LUẬN VĂN CAO HỌC Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………………








LUẬN VĂN CAO HỌC






Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến
trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị

2

LỜI MỞ ĐẦU

Khi nói đến bức xạ nói chung và bức xạ hạt nhân nói riêng mọi người thường
nghĩ ngay đến tác hại của nó. Tác hại của bức xạ hạt nhân được thể hiện rõ rệt
qua hậu quả hai quả bom nguyên tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản trong chiến tranh
thế giới thứ II. Và gần đây nhất là thảm họa nhà máy điện hạt nhân Trecnobưn,
ngày 26 tháng tư năm 1986 và nhà máy Mayak, ngày 29 tháng 9 năm 1957[11].
Tuy nhiên, phục vụ cuộc sống nhằm kéo dài và nâng cao chất lượng cuộc sống
đó là mục đích của mọi ngành khoa học chân chính. Bức xạ hạt nhân khi sử dụng
với mục đính phá hoại hoặc trong những sự cố không kiểm soát thì nó có tác hại
vô cùng to lớn. Nhưng khi sử dụng với mục đích cải thiện, nâng cao chất lượng và
giúp ích cuộc sống thì bức xạ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng quan trọng. Bức xạ
được sử dụng để phục vụ cuộc sống trong chiếu xạ, trong việc tạo giống mới và
trong điều trị ung thư Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ
hạt nhân nói chung và chùm photon Gamma nói riêng trong xạ trị là:
- Tương tác của chùm photon Gamma với vật chất.
- Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm photon.
Trong cuộc sống có rất nhiều nguyên nhân và rất nhiều căn bệnh làm giảm
tuổi thọ con người hoặc làm cuộc sống trở nên vô nghĩa vì luôn bị hành hạ bởi
những cơn đau kéo dài. Một trong những nguyên nhân rất lớn gây hại cho cuộc
sống là bệnh ung thư.
Ung thư là một tập hợp các bệnh được biểu thị bởi sự phát triển lan rộng khối
u. “Vấn đề ung thư” là một vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa nhất ở Châu Âu,

vượt qua cả bệnh tim và là nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Ở Canada và
Mỹ có tới 130000 và 1200000 người mỗi năm được chuẩn đoán là mắc bệnh ung
thư [2]. Đặc biệt là ở những nước đang phát triển như Việt Nam các yếu tố môi
trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực sự hợp vệ sinh …. là những nguyên nhân
làm gia tăng số người bị bệnh ung thư.
Việc điều trị ung thư bằng tia xạ đã có một quá trình lịch sử rất lâu dài có thể
nói từ năm 1895, khi Roentgen phát hiện ra tia X và tới ngày 27 tháng 10 năm
1951 bệnh nhân đầu tiên trên thế giới được điều trị bằng tia gamma Coban-60.
Việc ra đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư gặp khá nhiều vấn đề bất
cập. Chính vì vậy có thể nói ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại là sự
phát minh ra máy gia tốc tuyến tính vào những năm 1960. Từ đó tới nay, với việc
3

ứng dụng công nghệ thông tin, và các kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị,…
vào trong xạ trị bằng máy gia tốc kết hợp với việc cải tiến về phần cơ khí đã làm
cho phương pháp xạ trị đang dần thay thế hoàn toàn các phương pháp xạ trị từ xa
khác, đem lại hiệu quả ngày càng cao trong điều trị ung thư.
Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh
viện K Hà Nội) đã dùng máy Coban, các nguồn radium vào trong xạ trị. Bên cạnh
đó, một số cơ sở y tế khác như bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy –
Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 đã sử dụng các đồng vị phóng xạ trong
điều trị ung thư. Máy gia tốc được đưa vào Việt Nam từ tháng 1 năm 2001 tại
Bệnh Viện K – Hà Nội. Hiện nay ngoài bệnh viện K – Hà Nội, ở nước ta đã có
nhiều bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị như Bệnh viện
Bạch Mai, bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương, … Phương pháp
xạ trị từ xa dùng máy gia tốc hiện đang có xu hướng phát triển ở nước ta. Tuy
nhiên số lượng máy còn quá ít so với yêu cầu thực tế. Và đây cũng là thiết bị mới
đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao.Chính vì vậy việc tìm hiểu
và quảng bá những kiến thức về xạ trị, nguyên lý hoạt động của máy và tìm hiểu
chính xác những thông số mà tia xạ của máy phát ra để sử dụng điều trị tốt cho

bệnh nhân là vấn đề rất cần thiết. Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài: “ Phân bố liều
hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon
năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị ”.
Mục đích của đề tài đặt ra:
Tìm hiểu cơ chế tương tác của chùm bức xạ với vật chất
Tìm hiểu phương pháp dùng chùm Photon trong xạ trị và những ưu điểm của
phương pháp này so với phương pháp xạ trị khác.
Tìm hiểu cơ chế phát chùm photon của máy PRIMUS – Siemens và khảo sát
bằng thực nghiệm một số thông số đặc trưng của chùm Photon phát ra từ máy
PRIMUS – Siemens
Xác định phân bố liều hấp thụ trong phantom của chùm photon với mức năng
lượng 6MV và 15MV theo bề dày với kích thước trường chiếu khác nhau, từ đó
xác định vị trí điều trị. Đồng thời xác định phân bố liều hấp thụ khoảng cách tới
trục với bề dày khác nhau, từ đó đánh giá độ đồng đều và độ bằng phẳng của liều
hấp thụ.
Ngoài phần mở đầu kết luận bản luận văn này được chia thành ba chương.
4

Chương 1: Cơ sở của phương pháp xạ trị dùng chùm Photon đề cập đến cơ
sở vật lý và cơ sở sinh học của việc sử dụng chùm Photon trong xạ trị, quá trình
tương tác của photon với vật chất và với cơ thể sống, tác dụng sinh học của bức
xạ và các đơn vị đo liều lượng bức xạ.
Chương 2. Phương pháp thực nghiệm trình bày vắn tắt nguyên lý cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của máy gia tốc Primus- Siemens, phương pháp thực nghiệm
xác định đặc trưng của chùm photon từ lối ra máy gia tốc.
Chương 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận tiến hành thực nghiệm đo liều
hấp thụ tương đối của chùm photon trong phantom theo bề dày và khoảng cách
tới trục. Xây dựng đường cong liều hấp thụ tương đối của chùm photon trong
phantom theo bề dày và khoảng cách tới trục, từ đó tiến hành đánh giá chất lượng
chùm photon năng lượng 6 MV và 15MV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS trong

điều trị ung thư tại Bệnh Viện K
















5

CHƯƠNG 1:
CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG CHÙM
PHOTON
1.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất [7]
Bức xạ gamma là chùm hạt photon có năng lượng lớn. Khi đi trong môi
trường vật chất, chúng tương tác với môi trường thông qua các hiệu ứng: hiệu ứng
tán xạ, hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tạo cặp và quang hạt nhân. Các hiện
tượng này có xảy ra hay không hoặc xảy ra với mức độ nào phụ thuộc vào năng
lượng của photon gamma và nguyên tử số của môi trường mà nó đi qua. Phương
pháp xạ trị sử dụng chùm gamma với mức năng lượng lớn nhất là 15 MeV nên ta
chỉ quan tâm tới các hiệu ứng hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và hiện tượng

tạo cặp.
1.1.1. Hiện tượng hấp thụ quang điện
Khi năng lượng của bức xạ gamma tăng lên, lớn hơn thế năng ion hóa nguyên
tử, hiện tượng tán xạ Rayleigh không còn, xác suất xảy ra hiện tượng hấp thụ
quang điện bắt đầu tăng. Photon đến bị hấp thụ toàn bộ bởi một nguyên tử. Năng
lượng này được truyền toàn bộ cho một electron của nguyên tử. Electron nhận
được năng lượng lớn hơn thế năng ion hóa của nó nên bứt ra khỏi nguyên tử, gọi
là quang electron. Một phần năng lượng để thắng thế năng ion hóa, phần còn lại
biến thành động năng chuyển dộng của nó. Để xảy ra hiện tượng hấp thụ quang
điện đối với một electron nằm ở lớp nào đó của nguyên tử thì năng lượng của
photon bị hấp thụ phải lớn hơn thế năng ion hóa của lớp đó. Xác suất xảy ra hấp
thụ quang điện được đặc trưng bằng tiết diện hấp thụ quang điện trên một nguyên
tử )(
2
cm
a

.
Người ta gọi xác suất xảy ra hiện tượng quang điện trên một đơn vị thể tích
môi trường chất hấp thụ là hệ số suy giảm tuyến tính của môi trường đối với hiệu
ứng quang điện, ký hiệu k
q
, được tính bằng công thức:


7

a
A
A

q
M
N
k


trong đó:

là mật độ môi trường
M
A
: nguyên tử gam của chất hấp thụ
N
A
: Số Avogadro
(1.1)
6

Mặt khác để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ hạt nhân của một môi trường,
người ta thường dùng hệ số suy giảm khối. Hệ số suy giảm khối của một môi
trường đối với hiệu ứng quang điện được tính như sau:



q
q
k


Từ hai công thức trên ta rút ra được công thức tính hệ số suy giảm khối do hấp thụ

quang điện của một môi trường theo hệ số suy giảm tuyến tính là:

a
A
A
q
M
N

.

Người ta còn tính được hệ số hấp thụ quang điện trên một nguyên tử phụ thuộc
vào năng lượng photon tới và nguyên tử số của môi trường theo công thức:

3
94,3
23
10.01,5


Z
a




3
3,4
24
10.62,1



Z
a



trong đó Z là nguyên tử số của môi trường
I
K
và I
L
là thế năng ion hóa của lớp K và lớp L của nguyên tử môi trường.
Từ hai công thức trên ta thấy khi Z càng lớn thì hệ số hấp thụ quang điện càng
lớn. Nghĩa là hiện tượng quang điện xảy ra mạnh với với các chất có nguyên tử số
lớn hay các nguyên tố nặng. Mặt khác, khi năng lượng của bức xạ gamma tăng thì
tiết diện hấp thụ quang điện giảm theo hàm ɛ
-3
.
1.1.2. Tán xạ Compton
Theo sự tăng năng lượng của bức xạ gamma, khi tiết diện xảy ra hấp thụ
quang điện giảm thì tiết diện tán xạ Compton tăng lên, đây là quá trình chủ yếu
làm suy giảm năng lượng của bức xạ gamma đi trong môi trường vật chất.
Tán xạ Compton là quá trình tán xạ không đàn hồi của photon gamma với
các electron tự do hoặc electron liên kết yếu trong nguyên tử của môi trường.
Trong quá trình tán xạ Compton, photon gamma tới truyền một phần năng lượng
của mình cho electron và bị tán xạ theo hường tạo với phương tới một góc nào đó
gọi là góc tán xạ. Kết quả là electron tán xạ nhận được một năng lượng giật lùi và
năng lượng của chùm gamma thì bị giảm đi.
( 1.2 )

Khi
K
I



Khi
L
K
II 


( 1.3 )
( 1.4 )
( 1.5 )
7

Tán xạ Compton xảy ra mạnh khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn
nhiều so với năng lượng liên kết của electron. Khi năng lượng của bức xạ gamma
tăng, các electron tán xạ bay theo hướng ưu tiên về phía trước (nghĩa là góc tán xạ
nhỏ). Năng lượng của bức xạ gamma tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ và năng
lượng của bức xạ gamma tới theo công thức:

)cos1.(1





k

t
tx

trong đó ɛ
tx
là năng lượng của bức xạ gamma tán xạ
ɛ
t
là năng lượng của bức xạ gamma tới

Vì tán xạ Compton xảy ra trên electron tự do nên năng lượng của bức xạ
gamma tán xạ không phụ thuộc vào chất tán xạ mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng
của bức xạ gamma tới và góc tán xạ. Khi xảy ra tán xạ, photon bị tán xạ có thể bay
theo góc tán xạ bất kỳ, nhưng xác suất tán xạ theo một góc nào đó lại phụ thuộc
vào năng lượng của bức xạ gamma tới và bản thân góc đó.
Đối với năng lượng của bức xạ gamma nhỏ, phân bố góc của bức xạ có tính
đối xứng qua góc tán xạ 90
o
. Năng lượng của bức xạ gamma càng tăng thì các bức
xạ gamma tán xạ càng có xu hướng ưu tiên về phía trước.
Khi lượng tử gamma bị tán xạ với một góc nhỏ thì năng lượng của nó thay
đổi không đáng kể, lúc đó electron bay theo phương gần vuông góc với nó. Khi
lượng tử gamma bị tán xạ với góc 180
o
thì electron bay ra theo hướng phía trước
với động năng cực đại.
Xác suất tán xạ Compton theo mọi hướng trên một electron gọi là xác suất
tán xạ Compton toàn phần trên một electron được tính theo công thức:

22

23
3
2
2
)21(
28
)21ln(
2
22
.2
kk
kkk
k
k
kk
r
oe







trong đó: r
o
là bán kính cổ điển, bằng 2,82.10
-13
cm
k là năng lượng tương đối của bức xạ gamma

Trong nguyên tử có Z electron, tiết diện tán xạ Compton trên một nguyên
tử là:


là góc tán xạ của gamma
( 1.6 )
( 1.7)
8


ea
Z

.

Hệ số suy giảm khối của quá trình tán xạ Compton được tính bằng công
thức:

CAaAAC
A
Z
NMN







 )/(

trong đó, Z và M
A
là nguyên tử số và nguyên tử lượng của chất tán xạ
N
A
là số Avôgađrô
1.1.3. Hiện tượng tạo cặp
Khi năng lượng của bức xạ gamma tiếp tục tăng lên, có thể xảy ra hiện
tượng tạo cặp. Đây là hiện tượng chỉ xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân
hoặc một electron, trong đó năng lượng của một photon gamma được biến đổi
hoàn toàn thành các hạt vật chất.
Xét quá trình tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của một hạt nhân. Khi
một photon năng lượng cao bay vào trong trường Coulomb của hạt nhân nó bị hấp
thụ hoàn toàn, tạo ra một cặp electron và positron ( e
+
, e
-
). Hạt nhân trung gian tạo
ra trường Coulomb cần thiết cũng tham gia vào quá trình tạo cặp, khối lượng nghỉ
của nó cũng bị biến đổi trong quá trình này và nó cũng thu được một động năng
giật lùi rất nhỏ. Theo định luật bảo toàn năng lượng:





22
222
)( 2

cMMKTcm
KcMTTcmmcM
oe
eeee
o
e







trong đó m
e
là khối lượng nghỉ của electron, T là động năng của cặp e
+
,e
-
; M
o
và
M là khối lượng của hạt nhân trước và sau khi tạo cặp; K là động năng giật lùi của
hạt nhân. Do M ≥ M
o
nên;

MeVcm
e

022,1 2
2



Từ đó có thể thấy năng lượng nhỏ nhất của lượng tử gamma để có thể xảy ra hiện
tượng tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân là 1,022 MeV. Năng lượng này
gọi là ngưỡng tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân.
Người ta xác định tiết diện tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân
bằng phương pháp thực nghiệm, thu được công thức tính gần đúng:
( 1.8 )
( 1.9)
( 1.10)
( 1.11 )
( 1.12 )
9



ln.
2
Z
tc


trong đó, Z là nguyên tử số của môi trường

Từ công thức trên có thể thấy hiện tượng tạo cặp xảy ra mạnh trong trường
Coulomb của hạt nhân khi môi trường có nguyên tử số càng lớn và khi năng lượng
của lượng tử gamma càng tăng. Người ta thấy rằng, khi năng lượng lớn hơn

ngưỡng tạo cặp, tiết hiện tạo cặp sẽ tăng nhanh khi năng lượng của bức xạ gamma
tăng.
Xét quá trình tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của một electron. Khi
đó, có hai cặp electron - positron được tạo thành. Ngưỡng tạo cặp trong trường
hợp này gấp đôi trong trường hợp trong trường Coulomb của hạt nhân, có giá trị
là:

MeVcm
eng
044,2 4
2



Tuy nhiên, xác suất tạo cặp trong trường Coulomb của electron nhỏ hơn rất
nhiều so với xác suất tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân.
1.2. Hiệu ứng sinh học của bức xạ
1.2.1. Tác dụng sinh học của điều trị tia xạ
a. Cấu tạo tế bào của cơ thể người [2,8,9]
Cơ thể người cấu tạo từ các cơ quan như tim, phổi, não,… Các cơ quan
được cấu tạo từ các mô như mô mỡ, da, xương …Các mô được cấu tạo từ các tế
bào. Tế bào là đơn vị sống cơ bản, kích thước tế bào khoảng 20micromet. Trong
cơ thể con người có khoảng 10
13
đến 10
14
tế bào. Tương tác giữa các bức xạ và cơ
thể sống sẽ gây nên những thay đổi trong tế bào hay gây đột biến dẫn đến hoạt
động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng một cách hỗn loạn dẫn
đến ung thư.

Tế bào gồm có một nhân ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương,
bao bọc quanh bào tương là một màng gọi là màng tế bào. Mỗi bộ phận thực hiện
chức năng riêng rẽ.
- Màng tế bào thực hiện chao đổi chất với môi trường ngoài.

là năng lượng của lượng tử gamma
( 1.13 )
10

- Bào tương là nơi xảy ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp
thành các phần tử đơn giản và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra (dị hóa), hay tổng
hợp các phân tử cần thiết cho tế bào.
- Trong nhân có ADN là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan
trọng để thực hiện sự tổng hợp chất.
- ADN cũng chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào.
Tác dụng của sinh học chính của bức xạ là sự phá hỏng ADN của tế
bào. [2,8,9]

Hình 1.1 Cấu tạo tế bào của cơ thể người
b. Cơ sở sinh học của điều trị tia xạ
Năm (1943), tác giả Albert Bechem đã xuất bản cuốn sách “các nguyên tắc
liều lượng Radium, và tia X”, được xem là cơ sở sinh học phóng xạ:
Vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn. Các tế bào cơ thể
trong giai đoạn phân chia nhạy cảm với tia xạ nhất. Ngày nay ta còn áp dụng
phương pháp tăng Oxy, tăng nhiệt ở vùng chiếu tia. Để đề ra các kỹ thuật chỉ định
tia xạ, người ta dựa trên các pha “phase” phân chia của tế bào, trên sự phản ứng
của các chất gian bào[8,9], hình 1-2 (trong việc bảo vệ các tổ chức lành).
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 của các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào

cụ thể. Tế bào biệt hóa kháng tia hơn loại không biệt hóa. Phân bố hợp lý tổng liều
điều trị và liều lượng mỗi lần chiếu.
Chu kỳ sinh sản tế bào:
Sự tổng hợp S (Sythesis).
Phân chia M (Mitotic).
Sau phân chia G
1
:
11

+ S: Pha này kéo dài từ 1,5

36
h
, trung bình 8
h
, kháng tia.
+ G
2
: 30

1,5
h
+ M: 30

2,5
h
nhạy cảm tia nhất.
+ G
1

: Kéo dài hàng tháng.
Chu kỳ sinh sản của tế bào được đưa trong hình 1-2.

Hình1.2 Chu kỳ sinh sản của tế bào.
Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ
yếu thông qua các quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là
tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị
biến đổi hoặc bị tiêu diệt.
Đối với con người, cấu tạo mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử
H
2
O bị ion hóa, phân chia thành các cặp H
+
và OH
-
, các ion này bị kích thích lại
tạo ra các ion khác,… năng lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể người càng lớn thì
số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này gây ra phản ứng rất mạnh, tác động
trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến Là protein, lipit, ADN làm cho cấu trúc
của phân tử này bị sai hỏng gây ra những hậu quả[8,9]:
* 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 hoặc gây đột biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc
xắp xếp lại các vật chất di truyền trên phân tử ADN
* làm chết tế bào. Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng
nhất trong việc điều trị ung thư.
12

1.2.2. Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể sống
Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp

ion hóa có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị
biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu
xạ H
2
O trong cơ thể 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.
Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%.
Còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp.
Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi
qua cơ thể sinh vật nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào. Sự
hấp thụ năng lượng của tế bào thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử
của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy.
Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra
càng nhiều. Thông thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên,
tùy thuộc vào vận tốc của hạt nhanh hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác
nhau. Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng lại có khả năng ion hóa
nhanh hơn.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình này
1. 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 các tế bào đã chết. Những chỗ tổn thương do bức xạ
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.
2. 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 không có hậu quả gì gây ra.
Tuy nhiên trong 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 một chức năng của tế bào. Tần số xuất hiện kiểu
sai sót của nhiễm sắc thể có một mối tương quan xác định đối với liều lượng và do
đó người ta có thể sử dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học.
13

3. Đột biến gen: Sự thay đổi lượng thông tin trong gen được biết với thuật
ngữ biến đổi gen. Sự hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể dẫn đến đột biến gen.
4. Sự chết của tế bào: Quá trình chiếu xạ có thể làm chết tế bào hoặc có thể
dẫn tới tất cả hiệu ứng trên. Quá trình chết tế bào là quá trình quan trong nhất
trong điều trị bệnh ung thư. Quá trình này thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống
sót của tế bào sau khi chiếu một một liều xác định. Hiệu ứng – liều đối với tỷ lệ
sống sót của tế bào sau khi chiếu 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 bị tổn thương.

Hình 1.3 Mối tương quan giữa hiện tượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót [6]
Tuy nhiên ở liều cao hơn, khả năng sửa chữa của tế bào đạt ở mức bão hòa,
tỷ lệ sống sót giảm rất nhanh theo quy luật hàm mũ. Hình 1-4 chỉ sự phụ thuộc độ
sai sót của nhiễm sắc thể vào liều lượng. Các mối tương quan hiệu ứng - liều
tương tự cũng quan sát thấy đối với hiệu ứng đột biến.
Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi
nói trên có thể được phục hồi. Ngoài các yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn

phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng với 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 hợp hấp
thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của tế bào
ở cơ thể sống.
14


Hình 1.4 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc thể [6]
1.3. Các đơn vị đo liều bức xạ
1.3.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ
nào đó chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu
trong một lượng chất phóng xạ có N hạt nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của
nó được tính theo công thức sau
)exp()exp(
)0(0)()(
tAtNN
dt
dN
A
tt


hay A = . N (1.14)
Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ,  là hằng số phân rã phóng xạ,
N là số hạt nhân phóng xạ hiện có.
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel
tương ứng với một phân rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là
Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam
226

Ra, tương ứng với
3,7.10
10
phân rã trong một giây.
Theo định nghĩa, Becquerel và Curie có mối liên hệ như sau:
1Ci = 3,7.10
10
Bq.
1.3.2. Liều chiếu và suất liều chiếu
a. Liều chiếu
15

Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, còn môi trường chiếu
xạ là không khí. Liều chiếu ký hiệu là X, được xác định theo công thức [7,8]:
dm
dQ
X  (1.15)
Trong đó: dm là khối lượng không khí tại đó chùm tia X hoặc chùm bức xạ
gamma bị hấp thụ hoàn toàn, kết quả tạo ra trên dm tổng các điện tích cùng dấu là
dQ.
Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là
C/kg. Coulomb trên kilôgam được định nghĩa như sau:
"1 C/kg là liều bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong
1kilôgam không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó 1 Coulomb ion cùng
dấu".
Ngoài 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 Rơnghen là một lượng bức xạ gamma
hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1kg không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ
tạo ra trong đó tổng điện tích của các ion cùng dấu là 2,58.10
-4

C.
Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam sang Rơnghen
theo tỷ lệ như sau:
1R = 2,58.10
-4
C/kg.
b. Suất liều chiếu
Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Suất liều
chiếu, ký hiệu là

X
được xác định theo công thức:
t
X
X 

(1.16 )
Trong đó X là liều chiếu trong thời gian t.
Trong hệ SI, đơn vị đo suất liều chiếu là C/kg.s. Tuy nhiên trong thực
nghiệm đơn vị đo suất liều chiếu thường dùng là Rơnghen/giờ. Rơnghen/giờ
được ký hiệu la R/h, thông thường suất liều chiếu thường dùng nhiều hơn cả là
R/h.
1.3.3. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ
a. 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
16

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 môi trường

chiếu xạ là không khí. Còn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng cho các
loại bức xạ ion hóa khác nhau và môi 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 môi trường có
khối lượng là dm [7,8].
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là June/kilôgam, viết tắt là J/kg.
1 J/kg là lượng bức xạ chiếu vào môi trường chiếu xạ sao cho chúng truyền
cho 1kg môi trường vật chất đó một năng lượng là 1J.
Trong thực tế, ngoài đơn vị đo liều hấp thụ là J/kg, người ta còn dùng đơn
vị là Gray viết tắt là Gy và Rad để đo liều hấp thụ. Rad được viết tắt từ: “Radiation
absorbed dose”. Chuyển đổi từ J/kg sang Rad hoặc Gray và ngược lại theo tỷ lệ
sau [8,10]:
1Gy = 1J/kg
10
-2
J/kg = 1rad.
1 Gy = 1J/kg = 10
2
rad.
Qua các định nghĩa trên về liều hấp thụ và liều chiếu, nhận thấy giữa liều
hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ với nhau. Với loại bức xạ ion hóa xác định,
môi trường chiếu xạ cho trước, thì liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu. Liều hấp
thụ và liều chiếu có mối liên hệ nhau theo công thức sau:
D = f.X (1.17)
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 không khí, hệ số tỷ lệ f = 0,869
rad
R
còn trong cơ thể con
người hệ số tỷ lệ f = 0,869
rad
R
.
b. Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ

D
chính là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian. Suất
liều hấp thụ được [8] xác định theo công thức:
17

t
D
D 
*
(1.18)
Trong đó D là liều hấp thụ trong thời gian t.
Đơn vị đo suất liều hấp thụ là Gy/s hay rad/s.
1.3.4. Liều tương đương và suất liều tương đương
a. Liều tương đương
Đối với sinh vật và cơ thể sống, dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân có thể
dẫn đến hiện tượng làm biến đổi hoặc gây tổn thương nào đó cho đối tượng được
chiếu xạ. Người ta gọi hiện tượng trên là hiệu ứng sinh học. Với liều hấp thụ D
cho trước, hiệu ứng sinh học còn phụ thuộc vào loại bức xạ được sử dụng, điều
kiện chiếu xạ, khoảng thời gian chiếu xạ. Đối với một sinh vật cho trước, để gây ra

một tổn thưong xác định, trong các lần chiếu khác nhau thì cần một liều hấp thụ
khác nhau. Khi đánh giá ảnh hưởng của bức xạ đến hiệu ứng sinh học, thay cho
liều hấp thụ ta dùng liều tương đương, ký hiệu là H.
Với một loại bức xạ và môi trường sống xác định, liều tương đương tỷ lệ
với liều hấp thụ. Liều tương đương và liều hấp thụ liên hệ với nhau theo công thức
sau [8]:
H = QND (1.19)
Trong đó: D là liều hấp thụ tính bằng rad còn H là liều tương đương tính
bằng rem; Q là hệ số phẩm chất của bức xạ còn N là hệ số tính đến các yếu tố khác
nhau như sự phân bố của liều chiếu.
Hệ số phẩm chất Q dùng trong an toàn bức xạ đánh giá ảnh hưởng của các
loại bức xạ lên đối tượng sinh học, cho biết mức độ nguy hiểm của từng loại bức
xạ đối với cơ thể sống. Hệ số phẩm chất Q cho biết sự phụ thuộc của quá trình
truyền năng lượng tuyến tính của bức xạ trong vật chất. Ủy ban An toàn Phóng xạ
Quốc tế (International Commission on Radiological Protection - ICRP) đã khuyến
cáo hệ số phẩm chất đối với các bức xạ thông thường ứng với năng lượng khác
nhau. Giá trị hệ số phẩm chất do ICRP khuyến cáo được cho trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ
Loại bức xạ và năng lượng Hệ số phẩm chất Q
Bức xạ gamma và tia X với mọi năng lượng 1
Electrôn với mọi năng lượng 1
Nơtrôn năng lượng nhỏ hơn 10keV 5
18

Nơtrôn năng lượng từ 10keV đến 100keV Từ 10 đến 20
Nơtrôn năng lượng từ 100keV đến 2MeV 20
Nơtrôn năng lượng từ 2 MeV đến 20MeV 10
Nơtrôn năng lượng lớn hơn 20MeV Từ 5 đến 10
Proton năng lượng nhỏ hơn 2 MeV Từ 3 đến 5
Proton năng lượng lớn hơn 2 MeV 5

Hạt alpha và hạt nặng, mảnh phân chia 20

Trong hệ SI, đơn vị đo liều tương đương là Sievert, kí hiệu là Sv. Đối với
bức xạ gamma, tia X và electron nếu liều tương đương là 1Sv. Từ công thức 1.18
nếu D đo bằng rad, thì H đo bằng rem, còn nếu liều hấp thụ đo bằng Gy thì liều
tương đương được tính ra rem. Vì 1Gy = 100Rad, nên theo biểu thức (1.18) suy ra
1Sv = 100 rem.
Như vậy, với cùng một đối tượng chiếu xạ và liều hấp thụ như nhau chẳng
hạn
D = 100 rad, khi bức xạ chiếu là tia gamma liều hiệu ứng sinh học tương đương là
100rem, còn với nơtron nhanh liều tương đương sẽ là 1000 rem [8].


b. Suất liều tương đương
Suất liều tương đương chính là liều tương đương trong một đơn vị thời
gian. Suất liều tương đương ký hiệu

H
được xác định theo công thức:
*
H
H
t

(1.20)
Trong đó t là thời gian, H là liều tương đương mà cơ thể sống nhận được
trong thời gian t. Đơn vị đo suất liều tương đương là Sv/s hoặc Sv/h.
Với suất liều chiếu gamma cho trước, liều hiệu dụng tương đương tỷ lệ
thuận với thời gian chiếu. Giữa liều hiệu dụng tương đương và suất liều chiếu liên
hệ với nhau theo công thức sau[8]:

H = f.Q.N.
*
X
.t (1.21)
Trong đó f là hệ số tỷ lệ tùy thuộc vào môi trường, với không khí f = 0,869;
19

Q là hệ số phẩm chất; N là hệ số tính đến điều kiện chiếu và độ đồng đều
khi chiếu, t là thời gian chiếu;
*
X
là suất liều chiếu; H là liều hiệu dụng tương
đương.

1.3.5. Liều giới hạn
Khi tiếp xúc với chất phóng xạ hoặc các nguồn phóng xạ và các bức xạ ion
hóa, nhân viên công tác bị chiếu xạ nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc
vào liều hấp thụ mà nhân viên nhận được, bức xạ hạt nhân xẽ ảnh hưởng khác
nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm việc với chất phóng xạ cần
phải giảm ảnh hưởng của các bức xạ đến nhân viên. Về mặt an toàn bức xạ hạt
nhân, cần phải đưa ra những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người
nhân viên còn có thể làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa.
Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong
một năm mà người làm việc trực tiếp với bức xạ hạt nhân có thể chịu được, sao
cho nếu bị chịu một liều hấp thụ tích lũy liên tục như vậy trong nhiều năm liên tục
vẫn không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân. Liều hấp thụ cho phép còn phụ
thuộc vào độ tuổi. theo quy định chung về luật lao động, người có độ tuổi từ 18
tuổi trở nên mới được làm việc trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã
khuyến cáo công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho phép trong một năm đối với
nhân viên, chuyên viên làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ trong một năm như

sau [8].
D = 50(N – 18) mSv hay D = 5(N – 18) rem
Trong đó: N là độ tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N

19, D là liều hấp
thụ tích lũy trong một năm. Tính trung bình, liều tích lũy cho phép là D = 50
mSv/năm. Đối với các đối tượng khác liều hấp thụ cho phép giảm 10 lần. Giá trị
liều hấp thụ tích lũy toàn thân cho phép D được các cơ quan ICRP khuyến cáo tại
các thời điểm khác nhau, được cho ở bảng 1. 2
Bảng 1.2 Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc với
bức xạ tại thời điểm khác nhau


3 .
Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị
150 mSv/năm 1950 ICRP
50 mSv/năm 1977 IRCP
20

20 mSv/năm 1990 IRCP
Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát Bức xạ hạt nhân Việt Nam, liều hấp
thụ tường đương cho toàn thân đối với nhân viên làm việc với nguồn phóng xạ và
bức xạ hạt nhân là 20mSv trong một năm. Trong 5 năm có một năm liều hấp thụ
trên toàn thân có thể lên tới 50mSv. Tuy nhiên tổng liều trong 5 năm liên tục
không vượt quá 100mSv. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy ban An toàn
Bức xạ Quốc tế. Tuy nhiên các cơ quan trong cơ thể người có mức nhạy cảm khác
nhau đối với bức xạ hạt nhân, nên có giới hạn cho phép tối đa đối với một số bộ
phận có giá trị khác nhau.
1.4. Phương pháp xạ trị dùng tia gamma
1.4.1. Khái niệm và mục đích xạ trị

Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị bằng tia
xạ trong y học, là một trong ba phương pháp chính được sử dụng hiện nay để
điều trị bệnh ung thư cùng với hai phương pháp là phẫu thuật và hóa chất [6,8].
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 gây
ra tổn thương nhỏ nhất cho các tế bào lành xung quanh.
Mục đích của phương pháp xạ trị là nhằm phá hủy các tế bào ung thư và
ngăn chặn sự phát triển thêm nữa và sự lây lan của các khối u.
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 trước 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 nốt những tế bào ung thư
còn sót lại. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau 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 những phương pháp 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.
1.4.2. Nguyên tắc điều trị bằng tia xạ
Phác đồ điều trị phải dựa trên những nguyên tắc sau [2]:
21

 Bằng các biện pháp CT scanner, X-quang, phóng xạ…để biết thể tích cần
chiếu.
 Biết rõ những đặc điểm bệnh lý của khối u.
Chọn lựa phương pháp thích hợp: Chỉ dùng xạ trị hay phối hợp phẫu thuật,
hóa chất … hay chọn phối hợp cả hai phương pháp, chọn loại tia thích hợp, chiếu
từ ngoài vào hay đặt tại khối u.
 Quy định liều tối ưu và thể tích dựa trên vị trí giải phẫu, loại tổ chức học, độ

ác tính … và những cấu trúc lành trong vùng chiếu xạ. Bác sĩ không bao giờ do
dự trong việc thay đổi những điều đã quy định với những điều phát sinh.
 Đánh giá từng giai đoạn về thể lực của bệnh nhân, sự đáp ứng của khối u và
thể trạng của tổ chức lành trong khu vực điều trị.
Bác sĩ điều trị phải cùng làm việc chặt chẽ với đội ngũ vật lý, kế hoạch điều trị
và bộ phận đo lường, không thể nhầm lẫn được đánh giá lâm sàng, hiểu sai về
những quan niệm vật lý, không hoàn hảo về phác đồ điều trị và thực hiện phác đồ.
1.4.3. Các phương pháp xạ trị
Có hai 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 (còn gọi là xạ trị áp sát).
Xạ trị trong hay còn gọi là 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. có ba cách thực hiện kỹ thuật này: dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như
da mặt, vùng đầu, vùng cổ, …; cách thứ hai là dùng các applicator để điều trị ở các
khoang tự nhiên của cơ thể; loại thứ ba người ta sử dụng các kim cắm trực tiếp vào
trong các khe, kẽ, trong mô, …
Xạ trị ngoài hay còn gọi là 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 Co
60
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.
Nội dung của luận văn này đề cập đến xạ trị dùng chùm photon được tạo ra
từ máy gia tốc PRIMUS – SYMAN.
1.4.4. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc
22

a. Các thiết bị xạ trị từ xa
Các thiết bị cung cấp chùm bức xạ trong phương pháp xạ trị từ xa gồm có:
máy Cobal 60, máy phát tia X và máy gia tốc [1,4,5].
Trước đây máy Cobal 60 được sử dụng khá rộng rãi trong phương pháp xạ
trị từ xa. Cho đến nay nó vẫn được áp dụng nhiều tại các cơ sở điều trị ung thư và
vẫn đóng vai trò quan trọng tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam.
Máy gia tốc ra đời cùng với sự phát triển, tin học đã tạo ra bước phát triển
vượt trội về những đặc tính vật lý cũng như sinh học phóng xạ. Ngày nay tại các
nước công nghiệp phát triển, máy gia tốc đã gần như thay thế hoàn toàn các thiết
bị cũ trong lĩnh vực điều trị ung thư. Tại các nước đang phát triển, tại các trung
tâm điều trị quan trọng, máy gia tốc cũng đang dần được đưa vào áp dụng.
Từ những năm 1960 – 1970 người ta đã chế tạo ra một số máy gia tốc để
ứng dụng trong xạ trị. Đó là loại máy gia tốc có nguyên tắc chế tạo dựa trên
nguyên lý của máy gia tốc Van de Graaff, máy gia tốc Betatron. Tuy nhiên trong
các loại máy gia tốc này cho năng lượng hoặc là ở mức độ thấp hoặc năng lượng
cao nhưng suất liều ở đầu ra của chùm tia còn thấp, mặt khác chúng lại khá cồng
kềnh nên không thuận tiện cho việc sử dụng trong các kĩ thuật điều trị đồng tâm.
Sau này, máy gia tốc tuyến tính (hay còn gọi là máy gia tốc thẳng hoặc
Linac) xuất hiện đã trở thành một công cụ vượt trội trong lĩnh vực điều trị bằng
phương pháp xạ trị ngoài. Vượt lên hẳn các máy gia tốc được ứng dụng trước đây
với suất liều chùm tia cao hơn rất nhiều (khoảng 10Gy/phút), kích thước trường
chiếu rộng, hoàn toàn đồng tâm, đặc biệt lại có kích thước nhỏ gọn hơn và ít ồn
hơn. Điều này đã làm cho Linac gạt các loại máy gia tốc kia ra ngoài lề. Ngày nay
chúng không còn được sử dụng nữa.
b. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc
Kỹ thuật xạ trị tư xa trước đây thường được sử dụng những thiết bị tạo chùm
tia photon là loại máy Cobalt, máy phát tia X. Đây là những loại máy đơn giản cho
năng lượng chùm tia tạo ra không cao. Trong đó máy Cobalt được ứng dụng rộng
rãi nhất. Nhưng bất lợi của nó là:
- Loại máy này chỉ cho hai loại chùm photon với năng lượng là 1,17 MeV và

1,33 MeV, nghĩa là không điều khiển được năng lượng.
- Chùm tia có nhược điểm: độ đâm xuyên kém, liều mặt da cao, liều sâu phần
trăm thấp, độ rộng bán dạ của chùm tia lớn.
23

- Có độ rò rỉ bức xạ từ đầu nguồn. Suất liều bức xạ thấp và giảm theo thời
gian. Do đó, càng về sau thì thời gian điều trị càng phải kéo dài. Sau khoảng thời
gian nào đó (khoảng 5 đến 7 năm) lại phải thay nguồn.
- Độ an toàn không cao. Do nguồn Cobalt 60 là nguồn phóng xạ nên nó luôn
phát chùm tia ngay cả khi ngừng chiếu xạ và ngay cả khi nguồn không được sử
dụng bị thay đi.
Kĩ thuật xạ trị từ xa hiện đại nhất là sử dụng máy gia tốc tuyến tính. Trong đó
chùm electron được gia tốc bằng sóng cao tần theo nguyên lí gia tốc thẳng rồi được
đưa ra ngoài sử dụng để điều trị bằng electron hoặc được lái đập vào bia tạo ra chùm
photon.
Phương pháp xạ trị sử dụng máy gia tốc tuyến tính là một bước tiến lớn trong kỹ
thuật xạ trị hiện đại. Cơ sở của nhận định này là dựa trên những ưu việt của máy gia
tốc:
- Máy gia tốc có thể cho hai loại chùm tia là chùm electron và chùm photon.
- Có thể điều khiển được năng lượng chùm tia phát ra từ máy gia tốc.
- Kích thước của vùng bán dạ chùm tia nhỏ, suất liều bức xạ cao.
- Không cần thay thế nguồn bức xạ như trường hợp máy Cobalt.
- Độ an toàn phóng xạ cao, do máy gia tốc không có nguồn phóng xạ, nó chỉ
phát chùm tia khi hoạt động.
- Các đặc tính của chùm tia tốt hơn.
Để đáp ứng yêu cầu cao nhất cho mục đích xạ trị, máy gia tốc phải được thiết
kế đạt yêu cầu cơ bản:
- Chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc phải được xác định rõ năng lượng và
có thể thay đổi được kích thước.
- Liều lượng bức xạ của chùm tia phải đồng đều.

- Liều lượng bức xạ phát ra từ thiết bị phải ổn định trong suốt thời gian sử
dụng. nghĩa là năng lượng, cường độ và vị trí chùm tia có thể kiểm soát được.
- Liều lượng có thể đo đạc một cách chính xác.
- Hướng của chùm tia bức xạ có thể thay đổi được để có thể điều chỉnh được
đến mọi vị trí khác nhau.
- Hệ thống giường điều trị có thể chuyển động được theo ba chiều với độ
chính xác cao.
24

- Hệ thống cơ khí ổn định, linh hoạt. Có hệ thống đo liều bức xạ, cảnh báo độ
nhiễm phóng xạ, che chắn đảm bảo khi vận hành thiết bị, tự động ngắt máy khi có
sự cố.
Ở Việt Nam, máy gia tốc trong xạ trị được đưa vào sử dụng đầu tiên vào
tháng một năm 2001, tại Bệnh viện Ung Thư Trung Ương tạo ra hiệu quả điều trị
ung thư rất cao, hầu hết bệnh nhân điều trị đều cho kết quả điều trị rất tốt. Được sử
dụng để điều trị ung thư vú, ung thư vòm họng, ung thư cổ tử cung, phổi, não,
xoang, hàm, ung thư da, … Bất lợi lớn nhất của phương pháp xạ trị này là chi phí
mua sắm, xây dựng cơ bản và bảo dưỡng hàng năm rất lớn. Giá trị một chiếc máy
gia tốc khoảng 21 tỉ đồng, thời hạn sử dụng khoảng 15 năm. Tại Mỹ điều trị theo
phương pháp này bệnh nhân phải trả 30 000 USD. Đồng thời, để hỗ trợ cho xạ trị
cần đến các công đoạn chụp X quang, chụp cắt lớp CT, MRI, … để xác định chu
vi, thể tích, vị trí khối u để lập kế hoạch điều trị chính xác. Các công đoạn hỗ trợ
cho việc xạ trị bằng máy gia tốc có thể được mô tả trong Hình vẽ 1.5 [6].

Máy gia tốc
Accelerator
Máy mô phỏng
Simulator
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch
điều trị TPS

CT - Scanner
Máy gia tốc
Accelerator
Máy mô phỏng
Simulator
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch
điều trị TPS
CT - Scanner
Khuôn chắn tia nhiều
lá
Giá định vị bệnh
nhân


Hình 1.5 Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản

25


CHƯƠNG 2:
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ
ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA
MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS
2.1. Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng trong xạ trị[4,5,6]
2.1.1. Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ
trị.
Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị thường được chia thành 5 hệ thống đó
là:
 Hệ thống phun, là một nguồn electron hay còn gọi là súng điện tử
 Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton

hoặc klyston, bộ điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp trong
đó electron được gia tốc,…
 Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trò vận chuyển electron trong chân
không từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ.
 Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh bằng
nước, hệ thống chất điện môi bằng ga để truyền vi sóng từ bộ phận phát
sóng vô tuyến tới ống dẫn sóng.
 Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia.
Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối
đơn giản như hình 2.1.