Đánh giá độ ổn định các thông số vật lý chùm tia trường chiếu bất đối xứng của máy gia tốc xạ trị elekta tại bệnh viện quân y 103

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lại Thị Định

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ
CHÙM TIA TRƢỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG
CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA
TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lại Thị Định

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ
CHÙM TIA TRƢỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG
CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA
TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60 44 01 06
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN DANH THANH

Hà Nội - 2015


LỜI CẢM ƠN
Bài luận văn này là kết quả học tập và nghiên cứu của tôi tại trường
Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội và tại Trung tâm ung
bướu và Y học hạt nhân Bệnh viện Quân y 103
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tôi đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường đại học khoa học tự nhiên – Đại
học quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nhân viên Trung tâm Ung Bướu và
Y học hạt nhân - Bệnh viện Quân y 103 đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập, công tác và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Danh Thanh –
Chủ nhiệm Bộ môn Y học hạt nhân – Học viện Quân y, người đã tận tình chỉ
bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận
văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, gia đình và bạn
bè đã luôn ủng hộ, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong cuộc sống cũng như trong học
tập để em có điều kiện tốt nhất hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2015
Lại Thị Định

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN.............................................................................. 3
1.1. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa và ứng dụng trong xạ trị ........ 3
1.1.1. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa .................................................. 3
1.1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư ................................... 7
1.2. Các phƣơng pháp xạ trị, thiết bị xạ trị ................................................. 9
1.2.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị....................................... 9
1.2.2. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư ............................ 10
1.2.3. Các phương pháp xạ trị ...................................................................... 15
1.2.4. Thiết bị xạ trị từ xa ............................................................................. 16
1.3. Quy trình thu thập dữ liệu trƣờng tia ................................................ 17
1.3.1. Đo liều chùm photon .......................................................................... 18
1.3.2. Đo liều chùm electron......................................................................... 20
1.4. Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị ........................................... 22
1.4.1. Liều sâu phần trăm ............................................................................. 23
1.4.2. Liều lượng cực đại (Dmax): ................................................................ 23
1.4.3. Kích thước trường chiếu. .................................................................... 24
1.4.4. Vùng bán dạ ....................................................................................... 24
1.4.5. Độ bằng phẳng (Flatness) .................................................................. 24
1.4.6. Độ đối xứng (Symmetry) ..................................................................... 26
1.4.7. Độ lệch ............................................................................................... 27
1.5. Ứng dụng trƣờng bất đối xứng (Asymmetric Field) trong xạ trị ...... 28
Chƣơng 2 THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 34
2.1. Thiết bị ................................................................................................. 34
2.1.1. Máy gia tốc ......................................................................................... 34
2.1.2. Nguyên lý hoạt động, cấu tạo máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA.. 35
2.1.3. Các thành phần chính của máy gia tốc tuyến tính ELEKTA................ 39
2.1.2. Hệ thống thiết bị đo ............................................................................ 54

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................... 56


2.2.1. Phương pháp ...................................................................................... 56
2.2.2. Các bước tiến hành............................................................................. 56
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................... 61
3.1. Liều sâu phần trăm (PDD) .................................................................. 61
3.2. Dữ liệu theo chiều ngang của chùm tia (Profile) ................................ 65
3.2.1. Độ bằng phẳng ................................................................................... 71
3.2.2. Độ đối xứng ........................................................................................ 75
3.2.3. Vùng bán dạ ....................................................................................... 80
KẾT LUẬN ................................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 87


Danh mục các chữ viết tắt

GTD

Gốc tự do

PDD

Liều sâu phẩn trăm (Percentage Depth Dose)

LINAC

Máy gia tốc tuyến tính (Linear Accelerator)

MLC

Bộ chuẩn trực đa lá (Multileaf Collimator)

3-D CRT

Xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u

IMRT

Xạ trị điều biến liều

SSD

Khoảng cách nguồn bề mặt da (Source Surface Distance)

MU

Đơn vị kiểm soát liều lượng (Monitor Unit)

TPS

Hệ thống lập kế hoạch điều trị (Treatment Planning
System)

FW

Độ rộng trường chiếu (Field Width)


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Trọng số bức xạ........................................................................... 14
Bảng 2.1: Thiết kế các trường chiếu bất đối xứng: ....................................... 58
Bảng 2.2: Các trường chiếu bất đối xứng cần đo: ......................................... 59
Bảng 3.1. Minh họa dữ liệu đo PDD của một chùm photon (15MV, trường
chiếu chuẩn đối xứng, kích thước 10x10cm, độ sâu đo 35cm ....................... 61
Bảng 3.2. Kết quả độ sâu liều cực đại các trường chiếu 6x6cm .................... 63
Bảng 3.3. Kết quả độ sâu liều cực đại các trường chiếu 10x10cm ................ 63
Bảng 3.4. Kết quả độ sâu liều cực đại các trường chiếu 20x20cm ................ 64
Bảng 3.5. Kết quả độ bằng phẳng các trường chiếu 6x6cm .......................... 72
Bảng 3.6. Kết quả độ bằng phẳng các trường chiếu 10x10cm ...................... 73
Bảng 3.7. Kết quả độ bằng phẳng các trường chiếu 20x20cm ...................... 74
Bảng 3.8. Kết quả độ đối xứng các trường chiếu 6x6cm............................... 76
Bảng 3.9. Kết quả độ đối xứng các trường chiếu 10x10cm........................... 77
Bảng 3.10. Kết quả độ đối xứng các trường chiếu 20x20cm ......................... 78
Bảng 3.11. Kết quả vùng bán dạ các trường chiếu 6x6cm ............................ 81
Bảng 3.12. Kết quả vùng bán dạ các trường chiếu 10x10cm ........................ 82
Bảng 3.13. Kết quả vùng bán dạ các trường chiếu 20x20cm ........................ 83


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành ...... 8
Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào ........................................................................... 8
Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích ............................................................... 10
Hình 1.4: Đường cong PDD các photon năng lượng khác nhau .................... 11
Hình 1.5: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR .................................. 11
Hình 1.6: Vùng bán dạ ................................................................................. 12
Hình 1.7: Bản đồ các đường đồng liều không có nêm và có nêm.................. 13
Hình 1.24. Đường cong PDD một số năng lượng electron với cùng một
applicator ..................................................................................................... 21
Hình 1.25: PDD và beam profile của chùm tia ............................................. 23

Hình 1.27: Minh họa sự phân tách chùm tia ................................................. 29
Hình 1.28: Minh họa trường chiếu đối xứng và bất đối xứng ....................... 30
Hình 1.29: Các trường chiếu bất đối xứng trong xạ trị ung thư vú ................ 31
Hình 1.30: Các trường chiếu bất đối xứng trong xạ trị ung thư đầu cổ.......... 32
Hình 1.31: Các trường chiếu bất đối xứng trong kỹ thuật 3D-CRT............... 33
Hình 2.1: Máy gia tốc xạ trị Elekta tại bệnh viện 103 ................................... 34
Hình 2.2: Sơ đồ khối của dàn quay gắn trên cấu trúc dạng trống .................. 37
Hình 2.3: Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị...................................... 38
Hình 2.4: Sơ đồ và hình ảnh súng điện tử trong máy gia tốc ELEKTA......... 39
Hình 2.5: Uốn chùm tia góc 900 ................................................................... 42
Hình 2.6: Uốn chùm tia góc 2700 ................................................................. 43
Hình 2.7: Uốn chùm tia góc 112,50............................................................... 43
Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển chùm tia trên máy ELEKTA ....... 44
Hình 2.9: Ảnh hưởng của từ trường uốn đến quỹ đạo chùm electron lối ra ... 45
Hình 2.10: Các thành phần chính trong đầu điều trị LINAC ......................... 46
Hình 2.11: Phân bố liều của chùm tia không có lọc phẳng và có lọc phẳng .. 47
Hình 2.12: Mô hình bộ lọc chùm tia và collimator sơ cấp ............................ 48
Hình 2.13: Định dạng chùm tia theo khối u của collimator đa lá .................. 49
Hình 2.14: Collimator đa lá được gắn trong điều trị ..................................... 50


Hình 2.15: Cấu trúc lá collimator làm giảm rò bức xạ .................................. 51
Hình 2.16: Buồng ion hóa kiểm soát liều lượng lối ra .................................. 51
Hình 2.17: (a) Chùm electron với hai lá tán xạ và bộ chuẩn trực mở (b) Phân
bố của các electron tán xạ từ hai lá và bộ chuẩn trực .................................... 53
Hình 2.2: Phantom và thùng chứa nước ........................................................ 54
Hình 2.3: Thiết bị điều khiển detector và ghi nhận dữ liệu ........................... 55
Hình 2.4: Buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex 0,125cm3 ......................... 55
Hình 2.5: Giao diện phần mềm đo liều và xử lý dữ liệu ................................ 56
Hình 2.6: Minh họa chiều quét PDD trong phantom ..................................... 57

Hình 2.7: Mô tả các chiều đo profile chùm photon ....................................... 58
Hình 2.8: Minh họa các trường bất đối xứng 20x20cm ................................. 59


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 1.26: Độ rộng trường chiếu và vùng bán dạ xác định theo profile ... 24
Biểu đồ 3.1: Phân tích dữ liệu của một đường liều sâu phần trăm ................ 62
Biểu đồ 3.2: Kết quả đo PDD của các trường chiếu 6x6cm bất đối xứng...... 62
Biểu đồ 3.3: Kết quả đo PDD của các trường chiếu bất đối xứng 10x10cm...... 63
Biểu đồ 3.4: Kết quả đo PDD của các trường chiếu 20x20cm bất đối xứng ..... 64
Biểu đồ 3.5: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm (Inplane).... 66
Biểu đồ 3.6: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm(Crossplane) ..... 66
Biểu đồ 3.7: Profile photon 6MV của trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm
(Inplane) ....................................................................................................... 67
Biểu đồ 3.8: Profile photon 6MV của trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm
(Crossplane) ................................................................................................. 67
Biểu đồ 3.9: Profile photon 6MV của trường chiếu (2) bất đối xứng 10x10cm
(Inplane) ....................................................................................................... 68
Biểu đồ 3.10: Profile photon 6MV của trường chiếu (2) bất đối xứng
10x10cm (Crossplane) .................................................................................. 68
Biểu đồ 3.11: Profile photon 6MV của trường chiếu (3) bất đối xứng
10x10cm (Inplane) ....................................................................................... 69
Biểu đồ 3.12: Profile photon 6MV của trường chiếu (3) bất đối xứng
10x10cm (Crossplane) .................................................................................. 69
Biểu đồ 3.13: Profile photon 6MV của trường chiếu (4) bất đối xứng
10x10cm (Inplane) ....................................................................................... 70
Biểu đồ 3.14: Profile photon 6MV của trường chiếu (4) bất đối xứng
10x10cm (Crossplane) .................................................................................. 70
Biểu đồ 3.15: Sơ đồ và bảng phân tích số liệu của một đường profile .......... 71
Biểu đồ 3.16: Xác định vùng bán dạ từ profile ............................................. 80

Comment [VW81]: N


MỞ ĐẦU
Xạ trị hay ứng dụng bức xạ ion hoá vào điều trị ung thư đã được bắt đầu
từ những năm đầu của thế kỷ XX, khi người ta dùng kim Radium phóng xạ
cắm vào khối u để tiêu diệt tế bào ung thư. Qua nhiều giai đoạn phát triển,
cho đến những năm 1950 máy xạ trị Cobalt-60 đã được ứng dụng chiếu xạ
ngoài điều trị ung thư đạt hiệu quả tốt. Trong vài ba thập kỷ vừa qua, máy gia
tốc y học (LINAC) đã trở thành thiết bị chiếm ưu thế trong điều trị ung thư
bằng bức xạ ion hoá. Hiện tại nó đã trở thành công cụ hữu hiệu không thể
thiếu trong xạ trị ung thư.
Xạ trị cùng với phẫu thuật và hoá trị trở thành 3 phương pháp chính
thống điều trị ung thư. Ước tính có trên 40% tổng số bệnh nhân ung thư được
xạ trị [5]. Ở những nước tiên tiến như Mỹ, Anh có tới trên 60% bệnh nhân
ung thư được điều trị bằng xạ trị.
Hiện nay, ở nước ta đã có nhiều bệnh viện được trang bị máy gia tốc
tuyến tính trong xạ trị ung thư. Các máy gia tốc được lắp đặt tại các cơ sở xạ
trị đều thuộc thế hệ mới, công nghệ hiện đại do đó chúng ta có thể thực hiện
các kỹ thuật xạ trị tiên tiến như xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u (3-D
CRT), xạ trị điều biến liều (IMRT).... Vấn đề khó khăn mà các cơ sở xạ trị
trong quá trình phát triển, khi được đầu tư thiết bị hiện đại đó là đội ngũ kỹ
sư, kỹ thuật viên được đào tạo còn hạn chế, các tài liệu về thiết bị gia tốc xạ
trị chưa nhiều, sự hiểu biết chưa đủ để đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng các
thiết bị một cách hiệu quả, nhất là trong những năm tiếp theo.
Trước đây, kỹ thuật xạ trị chủ yếu thực hiện với các trường chiếu có độ
mở của ống chuẩn trực chùm tia đối xứng qua trục trung tâm, trường chiếu
bất đối xứng chỉ được sử dụng trong một số trường hợp. Tuy nhiên, với các
kỹ thuật xạ trị hiện đại trên máy gia tốc thế hệ mới, các trường chiếu bất đối

xứng được sử dụng khá phổ biến, tạo thuận lợi rất lớn trong thao tác kỹ thuật
và phân bố liều lượng xạ trị cho bệnh nhân.

1


Việc đảm bảo độ ổn định các thông số vật lý chùm tia điều trị từ máy gia
tốc là hết sức quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác trong
phân bố liều lượng cho bệnh nhân, giảm tác dụng không mong muốn, nâng
cao hiệu quả điều trị.
Tuy nhiên, trong quy trình thu thập dữ liệu chùm tia làm ngân hàng dữ
liệu để lập kế hoạch điều trị trên máy gia tốc chỉ có các trường chiếu đối
xứng. Chính vì vậy, được sự giúp đỡ của Trung tâm Ung Bướu và Y học hạt
nhân - Bệnh viện 103, chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu đề tài: “Đánh giá độ
ổn định các thông số vật lý chùm tia trƣờng chiếu bất đối xứng của máy
gia tốc xạ trị ELEKTA tại bệnh viện Quân y 103”. Mục đích đề tài luận
văn:
1/ Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA,
quy trình thu thập dữ liệu chùm tia (commissioning) trên máy gia tốc xạ trị.
2/ Nghiên cứu các đặc tính vật lý của chùm photon trường chiếu bất đối
xứng trên máy gia tốc xạ trị ELEKTA.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn này được chia làm 3
chương:
Chương 1: Tổng quan, đề cập đến cơ sở sinh học và vật lý ứng dụng
trong xạ trị, phương pháp và thiết bị xạ trị, đi sâu vào tìm hiểu nguyên lý và
cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính xạ trị nói chung và máy gia tốc ELEKTA
nói riêng. Tìm hiểu về quy trình thu thập dữ liệu chùm tia làm ngân hàng dữ
liệu cho lập kế hoạch điều trị. Tìm hiểu về các thông số vật lý cơ bản của
chùm tia và việc ứng dụng các trường chiếu bất đối xứng trong kỹ thuật xạ trị.
Chương 2: Thiết bị và phƣơng pháp nghiên cứu, mô tả hệ thống máy

gia tốc ELEKTA và các thiết bị liên quan, phương pháp tiến hành đo đạc thực
nghiệm thu thập dữ liệu các chùm tia trong đề tài.
Chương 3: Kết quả và bàn luận, đánh giá phẩm chất chùm tia trường
chiếu bất đối xứng qua các thông số vật lý phân tích từ dữ liệu chùm tia như:
độ sâu liều cực đại, độ đối xứng, độ bằng phẳng và vùng bán dạ.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa và ứng dụng trong xạ trị
1.1.1. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hoá bao gồm các bức xạ hạt nhân như tia alpha, tia beta, tia
gamma và bức xạ tia X, bức xạ hạt như neutron, proton... Bức xạ ion hoá tác
dụng lên hệ thống sống theo cơ chế trực tiếp và gián tiếp. Tác dụng trực tiếp
xảy ra khi năng lượng bức xạ ion hoá được các phân tử sinh học hấp thu, gây
ra hiệu ứng nhất định, tổn thương về cấu trúc, chức năng, là tiền đề cho tổn
thương tiếp theo. Còn tác dụng gián tiếp là thông qua sự hình thành gốc tự do
(GTD), đặc biệt là GTD hình thành từ sự phân ly phân tử nước. Trong cấu
trúc mô sinh học, nước chiếm gần 80% khối lượng tế bào và có vai trò rất
quan trọng. Dưới tác dụng của bức xạ ion hoá, các GTD hình thành do phân
ly phân tử nước sẽ tác dụng lên màng tế bào, tác dụng lên các phân tử sinh
học, làm sai lệch cấu trúc, rối loạn thông tin trên những phân tử sinh học, vật
chất di truyền và tế bào. GTD là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung
thư, lão hoá...
Gốc tự do hình thành còn do tác động của môi trường sống như sự ô
nhiễm kim loại nặng, hoá chất, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, độc tố gây ung thư, các
tia năng lượng cao (phóng xạ)...GTD nội sinh (OH.) liên tục gây đột biến gen,
sự phân chia tế bào không được kiểm soát, phát sinh ung thư [1].

Tác dụng của phóng xạ tương tự tác dụng của những chất độc sinh ra
trong hô hấp tế bào, chỉ khác ở chỗ là trong hô hấp tế bào, các GTD sinh ra ở
ty thể và vùng lân cận nên tác hại thường khu trú ở ADN và enzym ở ty thể;
còn với phóng xạ, GTD sinh ra cả ở nội bào cũng như ngoại bào, nên hậu quả
sẽ nặng nề hơn.
Gốc tự do thường tấn công vào các acid béo không no, do các nối đôi là
nơi giàu các điện tử mà chúng muốn chiếm lấy. Màng sinh học chứa nhiều
acid béo chưa no là nơi bị các GTD tấn công tạo ra phản ứng dây chuyền làm
tan rã cấu trúc màng. Nếu không bị ngăn chặn, màng tế bào sẽ bị tấn công và
3


phá huỷ. Ngoài các protein trên màng với vai trò receptor, kháng thể hay
enzym vận chuyển các chất qua màng cũng khá nhạy cảm với GTD. Các GTD
hình thành: L. , HOO. , LO. , OH. , H. , LOO. gây tổn hại màng tế bào, rối
loạn cân bằng nội môi, phá huỷ cấu trúc màng, peroxyt hoá lipit màng lan
truyền, biến đổi các protein màng, thay đổi tính thấm, tính đàn hồi, khả năng
trao đổi chất của màng tế bào. Bơm Na+-K+-ATPaza bị tổn thương bởi HO2’
dẫn đến phù tế bào. Rối loạn hằng định nội môi của Ca++ làm rối loạn trao đổi
ion qua màng, dẫn đến giảm ATP. GTD còn phá huỷ tế bào bằng cách tấn
công vào ADN và lysosom làm các enzym từ lysosom giải phóng và tiêu huỷ
ngay chính tế bào hay phá huỷ tế bào bằng cách kết hợp các protein với nhau
trong một quá trình gọi là sự liên kết chéo, làm các phân tử đông vón lại với
nhau không đảm nhận được chức năng sinh lý bình thường [1], [7].
Những tác động trường diễn của GTD lên hệ thống miễn dịch có thể
dẫn tới hậu quả trên diện rộng: khi GTD bắt đầu huỷ hoại màng tế bào, các
chất của quá trình viêm như các prostaglandin được giải phóng, những chất
này áp chế hệ miễn dịch, giảm đề kháng với nhiễm trùng và ngay cả với bệnh
viêm thoái hoá, bệnh tự miễn và ung thư. Trong khi bảo vệ cơ thể, chính bạch
cầu cũng bị chết và giải phóng ra hàng loạt GTD, làm suy giảm, sai lệch hệ

thống miễn dịch. Sức đề kháng cơ thể do đó ngày càng giảm.
Các tổn thương phóng xạ có thể xét theo các mức độ khác nhau: mức
phân tử, mức tế bào và mức toàn cơ thể.
- Mức độ phân tử:
Đặc điểm của các phân tử sinh học là có kích thước lớn, thường bao
gồm nhiều liên kết hoá học. Khi chiếu xạ, năng lượng bức xạ truyền trực tiếp
hoặc gián tiếp cho các phân tử, có thể phá vỡ các liên kết hoá học hoặc phân li
các phân tử sinh học, làm mất các thuộc tính sinh học của chúng.
Quan trọng nhất là tổn thương phân tử chất liệu di truyền ADN. ADN
bị tổn thương do cả tác dụng trực tiếp và gián tiếp. Thành phần cấu trúc cơ
bản của nhiễm sắc thể là ADN, tổn thương nhiễm sắc thể xuất phát từ tổn
thương ADN. Đột biến xảy ra khi trình tự hoặc số lượng các nucleotide trong
4


genom ADN bị thay đổi. Sự biến đổi này có thể là biến đổi số lượng (trisomytam bội; monosomy-đơn bội; mosaic) và cấu trúc của nhiễm sắc thể (mất
đoạn, chuyển đoạn, đảo đoạn...). Nếu bộ nhiễm sắc thể mang một trong
những biến loạn này thì sẽ có biểu hiện kiểu hình dị dạng hoặc sẩy thai liên
tiếp, nếu di truyền cho thế hệ sau thì con sinh ra sẽ bị dị tật bẩm sinh [7].
Các bức xạ ion hóa như neutron, hạt alpha gây đứt gãy đôi cao hơn và
gây nên biến loạn nhiễm sắc thể nặng nề hơn so với tia X và tia gamma.
Biến đổi gen do thay đổi cấu trúc của các phân tử ADN tạo ra các gen
biến dị. Gen biến dị bền vững, tự nhân đôi và truyền lại cho các tế bào ở lần
phân chia tiếp theo. Hầu hết những gen đột biến đều có hại cho cơ thể.
- Mức độ tế bào:
Sự biến đổi các đặc tính của tế bào có thể xảy ra ở trong nhân và
nguyên sinh chất sau chiếu xạ. Các tổn thương phóng xạ lên tế bào có thể làm
cho tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân và nguyên sinh chất; kìm hãm
hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào; làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới việc tế
bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng; gây đột biến gen, đó là do các tổn

thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền trên phân
tử ADN. Kết quả là làm chết tế bào. Đây là quá trình quan trọng nhất trong
ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư.
- Tổn thương ở mức toàn cơ thể:
Hội chứng phóng xạ cấp hay “Hội chứng phóng xạ toàn thân” ở động
vật có vú được đề cập đến khi cơ thể bị chiếu xạ ngoài với liều lớn trong một
thời gian ngắn (thông thường cỡ ít phút) và trên một diện tích khá rộng, bởi
tia X hoặc tia gamma hoặc bức xạ neutron.
Thương tổn chủ yếu ở tủy xương, dạ dày-ruột hoặc thần kinh tùy thuộc
liều lớn hay nhỏ. Nếu bị chiếu liều >1 Gy sẽ thấy buồn nôn, nôn trong những
giờ đầu. Nếu bị chiếu >2Gy có thể chết. Bị chiếu với liều >8Gy thì khả năng
sống được rất ít. Liều gây tử vong 50% nằm trong khoảng 3 - 5 Gy. Bệnh diễn
biến trong vòng 2 tháng, kết quả là tử vong hoặc hồi phục. Trong phạm vi từ
3-10 Gy, biến chứng nhiễm khuẩn rất nguy hiểm, thường chết vì nhiễm
5


khuẩn. Bệnh nhân cần được điều trị tích cực và để nằm trong môi trường vô
khuẩn nhằm tránh bị nhiễm trùng thứ phát. Với liều cao trên 10Gy thì ruột bị
thương tổn nặng, tử vong đến rất nhanh trong vòng 3-5 ngày.
Những người làm việc với phóng xạ ít khi bị chiếu với liều lớn đến
mức gây tổn thương phóng xạ cấp. Thường chỉ khi xảy ra tai nạn lò nguyên tử
mới có nạn nhân bị chiếu liều cao. Bình thường có thể bị chiếu xạ dài ngày ở
mức độ thấp.
Biểu hiện của tổn thương sớm trên một số cơ quan:
+ Máu và cơ quan tạo máu: lympho và tuỷ xương là những tổ chức
nhạy cảm cao với bức xạ. Giảm lympho xảy ra trong vài giờ sau chiếu xạ. Tế
bào lympho trực tiếp bị phá huỷ, cả trong máu lưu hành và trong hạch, lách,
tuyến ức. Mức độ tổn thương và thời gian kéo dài của tổn thương phụ thuộc
vào liều chiếu và thời gian chiếu. Bạch cầu giảm với liều chiếu thấp 0,1Gy,

tiểu cầu và hồng cầu giảm ở liều cao hơn, tương ứng là 0,5Gy. Sự hồi phục có
thể đạt được vài tháng sau chiếu xạ. Các tế bào tạo máu trong tuỷ xương, kể
cả nguyên hồng cầu đều nhạy cảm với phóng xạ. Xét nghiệm máu thấy giảm
số lượng lympho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và cả hồng cầu. Biểu hiện lâm sàng là
các triệu chứng xuất huyết, phù, thiếu máu.
+ Hệ tiêu hoá: nhạy cảm nhất với phóng xạ ở niêm mạc ruột non, sau
đó ở vòm miệng, lưỡi, tuyến nước bọt, dạ dày. Gan kém nhạy cảm với phóng
xạ. Chiếu xạ liều cao làm tổn thương niêm mạc ruột, gây các triệu chứng như
ỉa chảy, sút cân, giảm sức đề kháng cơ thể, nặng có thể gây loét, xuất huyết
tiêu hoá, xơ hoá, hoại tử.
+ Da: khá nhạy cảm với phóng xạ, bị chiếu liều trung bình hoặc liều
cao cấp tính gây triệu chứng giống như bỏng: viêm đỏ, ứ dịch, sạm đen, loét,
hoại tử. Tuy nhiên, sự hồi phục của da tương đối tốt nên liều chí tử đối với tế
bào biểu bì cao hơn tế bào hệ tạo máu 10 lần.
+ Cơ quan sinh dục: nhạy cảm với phóng xạ. Có nhiều tinh trùng bị tiêu
diệt ở liều 0,5 -1Gy. Bị chiếu xạ cấp liều 5-6Gy có thể gây vô sinh lâu dài ở

6


nam, còn liều 2,5Gy có thể gây vô sinh tạm thời (12 tháng). Đối với nữ, liều
vô sinh cao hơn, khoảng 6Gy.
+ Mắt: thuỷ tinh thể của mắt dễ bị tổn thương do phóng xạ. Liều dưới 2
Gy đã có thể gây mù. Liều chiếu cấp 7 Gy gây mù 100%. Mù mắt có thể xảy
ra với thời gian từ 1-30 năm sau chiếu xạ [6].
1.1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư
Bức xạ ion hoá gây nên những biến đổi sinh học trong tổ chức sống.
Tuy nhiên độ nhạy cảm phóng xạ của các loại tế bào và mô trong cơ thể lại
hết sức khác nhau. Đặc biệt các tế bào ung thư là những tế bào có khả năng
sinh sản mạnh, tính biệt hóa kém nên nhạy cảm hơn với phóng xạ so với các

tế bào lành. Nếu chiếu cùng liều thích hợp vào mô ung thư và mô lành, có thể
tiêu diệt được tế bào ung thư mà ít gây biến đổi nguy hiểm đối với tế bào
lành. Đó là nguyên lý của điều trị ung thư bằng phóng xạ [3],[4],[5].
Tất cả các kỹ thuật điều trị tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối
đa tại khối u, giảm đến tối thiểu liều ở các mô lành xung quanh. Muốn vậy
phải dựa trên sự khác nhau về độ nhạy cảm tia xạ các tế bào u, tế bào lành và
vào loại tế bào cụ thể.
- Trên cùng một cơ thể các tế bào có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau.
Những tế bào non đang trưởng thành (kém biệt hóa), tế bào sinh sản nhanh,
dễ phân chia thường có độ nhạy cảm cao với phóng xạ như tế bào của cơ quan
tạo máu cuối cùng mô não, cơ, xương kém nhạy cảm với phóng xạ.

7


Probability of Tumor Control
or Normal Tissue Damage (%)

Tế bào u
Tế bào lành

Delivered Dose

Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành
- Trong ung thư, chúng ta cần phải quan tâm nhiều nhất đến các tế bào
có khả năng phân chia vô hạn: đó là các tế bào sinh clôn, có tỷ lệ khoảng 0,1 1%. Chỉ triệt tiêu được khối u khi tất cả các tế bào sinh clôn không còn khả
năng phân chia. Xác suất tiêu diệt các tế bào sinh clôn này tuỳ thuộc nhiều
yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự nhạy cảm với bức xạ ion hoá của các tế
bào ung thư. Các loại ung thư rất nhạy cảm với tia xạ như seminoma, lympho
ác tính...; nhạy cảm với tia xạ mức độ trung bình: hầu hết các carcinoma, ung

thư ít nhạy cảm với tia xạ: melanoma, sarcoma...
Sự nhạy cảm phóng xạ còn phụ thuộc vào chu kỳ tế bào. Pha phân chia
tế bào (pha M) là thời điểm tế bào nhạy cảm nhất với phóng xạ [5].

M

- phân chia tế bào

G1

- chuẩn bị tổng hợp

S

- tổng hợp

G2

- tăng trưởng

Most Radiation
Sensitive

M < G1 < S < G2

Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào
8


Điều trị ung thư bằng chiếu xạ được ứng dụng sớm ngay từ khi hiện

tượng phóng xạ mới được phát minh. Với các hạt tích điện như hạt alpha có
khả năng ion hóa mạnh nhưng đâm xuyên kém, không được sử dụng trong
chiếu xạ từ xa. Bức xạ beta (electron) có khả năng đâm xuyên khá lớn, được
sử dụng chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da. Khi đi vào độ sâu
khoảng 5cm thì liều lượng của chùm electron gần như bằng không, do đó ít
gây tổn hại đến các mô lành.
Tia gamma và tia X tác dụng gây ion hóa kém hơn các loại hạt trên
nhưng có khả năng đâm xuyên rất lớn, do đó được ứng dụng chủ yếu trong xạ
trị từ xa. Chúng có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể để điều trị
các khối u sâu. Với các khối u sâu trên 3cm, để giảm liều chiếu ở mặt da và ở
các mô lành trên đường đi của chùm tia người ta làm nhiều chùm nhỏ chiếu
theo các hướng khác nhau, hội tụ đồng tâm tại khối u cần điều trị.
1.2. Các phƣơng pháp xạ trị, thiết bị xạ trị
1.2.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị
Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị ung thư
bằng tia xạ trong y học, là một trong 3 phương pháp chính được sử dụng hiện
nay để điều trị bệnh ung thư cùng với 2 phương pháp là phẫu thuật và sử dụng
hóa chất. Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng các bức xạ ion hóa hay các tia xạ
với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư
đồng thời hạn chế thấp nhất tổn thương cho các tế bào lành xung quanh.
Mục đích của xạ trị là nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư và ngăn chặn sự
phát triển, lan tràn của chúng, đồng thời phải bảo vệ được tế bào lành.
Điều trị bằng tia xạ sử dụng độc lập có thể chữa khỏi nhiều loại ung thư
còn ở giai đoạn khu trú tại chỗ như ung thư da, ung thư vòm họng, ở vùng
đầu, cổ... Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phương
pháp phẫu thuật trong những trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn.
Khi đó có thể chiếu xạ tiền phẫu để giảm bớt kích thước khối u cho dễ mổ,
hạn chế sự di căn lúc mổ. Cũng có thể sử dụng chiếu xạ sau khi mổ để diệt
những tế bào ung thư còn sót lại. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau
9

khi mổ. Tùy theo từng trường hợp ta có thể lựa chọn phương pháp điều trị sao
cho đạt hiệu quả cao nhất. Phương pháp xạ trị cũng có thể kết hợp với điều trị
hóa chất để tiêu diệt những tế bào ung thư tại khu vực mà điều trị hóa chất
không thể tiêu diệt được. Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Đức... có tới trên 60%
bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị.
Nguyên tắc của xạ trị là bằng cách nào đó, phải phân bổ liều lượng đã
chỉ định tập trung cao và đồng đều tại thể tích khối u, đồng thời phải giảm
thiểu liều có hại cho tổ chức lành liên quan. Sự tiến bộ của kỹ thuật, công
nghệ hướng tới làm thế nào để liều lượng bức xạ tập trung vào khối u ngày
càng cao và liều chiếu mô lành phải chịu ngày càng giảm.
1.2.2. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư
• Cân bằng điện tích (Build-Up):
Là hiện tượng vật lý, xảy ra khi các chùm photon năng lượng cao tương
tác với môi trường sinh ra các electron thứ cấp. Tùy theo năng lượng photon
và môi trường tương tác, những electron này cũng sẽ tham gia tương tác với
môi trường. Liều lượng cực đại (Dmax) sẽ đạt được tại độ sâu nào đó trong
môi trường khi các electron đạt đến sự cân bằng [2],[5]. Miền giới hạn giữa
bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâu đạt liều lượng cực đại rất có ý nghĩa
trong xạ trị, thông qua việc lựa chọn năng lượng chùm tia.

Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích

10


• Liều sâu phần trăm (PDD):
Là liều hấp thụ của một điểm nằm tại độ sâu nào đó được biểu thị bằng
phần trăm so với liều hấp thụ tại điểm tham khảo (thường là điểm có liều

lượng cực đại) nằm trên trục trung tâm của chùm tia .

Hình 1.4: Đường cong PDD các photon năng lượng khác nhau
• Tỷ số mô - không khí (TAR):
Là tỷ số của liều lượng tại một điểm nào đó trong môi trường (nước hoặc
tương đương mô) so với liều lượng tại cùng điểm đó được đo trong không khí
[6],[8],[15].

Hình 1.5: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR

11


• Hệ số tán xạ của collimator:
Là các giá trị liều bức xạ đo được trong không khí và tăng lên theo sự
tăng của độ mở collimator (tăng theo diện tích trường chiếu).
• Kích thước trường chiếu:
Là một kích thước hình học được xác định bởi giới hạn của đường đồng
liều 50% của trường chiếu đó [8].
• Vùng nửa tối - hay vùng bán dạ (Penumbra):

Hình 1.6: Vùng bán dạ

penumbr
a

Là vùng nằm gần mép của biên các trường chiếu, ở đó liều lượng giảm
một cách nhanh chóng. Độ rộng của vùng bán dạ phụ thuộc vào kích thước
của nguồn, vào khoảng cách từ nguồn đến giới hạn cuối của collimator và vào
khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da (bề mặt phantom) [8],[15].

• Bản đồ đồng liều:
Là tập hợp một số các đường cong đồng liều của một trường chiếu và
chúng thường mô tả độ chênh lệch về liều lượng giữa các đường là 10%
[8],[15]. Liều lượng tại các điểm trung gian khác có thể được xác định bằng
cách nội suy giữa các đường. Bản đồ đồng liều sẽ có hình dạng khác nhau
với các kích thước trường chiếu khác nhau, với nguồn bức xạ có các mức
năng lượng khác nhau.

12


• Lọc, nêm:
Là một loại dụng cụ hấp thụ (thường dùng chì) được lồng vào chùm tia,
làm biến dạng chùm tia và vì vậy nó cũng làm giảm suất liều chùm tia đó. Hệ
số truyền qua nêm biểu thị tỷ số của suất liều trên trục trung tâm của chùm tia
khi có và khi không có nêm. Góc là góc tạo bởi đường vuông góc trục trung
tâm chùm tia và đường đồng liều 50% và tại đểm giao nhau của chúng trên
trục trung tâm [2] ,[8].

Hình 1.7: Bản đồ các đường đồng liều không có nêm và có nêm
• Liều hấp thụ
- Định nghĩa: liều hấp thụ D là năng lượng bị hấp thụ bởi một đơn vị
khối lượng vất chất mà bức xạ đi qua [6].
D = dE/dm
+ dE: năng lượng của bức xạ bị hấp thụ bởi vật chất có khối lượng là
dm.
+ Đơn vị trong hệ SI là Gray (Gy): 1Gy = 1J/kg
+ Đơn vị cũ là rad; 1Gy = 100 rad.
+ Suất liều hấp thụ: là liều lượng hấp thụ trong một đơn vị thời gian.
13

Đơn vị là Gray/giây (Gy/s)
• Liều tương đương
- Định nghĩa: liều tương đương HT,R trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ
R gây ra là liều hấp thụ trong mô hoặc cơ quan đó nhân với trọng số của bức
xạ WR tác dụng lên mô hoặc cơ quan đó.
HT,R = DT,R. WR
- Đơn vị đo là Sievert (Sv).
- Đơn vị cũ là Rem. 1Sv = 100 Rem.
Bảng 1.1: Trọng số bức xạ
Loại bức xạ

WR
+

-

Gamma, tia X, β và β

1

Nơtron chậm hay nhiệt <10keV

~5

Nơtron nhanh và proton tới 10MeV

10

Hạt α và các hạt nhân nặng

10-20

• Liều hiệu dụng
- Định nghĩa: liều hiệu dụng tỷ lệ với liều hấp thụ tức là tỷ lệ với liều
tương đương do vậy liều hiệu dụng trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ R gây
ra là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan đó nhân với trọng số mô WT
của cơ quan đó.
ET = HT. WT
- Đơn vị đo là Sievert (Sv).
• Liều chiếu
- Định nghĩa: là tổng điện tích các ion cùng dấu được tạo ra trong thể
tích không khí ở điều kiện chuẩn (00C, 760mmHg) có khối lượng dm, khi tất
cả các điện tử thứ cấp do các photon tạo ra bị hãm hoàn toàn trong thể tích
không khí đó.
X = dQ/dm
+ dQ là tổng điện tích các ion cùng dấu.
+ Đơn vị đo là C/kg.
+ Đơn vị cũ là Roentgen (R): 1C/kg = 3,876.103 R.
14


- Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian:
X’ = dX/dt
• KERMA (Kinetic Energy Released in Material)
- Là tổng động năng ban đầu của tất cả các hạt điện tích được giải phóng
bởi hạt ion hoá không mang điện trong vật liệu khối lượng dm.
K = dE/dm
- Đơn vị đo là J/kg còn được gọi là Gy.

1.2.3. Các phương pháp xạ trị
Có 2 phương pháp xạ trị phổ biến đã và đang được sử dụng là xạ trị
ngoài (hay còn gọi là xạ trị từ xa) và xạ trị trong (hay còn gọi là xạ trị áp sát).
- Xạ trị áp sát là kỹ thuật xạ trị mà khoảng cách từ nguồn phóng xạ đến
các khối u là rất nhỏ. Trong phương pháp này người ta sử dụng các nguồn
phóng xạ có dạng kim, dạng ống, tube để đưa sát lại vùng có khối u [18],[19].
Có 3 cách thực hiện kỹ thuật này: cách thứ nhất dùng tấm áp bề mặt để điều
trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ…; cách thứ 2 là dùng các
applicator để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; cách thứ 3 người ta sử
dụng các kim cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô…
Một số khối u ở những vị trí thuộc vùng hang hốc của cơ thể như cổ tử
cung, trực tràng, thực quản... có thể dùng một ống áp (applicator) đặt trước rồi
đưa đồng vị phóng xạ vào sát với khối u để chiếu xạ [5]. Như vậy có thể tăng
liều chiếu ở khối u và giảm liều chiếu cho mô lành. Việc đưa nguồn xạ được
thực hiện sau khi đã đặt ống áp đúng vị trí, thực hiện bằng điều khiển từ xa
(qua máy tính) cho nên còn gọi là xạ trị áp sát nạp nguồn sau. Các kỹ thuật
như dùng kim phóng xạ Radium, dùng các hạt (seed) gắn phóng xạ cấy vào
mô ung thư cũng được coi là xạ trị áp sát.
- Xạ trị từ xa là phương pháp xạ trị mà nguồn phát tia ở cách bệnh nhân
một khoảng nào đó. Đây là phương pháp rất phổ biến trong điều trị ung thư
hiện nay. Phương pháp này được tiến hành với chùm photon từ nguồn phát
như nguồn

60

Co hoặc chùm phát tia X năng lượng cao được tạo bởi chùm

electron đã được gia tốc bởi máy gia tốc tuyến tính lái cho đập vào bia, cũng
có thể dùng trực tiếp chùm electron đã được gia tốc phát ra từ máy gia tốc.

15