Tìm hiểu quy trình ứng dụng hệ Collimator đa lá MLC trong kỹ thuật xạ trị ba chiều 3D

LỜI CẢM ƠN

- Trước hết, em xin trân trọng gửi tới Khoa Xạ trị – Bệnh viện ung bướu trung
ương – Hà Nội lời cảm ơn chân thành vì sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp tại Khoa.
- Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Xuân Kử, người đã trực
tiếp hướng dẫn, chỉ bảo em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
- Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi
trường – Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi
cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
- Được sự giúp đỡ của các thầy cô và cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã
hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu quy trình ứng dụng hệ
Collimator đa lá- MLC trong kỹ thuật xạ trị ba chiều 3D-CRT”.
- Do thời gian thực tập có hạn nên trong bản đồ án tốt nghiệp của em sẽ không
tránh khỏi sai sót. Em rất mong được sự góp ý và hướng dẫn của các thầy cô!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 06 năm 2014
Sinh viên
Võ Thành Đạt


DANH MỤC VIẾT TẮT

1

1-D

One dimensional

Không gian 1 chiều

2

2-D

Two dimensional

Không gian 2 chiều

3

3-D

Three dimensional

Không gian 3 chiều

4

CRT

Comformal Radiation Therapy

Xạ trị theo hình dạng khối u

5

CT

Computed Tomography

Chụp ảnh cắt lớp

6

CTV

Clinical Target Volume

Thể tích bia lâm sàng

7

DRR

Digital Reconstruction Radiograph

Máy tia X tái tạo bằng kỹ thuật số

8

DVH

Dose Volume Histogram

Biểu đồ thể tích – liều lượng

9

EPID

Electron Portal Imaging Device

Thiết bị tạo ảnh điện tử

10

GTV

Gross Tumor Volume

Thể tích khối u thô

11

IAEA

Cơ quan năng lượng nguyên tử
thế giới

12

IMRT

Intermational Atomic Energy
Agency
Intensity Modulated Radiation
Therapy

13

ITV

Internal Target Volume

Thể tích bia bên trong

14

MLC

Multileaf Collimator

Collimator đa lá

15

MRI

Magnetic Resonance Imaging

Chụp ảnh cộng hưởng từ

16

MU

Monitor Unit

Đơn vị thay thế liều

17

PET

Position Emission Tomography

Chụp ảnh cắt lớp bằng đồng vị
phát xạ positron

18

PTV

Planing Target Volume

Thể tích bia lập kế hoạch

19

QA

Quality Assurance

Đảm bảo chất lượng

Xạ trị điều biến liều


20

QC

Quality Control

Kiểm soát chất lượng

21

RF

Radiofrequency

Tần số song vô tuyến

22

SAD

Source to Axis Distance

Khoảng cách từ nguồn tới tâm bia

Single Photon Emission Computed
Tomography

Chụp ảnh cắt lớp bằng đồng vị
phát xạ đơn photon

23 SPECT
24

SSD

Source to Surface Distance

Khoảng cách từ nguồn đến da

25

TCP

Tumor Control Probability

Xác xuất kiểm soát khối u

26

TLD

Thermoluminescence Dosimetry

Máy đo liều nhiệt phát quang

27

TPS

Treatment Planning System

Hệ thống lập kế hoạch điều trị

MỤC LỤC
Trước hết, em xin trân trọng gửi tới Khoa Xạ trị – Bệnh viện ung bướu trung ương – Hà Nội lời
cảm ơn chân thành vì sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm đồ án tốt
nghiệp tại Khoa.....................................................................................................................................1
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Xuân Kử, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.....................................................................................1
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi trường – Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian
học tập tại trường................................................................................................................................1
Được sự giúp đỡ của các thầy cô và cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành bản đồ
án tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu quy trình ứng dụng hệ Collimator đa lá- MLC trong kỹ thuật xạ
trị ba chiều 3D-CRT”.............................................................................................................................1
Do thời gian thực tập có hạn nên trong bản đồ án tốt nghiệp của em sẽ không tránh khỏi sai sót.
Em rất mong được sự góp ý và hướng dẫn của các thầy cô!..............................................................1
LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ.................................................3
1.1. Thế nào là ung thư............................................................................................................................3
1.2. Các phương pháp điều trị ung thư...................................................................................................4
1.2.1. Phẫu thuật.................................................................................................................................4
1.2.2. Xạ trị...........................................................................................................................................5
1.2.3. Hóa trị........................................................................................................................................6
1.3. Cơ sở của xạ trị ung thư....................................................................................................................7
CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ XẠ TRỊ.................................................................................................................9
2.1. Máy xạ trị Cobalt-60..........................................................................................................................9
2.2. Máy gia tốc tuyến tính- LINAC........................................................................................................11
CHƯƠNG III: COLLIMATOR ĐA LÁ –MLC....................................................................................................16
TRONG MÁY XẠ TRỊ UNG THƯ...................................................................................................................16
3.1. Nguyên lý và cấu tạo máy gia tốc thẳng.........................................................................................16

3.1.1. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị............................................17
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc trong xạ trị.................................................................20
3.2. Hệ thống collimator đa lá (MLC).....................................................................................................25
3.2.1. Nguyên lý hoạt động của MLC................................................................................................26
3.2.2. Cấu trúc hình học và đặc tính cơ khí......................................................................................27


3.2.3. Vị trí MLC trong hệ chuẩn trực trên máy gia tốc....................................................................32
3.2.4. Đặc tính vật lý..........................................................................................................................33
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XẠ TRỊ 3D-CRT BẰNG MÁY GIA TỐC ELEKTA VỚI HỆ COLLIMATOR
ĐA LÁ - MLC................................................................................................................................................38
4.1. Xạ trị ba chiều theo hình dạng khối u (3D- CRT)............................................................................39
4.2. Phương pháp xạ trị bằng máy gia tốc Elekta với hệ MLC...............................................................45
4.2.1. Phương pháp...........................................................................................................................45
Kích thước trường chiếu cực tiểu, cực đại.......................................................................................45
Bề rộng của mỗi lá.............................................................................................................................45
Khoảng cách chuyển động qua tâm của mỗi lá................................................................................45
Khả năng hai lá gần đối diện có thể đi ngược chiều nhau...............................................................45
4.2.2. Phần mềm lập kế hoạch xạ trị XiO..........................................................................................47
4.3. Một số ứng dụng lâm sàng của kỹ thuật 3D-CRT được áp dụng trên máy gia tốc với hệ MLC....48
4.3.1. Ung thư phổi...........................................................................................................................48
Kĩ thuật xạ trị 3-D CRT.......................................................................................................................48
Ứng dụng lâm sàng : Bệnh nhân X.Phạm.T, tuổi 60..........................................................................50
4.3.2. Ung thư vú...............................................................................................................................54
Kĩ thuật xạ trị 3-D CRT.......................................................................................................................55
Ứng dụng lâm sàng : Bệnh nhân V. Thị. H, tuổi 45...........................................................................57
Kết luận chương 4......................................................................................................................................61
KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................................65

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trong y học, cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, khoa học
máy tính, các đồng vị phóng xạ, các thiết bị phát tia X đang được ứng dụng rộng rãi
trong chẩn đoán và điều trị, đem lại hiệu quả to lớn, góp phần cứu chữa người bệnh,
nhất là các bệnh nhân ung thư.
Ứng dụng bức xạ ion hoá vào điều trị ung thư (xạ trị) bắt đầu từ những năm đầu
của thế kỷ trước, khi người ta dùng kim Radium phóng xạ cắm vào khối u để tiêu diệt
tế bào ung thư. 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. Xạ trị trở thành một trong ba phương
pháp chính thống điều trị ung thư (cùng với phẫu thuật và hoá trị). Ở những nước tiên
tiến như Mỹ, Anh có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị.
Trong vài ba thập kỷ vừa qua, máy gia tốc y học (medical linear accelerator LINAC) đã trở thành thiết bị chiếm ưu thế trong điều trị ung thư bằng bức xạ ion hoá.
Đã có năm thế hệ máy gia tốc khác nhau:
- Máy gia tốc tia X, photon năng lượng thấp.
- Máy gia tốc hai loại bức xạ: tia X, photon năng lượng trung bình và bức xạ
electron.
- Máy gia tốc hai loại búc xạ: tia X, photon năng lượng cao và bức xạ electron.
- Máy gia tốc hai chùm tia năng lượng cao, điều khiển hoạt động bằng máy tính,
có hệ thống collimator đa lá (MLC).
- Và mới đây nhất là máy gia tốc với hai loai bức xạ photon và bức xạ electron
năng lượng cao, xa trị ba chiều theo hình dạng khối u với hệ collimator đa lá (3D-CRT
- Conformal RadioTherapy ).
Vấn đề quan trọng nhất khi chiếu các bức xạ ion hóa vào cơ thể là tính toán liều
sao cho liều gây cho tế bào lành là nhỏ nhất và liều lớn nhất gây ra tại bia chiếu. Để
đảm bảo điều này, hàng loạt các kỹ thuật mới đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng
1


như: kỹ thuật xạ trị ba chiều 3D-CRT, kỹ thuật xạ trị điều biến liều, kỹ thuật xạ trị định

vị, kỹ thuật xạ trị cắt lớp …
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu này, em thực hiện đề tài : “Tìm hiểu
quy trình ứng dụng hệ Collimator đa lá - MLC trong kỹ thuật xạ trị ba chiều 3D
-CRT”. Đây là một kỹ thuật mới trên thế giới và đang được nghiên cứu, ứng dụng tại
Việt Nam.
Mục đích đề tài :
1/ Tìm hiểu về máy gia tốc tuyến tính LINAC trong điều trị ung thư.
2/ Tìm hiểu các đặc tính vật lý của hệ collimator đa lá và ứng dụng trong kỹ
thuật xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u 3D-CRT.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, bài luận văn được chia thành bốn phần :
Chương 1: Tổng quan về ung thư và các phương pháp điều tri
Chương 2: Thiết bị xạ trị
Chương 3: Collimator đa lá - MLC trong máy gia tốc xạ trị ung thư
Chương 4: Ứng dụng kỹ thuật xạ trị ba chiều theo hình dạng khối u (3DCRT) bằng máy gia tốc Elekta với hệ MLC

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU TRỊ
1.1. Thế nào là ung thư
Trong cơ thể sống bình thường, quá trình sinh trưởng và phát triển các tế bào
được sinh ra và chết đi theo một cơ chế tự nhiên và chịu sự quản lý chặt chẽ của cơ thể.
Cơ thể dùng quy luật này để kiểm soát và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan ở mức
ổn định. Ngược lại, các tế bào ung thư là các tế bào bất thường, được sinh ra không
chịu sự quản lý của cơ thể và chết theo một nhịp độ nhanh hơn các tế bào bình thường.
Ung thư được định nghĩa là sự rối loạn tế bào, tạo nên sự tập trung một khối
lượng lớn tế bào do sự sinh sản quá nhanh, vượt quá số tế bào chết đi, hậu quả là khối
tế bào này dần dần xâm lấn và tàn phá các mô, các cơ quan của cơ thể sống.
Như vậy, ung thư là bệnh của tế bào. Trong cơ thể chúng ta, nơi nào có tế bào

sống, nơi đó có thể có ung thư. Tóc, lông, móng là chất sừng, không phải là tế bào sống
nên không có ung thư.
Các tế bào ung thư là các tế bào bất thường và chết theo một nhịp độ nhanh hơn
các tế bào bình thường, không cân bằng với mức độ sinh sản ra các tế bào mới quá
nhanh. Do đó, khối lượng mô ung thư ngày càng lớn. Sự mất quân bình này do hai yếu
tố chính: các bất thường di truyền trong tế bào ung thư và sự bất lực của tế bào chủ
trong việc tiêu diệt các tế bào này.
Sự không cân bằng giữa mức độ sinh sản ra các tế bào mới và tế bào chết đi là
nguyên nhân dẫn đến tế bào ung thư ngày càng lớn, chúng tạo thành những khối u ung
thư. Có thể chia khối u ung thư thành hai loại: U lành tính và u ác tính. U lành thường
không gây nguy hiểm đến tính mạng người bệnh và có thể điều trị bằng phương pháp
phẫu thuật. Những tế bào ung thư là ác tính có thể xâm lấn và chèn ép các cơ quan
xung quanh làm cho quá trình trao đổi chất của chúng trở nên rối loạn. Ngoài ra, một
3


số tế bào ung thư còn có thể theo mạch máu và hệ thống bạch huyết di cư đến những cơ
quan mới khác trong cơ thể, bám lại 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 các 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 chứa năng của nó và dẫn đến gây tử vong cho
người bệnh. Căn bệnh có tỉ lệ tử vong hang đầu và chiếm gần một phần năm tổng các
ca tử vong trên toàn thế giới chính là ung thư. Như vậy, ung thư là một căn bệnh tất
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 chính điều trị ung thư . 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 và từng giai đoạn ung thư khác nhau.
Mục đích 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 tế bào bình thường xung quanh.
1.2.1. Phẫu thuật
Là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất hữu hiệu, đặc biệt là với
ung thư khu trú ở một phần nào đó của cơ thể. Khi phẫu thuật, tế bào ung thư được lấy
đi càng nhiều càng tốt. Đôi khi tế bào lành cũng bị cắt bỏ để chắc chắn là tế bào ung
thư lẫn vào đó sẽ được loại hết. Phương pháp này 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.

4


1.2.2. Xạ trị
Là phương pháp sử dụng bức xạ ion hóa 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 và xạ trị áp sát( Exfermaltherapy and Brachytherapy).
Xạ trị chiếu ngoài (xạ trị từ xa): là phương pháp sử dụng: máy phát tia –X, máy
xạ trị cobalt-60, máy gia tốc tuyến tính LINAC, để hướng chùm bức xạ năng lượng cao
vào nơi bị ung thư đã được xác định theo các trường điều trị nhất định.
Cho tới thời điểm hiện nay, xạ trị ngoài có ba kỹ thuật chính:
Kỹ thuật xạ trị thông thường (conventional Radiotherapy): kỹ thuật này phổ
biến trước đây.
Kỹ thuật xạ trị theo hình dạng khối u (3-D CRT: three dimension Conformal
RadioTherapy): Với việc sử dụng ống chuẩn trực đa lá MLC, chùm bức xạ phát ra có
thể được điểu chỉnh theo hình dạng bất kì của khối u.
Kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ bức xạ (IMRT- Intensity Modulation Radio
Therapy): Đây là kỹ thuật xạ trị tiên tiến nhất hiện nay, hình dáng chùm tia không
những có thể điều chỉnh để ôm khít khối u mà cường độ bức xạ chùm tia phát ra còn có

thể điều biến được trên từng vùng tế bào khác nhau trong khối u.
Xạ trị áp sát (Brachytherapy): là kỹ thuật điều trị mà khoảng cách giữa nguồn
phóng xạ và các tế bào ung thư là rất nhỏ. Nguồn phát xạ phát ra từ nguồn Ir-192 có
mức năng lượng phôton trung bình là 0.38MeV và chu kỳ bán rã là 74 ngày được đưa
vào cơ thể ngay tại vị trí của khối u.

5


Hình 1.1. Máy phát nguồn dùng trong xạ trị áp sát
Mục đích của xạ trị luôn là làm sao để đưa một liều bức xạ hợp lý 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 dễ tổn thương cho tế bào lành 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 kỹ 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, block... thường được sử dụng để tối
ưu quy trình này.
1.2.3. Hóa trị
Là phương pháp sử dụng hóa chất (các loại thuốc đặc hiệu chống ung thư) để
điều trị ung thư. Nó được dùng khi ung thư đã lan rộng ra ngoài vị trí ban đầu hoặc có
di căn ở nhiều vị trí. 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.
6


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 hóa trị; xạ trị kết hợp với hóa trị.

1.3. Cơ sở của xạ trị ung thư
Cơ sở của việc dùng bức xạ ion hóa để điều trị ung thư bao gồm cả 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.
Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp
ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào, làm tế bào bị biến đổi hay
hủy diệt. trong cơ thể con người, nước chiếm tới trên 70%. Khi bị chiếu xạ, H 2O trong
tế bào bị phân chia thành H + và OH-. Bản thân các cặp H +, OH- này tạo thành các bức
xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại. Quá
trình trình tương tác này có thể được chia làm hai loại. Đó là tác động trực tiếp hoặc tác
động gián tiếp tới DNA của tế bào.
Tác động trực tiếp: Bức xạ ion hóa trực tiếp tác động lên DNA, làm cho cấu trúc
DNA bị sai hỏng.
Tác động gián tiếp: Bức xạ ion hóa tương tác với các phân tử nước trong cơ thể
sinh vật tạo ra các gốc tự do:
╔> Kích thích H2O  H2O•  H• + OH•
Bức xạ ion hóa ==> H2O ╣
╚> Iôn hóa H2O

 H2O+ H+ + OH•
 H2O-  OH- + H•
 H2O + e  2H + O-

7


Các gốc tự do có một electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi một phân tử bền.
Chúng là những thực thể gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng microgiay
và tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, lipit, DNA gây ra các hỏng
hóc về cấu trúc và hóa học đối với các phân tử này. Những hỏng hóc như vậy sẽ dẫn

tới:
- Sự ngăn cản phân chia tế bào
- Sự sai sót của nhiễm sắc thể
- Đột biến gen
- Làm tế bào chết
Trong quá trình hấp thụ năng lượng xảy ra trong khoảnh khắc (10 -10s), thì sự
xuất hiện của các hiệu ứng sinh học có thể diễn ra trong vài giây thậm chí hàng nhiều
năm.

8


CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ XẠ TRỊ
2.1. Máy xạ trị Cobalt-60
Trước đây, việc xạ trị ung thư ở Việt Nam chỉ được thực hiện bằng máy xạ trị sử
dụng các tia gamma, có 2 mức năng lượng là 1,17 và 1,33MeV của đồng vị phóng xạ
Cobalt-60. Xạ trị từ xa bằng máy cobalt-60 được sử dụng đầu tiên ở bệnh viện K năm
1965. Xạ trị có vai trò to lớn trong điều trị nhiều loại ung thư như vú, vòm họng, đầu
cổ, phổi, cổ tử cung...
Nguồn Co-60

Khối u

Hình 2.1. Mô hình chiếu xạ từ xa bằng máy Cobalt-60

9


Tuy nhiên, trong thực tế điều trị máy xạ trị Cobalt có nhiều những nhược điểm
sau:

+ 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 là một đồng vị phóng xạ nhân tạo. Suất liều bức xạ thấp
và giảm theo thời gian, càng về sau thì thời gian điều trị càng phải kéo dài.
+ Bức xạ gamma phát ra trong quá trình phân rã có hai mức năng lượng
1,17MeV và 2,33MeV, 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
cho việc điều trị trở nên kém linh hoạt trong việc điều trị ung thư với vị trí của các khối
u khác nhau.
+ Trường chiếu của máy Cobalt chỉ có dạng hình chữ nhật, kích thước 5×5 đến
30×30 cm. Để chùm tia bao chùm hết các tế bào ung thư, cần phải chiếu cả một thể tích
mô lành rất lớn. Tác dụng không mong muốn do đó rất đáng kể.
+ Liều mặt da cao: Đối với những khối u rất nông, nằm rất gần bề mặt da, khi
điều trị bằng máy Cobalt, liều bức xạ cực đại giải phóng nằm ở độ sâu hơn vị trí của
khối u. Như vậy, khi điều trị khối u nông bằng máy Cobalt thì liều không tập trung vào
khối u và ảnh hưởng lớn tới 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 them một dụng cụ, gọi là
dụng cụ bù trừ. 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. Việc
sử dụng dụng cụ bù trừ này là tương đối bất tiện với những khối u trong trường hợp
này.
Sự bất tiện khắc phục hoàn toàn bằng việc sử dụng chùm bức xạ electron. Bởi vì
các cường độ chùm điện tử có thể giảm rất nhanh, đáp ứng yêu cầu điều trị. Hơn nữa
xạ trị sẽ mất hẳn ở độ sâu 5 cm. cả hai điều này khiến những vùng lành ít bị tổn thương
hơn.

10


+ Liều sâu phần trăm thấp: Đối với những khối u nằm sâu trong cơ thể, ví dụ
như một khối u nằm giữa phổi, các 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 0,5
cm.
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 hỏi 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.
2.2. Máy gia tốc tuyến tính- LINAC
Hiện nay ở các nước tiên tiến không dùng máy Cobalt-60 trong xạ trị ung thư và
đã được thay bằng máy gia tốc tuyến tính - LINAC.
Ngày 8/11/1895, Wilhem Conrad Roentgen phát hiện ra tia X, chỉ 5 tháng sau đó
(tháng 3/1896) một bệnh nhân ung thư vòm họng đã được điều trị bằng loại tia này, đây
là một mốc quan trọng trong việc ứng dụng năng lượng bức xạ vào mục đích điều trị
bệnh ung thư . Năm 1931, máy gia tốc 700 kV ra đời được đặt tại Bệnh viện Memorial
New York, không lâu sau đó các máy gia tốc sử dụng loại biến áp cộng hưởng đã được
đưa vào sử dụng, từ đó máy gia tốc thực sự đã trở thành một công cụ tiên tiến với công
nghệ cao, phục vụ cho lĩnh vực điều trị ung thư, đặc biệt từ những năm đầu 1970 các
máy LINAC ra đời đã đánh dấu một mốc quan trọng mới của công nghệ này.

11


Hình 2.2. Máy gia tốc tuyến tính- LINAC điều trị ung thư
LINAC phát 2 loại bức xạ: chùm hạt electron được gia tốc trực tiếp và chùm
photon tia X được tạo ra do chùm điện tử đập vào đối âm cực sinh ra bức xạ hãm. Năng
lượng của chùm tia có rất nhiều mức khác nhau, từ 3MeV, 6MeV đến 15 MeV,

18MeV…
Các thế hệ máy LINAC đầu tiên có collimator giống máy Cobalt-60. Sau đó,
năm 2006 tại Hoa Kỳ, kỹ thuật IMRT đã được thực hiện với máy LINAC không có
MLC bằng việc sử dụng hệ thống collimator với các ngàm chuyển động độc lập. Kỹ
thuật này sử dụng thuật toán DAO (direct aperture optimzation) nhằm tối ưu hoá liều
xạ trị qua việc đồng thời chia các trường chiếu ở nhiều góc độ khác nhau thành nhiều
phân đoạn hình chữ nhật (segments) với các trọng số khác nhau (weights). Việc này
nhằm tối ưu hoá liều cao nhất theo hình dạng khối u và liều cho phép giới hạn ở tổ
chức lành. Tại Việt Nam, ngày 8/7/2008 bệnh nhân ung thư đầu tiên đã được điều trị
bằng kĩ thuật này tại bệnh viện K.
Máy hiện đại có chuẩn trực chùm tia (collimator) đa lá (MLC) với sự điều khiển
tự động của máy tính, cho phép thực hiện được các kỹ thuật điều trị chiếu xạ 3D, chiếu
12


xạ điều biến liều (IMRT). IMRT là một kỹ thuật hiện đại trong điều trị ung thư, liều xạ
được phân bố tối đa theo hình dạng khối u được hạn chế tối thiểu ở tổ chức lành xung
quanh.

Hình 2.3. Mô hình chiếu xạ lập thể 3D
Để thực hiện kỹ thuật chiếu 3D, chiếu quay, dao gamma (gammaknife) và dao
tia X (cyberknife) ra đời, được ứng dụng ngày càng rộng rãi và hiệu quả. Dao tia X
thực chất là một máy gia tốc LINAC năng lượng 6 MeV được gắn trên một tay robot 6
khuỷu rất linh động, có thể tạo ra chùm tia hội tụ với tâm điểm là khối u. Còn dao
gamma sử dụng bức xạ tia gamma của nguồn Co-60. Dao gamma cổ điển sử dụng 201
nguồn Co-60 sắp xếp trên một mũ chụp hình cầu có các collimator định hướng. Nhờ kỹ
thuật định vị không gian 3 chiều, thiết bị này đem lại độ chính xác cao, hiệu quả điều
trị tốt và an toàn.

13

Hình 2.4. Gammaknife (chùm gamma của Co-60 hội tụ tại khối u)
Hệ gamma quay cũng dựa theo nguyên lý dao gamma cổ điển nhưng thay cho
collimator cố định là hệ thống collimator quay quanh đầu. Hệ thống xạ phẫu gamma
quay sử dụng bộ điều khiển đồng tâm (isocenter) được tạo bởi 30 nguồn phóng xạ Co60. Nhờ bộ collimator quay mà hệ gamma quay không đòi hỏi phải chụp mũ và cố định
mũ định hướng. Với hệ thống gamma quay, suất liều tại các điểm đồng tâm có thể đạt
3Gy/phút. Dao gamma cho phép có thể điều trị với suất liều lớn trên 10Gy, do đó với xạ
trị thông thường trước đây phải kéo dài 30 - 35 buổi chiếu thì với dao gamma chỉ cần 1 5 buổi chiếu, tiện lợi hơn cho người bệnh, đạt kết quả nhanh như cuộc mổ, vì thế nên với
dao gamma người ta gọi là xạ phẫu thay cho thuật ngữ xạ trị trước đây.
Để đạt được liều đủ lớn ở điểm hội tụ và liều cực tiểu tới các mô lành xung
quanh, các chùm tia gamma phát ra từ các nguồn phải mảnh và hội tụ tốt. Vì vậy, về
nguyên tắc chỉ nên dùng dao gamma để tiêu diệt các khối u có kích thước nhỏ, thường
dưới 5cm.
Dao tia X ngoài những chỉ định như dao gamma, do có năng lượng lớn hơn nên
còn có chỉ định xạ phẫu cho cả u ngoài não như u gan, u phổi...
Gần đây một số công nghệ mới điều trị ung thư bằng bức xạ proton, neutron
nhanh, neutron chậm và neutron bắt nguyên tố Boron, bằng các hạt nặng đã được ứng
dụng. Các thiết bị này đều có ưu điểm là chùm hạt có năng lượng lớn, lên đến hàng
trăm MeV, tuân theo hiệu ứng đỉnh Bragg, nghĩa là giải phóng năng lượng ở cùng một
14


độ sâu trong mô; điều đó cho phép tập tạo ra năng lượng cực đại tại khối ung thư, trong
khi đó ở các mô lành lân cận liều chiếu lại rất thấp, điều đó sẽ đưa lại hiệu quả điều trị
khỏi bệnh và giảm thiểu được các biến chứng do tia xạ gây nên.
Đỉnh Bragg
chùm proton

Tia γ

Độ sâu trong mô
Hình 2.5. Hiệu ứng đỉnh Bragg của bức xạ proton

Cùng với các thế hệ máy xạ trị, các công cụ hỗ trợ cũng lần lượt ra đời giúp cho
việc điều trị được tối ưu hoá, đạt hiệu quả cao nhưng lại giảm thiểu được các biến
chứng trong điều trị như:
- Lập kế hoạch điều trị theo không gian 3 chiều (3D).
- Mô phỏng bằng máy CT.
- Các thiết bị chụp phim điện tử kiểm tra trong điều trị.

15


CHƯƠNG III: COLLIMATOR ĐA LÁ –MLC
TRONG MÁY XẠ TRỊ UNG THƯ
Với sự ra đời của tia X những ứng dụng của nó ngày càng phong phú. Trong đó
máy phát tia –X 150 kV và 300 kV 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 ta từ nguồn Cobalt-60 có 2 đỉnh năng lượng tại 1,17 MeV 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 của máy gia tốc đã tạo ra
bước ngoặt lớn trong điều trị ung thư. Trong chương này ta tìm hiểu nguyên lý cấu

tạo chung của máy gia tốc.
3.1. Nguyên lý và cấu tạo máy gia tốc thẳng
Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt tích điện như hạt alpha, proton,
electron bằng điện trường. Những máy gia tốc đầu tiên ra đời là các máy gia tốc thẳng
kiểu tĩnh điện. Đó là máy gia tốc WaltonCockroft và VandeGraff. Lawritson và Sloan
đã cải tiến đưa ra loại máy gia tốc thẳng không sử dụng điện trường một chiều để gia
tốc mà dùng điện trường xoay chiều. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật,
đặc biệt là công nghệ vi sóng, các loại máy gia tốc ra đời và những nguồn phát sóng
siêu cao tần cho phép gia tốc các loại hạt tới những mức năng lượng khác nhau từ thấp
tới cao và siêu cao. Thay đổi tần số vi sóng sẽ làm thay đổi động năng của chùm điện
16


tử. Các máy gia tốc thẳng hiện đại dùng các sóng siêu cao tần có thể làm cho chùm hạt
vi mô chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (khoảng 1000 MV hoặc 1BV).
3.1.1. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị
- Thân máy đứng: Được thiết kế để chịu tải, nâng đỡ cần máy, mặt khác có thể
chứa: máy phát sóng, súng điện tử, ống dẫn sóng gia tốc.
- Máy phát sóng: 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 dưới dạng xung
ngắn cỡ một vài μs. Cả hai được lắp thêm bộ điều chỉnh tần số tự động AFC để có thể
duy trì hoạt động với tần số tối ưu.

Hình 3.1. Mô hình máy gia tốc thẳng trong xạ trị
- Súng điện tử: Là thiết bị phát ra electron, nó gồm có hai loại chính là loại hai
cực và loại ba cực.
- Thân máy: Chứa hệ thống gia tốc electron, đầu máy điều trị. Cần máy được
gắn vào thân máy đứng và có thể quay được quanh trục vuông góc với nó.
17

- Hệ thống gia tốc electron: Gia tốc chùm electron tới năng lượng cao nhờ vi sóng.
- Đầu máy điều trị: Bao gồm bia tia-X được dùng để tạo ra chùm photon xạ trị
nhờ hiệu ứng tạo bức xạ hãm khi chùm electron (đã được gia tốc) tương tác với bia.
Ống chuẩn trực thường được cấu tạo bởi hai cặp ngàm để tạo dạng chùm bức xạ theo
hình chữ nhật, các khối che chắn để tạo hình dạng trường chiếu thích hợp, các bộ lọc
phẳng dùng để làm phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất, bộ phận kiểm soát liều
lượng. Ngoài ra đầu máy điều trị còn có thể thêm vào một số thiết bị để thay đổi cường
độ chùm bức xạ như: Dụng cụ bù trừ mô, lọc nêm, ống chuẩn trực nhiều lá.

Hình 3.2. Sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị
- Giường bệnh: Là nơi đặt bệnh nhân và bố trí các tư thế xạ trị. Nó có thể quay
được 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 như:
quay, đặt vị trí cho các jaw trong ống chuẩn trực để định vị trường điều trị…
- Nguồn cao áp: Cung cấp nguồn điện một chiều cho máy phát sóng.
18


Ngoài ra Linacs còn có một số bộ phận khác không được thể hiện trên hình vẽ
đó là: các cuộn hội tụ và lái tia, hệ thống nước làm mát, hệ thống bơm ion hút chân
không, hệ thống bảo vệ chống lại sự rò rỉ bức xạ…
Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với máy gia tốc là:
- Hệ thống collimator chuẩn thông dụng,
- Hệ thống laser xác định trục quay của máy, trục thẳng đứng của chùm tia, bộ
hiển thị chùm tia bằng ánh sáng nhìn thấy,
- Hệ thống camera theo dõi, hệ thống đàm thoại giữa bác sĩ và bệnh nhân,
- Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; màn hình thông báo các số liệu liên

quan tới việc điều trị,
- Hệ thống che chắn phóng xạ,
- Hệ thống tự ngắt máy gia tốc khi có sự cố.
- Các hệ thống liên quan đến quá trình điều trị bằng máy gia tốc bao gồm:
+ Giường máy có thể điều khiển lên, xuống, quay theo các góc,
+ Hệ thống tính liều lượng và lập kế hoạch điều trị,
+ Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ,…
+ Hệ thống làm khuôn chì,…

19


Hình 3.3. Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc trong xạ trị
Các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, do catode được nung
nóng. Các electron sinh ra từ súng điện tử được điều biến thành các xung sau đó được
vào buồng tăng tốc.
Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng, ở đó năng lượng cung cấp cho
electron được lấy từ bộ phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 MHz. Bức xạ vi
sóng phát ra dưới dạng xung ngắn. Các bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi
sóng, đó là các “van” magnetron và klystron. Klystron thường được dùng với các máy
gia tốc năng lượng cao với năng lượng đỉnh là 5 MW hoặc hơn nữa để gia tốc điện tử.
Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của bức xạ vi
sóng để chúng có thể được gia tốc. Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút
chân không sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va
chạm với nguyên tử khí.
Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không
chuyển động chính xác dọc theo trục. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó
là do lực đẩy Coulomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lắp ghép
không hoàn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm, do tác

20