Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

DƯƠNG THANH TÀI

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT
XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (JO-IMRT)

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

TP HỒ CHÍ MINH - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

DƯƠNG THANH TÀI

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XẠ TRỊ
ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (JO-IMRT)

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao
Mã số chuyên ngành: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS.CHÂU VĂN TẠO

TP HỒ CHÍ MINH - 2012

Lời cảm ơn
Công Cha, Nghĩa Mẹ, Ơn Thầy
Con sẽ nhớ mãi suốt đời không quên.

Đầu tiên tôi xin gửi những lời tri ân đến Bố Mẹ tôi-người đã sinh ra và nuôi
dưỡng, tạo mọi điều kiện vật chất cũng như khích lệ tình thần để tôi có thể hoàn
thành luận văn này đúng tiến độ. Tôi xin cảm ơn Anh/Chị tôi đã quan tâm và động
viên tôi trong suốt quá trình học tập và trong cuộc sống.
Qua luận văn này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy
hướng dẫn của tôi-PGS.TS.Châu Văn Tạo. Thầy đã luôn quan tâm, theo sát tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thầy đã đọc, đưa ra những góp ý cho
luận văn của tôi rất cẩn thận. Cho tôi những bài học hữu ích, quý giá để tôi rút kinh
nghiệm sau này. Đây là những bài học vô cùng quý giá mà không có trường lớp nào
đào tạo. Thầy luôn cho tôi những động lực cũng như áp lực để tôi cố gắng hoàn
thành luận văn này. Lần nữa, cho tôi xin được cảm ơn Thầy.
Xin cảm ơn Quý Thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian đọc
và góp ý chân thành cho luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn Quý Thầy cô trong bộ môn Vật lý Hạt nhân trường Khoa Học Tự
Nhiên TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, giúp đỡ.
Xin cảm ơn các bạn cao học vật lý hạt nhân khóa 20 đã cùng tôi cố gắng học
tập, hỗ trợ lẫn nhau.
Xin gửi lời cảm ơn đến ban giám đốc bệnh viện đa khoa Đồng Nai:
TS.BS.Phan Huy Anh Vũ, TS.BS.Trương Thiết Dũng đã tạo mọi điều kiện tốt nhất
cho tôi cơ hội ra thực tập tại bệnh viện Bạch Mai-Hà Nội.
Xin gửi lời cám ơn đến Trưởng khoa Y học Hạt nhân: BS.CKI.Đinh Thanh
Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể vừa đi học vừa đi làm trong suốt thời
gian qua và xin cảm ơn tập thể khoa Y học Hạt nhân-BV ĐK Đồng Nai.
Cuối cùng, xin cám ơn người luôn ở bên cạnh tôi-Lương Thị Thu.
Xin chân thành cám ơn

i

MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................. iii
Danh mục các bảng ................................................................................................. iv
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................v
CHƢƠNG 1: UNG THƢ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ .............................3
1.1. Tổng quan về ung thƣ .......................................................................................3
1.2. Các phƣơng pháp điều trị ung thƣ .....................................................................3
1.3. Cơ sở xạ trị ung thƣ ...........................................................................................4
1.3.1. Cơ sở sinh học ............................................................................................4
1.3.2. Cơ sở vật lý ................................................................................................6
1.3.2.1. Tƣơng tác của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học ............................6
1.3.2.2. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá ......................................7
1.4. Các loại hình điều trị bằng bức xạ ....................................................................9
1.4.1. Điều trị bằng nguồn xa ...............................................................................9
1.4.2. Điều trị áp sát ...........................................................................................10
CHƢƠNG 2: MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ 3D-CRT
TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƢ ..........................................................12
2.1. Những hạn chế của máy xạ trị cobalt trong điều trị ........................................12
2.2. Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính ..............................................................14
2.2.1. Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính.................................................................15
2.2.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................16
2.3. Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT...................................................................................17
2.3.1. Hệ thống lập kế hoạch điều trị TPS .........................................................18
2.3.2. Quy trình thực hành lâm sàng kỹ thuật xạ trị 3D-CRT ............................18
2.3.2.1. Đánh giá bệnh nhân và quyết định xạ trị ...........................................19
2.3.2.2. Cố định tƣ thế bệnh nhân ...................................................................19
2.3.2.3. Mô phỏng ...........................................................................................20

2.3.2.4. Ghi nhận và xử lý hình ảnh bệnh nhân ..............................................21
2.3.2.5. Khoanh vùng điều trị và vùng bảo vệ ................................................22


ii

2.3.2.6. Thiết lập trƣờng chiếu và sử dụng các thiết bị hỗ trợ ........................25
2.3.2.7. Tính toán liều lƣợng và phân bố liều .................................................25
2.3.2.8. Đánh giá kế hoạch ..............................................................................26
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƢỜNG ĐỘ JO-IMRT ..............29
3.1. Nguyên lý của kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ IMRT ...............................30
3.2. Bài toán lập kế hoạch ngƣợc trong kỹ thuật xạ trị IMRT ...............................33
3.2.1. Bài toán lập kế hoạch xuôi và lập kế hoạch ngƣợc ..................................33
3.2.2. Quy trình và các mô hình tối ƣu hóa trong kỹ thuật IMRT .....................37
3.3. Mô hình tối ƣu hóa theo liều ...........................................................................41
3.3.1. Hàm mục tiêu ...........................................................................................42
3.3.1.1. Công thức toán học ............................................................................42
3.3.1.2. Cơ sở xây dựng hàm mục tiêu............................................................44
3.3.2. Mục tiêu về liều lƣợng .............................................................................45
3.3.3. Mục tiêu liều lƣợng-thể tích .....................................................................47
3.3.4. Mục tiêu về EUD .....................................................................................48
3.3.5. Hệ số quan trọng ......................................................................................50
3.4. Thuật toán tối ƣu hóa trực tiếp độ mở (DAO) ................................................50
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XẠ TRỊ JO-IMRT VÀ KẾT QUẢ ĐO
THỰC NGHIỆM TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA ĐỒNG NAI ..........55
4.1. Trang thiết bị cần thiết để triển khai kỹ thuật xạ trị JO-IMRT .......................55
4.2. Quy trình kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ (JO-IMRT)...............................55
4.2.1. Lập kế hoạch xạ trị JO-IMRT với phần mềm Prowess panther...............56
4.2.2. Quy trình đo liều kiểm tra chất lƣợng (QA) cho JO-IMRT .....................60
4.3. Kết quả lập kế hoạch xạ trị JO-IMRT và kết quả QA ....................................64

4.4. Kết luận ...........................................................................................................70
KẾT LUẬN ...............................................................................................................71
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................73
PHỤ LỤC ..................................................................................................................75


iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3D-CRT:

Three dimensional conformal radiotherapy

AFC:

Automatic frequency control

CT:

Computed comography

CT SIM:

Computed tomography simulation

CTV:

Clinical target volume

DAO:

Direct aperture optimazation

DICOM:

Digital imaging and communications in medicine

DNA:

Deoxyribo nucleic acid

DVH:

Dose volume histogram

EUD:

Equivalent uniform dose

GTV:

Gross tumor volume

IAEA:

International atomic energy agency

ICRU:

International commission on radiation units

IGRT:

Image guided radiation therapy

IMRT:

Intensity modulated radiation therapy

MLC:

Multileaf collimator

MRI:

Magnetic resonance imaging

NTCP:

Normal tissue complication probability

OAR:

Organs at risk

PET:

Position emission tomography

PTV:

Planning target volume

RNA:

Ribonucleic acid

SAD:

Source axis distance

SPECT:

Single photon emission computed tomography

SSD:

Source surface distance

TCP:

Tumor control probability

JO-IMRT:

Jaw only Intensity modulated radiation therapy


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Kết quả so sánh liều hấp thụ giữa 2 kế hoạch JO-IMRT và 3D-CRT ............66
Bảng 4.2: Sai số giữa liều tính và liều đo của bệnh nhân Nguyễn Thị M, ung thƣ
vòm tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai ......................................................67
Bảng 4.3: Sai số giữa liều tính và liều đo của bệnh nhân ung thƣ vòm tại bệnh viện
K-Hà Nội .................................................................................................67
Bảng 4.4: Sai số giữa liều tính và liều đo tại bệnh viện Bạch Mai-Hà Nội .............68
Bảng 4.5: Sai số giữa liều tính và liều đo của bệnh nhân Trần Văn H, ung thƣ vòm
tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai ..............................................................70


v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Chu kỳ tế bào .............................................................................................5
Hình 2.1: Máy gia tốc tuyến tính tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai .........................14
Hình 2.2: Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính .................................................................15
Hình 2.3: Kỹ thuật xạ trị thông thƣờng 2D (a) và kỹ thuật xạ trị 3D-CRT (b) ........17
Hình 2.4: Quy trình lập kế hoạch xạ trị ....................................................................19
Hình 2.5: Hệ thống máy CT mô phỏng tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai ................20
Hình 2.6: Các vùng thể tích khác nhau cần xác định theo ICRU ............................23
Hình 3.1: So sánh phân bố liều lƣợng giữa kế hoạch 3D (trái) và IMRT (phải) .....30
Hình 3.2: Phân bố liều của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT và IMRT .................................31
Hình 3.3: Hình dạng chùm tia đƣợc tạo ra bởi MLC (trái) và Jaw (phải)................32
Hình 3.4: Bản đồ liều lƣợng phức hợp .....................................................................32
Hình 3.5: Bài toán kế hoạch xuôi .............................................................................33
Hình 3.6: Bài toán lập kế hoạch ngƣợc ....................................................................34
Hình 3.7: Nguồn đƣợc chia thành nhiều chùm tia đơn vị ........................................36
Hình 3.8: Quy trình tối ƣu hóa trong kỹ thuật IMRT ...............................................38

Hình 3.9: Chùm tia và cơ thể bệnh nhân đƣợc chia thành nhiều phần nhỏ..............43
Hình 3.10: Đặt điều kiện cho bài toán ngƣợc ...........................................................46
Hình 3.11: Đồ thị mục tiêu liều-thể tích ...................................................................48
Hình 3.12: Quy trình thuật toán DAO ......................................................................51
Hình 3.13: Bƣớc đầu tiên trong quá trình tối ƣu ......................................................52
Hình 3.14: Cực tiểu địa phƣơng và cực tiểu toàn cục ..............................................53
Hình 3.15: Các phân đoạn trƣờng chiếu (segment) và bản đồ cƣờng độ .................54
Hình 4.1: Quy trình kỹ thuật xạ trị JO-IMRT ..........................................................56
Hình 4.2: Các trƣờng chiếu: 720, 1000, 1550, 1800, 2100, 2650, 3000 .......................57
Hình 4.3: Biểu diễn các hàm mục tiêu trong phần mềm Prowess panther ...............58
Hình 4.4: Đƣờng DVH thay đổi khi điều chỉnh trọng số của PTV ..........................59
Hình 4.5: Đƣờng DVH của kế hoạch cuối cùng ......................................................59
Hình 4.7: Thiết bị đo liều Dose 1 .............................................................................61


vi

Hình 4.8: Sơ đồ hệ đo kiểm tra chất lƣợng...............................................................62
Hình 4.9: Vị trí các điểm đo liều trong kế hoạch QA JO-IMRT ..............................62
Hình 4.10: Thiết lập plastic phantom đo hệ số hiệu chỉnh máy ...............................63
Hình 4.11: Liều tính toán và liều đo đƣợc tại điểm khảo sát. ..................................64
Hình 4.12: Hình ảnh lát cắt CT đã đƣợc xác định GTV, CTV ................................65
Hình 4.13: So sánh kế hoạch xạ trị JO-IMRT và 3D-CRT ......................................65
Hình 4.14: So sánh 2 DVH: JO-IMRT (nét đứt) và 3D-CRT (nét liền) ..........................66
Hình 4.15: Đƣờng isodose kế hoạch JO-IMRT bao sát khối u hơn 3D-CRT ..........69
Hình 4.16: So sánh 2 DVH: JO-IMRT (nét liền) và 3D-CRT (nét đứt) .........................69


1

MỞ ĐẦU
Nhờ vào sự phát triển của khoa học và công nghệ, thời gian qua đã có rất
nhiều kỹ thuật hiện đại giúp điều trị ung thƣ đạt hiệu quả cao và cứu sống đƣợc rất
nhiều bệnh nhân. Hiện nay, chúng ta có nhiều phƣơng pháp để điều trị cho bệnh
nhân ung thƣ nhƣ phẫu thuật, hóa chất, xạ trị,... Tuy nhiên, xạ trị vẫn là một trong
những phƣơng pháp phổ biến đối với hầu hết các loại ung thƣ.
Có thể nói, xạ trị là một trong những ngành ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào y
học mạnh mẽ nhất. Các kỹ thuật xạ trị hiện tại có những tiến bộ vƣợt bậc và giúp
cho sự phân bố liều tối ƣu tại thể tích bia (khối u), đồng thời giảm đến mức tối thiểu
sự nguy hại cho các tổ chức lành liên quan. Từ kỹ thuật phân bố hai chiều (2-D); ba
chiều theo hình dạng khối u (3D-CRT) đến xạ trị điều biến cƣờng độ (IMRT); xạ trị
dƣới sự hƣớng dẫn của hình ảnh (IGRT); xạ trị cắt lớp (tomotherapy) và xạ trị bằng
hạt nặng (heavy ion),... đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi tại nhiều nƣớc trên Thế
Giới.
Kỹ thuật xạ trị ba chiều theo hình dạng khối u (3D-CRT) là một kỹ thuật đƣợc
sử dụng phổ biến hiện nay tại các trung tâm xạ trị trong cả nƣớc. Tuy nhiên, kỹ
thuật này có một vài hạn chế nhất định trong việc xác định sự phân bố liều, nhất là
với những trƣờng hợp khối u có hình dạng phức tạp và áp sát các vùng cơ quan lành
cần bảo vệ. Trong đề tài này chúng tôi trình bày kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ
(IMRT). Kỹ thuật này đã đƣợc thừa nhận và ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng với
hệ thống máy có ống chuẩn trực đa lá (MLC). Nhƣng đối với một số hệ thống máy
gia tốc không có MLC vẫn có thể thực hiện kỹ thuật IMRT chỉ với bốn lá ngàm
(jaw only). Kỹ thuật này là kỹ thuật JO-IMRT đƣợc tích hợp trong phần mềm lập kế
hoạch xạ trị Prowess panther và đã đƣợc áp dụng tại Trung tâm ung bƣớu-bệnh viện
Bạch Mai từ năm 2008 đến nay. Mục đích của luận văn là nghiên cứu nhằm ứng
dụng, triển khai kỹ thuật xạ trị JO-IMRT tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai.


2

Nội dung của luận văn này gồm 4 chƣơng
Chƣơng 1: Ung thƣ và các phƣơng pháp điều trị. Trong chƣơng này trình bày
về cơ sở của xạ trị cũng nhƣ cơ sở diệt tế bào ung thƣ bằng bức xạ ion hóa.
Chƣơng 2: Máy gia tốc tuyến tính và kỹ thuật xạ trị 3D-CRT trong điều trị ung
thƣ: Trình bày sơ lƣợc về cấu tạo, nguyên lý của máy gia tốc tuyến tính sử dụng
trong xạ trị, và những hạn chế của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT.
Chƣơng 3: Kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ JO-IMRT: Trong chƣơng này
chúng tôi trình bày tổng quan về kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ (IMRT), các mô
hình tối ƣu hóa trong kỹ thuật xạ trị IMRT, thuật toán tối ƣu hóa.
Chƣơng 4: Ứng dụng kỹ thuật xạ trị JO-IMRT và kết quả đo thực nghiệm tại
bệnh viện đa khoa Đồng Nai: Trình bày về việc lập kế hoạch, đo kiểm tra trên thực
tế để đánh giá độ chính xác, tin cậy của kỹ thuật xạ trị điều biến cƣờng độ JO-IMRT,
so sánh kết quả đo tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai với kết quả đo tại bệnh viện
Bạch Mai và bệnh viện K.


3

CHƢƠNG 1
UNG THƢ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ
1.1. Tổng quan về ung thƣ
Ung thƣ là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong cho con ngƣời
trên toàn cầu. Hiện nay, việc phòng chống ung thƣ đi vào ba hƣớng chính: Phòng
bệnh, phát hiện sớm và ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại vào điều trị ung thƣ.
Việc điều trị ung thƣ căn cứ vào nhiều yếu tố nhƣ cơ quan, vị trí bị ung thƣ, thể giải
phẫu bệnh lý, giai đoạn bệnh, cũng nhƣ tình trạng chung của bệnh nhân. Phát hiện
sớm cũng nhƣ chẩn đoán đúng giai đoạn bệnh có ý nghĩa tiên quyết trong việc quyết
định phƣơng pháp điều trị để đem lại hiệu quả cao cho ngƣời bệnh.
Trên Thế Giới, theo số liệu của Tổ chức Ung thƣ Mỹ công bố thì năm 2007 có
khoảng 7,6 triệu ngƣời chết do bệnh ung thƣ. Ngoài ra còn có 12 triệu ngƣời mang

trong ngƣời căn bệnh ung thƣ trên toàn Thế Giới. Còn theo Tổ chức kiểm soát ung
thƣ Thế Giới thì trong năm 2005, tỉ lệ ngƣời chết do bệnh ung thƣ là 13% trong
tổng số 58 triệu ngƣời chết trên Thế Giới. Trong đó khoảng hơn 70% số ngƣời chết
vì bệnh ung thƣ xảy ra ở các nƣớc có thu nhập thấp và trung bình. Theo ƣớc tính thì
số ngƣời chết vì ung thƣ sẽ tiếp tục tăng khoảng 9 triệu ngƣời vào năm 2015 và 11,4
triệu ngƣời trong năm 2030 [4].
Tại Việt Nam, theo nghiên cứu của GS.Nguyễn Bá Đức thì ung thƣ vẫn là
nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, mỗi năm có khoảng 150.000 ngƣời mắc bệnh
ung thƣ mới và khoảng 75.000 ngƣời tử vong vì bệnh này. Theo ƣớc tính đến năm
2010 số ngƣời mắc bệnh là 200.000 và tử vong là 100.000 ngƣời [4].
1.2. Các phƣơng pháp điều trị ung thƣ
Hiện nay có 3 phƣơng pháp điều trị ung thƣ: Phẫu thuật, xạ trị, hóa trị. Ngoài
ra có thể điều trị kết hợp các phƣơng pháp để đạt đƣợc hiệu quả mong muốn.
Phẫu thuật: Là phƣơng pháp điều trị ung thƣ cổ điển nhất. Khi phẫu thuật, các
tế bào ung thƣ đƣợc lấy đi càng nhiều càng tốt. Đôi khi những tế bào lân cận xung
quanh khối u cũng đƣợc cắt bỏ để đảm bảo chắc chắn tế bào ung thƣ đƣợc loại bỏ
hoàn toàn. Phƣơng pháp này hiệu quả cho những khối u còn khu trú, chƣa di căn.


4

Xạ trị: Là phƣơng pháp sử dụng bức xạ ion hóa để tiêu diệt khối u. Về cơ bản,
xạ trị đƣợc chia ra làm 2 loại: Xạ trị ngoài và xạ trị trong.
Hóa trị: Là phƣơng pháp sử dụng hóa chất để điều trị ung thƣ. Nó đƣợc dùng
khi ung thƣ đã lan ra ngoài vị trí ban đầu, di căn ở nhiều nơi, hoặc khối u đã quá lớn.
1.3. Cơ sở xạ trị ung thƣ
1.3.1. Cơ sở sinh học
Tế bào là đơn vị căn bản của cơ thể. Nhiều tế bào họp lại thành mô: Mô sợi,
mô mỡ, mô cơ, mô liên kết, mô xƣơng, mô sụn, mô thần kinh…, nhiều mô hợp
thành cơ quan: Tim, phổi, mắt, mũi, tay, chân, ruột, gan,… các cơ quan tạo thành cơ

thể sống. Do nhu cầu hoạt động của các cơ quan, nhất là để bù đắp cho các tế bào
già cỗi chết đi, các tế bào phải sinh sản thêm bằng cách phân chia thành 2 tế bào
con. Quá trình phân chia tế bào gọi là chu kỳ tế bào [1].
Chu kỳ tế bào là chuỗi các sự kiện liên quan đến sự sao chép DNA (deoxyribo
nucleic acid) và sự phân bố cân bằng của nó đối với các thế hệ tế bào con cháu đƣợc
sinh ra do sự phân chia. Sự phân chia tế bào đƣợc diễn tiến qua một số giai đoạn
(còn gọi là pha). Tất cả các tế bào, kể cả ác tính và không ác tính trong quá trình
đều trải qua 5 pha của chu kỳ tế bào đó là G0, G1, S, G2 và M (hình 1.1).
Pha G0 (pha nghỉ sau phân bào). Pha G0 là giai đoạn trong chu kỳ khi mà các
tế bào có khả năng thay mới bình thƣờng và không tăng sinh. Trong pha này, các tế
bào hình thành mọi chức năng, ngoại trừ những chức năng liên quan tới tăng sinh.
Pha này gồm cả các tế bào đang phân chia lẫn các tế bào đang trong trạng thái nghỉ.
Các tế bào bình thƣờng trong pha G0 đƣợc hoạt hoá chỉ bằng một kích thƣớc nào đó
để đi vào chu kỳ tái sinh sản nghĩa là sự chết của tế bào cùng loại.
Pha G1 là pha phát triển hoặc giai đoạn sau phân bào/tiền tổng hợp. Pha G1
diễn ra trong khoảng từ 12-14 giờ, kéo dài từ khi hoàn thiện sự phân chia tế bào
trƣớc đó cho tới thời điểm bắt đầu sao chép nhiễm sắc thể. Các tế bào mang theo
các chức năng sinh lý đƣợc phân công của chúng và tổng hợp các protein và axit
ribonucleic (RNA). Pha G1 là sự khởi đầu, sẵn sàng cho các tế bào chuẩn bị bƣớc
vào giai đoạn tổng hợp - pha S.


5

Pha S (tổng hợp). Trong pha tổng hợp, kéo dài khoảng từ 7-20 giờ, RNA đƣợc
tổng hợp và đó là cơ sở cho sự tổng hợp nên DNA. Sự tổng hợp DNA chỉ đƣợc thực
hiện ở pha này. Các tế bào dễ bị tổn thƣơng nhất trong pha S này.

Hình 1.1: Chu kỳ tế bào
Pha G2 (pha tiền phân bào). Pha G2 kéo dài từ 1- 4 giờ, nằm trong những giai

đoạn hoạt động tƣơng đối yếu vì các tế bào chờ đợi để đi vào pha phân bào, pha này
bao gồm khoảng thời gian từ khi kết thúc sự tổng hợp DNA cho đến khi bắt đầu sự
phân chia tế bào. Đôi khi tổng hợp protein bổ sung có thể xảy ra trong pha G2 này,
nhƣng chủ yếu pha này tổng hợp nên các cấu trúc protein chứ không phải thành các
enzym. Một vài tổng hợp RNA bổ sung có thể xảy ra trong pha này.
Pha M (sự phân bào). Trong pha M, từ 40 phút đến 2 giờ, diễn ra sự phân bào
và phân chia các tế bào. Sự sao chép DNA phải đƣợc hoàn thiện trƣớc khi các tế
bào đi vào chu kỳ phân bào. Sau phân ƣơ bào, các tế bào con hoặc sẽ quay về pha
G0 và ngừng phân chia, hoặc nếu có kích thích sự phân chia thì chúng sẽ đi vào pha
G1 và tiếp tục chu kỳ sinh sản mới.
Các tế bào ung thƣ có khả năng kết thúc chu kỳ tế bào nhanh hơn bằng cách
giảm khoảng thời gian trong pha G1. Chúng rất ít khi đi vào hoặc ở lại pha G0 của
chu kỳ tế bào hơn các tế bào lành; bởi thế mà chúng phân chia một cách liên tục [5].
Đặc điểm của tế bào ung thƣ là nhạy cảm với các tia bức xạ hơn các tế bào khỏe
mạnh bình thƣờng. Điều này có nghĩa là các tế bào ung thƣ rất yếu trong cơ chế sửa
chữa những sai hỏng trên DNA so với các tế bào bình thƣờng. Khi đƣợc chiếu xạ


6

một liều thích hợp thì sẽ tiêu diệt đƣợc các tế bào ung thƣ này nhƣng vẫn đảm bảo
khả năng phục hồi của các tế bào lành. Việc này đƣợc thực hiện bằng cách chia quá
trình điều trị thành nhiều phân đoạn chiếu.
1.3.2. Cơ sở vật lý
1.3.2.1. Tƣơng tác của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học
Bức xạ ion hoá khi gặp vật chất sẽ gây nên hiện tƣợng kích thích hoặc ion hóa
các nguyên tử và phân tử cấu tạo. Nhƣ vậy năng lƣợng của bức xạ bị hao hụt, mật
độ tia bị suy giảm và đƣờng đi có thể bị thay đổi. Kết quả là cƣờng độ bị suy giảm
và hƣớng đi của chùm tia bị thay đổi. Sự thay đổi đó phụ thuộc nhiều vào bản chất
tia, năng lƣợng tia và đặc điểm của vật chất mà nó đi qua. Tại khối vật chất mà tia

đi qua do bị hấp thu năng lƣợng nên xảy ra những biến đổi trong đó. Sự biến đổi đó
tuỳ thuộc rất nhiều vào hiện tƣợng kích thích và ion hoá. Dù cơ chế có khác nhau
tùy loại tia nhƣng kết quả của sự tƣơng tác phụ thuộc trƣớc hết vào số lƣợng cặp ion
đƣợc tạo ra trong vật chất trên đơn vị đƣờng đi [7].
a. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ là năng lƣợng bị hấp thụ trên đơn vị khối lƣợng của đối tƣợng bị
chiếu xạ. Theo định nghĩa ta có:
D ht 

E
m

(1.1)

Trong hệ SI đơn vị của liều hấp thụ là J/kg hoặc erg/g. Đơn vị ngoại hệ là rad:
1rad = 100erg/g. Ngày nay ngƣời ta thƣờng dùng đơn vị Gray (Gy) 1Gy=100rad.
b. Liều chiếu
Liều chiếu của tia X hoặc tia gama là phần năng lƣợng của nó mất đi để biến
đổi thành động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lƣợng không khí, khí
quyển ở điều kiện tiêu chuẩn. Ký hiệu D ch .
D ch 

Q
m

(1.2)

Trong hệ SI đơn vị liều chiếu là Coulomb trên kilôgam (C/kg). Đơn vị ngoại
hệ là Rơnghen (R). Giữa R và C/kg có mối liên hệ sau.

7

1 R = 2,57976. 10-4 C/kg hay 1 C/kg  3876 R
Rơnghen là liều chiếu của chùm photon khi chiếu vào 1 cm3 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 109 cặp ion). Rơnghen(R) là
đơn vị trƣớc đây hay dùng trong y học phóng xạ và phóng xạ sinh học. Ngƣời ta
còn gọi liều chiếu là liều biểu kiến.
c. Liều tương đương
Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ không chỉ phụ
thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ. Một đại lƣợng đƣợc dùng
là liều tƣơng đƣơng. Liều tƣơng đƣơng là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ
quan T do bức xạ r, nhân với hệ số trọng số phóng xạ tƣơng ứng Wr của bức xạ
Liều tƣơng đƣơng = Liều hấp thụ x Wr

(1.3)

Đơn vị của liều tƣơng đƣơng là J/Kg, rem hoặc sievert (Sv) với 1Sv=100rem.
d. Liều hiệu dụng
Các mô khác nhau nhận cùng một liều tƣơng đƣơng nhƣ nhau lại có tổn
thƣơng sinh học khác nhau. Đó là do độ nhạy cảm phóng xạ của các mô khác nhau,
để đặc trƣng cho tính chất này ngƣời ta đƣa ra khái niệm trọng số của mô WT. Liều
hiệu dụng đƣợc tính.
Liều hiệu dụng = Liều tƣơng đƣơng x WT

(1.4)

1.3.2.2. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá [1]
Ở các phần trên chúng ta đã khảo sát bản chất các hiện tƣợng vật lý trong quá

trình tƣơng tác giữa bức xạ và vật chất. Tuy nhiên quá trình truyền năng lƣợng của
bức xạ lên tổ chức sinh học và gây tác dụng ở đó có những cơ chế phức tạp hơn.
Hiện nay ngƣời ta vẫn cho rằng có hai cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ
chức sinh học:
- Cơ chế tác dụng trực tiếp
Năng lƣợng của bức xạ trực tiếp chuyển giao cho các phân tử cấu tạo nên tổ
chức sinh học mà chủ yếu là các đại phân tử hữu cơ, năng lƣợng đó gây nên các quá
trình kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử. Tiếp theo là các phản ứng hóa


8

học xảy ra giữa các phân tử mới tạo thành sau khi bị kích thích hoặc ion hóa. Hai
giai đoạn này xảy ra rất nhanh. Các phân tử hữu cơ quan trọng bị tổn thƣơng gây
nên các tác dụng sinh học tiếp theo nhƣ tổn thƣơng chức năng hoạt động, gây đột
biến gen, hủy diệt tế bào, v.v...
Các quá trình kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử, các phản ứng hóa
học xảy ra giữa các phân tử trƣớc hết gây nên các tổn thƣơng tại đó và sau có thể
lan truyền ra các phân tử khác ở xung quanh.
- Cơ chế tác dụng gián tiếp
Tuy nhiên với lý thuyết cơ chế tác dụng trực tiếp ngƣời ta không giải thích
đƣợc một số kết quả thực nghiệm và quan sát thực tế. Ta biết nƣớc chiếm một tỷ lệ
rất cao (70% đến 90%) trong các tổ chức sinh học. Vì vậy có thể xem tổ chức sinh
học nhƣ một môi trƣờng bao gồm các phân tử hữu cơ và nƣớc. Do vậy có thể nghĩ
rằng bên cạnh cơ chế tác dụng trực tiếp còn có một cơ chế khác không kém phần
quan trọng với vai trò to lớn của các phân tử nƣớc làm trung gian. Đó là cơ chế tác
dụng gián tiếp. Cơ chế gián tiếp của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học là bức xạ
ion hóa tác dụng lên các phân tử nƣớc, gây nên những biến đổi ở đó tạo ra các sản
phẩm hóa học mới là các ion dƣơng hoặc âm (H2O-, H2O+, H+, OH-) và các phân tử
ở trạng thái kích thích (H2O*, H*, OH*, HO2*, v.v...). Các phân tử ở trạng thái kích

thích H*, OH* rất dễ kết hợp với nhau tạo ra các sản phẩm hóa học mới:
H*  H*  H*2
OH*  H*  H 2O*
OH*  OH*  H 2O 2

H2O2 là một hợp chất rất độc đối với các phân tử hữu cơ vì đó là một chất oxy
hóa rất mạnh. Trên thực tế lƣợng H2O2 đƣợc sản sinh ra nhiều hơn vì có các phản
ứng sau đây nếu trong tổ chức có nhiều O2.

 H 2O 

*

 O2  OH   HO*2

Hoặc: H*  O2  HO2

HO2  HO2  H 2O2  O2


9

Nếu hàm lƣợng oxy trong môi trƣờng càng nhiều thì lƣợng H2O2 đƣợc sản
sinh càng lớn. Nếu trong nƣớc có các chất hòa tan thì (HO2)* sẽ thu electron của
chất đó và biến thành (HO2)- rồi sau đó tƣơng tác với H+ cũng để thành peroxyd.

 HO2 

*

 e   HO2   H  H2O2


Phần lớn các phân tử hữu cơ (RH) trong tổ chức bị phá hủy bởi các phân tử
H2O2. Ngoài ra các gốc tự do (phân tử, nguyên tử ở trạng thái kích thích) H*, OH*
cũng dễ phản ứng với các phân tử hữu cơ gây nên những biến đổi và tạo ra thêm
những gốc kích thích R* và RO2* theo cơ chế sau đây.

RH  H*  R*  H2 và RH   OH   R *  H 2O
*

Các gốc R* bị kích thích cũng dễ gây ra các phản ứng hóa học mới làm cho số
lƣợng các phân tử hữu cơ bị tổn thƣơng tăng lên rất nhiều vì các phản ứng dây
chuyền sau đây.
R *  O 2  RO*2
RO 2  RH  ROOH+R *

Dựa vào lý thuyết này ngƣời ta hiểu đƣợc tác dụng lan truyền ra xa, tác dụng
kéo dài sau khi chiếu xạ, tác dụng của hàm lƣợng nƣớc, oxy trong môi trƣờng chiếu
và nhiều hiện tƣợng khác trong phóng xạ sinh học.
Trong cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học, hai cơ chế tác
dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó. Tùy thuộc môi
trƣờng và điều kiện mà có lúc cơ chế này có vai trò và vị trí lớn hơn cơ chế kia. Hai
cơ chế đó hỗ trợ cho nhau và giúp chúng ta hiểu đƣợc sâu sắc hơn bản chất của các
quá trình phóng xạ sinh học, để chúng ta tiến hành áp dụng bức xạ ion hóa có hiệu
quả hơn trong công tác thực tiễn.
1.4. Các loại hình điều trị bằng bức xạ
1.4.1. Điều trị bằng nguồn xa
Khái niệm xạ trị chiếu ngoài là trong phƣơng thức này tồn tại một khoảng
cách nhất định giữa nguồn xạ và đối tƣợng bị chiếu. Do đó trên thực tế thƣờng sử

dụng các photon trong điều trị chiều ngoài. Đó là tia X và tia gamma [1].


10

Khi sử dụng các tia này để điều trị cần lƣu ý các đặc điểm sau:
- Photon có năng lƣợng càng cao thì khả năng đâm xuyên càng lớn và hiệu quả
sinh học càng cao. Vì vậy ngƣời ta tìm cách tạo ra các thiết bị phát nguồn photon có
năng lƣợng ngày càng cao. Thực nghiệm cho thấy ở độ sâu 10 cm dƣới mặt da liều
hấp thụ tăng dần theo năng lƣợng tia và đạt hiệu quả cao nhất (gần 80% liều tối đa)
với các photon có năng lƣợng trung bình là: 8 MeV (từ 3 – 10 MeV).
- Tia đâm xuyên có năng lƣợng càng lớn khi vào cơ thể bệnh nhân càng tạo
nên suất liều điều trị trong sâu tốt hơn, đồng thời liều gây hại cho các mô lành trên
đƣờng xuyên qua càng ít hơn.
- Năng lựợng tia càng lớn thì tỷ lệ liều hấp thụ ở khối u trên tổng liều càng tăng.
- Sự tán xạ (khuếch tán) ra mô lành xung quanh u càng ít hơn khi năng lƣợng
chùm photon càng lớn.
- Chùm tia có cƣờng độ càng mạnh càng tạo ra mặt phẳng đồng liều (isodose)
trong mô bệnh tốt hơn.
1.4.2. Điều trị áp sát (brachytherapy)
1.4.2.1. Điều trị áp sát cổ điển
Trong điều trị áp sát thƣờng dùng các đồng vị phóng xạ (ĐVPX) phát ra beta
cứng hoặc gamma mềm, có thể dùng nguồn phóng xạ kín hoặc hở. Điển hình của kỹ
thuật điều trị áp sát là sử dụng các kim, chỉ, hạt,...bằng nguồn radium hoặc cobalt.
Công việc này thƣờng đƣợc kết hợp với phẫu thuật đơn giản hoặc phức tạp vùng
cần điều trị áp sát. Vì vậy tạo thành các phân khoa cụ thể cho điều trị áp sát vùng
đầu cổ, khí phế quản, ống tiêu hoá...
Radium-226 (266Ra) lần đầu tiên đƣợc dùng vào mục đích điều trị vào năm
1917. Ngƣời ta sử dụng năng lƣợng tia gamma phát ra từ các nguồn radium để tiêu
diệt các tế bào ung thƣ ở các hốc tự nhiên nhƣ tử cung, bàng quang, đại trực tràng,

hốc miệng ... Tuy 266Ra có chu kỳ bán rã (T1/2) là 1580 năm, dùng đƣợc lâu nhƣng
khó có đƣợc nguồn lớn. Các cơ sở điều trị thƣờng chỉ có đƣợc các nguồn dƣới dạng
các kim nhỏ cỡ 2 -10 g mà thôi. Việc sản xuất nó tốn kém, giá thành đắt vì phải tinh
lọc từ các quặng uran.


11

Đến năm 1951 đồng vị phóng xạ nhân tạo 60Co mới đƣợc sử dụng vào điều trị
và nó ngày càng đƣợc thay thế rộng rãi cho

266

Ra vì ngƣời ta có thể sản xuất đƣợc

các nguồn 60Co có độ phóng xạ lớn hơn 266Ra nhiều lần và rẻ hơn hàng ngàn lần.
1.4.2.2. Điều trị áp sát nạp nguồn sau (afterloading Brachytherapy)
Phƣơng pháp điều trị áp sát cổ điển đòi hỏi ngƣời thầy thuốc phải thao tác lâu
và trực tiếp với các nguồn xạ. Vì vậy ở các nƣớc tiên tiến không còn áp dụng nữa.
Gần đây với tiến bộ của tin học, kỹ thuật điện tử ngƣời ta có thể xác định vị trí, liều
lƣợng nguồn xạ và tạo ra đƣờng dẫn trƣớc, sau đó mới nạp nguồn xạ theo đƣờng
dẫn đó. Bằng cách này giảm đƣợc liều chiếu cho nhân viên điều trị và đƣợc gọi là
kỹ thuật điều trị áp sát nạp nguồn sau.
1.4.2.3. Điều trị chiếu trong bằng nguồn hở
Khác với 2 phƣơng thức điều trị kể trên, điều trị chiếu trong là phƣơng pháp
đƣa các nguồn phóng xạ hở vào tận tế bào, mô bệnh dựa theo các hoạt động sinh lý
chức năng hoặc rối loạn bệnh lý của cơ quan, cơ thể. Dƣợc chất phóng xạ có thể chỉ
là chất vô cơ hoặc hợp chất hữu cơ có gắn các ĐVPX thích hợp. Có thể đƣa chúng
vào cơ thể bằng đƣờng uống, tiêm hoặc truyền. Mục đích chủ yếu vẫn là kìm hãm
sự hoạt động cƣờng năng của mô, tuyến hoặc tiêu diệt các tế bào bệnh.

12

CHƢƠNG 2
MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ 3D-CRT
TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƢ
Việc ứng dụng của tia X vào điều trị ung thƣ nông ngày càng phong phú.
Trong đó là các máy phát tia-X 150 kV và 300 kV đƣợc sử dụng rất hiệu quả lần
lƣợt cho điều trị ung thƣ da và cho sự làm giảm bớt các triệu trứng tạm thời. Tuy
nhiên tính chất vật lý của tia này không đáp ứng đƣợc các yêu cầu điều trị các khối
u sâu bên trong. Việc nghiên cứu chùm bức xạ với mức năng lƣợng cao hơn, đồng
nghĩa với khả năng đâm xuyên lớn hơn, đã dẫn đến sự phát triển của máy xạ trị
cobalt-60. Phổ chùm tia gamma phát ra từ nguồn cobalt-60 có 2 đỉnh năng lƣợng tại
1,17 MeV và 1,33 MeV, cho năng lƣợng photon trung bình khoảng 1,25 MeV,
chùm bức xạ này có thể đƣợc dùng để điều trị tốt những khối u nằm gần bề mặt da.
Tuy nhiên tính chất vật lý của chùm tia gamma này vẫn còn có một số mặt hạn chế
việc điều trị các khối u sâu bên trong nhƣ: Liều ở bề mặt tƣơng đối lớn và điều trị
kém hiệu quả với các khối u nằm sâu trong da. Vì vậy ngƣời ta phải sử dụng máy
gia tốc trong xạ trị ung thƣ và sự ra đời máy gia tốc đã tạo ra bƣớc ngoặt lớn trong
điều trị ung thƣ. Trong chƣơng này chúng tôi trình bày những lợi thế của máy gia
tốc so với máy cobalt dẫn tới sự ra đời của máy gia tốc, sau đó đi tìm hiểu nguyên
lý cấu tạo chung của máy gia tốc. Cuối cùng là trình bày về kỹ thuật xạ trị thích ứng
ba chiều (3D-CRT).
2.1. Những hạn chế của máy xạ trị cobalt trong điều trị
Máy xạ trị cobalt là loại máy sử dụng chùm bức xạ gamma phát ra do sự phân
rã của đồng vị phóng xạ 60Co để điều trị. Nguồn 60Co đƣợc sản xuất có dạng đồng
xu (đƣờng kính 2cm) đƣợc ghép lại thành hình trụ. Hoạt độ ban đầu 6500 Ci. Thời
gian sử dụng khoảng 5 - 7 năm. Nguồn 60Co phát bức xạ gamma () với hai mức năng
lƣợng là 1,17 MeV và 1,33 MeV, năng lƣợng trung bình là 1,25 MeV, có thời gian

bán rã 5,27 năm. Các mức năng lƣợng của 60Co cố định làm cho việc điều trị trở nên
kém linh hoạt trong việc điều trị ung thƣ với các vị trí khối u khác nhau. Đối với


13

những khối u rất nông, nằm rất gần bề mằt da, khi điều trị bằng máy cobalt, liều hấp
thụ cực đại nằm ở độ sâu sâu hơn vị trí của khối u.
Nhƣ vậy, khi điều trị các khối u nông bằng máy cobalt thì liều không tập trung
vào khối u, và ảnh hƣởng lớn đến những vùng mô lành nằm sâu trong da. Để khắc
phục điều này, nếu điều trị bằng máy cobalt thì ngƣời ta phải sử dụng thêm một
dụng cụ, gọi là dụng cụ bù trừ. Dụng cụ bù trừ có tác dụng đƣa vùng liều hấp thụ
cực đại về gần bề mặt da hơn, nhƣ vậy sẽ tập trung đƣợc liều vào những khối u nằm
rất gần bề mặt da. Tuy nhiên, việc sử dụng dụng cụ bù trừ này cũng tƣơng đối bất
tiện. Để khắc phục hoàn toàn những nhƣợc điểm này, khi điều trị những khối u
nông, ngƣời ta sử dụng chùm bức xạ electron. Bởi vì các chùm tia electron mất
năng lƣợng ở gần bề mặt da và cƣờng độ chùm tia suy giảm nhanh chóng và sẽ mất
hẳn ở độ sâu 5 cm. Điều này khiến những vùng lành ít bị tổn thƣơng hơn.
Không chỉ không phù hợp cho những khối u rất nông, máy Co-60 cũng không
thể đáp ứng đƣợc với những khối u nằm sâu trong cơ thể. Ví dụ : 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 bởi. Để giúp cho việc điều trị trong trƣờng hợp này đạt hiệu quả tốt hơn,
cần phải có chùm bức xạ photon có mức năng lƣợng cao, để đƣa vùng liều cực đại
sâu hơn vào cơ thể.
Nhƣ vậy, để điều trị ung thƣ linh hoạt với những khối u ở những vị trí khác
nhau trong cơ thể đòi phải có những chùm bức xạ khác nhau nhƣ electron và photon,
đồng thời với điều đó là với mỗi loại bức xạ phải có nhiều mức năng lƣợng. Sự đa
dạng và linh động này giúp cho ta có thể điều trị đƣợc tất cả các khối u ở bất cứ vị
trí nào. Máy gia tốc ra đời hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc những đòi hỏi này. Ngoài
ra, sử dụng máy gia tốc trong xạ trị còn có những lợi thế nổi trội: Máy gia tốc an

toàn hơn nhiều vì nó ngừng phát tia khi tắt máy, còn ở máy cobalt thì đồng vị phóng
xạ vẫn phân rã liên tục và phát tia khi không còn cần đến. 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 để không gây ô nhiễm môi trƣờng. Đặc biệt suất liều bức xạ của máy
gia tốc cao hơn nguồn cobalt (thƣờng gấp 2-3 lần).


14

2.2. Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính
Máy gia tốc đƣợc ứng dụng trong lâm sàng từ đầu những năm 1950, hoặc bằng
các chùm electron hoặc các chùm tia X và đã trở thành thiết bị chủ yếu tại nhiều
trung tâm xạ trị. Về nguyên tắc, không có giới hạn trong công nghệ chế tạo máy gia
tốc với năng lƣợng của electron, ngoại trừ bản thân cấu trúc chiều dài tăng tốc của
thiết bị. Giới hạn năng lƣợng chùm electron hiệu dụng đạt đƣợc trong thực tế lâm
sàng nằm trong phạm vi từ 4-40 MeV.

Hình 2.1: Máy gia tốc tuyến tính tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai
Với mục đích ứng dụng trong lâm sàng, các loại máy gia tốc cần thiết kế sao
cho thỏa mãn một số những tiêu chuẩn, yêu cầu chủ yếu nhƣ sau [2]:
- Chùm tia bức xạ phải xác định đƣợc rõ năng lƣợng và thay đổi đƣợc về các kích
thƣớc chùm tia.
- Liều lƣợng bức xạ phải đồng đều bên trong chùm tia.
- Liều lƣợng của thiết bị phát ra phải ổn định không chỉ trong giai đoạn điều trị mà
phải ổn định suốt trong quá trình sử dụng.


15

- Liều lƣợng bức xạ phân bố trên bệnh nhân phải đƣợc đo đạc một cách chính xác.

- Chùm tia bức xạ phải điều chỉnh và thay đổi đƣợc hƣớng và vị trí bất kỳ trên bệnh
nhân.
- An toàn và ổn định về cơ khí cũng là một thông số hết sức quan trọng.
2.2.1. Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính
Các bộ phận chính là súng điện tử, nguồn phát sóng cao tầng klystron, ống gia
tốc, hệ thống uốn chùm tia, bộ phận kiểm soát liều lƣợng và bia phát tia X.

Hình 2.2: Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính
- Cần máy đứng (gantry stand): Đƣợc thiết kế để chịu tải, mặt khác có thể chứa:
Máy phát sóng, súng điện tử, và ống dẫn sóng gia tốc.
- Máy phát sóng: Gồm hai thành phần chính: Nguồn phát sóng (klystron hoặc
magnetron) và bộ điều chế xung. Magnetron và klystron: Là các nguồn phát vi
sóng hoạt động dƣới dạng xung ngắn cỡ một vài µs. Cả hai đƣợc lắp thêm bộ điều
chỉnh tần số tự động AFC (automatic frequency control) để có thể duy trì dao động
với tần số tối ƣu.
- Súng điện tử: Là thiết bị phát ra electron, nó gồm có hai loại chính là loại hai cực
và loại ba cực. Cơ chế cung cấp nhiệt cho catốt của súng điện tử có thể là trực tiếp
hoặc gián tiếp tuỳ theo nhà sản xuất.


16

- Ống dẫn sóng gia tốc: Gồm có ống dẫn sóng và ống gia tốc dùng để truyền đẫn và
tăng tốc chùm electron.
- Cần máy (gantry): Chứa hệ thống truyền tải electron, đầu máy điều trị. Cần máy
đƣợc gắn vào cần máy đứng và có thể quay đƣợc quanh trục vuông góc với nó.
- Hệ thống truyền tải electron: Để đƣa electron đến đầu máy điều trị.
- Đầu máy điều trị bao gồm: Bia tia - X đƣợc dùng để tạo ra chùm photon xạ trị nhờ
hiệu ứng bức xạ hãm khi chùm electron (đã đƣợc gia tốc) tƣơng tác với bia; Ống
chuẩn trực (gồm có các loại: Sơ cấp, xác định hình dạng chùm bức xạ, đối xứng và

độc lập) thƣờng đƣợc cấu tạo bởi hai cặp ngàm (jaw) để tạo dạng (chuẩn trực)
chùm bức xạ theo hình chữ nhật; các khối che chắn để tạo hình dạng trƣờng chiếu
thích hợp; các bộ lọc phẳng dùng để làm phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất;
bộ phận kiểm soát liều lƣợng (monitor).
- Giƣờng bệnh: Là nơi đặt bệnh nhân và bố trí các tƣ thế xạ trị. Nó có thể quay đƣợc
quanh trục trên mặt phẳng nằm ngang và cũng có thể nâng lên, hạ xuống để tạo
khoảng cách điều trị thích hợp.
- Bảng điều khiển: Là thiết bị điều khiển các hoạt động của máy gia tốc nhƣ: Quay,
đặt vị trí cho các ngàm trong ống chuẩn trực để định vị trƣờng điều trị.
- Nguồn cao áp: Cung cấp nguồn điện một chiều cho máy phát sóng.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Các electron đƣợc sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, đƣợc điều chế thành
các xung và phùn vào ống gia tốc. Đó là cấu trúc dẫn sóng mà trong đó năng lƣợng
dùng cho electron đƣợc cung cấp từ nguồn sóng siêu cao tần (với tần số khoảng
3000 MHz – bƣớc sóng 100 mm). Chùm electron đƣợc gia tốc có xu hƣớng phân kỳ
khi ra khỏi ống gia tốc và đƣợc hội tụ theo một quỹ đạo thẳng nhờ hệ thống điện
trƣờng đồng trục. Sau đó chùm electron đƣợc uốn theo một góc 900 hoặc 2700.. Nếu
cần sử dụng chùm tia electron thì cho electron ra trực tiếp để sử dụng, nhƣng nếu sử
dụng tia X thì cho chùm electron sau khi gia tốc chạm vào một bia kim loại (target).
Tại đây electron bị hãm lại và phát ra tia X (theo hiệu ứng bức xạ hãm
bremstralung).