Bài giảng bức ion hóa và kỹ thuật xạ trị

Chủ đề 1. Khái quát Bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hóa để chỉ các tia, sóng hay hạt vật chất có
năng lượng cao và có một đặc tính chung là khi tương
tác với mô trường vật chất mà nó truyền qua, gây hiện
tượng ion hóa và kích thích các nguyên tử và phân tử của
môi trường, trong đó hiện tượng ion hóa chiếm ưu thế.
Bức xạ ion hóa bao gồm:
- Bức xạ hạt nhân: alpha, bêta, gamma, proton, nơtron,
hạt nặng tích điện….(Phóng xạ)
- Bức xạ điện từ: hồng ngoại, khả kiến, tử ngoại,
rơnghen.
1. PHÓNG XẠ.
1.1. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ.
LÀ HIỆN TƯỢNG HẠT NHÂN CỦA
NGUYÊN TỬ TỰ BIẾN ĐỔI (TỰ
PHÂN RÃ) ĐỂ TRỞ THÀNH HẠT
NHÂN CỦA NGUYÊN TỐ KHÁC
HOẶC TỪ 1 TRẠNG THÁI CÓ MỨC
NĂNG LƯỢNG CAO VỀ TRẠNG
THÁI CÓ MỨC NĂNG LƯỢNG
THẤP HƠN. TRONG QUÁ TRÌNH
BIẾN ĐỔI ĐÓ HẠT NHÂN PHÁT RA
TIA CÓ NĂNG LƯỢNG CAO GỌI LÀ
TIA PHÓNG XẠ HAY BỨC XẠ HẠT
NHÂN.
1.2. Các dạng phân rã phóng xạ thường gặp.
* Phân rã bêta âm (negatron

-):
Trong điều kiện nhất định, trong hạt nhân có những đồng vị

có số nơtron nhiều hơn số proton có thể xảy ra hiện tượng biến
một nơtron thành một proton đồng thời phát ra một hạt electron
(hạt -).
Sơ đồ phân rã negatron (-) Sơ đồ phân rã phóng xạ của P32
z
X
A
Z+1
Y
A

-
15
P
32
(14,2 ngµy)
16
S
32

-
(1,71 MeV)
100%
Phương trình biến đổi:
z
X
A

z+1
Y

A
+
-
+ Q
Bán chất của phân rã: np +
-
+ Q
*
Phân rã bêta dương ( Pozitron 
+
).
Trong hạt nhân của những đồng vị có số proton nhiều hơn số
nơtron có thể xảy ra hiện tượng biến một proton thành một nơtron
đồng thời phát ra hạt pozitron (+). Hạt pozitron có khối lượng
đúng bằng khối lượng của điện tử, điện tích bằng điện tích của điện
tử nhưng trái dấu, vì vậy nó được gọi là điện tử dương.
Sơ đồ phân rã + Sơ đồ phân rã N
13
z
X
A
7
N
13
(10 phót)
Z-1
Y
A

+

6
C
13

+
(1,20MeV)
100%
Phương trình biến đổi:
z
X
A

z-1
Y
A
+ 
+
+ Q
Bản chất phân rã: p n + 
+
+ Q
* Phân rã anpha ().
- Loại phân rã này chỉ xảy ra trong phạm vi các hạt nhân của những
nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn. Trong quá trình này, hạt nhân
phát ra hạt anpha (hạt nhân của nguyên tử Heli). Sự phân rã này làm
khối lượng giảm 4, điện tích giảm 2.
Sơ đồ phân rã  Sơ đồ phân rã của
88
Ra
226

z
X
A
Z-2
Y
A-4

88
Ra
226

1
(4,61 MeV)
6,5%
 (0,18 MeV)

2
(4,79 MeV)
93,5%
86
Rn
222
Phương trình biến đổi:
z
X
A

z-2
Y
A-4

+
2
He
4
+ Q
Rn
*
* Phát xạ tia gamma () từ hạt nhân.
- Trường hợp hạt nhân chuyển từ trạng thái bị kích thích về trạng thái cơ
bản, từ hạt nhân sẽ phát ra tia gamma.
- Bản chất tia gamma là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn.
- Sơ đồ phân rã phóng xạ của Co và Th.
Ghi chó: 
2
(5,21MeV) 0,4% 
3
(5,34MeV) 88% 
4
(5,42 MeV) 71%
27
Co
60
(5,2 n¨m)
28
Ni
60

-
(0,31MeV)
100%

2,50 MeV
1,33 MeV
0 MeV
90
Th
228
(1,9 n¨m)
88
Ra
224

1
(5,17MeV) 0,2%
0,25MeV
0,22MeV
0,08MeV
0 MeV

2

3

4

1

2

1


2

3

4
Lưu ý:
-
Quá trình phát tia  không làm thay đổi cấu tạo của hạt
nhân mà chỉ làm thay đổi trạng thái năng lượng của nó.
-
Khi có hiện tượng phóng xạ xảy ra ở 1 hạt nhân, hạt
nhân đó có thể bị biến đổi nhiều hơn 1 lần, do đó có thể
phát ra nhiều tia phóng xạ.
Ví dụ: (, ), (, )
1.3. Tính chất của tia phóng xạ

Tính chất hạt anpha

Tính chất hạt bêta

Tính chất tia gamma
Tính chất của hạt alpha
Hạt alpha có khối lượng lớn.
Hạt alpha phát ra từ 1 chất phóng xạ thì có năng lượng như nhau.
Hạt alpha có hai đơn vị điện tích dương, năng lượng giảm đI sau
mỗi lần ion hoá, cuối cùng nhận thêm 2 điện tử để trở thành
nguyên tử Heli.
Có khả năng ion hoá rất lớn, trung bình tạo ra 40000 cặp ion/1cm
quãng chạy trong chất khí.
Có khả năng đâm xuyên kém nhất, quãng chạy trong không khí

2,5-9 cm; trong cơ thể  0,04 mm
Tính chất của các hạt bêta
•
Hạt bêta là hạt có khối lượng nhỏ, khi tương tác với vật chất quĩ
đạo là đường gấp khúc.
•
Hạt bêta có một đơn vị điện tích, bị tác dụng trong từ trường, quĩ
đạo là một đường cong.
•
Khả năng ion hóa trực tiếp kém hơn hạt alpha, trung bình tạo ra 75
cặp ion/1cm quãng chạy.
•
Hạt bêta 3.5MeV đi được gần 11m trong không khí hoặc 17mm
trong tế bào
•
Khả năng đâm xuyên của hạt bêta lớn hơn hạt alpha
Tính chất tia Gamma
Ě
Tia gamma là dòng photon năng lượng lớn, Bản chất là sóng điện
từ có bước sóng ngắn, E
max
= 1,1-3,5 Mev.
Ě
Khả năng đâm xuyên lớn, trong không khí đi được từ 1 có 0m đến
hàng trăm mét, dễ dàng xuyên qua cơ thể người .
Ě
Khả năng ion hoá không cao.
Ě
Khi tác động vào môi trường vật chất sẽ truyền hết năng lượng qua
một lần tương tác, sản phẩm là các hạt vi mô tích điện lại tiếp tục

ion hoá vật chất tia gamma có tác dụng ion hoá gián tiếp vật
chất.
2. Bức xạ Rơnghen (PHáT Xạ TIA X)
2.1. Nguyên lý phát xạ tia X
-
Năm 1895 nhà bác học Rơnghen người Đức tình cờ tìm ra tia X khi
tiến hành thí nghiệm về sự bức xạ của điện từ trường mạnh.
-
Khi Katot bị đốt nóng sẽ sinh ra nhiệt điện tử. Dưới tác dụng của điện
trường mạnh giữa Anot và Katot các nhiệt điện tử có động năng lớn, sẽ
chuyển động về phía Anot với gia tốc rất lớn, và tương tác với các
quang điện tử ở các lớp vỏ của hạt nhân, kết quả là bức xạ ra một loại
sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, có năng lượng và khả năng đâm
xuyên lớn đó chính là tia X (Hay tia Rơnghen).
2.2. Tính chất của tia X.
- Bản chất của tia X là một loại sóng điện từ có bước
sóng  = 10
-12
10
-8
m => Nó có đấy đủ tính chất như
các sóng điện từ ánh sáng khác (hồng ngoại, khả kiến, tử
ngoại…), ngoài ra, tia X còn có những đặc tính sau:
- Có cường độ lớn, có khả năng đâm xuyên cao
- Có khả năng ion hoá các chất khí.
- Có khả năng gây phát quang một số muối.
- Có khả năng gây ra các phản ứng hỗn hợp làm biến màu
một số muối.
SO SÁNH KHẢ NĂNG ĐÂM XUYÊN CỦA CÁC DẠNG BỨC XẠ
TỜ GIẤY TẤM NHÔM TẤM CHÌ BÊ TÔNG

A
B
 VÀ TIA X
N
16
1. Một số thông số cơ bản:
Liều chiếu: là đại lượng đo của bức xạ dựa vào khả năng ion hóa của bức
xạ. Đơn vị đo là R (Rơnghen) hay C/kg (Culong/kg)
Liều hấp thụ: là năng lượng mà bức xạ nhường cho một đơn vị khối
lượng chất hấp thụ tại thời điểm khảo sát.Đơn vị đo liều liều hấp thụ là
Rad (Radiation absorbed dose) hay Gy (Gray)
Liều hiệu ứng sinh học (liều tương đương): với cùng một năng lượng hấp
thụ như nhau (liều hấp thụ như nhau) các tia khác nhau gây ra H
ư
SH
khác nhau. VD: 1Rad tia alpha gây HUSH gấp 10-20 lần so với 1Rad tia
X hoặc gamma.
Đơn vị đo liều HUSH là Rem (Ronghen equivalent man) hay Sv
(Sievert)
1C/kg = 3780 R; Gy = 100 Rad; 1 Sv = 100Rem
2. Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá
17
Bức
xạ
K.thích và ion
hoỏ các N.tử
và P.tử
Các phản
ứng hóa lí,
hóa sinh

MôI
trường
sống ( tổ
chức, tế
bào sống)
Tổn thương quá
trình chuyển hóa
và chức năng
Hiệu ứng sinh
học
24 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 13
ADN thay ®æi
p
D
 a D
3)TÕ bµo sèng
nhng §B
H/ ngÉu nhiªn
1)§B ®îc
phôc håi
Ho¹i tö
TÕ bµo sèng
2)Ho¹i tö
24 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 13
ADN thay ®æi
p
D
 a D
3)TÕ bµo sèng
nhng §B

H/ ngÉu nhiªn
1)§B ®îc
phôc håi
Ho¹i tö
TÕ bµo sèng
2)Ho¹i tö
Tác dụng trực tiếp Tác dụng gián tiếp
Giai
H
2
O đoạn
O
2
hoá
lý
Các ion, gốc tự do,
phân tử bị kích thích
Các PTSH quan trọng và các cấu trúc của tế bào
Rối loạn chuyển hoá và chức năng tế bào Giai
đoạn
sinh
Hiệu ứng sinh học học
18
3. Tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể sống3. Tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể sống
19
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học
của bức xạ
. Liều chiếu: là yếu tố quan trọng nhất quyết định tính chất và
các tổn thương sau chiếu xạ. Liều càng lớn, tổn thương càng
nặng và xuất hiện càng sớm.

. Suất liều chiếu: Với cùng một liều hấp thụ như nhau, thời
gian chiếu kéo dài sẽ làm giảm hiệu ứng sinh học của bức xạ.
. Diện tích chiếu : Mức độ tổn thương sau chiếu xạ còn phụ
thuộc rất nhiều vào diện tích chiếu, chiếu một phần (chiếu cục
bộ) hay toàn bộ cơ thể.
20
. Hiệu ứng nhiệt độ : Giảm nhiệt độ sẽ làm giảm tác dụng của
bức xạ ion hoá.
. Hiệu ứng ôxy: Độ nhạy cảm phóng xạ của sinh vật tăng theo
nồng độ ôxy, . Khi tăng nồng độ ôxy, lợng HO
2
, H
2
O
2
tạo ra
càng nhiều làm tăng số các PTSH bị tổn thơng do chiếu xạ.
. Hàm lợng nớc: Hàm lợng nớc càng lớn thì các gốc tự do đợc
tạo ra càng nhiều, số các gốc tự do tác động lên phân tử sinh
học càng tăng do đó HUSH cũng tăng lên.
. Các chất bảo vệ: Một số chất khi đa vào cơ thể bị chiếu có tác
dụng làm giảm hiệu ứng của bức xạ ion hoá: thiourê, cystein,
MEA (mercaptoethylamin), một số chất có nguồn gốc từ động,
thực vật Chất bảo vệ
21
4. Các tổn thơng do phóng xạ
4.1. Tổn thơng ở mức phân tử
Đặc điểm của các phân tử sinh học (PTSH) là các phân tử lớn
(đại phân tử) thờng có rất nhiều mối liên kết hoá học
VD: 1 PTSH có trọng lợng phân tử là 100.000 có thể có

10.000 mối liên kết hoá học). Khi chiếu xạ, năng lợng của chùm
tia truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các PTSH có thể làm:

Mất thuộc tính sinh học

Phá vỡ một số lợng nhất định các mối liên kết hoá học

Phân li các phân tử sinh học
.
22
4.2.
Cỏc tn thng phúng x lờn t bo:
T bo cht do tn thng nng nhõn v nguyờn sinh cht.
T bo khụng cht nhng khụng phõn chia c.
T bo khụng phõn chia c nhng s nhim sc th vn tng lờn
gp ụi v tr thnh t bo khng l.
T bo vn phõn chia thnh hai t bo mi nhng cú s ri lon
trong c ch di truyn.
2 4 S e p t e m b e r , 2 0 0 5
IR P A 1 1 : S ie v e r t L e c t u r e
1 8
T ế b à o c h ế t /h o ạ i t ử N h ữ n g h i ệ u ứ n g tấ t
đ ịn h : b ỏ n g , tổ n t h ơ n g t ổ c h ứ c , t ử v o n g
L iề u c ấ p
X á c s u ấ t
> ~ 1 0 0 0 m S v
1 0 0 %
2 4 S e p t e m b e r , 2 0 0 5
IR P A 1 1 : S ie v e r t L e c t u r e
1 8

T ế b à o c h ế t /h o ạ i t ử N h ữ n g h i ệ u ứ n g tấ t
đ ịn h : b ỏ n g , tổ n t h ơ n g t ổ c h ứ c , t ử v o n g
L iề u c ấ p
X á c s u ấ t
> ~ 1 0 0 0 m S v
1 0 0 %
23
5
.
NH
Ư
NG HIỆU ỨNG BỨC XẠ
Đ
ẶC TR
Ư
NG
Đ
ỐI VỚI C
Ơ
THỂ SỐNG
Liều (mSv)
Khả năng xảy ra
>10
3
Mức chắc
chắn
(100%)
Dịch tễ
Lâm sàng
Ngẫu nhiên (xác suất) Tất định

Sinh học
24
0,1 Gy: Không có dấu hiệu tổn thương trên lâm sàng. Tăng sai lạc
nhiễm sắc thể có thể phát hiện được.
1 Gy: Xuất hiện nhiễm xạ trong số 5-7% cá thể sau chiếu xạ.
2-3 Gy: Rụng lông, tóc, đục thuỷ tinh thể, giảm bạch cầu, xuất hiện ban
đỏ trên da. Nhiễm xạ gặp ở hầu hết các đối tượng bị chiếu. Tử vong
10-30% số cá thể sau chiếu xạ.
3-5 Gy: Giảm bạch cầu nghiêm trọng, ban xuất huyết, xuất huyết,
nhiễm khuẩn, rụng lông, tóc. Tử vong 50% sau chiếu xạ. Gy: Vô
sinh lâu dài ở cả nam và nữ. Tử vong > 50%.
25
6. Biểu hiện của các tổn thương trên một số cơ quan:

Máu và cơ quan tạo máu: Mô lympho và tuỷ xương là những tổ chức
nhạy cảm cao với bức xạ. Biểu hiện lâm sàng: xuất huyết, phù nề,
thiếu máu.
Xét nghiệm thấy số lượng lympho giảm sớm nhất, sau đó là bạch cầu
hạt, tiểu cầu và hồng cầu. tuỷ xương giảm sinh sản cả 3 dòng, sớm
nhất là dòng hồng cầu.

Hệ tiêu hoá: Chiếu xạ liều cao làm tổn thương niêm mạc ống vị tràng
có thể gây rối loạn tiết dịch, xuất huyết, loét, thủng ruột với các triệu
chứng như ỉa chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng của cơ
thể.