Tài liệu Xác nhận tỉ số mô cực đại (tmr) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (pdd) của chùm photon năng lượng cao trên máy gia tốc elekta precise

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Mạnh Khải XÁC NHẬN TỈ SỐ MÔ CỰC ĐẠI (TMR) ĐƯỢC TÍNH TỪ DỮ LIỆU ĐO LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) CỦA CHÙM PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO TRÊN MÁY GIA TỐC ELEKTA PRECISE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Mạnh Khải XÁC NHẬN TỈ SỐ MÔ CỰC ĐẠI (TMR) ĐƯỢC TÍNH TỪ DỮ LIỆU ĐO LIỀU SÂU PHẦN TRĂM (PDD) CỦA CHÙM PHOTON NĂNG LƯỢNG CAO TRÊN MÁY GIA TỐC ELEKTA PRECISE Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 8440130.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT - PGS.TS. NGUYỄN DANH THANH Hà Nội – 2018 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn này với tên gọi: “Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm Photon năng lượng cao trên máy gia tốc Elekta Precise” là công trình nghiên cứu của riêng tôi với sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và PGS.TS Nguyễn Danh Thanh, Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103. Các nội dung, kết quả trong đề tài là trung thực và chưa công bố dưới bất kì hình thức nào. Ngoài ra, trong luận văn còn tham khảo một số tài liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Học viên Nguyễn Mạnh Khải Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình hoàn thành luận văn của mình, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong quá trình hoàn thành luận văn này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới PGS.TS Nguyễn Danh Thanh, Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103 người thầy đặc biệt đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học cao học cũng như hoàn thành luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các giảng viên Khoa Vật lý, các cán bộ phòng Sau đại học và các học viên lớp cao học Vật lý 2016 - 2018 - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hỗ trợ và giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Trung tâm Ung bướu – Bệnh viện Quân y 103 và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình học tập, công tác và hoàn thành luận văn này. Nhân dịp này em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã luôn bên em, cổ vũ, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Học viên Nguyễn Mạnh Khải Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 Chương 1 .....................................................................................................................3 TỔNG QUAN .............................................................................................................3 1.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị..................................................3 1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư .....................................4 1.3. Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị ..............................................................6 1.3.1. Các phương pháp xạ trị ..............................................................................6 1.3.2. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư ..................................7 1.3.3. Thiết bị xạ trị và các tiến bộ trong kỹ thuật xạ trị chiếu ngoài ................10 1.4. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA ..........13 1.4.1. Nguyên lý cấu tạo .....................................................................................13 1.4.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................17 1.5. Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị:.......................................................19 1.6. Các hệ số tính toán phân bố chùm tia .............................................................20 1.6.1 Liều sâu phần trăm (PDD).........................................................................20 1.6.2 Tỷ số mô-không khí (TAR) ......................................................................21 1.6.3 Tỷ số mô-phantom (TPR)..........................................................................22 1.6.4 Tỷ số liều lối ra ..........................................................................................22 1.6.5 Trường vuông tương đương ......................................................................23 1.6.6 Tỷ số mô cực đại (TMR) ...........................................................................23 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải 1.6.7 Hệ số tán xạ phantom (Sp) .........................................................................26 1.7 Hệ thống lập kế hoạch điều trị XiO. ................................................................27 Chương 2 ...................................................................................................................28 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................28 2.1 Thiết bị .............................................................................................................28 2.1.1. Máy gia tốc ...............................................................................................28 2.1.2. Hệ thống thiết bị đo ..................................................................................28 2.2 Phương pháp thực nghiệm ...............................................................................31 2.2.1 Đo PDD .....................................................................................................32 2.2.2 Đo TMR ...................................................................................................32 2.2.3 Xác định hệ số tán xạ phantom (Sp) ..........................................................32 Chương 3 ...................................................................................................................34 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .....................................................................................34 3.1 Dữ liệu để bàn luận và phân tích .....................................................................34 3.1.1 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) .......................................................35 3.1.2 Dữ liệu TMR đo ........................................................................................39 3.1.3 Dữ liệu TMR tính toán ..............................................................................44 KẾT LUẬN ...............................................................................................................52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54 PHỤ LỤC ..................................................................................................................58 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3D-CRT Three Dimensional Conformal Xạ trị 3D theo hình thái u Radiation Therapy BSF Back Scatter Factor Hệ số tán xạ ngược ESTRO European Society for Radiology and Hiệp hội ung thư châu Âu Oncology HVL Half-Value Layer Bề dày hấp thụ một nửa ICRU International Commission on Radiation Ủy ban Quốc tế về Đo lường và Units and Measurements đơn vị bức xạ IGRT Image Guided Radiation Therapy Xạ trị dưới sự hướng dẫn hình ảnh IMRT Intensity Modulated Radiotherapy Xạ trị điều biến liều LET Linear Energy Transfer Truyền năng lượng tuyến tính LINAC Linear Accelerator Máy gia tốc tuyến tính PDD Percentage Depth Dose Liều sâu phần trăm PET Positron Emission Tomography Ghi hình cắt lớp bằng bức xạ positron PSF Peak Scatter Factor Hệ số tán xạ đỉnh SAD Source to Axis Distance Khoảng cách từ nguồn đến tâm SBRT Stereotactic Body Radiation Therapy Xạ trị lập thể định vị thân SF Scatter Factor Hệ số tán xạ SRS Stereotactic Radiosurgery Xạ phẫu định vị SSD Source to Surface Distance Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt TAR Tissue Air Ratio Tỷ số mô - không khí TMR Tissue Maximum Ratio Tỷ số mô cực đại TPR Tissue Phantom Ratio Tỷ số mô - phantom TPS Treatment Planning System Hệ thống lập kế hoạch xạ trị VMAT Volumetric-Modulated Arc Therapy Xạ trị quay điều biến thể tích WF Wedge Factor Hệ số nêm Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC KÝ HIỆU µ Hệ số suy giảm tuyến tính CR Kích thước trường chiếu tham khảo dm Độ sâu vùng cân bằng điện tích cực đại Dm Liều tại độ sâu vùng cân bằng điện tích cực đại Dmax Liều cực đại Dp Liều tại điểm p Dt Liều tại điểm t Sc Hệ số tán xạ collimator Scp Hệ số tán xạ toàn phần Sp Hệ số tán xạ phantom Zmax Độ sâu cực đại ZR Độ sâu tham khảo Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1: Trọng số bức xạ .........................................................................................8 Bảng 3.1 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) của năng lượng 6MV ....................35 Bảng 3.2 Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD) của năng lượng 15MV ..................36 Bảng 3.3 Kết quả đo TMR của năng lượng 6MV .....................................................39 Bảng 3.4 Kết quả đo TMR của năng lượng 15MV ...................................................40 Bảng 3.5 Kết quả TMR tính từ PDD của năng lượng 6MV .....................................45 Bảng 3.6 Kết quả TMR tính từ PDD của năng lượng 15MV ...................................46 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành ................4 Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào ........................................................................................5 Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích .............................................................................7 Hình 1.4: Sơ đồ khối của dàn quay gắn trên cấu trúc dạng trống .............................14 Hình 1.5: Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị .................................................15 Hình 1.6: PDD và beam profile của chùm tia ...........................................................20 Hình 1.7: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR .............................................21 Hình 1.8: (a) Sự thiết lập để xác định liều lượng tại điểm P ở độ sâu d trong phantom ..25 Hình 2.1: Máy gia tốc xạ trị Elekta tại Bệnh viện Quân y 103 ................................28 Hình 2.2: Phantom và thùng chứa nước ....................................................................29 Hình 2.3: Thiết bị điều khiển detector và ghi nhận dữ liệu ......................................29 Hình 2.4: Buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex 0,125cm3 ....................................30 Hình 2.5: Giao diện phần mềm đo liều và xử lý dữ liệu ...........................................31 Hình 3.1 Kết quả đo PDD của năng lượng 6MV và 15MV ở trường chiếu 5x5 cm 37 Hình 3.2 Kết quả đo PDD của năng lượng 6MV và 15MV ở trường chiếu 10x10 cm ...................................................................................................................................37 Hình 3.3: Sự phụ thuộc của PDD vào độ sâu của chùm 15MV ứng với các kích thước trường khác nhau.............................................................................................38 Hình 3.4 Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu với hai mức năng lượng 6 và 15MV cho kích thước trường chiếu 5x5cm..........................................................................41 Hình 3.5: Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu với hai mức năng lượng 6 và 15MV cho kích thước trường chiếu 10x10cm......................................................................41 Hình 3.6: Sự phụ thuộc của TMR vào độ sâu cho chùm 15MV với các kích thước trường chiếu khác nhau .............................................................................................42 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của TMR theo độ sâu theo tính toán và đo cho chùm tia 6MV với kích thước trường chiếu 5x5cm .................................................................47 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải Hình 3.8: Sự phụ thuộc của TMR theo độ sâu theo tính toán và đo đạc cho chùm tia 6MV với kích thước trường chiếu 40x40cm .............................................................48 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của TMR theo độ sâu theo tính toán và đo đạc cho chùm tia 15MV với kích thước trường chiếu 5x5cm ...............................................................49 Hình 3.10: Sự phụ thuộc của TMR theo độ sâu theo tính toán và đo đạc cho chùm tia 15MV với kích thước trường chiếu 40x40cm ......................................................49 Hình 3.11: Sự sai khác tương đối giữa tính toán và đo đạc ở tại các độ sâu ứng với các trường chiếu khác nhau của chùm 6MV .............................................................50 Hình 3.12: Sự sai khác tương đối giữa tính toán và đo đạc tại các độ sâu ứng với các trường chiếu khác nhau của chùm 15MV .................................................................51 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải MỞ ĐẦU Sau khi tia X và tia gamma được phát hiện bởi Roentgen năm 1895 và Paul Villard năm 1900, các bức xạ ion hóa được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và y học mang lại nhiều lợi ích cho nhân loại. Bức xạ ion hóa như tia gamma, tia X... đã được ứng dụng có hiệu quả trong điều trị ung thư. Khoảng 60-70% số bệnh nhân ung thư trong quá trình điều trị có liên quan cần đến xạ trị [5]. Xạ trị cùng với phẫu thuật và hóa trị là những phương pháp chính để điều trị ung thư. Các phương pháp xạ trị bao gồm xạ trị chiếu ngoài (Teletherapy), xạ trị áp sát (Brachytherapy) và xạ trị chiếu trong. Trong đó xạ trị chiếu ngoài được ứng dụng hiệu quả nhất, có chỉ định nhiều nhất đối với bệnh nhân ung thư. Trước đây, phương pháp chiếu xạ ngoài sử dụng chùm tia gamma (năng lượng 1,25MeV) do đồng vị phóng xạ cobalt - 60 phát ra. Ngày nay, rất nhiều thế hệ máy gia tốc tuyến tính (Linear Accelerator - LINAC) ra đời cùng với việc ứng dụng công nghệ tin học có được nhiều tính năng vượt trội đã thay thế máy cobalt trong điều trị ung thư. Thiết bị xạ trị chiếu ngoài LINAC hiện đại cho phép đạt được sự phân bố liều cao vào khối u để tiêu diệt tế bào ung thư đồng thời giảm thiểu liều chiếu vào các tế bào lành xung quanh, hạn chế các tác dụng không mong muốn. Về khía cạnh kỹ thuật, liều hấp thụ tại u muốn đạt được chính xác cần có bước lập kế hoạch xạ trị (xác định số trường chiếu, kích thước, vị trí trường chiếu...) đúng. Để lập kế hoạch xạ trị trên máy gia tốc, chúng ta cần xác định các thông số vật lý của máy như: liều sâu phần trăm (Percentage Depth Dose: PDD), tỷ số mô-không khí (Tissue Air Ratio: TAR) và tỷ số mô-phantom (Tissue-Phantom Ratio: TPR). Để xác định tỷ số mô - không khí (TAR) cần đo suất liều trong không khí. Đối với chùm tia năng lượng cao việc đo đạc trong không khí khó đạt được vì đòi hỏi cần lớp bao phủ buồng ion hóa có vùng cân bằng điện tích (build-up) lớn. Do vậy tỷ số mô cực đại (Tissue Maximum Ratio: TMR) là đại lượng được dùng để thay thế TAR đối với chùm photon năng lượng cao. 1 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải TMR được sử dụng trong phần mềm lập kế hoạch được tính suy ra từ thông số PDD sử dụng kỹ thuật đồng trục SSD (Source to Surface Distance). Trong thực tế, xạ trị hiện nay thực hiện theo kỹ thuật đồng tâm SAD (Source to Axis Distance). Vấn đề cần làm rõ là TMR tính theo PDD sử dụng kỹ thuật SSD và TMR đo được theo kỹ thuật SAD có phù hợp hay không. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm Photon năng lượng cao trên máy gia tốc Elekta Precise”. Mục đích của luận văn nhằm: 1/ Xác định TMR theo PDD đo được ứng với 2 mức năng lượng 6MV và 15MV theo kỹ thuật SSD. 2/ So sánh TMR tính theo PDD và TMR đo trực tiếp theo kỹ thuật SAD. Cấu trúc của luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận gồm có 3 chương: - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Thiết bị và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết quả và bàn luận 2 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải Chương 1 TỔNG QUAN Chương này trình bày các vấn đề: Khái niệm, mục đích và nguyên tắc xạ trị; Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư; Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị; Nguyên lý cấu tạo, hoạt động máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA; Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị; Các hệ số tính toán phân bố chùm tia. Đây là những đối tượng sẽ được nhắc đến nhiều trong luận văn này. 1.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị ung thư bằng tia xạ trong y học, là một trong 3 phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với 2 phương pháp là phẫu thuật và sử dụng hóa chất. Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng bức xạ ion hóa (tia X, tia gamma...) với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời phải đảm bảo hạn chế thấp nhất tổn thương cho các tế bào lành xung quanh. 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, ung thư ở vùng đầu, cổ... Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phẫu thuật trong những trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn. Khi đó có thể chiếu xạ tiền phẫu để giảm kích thước khối u, giảm xâm lấn, biến từ không mổ đượ thành mổ được. Cũng có thể sử dụng chiếu xạ tại vùng sau mổ để diệt những tế bào ung thư còn sót lại, hạn chế “di căn do cấy truyền tế bào ung thư trên đường mổ”. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau mổ. Tùy theo từng trường hợp mà có thể lựa chọn phương pháp điều trị sao cho đạt hiệu quả cao nhất. Phương pháp xạ trị cũng có thể kết hợp với điều trị hóa chất. Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Đức... có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị. Nguyên tắc của xạ trị là bằng cách nào đó, phải phân bố liều lượng đã chỉ định tập trung cao và đồng đều tại thể tích khối u, đồng thời phải giảm thiểu liều chiếu có hại cho tổ chức lành liên quan. Tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ hướng tới 3 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải làm thế nào để liều lượng bức xạ tập trung vào khối u ngày càng cao và liều chiếu mô lành phải chịu ngày càng giảm. 1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư Bức xạ ion hoá gây nên những biến đổi sinh học trong tổ chức sống. Tuy nhiên độ nhạy cảm phóng xạ của các loại tế bào và mô trong cơ thể lại hết sức khác nhau. Đặc biệt các tế bào ung thư là những tế bào có khả năng sinh sản mạnh, tính biệt hóa kém nên nhạy cảm hơn với bức xạ ion hóa so với các tế bào lành. Nếu chiếu xạ với liều thích hợp, có thể tiêu diệt được tế bào ung thư mà ít gây biến đổi nguy hiểm đối với tế bào lành. Đó là nguyên lý của điều trị ung thư bằng phóng xạ [2], [4], [5], [6]. Các kỹ thuật điều trị tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối đa tại khối u, giảm đến tối thiểu liều ở các mô lành xung quanh. Muốn vậy phải dựa trên sự khác nhau về độ nhạy cảm tia xạ các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể. - Trên cùng một cơ thể các tế bào có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau. Những tế bào non đang trưởng thành (kém biệt hóa), tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia thường có độ nhạy cảm cao với phóng xạ như tế bào gốc tạo máu, tế bào niêm mạc ruột, tế bào sinh dục... Các tế bào mô cơ, xương đã trưởng thành, não kém Xác suất gây tổn thương tế bào nhạy cảm với phóng xạ. Tế bào u Tế bào lành Liều chiếu Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành 4 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải - Trong ung thư, chúng ta cần phải quan tâm nhiều nhất đến các tế bào có khả năng phân chia vô hạn: đó là các tế bào sinh clôn, có tỷ lệ khoảng 0,1 - 1%. Chỉ tiêu diệt được khối u khi tất cả các tế bào sinh clôn không còn khả năng phân chia. Xác suất tiêu diệt các tế bào sinh clôn này tuỳ thuộc nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự nhạy cảm với bức xạ ion hoá của các tế bào ung thư. Các loại ung thư rất nhạy cảm với tia xạ như seminoma, u lympho ác tính...; nhạy cảm với tia xạ mức độ trung bình: hầu hết các carcinoma, ung thư ít nhạy cảm với tia xạ: melanoma, sarcoma... Sự nhạy cảm phóng xạ còn phụ thuộc vào chu kỳ tế bào. Pha phân chia tế bào (pha M) là thời điểm tế bào nhạy cảm nhất với phóng xạ [5], [6]. M - phân chia tế bào G1 - chuẩn bị tổng hợp S - tổng hợp G2 - tăng trưởng Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào Điều trị ung thư bằng chiếu xạ được ứng dụng sớm ngay từ khi hiện tượng phóng xạ mới được phát minh. Với các hạt tích điện như hạt alpha có khả năng ion hóa mạnh nhưng đâm xuyên kém, không được sử dụng trong chiếu xạ từ xa. Bức xạ beta (electron) có khả năng đâm xuyên khá lớn, được sử dụng chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da. Khi đi vào độ sâu khoảng 5cm thì liều lượng của chùm electron gần như bằng không, do đó ít gây tổn hại đến các mô lành. Tia gamma và tia X tác dụng gây ion hóa kém hơn các loại hạt trên nhưng có khả năng đâm xuyên rất lớn, do đó được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị từ xa. Chúng có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể để điều trị các khối u sâu. Với các 5 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải khối u sâu trên 3cm, để giảm liều chiếu ở mặt da và ở các mô lành trên đường đi của chùm tia người ta làm nhiều chùm nhỏ chiếu theo các hướng khác nhau, hội tụ đồng tâm tại khối u cần điều trị. 1.3. Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị 1.3.1. Các phương pháp xạ trị Có 3 phương pháp xạ trị phổ biến đã và đang được sử dụng là xạ trị chiếu ngoài, xạ trị áp sát và xạ trị chiếu trong (hay còn gọi là xạ trị chuyển hóa). - Xạ trị chuyển hóa là ứng dụng một số đồng vị phóng xạ phát bức xạ beta âm (như 131I, 32P, 90Y...) trong điều trị bệnh. - 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 đưa nguồn phóng xạ đến sát khối u để giảm chiếu xạ cho mô lành [34], [37]. Có 3 cách thực hiện kỹ thuật này: cách thứ nhất dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ…; cách thứ 2 là dùng các ống áp (applicator) để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; cách thứ 3 người ta sử dụng các kim cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô… Một số khối u ở những vị trí thuộc vùng hang hốc của cơ thể như cổ tử cung, trực tràng, thực quản... có thể dùng một ống áp đặt trước rồi đưa đồng vị phóng xạ vào sát với khối u để chiếu xạ [5]. Như vậy có thể tăng liều chiếu ở khối u và giảm liều chiếu cho mô lành. Việc đưa nguồn xạ được thực hiện sau khi đã đặt ống áp đúng vị trí, thực hiện bằng điều khiển từ xa (qua máy tính) cho nên còn gọi là xạ trị áp sát nạp nguồn sau. Các kỹ thuật như dùng kim phóng xạ Radium, dùng các hạt (seed) gắn phóng xạ cấy vào mô ung thư cũng được coi là xạ trị áp sát. - Xạ trị ngoài là phương pháp xạ trị mà nguồn phát tia ở cách bệnh nhân một khoảng nào đó. Đây là phương pháp rất phổ biến trong điều trị ung thư hiện nay. Phương pháp này được tiến hành với chùm photon từ nguồn phát như nguồn 60 Co hoặc chùm phát tia X năng lượng cao được tạo bởi chùm electron đã được gia tốc 6 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải có năng lượng đủ lớn cho đập vào bia (phát tia X hãm), cũng có thể dùng trực tiếp chùm electron đã được gia tốc. Trong thập kỷ qua, một số kỹ thuật mới đã được phát triển để áp dụng một cách tốt hơn trong lĩnh vực xạ trị nhằm tăng hiệu quả điều trị, giảm thiểu nguy cơ các biến chứng. Sự ra đời của các phương pháp chẩn đoán hình ảnh chính xác như CT, MRI, cắt lớp phóng xạ... cho phép xác định kích thước, vị trí khối u chính xác hơn, do đó thể tích chiếu xạ giảm đáng kể [5],[34]. Kỹ thuật xạ trị định vị, xạ trị điều biến liều của chùm tia cho phép giảm thiểu vùng mô lành bị chiếu xạ, giảm tác dụng không mong muốn của chiếu xạ. 1.3.2. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư • Cân bằng điện tích (Build-Up): Là hiện tượng vật lý, xảy ra khi các chùm photon năng lượng cao tương tác với môi trường sinh ra các electron thứ cấp. Tùy theo năng lượng photon và môi trường tương tác, những electron này cũng sẽ tham gia tương tác với môi trường. Liều cực đại (Dmax) sẽ đạt được tại độ sâu nào đó trong môi trường khi các electron đạt đến sự cân bằng [1],[3],[5]. Miền giới hạn giữa bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâu đạt liều cực đại rất có ý nghĩa trong xạ trị, thông qua việc lựa chọn năng Liều lượng chùm tia. Độ sâu Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích 7 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải • Liều hấp thụ - Định nghĩa: liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ bởi một đơn vị khối lượng vật chất mà bức xạ đi qua [3],[6]. D = dE/dm 1.1 dE: năng lượng của bức xạ bị hấp thụ bởi vật chất có khối lượng là dm. - Đơn vị trong hệ SI là Gray (Gy): 1Gy = 1J/kg - Đơn vị cũ là rad; 1Gy = 100 rad. - Suất liều hấp thụ: là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian. Đơn vị là Gray/giây (Gy/s) • Liều tương đương - Định nghĩa: liều tương đương HT,R trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ R gây ra là liều hấp thụ trong mô hoặc cơ quan đó nhân với trọng số của bức xạ tác dụng lên mô hoặc cơ quan đó. HT,R = DT,R. WR 1.2 - Đơn vị đo là Sievert (Sv). - Đơn vị cũ là Rem. 1Sv = 100 Rem. Bảng 1.1: Trọng số bức xạ Loại bức xạ WR Gamma, tia X và β- 1 Nơtron chậm hay nhiệt <10keV ~5 Nơtron nhanh và proton tới 10MeV 10 Hạt α và các hạt nhân nặng 10-20 8 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải • Liều hiệu dụng - Định nghĩa: liều hiệu dụng tỷ lệ với liều hấp thụ tức là tỷ lệ với liều tương đương do vậy liều hiệu dụng trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ R gây ra là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan nhân với trọng số mô WT của cơ quan đó. ET = HT. WT 1.3 - Đơn vị đo là Sievert (Sv). • Liều chiếu - Định nghĩa: là tổng điện tích các ion cùng dấu được tạo ra trong thể tích không khí ở điều kiện chuẩn (00C, 760mmHg) có khối lượng dm, khi tất cả các điện tử thứ cấp do các photon tạo ra bị hãm hoàn toàn trong thể tích không khí đó. X = dQ/dm 1.4 - dQ là tổng điện tích các ion cùng dấu. - Đơn vị đo là C/kg. - Đơn vị cũ là Roentgen (R): 1C/kg = 3,876.103 R. - Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian: X. = dX/dt 1.5 • KERMA (Kinetic Energy Released in Material) - Là tổng động năng ban đầu của tất cả các hạt điện tích được giải phóng bởi hạt ion hoá không mang điện trong vật liệu khối lượng dm [3]. K = dE/dm - Đơn vị đo là J/kg còn được gọi là Gy. 9 1.6