Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo phương pháp đo liều hấp thụ trong nước (IAEA – TRS 398)

LỜI CẢM ƠN
Hoàn thành luận văn này, em đã được sự giúp đỡ, chỉ dạy, tạo điều
kiện tốt nhất từ các thầy, cô ở nhà trường, từ các thầy, các bác sĩ ở trung tâm Y
học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai và sự động viên to lớn của
người thân. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn:
Trước tiên, em xin cảm ơn Thầy – Kỹ sư Trần Văn Thống tại trung tâm
Y học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai. Thầy đã trực tiếp chỉ bảo,
giúp đỡ tận tình em trong quá trình thực tập và nghiên cứu đề tài này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong viện Kỹ thuật
Hạt nhân & Vật lý Môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo trong mấy năm học
qua đã tạo điều kiện thuận lợi cho em và các bạn được học tập, làm đồ án tốt.
Em gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy, cô, tập thể cán bộ trong trường
Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn cổ vũ, động viên, cho em môi trường học tập
tốt, tiếp thu được nhiều kiến thức không chỉ trong sách vở.
Cuối cùng em cũng xin cảm ơn các anh, chị là các bác sĩ, cán bộ trung
tâm Y học Hạt nhân & Ung bướu – Bệnh viện Bạch Mai đã luôn tạo điều kiện
tốt, hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2011
Sinh viên
Phạm Anh Tuấn
§å ¸n tèt nghiÖp 1
TÓM TẮT NỘI DUNG
Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng rất hiệu quả trong các lĩnh
vực của cuộc sống. Trong lĩnh vực y tế, ngành u bướu thì kỹ thuật hạt nhân được
dùng để chẩn đoán và trị bệnh ung thư cải thiện cuộc sống của con người. Trong
luận văn này, nội dung chính em đã tìm hiểu là tiến hành đo liều hấp thụ trong
nước theo chuẩn quốc tế trên cơ sở đó hiệu chỉnh chùm tia phát ra của máy gia
tốc linac Primus 5052. Tên đề tài là: Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo
phương pháp đo liều hấp trong nước. Luận văn được chia làm 3 phần:
Phần 1 – Mở đầu, em trình bày các vấn đề tổng quát: lý do chọn đề tài
để nghiên cứu ứng dụng hạt nhân trong y tế. Mà ở đây đối tượng nghiên cứu là

máy gia tốc tại trung tâm Y học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai.
Và đã trình bày về quá trình tiến hành để nghiên cứu đề tài này.
Phần 2 – Nội dung, có 4 chương để nói về cơ sở đo liều trong vật lý hạt
nhân, nguyên lý hoạt động máy gia tốc, các thông số vât lý quan trọng dùng
trong xạ trị để tiến hành đo liều hấp thụ trong nước, và cuối cùng miêu tả ngắn
gọn quá trình tiến hành đo.
Chương 1 - Cơ sở vật lý của quy trình xạ trị, em đã đề cập đến: Các
đơn vị, giới hạn của liều lượng trên các cơ quan tổ chức cơ thể người. Đánh giá
tác động, mức độ nguy hiểm của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người thông qua
các phản ứng hóa sinh đầu tiên. Cuối cùng là giới thiệu về căn bệnh ung thư, xạ
trị trong ngành ung thư.
Chương 2 – Máy gia tốc tuyến tính linac, em đã trình bày về quá trình
xuất hiện và phát triển máy gia tốc: từ nguyên lý máy gia tốc thẳng dùng điện áp
xoay chiều, đến máy gia tốc linac xuất hiện cải thiện nhược điểm máy gia tốc
thẳng và dùng sóng cao tần gia tốc electron. Hiện nay máy gia tốc được ứng
§å ¸n tèt nghiÖp 2
dụng rộng rãi nên chương 2 này cũng đã trình các thành phần cấu tạo của máy
gia tốc linac. Cuối cùng là giới thiệu các thông số cơ bản của máy gia tốc Primus
5052 tại trung tâm Y học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai.
Chương 3 – Các thông số vật lý dùng trong xạ trị. Trong chương này,
em đã đưa ra 1 số khái niệm quan trọng được dùng trong phòng lập kế hoạch xạ
trị cho máy gia tốc: các thể tích xạ trị, giản đồ liều khối. Chương này, em cũng
đã trình bày định nghĩa một số đại lượng TMR, TPR, PDD ở trong kỹ thuật
SAD, SSD.Các thông số này phục vụ cho việc nghiên cứu: tiến hành đo liều hấp
thụ trong nước theo chuẩn quốc tế
Chương 4 – Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo phương pháp đo
liều hấp thụ trong nước theo chuẩn quốc tế TRS -398. Chương này, em giới thiệu
về TRS – 398 của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) – đưa ra các
giao thức tiến hành chuẩn liều hấp thụ trong nước với các nguồn xạ trị ngoài.
Như đã trình bày ở trên thì trong luận văn này em chọn: xác định liều hấp thụ

trong nước với photon năng lượng cao. Trong chương này đã giới thiệu các thiết
bị dùng để xác định liều đi kèm với máy gia tốc. Giải thích các hệ số hiệu chỉnh
trong mẫu giao thức tiến hành nằm trong phần thứ 3 của chương 4. Trên cơ sở
các khái niệm về các đại lượng ở chương 3 đã trình bày thì quá trình tiến hành
xác định đại lượng, xử lý số liệu, kết quả cuối cùng được viết ngắn ngọn theo
giao thức đo liều hấp thụ với photon năng lượng cao.
Phần kết luận, em đưa ra kết quả cuối cùng sau khi xác định theo giao
thức chuẩn TRS – 398. Các kết quả này được so sánh với tiêu chuẩn cho phép,
dựa vào độ sai lệch này để đánh giá chất lượng phát photon của máy gia tốc.
§å ¸n tèt nghiÖp 3
MỤC LỤC
Lời cảm ơn…………………………………………………………………
Tóm tắt nội dụng
Mục lục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các viết tắt
Danh sách hình vẽ, đồ thị và bảng
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
Chương 1. Cơ sở vật lý của quy trình xạ trị
1.1 Các liều lượng và giới hạn liều dùng trong xạ trị
1.1.1 Liều chiếu xạ
1.1.2 Liều hấp thụ
1.1.3 Liều tương đương
1.1.4 Suất liều tương đương
1.1.5 Liều hiệu dụng
1.1.6 Tiêu chuẩn cơ bản về an toàn bức xạ
1.2 Ảnh hưởng bức xạ lên cơ thể người
1.3 Ung thư và y học hạt nhân
1.3.1 Ung thư là gì?

1.3.2 Các phương pháp điều trị ung thư
1.3.3 Ưu điểm xạ trị ung thư so với các phương pháp khác
Chương 2. Máy gia tốc tuyến tính linac
2.1 Nguyên lý máy gia tốc thẳng
2.2 Nguyên lý máy gia tốc linac
2.2.1 Máy gia tốc dùng sóng chạy
2.2.2 Máy gia tốc dùng sóng đứng
2.2.3 Một số cấu hình máy linac thông dụng
2.2.4 Nguyên lý hoạt động của máy linac
2.3 Các thành phần của máy gia tốc linac
2.3.1 Hệ thống súng điện tử
2.3.2 Hệ thống phát tần số cao
2.3.2.1 Nguồn phát cao tần
2.3.2.2 Ống dẫn sóng gia tốc
2.3.3 Hệ thống vận chuyển chùm tia
2.3.3.1 Cuộn lái tia
2.3.3.2 Cuộn hội tụ
2.3.3.3 Từ trường uốn
1
2
4
6
8
9
11
13
13
13
14
14

15
15
16
17
20
20
21
22
23
26
27
27
28
30
31
31
33
33
34
34
35
35
36
§å ¸n tèt nghiÖp 4
2.3.4 Hệ thống chuẩn trực chùm tia
2.4 Máy gia tốc Primus 5052
Chương 3. Các thông số vật lý dùng trong xạ trị
3.1 Các thể tích xạ
3.2 Các giản đồ liều khối
3.3 Độ sâu liều hấp thụ

3.4 Kỹ thuật SSD và SAD
3.4.1 Kỹ thuật SSD: Liều sâu phần trăm
3.4.2 Kỹ thuật SAD: TPR - Tỉ lệ liều trên mô với phantom và TMR - tỉ
lệ liều trên mô với liều cực đại
Chương 4. Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo phương pháp đo
liều hấp thụ trong nước theo chuẩn quốc tế TRS – 398
4.1 Giới thiệu TRS – 398 của IAEA ………………………………………
4.2 Thiết bị dùng cho chuẩn liều hấp thụ trong nước
4.2.1 Hệ thống phantom nước ba chiều
4.2.2 Buồng ion hóa và khối điều khiển
4.2.2.1 Buồng ion hóa CC13
4.2.2.2 Khối điều khiển CU 500E
4.3 Giải thích các đại lượng hiệu chỉnh
4.3.1 Hiệu chỉnh giá trị chỉ thị trên máy đo (M
Q
)
4.3.2 Hiệu chỉnh hệ số
,
O
Q Q
k

36
38
39
40
41
43
43
45

48
49
49
50
50
51
52
52
54
4.4 Tiến hành xác định liều hấp thụ theo giao thức
4.4.1 Tiến hành xác định liều hấp thụ với photon 15MV
4.4.1.1 Bố trí đo theo kỹ thuật SSD xác định liều sâu phần trăm
PDD
4.4.1.2 Bố trí đo theo kỹ thuật SAD xác định tỉ số TMR và hiệu
chỉnh M
Q

4.4.1.3 Bố trí đo theo kỹ thuật SAD, SSD xác định tỉ số TPR
20/10

tìm hệ số hiệu chỉnh
,
O
Q Q
k
……………………………….
55
55
55
56

57
4.4.1.4 Hiệu chỉnh hệ số M
Q

4.4.2 Tiến hành xác định liều hấp thụ với photon 6MV………………
4.4.3 Kết quả……………………………………………………………
4.4.3.1 Liều hấp thụ cực đại trong nước của photon 15MV……….
4.4.3.2 Liều hấp thụ cực đại trong nước của photon 6MV………
KẾT LUẬN
Danh mục tài liệu tham khảo……………………………………………
Phụ lục……………………………………………………………………
58
59
60
60
61
63
64
65
§å ¸n tèt nghiÖp 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
X Liều chiếu xạ (C/kg; R)
H
ci
Liều tương đương của bức xạ loại i, trên cơ quan tổ chức c của cơ thể
người (Gy)
H
•
Suất liều tương đương (Sv/s; rem/s)
D Liều hấp thụ (Gy)

D
ci
Liều hấp thụ trên cơ thể người do bức xạ loại i, cơ quan tổ chức c (Gy)
Q
TS,i
Trọng số của bức xạ loại i
K Hệ số ảnh hưởng của điều kiện khi chiếu xạ
H
hd
Liều hiệu dụng trên cơ thể người (Gy)
W
c
Trọng số của cơ quan hoặc tổ chức của cơ thể người
H
c
Liều tương đương trên cơ quan hoặc tổ chức c của cơ thể người (Gy)
z Độ sâu của đầu dò trong phantom nước (cm)
z
ref
Độ sâu chuẩn của đầu dò trong phantom nước (quy ước) (cm)
N Hệ số chuẩn liều của thiết bị (Gy/C)
M Giá trị đọc trên máy đo liều (C)
,Q
D
ω
Liều hấp thụ (Gy) xác định với nước tại độ sâu z
ref

0
, ,D Q

N
ω
Hệ số chuẩn buồng ion hóa (Gy/nC) trong điều kiện của nhà sản với năng
lượng Q
0
,
O
Q Q
k
Hệ số hiệu chỉnh cho ảnh hưởng của sự khác nhau giữa chùm tia chuẩn
Q
0
và chùm tia của người sử dụng Q
TP
k
Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất
elect
k
Hệ số hiệu chỉnh điện kế
pol
k
Hệ số hiệu chỉnh sự phân cực buồng ion hóa
s
k
Hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của sự tái tổ hợp ion
T Nhiệt độ (
0
C)
P Áp suất (kPa)
h Độ ẩm (%)

§å ¸n tèt nghiÖp 6
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT
IAEA International Atomic Energy Agency (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử
Quốc tế)
LINAC Linear accelerator (Máy gia tốc thẳng)
TRS Treatment report series (Các báo cáo về xạ trị)
CT Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp vi tính)
SPECT Single Photon Emission Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp
phát xạ đơn photon)
PET Positron Emission Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp phát xạ
positron)
OAR Organ At Risk (tổ chức nguy cấp của cơ thể)
PPD Percentage depth-dose (Liều sâu phần trăm)
SSD Source to Surface Distance (Khoảng cách nguồn tới bề mặt da)
SAD Source to Axis Distance (Khoảng cách nguồn tới điểm đồng tâm)
GTV Gross Tumor Volume (Thể tích khối u)
CTV Clinical Target Volume (Thể tích đích lâm sàng)
PTV Planning Target Volume (Thể tích đích hoạch định)
DVHs Dose-Volume Histograms (Giản đồ liều khối)
TMA Tissue – maximum ratio (Tỉ lệ liều trên mô với liều cực đại)
TPR Tissue – phantom ratio (Tỉ lệ liều trên mô với phantom)
MU Monitor unit (đơn vị phát bức xạ của máy gia tốc)
TPS Treatment planing system (tên phần mềm lập kế hoạch xạ trị)
§å ¸n tèt nghiÖp 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG

Bảng1.1 Trọng số Q
TS
của một số loại bức xạ…………………………………
Bảng 1.2 Trọng số w

c
của các cơ quan hoặc tổ chức cơ
thể…………………
Bảng 1.3 Tổng kết các đơn vị đo liều và suất liều………………………………
Bảng 1.4 Giới hạn về liều đối với nhân viên trong ngành……………………
Bảng 1.5 Giới hạn về liều đối với dân chúng……………………………………
Bảng 1.6 Sơ đồ các phản ứng hóa bức xạ đầu tiên xảy ra trong dung dịch
nước……………………………………………………………………….
Hình 1.1 Sơ đồ minh họa ảnh hưởng của bức xạ đối với tế bào
Hình 2.1
Mô

hình

sắp

xếp

các

ống

tạo sự

gia
………………………………….
Hình 2.2 Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có súng phát electron, ống dẫn
sóng và bia thẳng hàng…………………………………………………
Hình 2.3 Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn
quay………………………………………………………………………

Hình 2.4 Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ
máy………………………………………………………………………
…
Hình 2.5 Sơ đồ minh họa hai súng điện tử.……………………………………
Hình 2.6. Hệ thống vận chuyển điện tử: cuộn lái tia, cuộn hội tụ, từ trường
uốn…………………………………………………………………………
Hình 2.7 Sơ đồ các thành phần chính trong đầu máy điều trị máy gia tốc
tuyến tính………………………………………………………………….
Hình 3.1 Mô hình biểu diễn các thể tích cần được xác định trong xạ trị
…….
Hình 3.2 a)Biểu diễn cho DVH vi phân và b) Biểu diễn cho DVH tích lũy….
15
16
16
17
17
19
20
24
28
29
30
33
35
36
39
41
42
44
45

§å ¸n tèt nghiÖp 8
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn độ sâu liều…………………………………………….
Hình 3.4 Bố trí hình học xác định PDD. ………………………………………
Hình 3.5. Đường cong liều sâu phần trăm
Hình 3.6 Bố trí hình học xác định TPR…………………………………………
Hình 4.1. Minh họa hệ thống phantom nước…………………………………….
Bảng 4.1 Các thông số chuẩn của đầu dò……………………………………….
Hình 4.2. Buồng ion hóa CC13 và cáp kết nối…………………………………
Hình 4.3. Phối ghép các thiết bị để tiến hành đo liều…………………………
Hình 4.4. Bố trí hình học đo liều tại độ sâu z
max
và z
ref
để xác định PDD…
Hình 4.5. Bố trí hình học đo liều tại độ sâu z
max
và z
ref
để xác định TMR……
Hình 4.6. Bố trí hình học đo liều dùng kỹ thuật SAD để xác định TPR
20/10
…
Bảng PL1. Bảng tra cứu để tính toán hệ số toàn phương trong tính toán hệ
số k
s
ở kỹ thuật bức xạ xung và bức xạ liên tục dựa trên tỉ số 2
điện áp (Bảng trong tài liệu kèm theo TRS – 398)…………………
Bảng PL2. Các điều kiện xác định liều hấp thụ trong nước của photon
năng lượng cao (Bảng trong tài liệu kèm theo TRS – 398)
………………

Bảng PL3. Bảng tra tính giá trị
,
O
Q Q
k
cho buồng ion hóa thông qua TPR
20/10
với photon năng lượng cao cho một số loại buồng ion hóa. (Bảng
tra đi kèm trong tài liệu do IAEA cung cấp)………………………
46
50
51
51
55
56
56
57
65
65
66

§å ¸n tèt nghiÖp 9
MỞ ĐẦU
Kỹ thuật hạt nhân ngày càng có nhiều tiến bộ giúp phát triển, cải thiện
cuộc sống con người hơn nữa. Kỹ thuật hạt nhân từ lúc bắt đầu được dùng để
chữa trị bệnh ung thư nhanh chóng trở thành phương pháp hữu hiệu, tin dùng
cùng với các phương pháp truyền thống (phẫu thuật, hóa trị). Máy gia tốc được
dùng là nguồn xạ trị ngoài, là nguồn xạ an toàn nhất trong các phương pháp xạ
trị. Kỹ sư vật lý trong ngành y tế hạt nhân có nhiệm vụ đảm bảo điều khiển, kiểm
soát liều phát ra từ máy gia tốc đúng theo yêu cầu đảm bảo việc xạ trị được chính

xác
Với mục đích kiểm soát liều phát ra của máy gia tốc theo đúng yêu cầu
thì em đã chọn hướng đi tìm hiểu: Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo
phương pháp đo liều hấp thụ trong nước. Thông qua việc xác định liều và hiệu
chỉnh trong quy trình kiểm tra thường quy của máy gia tốc tại trung tâm Y học
Hạt nhân và Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai
Việc xác định liều hấp thụ trong nước được tiến hành trên máy gia tốc
với phantom nước, buồng ion hóa. Buồng ion hóa là loại không thấm nước.
Phantom nước là hệ thống bao gồm các thành phần: thùng chứa nước, bàn nâng,
bể chứa nước và các hệ thống cơ khí điều khiển dịch chuyển đầu dò.
Nhiệm vụ của luận văn là xác định liều hấp thụ với photon 6MV và
15MV tại độ sâu z
max
, thông qua chuẩn giao thức TRS – 398. Quá trình cuối cùng
là tìm ra được hệ số phát tia. Người ta mong muốn: máy phát ra 200MU dùng kỹ
thuật xạ trị SSD, trường chiếu 10x10cm
2
thì có liều hấp thụ cực đại tại z
max
là
200cGy. Nghĩa là hệ số liều hấp thụ (hệ số phát tia) trong nước mong muốn là
1cGy/MU (hoặc 0,01Gy/MU). Kết quả xác định liều hấp thụ trong nước cho biết
chính xác liều tại D
max
của máy phát ra có nằm trong khoảng sai số cho phép
§å ¸n tèt nghiÖp 10
(3%) không. Nếu sai số lớn hơn giá trị cho phép thì cần hiệu chỉnh lại để đảm
bảo về liều xạ trị. Từ hệ số hấp thụ thực tế, kỹ sư vật lý sẽ phải hiệu chỉnh liều
phát của máy bằng cách hiệu chỉnh công suất phát ra của máy gia tốc hoặc nhập
hệ số phát tia này vào phần mềm lập kế hoạch xạ trị để đảm bảo yêu cầu về liều.

§å ¸n tèt nghiÖp 11
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUY TRÌNH XẠ TRỊ
Để đánh giá tác động của chùm tia bức xạ ion hoá lên cơ thể sống nói
chung, người ta sử dụng các đơn vị đo liều lượng bức xạ. Ngày nay, trong
nghành u bướu, tác động của các chúng được áp dụng để chẩn đoán và điều trị
bệnh ung thư. So với các phương pháp khác thì dùng bức xạ để xạ trị bệnh ung
thư có nhiều ưu điểm
1.1 CÁC LIỀU LƯỢNG VÀ GIỚI HẠN LIỀU DÙNG TRONG XẠ TRỊ
Cơ sở để định nghĩa các đơn vị đo liều lượng bức xạ là các kết quả
tương tác giữa chùm tia ion hoá với vật chất. Trong thực tế, tuỳ từng trường hợp
cụ thể người ta dùng hai loại: liều chiếu và liều hấp thụ. Ngoài ra trong an toàn
phóng xạ người ta còn dùng đến liều tương đương và liều hiệu dụng.
1.1.1 Liều chiếu
Liều chiếu xạ (X) thể hiện năng lượng của bức xạ lượng tử đã được
biến đổi thành động năng của các hạt có điện tích sinh ra trong một đơn vị khối
lượng của mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn thường được chọn là không khí ở điều kiện
tiêu chuẩn
Trong hệ đơn vị sử dụng, liều chiếu xạ có đơn vị đo là C/kg, đơn vị
khác của liều chiếu là Rơnghen (R). Giữa R và C/ kg có mối liên hệ sau:
1R = 2,57976. 10
- 4
C/kg hay 1C/kg = 3876 R
1R là liều chiếu của chùm photon khi chiếu vào 1cm
3
không khí (tức
1,293 mg) ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra một số ion mà điện tích tổng cộng các
ion cùng dấu là một đơn vị điện tích (tức là khoảng 2,09 x 10
9

cặp ion).
§å ¸n tèt nghiÖp 12
1C/kg là liều chiếu của chùm photon vào trong 1kg không khí khô ở
điều kiện tiêu chuẩn, tổng cộng các hạt có điện tích cùng dấu là 1C
1.1.2 Liều hấp thụ
Liều hấp thụ là năng lượng bức xạ được hấp thụ trong một đơn vị khối
lượng của chất bị chiếu xạ
Liều hấp thụ có đơn vị là J/kg = 1 Gy = 100 Rad, hay 1 rad = 0,01 Gy. Có
ước số là mGy và mRad.
1J/kg là liều hấp thụ bức xạ mà khối lượng 1kg của chất bị chiếu xạ
hấp thụ được năng lượng bằng 1J của bức xạ loại bất kỳ.
1Rad là liều hấp thụ bức xạ mà khối lượng 1 gam của chất bị chiếu xạ
hấp thụ được năng lượng bằng 100erg của bức xạ ion hóa loại bất kỳ
1.1.3 Liều tương đương
Liều tương đương (H
ci
) gây bởi bức xạ thuộc loại i nào đó tại một cơ
quan hoặc tổ chức c trong cơ thể một người được định nghĩa là tích số giữa liều
hấp thụ với trọng số của bức xạ
H
ci
= D
ci
. Q
TS,i
. K (1.1)
• D
ci
là liều hấp thụ gây bởi bức xạ loại i, trong cơ quan
tổ chức c của cơ thể

• Q
TS,i
là trọng số của bức xạ loại i
• K là ảnh hưởng của điều kiện chiếu xạ
• H
ci
là liều tương đương
Liều tương đương có đơn vị là J/kg, trong trường hợp này được gọi là
1sievert (Sv). Ngoài ra còn dùng đơn vị rem, 1Sv = 100 rem.
§å ¸n tèt nghiÖp 13
Bảng1.1 Trọng số Q
TS
của một số loại bức xạ
stt Loại bức xạ và năng lượng Q
TS
1
2
3
4
5
6
7
8
Bức xạ gamma và Roentgen, bức xạ beta, chùm electron
Proton với động năng > 2MeV (không phải hạt nhân lùi)
Hạt alpha, mảnh vỡ hạt nhân, hạt nhân nặng
Notron với động năng < 10keV
Notron với động năng 10keV – 100keV
Notron với động năng 100keV – 2MeV
Notron với động năng 2MeV – 20MeV

Notron với động năng > 20MeV
1
5
20
5
10
20
10
5
1.1.4 Suất liều tương đương
Suất liều tương đương (
H
•
) là liều tương đương tính trên 1 đơn vị thời
gian chiếu xạ gọi là suất liều tương đương. Suất liều tương đương có các đơn vị
đo là Sv/s và Rem/s
1.1.5 Liều hiệu dụng
Liều hiệu dụng (H
hd
) mà bức xạ gây lên đối với cơ thể người được định
nghĩa theo công thức sau
H
hd
=
.
c C
w H
∑
(1.2)
• W

c
là trọng số của cơ quan hoặc tổ chức
• H
c
liều tương đương trong cơ quan hoặc tổ chức c của
cơ thể
Liều hiệu dụng có đơn vị đo như liều tương đương (Sv, rem)
Sự khác biệt liều tương đương và liều hiệu dụng: Liều tương đương chỉ
liên quan tới một cơ quan trong cơ thể người. Liều hiệu dụng tính tới mức độ ảnh
hưởng của tất cả các cơ quan hoặc tở chức trong cơ thể người. Để tính liều hiệu
dụng cho cơ thể, cần tính liều tương đương cho từng cơ quan, sau đó lấy tổng
của các cơ quan
§å ¸n tèt nghiÖp 14
Bảng 1.2 Trọng số w
c
của các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể
Sau đây là bảng tổng để chúng ta dễ dàng so sánh, đối chiếu, tìm được
các đơn vị dẫn suất khác trong hệ đo lường tiêu chuẩn hoặc đơn vị thông dụng
khác
Bảng 1.3 Tổng kết các đơn vị đo liều và suất liều
Phạm trù
Liều Suất liều
Đơn vị SI Đơn vị ngoại hệ Đơn vị SI Đơn vị ngoại hệ
Chiếu xạ 1C/kg 1R=2,5797.10
-4
C/kg 1A/kg 1R/s: 1R/h
Hấp thụ
bức xạ
Gy = 1J/kg 1Rad = 100erg/g
1Rad = 1.10

-2
Gy
1Gy/s = 1 w/kg 1Rad/s = 1.10
-
2
Gy/s
Tương
đương
1Sv = 1J/kg 1Rem = 10
-2
Sv 1Sv/s;
1Sv/h
1Rem/s
= 1.10
-2
Sv/s
1.1.6 Tiêu chuẩn cơ bản về an toàn bức xạ
Tiêu chuẩn về an toàn bức xạ là các giới hạn về liều bức xạ đối với hai
nhóm người: Nhân viên chuyên nghiệp làm việc trong ngành và dân chúng. Các
tiêu chuẩn này không bao gồm thành phần: a) liều chiếu xạ trong y tế (do bác sĩ
chỉ định) và b) liều chiếu xạ gây bởi các nguồn tự nhiên.
Từ các khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, các
tiêu chuẩn được đưa ra là nhằm ngăn ngừa các hiệu ứng tất định và hạn chế
những hiệu ứng ngẫu nhiên gây bởi bức xạ:
§å ¸n tèt nghiÖp 15
stt Cơ quan hoặc tổ chức cơ thể Trọng số w
c
1
2
3

4
5
Tuyến sinh dục
Tủy đỏ trong xương, ruột kết, phổi, dạ dày
Bàng quang, tuyến sữa, gan, thực quản, tuyến giáp
Da, lớp bề mặt của xương
Toàn bộ phần còn lại
0,20
0,12
0,05
0,01
0,05
Bảng 1.4 Giới hạn về liều đối với nhân viên trong ngành
Bảng 1.5 Giới hạn về liều đối với dân chúng
Bệnh nhân trong chuẩn đoán và điều trị cần được quan tâm những liều
chiếu không cần thiết, hạn chế mức thấp nhất có thể, nhưng vẫn đảm bảo điều trị
bệnh. Các cơ quan nhạy cảm (tuyến sinh dục, thủy tinh thể ,tuyến giáp, tuyến vũ(
khi chiếu, chụp cần được che chắn, bảo vệ hợp lý.
1.2 ẢNH HƯỞNG BỨC XẠ LÊN CƠ THỂ NGƯỜI
Có nhiều cách phân loại bức xạ để đánh giá tác động của bức xạ lên cơ
thể sống, sau đây là cách thông dụng nhất. Theo đó người ta phân bức xạ thành 2
nhóm sau: Bức xạ mang điện và bức xạ không mang điện
Ảnh hưởng bức xạ đối với cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều
bắt đầu bằng một quá trình vật lý thuần túy. Đó là quá trình hấp thụ năng lượng
bức xạ. Qúa trình này chỉ xảy ra trong khoảnh khắc (10
-12
tới 10
-16
s, nhưng có thể
để lại trong cơ thể sống những mầm mống của các biến đổi sinh học sâu sắc.

Mức tác động của bức xạ đối với cơ thể phụ thuộc vào liều lượng bức xạ được
hấp thụ, loại bức xạ, điều khiển chiếu xạ, đặc điểm cơ thể, điều kiện tồn tại cơ
thể sau khi chiếu xạ
§å ¸n tèt nghiÖp 16
Không được vượt quá
Liều hiệu dụng hàng năm tính trung bình trong 5 năm liên tiếp
là 20mSv
Liều hiệu dụng trong một năm riêng lẻ bất kỳ là 50mSv
Không được vượt quá
Liều hiệu dụng trong 1 năm là 1mSv
Liều hiệu dụng trong một năm riêng lẻ bất kỳ là 5mSv với điều
kiện liều tính trung bình cho 5 năm liên tiếp là 1mSv
trong 1 năm
Bức xạ tác động lên con người theo các cung bậc khác nhau:
- Từ mức hoàn toàn không tạo nên 1 biến đổi có lợi nào cho con người,
tới mức tạo nên những biến đổi quan trọng rất lợi cho sức khỏe và có lợi ích cho
con người
- Từ mức hoàn toàn không gây nên một biến đổi bất lợi nào cho cơ thể,
tới mức gây tử vong cho cơ thể, hoặc thậm chí có thể gây tử vong và tổn thương
nặng nề cho cơ thể trong khoảng thời gian kéo dài hàng chục năm
Ảnh hưởng của bức xạ đối với con người có ý nghĩa tích cực và tiêu
cực, ở mức này hay mức khác, đều phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.
Quá trình hấp thụ năng lượng bức xạ phụ thuộc nhiều vào các thành
phần hóa học của tổ chức cơ thể. Các tổ chức mềm trong cơ thể đóng vai trò đặc
biệt quan trọng đối với ảnh hưởng của bức xạ. Trong tổ chức mô mềm có 4
nguyên tố H, C, N và O chiếm tới 96% khối lượng, 99% số nguyên tử. Hai
nguyên tố H, O có hàm lượng và mật độ nguyên tử rất lớn vì H
2
O chiếm 2/3 khối
lượng cơ thể sống.

Sơ đồ xảy ra các phản ứng hóa học hóa bức xạ đầu tiên với các gốc tự
do H*, OH* được thể hiện như trong bảng 1.6:
§å ¸n tèt nghiÖp 17
Bảng 1.6 Sơ đồ các phản ứng hóa bức xạ đầu tiên xảy ra
trong dung dịch nước
Bức xạ ion hóa ==>H
2
O:
Kích thích:
* * *
2 2
H O H O H OH→ → +
Ion hóa:
*
2 2
*
2 2
2 2
H O
H O
H O+e 2
H O H OH
H O OH H
H O H O
+ +
− −
− −
→ → +
→ → +
→ → +

Đồng thời và tiếp sau đó xảy ra các phản ứng dưới đây
* *
2
2
2 2 2 2
2 2
2 2 2
2
O HO
OH OH H O O
O H OH
O OH HO
HO H O O
H O HO
H O OH
+ → +
+ →
+ →
→ +
+ →
+ → +
* *
2 2
2 2 2
*
2 2 2 2
2 2 2 2 2
2 2 2 2
2
.

OH OH H O
HO H H O
H O H H O
H O HO O H O OH
H O OH H O HO
v v
+ →
+ →
→ +
+ → + +
+ → +
Gốc (nhóm) tự do + phân tử hữu cơ
→
thay đổi cấu trúc phân tử
Sau khi cơ thể hấp thụ năng lượng của bức xạ ion hóa, phân tử nước bị
kích thích hoặc ion hóa rồi dẫn tới những phản ứng hóa học bức xạ có ý nghĩa
quan trọng đặc biệt, làm sinh các gốc tự do H*, OH* và các nhóm HO
2
, H
2
O
2
…
Chúng có hoạt tính hóa học cao, nên làm nảy sinh hàng loạt phản ứng hóa học
tiếp theo.
Trên đây là các mô tả ảnh hưởng gián tiếp của bức xạ đối với những
phân tử hữu cơ xảy ra thông qua phân tử nước. Tác động bức xạ dù trực tiếp hay
gián tiếp đều dẫn tới kết quả là làm thay đổi hoạt tính sinh học của các phân tử
hữu cơ. Hậu quả là có thể tác động làm rối loạn hoạt động tế bào
Hình 1.1 minh họa ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đối với cơ thể sống

thông qua sự rối loạn hoạt động của các tế bào xoma và tế bào sinh dục
§å ¸n tèt nghiÖp 18
Hình 1.1 Sơ đồ minh họa ảnh hưởng của bức xạ đối với tế bào
1.3 UNG THƯ VÀ Y HỌC HẠT NHÂN
1.3.1 Ung thư là gì?
Ung thư là tên chung dùng để gọi một nhóm trên 200 loại bệnh khác
nhau về nguồn gốc của tế bào, căn nguyên, tiên lượng và cách thức điều trị
nhưng có những đặc điểm chung, đó là sự phân chia không kiểm soát được của
tế bào, tồn tại và phát triển ở các cơ quan và tổ chức lạ.
Các ung thư thường phát triển từ một tế bào ban đầu và phải mất nhiều
năm cho tới khi có một kích thước đủ lớn để có thể nhận thấy được. Quá trình
phát triển từ một tế bào duy nhất thành một khối ung thư trải qua nhiều giai
đoạn.
§å ¸n tèt nghiÖp 19
Thông thường, các tế bào lành có một tuổi thọ nhất định và tuân thủ
theo một quy luật chung là phát triển - già - chết. Các tế bào chết đi lại được thay
thế bằng các tế bào mới. Cơ thể có một cơ chế kiểm soát quy luật này một cách
chặt chẽ và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan, tổ chức ở mức ổn định. Bệnh
ung thư bắt đầu khi có một tế bào vượt qua cơ chế kiểm soát này của cơ thể, bắt
đầu phát triển và sinh sôi không ngừng nghỉ, hình thành một đám tế bào có
chung một đặc điểm phát triển vô tổ chức, xâm lấn và chèn ép vào các cơ quan
và tổ chức xung quanh. Các tế bào ung thư có liên kết lỏng lẻo, dễ dàng bứt ra
khỏi khối u mẹ, theo mạch máu và mạch bạch huyết di cư đến các tổ chức và cơ
quan mới, bám lại và tiếp tục sinh sôi nẩy nở (quá trình này gọi là “di căn”). Các
tế bào ung thư chèn ép hoặc di căn vào các cơ quan giữ chức năng sống của cơ
thể như não, phổi, gan, thận… dẫn đến bệnh nhân sẽ tử vong.
1.3.2 Các phương pháp điều trị ung thư
Có ba phương pháp điều trị ung thư cơ bản – các phương pháp này có
thể áp dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả điều trị cao nhất:
o Phẫu thuật

o Xạ trị
o Hóa trị
Trong đó, xạ trị là một phương pháp rất hiệu quả, đã và đang phát triển
trên toàn thế giới và tại Việt Nam. Xạ trị có thể được thực hiện điều trị đơn thuần
hoặc kết hợp với phẫu thuật và hóa trị để loại bỏ hoàn toàn khối u, góp phần làm
giảm các triệu chứng đau đớn trên cơ thể người bệnh.
Phương pháp xạ trị hiện đại và phổ biến trên thế giới hiện nay là xạ trị
chiếu ngoài (Radiotherapy) sử dụng máy gia tốc tuyến tính LINAC (Linear
Accelerator) – phương pháp rất hữu hiệu trong điều trị ung thư.
§å ¸n tèt nghiÖp 20
1.3.3 Ưu điểm xạ trị ung thư so với các phương pháp khác
So với hóa trị, phẫu thuật thì xạ trị ngoài có một số ưu điểm hơn:
Tế bào ung thư có thể ở khắp nơi trong cơ thể: trong não, đầu mặt cổ,
phổi, các tạng trong ổ bụng, hạch bạch huyết… đều có thể dùng xạ trị. Trong khí
đó phẫu thuật, hóa trị có những giới hạn cơ quan của phương pháp.
o Xạ trị có thể trừ diệt tận gốc các tế bào ung thư, các mô lành liền kề
o Nếu các tế bào ung thư được điều trị sớm trước giai đoạn cuối thì tỉ
lệ thành công trong chữa trị rất cao
o Xạ trị có thể kết hợp tốt với phẫu thuật, hóa trị
o Xạ trị nhanh chóng tách bỏ được các tế bào ung thư. Trong khi đó
phẫu thuật khó có thể bỏ được hoàn toàn các tế bào ung thư, dẫn đến bệnh quay
trở lại
§å ¸n tèt nghiÖp 21
CHƯƠNG 2
MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH LINAC
Việc phát triển ứng dụng máy gia tốc trong ngành y tế là để nghiên cứu
và phục vụ điều trị. Nguyên lý chung của các loại máy gia tốc là đều dựa trên sự
tương tác, chuyển động của hạt tích điện trong điện từ trường
Tháng 07/2007, Trung tâm Y học Hạt nhân và Ung bướu - Bệnh viện
Bạch Mai được trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính Primus 5052 thế hệ mới

với nhiều ưu điểm nổi bật của hãng Siemens. Máy gia tốc Primus này là loại máy
gia tốc thẳng hay còn gọi là máy gia tốc tuyến tính. Máy gia tốc tuyến tính là loại
máy mà điện tích được gia tốc nhờ điện trường một chiều hoặc xoay chiều có
điện thế cao và quỹ đạo của hạt là đường thẳng khi chuyển động trong điện
trường. Sau đây là nguyên lý máy gia tốc thẳng sử dụng điện trường một chiều
và xoay chiều.
2.1 NGUYÊN LÝ MÁY GIA TỐC THẲNG
Năm 1932, Walton và Cokraft đã thành công trong việc biến đổi hạt
nhân bền thành hạt nhân phóng xạ bằng phản ứng hạt nhân. Để gia tốc hạt đạt
đến năng lượng cần thiết, hai ông đã dùng phương pháp gia tốc điện trường bằng
cách: nối tiếp các tụ điện để tạo ra điện thế cao từ 600.000 ÷ 800.000 Volt và
đưa điện áp đó vào ống chân không. Tuy nhiên, sử dụng điện trường một chiều
chỉ gia tốc đến 2÷3MeV không thể giải quyết được vấn đề liên quan đến hạt
nhân nguyên tử và điều trị đối với các khối u nằm sâu bên trong. Lawriton và
Sloan đã giải quyết vấn đề bằng cách thay đổi việc sử dụng điện trường một
chiều bằng điện trường xoay chiều, biện pháp gia tốc hạt trong điện trường xoay
chiều được minh họa như hình vẽ 2.1
Giả thiết rằng giữa các cực A và B là một điện trường xoay chiều. Ta
đặt vào giữa các cực này một loạt ống hình trụ được ký hiệu là C
1
, C
2
, C
3
, C
4
và
§å ¸n tèt nghiÖp 22
C
5

. Để có điện trường xen kẽ giữa các ống, ta nối điện cực B với các ống C
1
, C
3
,
C
5
và điện cực A nối với các ống C
2
, C
4
(hình 2.1 dưới).
Hình 2.1

Mô

hình

sắp

xếp

các

ống

tạo sự

gia

tốc
Như vậy, giữa A và C
1
, C
2
và C
3
, C
4
và C
5
có cùng một hiệu điện thế,
đồng thời giữa C
1
và C
2
, C
3
và C
4
có cùng giá trị hiệu điện thế nhưng ngược
chiều. điều đó có nghĩa là nếu một hạt được gia tốc trong không gian giữa A và
C
1
thì trong không gian giữa C
1
và C
2
hạt này sẽ bị điện trường hãm lại. Tuy
nhiên, để đi qua được ống C

1
hạt phải mất một thời gian nhất định nào đó và
trong thời gian này hạt không được gia tốc. Nhưng vì các điện cực nối với điện
trường xoay chiều nên trong thời gian hạt đi trong ống C
1
, điện trường giữa C
1
và
C
2
đổi chiều. Do đó có thể chế tạo độ dài ống C
1
sao cho thời gian hạt đi hết độ
dài ống C
1
đủ cho thời gian điện trường giữa C
1
và C
2
không hãm mà gia tốc hạt.
Ta giả thiết tiếp là trong thời điểm khi điện trường hướng từ A đến B
(tức là điện thế ở cực A cao hơn ở cực B) và có giá trị cực đại thì từ điện cực A
sẽ bay ra những hạt điện tích với thế năng dương. Dưới tác dụng của điện trường
hạt sẽ chuyển động từ A sang B và được gia tốc. Khi hạt đến ống C
1
nó thu được
năng lượng bằng eU, trong đó e là điện tích của hạt, còn U là hiệu điện thế giữa
A và C
1
. Khi hạt đi vào bên trong ống, điện trường sẽ không còn tác động lên hạt

nữa và nó sẽ chuyển động với tốc độ ổn định. Trong thời gian đó điện trường đổi
§å ¸n tèt nghiÖp 23
chiều, hiệu điện thế giữa A và C
1
giảm đến 0 sau đó đổi dấu nghĩa là thế ở điện
cực C
1
trở thành lớn hơn thế ở A – cũng chính là thế ở C
2
Chúng ta sẽ chọn độ
dài của ống C
1
sao cho tại thời điểm khi mà hiệu điện thế giữa A và C
1
đạt đến
giá trị âm lớn nhất thì các hạt chuyển động đến điểm cuối cùng của ống C
1
. Sau
ống C
1
, lắp ống C
2
gắn với cực A sao cho điện thế ở cực A và ống C
2
là như nhau
ở mọi thời điểm. Trong thời gian hạt chuyển động vào không gian các ống, thế
năng của cực B sẽ lớn hơn thế năng của điện cực A vì vậy hạt trên đường từ C
1
đến C
2

lại được gia tốc và thu thêm được một năng lượng eU, như vậy khi đi vào
ống C
2
(nơi không có điện trường) nó có năng lượng bổ sung là 2eU.
Tiếp theo quá trình chuyển động của hạt trong ống C
2
điện trường giữa
các ống và điện cực sẽ tiếp tục thay đổi. Chúng ta chọn độ dài của ống sao cho
vào thời điểm khi hiệu điện thế giữa A và B đạt tới giá trị cực đại, hạt có thể đi
được đến cuối ống C
2
. Nếu sau ống C
3
có cùng hiệu điện thế với điện cực B tại
mọi thời điểm thì trên đường đi giữa C
2
và C
3
hạt lại được gia tốc(tức là thời
điểm đó thế của ống C
2
lớn hơn thế của ống C
3
). Nó nhận thêm được một năng
lượng eU trước khi đi vào ống C
3
…. Như vậy khi đi vào ống C
5
năng lượng của
nó sẽ là 5eU. Nếu ta không chỉ sử dụng 5 ống mà nhiều hơn và độ dài các ống

được lựa chọn sao cho mỗi lần điện trường thay đổi dấu trong khi hạt chuyển
động trong ống thì hạt sẽ được gia tốc mỗi lần đi từ ống này sang ống kia.
Để thực hiện việc gia tốc hạt là đồng bộ khi chuyển động trong các ống
thì thời gian chúng chuyển động trong mỗi ống phải bằng nhau. điều đó đòi hỏi
độ dài các ống tăng dần vì năng lượng và tốc độ tăng dần. Thời gian hạt được gia
tốc đi trong các ống được tính theo công thức sau:
3
1 2
1 2 3
l
l l
t
v v v
= = =
(2.1)
§å ¸n tèt nghiÖp 24
Trong đó l
1
, l
2
, l
3
… và v
1
, v
2
, v
3
… là độ dài và vận tốc của hạt chuyển
động trong các ống tương ứng

Mặt khác ta có
2
2
mv
eU=
(2.2)
Do đó có:
1
2.1eU
v
m
=
,
2
2.2.leU
v
m
=
,
3
2.3leU
v
m
=
(2.3)
Từ đó ta có kết quả:
3
1 2
2.1 2.2 2.3
l

l l
eU eU eU
m m m
= =
(2.4)
Vì vậy
1 1 1
: : : 1: 2 : 3 : l l l =
Nếu như trong máy gia tốc có n điện cực thì năng lượng hạt thu được
khi chuyển động từ cực thứ nhất đến cực thứ n sẽ là n.eU.
Như vậy, nếu như ta có một hệ thống gồm một lượng lớn điện cực có
kích thước phù hợp với một hiệu điện thế U nhỏ chúng ta có khả năng cung cấp
cho hạt một năng lượng rất lớn. Đó là toàn bộ nguyên lý cơ bản của máy gia tốc
thẳng dùng điện trường xoay chiều.
2.2 NGUYÊN LÝ MÁY GIA TỐC LINAC
Phương pháp trên đã được Lawrence sử dụng, với 31 điện cực, hiệu
điện thế 42000V. Kết quả là ông đã gia tốc được hạt ion của nguyên tố thủy ngân
đến năng lượng 1,26MeV
Một nhược điểm hệ thống này là: chỉ dùng để gia tốc ion hạt nặng,
không thích hợp với các điện tử - là các hạt nhẹ. Bởi vì chúng là hạt nhẹ nên
nhanh chóng đạt đến tốc độ ánh sáng khi năng lượng còn tương đối thấp (ví dụ
tốc độ của điện tử đạt 99% tốc độ ánh sáng ở năng lương 2,5MeV), do đó cần
§å ¸n tèt nghiÖp 25