(Luận văn thạc sĩ) xác định một số đặc trưng của chùm electron từ lối ra của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ trị 06

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM
ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC
ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội 12/ 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM
ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC
ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số

: 60440106

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS BÙI VĂN LOÁT

Hà Nội 12/ 2015


LỜI CẢM ƠN

Trước hết Em xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Loát, thầy đã
tận tâm chỉ bảo truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua
để em hoàn thành luận văn “ Xác định một số đặc trưng của chùm electron từ lối ra
của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ trị” .
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân
khoa Vật lý đã dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em cũng xin cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên Trung Tâm U Bướu trực thuộc
Bệnh viện Đa khoa tỉnh Bắc Ninh, đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Do kiến thức của em còn rất nhiều hạn chế, rất mong nhận được sự đóng góp
của thầy, cơ giáo cũng như toàn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội ngày 12 tháng 10 năm 2015
Học viên
Nguyễn Thị Ly


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG I ................................................................................................................3
Tổng Quan Về Ung Thƣ Và Các Phƣơng Pháp Điều Trị......................................3
1.1.

Khái niệm về ung thư [1, 2] ..........................................................................3

1.2.

Các phương pháp điều trị ung thư ................................................................4

1.3.

Cơ Sở Của Xạ Trị ..........................................................................................5

1.3.1 Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào .................................................................5
1.3.2. Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ.............................................8
1.3.3. Tác động của bức xạ lên cơ thể sống .......................................................10
1.4. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ. .................................14
1.4.1. Liều chiếu. ...............................................................................................14
1.4.2. Liều hấp thụ. .............................................................................................14
1.4.3. Liều sâu phần trăm. ..................................................................................15
1.4.4. Liều bề mặt. ..............................................................................................16
1.4.5. Liều sâu cực đại. ......................................................................................16
1.4.6. Vùng cân bằng điện tích. ..........................................................................16
Chƣơng 2 THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH
MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY
GIA TỐC ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ ....................17
2.1. CẤU TẠO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ PRECISE [4,7]. ..............................17
2.2.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. ..................................................................24

2.3.

CÁC THIẾT BỊ ĐO LIỀU VÀ MƠ HÌNH HĨA THỰC NGHIỆM. ...25

2.3.1 Hệ thống đo liều lượng ..............................................................................25
2.3.2. Bố trí hình học đo. ....................................................................................29
2.4.

Đặc trƣng về mặt năng lƣợng của chùm electron ..................................31

Chƣơng 3…KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .......................35
3.1 Xác định các năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron .........................................................................................................35


3.1.1 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron 12MeV phát ra từ máy PRECISE ...............................................35
3.1.2 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron 15MeV phát ra từ máy PRECISE ...............................................40
3.1.3 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của
chùm electron 18MeV phát ra từ máy PRECISE ...............................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 53
PHỤ LỤC ........................................................................................................................................54


MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các yếu tố của Collimator…………………………………………………….23
Bảng 3.1 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 12MeV tương
ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm…………………………53
Bảng 3.2 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 15MeV tương
ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm…………………………56
Bảng 3.3 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 18MeV tương

ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm…………………………58


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Chu kỳ tế bào…………………………………………………………………………………6
Hình 1.2: Tác động của bức xạ lên cơ thể sống……………………………………………………11
Hình 1.3. Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỉ lệ sống sót của tế bào………………………13
Hình 1.4. Mơ tả cách tính PDD………………………………………………………………………15
Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị…………………………………………18
Hình 2.2: Mơ hình máy gia tốc thẳng trong xạ trị…………………………………………………18
Hình 2.3. Cấu trúc đầu máy gia tốc Precise Elekta…………………………………………………21
Hình 2.4. Cấu trúc bộ phận gia tốc của máy Precise Alekta………………………………………21
Hình 2.5. Sơ đồ ghép nối hệ đo với máy tính………………………………………………………...25
Hình 2.6. Phantom nước………………………………………………………………………………..26
Hình 2.7. Detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13…………………………27
Hình 2.8. Cấu tạo buồng ion hóa CC13………………………………………………………………27
Hình 2.9. Hình ảnh mặt trước CCU…………………………………………………………………..28
Hình 2.10. Mặt sau CUU……………………………………………………………………………….29
Hình 2.11. Giao diện phần mềm OmniPro-Accept…………………………………………………29
Hình 2.12. Hình học đo liều bức xạ phát ra từ máy gia tốc tuyến tính………………………….30
Hình 2.13: PDD trong nước với kích thước trường 10x10cm2, SSD= 100cm
(a)

những

chùm

electron

với

năng

lượng

6,

9,

12,

MeV…………………………………………31
Hình 2.14: Quãng chạy R100, R90, R80, R50, Rp, và

………………33

Hình 3.1 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng

18


lượng 12 MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm....................................................................... 36
Hình 3.2 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm.............................................................. 37
Hình 3.3 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm.............................................................. 38
Hình 3.4 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 15MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm................................................................... 41
Hình 3.5

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

15 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm................................................................................ 42
Hình 3.6 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm.............................................................. 43
Hình 3.7

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm................................................................. 46
Hình 3.8

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

18 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm..................................................................................47
Hình 3.9 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm..............................................................48


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.
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. 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, cơng 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.
Chính vì vậy, được sự giúp đỡ của Trung tâm Ung Bướu Bệnh viện Đa khoa
tỉnh Bác Ninh, chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu đề tài: “Xác định một số đặc trưng
của chùm electron từ lối ra của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ
trị”.
Ngồi 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
Chương 2: Thiết bị và phương pháp nghiên cứu, mô tả hệ thống máy gia tốc
Precise 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

2


CHƢƠNG I
Tổng Quan Về Ung Thƣ Và Các Phƣơng Pháp Điều Trị
1.1. Khái niệm về ung thƣ [1, 2]
Trong cơ thể sống, bình thường trong quá trình sinh trưởng và phát triển các
tế bào được sinh ra và chết đi theo một cơ chế quản lý chặt chẽ. Cơ thể dùng quy luật
này để kiểm sốt 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, đuợc sinh ra không chịu sự quản lý của cơ
thể và chết đi 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 và các cơ quan của cơ thể sống” [ 1]
Như thế, ung thư là bệnh của tế bào sống, trong cơ thể chúng ta, nơi nào có
tế bào sống, nơi đó có thể có ung thư. Tóc, lơng, móng là chất sừng, khơng phải là
tế bào sống nên khơng 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, nhưng cũng khơng cân bằng được với mức độ sinh sản
ra các tế bào mới quá nhanh, do đó khối lượng mơ ung thư ngày càng lớn. Sự mất
qn bình này do 2 yếu tố chính: các bất thường di truyền trong tế bào ung thư và
sự bất lực của cơ thể chủ trong việc phát hiện và 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 khối lượng 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: ung thư lành tính
và ung thư ác tính. Ung thư lành thường khơng gây nguy hiểm đến tính mạng người
bệnh và có thể điều trị bằng phương pháp phẫu thuật loại bỏ khối u xơ. Những tế
bào của ung thư ác tính có thể xâm lấn và chèn ép các cơ quan xung quanh làm cho

quá trình trao đổi chất của chúng trở lên rối loạn. Ngoài ra, một số tế bào ung thư

3


cịn có thể theo mạch máu và mạng 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 những cơ quan giữ
chức năng quan trọng, điều hòa sự sống như não, phổi, gan, thận khiến các cơ quan
này khơng cịn được thực hiện đúng chức năng của nó và dẫn đến gây tử vong cho
người bệnh. “Căn bệnh có tỉ lệ tử vong hàng 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 rất nguy hiểm và cần phải được điều trị kịp thời khi mắc phải.
1.2. Các phƣơng pháp điều trị ung thƣ
Hiện nay có ít nhất ba phương pháp điều trị ung thư chính. Đó là : Phẫu
thuật, xạ trị, và hóa trị. Ngồi 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. [1, 2]
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 ở xung quanh.
Phẫu thuật: là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất công hiệu
đặc biệt là với ung thư thu 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 tế bào lành 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 khơng di căn. Thơng thường phẫu thật được
can thiệp, sau đó phải dùng kết hợp với các phương pháp khác sau đây.
Xạ trị: là phương pháp sử dụng bức xạ ion hố để tiêu diệt các khối u.
Thơng 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 ngoài (Externer Beam Radiotherapy) và xạ trị áp sát
(Brachytherapy).

4


Hóa trị: là phương pháp sử dụng hố chất (các loại thuốc đặc hiệu chống
ung thư) để điều trị ung thư. Nó được dùng khi ung thư đã lan ra ngồi vị trí ban
đầu hoặc khi có di căn ở nhiều địa điểm. Có nhiều loại hóa chất khác nhau được sử
dụng trong hóa trị. 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 khơng 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, cịn 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.
1.3. Cơ Sở Của Xạ Trị
Cơ sở của việc dùng bức xạ iơn 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 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 (cịn gọi là
Pha), được kích hoạt bởi một số tác nhân sinh hố từ bên ngồi (các yếu tố tăng
trưởng, các kích tố, các phức hợp kháng thể…) và được điều hồ bởi hệ thống kiểm
sốt từ bên ngồi 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. Q trình phân chia này có thể được chia ra
các giai đoạn như sau [1] :

5

Hình 1.1 : Chu kỳ tế bào
Pha G0: Tế bào trong giai đoạn nghỉ, khơng phân chia, thường được lập
trình để giữ một nhiệm vụ nào đó, thí dụ tế bào cơ giữ nhiệm vụ co duỗi tạo nên
hoạt động của cơ.
Pha G1: Tế bào tổng hợp nhiều Protein và RNA (dùng để tổng hợp các
Protein), đặc biệt nhiều chất men (Enzyme) cần thiết cho việc tổng hợp DNA thành
phần căn bản của các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào. Pha này kéo dài hàng tháng.
Pha S (Synthesis= Tổng hợp): Tế bào tổng hợp nhiều DNA (gấp đôi) chuẩn
bị cho sự phân chia tế bào. Pha này kéo dài trung bình 8 giờ. Pha này kháng tia xạ.
Pha G2: Tế bào ngưng tổng hợp DNA, tiếp tục tổng hợp Protein, RNA, và
các vi ống chuẩn bị cho việc tạo nên thoi vô sắc ( thoi phân bào) cần thiết cho việc
phân chia tế bào. Pha này kéo dài từ 30 phút tới 1,5 giờ.

6


Pha M (mitosis= phân bào): Tế bào ngừng 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.
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 cơ chế sửa chữa
bằng cách 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 là 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 sinh ra giống
hoàn toàn tế bào mẹ ban đầu. Để thực hiện cơ chế này, trong chu kỳ tế bào có hai
điểm kiểm sốt, tại hai điểm này tồn bộ hệ thống thơng tin của q trình sao chép
sẽ được kiểm tra chặt chẽ. Pha này kéo dài từ 30 phút tới 2,5 giờ, là pha nhạy cảm
với tia xạ nhất.
1/ 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 G1 có DNA bình thường. Nếu không sửa được các bất thường trên DNA
tế bào sẽ ngừng không tiếp tục chu kỳ tế bào và bị chết theo lập trình.
2/ Điểm kiểm sốt 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 tế bào nào chưa nhân đơi hồn tồn 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.
Như vậy, dựa vào đặc điểm của q trình phân bào và các điểm kiểm sốt
khi các bất thường trên DNA khơng sửa chữa được thì tế bào được đưa vào cái chết
theo lập trình, ta sẽ dùng một tác nhân nào đó làm biến đổi cấu trúc DNA của tế bào
ung thư và như vậy các tế bào ung thư dần dần sẽ bị chết đi. Một đặc điểm nữa của

7


tế bào ung thư đó là rất 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 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 vẫn đảm bảo về liều lượng
tới khối u, nhưng giành khoảng thời gian nghỉ ngơi để cho các tế bào lành hồi phục
hoàn toàn.
1.3.2. Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ
1/ Sự tái tạo oxy(Reoxygenatiion).
Oxy trong khối u ác tính là một thơng số rất quan trọng để đảm bảo có được
độ nhạy phóng xạ cao. Đối với những bức xạ có LET thấp (như photon và electron),
các tế bào được tưới oxy chỉ cần một liều lượng phóng xạ bằng 1/3 của liều chiếu
trên loại thiểu oxy mà vẫn đạt cùng một kết quả như nhau. Điều này có nghĩa là

những tế bào được cung cấp đầy đủ oxy sẽ tăng hiệu quả nhạy cảm phóng xạ gấp 3
lần. Những khối u bao gồm các tế bào thiếu oxy và các xa động mạch thuộc loại
kháng tia, khi nhận đủ oxy thì vẫn sống sót được. Những tế bào im lặng này có thể
chiếm đến 15% tổng số các tế bào. Với kỹ thuật chia nhỏ liều, các tế bào im lặng
trong khối u khi được cung cấp thêm oxy sẽ làm cho chúng nhạy xạ hơn. Đó là
những tế bào được cung cấp đầy đủ oxy khi bị chết đã để lại lượng máu được cung
cấp sẵn có cho các tế bào thiếu oxy trước đó. Bằng cách này, quần thể tế bào được
cung cấp tốt oxy được duy trì theo một tỷ lệ khơng đổi [1,2]
2/ Tái phân bố (Redistribution).
Sự tái tạo phân bố chu kỳ tế bào có thể là một yếu tố quan trọng cho tính “tự
nhạy cảm tia xạ”. Vì sự nhạy cảm tia xạ của các tế bào là khác nhau ngay trong một
chu trình phát triển. Các pha G2/M muộn và G1 muộn/S sớm là nhạy cảm tia xạ
nhất trong một chu kỳ sinh sản của tế bào. Việc chia nhỏ liều lượng đảm bảo rằng

8


tất cả các tế bào sẽ ở trong pha nhạy cảm ít nhất cùng thời gian với một hoặc hai lần
chiếu xạ.
3/ Sự hồi phục (Repair)
Một điều quan trọng là phải có đủ thời gian để cho các tế bào lành hổi phục
do tổn thương tia xạ. Người ta đã cho thấy rằng cần ít nhất 6 giờ giữa hai lần chiếu
để các tế bào lành bị chiếu xạ kịp hồi phục. Dựa vào các kết quả thu được của chế
độ phân liều, người ta thấy rằng thậm chí cần khoảng thời gian lâu hơn nữa đối với
tủy sống để tránh viêm do tia xạ. Sự hồi phục có một ý nghĩa đặc biệt đối với việc
xạ trị áp sát sử dụng những máy với suất liều khác nhau.
Đối với việc tia xạ liên tục theo suất liều thấp, cần phải tính đến sự hồi phục
của các tổn thương gần chết trong giai đoạn điều trị.
4/ Sự tái sinh sôi (Regeneration)
Sự tái tạo quần thể của tế bào là một trong những thông số quan trọng đối với

kết quả điều trị và quan trọng đối với cả sự đáp ứng sớm của các tế bào lành cũng
như của các tế bào u. Đối với sự đáp ứng của tế bào lành như da chẳng hạn, tốc độ
phân chia tế bào sẽ bắt đầu tăng lên sau khoảng thời gian nào đó từ khi bắt đầu điều
trị, vì vậy u cầu liều lượng ngày càng tăng lên để cho cùng một hiệu ứng sinh
học. Điều này làm cho nó có lợi thế trong việc kéo dài thời gian điều trị, bởi vì tốc
độ hồi phục trở nên nhanh hơn theo thời gian. Sự kéo dài thời gian điều trị tia xạ do
đó có lợi cho sự hồi phục của các mơ lành, cho các tế bào đáp ứng sớm, nhưng
khơng có lợi cho các tế bào đáp ứng muộn.
Tuy nhiên, cùng một hiệu ứng có thể xảy ra đối với các khối u, nơi mà sự tái
tạo quần thể tế bào được gia tăng, có nghĩa là cần tăng liều lượng một cách đáng kể
để đạt được cùng một tổng số tế bào bị giết, nếu thời gian điều trị tổng cộng dài hơn
thời gian mà sau đó tế bào u bắt đầu phân chia một cách nhanh hơn. Ở các khối u
vùng đầu cổ, người ta đã phát hiện được rằng các khối u bắt đầu phát triển nhanh

9


hơn trong khoảng thời gian từ 2 tới 4 tuần sau khi bắt đầu điều trị. Khoảng thời gian
này thường được gọi là “thời điểm bắt đầu thực sự”. Do đó việc kéo dài thời gian
điều trị là bất lợi cho việc kiểm sốt khối u, trong khi lại có lợi cho sự đáp ứng sớm
của tế bào lành. Đương nhiên, điều này sẽ gây ra khó xử và phương pháp điều trị tốt
nhất còn tùy thuộc vào mức độ tương đối của sự hồi phục của các tế bào lành cũng
như tránh được sự tăng sinh của tế bào u. Vấn đề ở đây là cần phải cân nhắc một
cách thận trọng về loại khối u. Chẳng hạn nó rất quan trọng để giảm tối thiểu thời
gian điều trị đối với những khối u tăng sinh nhanh. Biểu hiện của loại khối u tăng
sinh nhanh có thể nhận biết được bằng khoảng thời gian tăng đôi (Tp) của các tế
bào. Ở đây Tp không phải là thời gian làm tăng đơi thể tích của khối u, mà nó là
thời gian cần để làm tăng gấp đôi quần thể tế bào, khi giả thiết rằng khơng có sự
mất mát nào xảy ra ở chúng. Người ta đã ghi nhận được thời gian Tp của các khối u
thể sừng hóa thuộc vùng đầu, cổ vào khoảng 3-4 ngày; của các khối u vú là từ 8-30

ngày (trung bình là 12 ngày). Đối với khối u tuyến tiền liệt thì Tp có thể là 60 ngày.
Nếu Tp ngắn thì chế độ phân chia liều nhỏ có thể sẽ thích hợp, ngược lại nếu Tp dài
thì mọi lợi thế tiêu diệt tế bào u sẽ bị lấn át bởi sự tăng lên về các phản ứng sớm của
tế bào lành
5/ Độ nhạy cảm bức xạ.
Độ nhạy cảm của bức xạ được coi là một yếu tố quan trọng khác về tác dụng
khác nhau của sinh học phóng xạ. Các tế bào của các khối u khác nhau sẽ khác nhau
về độ nhạy cảm bức xạ. Những loại tế bào u của người có sự khác nhau đáng kể về
dạng đường cong sống sót.
1.3.3. Tác động của bức xạ lên cơ thể sống
Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa tới cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều
được bắt đầu bằng một q trình vật lý thuần túy. Đó là q trình tương tác của bức
xạ với khối vật chất, cụ thể hơn đó là cơ thể sinh học. 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 tế bào, làm tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người

10


chủ yếu là nước chiếm tới hơn 85%. Khi bị chiếu xạ,
thành

và

. Bản thân các cặp

và

O trong tế bào bị phân chia
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. Q trình
tương tác này có thể được chia làm hai loại. Đó là tác động trực tiếp hoặc gián tiếp
tới DNA của tế bào [2].
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 phần tử nước trong cơ
thể sinh vật tạo ra các gốc tự do

Hình 1.2: Tác động của bức xạ lên cơ thể sống

11


Các gốc tự do có một electron lẻ và khơng có cấu hình địi 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, lipid, 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 chết tế bào
Trong khi quá trình hấp thụ năng lượng xảy ra trong khoảnh khắc (10-10 s),
thì sự xuất hiện của các hiệu ứng sinh học có thể diễn ra trong vài giây thậm chí
hàng nhiều năm. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các quá trình này.
a/ Sự ngăn cản phân chia tế bào.
Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng trong quá trình phân chia tế
bào. Đây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ. Ngay ở cơ thể người
lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho những tế

bào đã chết. Những chỗ tổn thương do bức xạ gây ra có thể kìm hãm hoặc ngăn cản
quá trình phân chia tế bào và như vậy làm suy yếu chức năng của tế bào và cơ thể.
b/ Sự sai sót của nhiễm sắc thể:
Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể. Đa số các trường hợp tổn thương
thường được hàn gắn và khơng có hậu quả gì gây ra. Tuy nhiên một số tổn thương
có thể làm mất hoặc xắp xếp lại các vật chất di truyền, những bộ phận này có thể
quan sát được qua kính hiển vi. Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của
nhiễm sắc thể. Những sai sót xác định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi chức
năng của tế bào. Tần số xuất hiện sai sót của nhiễm sắc thể có mối tương quan xác

12


định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử dụng chúng như là những liều
lượng kế sinh học.
c/ Đột biến gen:
Sự thay đổi thông tin trong gen được biết với thuật ngữ biến đổi gen. Sự
hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể dẫn đến sự đột biến gen.
d/ Sự chết của tế bào:
Quá trình chiếu xạ có thể làm chết tế bào hoặc dẫn tới tất cả các hiệu ứng
trên. Quá trình chết của tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung
thư. Quá trình này thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi
chiếu một liều xác định. Hiệu ứng liều đối với tỷ lệ sống sót của tế bào được biểu
diễn trên hình 1.3. Ở mức liều thấp, đường cong có một đoạn suy giảm chậm.
Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế bào khi bị tổn thương.

Hình 1.3. Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỉ lệ sống sót của tế bào [1]
Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ it hay nhiều mà các biến đổi
nói trên có thể được phục hồi hoặc khơng thể phục hồi. Ngoài yếu tố liều lượng, tác
hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng một liều lượng bức xạ, nếu

cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường

13


hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của
tế bào ở cơ thể sống.
1.4. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ.
1.4.1. Liều chiếu.
Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, cịn mơi trường chiếu
xạ là khơng khí. Liều chiếu ký hiệu là X, được xác định theo cơng thức:
X = dQ/dm
Trong đó: dQ là giá trị tuyệt đối của tổng một loại điện tích được sinh ra trong
khơng khí khi mà tất cả các electron, positron được tạo ra khi photon tương tác với khối
lượng dm của khơng khí bị hãm lại một cách hồn tồn trong khơng khí.
Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilơgam, viết tắt là
C/kg. Ngồi đơn vị C/kg, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị đo liều chiếu là
Rơnghen, viết tắt là R. Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilơgam
sang Rơnghen theo tỷ lệ 1R = 2,58.10-4 C/kg.
1.4.2. Liều hấp thụ.
Thực tế cho thấy những sự thay đổi trong môi trường chiếu xạ phụ thuộc chủ
yếu vào liều hấp thụ và liều tương đương. Với khái niệm liều hấp thụ và liều tương
đương, cho phép mở rộng đối tượng bức xạ nghiên cứu và môi trường chiếu xạ.
Liều chiếu chỉ có thể áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X và mơi trường chiếu xạ
là khơng khí. Cịn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng cho các loại bức xạ
ion hóa khác nhau và mơi trường được chiếu xạ khác nhau.
Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số dE/dm , trong đó dE là năng
lượng trung bình mà bức xạ ion hóa truyền cho vật chất mơi trường có khối lượng là dm.
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Joule/kilôgam, viết tắt là J/kg. Trong thực
tế, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là Gy hoặc Rad để đo liều hấp thụ. Qua các

định nghĩa trên, chúng ta nhận thấy, với loại bức xạ ion hóa xác định, mơi trường chiếu
xạ cho trước, thì liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu theo công thức sau:
D = f. X

14


Trong đó: D là liều hấp thụ, X là liều chiếu còn f là hệ số tỷ lệ. Hệ số tỷ lệ f thực
chất là hệ số chuyển đổi từ liều chiếu sang liều hấp thụ. Giá trị của f tùy thuộc vào môi
trường chiếu xạ và đơn vị đo liều hấp thụ và liều chiếu tương ứng. Đối với khơng khí,
hệ số tỷ lệ f = 0,869 rad/R cịn trong cơ thể con người hệ số tỷ lệ f = 0,95 rad/R.
1.4.3. Liều sâu phần trăm.
Điểm liều hấp thụ cực đại trong phantom là một điểm duy nhất, nằm trên
trục trung tâm và tại độ sâu zmax. Giá trị liều tại đây thường được lấy là giá trị chuẩn
trong đo liều hấp thụ tại những độ sâu khác nhau nhằm tạo ra một đường cong mô
tả sự thay đổi liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu. Những giá trị liều được đo tại
các độ sâu khác nhau thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm của liều cực đại,
dữ liệu này được gọi là liều sâu phần trăm (percent depth dose) hay PDD.
Trong hình 1.4 điểm P cho thấy điểm liều cực đại, Q là một điểm nào đó
trong phantom. PDD tại điểm Q được xác định như sau [1]:
PDD(Q) = [D(Q)/D(P)] x 100

Hình 1.4. Mơ tả cách tính PDD
Trong đó D(P) và D(Q) là liều hấp thụ tại P và Q tương ứng trong cùng một
điều kiện đo. Chẳng hạn như thời gian chiếu, kích thước trường, SSD (là khoảng
cách từ bia tới mặt phantom) và chất lượng chùm bức xạ không đổi.

15

1.4.4. Liều bề mặt.
Liều bề mặt được hiểu là liều hấp thụ ở độ sâu 5 mm trong môi trường
phantom. Liều bề mặt phụ thuộc vào năng lượng chùm tia và kích thước trường
chiếu. Liều bề mặt chủ yếu hình thành từ:
 Tán xạ từ bộ chuẩn trực, bộ lọc và khơng khí.
 Tán xạ ngược từ phantom tới bệnh nhân.
1.4.5. Liều sâu cực đại.
Liều lượng cực đại Dmax đạt ở độ sâu zmax nào đó trong mơi trường khi các
electron đạt tới sự cân bằng. Độ sâu đạt cực đại dưới bệnh nhân phụ thuộc vào năng
lượng chùm tia và kích thước trường chiếu. Ảnh hưởng của kích thước trường chiếu
thường bị bỏ qua vì nó chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ.
1.4.6. Vùng thiết lập cân bằng điện tích.
Vùng liều giữa bề mặt (z = 0) và độ sâu z = zmax nào đó, tại đó liều hấp thụ
đạt cực đại trong chùm tia được gọi là vùng cân bằng điện tích (build up). Khi z <
tức là tại các vùng gần bề mặt, tổng động năng của các hạn tích điện bay ra từ
yếu tố thể tích lớn hơn tổng động năng của các hạt tích điện bay vào yếu tố thể tích.

16


Chƣơng 2
THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC
TRƢNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC
ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ
2.1. CẤU TẠO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ PRECISE [4,7].
Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt vi mô 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 Walton Cockroft và Van de Graff.
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 cơng 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 [4].
Các thế hệ máy gia tốc trong xạ trị ngày càng hiện đại và nhiều tính năng tiện
ích là thành quả của sự kết hợp kỹ thuật gia tốc và công nghệ thông tin. Vào đầu
năm 2014, máy gia tốc xạ trị hiện đại đã được lắp đặt trong Trung tâm Ung Bướu
Bắc Ninh. Cấu tạo chung của máy có đặc điểm chung của một máy gia tốc thẳng và
có những đặc điểm cụ thể. Đặc điểm chung của máy được mô tả trong sơ đồ cấu tạo
và sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị tương ứng trong hình 2.1 và hình
2.2 [4].

17