Xác định liều phân bố liều bức xạ phooton ở lối ra của máy gia tốc Primus- Siemens dùng trong xạ trị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-------------------------






NGUYỄN THỊ THU HÀ





XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ LIỀU BỨC XẠ PHOTON Ở LỐI
RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS DÙNG
TRONG XẠ TRỊ





LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ






Thành phố Hồ Chí Minh - 2010

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện, Bản Luận văn “Xác định phân bố liều bức xạ photon ở
lối ra của máy gia tốc Primus Siemen dùng trong xạ trị” đã được hoàn thành
Với tình cảm đặc biệt chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Bùi
Văn Loát - Trường Bộ môn Vật Lý Hạt nhân - trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội,
thầy đã tận tình, trực tiếp hướng dẫ
n, chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện Luận Văn
này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên trong khoa Xạ Trị bệnh viện
K- Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian thực tập tại
bệnh viện
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo khoa Vật Lý, khoa KHCN - Sau
Đại học Trường Đại học Sư Phạm Thành phố
Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, chỉ dẫn
em trong quá trình học tập tại trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện, song Luận Văn khó tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong nhận đượ
c sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô, bạn bè và những
người quan tâm.

T.P. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2010
Học viên

Nguyễn Thị Thu Hà

MỞ ĐẦU

Ngay sau khi khám phá ra tia X của Roentgen năm 1895, trong quá trình khởi đầu của kỹ
thuật xạ trị, công nghệ phát tia xạ ban đầu chú trọng vào việc tạo ra cường độ và năng lượng chùm
electron và photon cao hơn. Trong suốt năm mươi năm đầu phát triển kỹ thuật xạ trị, công nghệ xạ
trị phát triển khá chậm chạp và chủ yếu dựa trên ống phóng tia X. Phát minh về thiết bị điều trị từ xa
Cobalt- 60 củ
a H.E. Johns vào đầu những năm năm mươi của Thế kỉ XX đã tạo nên bước phát triển
lớn trong việc tìm kiếm những nguồn photon năng lượng lớn hơn và thiết bị Cobalt- 60 đã được đặt
lên vị trí hàng đầu trong một số năm.
Trong thời gian đó, máy gia tốc tuyến tính cũng được nghiên cứu phát triển và nhanh chóng
chiếm ưu thế so với thiết bị Cobalt- 60. Cho đến nay máy gia tốc dùng trong xạ tr
ị đã phát triển qua
năm thế hệ với độ phức tạp ngày càng tăng và trở thành nguồn bức xạ được sử dụng rộng rãi nhất
trong kỹ thuật xạ trị hiện đại hiện nay. Với thiết kế nhỏ gọn và hiệu quả, máy gia tốc tuyến tính rất
linh hoạt trong sử dụng, cung cấp các nguồn tia X megevolt hoặc electron cho điều trị với một dải
năng lượng rộng đáp ứng được yêu cầu hiện nay. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông
tin, các máy gia tốc dùng trong xạ trị đều được kết nối với hệ điều khiển tự động. Quá trình chiếu
được điều khiển tự động từ hệ máy tính trung tâm cho phép điều chỉnh năng lượng của chùm
electron và photon phát ra và kiểm soát được liều và suất liề
u phát ra.
Hiện nay bệnh ung thư đang là một trong những bệnh nguy hiểm với mức độ phát triển rất
nhanh trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Do đó, việc chẩn đoán và điều trị ung thư có
vai trò vô cùng quan trọng trong chương trình Phòng chống ung thư ở mọi quốc gia. Và việc trang
bị thiết bị điều trị, lựa chọn phác đồ, phương pháp điều trị thích hợp là rất c
ần thiết.
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:

Phẫu thuật

Xạ trị


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 sử dụng
máy gia tốc tuyến tính – đây là phương pháp rất hữu hiệu trong điều trị ung thư.
Tháng 1 năm 2001, Bệnh viện K- Hà Nội được trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính
Primus thế hệ mới nhất với nhiều ưu điểm nổi bật của hãng Siemens - mộ
t trong những hãng sản
xuất thiết bị y tế tốt nhất thế giới. Hiện nay trên cả nước đã có thêm một số cơ sở khác cũng đã sử
dụng máy gia tốc trong xạ trị trị như bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Đa khoa
Đà Nẵng…Phương pháp xạ trị từ xa sử dụng máy gia tốc hiện đang có xu hướng phát tri
ển mạnh ở
nước ta.
Một trong các nguyên tắc cần phải đảm bảo trong điều trị bằng tia xạ nói chung và xạ trị
bằng chùm photon phát ra từ máy gia tốc nói riêng là liều bức xạ phải tập trung và đồng đều tại khối
u và giảm thiểu tối đa liều tại các tổ chức lành bao quanh khối u. Để có thông tin chính xác trong
việc tính toán liều chiếu và hình học chiếu cần phải biết dạng phân b
ố liều chiếu tại khu vực xung
quanh khối u.
Xác định liều hấp thụ và phân bố liều của chùm bức xạ phát ra từ máy xạ trị là việc làm hằng
tuần của các kỹ sư Vật Lý trong Khoa Xạ Trị tại các cơ sở y tế có điều trị ung thư bằng tia phóng
xạ. Ngoài ra kết quả thu được về phân bố của liều chiếu của chùm bức xạ photon phát ra từ
máy gia
tốc cho biết rõ hơn cơ chế tương tác của electron với vật chất và cơ chế sinh bức xạ hãm khi chùm
electron được gia tốc tương tác với vật chất.
Để nâng cao hiệu quả việc điều trị bệnh ung thư bằng chùm photon phát ra từ máy gia tốc
electron, ở đầu ra của máy gia tốc xạ trị, người ta sử dụng colimator đa lá để định dạng kích thước

của chùm b
ức xạ photon và gạt bỏ phần phổ bức xạ hãm có năng lượng thấp. Vì vậy, theo quy ước,
người ta lấy thế gia tốc chùm electron tạo ra chùm photon để chỉ mức năng lượng của chùm photon
tương ứng. Cụ thế đối với máy gia tốc xạ trị ở Bệnh viện K, chế độ phát chùm photon có 2 mức ứng
với thế gia tốc là 6 MV và 15MV, tương ứng ta thu được chùm photon 6MV và 15MV.
Bản Luận vă
n: “ Xác định phân bố liều bức xạ photon ở lối ra của máy gia tốc PRIMUS
- Siemens dùng trong xạ trị” có nhiệm vụ:
- Tìm hiểu cơ chế tương tác của chùm bức xạ photon với vật chất và ứng dụng của bức xạ
photon trong điều trị bệnh ung thư.
- Tìm hiểu cơ chế sinh bức xạ hãm khi chùm electron được gia tốc tương tác với bia nặng và
đặc điểm chùm bứ
c xạ photon phát ra từ máy gia tốc tuyến tính PRIMUS dùng trong xạ trị tại Bệnh
viên K.
- Xác định bằng thực nghiệm phân bố liều hấp thụ của chùm bức xạ photon năng lượng 6
MV và 15 MV tại điểm cách bia (nguồn) 100cm, ứng với vị trị bệnh nhân nằm điều trị với kích
thước trường chiếu khác nhau, từ đó đánh giá sự đồng liều hấp thụ tại khối u.

Ngoài phần mở đầu và kết luận, Bản Luận văn được chia thành ba chương:
Chương 1: Phương pháp xạ trị dùng tia gamma. Chương này trình bày cơ sở vật lý và sinh
học của xạ trị dùng bức xạ photon, quá trình tương tác của bức xạ photon với vật chất và với các cơ
thể sống, tác dụng sinh học của bức xạ, các đơn vị đo liều lượng bức xạ.
Chươ
ng 2: Máy gia tốc Primus- Siemens dùng trong xạ trị. Chương này trình bày ngắn gọn
về nguyên lý hoạt đồng và sơ đồ cấu tạo của máy gia tốc dùng trong xạ trị, cơ chế lấy chùm bức xạ
photon từ máy gia tốc electron để phục vụ việc điều trị bệnh ung thư.
Chương 3: Xác định bằng thực nghiệm:
- Phân bố liều chiếu bức xạ photon theo khoảng cách.
- Phân bố liều củ
a chùm bức xạ photon năng lượng 6 MV và 15 MV trên các mặt phẳng

vuông góc với trục của chùm bức xạ ở ngoài không khí và trong phantom, từ đó đánh giá sự đồng
liều hấp thụ tại khối u.
- Xây dựng đường cong liều sâu phần trăm hay đồ thị phân bố liều hấp thụ tương đối theo
chiều sâu trong phantom nước, từ đó thấy hiệu quả của việc điều trị các khố
i u sâu dùng chùm
photon.















CHƯƠNG 1

PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG TIA GAMMA

1.1 . TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON VỚI VẬT CHẤT
Khi chùm bức xạ bêta đi trong môi trường chúng tương tác với các nguyên tử của môi trường
và mất dần năng lượng của mình do hai quá trình chủ yếu là ion hóa do va chạm và phát bức xạ
hãm.
Sự mất năng lượng do va chạm là kết quả tán xạ không đàn hồi của bức xạ bêta với electron

nguyên tử của môi trường. Khác với hạt nặng tích điện, bức xạ bêta có khối lượng bằng khối lượng
electron, do đó sau mỗi lần tương tác với electron nguyên tử của môi trường, hạt bêta có thể mất
phần lớn năng lượng của mình. Ngoài ra, góc tán xạ biến đổi từ 0
0
đến 180
0
. Đường đi của hạt bêta
trong môi trường là đường zic-zắc. Trên đường đi năng lượng của bức xạ bêta giảm dần nên vận tốc
của nó cũng giảm dần. Hạt bức xạ bêta chuyển động có gia tốc. Bức xạ bêta chuyển động có gia tốc
trong trong trường Coulomb của hạt nhân và trường Coulomb của electron. Theo điện động lực học
cổ điển, bức xạ bêta s
ẽ phát bức xạ hãm. Xác suất phát bức xạ hãm càng lớn khi khối lượng của hạt
càng nhỏ, năng lượng càng lớn và nguyên tử số của môi trường càng tăng. Độ mất mát năng lượng
riêng do phát bức xạ trên một đơn vị đường đi của bức xạ bêta được [6] xác định theo công thức
sau :
radCoul
dx
dE
dx
dE
dx
dE






















Trong đó






dx
dE
,
Coul
dx
dE







,
rad
dx
dE






tương ứng là độ mất mát năng lượng tổng cộng, độ mất
mát năng lượng do ion hóa và do phát bức xạ hãm tính trên một đơn vị đường đi.
Tùy theo năng lượng của bức xạ bêta và nguyên tử số của môi trường các quá trình mất mát
năng lượng do ion hóa hoặc do phát bức xạ hãm thể hiện ở mức độ khác nhau.
1.1.1. Sự mất mát năng lượng của bức xạ bêta do ion hóa và kích thích môi trường
Khi đ
i trong môi trường, do tương tác Coulomb với các electron của nguyên tử môi trường,
hạt bêta truyền năng lượng của mình cho các electron. Nếu eletron nhận được năng lượng lớn hơn
thế năng ion hóa, nó sẽ bay ra khỏi nguyên tử, kết quả một cặp ion-electron được tạo thành. Nguyên
tử bị ion hóa. Ngược lại nếu năng lượng mà electron nhận được nhỏ hơn thế năng ion hóa của
nguyên tử, electron nhảy lên mức năng lượng cao h
ơn. Quá trình này gọi là sự kính thích nguyên tử
môi trường.
(1.1
)

Sau mỗi lần tán xạ không đàn hồi của electron, nó có thể mất một phần đáng kể năng lượng
của mình. Do khối lượng của bêta bằng khối lượng của electron, nên sau mỗi lần va chạm, xác suất

để bức xạ bêta mất một nửa năng lượng của mình là lớn nhất. Độ mất mát năng lượng của bức xạ
bêta trên một đơn vị đường đi
được [6] xác định theo công thức Bethe-Bloch:


















Z
C
kP
cm
kk
A
Z
cmrN
dx

dE
V
e
eeA
Col



)(
)/1(2
)1(
ln
1
.......2
2
2
2
22

trong đó: N
A
là số Advogadro, r
e
, m
e
là bán kính cổ điển tính ra cm và khối lượng của electron; Z, A
là điện tích và số khối của môi trường,  là mật độ khối của môi trường;
c
v



với v là vận tốc của
hạt bêta và c là vận tốc ánh sáng, k là động năng của hạt bêta tính trong đơn vị m
e
c
2
, , C
v
là hệ số
hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ và hiệu ứng vỏ; F(k) là hàm của động năng.
Hàm F(k) có dạng sau:
2
2
2
)1(
2ln).12(
8
1)(



k
k
k
kF


Với bức xạ bêta có năng lượng xác định, độ mất năng lượng trên một đơn vị đường đi tỉ lệ
thuận với mật độ của môi trường. Với môi trường xác định, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị
đường đi giảm dần, sau đó đạt giá trị hầu như không đổi.

Khi năng lượng của bức xạ bêta nhỏ
, sự mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm nhỏ hơn độ
mất mát năng lượng do ion hóa. Tuy nhiên khi năng lượng của bức xạ bêta tăng, độ mất mát năng
lượng do ion hóa và kích thích môi trường giảm dần, còn độ mất mát năng lượng do phát bức xạ
hãm tăng dần. Đến giá trị năng lượng đủ lớn, độ mất mát năng lượng của bức xạ bêta do phát bức xạ
hãm chiếm ưu thế.
1.1.2. Độ mất mát năng lượng của bức xạ bêta do phát bức xạ hãm
Khi chuyển động trong điện trường của hạt nhân, bức xạ bêta có thể thu được một gia tốc
lớn. Gia tốc của hạt tích điện thu được tỉ lệ với điện tích của hạt nhân và tỉ lệ nghịch với khối lượng
của nó. Theo điện
động lực học cổ điển, khi một hạt tích điện chuyển động có gia tốc, thì nó sẽ phát
ra bức xạ điện từ, được gọi là bức xạ hãm. Phổ bức xạ hãm là phổ liên tục, có năng lượng từ 0 đến
năng lượng cực đại bằng năng lượng của hạt tích điện .
Độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm trên mộ
t đơn vị đường đi được [6] xác định theo
công thức :
















 )(
3
1
.
2
ln.....4
2
0
2
2
0
Zf
cm
E
rZEN
dx
dE
e
e
rad


(1.2
)
(1.3
)
(1.4)

trong đó N là số nguyên tử môi trường trong một đơn vị thể tích; E

0
là động năng của electron,
137
1


là hằng số cấu trúc tinh tế, m
e
là khối lượng nghỉ của electron; Z là điện tích của hạt nhân.
Độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng theo hàm logarit tự nhiên của năng lượng.
Khi năng lượng tăng độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng theo, trong khi đó, độ mất
mát năng lượng do ion hóa hầu như không đổi. Khi năng lượng của electron cỡ vài MeV trở lên,
mối liên hệ giữa độ mất mát năng lượ
ng do phát bức xạ hãm và do ion hóa được xác định theo công
thức sau:
800
EZ
dx
dE
dx
dE
col
rad















Từ công thức (1.2) và (1.4) nhận thấy, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi của
electron phụ thuộc vào nguyên tử số của chất hấp thụ. Với một môi trường hấp thụ cho trước, khi
năng lượng nhỏ, độ mất mát năng lượng do ion hóa và kích thích môi trường chiếm ưu thế, tại đó, tỉ
số giữa độ mất mát năng lượng do phát b
ức xạ hãm và do ion hóa nhỏ hơn đơn vị. Khi năng lượng
tăng, tỉ số này tăng dần. Đến một giá trị năng lượng gọi là năng lượng tới hạn E
c
khi đó độ mất mát
năng lượng do phát bức xạ hãm bằng độ mất mát năng lượng do ion hóa. Tại năng lượng tới hạn
E=E
C
, ta có:
colrad
dx
dE
dx
dE















Năng lượng tới hạn E
c
phụ thuộc vào điện tích của hạt nhân hay chính xác phụ thuộc vào
nguyên tử số của môi trường. Từ biểu thức (1.5) nhận thấy: Nguyên tử số của môi trường càng lớn,
năng lượng tới hạn càng giảm. Năng lượng tới hạn được [6] xác định theo công thức:
MeV
Z
E
C
2,1
800



Khi năng lượng của electron lớn hơn nhiều năng lượng tới hạn, sự mất mát năng lượng của
nó chủ yếu do phát bức xạ hãm. Để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ bêta của môi trường người
ta đưa ra khái niệm chiều dài bức xạ của môi trường. Chiều dài làm chậm bức xạ của một chất là
khoảng cách mà năng lượng của electron giảm
đi hệ số
367,0
1


e
do phát bức xạ hãm. Chiều dài
bức xạ của một chất phụ thuộc vào nguyên tử số và số khối của nó. Chiều dài bức xạ kí hiệu là X
0

được xác định theo công thức [6 ]:
)/(
287
ln).1.(
.4,716
2
cmg
Z
ZZ
A
X
o









(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)

trong đó Z là nguyên tử số, A là số khối của nguyên tử môi trường.
Đối với môi trường phức tạp nhiều thành phần, chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường
được xác định theo chiều dài làm chậm bức xạ của tất cả các thành phần có trong môi trường theo
công thức sau:




n
i
iM
i
i
o
XA
A
q
X
1
1
.
1

trong đó: X
o
là chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường phức tạp; X
i
là chiều dài làm chậm bức
xạ của môi trường chỉ có nguyên tử có số khối A

i ;
q
i
là hàm lượng của nguyên tử có số khối
A
i
;



n
i
iM
AA
1
là số khối hiệu dụng của môi trường.
Khi đi trong môi trường do tương tác của electron với vật chất, năng lượng của nó giảm dần.
Khi năng lượng của electron lớn hơn năng lượng tới hạn, độ mất mát năng lượng của electron chủ
yếu do phát bức xạ hãm. Sự thay đổi năng lượng trung bình
E
như là một hàm của đường đi x của
electron trong môi trường, được xác định theo công thức sau:










o
o
X
x
EE exp.

trong đó E
0
, X
0
lần lượt là năng lượng ban đầu của bức xạ bêta và chiều dài bức xạ của môi trường.
1.1.3. Các đặc trưng của bức xạ hãm
Trong nguyên lí của máy gia tốc dùng xạ trị, khi máy ở chế độ phát tia X, chùm electron sau
khi đã gia tốc được lái đến đập vào bia làm phát ra bức xạ hãm (tia X ). Với mục đích đó, năng
lượng của chùm hạt phải lớn hơn năng lượng tới hạn rấ
t nhiều để phần động năng truyền cho
electron phần lớn chuyển thành năng lượng của bức xạ hãm. Mặt khác, bia phát bức xạ hãm cũng
phải cấu tạo sao cho năng suất phát bức xạ hãm là tối ưu.
Từ công thức (1.7) cho thấy năng lượng tới hạn tỉ lệ nghịch với nguyên tử số của môi
trường. Mặt khác từ công thức (1.8) nhận thấy chiề
u dài làm chậm bức xạ giảm khi nguyên tử số
của môi trường tăng. Do đó, người ta sử dụng các bia nặng, tức là các bia là các nguyên tố có
nguyên tử số lớn, để làm bia phát bức xạ.
Từ công thức (1.10) ta thấy sự mất mát năng lượng của chùm hạt electron tỉ lệ với chiều dài
đường đi của nó trong môi trường vật chất, hay năng suất hãm sẽ tăng khi bề dày bia tăng. Tuy
nhiên, kết qu
ả thực nghiệm cho thấy rằng khi bề dày bia tăng sẽ kéo theo nhiều hiệu ứng không
mong muốn. Khi bề dày bia quá lớn, năng lượng của hạt electron bị mất mát không do phát bức xạ
tăng lên. Mặt khác, các photon của bức xạ sinh ra sẽ bị hấp thụ một phần ngay bên trong bia. Trong

các bia có bề dày lớn hơn chiều dài bức xạ thì chùm electron năng lượng cao chuyển động trong đó
sẽ tạo ra hiện tượng mư
a rào thác lũ electron - photon làm cho việc tính toán phân bố của chùm tia
(1.9)
(1.10)

tạo ra rất rắc rối, khó thực hiện được. Do đó, bề dày bia phải được tính toán thật phù hợp. Một bia
hãm phù hợp nhất là bia cho lượng bức xạ hãm lớn nhất ở một năng lượng xác định của electron tới.
Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của năng suất hãm bức xạ vào bề dày của các bia nặng với mỗi
giá trị năng lượng xác định của electron, về c
ơ bản có thể biểu diễn bằng đường cong có dạng như
hình 1.1.
Từ đồ thị ta thấy trên đường cong có một đỉnh cực đại. Như vậy, với mỗi chất liệu làm bia,
tại một giá trị năng lượng electron xác định có một giá trị bề dày để năng suất hãm bức xạ đạt giá trị
lớn nhất. Giá trị đó chính là bề dày tối ưu của bia hãm b
ức xạ bêta. Giá trị này được tìm từ thực
nghiệm. Người ta thấy rằng với electron có năng lượng trong khoảng 5 MeV đến 30 MeV thì các
bia nặng có bề dày tối ưu để hãm bức xạ là bằng khoảng 0,3 lần chiều dài bức xạ của nó.
0.01 0.1 1 10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
gp¸ ( g
E
e

=17 MeV

Hình 1.1: Sự phụ thuộc của năng suất hãm vào bề dày bia Au
( với mức năng lượng E
e
= 17MeV)
Năng suất hãm bức xạ của bia còn phụ thuộc mạnh vào năng lượng của chùm electron. Đối
với các bia làm bằng nguyên tố nặng, năng suất hãm được [6] xác định bằng công thức :

63.2
.82
o
EP 
(1.11)

trong đó E
o
là năng lượng ban đầu của electron.
Nói chung bề dày tối ưu của một bia hãm bức xạ thường nhỏ hơn quãng chạy của electron
trong môi trường đó.
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6
0
2
4
6
8
10


Hình 1.2. Sự phụ thuộc của cường độ trung bình của bức xạ hãm tạo bởi chùm electron

25MeV từ bia Ta có bề dày 4mm vào góc phát xạ.
Từ thực nghiệm, người ta xác định được phân bố theo góc phát xạ của bức xạ hãm.
Từ hình trên ta nhận thấy cường độ trung bình của bức xạ hãm đạt cực đại tại góc phát xạ 0
o
.
1.2. TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ PHOTON VỚI VẬT CHẤT
Khi chùm photon có năng lượng lớn đi trong môi trường vật chất, chúng tương tác với môi
trường thông qua các hiệu ứng: hiệu ứng tán xạ, hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tạo cặp và
quang hạt nhân. Các hiện tượng này có xảy ra hay không hoặc xảy ra với mức độ nào phụ thuộc vào
năng lượng của photon và nguyên tử
số của môi trường mà nó đi qua. Phương pháp xạ trị sử dụng
chùm photon với mức năng lượng lớn nhất là 15 MeV nên ta chỉ quan tâm tới các hiệu ứng hấp thụ
quang điện, tán xạ Compton và hiện tượng tạo cặp.
1.2.1. Hiện tượng hấp thụ quang điện
Khi năng lượng của bức xạ photon lớn hơn thế năng ion hóa nguyên tử, hiện tượng tán xạ

Rayleigh không còn, xác suất xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện bắt đầu tăng. Mỗi photon đến
bị hấp thụ toàn bộ bởi một nguyên tử. Năng lượng này được truyền toàn bộ cho một electron của
nguyên tử. Electron nhận được năng lượng lớn hơn thế năng ion hóa của nó, nên nó bị bứt ra khỏi
nguyên tử. Electron trên được gọi là quang electron. Một phần năng lượng để
thắng thế năng ion
hóa, phần còn lại biến thành động năng chuyển động của quang electron.

Để xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện đối với một electron nằm ở lớp nào đó của nguyên
tử thì năng lượng của photon bị hấp thụ phải lớn hơn thế năng ion hóa của lớp đó. Xác suất xảy ra
hấp thụ quang điện được đặc trưng bằng tiết diện hấp thụ quang điện trên một nguyên tử
a

(cm
2
).
Người ta gọi xác suất xảy ra hiện tượng quang điện trên một đơn vị thể tích môi trường chất
hấp thụ là hệ số suy giảm tuyến tính của môi trường đối với hiệu ứng quang điện, ký hiệu k
q
, được
[6] tính bằng công thức:
e
-
Tia X đặc trưng
e
-
quang điện
Tia gamma tới
Hình 1.3. Sơ đồ hiệu ứng hấp thụ quang điện

a
A
A
q
M
N
k


..

trong đó:

là mật độ môi trường; M
A
: nguyên tử gam chất hấp thụ; N
A
: số Avôgađrô.
Mặt khác, để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ của một môi trường, người ta thường dùng
hệ số suy giảm khối. Hệ số suy giảm khối của một môi trường đối với hiệu ứng quang điện được
tính như sau:


q
q
k


Từ hai công thức trên ta rút ra được công thức tính hệ số suy giảm khối do hấp thụ quang
điện của một môi trường theo hệ số suy giảm tuyến tính theo công thức:
a
A
A
q
M
N

.

Người ta còn tính được hệ số hấp thụ quang điện trên một nguyên tử phụ thuộc vào năng lượng
photon tới và nguyên tử số của môi trường theo công thức [6]:

3
94,3
23
10.01,5


Z
a




3
3,4
24
10.62,1


Z
a



trong đó Z là nguyên tử số của môi trường; I
K
và I

L
là thế năng ion hóa của lớp K và lớp L của
nguyên tử môi trường.
Từ hai công thức trên ta thấy khi Z càng lớn thì hệ số hấp thụ quang điện càng lớn. Nghĩa
là hiện tượng quang điện xảy ra mạnh với với các chất có nguyên tử số lớn hay các nguyên tố nặng.
Mặt khác, khi năng lượng của bức xạ photon tăng thì tiết diện hấp thụ quang điện giảm theo hàm E
-
3
.
1.2.2. Tán xạ Compton
Theo sự tăng năng lượng của bức xạ photon, khi tiết diện xảy ra hấp thụ quang điện giảm
thì tiết diện tán xạ Compton tăng lên. Khi đó, đây là quá trình chủ yếu làm suy giảm năng lượng của
bức xạ photon đi trong môi trường vật chất.
Tán xạ Compton là quá trình tán xạ không đàn hồi của photon với các electron tự do hoặc
electron liên kết yếu trong nguyên tử của môi trường. Trong quá trình tán x
ạ Compton, photon tới
truyền một phần năng lượng của mình cho electron và bị tán xạ theo hướng tạo với phương tới một
Khi E > I
K
Khi I
K
> E >I
L

(1.12)
( 1.13 )
( 1.14 )
( 1.15 )
( 1.16 )

góc nào đó gọi là góc tán xạ. Kết quả là electron tán xạ nhận được một năng lượng giật lùi và năng
lượng của chùm photon thì bị giảm đi.

Hình 1.4. Sơ đồ hiện tượng tán xạ Compton

Tán xạ Compton xảy ra mạnh khi năng lượng của bức xạ photon lớn hơn nhiều so với năng
lượng liên kết của electron. Khi năng lượng của bức xạ photon tăng, các electron tán xạ bay theo
hướng ưu tiên về phía trước (nghĩa là góc tán xạ nhỏ). Năng lượng của bức xạ photon tán xạ phụ
thuộc vào góc tán xạ và năng lượng của b
ức xạ photon tới theo công thức [6]:
)cos1.(1



k
E
E
t
tx

trong đó E
tx
là năng lượng của bức xạ photon tán xạ; E
t
là năng lượng của bức xạ photon tới;  là
góc tán xạ của photon; k là năng lượng tương đối của bức xạ photon tới.
Vì tán xạ Compton xảy ra trên electron tự do, nên năng lượng của bức xạ photon tán xạ
không phụ thuộc vào chất tán xạ mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma tới và góc tán
xạ. Khi xảy ra tán xạ, photon bị tán xạ có thể bay theo góc tán xạ bất kỳ, nh
ưng xác suất tán xạ theo

một góc nào đó lại phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ photon tới và góc tán xạ.
Đối với năng lượng của bức xạ photon nhỏ, phân bố góc của bức xạ có tính đối xứng qua góc
tán xạ 90
o
. Năng lượng của bức xạ photon càng tăng thì các bức xạ photon tán xạ càng có xu hướng
ưu tiên về phía trước.
Khi lượng tử photon bị tán xạ với một góc nhỏ thì năng lượng của nó thay đổi không đáng
kể, lúc đó electron bay theo phương gần vuông góc với nó. Khi lượng tử gamma bị tán xạ với góc
180
o
thì electron bay ra theo về phía trước với động năng cực đại.
Xác suất tán xạ Compton theo mọi hướng trên một electron gọi là xác suất tán xạ Compton
toàn phần trên một electron được tính theo công thức [6 ]:
22
23
3
2
2
)21(
28
)21ln(
2
22
.2
kk
kkk
k
k
kk
r

oe







( 1.17 )
( 1.18)

trong đó r
o
là bán kính cổ điển, bằng 2,82.10
-13
cm.
Trong nguyên tử có Z electron, tiết diện tán xạ Compton trên một nguyên tử được xác định theo
công thức:

ea
Z

.
(1.19)

Hệ số suy giảm khối của quá trình tán xạ Compton được tính bằng công thức:
CAaAAC
A
Z
NMN








 )/(

trong đó, Z và M
A
là nguyên tử số và nguyên tử lượng của chất tán xạ; N
A
là số Avôgađrô.
1.2.3. Hiện tượng tạo cặp
Khi năng lượng của photon tiếp tục tăng và lớn hơn 1,022MeV, khi photon đi trong vật chất có
thể xảy ra hiện tượng tạo cặp. Hiện tượng tạo cặp chỉ xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân
hoặc một electron, trong đó năng lượng của photon được biến đổi hoàn toàn thành các hạt vật chất.

Hình 1.5. Hiệu ứng tạo cặp
Xét quá trình tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của một hạt nhân. Khi một photon năng
lượng cao bay vào trong trường Coulomb của hạt nhân nó bị hấp thụ hoàn toàn, tạo ra một cặp
electron và positron ( e
+
, e
-
). Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có:
   
22
222

)(..2
...
cMMKTcm
KcMTTcmmcM
oe
eeee
o
e






trong đó m
e-,
m
e+
là khối lượng nghỉ của electron và pozitron và chúng có giá trị bằng nhau, T là
tổng động năng của cặp e
+
,e
-
; M
o
và M là khối lượng của hạt nhân trước và sau khi tạo cặp; K là
động năng giật lùi của hạt nhân. Do T, K là các đại lượng không âm và MM
0
, nên ta có:

MeVcm
o
022,1..2
2




Từ đó có thể thấy năng lượng nhỏ nhất của lượng tử gamma để có thể xảy ra hiện tượng tạo
cặp trong trường Coulomb của hạt nhân là 1,022 MeV. Năng lượng này gọi là ngưỡng tạo cặp trong
trường Coulomb của hạt nhân.

( 1.20)
( 1.21)

( 1.22 )

Người ta xác định tiết diện tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân bằng phương pháp
thực nghiệm, thu được công thức tính gần đúng như sau:

ln.~
2
Z
tc

trong đó, Z là nguyên tử số của môi trường;



Từ công thức trên có thể thấy hiện tượng tạo cặp xảy ra mạnh trong trường Coulomb của hạt

nhân khi môi trường có nguyên tử số càng lớn và khi năng lượng của lượng tử gamma càng tăng.
Người ta thấy rằng, khi năng lượng lớn hơn ngưỡng tạo cặp, tiết hiện tạo cặp sẽ tăng nhanh khi năng
lượng của bức xạ photon tăng.
Xét quá trình tạo cặp xả
y ra trong trường Coulomb của một electron. Khi đó, có hai cặp
electron - positron được tạo thành. Ngưỡng tạo cặp trong trường hợp này gấp đôi trong trường hợp
trong trường Coulomb của hạt nhân, có giá trị là:
MeVcm
ong
044,2..4
2



Tuy nhiên, xác suất tạo cặp trong trường Coulomb của electron nhỏ hơn rất nhiều so với xác suất
tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân.

1.3. CÁC ĐƠN VỊ ĐO LIỀU BỨC XẠ

1.3.1 Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số
hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Hoạt độ
phóng xạ được xác định theo công
thức sau:
dt
dN
a

(1.25)
trong đó N là số hạt nhân phóng xạ tại thời điểm t; a là hoạt độ phóng xạ;  là hằng số phân rã.

Như vậy ta có :
a= N=N
0
exp(-t) (1.26)
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq.
1Bq tương ứng 1 phân rã trong 1 giâ
Trước đây, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Curie, kí hiệu là Ci, liên hệ với đơn vị Bq như sau:
1 Ci = 3,7.10
10
Bq (1.27)
Hoạt độ phóng xạ riêng là hoạt độ phóng xạ tính trên một đơn vị khối lượng đối với chất
phóng xạ dạng rắn, hoặc tính trên một đơn vị thể tích của chất lỏng hay chất khí.
là năng lượng của lượng tử gamma
( 1.23 )
( 1.24)

Đối với chất phóng xạ dạng rắn, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ riêng thường dùng là Bq/kg.
Còn đối với chất phóng xạ dạng lỏng hay khí, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ riêng thường dùng là
Bq/m
3
hay Bq/l.
1.3.2 Liều chiếu và suất liều chiếu
a) Liều chiếu
Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, còn môi trường chiếu xạ là không khí.
Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa không khí của bức xạ tại một vị trí nào đó. Kí hiệu liều chiếu
là X, được xác định theo công thức:
dm
dQ
X


(1.28)
Trong đó: dm là khối lượng không khí tại đó chùm tia X hoặc chùm bức xạ gamma bị hấp
thụ hoàn toàn, kết quả tạo ra trên dm tổng các điện tích cùng dấu là dQ.
Đơn vị liều chiếu trong hệ SI là C/kg. Ngoài ra, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị là
Rơnghen, được kí hiệu là R.
1 R = 2,58.10
-4
C/kg. (1.29)
b) Suất liều chiếu
Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Suất liều chiếu kí hiệu là
*
X
được xác định theo công thức sau:
t
X
X 
*
(1.30)
trong đó X là liều chiếu trong thời gian t.
Đơn vị đo suất liều chiếu trong hệ SI là C/kg.s. Tuy nhiên, trong thực nghiệm, đơn vị đo suất
liều chiếu thường dùng là R/h hay R/h.
1.3.3 Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ
a) Liều hấp thụ
Tác hại của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào sự hấp thụ năng lượng bức x
ạ và gần đúng tỉ lệ
với nồng độ phần trăm năng lượng hấp thụ trong mô sinh học. Do đó đơn vị cơ bản của liều bức xạ
được biểu diễn qua năng lượng hấp thụ trên một đơn vị khối lượng của mô. Khái niệm liều hấp thụ
không chỉ dùng cho đối tượng sinh học mà còn dùng cho một môi trường vật chất bấ
t kì.
Liều hấp thụ, kí hiệu là D, là tỉ số giữa năng lượng trung bình dE mà bức xạ truyền cho

vật chất trong thể tích nguyên tố và khối lượng vật chất dm của thể tích đó:
dm
dE
D 
(1.31)

Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Gray (kí hiệu là Gy). 1 Gy bằng năng lượng 1 June
truyền cho 1kg vật chất:
1Gy = 1J/kg. (1.32)
Trước khi chấp nhận các đơn vị theo hệ SI, liều hấp thụ được đo bằng đơn vị Rad. 1 Rad là
liều hấp thụ 100 erg trên 1 gam. Ta có:
1 rad = 100 erg/g (1.33)
Do 1J = 10
7
erg và 1 kg = 1000g nên:
1 rad = 0,01 Gy hay 1Gy = 100 rad. (1.34)
Qua các định nghĩa, ta nhận thấy giữa liều hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ tuyến tính với
nhau:
D = f. X (1.35)
Trong đó D là liều hấp thụ, X là liều chiếu, f là hệ số tỉ lệ. Trong không khí hệ số f = 0,869
rad/R. Trong cơ thể người, f= 0,869 rad/R.
b) Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ
D
*
chính là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian, xác định theo công
thức:
t
D
D

*
(1.36)
Đơn vị đo suất hiều hấp thụ trong hệ SI là Gy/s hoặc rad/s.
1.3.4 Liều tương đương và suất liều tương đương
a) Liều tương đương
Cùng liều hấp thụ tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau là khác nhau. Để đặc
trưng cho khả năng tác dụng sinh học của bức xạ trong an toàn bức xạ nói chung và trong xạ trị nói
riêng ta dùng liều tương đương.
Li
ều tương đương H là đại lương để đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ bằng
tích của liều hấp thụ D với hệ số chất lượng (Quality Factor) đối với các loại bức xạ. Ủy ban Quốc
tế về bảo vệ bức xạ ICRP ( International Commission on Radiation Protection) đặt lại tên hệ số chất
lượng là trọng số bức xạ (RadiationWeighting Factor) và kí hiệu là W
R
. Khi đó giữa liều hấp thụ và
liều tương đương được liên hệ với nhau theo biểu thức sau:
H=D. W
R
(1.37)
Để thuận tiện cho việc theo dõi và sử dụng trong thực tế, bảng 1.1 dẫn ra giá trị hệ số W
R
đối
với các bức xạ thường gặp.
Đơn vị liều tương đương trong hệ SI là Sievert (kí hiệu là Sv). Theo công thức (1.37) ta có:

1 Sv = 1 Gy. W
R
(1.38)
Ngoài Sv, liều tương đương thường dùng là rem:
1 rem= 1 rad. W

R
(1.39)
1Sv=100 rem hay 1 rem = 0,01 Sv. (1.40)
Bảng 1.1. Trọng số bức xạ W
R
đối với một số loại bức xạ [2], [6]
Loại bức xạ Năng lượng W
R
Tia X, gamma, beta Bất kỳ 1
Neutron
Nhiệt (0,025eV) 5
0,01 MeV 10
0,1 MeV 10
0,5 MeV 20
> 0,1 MeV - 2 MeV 20
> 2 MeV – 20 MeV 5
Proton Năng lượng cao 5
Hạt anpha, mảnh vỡ phân hạch, hạt
nhân nặng
20
b) Suất liều tương đương
Suất liều tương đương
*
H
là liều tương đương trong một đơn vị thời gian:
t
H
H

*

(1.41)
trong đó H là liều tương đương trong thời gian t.
Đơn vị suất liều tương đương trong hệ SI là Sv/s. Đơn vị khác là Sv/h, Sv/h, rem/s hay
rem/h.
Lưu ý: Khi định nghĩa liều tương đương, chúng ta đã coi tất cả các mô sinh học hay cơ quan
trong cơ thể có cùng một độ nhạy cảm bức xạ.
1.3.5 Độ truyền năng lượng tuyến tính
Năng lượng của bức xạ bị hấp thụ
trong vật chất chưa đủ để đặc trưng cho hiệu ứng sinh học
xảy ra trong vật chất. Thực nghiệm chỉ ra rằng các hiệu ứng sinh học phụ thuộc vào sự phân bố
năng lượng đã bị hấp thụ trên đường đi của bức xạ trong vật chất.
Để đặc trưng cho sự phân bố độ mất mát năng lượng bức xạ trên đường
đi trong vật chất,
người ta dùng khái niệm độ truyền năng lượng tuyến tính, ký hiệu là LET. Độ truyền năng lượng
tuyến tính, được xác định theo công thức:
dl
dE
LET

(1.42)

trong đó dE là độ mất mát năng lượng trên quãng đường dl.
Bảng 1.2. Giá trị LET trung bình trong nước của một số bức xạ ion hóa [2]
Bức xạ Bức xạ gây ion hóa môi trường
LET
(KeV/m)
Mật độ các ion
/1m
Tia X Electron thứ cấp 0,28 8,5
Gamma Electron thứ cấp 0,36 11

Tia X (30KeV-180KeV) Electron thứ cấp 3,2 100
Tia X 8 KeV Electron thứ cấp 4,7 145
Tia anpha 5,5 MeV Ion hóa trực tiếp 120 3700
Nơtron 12 MeV proton 3,5 290
Trong hệ SI, đơn vị đo độ truyền năng lượng tuyến tính là J/m hay keV/m
Sự phân bố năng lượng hấp thụ của bức xạ trong vật chất còn phụ thuộc vào bản chất của
mỗi loại bức xạ. Đối với bức xạ ion hóa gián tiếp, độ truyền năng lượng tuyến tính nhỏ hơn nhiều so
với bức xạ ion hóa trực tiếp.
1.3.6
Liều giới hạn
Khi tiếp xúc với các chất phóng xạ hay nguồn phóng xạ, các bức xạ ion hoá, các nhân viên
công tác bị chiếu xạ và nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc vào liều hấp thụ mà nhân viên
nhận được, bức xạ hạt nhân sẽ ảnh hưởng khác nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên
làm việc, cần phải giảm ảnh hưởng của các bứ
c xạ. Về mặt an toàn bức xạ hạt nhân, cần đưa ra
những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người nhân viên còn có thể làm việc trực tiếp
với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa.
Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong một năm mà người
làm việc trực tiếp với bức xạ h
ạt nhân có thể chịu được, không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản
thân [1], [2] ,[6].
Theo quy định chung về luật lao động, người có độ tuổi từ 18 tuổi trở lên mới được làm việc
trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã khuyến cáo công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho
phép trong một năm đối với nhân viên chuyên nghiệp làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ
[2]:
D = 50 (N-18) nSv hay D = 5(N-18) rem (1.43)
Trong đó N là tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N19, D là liều hấp thụ tích lũy trong một
năm
Bảng 1.3 Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép đối với người làm việc với bức xạ [3]
Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị

150 mSv/năm 1950 ICRP
50 mSv/năm 1977 ICRP
20 mSv/năm 1990 ICRP

Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát bức xạ hạt nhận của Việt Nam [8], liều hấp thụ tương
đương cho toàn thân đối với nhân nhiên làm việc với nguồn bức xạ và bức xạ hạt nhân là
20mSv/năm. Trong 5 năm có một năm có thể lên đến 50mSv nhưng tổng liều trong 5 năm liên tục
không được vượt quá 100mSv. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy ban An Toàn Bức xạ
Quốc tế
1.4. HIỆU ỨNG SINH H
ỌC CỦA BỨC XẠ
Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua
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 các tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt [7].
Đối với con người, cấu tạo mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử H
2
O bị ion
hóa, phân chia thành các cặp H
+
và OH
-
, các ion này bị kích thích lại tạo ra các ion khác…Năng
lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể người càng lớn thì số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này
gây ra phản ứng rất mạnh, tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến là protein, lipit, ADN
làm cho cấu trúc của các phân tử này bị sai hỏng gây ra những hậu quả: kìm hãm hoặc ngăn cản sự
phân chia tế bào, làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới vi
ệc tế bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng
hoặc gây đột biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất
di truyền trên phân tử ADN, làm chết tế bào. Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan
trọng nhất trong việc điều trị ung thư.

Các tác dụng sinh học do tia xạ tạo ra kéo dài rất nhiều so với thời gian hấp thụ
năng lượng.
Quá trình hấp thụ năng lượng diễn ra trong khoảng 10
-10
s còn các hiệu ứng sinh học kéo dài từ vài
giây đến vài năm.Tùy theo liều lượng bức xạ mà cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi của các
tế bào có thể phục hồi được hay không. Và với cùng một liều lượng bức xạ, nếu hấp thụ làm nhiều
lần thì các biến đổi bệnh lí ít xảy ra với các mô tế bào hơn là hấp thụ trong một lần.
Sau khi bị chiếu xạ, các t
ổn thương của tế bào có thể phục hồi. Kết quả nghiên cứu cho thấy,
các tế bào bình thường (các tế bào lành) có khả năng phục hồi nhanh hơn các tế bào ung thư. Khi
chiếu một liều lượng phù hợp thì có thể tiêu diệt được các tế bào ung thư còn các tế bào lành vẫn có
thể phục hồi lại được [4,5]. Người ta xây dựng được biểu đồ sự phụ thuộc của xác suất tiêu diệt t
ế
bào theo liều chiếu có dạng cơ bản như hình 1.6.


Hình 1.6. Đường cong xác suất tiêu diệt tế bào theo liều xạ
Từ biểu đồ trên ta thấy rằng nếu liều xạ nằm trong khoảng D
o
đến D
o
+ dD
o
thì chủ yếu các tế
bào ung thư bị tiêu diệt còn các tế bào lành bị tiêu diệt không đáng kể.
Trong các giai đoạn khác nhau thì sự phản ứng với tia xạ của tế bào cũng khác nhau. Theo sinh
học, chu kỳ sinh sản của tế bào được chia thành các pha tuần hoàn như sơ đồ trên hình 1.7.

Hình 1.7 . Các pha trong chu kỳ sinh sản của tế bào
Trong sơ đồ trên, pha S là tổng hợp tế bào; pha G
2
là tiền phân chia tế bào; pha M là phân
chia tế bào; pha G
1
là tiền phân chia tế bào.
- Pha S; kéo dài từ 1,5 đến 36h, trong pha này, tế bào kháng tia xạ.
- Pha G
2
: kéo dài từ 30 phút đến 1,5 giờ.
- Pha G
1
: kéo dài hàng tháng.
- Pha M: kéo dài từ 30 phút đến 2,5 giờ. Đây là pha tế bào nhạy cảm tia xạ nhất.
Xác
suất
tiêu diệt
tế bào
Đối với tế bào u
Đối với tế bào lành
D
o
D

o
+dD
o

S

G
1


M

G
2

Người ta còn thấy các vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn sẽ nhạy cảm tia xạ hơn, nên khi chiếu
xạ, người ta làm cho vùng cần được chiếu được cung cấp nhiều máu hơn.
Bằng việc nghiên cứu sự phản ứng của các mô tế bào khi bị chiếu xạ và các quá trình phát
triển, phân chia của tế bào để xác định độ nhạy phóng xạ trong các giai đoạn người ta xây dựng nên
cơ sở sinh học cho k
ỹ thuật xạ trị. Tất cả các kỹ thuật xạ trị đều phải đảm bảo liều lượng tối đa đạt
tại khối u và giảm thiểu liều lượng tới các mô lành xung quanh.
1.5.PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG TIA GAMMA
1.5.1. Khái niệm và mục đích của xạ trị
Điều trị bằng tia xạ (xạ trị) là quá trình điều trị có sử dụng bức x
ạ ion hóa hoặc tia phóng xạ
cho quá trình điều trị nhiều bệnh khác nhau. Mục đích của xạ trị là nhằm đưa một liều phóng xạ rất
chính xác tới một thể tích bia đã xác định với một mức độ tổn thương nhỏ nhất cho các mô lành bao
quanh, kết quả là sẽ loại trừ bệnh tật, kéo dài được sự sống hay cải thiện chất lượng cuộc sống. Do
đó, k

ỹ thuật xạ trị được xây dựng để chữa bệnh hoặc làm nhẹ bớt những biểu hiện của bệnh tật một
cách hiệu quả.
Cùng với kỹ thuật chẩn đoán bằng tia X và bằng đồng vị phóng xạ, xạ trị là một trong những
ứng dụng quan trọng của bức xạ trong y tế.
Phẫu thuật, xạ trị và hóa trị là 3 phương th
ức điều trị ung thư chủ yếu hiện nay.
Phẫu thuật và xạ trị được áp dụng cho trường hợp khối u khu trú trong một phạm vi xác định.
Trong trường hợp có sự lan toả của khối u thì phải dùng hóa trị.
Xạ trị được chọn khi phẫu thuật khó hay không thể thực hiện được (ung thư đầu, cổ, cổ tử
cung), hoặc khi muốn duy trì chức n
ăng của các cơ quan (vú, thanh quản, hậu môn), hay để giảm
đau.
1.5.2. Các hình thức xạ trị
Có ba hình thức xạ trị:
 Xạ trị ngoài: nguồn phát bức xạ nằm ngoài cơ thể, xa khối u.
 Xạ trị áp sát: các nguồn phóng xạ nằm trong cơ thể hay ngay cạnh khối u.
 Xạ trị bằng chất phóng xạ: nguồn phóng xạ dạng hở dưới dạng dược ch
ất phóng xạ được
tiêm hay uống vào cơ thể, tập trung tại khối u nhờ sự hấp thụ.
Nội dung của luận vân đề cập đến phương pháp xạ trị ngoài do đó sẽ đi sâu vào những vấn đề
có liên quan đến phương pháp này mà không đề cập đến các phương pháp khác
1.5.3. Cơ sở của phương pháp xạ trị
Kỹ thuật xạ trị dựa trên một sự ki
ện thực nghiệm là các tế bào ung thư nhạy cảm với bức xạ
ion hóa hơn các tế bào khỏe mạnh.

Hiệu quả điều trị được xác định bởi khả năng tiêu diệt khối u và khả năng xảy ra biến chứng
cho mô lành.
Phương pháp 1:.Dựa trên quan hệ giữa liều và đáp ứng bức xạ của mô ung thư và mô lành để
chọn liều điều trị thích hợp.

Phương pháp 2:.
o Chọn cách chiếu sao cho mô lành ít bị ảnh hưởng nhất:
o Xạ nhiều phân liề
u (fraction)
o Nguồn ở sát khối u (xạ trị áp sát)
o Tránh mô lành (nhiều góc chiếu trong xạ trị ngoài)

Hình 1.8.a Hình 1.8.b
Hình 1.8. Cách chiếu để mô lành ảnh hưởng ít nhất
Trên hình 1.8 a đưa ra phương pháp xạ trị ngoài với nhiều góc chiếu khác nhau. Khi sử dụng
góc chiếu khác nhau các mô lành chia nhau chịu ảnh hưởng của chùm tia xạ do đó nó ít bị ảnh
hưởng nhất, thể hiện qua sơ đồ 1.8b
1.5.4. Phương pháp xạ trị dùng tia gamma
Với các hạt nặng tích điện như hạt anpha có khả năng ion hóa mạnh nhưng độ đâm xuyên
kém, không được sử dụng trong chiếu xạ từ xa.
Hạt electron linh hoạt hơn hạt anpha rất nhiều, có độ đâm xuyên cũng khá lớn được sử dụng
chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da. Mặt khác, khi đi vào độ sâu khoảng 5cm thì liều
lượng của chùm hạt electron gần như bằng không, do đó gây tổn hại rất ít đến các mô lành.
Tia gamma và tia X gây ra độ ion hóa trong môi trường nhỏ hơn các loại hạt trên, nhưng
độ
đâm xuyên lại rất lớn do đó hiện nay được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị từ xa, chúng có thể tác
dụng lên tế bào ở sâu trong cơ thể, để điều trị các khối u sâu. Với các u sâu trên 3cm, để giảm liều
chiếu ở mặt da và ở các mô lành trên đường đi của chùm tia, người ta chia chùm tia thành nhiều
chùm nhỏ chiếu theo các hướng khác nhau sao cho các hướng chiếu được chọn hội tụ tại tâm là

khối u cần điều trị như đã chỉ ra trên hình 1.8a. Dùng chùm tia X phát ra từ máy gia tốc, bằng cách
quay máy gia tốc chọn hướng chiếu khác nhau cho phép ta thực hiện yêu cầu trên. Khi chiếu với
góc chiếu khác nhau, các chùm tia phải đảm bảo sự đồng tâm. Khi đó liều chiếu tập trung chủ yếu
vào khối u, còn các tế bào lành liều chiếu giảm đi rõ rệt so với việc chiếu cố định theo một phương.
Đây là một trong nh

ững ưu việt của xạ trị dùng máy gia tốc.










CHƯƠNG 2
MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS DÙNG TRONG XẠ TRỊ

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY GIA TỐC
2.1.1. Lịch sử phát triển
Điều trị ung thư bằng phóng xạ đã được biết đến từ hàng trăm năm nay. Về thuật ngữ “gia
tốc” thì đó là một thiết bị tăng tốc chùm điện tử đến một giá trị năng lượng nào đó theo yêu cầu đặt
ra. Trong thực tế lâm sàng, người ta sử dụng dải năng lượng từ một vài MeV đến vài ch
ục MeV.
Ngày nay, các máy gia tốc hiện đại thường sử dụng hai loại bức xạ: chùm electron (qua hệ thống lái
tia và các bộ lọc thích hợp) và chùm photon- do chùm electron đập vào bia phát ra bức xạ hãm còn
gọi là tia X.
Khi máy gia tốc xuất hiện, nó đã trở thành một công cụ vượt trội trong ứng dụng lâm sàng.
Từ những năm đầu của thế kỷ 20, xạ trị được áp dụng bằng những nguồn Radium hay những ống tia
catode lạnh. Mộ
t cuộc cách mạng đến với ngành xạ trị khi ống catode Coolidge nhiệt được đưa vào
sử dụng (năm 1913). Các ống Coolidge này hoạt động ở điện áp 140KV, sau đó tăng lên khoảng
300KV, nhưng suất liều của những loại này còn thấp. Vì thế, người ta tiếp tục tìm kiếm công nghệ
làm tăng năng lượng và suất liều của các chùm tia điều trị. Vào những năm 1930, các biến áp đổi

t
ần đã phát triển và được sử dụng như những nguồn cung cấp điện áp cao từ 600KV đến hàng triệu
vôn. Năm 1931, một máy gia tốc 700KV đã được lắp đặt ở bệnh viện Memorial - New York và một
thiết bị tương tự được chế tạo tại viện Công nghệ Califorina năm 1933. Tiếp đến, loại máy đạt đến
một triệu vôn đã được thiết kế và lắ
p đặt tại bệnh viện Bartholornew, Luân Đôn năm 1944. Ngay
sau đó, các máy gia tốc sử dụng loại biến áp cộng hưởng đã trở nên thông dụng. Công nghệ vi sóng
đã sử dụng rada trước và trong chiến tranh thế giới thứ II chính là cơ sở của việc chế tạo nguồn phát
sóng siêu cao tần hoạt động trong các máy gia tốc hiện đại.
Trong những năm 1930, loại máy gia tốc tĩnh điện Van de Graaff được chế tạ
o và sử dụng
trong lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của nó, vào những năm 1960, tại
công ty Kỹ thuật điện tử Boston Massachusetts người ta đã chế tạo ra hai chiếc máy gia tốc dùng
trong lâm sàng. Những thiết bị này hoạt động tỏ ra rất ổn định và có hiệu quả. Tuy nhiên đến đầu
những năm 1970, chúng đã nhường chổ cho loại máy gia tốc hiện đại hơn - máy gia t
ốc tuyến tính
hay gia tốc thẳng mà ngày nay với tên gọi đơn giản là “linac”.
2.1.2. Tình hình ở Việt Nam
Trước đây, việc xạ trị ung thư ở Việt Nam chỉ được thực hiện bằng máy xạ trị Cobalt, một
loại máy xạ trị sử dụng đồng vị phóng xạ Cobalt-60, sử dụng các tia gamma, có hai mức năng lượng