Bài giảng bức ion hóa và kỹ thuật xạ trị

bức ion hóa và kỹ thuật xạ trị

Chủ đề 1 Khái quát Bức xạ ion hóa

Bức xạ ion hóa để chỉ các tia, sóng hay hạt vật chất có năng lượng cao và có một đặc tính chung là khi tương tác với mô trường vật chất mà nó truyền qua, gây hiện tượng ion hóa và kích thích các nguyên tử và phân tử của môi trường, trong đó hiện tượng ion hóa chiếm ưu thế.

Bức xạ ion hóa bao gồm:

- Bức xạ hạt nhân: alpha, bêta, gamma , proton, nơtron, hạt nặng tích điện….(Phóng xạ)

- Bức xạ điện từ: hồng ngoại, khả kiến, tử ngoại,

rơnghen

1 PHÓNG XẠ.

1.1 HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ.

LÀ HIỆN TƯỢNG HẠT NHÂN CỦANGUYÊN TỬ TỰ BIẾN ĐỔI (TỰPHÂN RÃ) ĐỂ TRỞ THÀNH HẠTNHÂN CỦA NGUYÊN TỐ KHÁCHOẶC TỪ 1 TRẠNG THÁI CÓ MỨCNĂNG LƯỢNG CAO VỀ TRẠNG

THẤP HƠN TRONG QUÁ TRÌNHBIẾN ĐỔI ĐÓ HẠT NHÂN PHÁT RATIA CÓ NĂNG LƯỢNG CAO GỌI LÀTIA PHÓNG XẠ HAY BỨC XẠ HẠTNHÂN

1.2 Các dạng phân rã phóng xạ thường gặp.

* Phân rã bêta âm (negatron -):

Trong điều kiện nhất định, trong hạt nhân có những đồng vị

có số nơtron nhiều hơn số proton có thể xảy ra hiện tượng biếnmột nơtron thành một proton đồng thời phát ra một hạt electron(hạt -)

Sơ đồ phân rã negatron (-) Sơ đồ phân rã phóng xạ của P32

Phương trình biến đổi: z X A  z+1 Y A + - + Q Bán chất của phân rã: np + - + Q

* Phân rã bêta dương ( Pozitron + ).

Trong hạt nhân của những đồng vị có số proton nhiều hơn sốnơtron có thể xảy ra hiện tượng biến một proton thành một nơtronđồng thời phát ra hạt pozitron (+) Hạt pozitron có khối lượngđúng bằng khối lượng của điện tử, điện tích bằng điện tích của điện

tử nhưng trái dấu, vì vậy nó được gọi là điện tử dương

Sơ đồ phân rã +z Sơ đồ phân rã N 13

* Phân rã anpha ().

- Loại phân rã này chỉ xảy ra trong phạm vi các hạt nhân của nhữngnguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn Trong quá trình này, hạt nhânphát ra hạt anpha (hạt nhân của nguyên tử Heli) Sự phân rã này làmkhối lượng giảm 4, điện tích giảm 2

Sơ đồ phân rã  Sơ đồ phân rã của 88Ra 226

 (0,18 MeV)

2 (4,79 MeV) 93,5%

86Rn222

Rn *

* Phát xạ tia gamma () từ hạt nhân.

- Trường hợp hạt nhân chuyển từ trạng thái bị kích thích về trạng thái cơbản, từ hạt nhân sẽ phát ra tia gamma

- Bản chất tia gamma là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn

- Sơ đồ phân rã phóng xạ của Co và Th

Ghi chó: 2 (5,21MeV) 0,4% 3 (5,34MeV) 88% 4 (5,42 MeV) 71%

27Co60 (5,2 n¨m)

28Ni60

- (0,31MeV) 100%

Lưu ý:

- Quá trình phát tia  không làm thay đổi cấu tạo của hạt nhân mà chỉ làm thay đổi trạng thái năng lượng của nó.

- Khi có hiện tượng phóng xạ xảy ra ở 1 hạt nhân, hạt

nhân đó có thể bị biến đổi nhiều hơn 1 lần, do đó có thể phát ra nhiều tia phóng xạ.

Ví dụ: (, ), (, )

1.3 Tính chất của tia phóng xạ

 Tính chất hạt anpha

 Tính chất hạt bêta

 Tính chất tia gamma

Tính chất của hạt alpha

Hạt alpha có khối lượng lớn

Hạt alpha phát ra từ 1 chất phóng xạ thì có năng lượng như nhau.Hạt alpha có hai đơn vị điện tích dương, năng lượng giảm đI saumỗi lần ion hoá, cuối cùng nhận thêm 2 điện tử để trở thành

Tính chất của các hạt bêta

• Hạt bêta là hạt có khối lượng nhỏ, khi tương tác với vật chất quĩ

đạo là đường gấp khúc

• Hạt bêta có một đơn vị điện tích, bị tác dụng trong từ trường, quĩ

đạo là một đường cong

• Khả năng ion hóa trực tiếp kém hơn hạt alpha, trung bình tạo ra 75

cặp ion/1cm quãng chạy

• Hạt bêta 3.5MeV đi được gần 11m trong không khí hoặc 17mm

trong tế bào

• Khả năng đâm xuyên của hạt bêta lớn hơn hạt alpha

Tính chất tia Gamma

Ě Tia gamma là dòng photon năng lượng lớn, Bản chất là sóng điện

từ có bước sóng ngắn, Emax= 1,1-3,5 Mev

Ě Khả năng đâm xuyên lớn, trong không khí đi được từ 1 có 0m đến

hàng trăm mét, dễ dàng xuyên qua cơ thể người

Ě Khả năng ion hoá không cao

Ě Khi tác động vào môi trường vật chất sẽ truyền hết năng lượng qua

một lần tương tác, sản phẩm là các hạt vi mô tích điện lại tiếp tụcion hoá vật chất tia gamma có tác dụng ion hoá gián tiếp vậtchất

2.2 Tính chất của tia X

- Bản chất của tia X là một loại sóng điện từ có bước sóng  = 10-12 10-8m => Nó có đấy đủ tính chất như các sóng điện từ ánh sáng khác (hồng ngoại, khả kiến, tử ngoại…), ngoài ra, tia X còn có những đặc tính sau:

- Có cường độ lớn, có khả năng đâm xuyên cao

- Có khả năng ion hoá các chất khí.

- Có khả năng gây phát quang một số muối.

- Có khả năng gây ra các phản ứng hỗn hợp làm biến màu một số muối.

SO SÁNH KHẢ NĂNG ĐÂM XUYÊN CỦA CÁC DẠNG BỨC XẠ

TỜ GIẤY TẤM NHÔM TẤM CHÌ BÊ TÔNGA

B

 VÀ TIA X

N

1 Một số thông số cơ bản:

Liều chiếu: là đại lượng đo của bức xạ dựa vào khả năng ion hóa của bức

xạ Đơn vị đo là R (Rơnghen) hay C/kg (Culong/kg)

Liều hấp thụ: là năng lượng mà bức xạ nhường cho một đơn vị khốilượng chất hấp thụ tại thời điểm khảo sát.Đơn vị đo liều liều hấp thụ là

Rad (Radiation absorbed dose) hay Gy (Gray)

Liều hiệu ứng sinh học (liều tương đương): với cùng một năng lượng hấpthụ như nhau (liều hấp thụ như nhau) các tia khác nhau gây ra HưSHkhác nhau VD: 1Rad tia alpha gây HUSH gấp 10-20 lần so với 1Rad tia

X hoặc gamma

Đơn vị đo liều HUSH là Rem (Ronghen equivalent man) hay Sv(Sievert)

2 Cơ chế tỏc dụng của bức xạ ion hoỏ

17

Bức

xạ

K.thớch và ion hoỏ cỏc N.tử

và P.tử

Cỏc phản ứng húa lớ, húa sinh

MụI trường sống ( tổ chức, tế bào sống)

Tổn thương quỏ trỡnh chuyển húa

và chức năng

Hiệu ứng sinh

học

24 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 13

ADN thay đổi

pD  a D 3)Tế bào sống

nhưng ĐB

H/ư ngẫu nhiên

1)ĐB được phục hồi

Hoại tử

Tế bào sống

2)Hoại tử

24 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 13

ADN thay đổi

pD  a D 3)Tế bào sống

nhưng ĐB

H/ư ngẫu nhiên

1)ĐB được phục hồi

Hoại tử

Tế bào sống

2)Hoại tử

Tác dụng trực tiếp Tác dụng gián tiếp

Giai

lý Các ion, gốc tự do,

phân tử bị kích thích Các PTSH quan trọng và các cấu trúc của tế bào

Rối loạn chuyển hoá và chức năng tế bào Giai

đoạn sinh Hiệu ứng sinh học học

18

3 Tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể sống

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học

của bức xạ

các tổn thương sau chiếu xạ Liều càng lớn, tổn thương càng

nặng và xuất hiện càng sớm

Suất liều chiếu: Với cùng một liều hấp thụ như nhau, thời

gian chiếu kéo dài sẽ làm giảm hiệu ứng sinh học của bức xạ

thuộc rất nhiều vào diện tích chiếu, chiếu một phần (chiếu cục

bộ) hay toàn bộ cơ thể

Hàm lợng nớc: Hàm lợng nớc càng lớn thì các gốc tự do đợctạo ra càng nhiều, số các gốc tự do tác động lên phân tử sinhhọc càng tăng do đó HUSH cũng tăng lên.

Các chất bảo vệ: Một số chất khi đa vào cơ thể bị chiếu có tácdụng làm giảm hiệu ứng của bức xạ ion hoá: thiourê, cystein,MEA (mercaptoethylamin), một số chất có nguồn gốc từ động,thực vật  Chất bảo vệ

 Mất thuộc tính sinh học

 Phá vỡ một số lợng nhất định các mối liên kết hoá học

 Phân li các phân tử sinh học

4.2.Các tổn thương phóng xạ lên tế bào:

Tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân và nguyên sinh chất

Tế bào không chết nhưng không phân chia được

Tế bào không phân chia được nhưng số nhiễm sắc thể vẫn tăng lên

gấp đôi và trở thành tế bào khổng lồ

Tế bào vẫn phân chia thành hai tế bào mới nhưng có sự rối loạn

trong cơ chế di truyền

0,1 Gy: Không có dấu hiệu tổn thương trên lâm sàng Tăng sai lạcnhiễm sắc thể có thể phát hiện được

1 Gy: Xuất hiện nhiễm xạ trong số 5-7% cá thể sau chiếu xạ

2-3 Gy: Rụng lông, tóc, đục thuỷ tinh thể, giảm bạch cầu, xuất hiện ban

đỏ trên da Nhiễm xạ gặp ở hầu hết các đối tượng bị chiếu Tử vong10-30% số cá thể sau chiếu xạ

3-5 Gy: Giảm bạch cầu nghiêm trọng, ban xuất huyết, xuất huyết,nhiễm khuẩn, rụng lông, tóc Tử vong 50% sau chiếu xạ Gy: Vôsinh lâu dài ở cả nam và nữ Tử vong > 50%

6 Biểu hiện của các tổn thương trên một số cơ quan:

 Máu và cơ quan tạo máu: Mô lympho và tuỷ xương là những tổ chứcnhạy cảm cao với bức xạ Biểu hiện lâm sàng: xuất huyết, phù nề,thiếu máu

Xét nghiệm thấy số lượng lympho giảm sớm nhất, sau đó là bạch cầuhạt, tiểu cầu và hồng cầu tuỷ xương giảm sinh sản cả 3 dòng, sớmnhất là dòng hồng cầu

 Hệ tiêu hoá: Chiếu xạ liều cao làm tổn thương niêm mạc ống vị tràng

có thể gây rối loạn tiết dịch, xuất huyết, loét, thủng ruột với các triệuchứng như ỉa chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng của cơthể

 Phổi: Pha sớm :ho, khó thở, sốt Trên phim chụp Xquang có biểuhiện viêm phổi Pha muộn:phổi bị xơ hóa

 Bàng quang: với các triệu chứng: đái nhiều lần, đái khó Soi bàng

quang thái có dấu hiệu giông như viêm bàng quang cấp tính

 Da: Sau chiếu xạ liều cao thường thấy xuất hiện các ban đỏ trên

da, bong da, viêm da, xạm da Các tổn thương này có thể dẫn tớiviêm loét, thoái hoá, hoại tử hoặc phát triển các khối u ác tính ởda

Cơ quan sinh dục: Các tuyến sinh dục có độ nhạy cảm cao với bức

xạ Liều chiếu 1Gy lên cơ quan sinh dục nam có thể gây vô sinhtạm thời, liều 6 Gy gây vô sinh lâu dài ở cả nam và nữ

Phôi thai: Những bất thường có thể xuất hiện trong quá trình pháttriển phôi và thai nhi khi người mẹ bị chiếu xạ trong thời gianmang thai, đặc biệt trong giai đoạn đầu Các tổn thương có thể là:sẩy thai, thai chết lưu, quái thai, hoặc sinh ra những đứa trẻ bị dịtật bẩm sinh

7 Độ nhạy cảm của tế bào đối với bức xạ

 Trên cùng một cơ thể, các tế bào khác nhau có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau Độ nhạy cảm của tế bào thường không cố định mà thay đổi tuỳ thuộc vào rất nhiều yếu tố.

 Định luật Bergonie và Tribondeau: “ Độ nhạy cảm của

tế bào trước bức xạ tỉ lệ thuận với khả năng sinh sản và tỉ

lệ nghịch với mức độ biệt hoá của chúng’’ (1902)

1. Tế bào lympho

2. Hồng cầu non, bạch cầu hạt

3. Tuỷ bào

4. Liên bào

5. - Tế bào nền của tinh hoàn

6. - Tế bào nền của ruột non

7. - Tế bào nền của buồng trứng

17.Tế bào cơ

Xếp loại tế bào theo thứ tự độ nhạy cảm bức xạ giảm dần:

8 Những rủi ro do hiệu ứng chiếu xạ

~100% trờng hợp phải chịu tổn thơng khi liều chiếu

>1000mSv

 ~ 0.05 %/mSv có hiệu ứng đối với bào thai

 ~ 0.005 %/mSv đối với ung th

 ~ 0.0005 %/mSv đối với hiệu ứng di truyền.

23 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 21

Quan điểm chung về ung thư do chiếu xạ

Chiếu xạ làm

biến đổi ADN

Sửa chữa sai lệch trong ADN không thực hiện được

Tế bào sống sót nhưng nhiễm mầm gây ung thư

23 September, 2005 IRPA11: Sievert Lecture 21

Quan điểm chung về ung thư do chiếu xạ

Chiếu xạ làm

biến đổi ADN

Sửa chữa sai lệch trong ADN không thực hiện được

Tế bào sống sót nhưng nhiễm mầm gây ung thư

Chủ đề 3 Kĩ thuật chiếu xạ rơnghen

và ứng dụng trong Y học

1.1.1.Bóng phát tia X

- Là một bóng thuỷ tinh đã rút gần hết không khí (chân không P1./106 mmHg), trong bóng có:

+ Katot (K): là một sợi dây Vonfram nằm trong 1 phễu (ống),

sẽ được đốt nóng bằng dòng điện hạ thế có I= 3-5A, khi Katotnóng  20000 C thì sẽ trở thành nguồn phát nhiệt điện tử

+ Đối âm cực (A) : là một tấm kim loại nhỏ kích thước = 2-4

mm gắn vào khối đồng (A), thường làm bằng Tungsten có nhiệt độnóng chảy cao 33500, có vai trò kìm hãm các điện tử đã được giatốc từ Katot bắn sang

+ Bóng phát tia X được đựng trong một vỏ bằng chì, chỉ cómột “cửa sổ’’ để cho chùm tia X cần dùng đi qua Ngoài ra vỏ bóngchứa dầu (tác dụng làm nguội và cách điện)

Phân loại:

- Bóng khí kém (Crookes): điện tử phát sinh do một số ion khí còn lại trong bóng đánh vào âm cực.

Nhược điểm:

+ Cường độ của bóng này thấpđộ đâm xuyên kém.

+ Khi hết khí thì phải bơm khí vào.

- Bóng chân không (Cooligde): âm cực cháy đỏ  nhiệt điện tử (hiệu ứng Edison)

Ưu điểm:

+ Điều chỉnh được cường độ chùm tia.

+ Điều chỉnh được độ đâm xuyên của tia X.

1.1.2.Nguồn điện

Nguồn điện là một máy biến thế gồm 2 phần:

+ Cuộn sơ cấp : nối vào điện lưới 220v

+ Cuộn thứ cấp : gồm 2 cuộn, một cuộn tạo nên điện thế

 6v dùng để đốt nóng Katot, một cuộn tăng thế  100 kv ( có thể đến 300kv ) tác dụng vào Anot và Katot.

1.1.3 Các thiết bị điều khiển điện thế và cường độ dòng điện

+ K1 : điều chỉnh cường độ dòng điện đốt nóng Katot.

+ K2 : điều chỉnh điện áp tác dụng vào Anot và Katot.

+ Tác dụng : khu trú, hướng chùm tia X vào đúng bộ phận cần chụp và giảm diện tích của cơ thể bị chiếu.

2 ứng dụng của tia X trong y học

2.1 Trong chẩn đoán :

* Có 2 phương pháp :

- Chiếu X quang : hình ảnh của tổ chức được phản

ánh trên màn huỳnh quang

- Chụp X quang : hình ảnh của tổ chức được phản

ánh trên phim X quang.

* NGUYÊN TẮC:

- CHÙM TIA X DO MÁY (1) PHÁT RA XUYÊN QUA MỘT BỘPHẬN CỦA NGƯỜI BỆNH (2) SẼ ĐẬP VÀO MÀN CHẮN (3)(MÀN HUỲNH QUANG HOẶC TẤM PHIM )

- DO HIỆN TƯỢNG HẤP THỤ, KHI QUA (2) CHÙM TIA X SẼ

BỊ TỔ CHỨC HẤP THỤ KHÔNG ĐỒNG ĐỀU KẾT QUẢ LÀCÁC ĐIỂM KHÁC NHAU TRÊN MÀN CHẮN (3) SẼ BỊ CHÙMTIA X TÁC ĐỘNG VỚI MỘT CƯỜNG ĐỘ KHÁC NHAU DOVẬY SẼ TẠO NÊN NHỮNG VÙNG SÁNG TỐI KHÁC NHAU

=>Từ nguyên tắc trên ta thấy :

+ Trong chiếu X quang : khối (3) là màn huỳnh quang thì vùng nào hấp thụ nhiều tia X ảnh vùng đó sẽ tối; cụ thể xương, tim đen hơn vùng phổi, cơ.

+ Trong chụp X quang : khối (3) là tấm phim chụp được kẹp giữa hai màn tăng quang trong một hộp dẹt được gọi là Cát- xét Trên phim chụp X quang, những vùng hấp thụ nhiều tia

X sẽ có hình trắng (như xương, tim) còn những vùng hấp thụ

ít tia X sẽ có hình đen (như phổi, cơ).

2.2 Trong điều trị :

- Tia X được ứng dụng chủ yếu trong điều trị những bệnh nhân bị ung thư Dựa vào tác dụng của tia X có khả năng diệt bào mà người ta áp dụng vào một phương pháp điều trị có tên

: Xạ trị.

Cụ thể người ta chiếu tia X (tạo ra từ máy gia tốc) vào tổ chức bị ung thư với liều lượng, trường chiếu và thời gian thích hợp.

- Các thầy thuốc thường kết hợp Xạ trị với các phương pháp

khác như phẫu thuật, hoá trị liệu, miễn dịch, nâng cao thể trạng

3 Một số nguyên tắc cơ bản chống nhiễm xạ tia X.

3.1 Đối với phòng đặt máy

- Phòng đặt máy chiếu chụp phải đủ rộng, thoáng hơi, tường nhà cách bóng phát tia ít nhất 2 m, trần nhà cao trên 3 m, tường trần nhà phải bọc lớp chắn tia X xuyên qua như chì, barit…

- Hạn chế bày đặt các thiết bị, dụng cụ không cần thiết trong buồng máy.

- Nên xây dựng xa khoa sản, khoa nhi.

3.2 Đối với người vận hành máy

- Phải am hiểu về an toàn phóng xạ.

- Phải được trang bị các phương tiện bảo hộ như: áo chì, găng tay chì, đứng sau bình phong chì chống tia.

- Nên đeo bút đo nhiễm tia để theo dõi độ nhiễm xạ

từ đó có các biện pháp để bảo vệ sức khoẻ.

- Không nên cho nhiều người vào buồng máy để tránh các tia thứ cấp

3.3 Đối với người bệnh

- Chỉ nên chọn phương pháp X quang khi thực sự cần thiết đặc biệt đối với phụ nữ mang thai và trẻ nhỏ.

- Có ý thức che chắn bộ phận không chụp lại, đặc biệt đối với những cơ quan nhạy cảm với phóng xạ của cơ thể như tuyến sinh dục, thuỷ tinh thể, tuyến giáp, tuyến vú…

- Không nên chọn phương pháp X quang nhiều lần trong khoảng thời gian ngắn.

3.3 Đối với người bệnh

- Chỉ nên chọn phương pháp X quang khi thực sự cần thiết đặc biệt đối với phụ nữ mang thai và trẻ nhỏ.

- Có ý thức che chắn bộ phận không chụp lại, đặc biệt đối với những cơ quan nhạy cảm với phóng xạ của cơ thể như tuyến sinh dục, thuỷ tinh thể, tuyến giáp, tuyến vú…

- Không nên chọn phương pháp X quang nhiều lần trong khoảng thời gian ngắn.