Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá ngàm tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN KIM THOA

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA SỬ DỤNG
BỐN LÁ NGÀM TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. Vũ Tuấn Lâm
2. PGS.TS Nguyễn Đức Thuận

Hà Nội – Năm 2011

1


MỤC LỤC
Lời cam đoan………………………………………………………………………..4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tăt……………………………………………...5
Danh mục các bảng………………………………………………………………….6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị………………………………………………………..7
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU

TRỊ UNG THƯ ......................................................................................................... 12
1.1. Ung thư là gì?.................................................................................................12
1.2. Các phương pháp điều trị ung thư..................................................................14
1.3. Cơ sở của xạ trị ung thư .................................................................................15
1.3.1. Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào ...............................................................16
1.3.2. Cơ sở vật lý .............................................................................................19
1.4. Xạ trị ung thư và các kĩ thuật xạ trị................................................................20
1.4.1. Xạ trị áp sát .............................................................................................20
1.4.2. Tia xạ chuyển hóa và kết hợp chọn lọc...................................................21
1.4.3. Xạ trị chiếu ngoài ....................................................................................21
1.4.4. Các kĩ thuật xạ trị ngoài ..........................................................................22
CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ THÍCH ỨNG BA CHIỀU24
2.1 Những hạn chế của máy xạ trị Cobalt trong thực tế điều trị ...........................24
2.2 Cấu tạo và nguyên lý máy gia tốc thẳng .........................................................26
2.2.1 Cấu tạo cơ bản của máy gia tốc tuyến tính ..............................................26
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc......................................................29
2.2.3 Các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ và hình dạng chùm bức xạ
...........................................................................................................................30
2.3 Kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều 3D-CRT.....................................................37
2.3.1 Giới thiệu về hệ thống lập kế hoạch xạ trị ...............................................37

2


2.3.2 Các bước lập kế hoạch cho kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều với hệ thống
lập kế hoạch Prowess Panther ...........................................................................38
CHƯƠNG 3:KĨ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA SỬ
DỤNG BỐN LÁ NGÀM .......................................................................................... 52
3.1 Nguyên lý của phương pháp xạ trị điều biến cường độ chùm tia IMRTIntensity-Modulated Radiation Therapy ...............................................................52
3.1.1 Kĩ thuật xạ trị IMRT là gì?.......................................................................52

3.1.2 Vì sao IMRT lại có thể tốt hơn 3D-CRT?................................................53
3.1.3 Làm thế nào để điều biến cường độ chùm tia? ........................................54
3.2 Bài toán lập kế hoạch ngược trong kĩ thuật xạ trị IMRT ................................55
3.2.1 Bài toán lập kế hoạch xuôi và lập kế hoạch ngược..................................55
3.2.2 Quy trình và các mô hình tối ưu hóa trong kĩ thuật IMRT ......................59
3.3 Mô hình tối ưu hóa theo liều ...........................................................................64
3.3.1 Hàm mục tiêu ..........................................................................................65
3.3.2 Mục tiêu về liều lượng ............................................................................69
3.3.3 Mục tiêu liều lượng-thể tích.....................................................................71
3.3.4 Mục tiêu về EUD .....................................................................................73
3.3.5 Hệ số quan trọng (trọng số)......................................................................74
3.4 Thuật toán DAO IMRT và lựa chọn kết quả tối ưu dựa trên hàm mục tiêu ...75
CHƯƠNG 4: SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DỰA TRÊN
PHẦN MỀM PROWESS PANTHER VÀ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM TẠI BỆNH
VIỆN BẠCH MAI .................................................................................................... 80
4.1 Sử dụng kỹ thuật JO-IMRT trong xạ trị trên phần mềm Prowess Panther .....81
4.2 So sánh kết quả lập kế hoạch điều trị giữa JO-IMRT với các phương pháp
khác .......................................................................................................................85
4.2.1 So sánh với phương pháp 3D-CRT…………………………...………..84
4.2.2 So sánh với phương pháp MLC-IMRT………………………...………86
4.3. Đo đạc và kiểm tra liều lượng thực tế............................................................90
4.3.1 Quá trình đo đạc được chuẩn bị và thực hiện. …………………………91
4.3.2 Kết quả đo đạc………………………………………………………….93

3


4.3.3 Kết luận ………………………………………………………………...95
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 98
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................................................... 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 101

4


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
TS. Vũ Tuấn Lâm, PGS.TS Nguyễn Đức Thuận. Các số liệu, kết quả nêu trong luận
án là trung thực. Những kết luận của luận án chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Trần Kim Thoa

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CT:

Computed Tomography

CT SIM:

Computed Tomography Simulation

3D-CRT:

Three-dimensional conformal radiotherapy

IMRT:

Intensity-Modulated Radiation Therapy

MLC:

Multileaf Collimator

JO-IMRT:

Jaw Only Intensity-Modulated Radiation Therapy

MLC-IMRT:

Multileaf Collimator Intensity-Modulated Radiation Therapy

DAO:

Direct Aperture Optimazation

DVH:

Dose Volume Histogram

IAEA:

International Atomic Energy Agency

WHO:

World Health Organization

DNA:

Deoxyribo Nucleic Acid

RNA:

Ribonucleic Acid

AFC:

Automatic Frequency Control

SSD:

Source Surface Distance

SAD:

Source Axis Distance

DICOM:

Digital Imaging and Communications in Medicine

MRI:

Magnetic resonance imaging

PET:

Position Emission Tomography

SPECT:

Single Photon Emission Computed Tomography

GTV:

Gross Tumor Volume

CTV:

Clinical Target Volume

PTV:

Planning Target Volume

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2009...................13
Bảng 1.2: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2010...................14
Bảng 4.1 Kết quả đo đạc thực nghiệm ......................................................................96

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Chu kì tế bào ..............................................................................................17
Hình 1.2: Tương tác của bức xạ với DNA ................................................................19
Hình 1.3: Các kĩ thuật xạ trị ngoài ............................................................................22
Hình 2.1 Mô hình máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị ..............................................27
Hình 2.2 Sơ đồ khối của máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị. ..................................27
Hình 2.3 Các cặp ngàm và sự tạo dạng trường chiếu. ..............................................30
Hình 2.4 Sử dụng tấm đệm cho bệnh nhân ...............................................................31
Hình 2.5 Dụng cụ bù trừ mô .....................................................................................31
Hình 2.6 Hình dạng ống chuẩn trực nhiều lá - MLC ................................................32
Hình 2.7 Khối che chắn chì được gắn trên giá đỡ.....................................................33
Hình 2.8 Ví dụ về biểu đồ đồng liều .........................................................................34
Hình 2.9 Các đường cong đồng liều cho một lọc nêm..............................................35
Hình 2.10 Ảnh hưởng của lọc nêm vật lý và lọc nêm động đến đặc trưng của chùm
bức xạ ........................................................................................................................36
Hình 2.11 Kĩ thuật xạ trị thông thường và thích ứng ba chiều .................................37
Hình 2.12. Quy trình lập kế hoạch xạ trị...................................................................39
Hình 2.13. Sơ đồ mình họa các khối thể tích trong xạ trị theo ICRU.......................42
Hình 2.14. Phân bố liều theo độ sâu trong nước của chùm photon và electron........43
Hình 2.15. Hiển thị phân bố liều trong phần mềm Prowess, trường chiếu 10x10 cm
với các mức năng lượng khác nhau...........................................................................44
Hình 2.16. Hướng chiếu trong xạ trị khối u vòm và hạch cổ cao .............................44
Hình 2.17. Hướng chiếu trong xạ trị vùng hạch cổ thấp (ung thư vòm)...................45
Hình 2.18. Các hướng chiếu trong ung thư thực quản..............................................45
Hình 2.19. Các hướng chiếu thường dùng trong xạ trị các vùng tiểu khung............46
Hình 2.20. Ứng dụng lọc nêm để tạo ra phân bố liều tối ưu.....................................47
Hình 2.21. Các hướng chiếu được che chắn chì và đường liều trong không gian ba
chiều ..........................................................................................................................47

Hình 2.22. Các hướng chiếu không che chắn chì và đường liều trong không gian ba
chiều ..........................................................................................................................47
Hình 2.23. Đánh giá kế hoạch dựa trên từng lát cắt..................................................49
Hình 2.24. Đánh giá kế hoạch dựa trên biểu đồ DVH ..............................................49
Hình 2.25. Một ca ung thư vòm ................................................................................51
Hình 3.1. Phân bố cường độ chùm tia của kĩ thuật 3D-CRT và IMRT ....................52
Hình 3.2 Phân bố liều của kĩ thuật xạ trị 3D-CRT và IMRT....................................53
Hình 3.3. Phân bố liều của kĩ thuật 3D-CRT và IMRT cho ca đầu cổ .....................54

8


Hình 3.4. Hình dạng chùm tia và bản đồ phân bố cường độ với máy sử dụng MLC
...................................................................................................................................55
Hình 3.5. Hình dạng chùm tia và bản đồ phân bố cường độ với máy sử dụng Jaws 55
Hình 3.6 Bài toán lập kế hoạch xuôi .........................................................................56
Hình 3.7 Bài toán lập kế hoạch ngược ......................................................................57
Hình 3.8 Chùm tia phát ra từ nguồn được chia thành nhiều chùm tia đơn vị...........59
Hình 3.9 Tiến trình thực hiện tối ưu hóa trong bài toán ngược ................................60
Hình 3.10 Chùm tia được chia thành nhiều phần nhỏ và cơ thể bệnh nhân được chia
thành nhiều hình khối nhỏ hơn..................................................................................67
Hình 3.12 Đặt điều kiện cho bài toán ngược ............................................................71
Hình 3.13 Đồ thị mục tiêu liều-thể tích ....................................................................73
Hình 3.14 Quy trình thuật toán DAO........................................................................76
Hình 3.15 Ban đầu các lá ngàm ôm khít với khối u..................................................76
Hình 3.16 Cực tiểu địa phương và cực tiểu cục bộ...................................................78
Hình 3. 17 Các trường chiếu khác nhau trồng chất lên nhau tạo nên bản đồ phân bố
cường độ chùm tia.....................................................................................................79
Hình 4.1 Giao diện chức năng DAO IMRT Optimization của Prowess Panther .....81
Hình 4.2 Biểu diễn chức năng Point less than trong Prowess Panther .....................82

Hình 4.3 Biểu diễn chức năng Point less than trong Prowess Panther .....................82
Hình 4.4 Biểu diễn chức năng DVH above trong Prowess Panther .........................83
Hình 4.5 Biểu diễn chức năng DVH below trong Prowess Panther .........................84
Hình 4.6 Biểu diễn chức năng điều chỉnh trọng số trong Prowess Panther..............84
Hình 4. 7 Bản đồ DVH cho bệnh nhân ung thư vòm họng.......................................86
Hình 4 8 So sánh phân bố đường đồng liều giữa các kế hoạch JO DAO IMRT và
3D-CRT.....................................................................................................................86
Hình 4. 9 So sánh phân bố đường đồng liều giữa JO-IMRT và 3D-CRT ...............87
Hình 4.10 So sánh phân bố đường đồng liều trên các mặt cắt khác nhau giữa JOIMRT và MLC-IMRT ...............................................................................................88
Hình 4.11 So sánh bản đồ DVH giữa JO-IMRT và MLC-IMRT .............................88
Hình 4.12 So sánh đường đồng liều giữa kế hoạch JO-IMRT và MLC-IMRT........89
Hình 4. 13 So sánh bản đồ DVH giữa kế hoạch JO-IMRT và MLC-IMRT.............90
Hình 4.14 Phantom đầu.............................................................................................91
Hình 4.16 Đầu đo Famer type chamber FC65 – P ....................................................91
Hình 4.17 Thiết bị đo liều DOSE 1...........................................................................91
Hình 4.18 Ảnh CT 3D Phantom đầu hiển thị trong phần mềm Prowess ..................92
Hình 4.19 Kế hoạch 1_tâm chùm tia trùng với tâm đầu dò ......................................95
Hình 4.20 Kế hoạch 4_tâm chùm tia ở bên phải tâm đầu dò ....................................96

9


MỞ ĐẦU
Hiện nay, kĩ thuật hạt nhân ngày càng được ứng dụng rộng rãi và đóng vai trò quan
trọng to lớn trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau trong đời sống và phát triển kinh
tế. Một xu hướng ứng dụng đang phát triển ở nước ta đó là ứng dụng của Kĩ thuật
Hạt nhân trong y tế và chăm sóc sức khỏe. Xạ trị ung thư là một phần ứng dụng
này.
Để nâng cao hiệu quả xạ trị, ngày càng có nhiều kĩ thuật xạ trị mới ra đời nhằm tạo
ra phân bố liều tối ưu trên khối u và các vùng tế bào lành xung quanh. Bên cạnh đó,

việc lập kế hoạch giúp mô phỏng chính xác quá trình điều trị trước khi điều trị thật
đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra một qui trình điều trị tối ưu. Kế hoạch
sau khi được lập có thể được đưa vào hệ thống điều khiển máy gia tốc xạ trị và bệnh
nhân sẽ được điều trị đúng như qui trình lập đã lập. Kĩ thuật xạ trị thích ứng ba
chiều 3D-CRT là một kĩ thuật được sử dụng phổ biến hiện nay tại các trung tâm xạ
trị trong nước. Việc lập kế hoạch điều trị với kĩ thuật này hiện nay gặp phải một số
hạn chế nhất định,nhất là với những trường hợp khối u có hình dạng phức tạp và
bao sát các vùng cơ quan lành cần bảo vệ. Trong đề tài này, tôi trình bày về một kĩ
thuật mới, gọi là kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá ngàm.
Kĩ thuật này có thêm một biến tự do nữa là cường độ của chùm tia nên có những ưu
điểm vượt trội hơn kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều hiện nay. Kĩ thuật này cũng đã
được tích hợp vào trong phần mềm lập kế hoạch xạ trị của hãng Prowess Panther.
Nội dung đồ án được chia làm 4 chương. Cụ thể như sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về ung thư ,các phương pháp và kĩ thuật điều trị
ung thư. Trong chương này cũng trình bày qua về cơ sở của xạ trị cũng như cơ sở
diệt tế bào ung thư bằng bức xạ ion hóa.
Chương 2: Trình bày sơ lược về cấu tạo, nguyên lý của máy gia tốc tuyến tính sử
dụng trong xạ trị, các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ, hình dạng chùm

10


bức xạ. Đồng thời, tôi cũng trình bày về kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều 3D-CRT
phổ biến hiện nay ở nước ta.
Chương 3. Trình bày về kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá
ngàm. Đây là phần nội dung chính của luận văn này.
Chương 4.: Trình bày về việc đo đạc, kiểm tra trên thực tế để đánh giá độ chính xác,
tin cậy của kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá ngàm này.

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
1.1. Ung thư là gì?
Ung thư là tên chung dùng để gọi một nhóm bệnh trên 200 loại khác nhau về nguồn
gốc của tế bào, căn nguyên, tiên lượng và cách thức điều trị nhưng có những đặc
điểm chung, đó là sự phân chia không kiểm soát được của tế bào, khả năng tồn tại
và phát triển ở các cơ quan và tổ chức lạ. Các khối ung thư thường phát triển từ một
tế bào ban đầu và phải mất nhiều năm cho tới khi có một kích thước đủ lớn để có
thể nhận thấy được. Quá trình phát triển từ một tế bào duy nhất thành một khối ung
thư trải qua nhiều giai đoạn. Thông thường, các tế bào lành có một tuổi thọ nhất
định và tuân thủ theo một quy luật chung là phát triển - già - chết. Các tế bào chết đi
lại được thay thế bằng các tế bào mới. Cơ thể có một cơ chế kiểm soát quy luật này
một cách chặt chẽ và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan, tổ chức ở mức ổn định.
Bệnh ung thư bắt đầu khi có một tế bào vượt qua cơ chế kiểm soát này của cơ thể,
bắt đầu phát triển và sinh sôi không ngừng nghỉ, hình thành một đám tế bào có
chung một đặc điểm phát triển vô tổ chức, xâm lấn và chèn ép vào các cơ quan và tổ
chức xung quanh. Các tế bào ung thư có liên kết lỏng lẻo, dễ dàng bứt ra khỏi khối
u mẹ, theo mạch máu và mạch bạch huyết di cư đến các tổ chức và cơ quan mới.
Chúng bám lại ở đó và tiếp tục sinh sôi nảy nở ra những khối u mới. Hiện tượng này
được gọi là sự di căn. Việc chèn ép cũng như xâm lấn vào những cơ quan giữ chức
năng quan trọng, điều hòa sự sống như não, phổi, gan, thận khiến các cơ quan này
không còn được thực hiện đúng chức năng của nó khiến người bệnh mệt mỏi, đau
đớn và gây tử vong.
Với tốc độ tăng nhanh như hiện nay, Tổ chức y tế thế giới (WHO- World Health
Organization) dự báo số người mắc bệnh ung thư trên thế giới sẽ tăng từ 10 triệu
người năm 2000 lên tới 15 triệu người vào năm 2020 và 30 triệu người vào năm
2030, trong đó 60% là ở các nước đang phát triển. Theo WHO, bệnh ung thư đã gây
tử vong cho 7,1 triệu người hàng năm, chiếm 12,5% tổng số người bị chết hàng năm

trên toàn cầu và lớn hơn cả tổng số người chết vì các bệnh HIV/AIDS, lao, và sốt
rét cộng lại. Thuốc lá là thủ phạm gây ra bệnh ung thư lớn nhất, gây ra tới 30% số
12


người chết vì bệnh ung thư trên thế giới. Diễn đàn khoa học của IAEA đã tập hợp
các nhà khoa học hàng đầu thế giới về ung thư, các nhà lãnh đạo y tế quốc gia và
quốc tế, các tổ chức quốc tế như Cơ quan quốc tế nghiên cứu ung thư, Liên đoàn
quốc tế chống ung thư... để trao đổi kinh nghiệm khoa học và thực tiễn chống ung
thư cũng như các chính sách và biện pháp thích hợp chống căn bệnh này, đặc biệt là
ở các nước thu nhập thấp.
Tại Việt Nam số người mắc ung thư đang tăng nhanh so với 10 năm trước đây, chỉ
tính riêng trong năm 2010 có tới 216.300 người mắc bệnh ung thư mới. Theo thống
kê tại bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2009-2010, số lượng bệnh nhân mắc ung thư
phổi chiếm số đông, tiếp đến là ung thư đầu mặt cổ và ung thư vú. (Tham khảo bảng
1.1 và bảng 1.2)
Bảng 1.1: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2009

STT

Tên loại bệnh

Tỷ lệ (%)

1

Phổi-Phế quản

2

Đầu mặt cổ

20.12

3

Vú

17.96

4

Đại tràng- Trực tràng

5

Thực quản

6

Tử cung

7

Da

3.1

8

Não

2.17

9

Thận

1.55

10

Tuyến ức

1.24

11

Xương

0.62

12

Khác

6.19

29.1

7.43
6.5
4.02

13


Bảng 1.2: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2010

STT

Tên loại bệnh

Tỷ lệ (%)

1

Phổi-Phế quản

2

Đầu mặt cổ

3

Vú

4

Đại tràng- Trực tràng

5.47

5

Thực quản

5.34

6

Tử cung

5.24

7

Da

3.19

8

Đầu tụy

3.19

9

Gan

1.59

10

Não

1.59

11

Hạch

0.91

12

Dạ dày

0.68

13

Tiền liệt tuyến

0.46

14

Xương

0.23

15

Khác

2.18

28.47
22.1
19.36

Như vậy, ung thư là một căn bệnh rất nguy hiểm và cần phải được điều trị kịp thời
khi mắc phải.
1.2. Các phương pháp điều trị ung thư
Hiện nay có ít nhất ba phương pháp điều trị ung thư chính. Đó là: phẫu thuật, xạ trị,
và hóa trị. Ngoài ra có thể điều trị kết hợp các phương pháp để đạt hiệu quả mong
muốn. Việc lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp là hoàn toàn phụ thuộc vào đặc
điểm từng loại và từng giai đoạn ung thư khác nhau.
Mục đích của các phương pháp này là làm sao để tiêu diệt được nhiều nhất các tế
bào ung thư mà làm tổn thương ít nhất có thể cho các tế bào bình thường ở xung
quanh.

14


- Phẫu thuật: là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất công hiệu đặc biệt
là với ung thư khu trú gọn ở một phần nào đó của cơ thể. Khi phẫu thuật, tế bào ung
thư được lấy đi càng nhiều càng tốt. Ðôi khi những tế bào lành bao xung quanh khối

u ung thư cũng được cắt bỏ, để chắc chắn là tế bào ung thư lẫn vào đó sẽ được loại
hết. Phương pháp này dùng hiệu quả nhất với các khối u lành tính hoặc không di
căn. Thông thường phẫu thuật được can thiệp, sau đó phải dùng kết hợp với các
phương pháp khác như xạ trị, hóa trị…
- Xạ trị: là phương pháp sử dụng bức xạ ion hoá để tiêu diệt các khối u. Thông
thường xạ trị được dùng cho ung thư không áp dụng được bằng phẫu thuật hoặc khi
đã phẫu thuật mà vẫn còn e ngại ung thư tái phát, nghĩa là xạ trị sẽ giúp phẫu thuật
tiêu diệt tận gốc các tế bào ung thư. Về cơ bản, xạ trị được chia ra làm hai loại chủ
yếu: xạ trị chiếu ngoài (Externer Beam Radiotherapy) và xạ trị áp sát
(Brachytherapy).
- Hóa trị: là phương pháp sử dụng hoá chất (các loại thuốc đặc hiệu chống ung thư)
để điều trị ung thư. Nó được dùng khi ung thư đã lan ra ngoài vị trí ban đầu, khi có
di căn ở nhiều địa điểm hoặc khối u đã quá lớn. Có nhiều loại hóa chất khác nhau.
Mỗi hóa chất có tác dụng riêng biệt với từng ung thư bằng cách làm ngưng sự phân
chia của các tế bào dị thường. Khi không có sự phân bào thì tế bào ung thư sẽ bị
tiêu diệt, khối u teo lại.
- Các phương pháp kết hợp: ngoài các phương pháp độc lập, để điều trị ung thư hiệu
quả hơn, còn có thể kết hợp các phương pháp với nhau. Ví dụ, phẫu thuật kết hợp
với xạ trị; phẫu thuật kết hợp với hoá trị; xạ trị kết hợp với hoá trị.
Trên đây là phần giới thiệu qua về một số phương pháp chính trong điều trị ung thư
hiện nay. Trong khuôn khổ luận văn này tôi chỉ đề cập tới phương pháp xạ trị. Sau
đây là phần trình bày về cơ sở của xạ trị này.
1.3. Cơ sở của xạ trị ung thư
Khi tia xạ tác động vào tế bào thì có thể diệt được tế bào theo ba cách: chết ngay,
chết muộn và chết theo chương trình.
15


Chết ngay: Mọi hoạt động của tế bào ngừng ngay khi chiếu xạ, hiện tượng này ít
gặp, có thể có ở một số lympho bào hoặc khi bị chiếu xạ liều cao.

Chết muộn: Chết muộn có nghĩa là tế bào còn tiếp tục phân chia thêm một vài thế
hệ nữa rồi mới chết. Cái chết này còn được gọi là chết sinh dòng. Tế bào mất khả
năng sinh sản thành một dòng, chỉ sinh sản được vài chục tế bào rồi chết.
Chết theo chương trình: Bình thường tế bào sống một thời gian rồi mới chết gọi là
chết theo chương trình. Chết theo chương trình là 1 quá trình tất yếu của sự sống để
đảm bảo cho các cơ quan, hệ thống được thường xuyên thay đổi, đáp ứng các hoạt
động sinh lý bình thường của cơ thể. Trong trường hợp bị ung thư, mất cân bằng
giữa các gen ung thư nên mất khả năng chết theo chương trình, tế bào ung thư
không chết mà tiếp tục phát triển hỗn độn. Khi chiếu xạ làm đứt dãy các sợ DNA
(Deoxyribo Nucleic Acid), sẽ là yếu tố kích thích cơ chế chết theo chương trình tái
hoạt động.
Cơ sở của việc dùng bức xạ iôn hóa để điều trị ung thư bao gồm: cơ sở sinh học với
đặc trưng trong quá trình phân chia của tế bào và cơ sở vật lý là kết quả tương tác
của chùm bức xạ với vật chất, cụ thể hơn đó là cơ thể người bệnh.
1.3.1. Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào
Quá trình phân chia tế bào được diễn tiến qua một số giai đoạn (còn gọi là Pha),
được kích hoạt bởi một số tác nhân sinh hoá từ bên ngoài (các yếu tố tăng trưởng,
các kích tố, các phức hợp kháng thể…) và được điều hoà bởi hệ thống kiểm soát từ
bên ngoài lẫn bên trong tế bào để tránh sự dư thừa hay thiếu hụt số tế bào cần thiết
cho các hoạt động của cơ thể. Quá trình phân chia nay có thể được chia ra các giai
đoạn như sau (Hình 1.1):

16


Hình 1.1 Chu kì tế bào

Pha G0: Trong pha này tế bào không tham gia vào chu kỳ, ngừng phân chia và
thường được lập trình để giữ một nhiệm vụ nào đó. Ví dụ tế bào cơ giữ nhiệm vụ co
duỗi tạo nên hoạt động của cơ.

- Pha G1: Tạo RNA (Ribonucleic Acid, một loại Amino acid dùng để tổng hợp các
Protein) và protein. Trong pha này diễn ra sự gia tăng của tế bào chất, hình thành
thêm các bào quan khác nhau, sự phân hóa về cấu trúc và chức năng của tế bào
(tổng hợp protein) và chuẩn bị các tiền chất, các điều kiện cho sự tổng hợp DNA.
Pha G1 có độ dài thời gian tùy thuộc vào chức năng sinh lý của tế bào. Thời gian ở
tế bào phôi rất ngắn, còn ở tế bào thần kinh kéo dài suốt đời sống cơ thể.
- Pha S: Pha S tiếp ngay sau pha G1. Những diễn biến cơ bản trong pha này là sự
sao chép DNA và nhân đôi nhiễm sắc thể. Khi kết thúc pha S, nhiễm sắc thể từ thể
đơn chuyển sang thể kép gồm hai sợi cromatit giống hệt nhau, dính với nhau ở tâm
động và chứa hai phân tử DNA giống nhau tạo ra hai bộ thông tin di truyền hoàn
chỉnh để truyền lại cho hai tế bào con. Ở pha S còn diễn ra sự nhân đôi trung tử có
vai trò đối với sự hình thành thoi phân bào sau này và các quá trình tổng hợp nhiều
hợp chất cao phân tử khác nhau và các hợp chất giàu năng lượng.
- Pha G2: Tiếp tục tổng hợp protein có vai trò đối với sự hình thành thoi phân bào.
Nhiễm sắc thể ở pha này vẫn giữ nguyên trạng thái như ở cuối pha S. Sau pha G2,
tế bào diễn ra quá trình nguyên phân.
17


- Pha M: Tế bào ngưng đột ngột việc tổng hợp protein và RNA, các đôi nhiễm sắc
thể tách rời nhau, theo các vi ống chạy về hai cực của thoi vô sắc, nhân tế bào chia
đôi và tế bào tách thành hai tế bào con.
Sau khi hoàn tất việc phân bào, các tế bào sẽ được lập trình vào pha G0 để giữ các
nhiệm vụ đặc biệt trong các mô hay vào pha G1 để tiếp tục một chu kỳ tế bào khác.
Các tế bào bình thường có khả năng tự phát hiện các hư hỏng trên chuỗi DNA, khi
các bất thường trên chuỗi DNA được phát hiện, sẽ có những cơ chế sữa chữa để
thay thế chúng bằng những phân tử lành mạnh. Các cơ chế này đặc biệt quan trọng
trong chu kỳ tế bào nhằm bảo đảm rằng hai tế bào con mới sinh ra có chứa đúng
bản sao chất liệu di truyền của tế bào mẹ. Nghĩa là hai tế bào con được sinh ra sẽ
giống hoàn toàn tế bào mẹ ban đầu. Để thực hiện cơ chế này, trong chu kỳ tế bào có

hai điểm kiểm soát, tại hai điểm này, toàn bộ hệ thống thông tin của quá trình sao
chép sẽ được kiểm tra chặt chẽ:
- Điểm kiểm soát thứ nhất: ở cuối pha G1, trước khi tế bào bước vào pha S.
Lúc này nếu có một bất thường trên DNA, nó sẽ được phát hiện và các cơ chế sửa
chữa sẽ vào cuộc để đảm bảo tế bào rời khỏi pha G1với tài sản DNA bình thường.
Nếu không sửa được các bất thường trên DNA tế bào sẽ ngừng, không tiếp tục chu
kỳ tế bào và được chuyển sang cái chết theo lập trình hay là Apostosis.
- Điểm kiểm soát thứ hai: Trước khi vào pha M, cuối pha G2
Tế bào phải được chuẩn bị đầy đủ để tạo ra hai tế bào con giống hệt tế bào mẹ. Như
thế nếu tế bào nào chưa nhân đôi hoàn toàn và chưa đầy đủ số DNA, hay chưa có đủ
các protein hay chất liệu của thoi vô sắc, sự phân chia sẽ ngừng ở đây cho đến khi tế
bào chuẩn bị đầy đủ tất cả các chất liệu cần thiết.
Dựa vào đặc điểm của quá trình phân bào và các điểm kiểm soát khi các bất thường
trên DNA không sửa chữa được thì tế bào được đưa vào cái chết theo lập trình, ta sẽ
dùng một tác nhân nào đó làm biển đổi cấu trúc DNA của tế bào ung thư . Và như
vậy, các tế bào ung thư này dần dần sẽ bị chết đi. Một đặc điểm nữa của tế bào ung

18


thư đó là nhạy cảm với các tia bức xạ và hóa chất hơn các tế bào khỏe mạnh bình
thường. Điều này có nghĩa là các tế bào ung thư rất “yếu” trong cơ chế sửa chữa
những sai hỏng trên DNA so với các tế bào bình thường. Khi được chiếu xạ một
liều lượng một cách thích hợp thì sẽ tiêu diệt được các khối u này, nhưng vẫn đảm
bảo cho các tế bào lành có thể phục hồi. Việc này được thực hiện bằng cách chia cả
quá trình điều trị thành nhiều phân đoạn chiếu.
Điều này đảm bảo đủ về liều lượng tới khối u, nhưng vẫn giành một khoảng thời
gian để cho phép các tế bào lành hồi phục hoàn toàn.
1.3.2. Cơ sở vật lý
Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa tới cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều được

bắt đầu bằng một quá trình vật lý thuần túy. Đó là quá trình tương tác của bức xạ
với khối chất, cụ thể hơn đó là cơ thể sinh học, làm các phân tử môi trường bị kích
thích cao hoặc có điện tích. Chúng có hoạt tính hóa học rất cao nên tham gia vào
phản ứng hóa học với các chất khác một cách nhanh chóng và mạnh mẽ.
Quá trình tương tác này có thể được chia làm 2 loại: tác động trực tiếp hoặc gián
tiếp tới DNA của tế bào.

Hình 1.2: Tương tác của bức xạ với DNA

Tác dụng trực tiếp: Xạ trị sẽ tác động ngay đến các chuỗi DNA của tế bào, làm cho
chuỗi nhiễm sắc thể này bị tổn thương. Đa số các trường hợp, tổn thương được hàn

19


gắn và tế bào hồi phục bình thường, không để lại hậu quả. Một số trường hợp gây
nên tình trạng sai lạc nhiễm sắc thể như: gẫy đoạn, đảo đoạn, đứt đoạn ..., từ đó tạo
ra các tế bào đột biến,làm biến đổi chức năng tế bào và dẫn tới tế bào bị tiêu diệt.
Tần xuất tổn thương phụ thuộc vào cường độ, liều lượng chiếu xạ và thời gian
nhiễm xạ.
Tác dụng gián tiếp: Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể chủ yếu gây ra tác động ion hoá,
tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào, làm tế bào
biến đổi hay bị huỷ diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu là nước (trên 85% là H2O).
Khi bị chiếu xạ, H2O phân chia thành H+ và OH-. Các cặp ion này tạo thành các cặp
bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá huỷ tế bào, sự phân chia tế bào sẽ bị chậm đi hoặc dừng
lại.
1.4. Xạ trị ung thư và các kĩ thuật xạ trị
Về cơ bản xạ trị được chia ra làm ba loại chủ yếu: xạ trị áp sát (Brachytherapy), tia
xạ chuyển hóa, kết hợp chọn lọc và xạ trị chiếu ngoài (Externer Beam
Radiotherapy)

1.4.1. Xạ trị áp sát
Xạ trị áp sát là kỹ thuật điều trị sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ đặt ngay trong
hoặc gần thể tích khối u, để đưa ra một liều rất cục bộ nhằm tối thiểu hóa liều xạ tới
các mô lành xung quanh. Phương pháp này có thể diệt nhanh, hiệu quả, chính xác,
đặc biệt với ung thư ở các hốc tự nhiên (tử cung, thân tử cung, xoang, vòm họng,
thực quản, phế quản và một số vị trí ở khoang bụng...).
Có thể áp dụng xạ trị áp sát theo một trong ba cách khác nhau: áp vào, đặt vào khe
hở hoặc gài vào bên trong cơ thể. Tùy từng loại ung thư mà người ta có các cách cụ
thể như: đặt ở bề mặt khối u trong các khuôn sáp, nhựa đối với ung thư da, đặt vào
các hốc tự nhiên của cơ thể như tử cung, xoang…hoặc cắm vào các mô, tổ chức
phần mềm mang tế bào ung thư.

20


Xạ trị áp sát bị hạn chế khi thể tích khối u nhỏ. Sự phát triển trong lĩnh vực này bao
gồm việc sử dụng các nguồn phóng xạ có xuất liều cao, các nguồn này có thể được
đưa qua các ống thông để đặt vào vị trí khối u.
Ở Việt Nam ta, xạ trị áp sát không được sử dụng phổ biến như xạ trị chiếu ngoài.
1.4.2. Tia xạ chuyển hóa và kết hợp chọn lọc
Là phương pháp cho bệnh nhân uống hoặc tiêm các chất đồng vị phóng xạ hoặc
kháng thể đặc hiệu có gắn đồng vị phóng xạ để diệt tế bào ung thư trong quá trình
chuyển hóa hoặc kết hợp có chọn lọc
1.4.3. Xạ trị chiếu ngoài
Xạ trị chiếu ngoài (hay còn gọi là xạ trị từ xa) là phương pháp phổ biến nhất trong
kỹ thuật xạ trị. Người ta thường tiến hành với chùm tia photon, thông thường đó là
chùm tia X mang năng lượng cao được tạo ra bởi máy gia tốc tuyến tính. Nhưng
người ta cũng có thể dùng chùm tia gamma tạo ra từ máy Cobalt-60 và các tia X
mang năng lượng trong khoảng 50-300kV. Thêm vào đó, chùm tia electron ở năng
lượng megavolt cũng được sử dụng để điều trị các khối u tương đối nông, ví dụ như

ung thư da. Xạ trị ngoài với các hạt khác cũng được sử dụng như hạt neutron,
proton.
Một số phát triển mới đây trong kỹ thuật xạ trị ngoài đã tăng nhờ sử dụng máy tính.
Chúng không chỉ có khả năng lập kế hoạch tính toán trong không gian ba chiều mà
còn có khả năng điều khiển thiết bị điều trị sao cho vùng liều cao có thể biến đổi
cho phù hợp với thể tích bia trong không gian ba chiều. Sự phát triển này song song
song với các kỹ thuật tạo ảnh như chụp cắt lớp điện toán bằng tia X, chụp ảnh cộng
hưởng từ MRI, ảnh PET, SPECT.
Các thiết bị sử dụng trong xạ trị ngoài hiện nay: Các máy phát tia-X 150 kV và 300
kV (chủ yếu điều trị ung thư da và khối u nông); Máy xạ trị Cobalt-60 phát tia
gamma với 2 mức nămg lượng 1,17 MeV và 1,33 MeV (trung bình là 1,25 MeV
điều trị hiệu quả các khối u nông); Máy gia tốc phát electron, proton, photon,

21


notron,... với nhiều mức năng lượng. Tất cả những thiết bị xạ trị ngoài đòi hỏi phải
có che chắn, bảo vệ bức xạ khác nhau theo nguyên tắc riêng của nó. Hiện nay,
người ta thường sử dụng các Linac phát photon và electron với các mức năng lượng
khác nhau, điều trị hiệu quả hầu hết các loại khối u.
Mục đích của xạ trị luôn luôn là: làm sao để đưa một liều bức xạ cao nhất có thể vào
khối u để tiêu diệt được nhiều nhất các tế bào ung thư, trong khi đó phải giảm thấp
nhất đến mức có thể liều bức xạ vào các cơ quan để mức độ tổn thương của các tế
bào bình thường ở xung quanh là ít nhất
Để làm được điều này, ta phải tính toán chính xác, che chắn bức xạ phù hợp khi
điều trị. Các kĩ thuật xạ trị cũng như các phụ kiện kèm theo máy xạ trị (máy Cobalt,
máy gia tốc thẳng) như: lọc nêm, dụng cụ bù trừ mô, tấm che chắn làm bằng chì…
thường hay được sử dụng để tối ưu quy trình điều trị này.
1.4.4. Các kĩ thuật xạ trị ngoài
Cho tới thời điểm hiện này, ở Việt Nam, xạ trị ngoài có ba kĩ thuật chính: là xạ trị

thông thường, xạ trị thích ứng ba chiều và xạ trị điều biến cường độ chùm tia. Hình
1.3 biểu diễn sự khác nhau giữa ba kĩ thuật này.

Hình 1.3: Các kĩ thuật xạ trị ngoài

22


- Kĩ thuật xạ trị thông thường (Conventional Radiotherapy): Đây là kĩ thuật này phổ
biến trước đây. Với kĩ thuật này, chùm bức xạ phát ra có dạng hình chữ nhật hoặc
hình vuông.
- Kỹ thuật xạ trị “thích hợp” ba chiều (Three dimension Conformal RadioTherapy
3D-CRT): Trong kĩ thuật này, với sự có mặt của ống chuẩn trực đa lá MLC, các tấm
che chì, chùm bức xạ phát ra có thể được điều chỉnh với hình dạng bất kì để có thể
bao khít khối u nhất theo từng hướng chiếu.
- Kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm bức xạ (Intensity Modulation Radiation
Therapy - IMRT): Đây là một trong những kĩ thuật xạ trị tiên tiến nhất hiện nay,
hình dáng chùm tia không những có thể điều chình để ôm khít khối u, mà cường độ
bức xạ của chùm tia phát ra còn có thể điều biến được trên từng ô khác nhau trên
khối u.
Hiện nay, một phương pháp mới được thực hiện dựa trên kĩ thuật xạ trị điều biến
cường độ chùm tia bức xạ, đó là kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm bức xạ chỉ
dùng bốn lá ngàm Jaw Only Intensity Modulation Radiation Therapy- JO-IMRT. Kĩ
thuật này sẽ được giới thiệu kĩ trong chương 3 của luận văn này.

23


CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC
VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ THÍCH ỨNG BA CHIỀU

Với sự ra đời của tia X những ứng dụng của nó ngày càng phong phú. Trong đó là
các máy phát tia-X 150 kV và 300kV được sử dụng rất hiệu quả lần lượt cho điều trị
ung thư da và cho sự làm giảm bớt các triệu trứng tạm thời. Tuy nhiên tính chất vật
lý của tia này không đáp ứng được các yêu cầu điều trị các khối u sâu bên trong.
Việc nghiên cứu chùm bức xạ với mức năng lượng 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 lượng tại 1,17MeV
và 1,33 MeV, cho năng lượng photon trung bình khoảng 1,25 MeV, chùm bức xạ
này có thể được dùng để điều trị tốt những khối u nằm gần bề mặt da, sâu trong da
một khoảng cỡ 0,5 cm. 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 như: liều lượng ở bề
mặt tương đối lớn và điều trị kém hiệu quả với các khối u nằm sâu trong da. Vì vậy
người ta phải sử dụng máy gia tốc trong xạ trị ung thư và sự ra đời máy gia tốc đã
tạo ra bước ngoặt lớn trong điều trị ung thư. Trong chương này 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 và các phụ kiện đi kèm. Cuối
cùng là trình bày về kỹ thuật xạ trị thích ứng ba chiều.
2.1 Những hạn chế của máy xạ trị Cobalt trong thực tế 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 Co-60 để điều trị. Co-60 là một đồng vị phóng xạ nhân tạo,
quá trình phân rã của nó được mô tả như phương trình sau:

Bức xạ gamma phát ra trong quá trình phân rã có 2 mức năng lượng 1,17 MeV
và 1,33 MeV, năng lượng trung bình là 1,25 MeV. Các mức năng lượng này là cố
định, đặc trưng cho sự phân rã của đồng vị Co-60. Mức năng lượng cố định này làm

24


cho việc điều trị trở lên kém linh hoạt trong việc điều trị ung thư với vị trí của các

khối u khác nhau.
Đối với những khối u rất nông, nằm rất gần bề mằt da, khi điều trị bằng máy Cobalt,
liều bức xạ cực đại giải phóng nằm ở độ sâu sâu hơn vị trí của khối u. Như vậy, khi
điều trị các khối u nông bằng máy Cobalt thì liều không tập trung vào khối u, và
ảnh hưởng lớn đến những vùng mô lành nằm sâu trong da. Để khắc phục điều này,
nếu điều trị bằng máy Cobalt thì người ta phải sử dụng thêm một dụng cụ, gọi là
dụng cụ bù trừ (Thuật ngữ Tiếng Anh gọi là “Bolus”). Dụng cụ bù trừ có tác dụng
đưa vùng liều bức xạ cực đại về gần bề mặt da hơn, như vậy sẽ tập trung được liều
vào những khối u nằm rất gần bề mặt da. Tuy nhiên, việc sử dụng dụng cụ bù trừ
này cũng tương đối bất tiện. Để khắc phục hoàn toàn những nhược điểm này, khi
điều này, khi điều trị những khối u nông, người ta sử dụng chùm bức xạ electron.
Bởi vì các chùm tia điện tử giải phóng năng lượng ở gần bề mặt da và cường 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 thương hơn.
Không chỉ không phù hợp cho những khối u rất nông, máy Co-60 cũng không thể
đáp ứng được với những khối u nằm sâu trong cơ thể. 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 bởi vì liều cực đại tập trung tại độ sâu cách bề mặt da 0,5cm. Để giúp
cho việc điều trị trong trường hợp này đạt hiệu quả tốt hơn, cần phải có chùm bức
xạ photon có mức năng lượng cao, để đưa vùng liều cực đại sâu hơn vào cơ thể. Mặt
khác, thực nghiệm cho thấy chùm photon có năng lượng càng lớn thì hiện tượng tán
xạ càng ít.
Như vậy, để điều trị ung thư linh hoạt với những khối u ở những vị trí khác nhau
trong cơ thể đòi phải có những chùm bức xạ khác nhau như electron và photon,
đồng thời với điều đó là với mỗi loại bức xạ phải có nhiều mức năng lượng. Sự đa
dạng và linh động này giúp cho ta có thể điều trị được tất cả các khối u ở bất cứ vị
trí nào. Máy gia tốc ra đời hoàn toàn có thể đáp ứng được những đòi hỏi này.

25