảnh như CT hoặc MRI. Hệ thống lập kế hoạch cũng thường kiêm luôn nhiệm vụ tính toán liều bức xạ. Sau khi hoàn thành quá trình định vị khối u và tính toán liều, việc điều trị bắt đầu. Kỹ thuật xạ phẫu lập thể đạt được liều có cường độ cao, tập trung hoàn toàn vào vùng đích, khối u trong khi đó bảo vệ rất tốt các mô lành bao quanh khu vực đích.
Xạ phẫu đặc biệt ích lợi đối với các khu vực đích nhỏ mà trong thực tế không thể mổ mở được. Trong xạ phẫu người ta sử dụng nguồn Cobalt-60. Tia gamma đi đến vùng đích - khối u từ nhiều nguồn bức xạ Cobalt-60 khác nhau và giao nhau tại điểm hội tụ, tạo ra liều 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo chiếu gamma cao tại vùng đích. Tính đơn giản và độ chính xác về vị trí rất cao làm cho hệ thống xạ phẫu gamma là công cụ lí tưởng trong các ứng dụng xạ phẫu.
Hệ thống Dao gamma quay có thể điều trị các bệnh trong não. Kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh não đã có bước tiến phi thường với việc xuất hiện các thiết bị chẩn đoán hình ảnh CT và MRI cùng các máy tính chuyên dùng có cấu hình mạnh đã cho phép xạ phẫu tiến hành điều trị các khối u, dị dạng mạch máu và các bệnh lý khác mà hiện đang được điều trị bằng phương pháp mổ mở. Kết quả xạ phẫu là tốt trong hầu hết các trường hợp. Chùm tia gamma là chùm bức xạ điện từ với bước sóng ngắn, có năng lượng cao và khả năng đâm xuyên lớn.
Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua các quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt. Các chùm tia gamma được dùng chiếu xạ để phá hủy các tế bào ung thư nằm sâu bên trong não mà không áp dụng được phẫu thuật mở.1: Nguyên lý xạ phẫu gamma knife Hình 1.1 mô tả bố trí nguồn phóng xạ Cobalt-60 với hệ thống ống chuẩn trực để hướng các chùm tia vào vùng não cần chiếu xạ. Chùm tia gamma từ nguồn đồng vị phóng xạ Cobalt-60 có năng lượng cao ( 1,17 MeV và 1,33 MeV) với thông lượng ổn định do chu kì bán rã dài.
Trên thế giới hiện nay, có hai loại thiết bị xạ phẫu Gamma knife dùng trong xạ phẫu u não là: 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo - Leksell Gamma Knife (LGK): Thiết bị chứa 201 nguồn phóng xạ Cobalt-60 có hoạt độ phóng xạ lớn (6000 Ci ± 10%). Chúng phát ra 201chùm tia gamma tập trung vào thương tổn nhỏ trong não. - Rotating Gamma Knife System (RGS): Hệ thống RGS chứa ba mươi nguồn Cobalt-60 với tổng độ hoạt tính ban đầu khoảng 6000Ci. Các nguồn được đặt trên một cơ cấu mang nguồn có dạng hình bán cầu được thiết kế như các ống chuẩn trực chính.
Trong quá trình điều trị, ống chuẩn trực chính sẽ liên kết với ống chuẩn trực thứ cấp có kích thước tùy theo người sử dụng lựa chọn. Nguồn và các ống chuẩn trực quay đồng thời trong quá trình điều trị để hình thành ba mươi vòng cung bức xạ gamma, hội tụ, không chồng lên nhau. Do tất cả ba mươi chùm tia đều cùng hướng về đích nên đích sẽ nhận được một liều bức xạ cao tỷ lệ thuận với tổng thời gian chiếu xạ. Trong khi đó, các mô lành xung quanh đích chỉ nhận được rất ít liều chiếu xạ.
Bằng cách quay ống chuẩn trực chính và ống chuẩn trực thứ cấp cùng nhau, 30 cung tròn không chồng lên nhau đã lấp đầy cung 360. Với cải tiến này, liều tới mô lành bao quanh mô đích giảm đáng kể do liều đến mô lành giờ đây đã phải phân ra cho một khối lượng thể tích lớn hơn (các chùm tia hội tụ từ một góc lớn hơn). So với việc xạ phẫu dựa trên hệ thống máy gia tốc tuyến tính, thiết kế gamma quay RGS sử dụng số lượng các cung lớn hơn để giảm thiểu liều đến các cơ quan và các mô lành bao quanh các vị trí đồng tâm mà không làm tăng thời gian điều trị và sự không chính xác về vị trí. Các ống chuẩn trực thứ cấp lắp sẵn đã loại bỏ sự cần thiết phải đội mũ bảo hiểm mà trên đó người ta gắn các ống chuẩn trực thứ cấp và việc áp đặt và thay đổi vị trí tiêu điểm dễ dàng hơn nhiều.
Việc quay cũng cho phép giảm số lượng của nguồn Cobalt-60 từ 201 xuống đến 30 nguồn, tăng độ cứng kết cấu máy, thuận tiện chongười sử dụng và giảm chi phí thay thế nguồn. Thiết kế của hệ thống dao gamma quay đã duy trì tính đơn giản và chính xác về vị trí của thiết kế Leksell ban đầu, cải thiện việc phân bố liều, thân thiện với người sử dụng và giảm chi phí. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo Dựa vào khung định vị lập thể, các hình ảnh cắt lớp CT và/hoặc MRI, hình dạng đích và vị trí bệnh nhân (theo tọa độ X, Y, Z ) sẽ được xác nhận. Trước khi điều trị, bệnh nhân (có vị trí lập thể xác định và mang khung cố định) sẽ được định vị trên giường điều trị và bị cố định vào giá đỡ khung đầu.
Sau khi các thông số điều trị được chấp nhận, hệ thống điều khiển điều trị theo kế hoạch đã lập. Với những ưu điểm của hệ thống gamma knife nói trên, hệ thống Gamma Knife quay GammaART- 6000𝑇𝑀 (RGS) đã được lắp đặt tại Trung tâm y học hạt nhân và ung bướu, Bệnh viện Bạch Mai.2 Tương tác của bức xạ với cơ thể sống Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion hóa có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu xạ H2O trong cơ thể phân chia thành H+ và OH -.
Bản thân các cặp H+, OH- này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại. Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%. Còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp. Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi qua cơ thể sinh vật nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào.
Sự hấp thụ năng lượng của tế bào thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy. Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra càng nhiều. Thông thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vận tốc của hạt nhanh hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác nhau.
Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng lại có khả năng ion hóa nhanh hơn. Mật độ ion hoá do tia gamma và Rơngen gây ra tương đối nhỏ, nhưng độ thâm nhập lại lớn. Do đó chúng không phải chỉ tác dụng lên các tế bào ở lớp ngoài cùng như tia alpha và bêta mà có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể. Đối với nơtron, ngoài hiện tượng ion hóa gián tiếp do các hạt nhân va vào chúng thu được một động năng lớn gây ra, bức xạ nơtron còn có khả năng tạo ra các chất phóng xạ ngay trong cơ thể sinh 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QA và tính toán liều máy gamma knife quay bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo vật.
Nguyên nhân của quá trình này là khi đi vào cơ thể, nơtron chuyển động chậm lại và sau đó bị các hạt nhân của vật chất trong cơ thể hấp thụ. Những hạt nhân ấy trở thành những hạt nhân phóng xạ phát ra tia bêta và tia gamma. Chính những tia này lại có khả năng gây ra hiện tượng ion hóa trong một thời gian nhất định. Do nước là thành phần chủ yếu trong tế bào của cơ thể người, nên phần lớn năng lượng thoạt đầu tích lũy trong phân tử nước và chỉ một phần nhỏ tích lũy trong các phần tử sinh học khác.