Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ

LỜI MỞ ĐẦU

Vật lý là một ngành khoa học tự nhiên rất thú vị . Vật lý đã có rất nhiều cơng trình
được ứng dụng trong khoa học cũng như đời sống phục vụ trực tiếp nhu cầu của con
người như: giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, trong lĩnh vực công nghệ thông
tin, truyền thông…Một ứng dụng không thể khơng nhắc đến của vật lý đó là ứng dụng
vật lý trong y học, nó góp phần quan trọng trong việc chuẩn đốn, điều trị, chăm sóc
sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu quả cao.


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................1
I. Máy X-quang............................................................................................................3
II. Máy CT scan...........................................................................................................5
III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography-PET)...............8
IV. Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon Emission Computed
Tomography - SPECT)..............................................................................................10
V. Dao gamma............................................................................................................13
VI. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính...............................................................................18
Tài liệu tham khảo....................................................................................................22

Trang 2


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

I. Máy X-quang
Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát

minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901, và cũng từ đó chúng ta đã có
được những bước tiến dài trong lĩnh vực này ..

I.1. Nguyên tắc hoạt động
Để tạo ra tia X, trong máy X-quang gồm các bộ phận:
Ống tia X là bộ phận phát tia X,bao gồm : cathode, anode, rotor, stator, vỏ bọc kim
loại, vỏ bọc tia X.

Thiết bị làm
lạnh

Chân
khơng
Bia tungsten

Dây tóc

Thanh đồng

ống thủy
tinh

Cổng
Màn chắn

Bộ lọc

Hình 1: Cấu tạo ống tia X
Giữa âm cực (cathode) và dương cực (anode) là một điện thế gia tốc rất lớn từ 20300KV, các electron được phát ra từ âm cực đốt nóng và được gia tốc bằng điện trường,
chúng sẽ va chạm vào anode với 1 động năng nào đó.

Âm cực là 1 dây tóc tungsten có hình lị xo xoắn thẳng đứng là nguồn phát ra các
electron. Chén hội tụ xoay quanh tim đèn để làm hội tụ chùm âm điện tử, chén hội tụ
thông thường được làm từ Nikel. Trong những bóng đèn X quang hiện đại sẽ gồm 2 tim
đèn : 1 tim đèn lớn công suất cao dùng chụp bộ phận lớn, 1 tim đèn nhỏ dùng chụp hình
ảnh cần độ phân giải cao.
Dương cực chia làm 2 loại : loại quay và loại không quay. Loại không quay gồm 1
bia Tungsten gắn chặt vào 1 khối đồng, nó đóng 2 vai trị là vật mang cực dương và vật
tải nhiệt. Nhưng khuyết điểm của loại dương cực khơng quay là : nó dễ bị ăn mòn và
Trang 3


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

giới hạn cường độ dịng tia X. Loại khơng quay được dùng để chụp X-quang ở các cơ
quan như hàm, răng, X quang xách tay.
Loại quay thì được dùng cho hầu hết các chẩn đốn, cái chính là do tải nhiệt tốt
hơn. Vì thế chất lượng tia X sẽ tốt hơn. Bộ phận làm cho dương cực quay chính là
Rotor. Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm điện
quấn quanh bên ngồi rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc độ quay từ 30003600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất là 9000-10000 vòng/phút. Giá đỡ rotor phải chịu
được nhiệt, đây là nguyên nhân làm hỏng ống tia X, dầu thường được dùng làm chất
giải nhiệt .
Trong chẩn đoán y học để thu nhận được tia X người ta sử dụng phim âm bản
chứa trong cassette. Cassette được đặt sau vật cần chiếu, tia X sau khi xuyên qua được
vật sẽ đến đập vào phim. Khi rửa phim người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với
tia X khi rửa sẽ không bị mất (có màu đen) cịn nơi nào khơng tác dụng với tia X (đối
với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị trơi (có màu trắng). Chính vì độ xuyên sâu của
tia X cao nên người ta dùng để chụp những vật cứng như : xương, răng, không dùng để
chụp mô. Hiện nay người ta không dùng phim âm bản bởi vì bất tiện, người ta đã tiến
đến sử dụng X-quang kỹ thuật số. Ảnh thu được dưới dạng số, lưu vào máy tính và
được chỉnh sửa rất dễ dàng.

I.2. Yêu cầu an toàn
Do tia X là một bức xạ nên có thể làm tổn thương tế bào, phôi bào, tác hại di
truyền, ung thư, ... Do đó phải dùng vật chắn tia : nếu khơng thể tránh xa được tia phóng
xạ, phải sử dụng những màn chắn tia, hoặc màng hấp thụ.
Đóng kín ngõ ra của tia bằng vật hấp thụ phóng xạ ở tại bóng đèn. Dùng tấm lọc
tia phải có bề dày ít nhất từ 1 mm - 2 mm bằng nhôm đặt ở cửa sổ đầu đèn.
Điều khiển chống tia để tránh bộ phận sinh dục và dùng tấm chắn cao su chì để
bảo vệ bộ phận sinh dục khi chẩn đoán phần bụng của bệnh nhân nam, nữ và cả vùng
ngực bệnh nhân.
Tường của phịng X-quang phải được tráng barit hoặc chì có bề dày ít nhất là 5cm.
Kỹ thuật viên sử dụng máy X-quang cần mặc quần áo bảo hộ, phải chuẩn bị bệnh
nhân thật kỹ để tránh cho bệnh nhân phải chẩn đốn lần 2, nên dùng loại phim có lớp
nhũ tương độ bắt sáng cao nhất và dùng bìa tăng sáng siêu nhạy.

Trang 4


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Sử dụng bộ thời gian tự động (Autotimer) như là tế bào quang điện bằng ion để
giảm thiểu việc chụp phim lần 2.
Thời gian chụp ảnh không được lâu và bệnh nhân không được chụp ảnh nhiều lần
trong một tháng.
Tia X tác hại trên thai nhi là chuyện đã rõ, tuy nhiên mức độ thế nào là tùy tuổi
thai và liều lượng của tia. Tia X có thể kèm theo nguy cơ ung thư, bệnh bạch cầu cấp và
một số dị tật bẩm sinh cho thai nhi. Theo Ủy ban Kiểm soát về vấn đề hạt nhân của Mỹ,
thai nhi có nguy cơ mắc bệnh ung thư về sau nếu nhiễm liều bức xạ từ 2- 6 rad. Với liều
bức xạ > 5 rad thai nhi có nguy cơ bị dị tật bẩm sinh.
Tùy vào mức độ phơi nhiễm, tia X có thể gây sẩy thai, chậm phát triển thai nhi

hoặc một vài loại ung thư ở giai đoạn sau này. Ở cùng liều bức xạ, mức độ nguy hiểm
nặng, nhẹ tùy giai đoạn tuổi thai (xem bảng 1).
TUẦN TUỔI THAI

ẢNH HƯỞNG

0-1 ( tiền làm tổ )

Chết phôi

2-7 ( giai đoạn phát triển cơ quan)

Dị dạng, chậm phát triển, ung thư

8-40 (giai đoạn thai )

Dị dạng, chậm phát triển, ung thư, trì trệ

Bảng 1: Sự ảnh hưởng của việc chiếu tia X lên thai nhi.

II. Máy CT scan
CT là viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computed Tomography. CT scan có nghĩa là
chụp qt cắt lớp điện tốn, thường được gọi tắt là chụp CT hay chụp CT scan. Đây là
phương pháp chẩn đốn hình ảnh sử dụng tia X để tạo nên các bức ảnh về mặt cắt các
bộ phận trên cơ thể.

Trang 5


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

II.1. Nguyên tắc hoạt động

Hình 2: Các bộ phận của máy CT.
- ống tia X( X-ray tube).
- ống chuẩn trực (collimator).
- Bộ phận ghi nhận (detectors).
- Màn hình (monitor).
- Máy tính (computer).

CT cũng dùng tia X nhưng có nhiểu điểm khác biệt và phức tạp hơn X-quang
thông thường. Một chùm tia X được sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể bạn. Ở phía bên
kia, thay vì đặt một tấm phim, người ta dùng các máy thu (detector) để ghi lại tín hiệu
này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh bạn nhưng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một
mặt phẳng để lấy dữ liệu về lát cắt này. Toàn bộ những dữ liệu này gọi là dữ liệu thô
(raw data). Chúng ta không thể hiều được các dữ liệu này. Vì vậy phải dùng tới các
phương pháp tốn học để biến đổi các dữ liệu thơ thành hình ảnh.
Thay vì dùng một detector để ghi độ suy giảm của một chùm tia hẹp, các máy CT
hiện nay (thế hệ thứ ba và thứ tư) dùng một chùm tia hình rẽ quạt, và dùng nhiều
detector để ghi nhận đồng thời. Do đó máy tính sẽ phải tính tốn nhiều hơn, nhưng thời
gian quét sẽ ngắn hơn và hình ảnh thu được có độ tương phản rất cao. Các máy hiện đại
có thời gian qt một vịng chỉ khoảng 5 giây.

Trang 6


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ
(a)

(b)

Hình 3: Tia X và máy thu quay xung quanh tạo thành các lát cắt.
(a)

máy quay xung quanh cơ thể.

(b)

Hình 2 lát cắt.

II.2. Hệ thống máy chụp
Trong hình dưới là một hệ máy CT hiện đại. Nó gồm một gantry, một bàn bệnh
nhân và một máy tính.

Hình 4: Một máy CT trên thực tế.

Trang 7


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Gantry là bộ phận trong đó có chứa ống tia X và các detector, đặt đối diện nhau
trên một vòng trịn. Vịng trịn này có thể quay quanh tâm để quét một lớp trên cơ thể
bệnh nhân.
Bàn bệnh nhân có thể chuyển động dọc trục. Sau khi quét xong một lớp, bàn lại
dịch chuyển một đoạn, và một lớp khác được qt.
Tín hiệu điện thu được từ đầu dị được đưa đến máy tính để xử lý. Máy tính sẽ
dùng các thuật tốn để tái tạo hình ảnh của phần cơ thể được chụp và hiển thị ảnh lên
màn hình. Máy tính phải rất mạnh để thực hiện tái tạo ảnh song song với quá trình thu
dữ liệu, nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc kết thúc thu tín hiệu và hiển thị ảnh.

II.3. Yêu cầu an toàn
CT scan và các phương pháp sử dụng tia X khác đều cần phải được theo dõi và
kiểm soát một cách chặt chẽ để đảm bảo sử dụng số lượng tia xạ tối thiểu. Nguy cơ sẽ
càng tăng lên khi tiến hành càng nhiều lần chụp.
Trong một số trường hợp, CT scan cũng cần phải được thực hiện nếu có lợi nhiều
hơn so với nguy cơ. Ví dụ trong trường hợp nghi ngờ ung thư mà khơng tiến hành chụp
CT thì đơi khi cịn nguy hiểm hơn.
Chụp CT vùng bụng thì khơng nên tiến hành trên những phụ nữ đang mang
thai,bởi vì có thể gây hại đến thai nhi. Những phụ nữ mang thai này nên thơng báo cho
bác sĩ biết để có thể xem xét sử dụng những phương pháp khác.

III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission TomographyPET)
III.1. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc nó dựa vào học thuyết phóng xạ, y học hạt nhân. Đầu tiên người bệnh
sẽ được truyền các chất phóng xạ FDG ( thành phần tổng hợp của Glucoza với đồng vị
phóng xạ ), do các khối u là bộ phận hấp thụ nhiều Gluco nhất trong cơ thể, sau một
khoảng thời gian nhất định ( thông thường là 60 phút ) thì nồng độ Glucoza ( tức FDG
ta truyền vào cơ thể người bệnh ) tại các tế bào ung thư là nhiều nhất. Ở đấy, các nguyên
tử phóng xạ phát ra positron (hạt như điện tử nhưng mang điện dương) đi được một
đoạn ngắn thì gặp điện tử vì trong cơ thể có rất nhiều điện tử. Khi một positron gặp một
điện tử thì cặp hạt - phản hạt này hủy nhau và phát ra hai photon đi thẳng, ngược chiều

Trang 8


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

nhau. Các photon này có năng lượng rất lớn, vào cỡ tia gamma nên xuyên qua được cơ
thể, bay thẳng ra ngồi. Nếu bố trí hai detector nhấp nháy ở hai đầu đối diện, hai

detector sẽ thu được đồng thời hai photon do hủy cặp positron - điện tử tạo ra. Chỉ khi
nào có hai photon đồng thời đến hai detector của một cặp đối diện, hai detector mới ghi
nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý.
Nếu có tế bào ung thư trong cơ thể sẽ cho ra các vùng màu đặc trưng phân biệt hẳn
với các mô lành. Như vậy qua các vùng màu này ta có thể xác định đươc chính xác vị
trị, các di căn trong khối u trong cơ thể bệnh nhân rồi từ đó đưa ra các kết quả chẩn
đốn và phương thức điều trị tốt nhất. Còn thành phần FDG trong cơ thể bệnh nhân sau
đó sẽ chuyển hố hồn tồn thành phần đường Glucoze hấp thụ vào cơ thể.
Các hạt nhân phóng xạ dùng ở PET phải là những hạt nhân có thời gian sống ngắn,
thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2 phút) và 18F (~110 phút). Do thời
gian sống ngắn nên phải chế tạo các chất phóng xạ tại chỗ gần nơi đặt máy PET. Cách
chế tạo phổ biến là dùng một máy gia tốc điện tử nhỏ bắn phá điện tử năng lượng cao
vào các chất để tạo ra chất phóng xạ.

Tín hiệu trùng phùng

Dữ liệu

Phản ứng hủy hạt

Hình ảnh

Hình 5: Hệ thống máy PET

Trang 9


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Hình 6: Máy PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các

ĐVPX có đời sống ngắn

III.2. Kết hợp PET-CT
Hiện nay để đạt được hiệu quả tốt nhất về hình ảnh chẩn đốn, người ta kết hợp
các loại máy với nhau.
Các xét nghiệm y học hạt nhân thường hướng tới chức năng thành phần, trong khi
CT lại hướng về cấu trúc. Kết hợp kỹ thuật y học hạt nhân với chụp CT trong máy PET
đã nâng cao ưu điểm của cả hai kỹ thuật và mang lại kết quả chẩn đốn chính xác. Sau
khi chụp, hình ảnh chụp CT sẽ được lồng với hình ảnh của PET cho phép các bác sĩ phát
hiện vị trí khối u, vị trí của bất thường với độ chính xác từng milimét. Với những máy
scanner này là thiết bị hình ảnh y tế đầu tiên, cắt lớp từng cơ quan trong cơ thể, cung
cấp rõ ràng và đồng thời cả hai hình ảnh vừa để phục vụ phẫu thuật vừa có thể giúp
chẩn đốn thương tổn và tình trạng chức năng từng cơ quan trong cơ thể, từ đó có thể
đưa ra những phương pháp điều trị tốt hơn và với chi phí thấp hơn.

+
CT

=
PET

PET-CT

Hình 7: Hình ảnh kết hợp PET-CT

IV. Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon
Emission Computed Tomography - SPECT)
SPECT là một kỹ thuật hạt nhân rất hiện đại nhờ vào sự phát triển của máy tính.
Về cơ bản SPECT hoạt động như một gamma camera, tuy nhiên gamma camera này

Trang 10


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

thực hiện việc ghi ảnh ở nhiều góc độ khác nhau, mỗi góc là một ảnh hai chiều. Tái hợp
các ảnh hai chiều này bằng cơng cụ máy tính sẽ cho ta ảnh 3 chiều, việc chẩn đốn sẽ có
kết quả tốt hơn rất nhiều so với ảnh 2 chiều.

IV.1. Nguyên lý hoạt động Gamma camera
Gamma Camera có cấu tạo gồm 4 phần chính :
− Ống chuẩn trực Collimator
− Tinh thể phát sáng (scintillation crystal)
− Ống nhân quang ( PM – Photomultiplier tube)
− Bộ phân tích chiều cao xung ( PHA – Pulse height analyzer ).
Mỗi thành phần này sẽ thực hiện một chức năng riêng trong việc chuyển ảnh
gamma thành ảnh ánh sáng và truyền nó tới các thiết bị quan sát thích hợp hoặc tới
phim.

Hình 8: Cấu tạo của Gamma camera
− ống chuẩn trực ( collimator).
− ống nhân quang( photomultiplier tube).
− Mạch khuếch đại (amplifiers).
− Máy xử lý tín hiệu (position decoding circuits).

Trang 11


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ bệnh nhân phát ra và chiếu ảnh Gamma vào bề
mặt tinh thể. Tinh thể phát sáng hấp thụ ảnh gamma và chuyển nó sang ảnh ánh sáng.
Ảnh ánh sáng này có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh trực
tiếp từ trạng thái này. Do đó sẽ phải khuếch đại các chùm ánh sáng này bằng việc cho đi
qua dãy ống nhân quang. Ống nhân quang nằm đằng sau tinh thể phát sáng nhận ánh
sáng này chuyển thành các xung điện và khuếch đại các xung điện này. Sau đó các xung
này sẽ được phân tích và được hiển thị qua bộ phân tích chiều cao xung( PHA ). Nếu
xung nằm trong phạm vi cửa sổ được lựa chọn, nó sẽ truyền qua bộ phân tích chiều cao
xung và được ghi lại trên bộ nhớ máy tính để cho các phân tích quan sát và xử lý sau
này.

IV.2. Nguyên lý hoạt động của SPECT
Trước khi được máy SPECT chụp, bạn được tiêm vào một chất hóa học mà nó có
thể bức xạ được nghĩa là phát ra tia gamma mà SPECT có thể phát hiện được.
Dựa vào nguyên lý của Gamma camera, tạo ảnh 3 chiều. Sử dụng các Gamma
Camera quay vòng xung quanh cơ thể, với mỗi lần dịch chuyển 3-6 độ và mất 15/20 s,
như vậy sẽ quay trong 15-20 phút để quay hết một vòng. Camera thu được hàng loạt ảnh
ở khoảng cách các góc bằng nhau khi nó chuyển động quay. Các detector thường dừng
ở mỗi phần chiếu này trong khi thu nhận dữ liệu bằng cách sử dụng phương thức bước
và nhảy (step and shoot mode). Có thể lựa chọn quay góc 180 0 hoặc 3600. Độ nhạy sẽ
tăng lên đáng kể nếu như sử dụng camera có hai hoặc ba đầu ghi ảnh. Thuật toán tái tạo
ảnh giống như đối với máy CT( tomographic recontruction ). Máy tính sẽ thu nhận
những thông tin được phát ra bởi tia gamma và chuyển thành hình ảnh theo những mặt
cắt ngang hai chiều. Những mặt cắt ngang này sau đó được tập hợp lại để tạo thành hình
ảnh ba chiều.

Trang 12


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Hình 9: Hình ảnh hệ thống máy SPECT hai đầu thu trên thực tế

IV.3. Yêu cầu an toàn
Cũng giống như chụp X-Quang và CT, khi chụp SPECT cơ thể chúng ta cũng sẽ
hấp thụ một lượng bức xạ. Tuy nhiên lượng bức xạ này thấp hơn nhiều so với liều lượng
của X-Quang và CT. Những phụ nữ có thai hoặc không nên chụp SPECT.
Trước khi chụp SPECT bạn nên ăn mặc thoải mái và nghỉ ngơi khoảng 1-2 giờ.
Đầu tiên bạn được tiêm vào một lượng nhỏ chất hóa học và được yêu cầu nghỉ
ngơi từ 10 – 20 phút, cho đến khi chất hóa học ngấm vào trong cơ thể. Tiếp sau đó bạn
sẽ được nằm trên một chiếc giường thoải mái; trong khi một chiếc camera đặc biệt quay
xung quanh trên đầu của bạn. Một điều bạn cần phải lưu ý là bạn phải nằm im cho đến
khi nào máy chụp xong hoàn toàn để đảm bảo cho hình ảnh thu được thật chính xác.
Khi chụp xong bạn có thể rời khỏi phịng và đừng qn uống thật nhiều nước để
trơi đi hết lượng chất hóa học cịn trong cơ thể bạn.

V. Dao gamma
V.1. Lịch sử phát triển
Năm 1951, Giáo sư về phẫu thuật thần kinh người Thụy Điển Lars Leksell (19071986) đưa ra khái niệm radiosurgey (xạ phẫu) và khái niệm stereotactic (dùng phương
pháp 3D). Ông bắt đầu nghiên cứu chế tạo các thiết bị phẫu thuật bằng tia phóng xạ.
Trang 13


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

1967-1968, kỹ thuật phẫu thuật bằng tia gamma bắt đầu được sử dụng tại Thụy Điển.
Sau đó, cơng ty Elekta AB của Thụy Điển đăng ký độc quyền thương hiệu Gamma
Knife, độc quyền kiểu dáng và phát triển thành một số model dựa trên thiết kế ban đầu.
Đặc điểm chung của thiết kế này là các nguồn phát tia gamma được giữ yên (static).
Năm 1997, một thế hệ thiết bị mới ra đời, hệ thống này có những đặc điểm khác

với hệ thống của Elekta AB. Thay vì đứng yên, các nguồn phát tia gamma sẽ được quay,
do đó thế hệ thiết bị mới này còn được gọi là Hệ thống gamma xoay (Rotating Gamma
System).

V.2. Cấu tạo dao gamma cổ điển
Hệ thống sử dụng bức xạ gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ Cobalt 60 (Co-60).
Các chùm photon gamma rất mảnh nhưng có khả năng xuyên sâu qua hộp sọ, tổ chức
lành và hội tụ tại một điểm - tổ chức bệnh lý cần phá huỷ.
Dạng thiết bị này có ba bộ phận chính:
-Bộ phận phát chùm tia gamma có 201 nguồn Cobalt-60, tổng liều 6.000Ci. Các
nguồn cobalt được bố trí trên một vật thể có dạng hình cầu và tập trung vào một điểm.
Điều này giúp cho từng tia gamma riêng rẽ sẽ không gây nguy hại, nhưng tại điểm tập
trung, năng lượng tia gamma rất lớn sẽ giúp tiêu diệt khối u.
-Bộ phận định hướng (collimator helmet) gắn liền với bộ phận phát tia gamma. Bộ
phận này có dạng chụp hình cầu cố định, chứa các bao (dụng cụ) định hướng.
-Bộ phận định vị không gian 3 chiều nhằm "điều khiển" tia gamma đi đúng đến
nơi cần hội tụ (tức là nơi cần chữa bệnh).

Trang 14


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ
Buồng che chắn

Đường
chiếu tia

Nguồn Co

Cửa che chắn

Bộ phận định
hướng
Khung trượt

Giá đỡ

Hình 10: Hệ thống dao gamma
Nhờ kỹ thuật định vị không gian 3 chiều chính xác thiết bị này đem lại độ chính
xác cao, hiệu quả tốt và an toàn. Liều lượng phóng xạ và vị trí bệnh lý được xác định
trên bởi hệ thống lập kế hoạch điều trị mô phỏng 3 chiều. Đây là phương pháp này được
gọi là "xạ phẫu định vị ba chiều" (Stereotactic radiosurgery) với hệ thống điều trị là dao
Gamma (Gamma Knife).

V.3. Hệ gamma quay : "Gamma ART-6000" của Hoa Kỳ
Gần đây công ty American Radiosurgery Inc. đã cải tiến dao gamma Leksell cổ
điển thành hệ gamma quay mà hiện đại nhất là sản phẩm "Gamma ART-6000". Hệ
gamma quay cũng dựa theo nguyên lý dao gamma cổ điển nhưng thay cho mũ
collimator cố định là hệ thống collimator quay quanh đầu. Hệ thống xạ phẫu gamma
quay sử dụng bộ điều khiển đồng tâm (isocenter) được tạo bởi 30 nguồn phóng xạ Co60. Nó bao gồm giá bán cầu ở mặt ngoài để định vị và định hướng, nguồn phóng xạ
được sắp xếp tạo nên một khuôn hình tròn không đối xứng. Bán cầu bên ngồi chứa các
nguồn xạ, bán cầu bên trong bao gờm các ống định hướng và những lá chắn có các kích
cỡ khác nhau. Cả hệ thống (gồm nguồn và ống định hướng) quay đồng thời quanh đầu
bệnh nhân trong khung máy với tốc độ từ 2-4 vòng/phút.

Trang 15


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Hình 11: Hình ảnh hệ thống gamma quay Vertex360 của American Radiosurgery

V.4. Nguyên lý chung
Tia gamma là các bức xạ điện từ có năng lượng và khả năng đâm xuyên lớn (có
bước sóng nhỏ hơn và năng lượng lớn hơn tia X). Khi chiếu tia gamma lên tế bào tới
một liều lượng nhất định, bức xạ sẽ cung cấp năng lượng tới các tế bào khối u làm thay
đổi ADN của các tế bào. Các tế bào sẽ mất khả năng phân chia và hấp thụ và chết.

Hình 12: Nguyên lý hoạt động của dao
gamma.

Như vậy có thể dùng tia gamma để phá hủy các khối u nằm trong cơ thể mà không
cần phải mổ xẻ. Đây là phương pháp mổ không xâm lấn (non-invasive).

Trang 16


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Tuy nhiên, vấn đề là phải làm sao chiếu đúng chùm tia lên các tế bào khối u trong
khi vẫn phải đảm bảo an tồn cho các tế bào bình thường xung quanh.

V.5. Ưu điểm của hệ gamma quay so với dao gamma cổ điển
Nhờ bộ collimator quay mà hệ gamma quay không đòi hỏi phải chụp mũ và cố
định mũ định hướng như trong dao gamma Leksell cổ điển, mũ đó rất nặng nề và khó
chịu.
Đặc biệt khi cần thay đổi trường chiếu (shot) vẫn không cần lắp đặt lại mũ chùm
đầu.
Hệ thống lá chắn tại ống định hướng đạt hiệu quả giảm sự tán xạ rất cao, chỉ còn
khoảng 2% khi collimator đóng. Các nguồn xạ của hệ thống này lúc chuẩn bị và chưa
điều trị vẫn được giữ trong khung bảo vệ nên không gây liều chiếu có hại cho bệnh nhân

và nhân viên xung quanh.
Với hệ thống dao gamma quay này, suất liều tại các điểm đồng tâm có thể đạt đến
3 Gy/phút với độ lệch vị trí chỉ < 0,1 mm. Do vậy nguồn xạ rút từ 201 xuống còn 30
nhưng tổng hoạt độ phóng xạ vẫn là 6000 Ci.
Số lượng nguồn xạ rút xuống cũng làm giảm chi phí nạp và thay nguồn.
Hệ thớng này có máy định vị không gian cũng chính xác và nhỏ gọn hơn, độ tự
động hoá cao giúp cho việc điều trị dễ dàng và độ chính xác của điểm hội tụ chùm tia rất
cao.
Hệ thống gamma quay còn có thiết bị lập kế hoạch điều trị (treatment planning).
Nó được trang bị RGS Explorer 4D là phần mềm tương thích mới nhất. Nhờ hệ thống
này máy có khả năng tái tạo ảnh 3D chất lượng cao, tự động lập kế hoạch điều trị nhanh
và chính xác đến mức 0,1mm.
Nó sử dụng hợp nhất các loại hình ảnh ghi được của sọ não CT, MRI, PET hay
SPECT và Angiogram để xác định vị trí và lập kế hoạch điều trị.
Nó cũng xác định được đường viền bờ hộp sọ để xác định vòng quay thích hợp
cho các nguồn xạ..

V.6. Vấn đề an tồn
Bởi vì viêc xác định vị trí chính xác là nhân tố rất quan trọng để đảm bảo cho sự
an toàn của bệnh nhân (với sai số cho phép khơng q vài phần mm). Vì thế , khơng cho
phép bất cứ yếu tố nào có thể làm giảm độ chính xác này. Nhằm đạt được độ chính xác
Trang 17


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

cần thiết, một bộ phận được sử dụng để giữ cho phần đầu được cố định. Mục tiêu sẽ
được định vị bằng ảnh MRI hoặc CT, cần xác định rõ thể tích của mục tiêu cần điều trị.
Đơn vị phát tia gamma phải được định vị chính xác với mục tiêu đã xác định.
Cũng giống như các phương pháp xạ trị thơng thường, việc xác định chính xác vị

trí và ước lượng liều lượng chiếu là hết sức cần thiết. Q trình điều trị địi hỏi phải
được theo dõi bởi các nhà vật lý y sinh, đảm bảo cho các thiết bị phần mềm hoạt động
tốt nhất. Thiết bị cần phải được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo độ chính xác và an
tồn cho bệnh nhân và thầy thuốc.

VI. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính
VI.1. Nguyên lý hoạt động
Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt vi mơ tích điện như hạt alpha, proton,
electron bằng điện hoặc từ trường. Máy gia tốc Van de Graaff đầu tiên được lắp đặt vào
năm 1931. Tuy vậy loại máy gia tốc Van de Graaff không tạo được chùm điện tử lớn
hơn 6MeV. Về sau các máy gia tốc thẳng đã được cải tiến và sử dụng dòng điện xoay
chiều cao tần cung cấp cho từng đoạn ống để gia tốc hạt điện tử.
Ngày nay máy gia tốc được chế tạo rất hiện đại với hai loại tia phát ra là electron
và photon. Khi sử dụng LINAC loại này ta có 2 nguồn xạ để điều trị: chùm hạt electron
trực tiếp và chùm photon được sản sinh ra do chùm điện tử đập vào đối âm cực giống
như trong bóng quang tuyến X (tạo ra bức xạ hãm). Tuy nhiên ở đây năng lượng photon
rất cao do động năng của chùm điện tử được gia tăng rất lớn. Để hội tụ chùm tia lại theo
hướng và vị trí mong muốn cần có một hệ thống từ trường kèm theo người ta sử dụng
bộ phận làm chụm và lái chùm tia. Có thể uốn và lái chùm tia đó theo các hướng.
Trong xạ trị các máy thường kèm theo bộ lọc phẳng, ống định hướng (collimator),
giá đỡ lọc nêm, che chắn bằng chì để tạo hình dạng thích hợp của chùm tia. Các
collimator có thể chuyển động đối xứng song song hoặc độc lập. Máy hiện đại có các
collimator nhiều lá (Multi Leaf Collimator: MLC) với sự điều khiển tự động của máy
tính. Điều này giúp thực hiện tốt hơn kỹ thuật điều trị điều biến liều (IMRT) theo hình
thái khối u. Do đó phạm vi ứng dụng của máy gia tốc đã được mở rộng. Vì vậy có thể
coi máy gia tốc là một nguồn phóng xạ nhân tạo đặc biệt phát ra đủ các loại tia có cường
độ và năng lượng mong muốn.

Trang 18

Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Hình 13: Máy xạ trị gia tốc tuyến
tính.

VI.2. Cấu hình máy gia tốc hiện đại
Cấu hình đơn giản và thơng thường nhất là súng electron và bia tia X thẳng hàng
trực tiếp với đường đồng tâm của máy gia tốc để tránh phải dùng hệ thống vận chuyển
chùm tia (hình 14). Chùm photon thẳng suốt từ đầu đến cuối được tạo ra. Các máy này
có mức năng lượng thấp từ 4-6 MeV.

Hình 14: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có súng phát electron, ống dẫn sóng và
bia tia X thẳng hàng.
Ống dẫn sóng với các mức năng lượng trung bình 8-15 MeV và cao 15-30MeV sẽ
rất dài nếu gần đường đồng tâm trực tiếp, bởi vậy chúng được đặt trong dàn quay song
song với trục quay (hình 15), hoặc trong khung giá đỡ giàn quay ( hình 16). Sau đó một

Trang 19


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

hệ thống vận chuyển chùm tia được sử dụng để dẫn chùm electron từ ống dẫn sóng gia
tốc tới bia.

Hình 15: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn quay.

Hình 16: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ máy

VI.3. So sánh máy Cobalt và máy gia tốc
o Đối với những khối u nằm rất nông, khi tia xạ của máy Cobalt xuyên qua da vào
đến nơi thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với yêu cầu (100% ở độ sâu cách mặt da 0,5 cm).
Trường hợp này sẽ được xử lý rất tốt với chùm điện tử của máy gia tốc, bởi các cường
độ chùm điện tử có thể giảm rất nhanh, đáp ứng yêu cầu điều trị. Hơn nữa, tia xạ sẽ mất
hẳn ở độ sâu 5 cm. Cả hai điều này khiến những vùng lành ít bị tổn thương hơn.

Trang 20


Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

o Đối với những khối u ở sâu, ví dụ như một khối u nằm giữa phổi, cách bề mặt da
trung bình 8 cm, liều xạ của máy Cobalt khi vào đến đây lại quá thấp, chỉ còn 40%,
trong khi liều xạ của máy gia tốc có thể đạt 70%, giúp cho việc điều trị đạt hiệu quả tốt
hơn.
o Thực nghiệm cho thấy chùm photon có năng lượng càng lớn thì hiện tượng tán
xạ càng ít. Do vậy khi thu hẹp kích thước chùm tia thì diện tích trường chiếu đồng liều
càng thu hẹp nếu chùm photon đó có năng lượng càng cao. Ví dụ: chùm photon 20 MV
có thể cho trường chiếu đồng liều có đường kính là 15 cm trong lúc đó với photon 50
MeV đường kính đó chỉ là 6 cm. Vấn đề này không được lưu ý nhiều trong xạ trị với
Co-60 nhưng được coi trọng với máy gia tốc.
o Máy gia tốc an toàn hơn nhiều vì nó ngừng phát tia khi tắt máy, cịn ở máy
cobalt thì đồng vị phóng xạ vẫn phân rã liên tục và phát tia khi khơng cịn cần đến.
o Máy Co-60 đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ. Nguồn cũ bỏ
ra cần xử lý để đảm bảo an toàn bức xạ.

Trang 21

Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an tồn bức xạ

Tài liệu tham khảo






/>


/>










/>


/>
Trang 22