Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá ngàm tại việt nam

Chương 2: Trình bày sơ lược về cấu tạo, nguyên lý của máy gia tốc tuyến tính sử dụng trong xạ trị, các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ, hình dạng chùm... Thông thường phẫu thuật

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP

XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA SỬ DỤNG

BỐN LÁ NGÀM TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

2

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tăt……… 5

Danh mục các bảng……….6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị……… 7

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 12

1.1 Ung thư là gì? 12

1.2 Các phương pháp điều trị ung thư 14

1.3 Cơ sở của xạ trị ung thư 15

1.3.1 Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào 16

1.3.2 Cơ sở vật lý 19

1.4 Xạ trị ung thư và các kĩ thuật xạ trị 20

1.4.1 Xạ trị áp sát 20

1.4.2 Tia xạ chuyển hóa và kết hợp chọn lọc 21

1.4.3 Xạ trị chiếu ngoài 21

1.4.4 Các kĩ thuật xạ trị ngoài 22

CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ THÍCH ỨNG BA CHIỀU24 2.1 Những hạn chế của máy xạ trị Cobalt trong thực tế điều trị 24

2.2 Cấu tạo và nguyên lý máy gia tốc thẳng 26

2.2.1 Cấu tạo cơ bản của máy gia tốc tuyến tính 26

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc 29

2.2.3 Các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ và hình dạng chùm bức xạ .30

2.3 Kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều 3D-CRT 37

2.3.1 Giới thiệu về hệ thống lập kế hoạch xạ trị 37

3

2.3.2 Các bước lập kế hoạch cho kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều với hệ thống

lập kế hoạch Prowess Panther 38

CHƯƠNG 3:KĨ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA SỬ DỤNG BỐN LÁ NGÀM 52

3.1 Nguyên lý của phương pháp xạ trị điều biến cường độ chùm tia IMRT-Intensity-Modulated Radiation Therapy 52

3.1.1 Kĩ thuật xạ trị IMRT là gì? 52

3.1.2 Vì sao IMRT lại có thể tốt hơn 3D-CRT? 53

3.1.3 Làm thế nào để điều biến cường độ chùm tia? 54

3.2 Bài toán lập kế hoạch ngược trong kĩ thuật xạ trị IMRT 55

3.2.1 Bài toán lập kế hoạch xuôi và lập kế hoạch ngược 55

3.2.2 Quy trình và các mô hình tối ưu hóa trong kĩ thuật IMRT 59

3.3 Mô hình tối ưu hóa theo liều 64

3.3.1 Hàm mục tiêu 65

3.3.2 Mục tiêu về liều lượng 69

3.3.3 Mục tiêu liều lượng-thể tích 71

3.3.4 Mục tiêu về EUD 73

3.3.5 Hệ số quan trọng (trọng số) 74

3.4 Thuật toán DAO IMRT và lựa chọn kết quả tối ưu dựa trên hàm mục tiêu 75

CHƯƠNG 4: SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DỰA TRÊN PHẦN MỀM PROWESS PANTHER VÀ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM TẠI BỆNH VIỆN BẠCH MAI 80

4.1 Sử dụng kỹ thuật JO-IMRT trong xạ trị trên phần mềm Prowess Panther 81

4.2 So sánh kết quả lập kế hoạch điều trị giữa JO-IMRT với các phương pháp khác 85

4.2.1 So sánh với phương pháp 3D-CRT……… ……… 84

4.2.2 So sánh với phương pháp MLC-IMRT……… ………86

4.3 Đo đạc và kiểm tra liều lượng thực tế 90

4.3.1 Quá trình đo đạc được chuẩn bị và thực hiện ………91

4.3.2 Kết quả đo đạc……….93

4

4.3.3 Kết luận ……… 95

KẾT LUẬN 98

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

TS Vũ Tuấn Lâm, PGS.TS Nguyễn Đức Thuận Các số liệu, kết quả nêu trong luận

án là trung thực Những kết luận của luận án chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Trần Kim Thoa

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CT: Computed Tomography

CT SIM: Computed Tomography Simulation

3D-CRT: Three-dimensional conformal radiotherapy

IMRT: Intensity-Modulated Radiation Therapy

MLC: Multileaf Collimator

JO-IMRT: Jaw Only Intensity-Modulated Radiation Therapy

MLC-IMRT: Multileaf Collimator Intensity-Modulated Radiation Therapy DAO: Direct Aperture Optimazation

DVH: Dose Volume Histogram

IAEA: International Atomic Energy Agency

WHO: World Health Organization

DNA: Deoxyribo Nucleic Acid

AFC: Automatic Frequency Control

SSD: Source Surface Distance

SAD: Source Axis Distance

DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine

MRI: Magnetic resonance imaging

PET: Position Emission Tomography

SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography

CTV: Clinical Target Volume

PTV: Planning Target Volume

7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2009 13 Bảng 1.2: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2010 14 Bảng 4.1 Kết quả đo đạc thực nghiệm 96

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Chu kì tế bào 17

Hình 1.2: Tương tác của bức xạ với DNA 19

Hình 1.3: Các kĩ thuật xạ trị ngoài 22

Hình 2.1 Mô hình máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị 27

Hình 2.2 Sơ đồ khối của máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị .27

Hình 2.3 Các cặp ngàm và sự tạo dạng trường chiếu .30

Hình 2.4 Sử dụng tấm đệm cho bệnh nhân 31

Hình 2.5 Dụng cụ bù trừ mô 31

Hình 2.6 Hình dạng ống chuẩn trực nhiều lá - MLC 32

Hình 2.7 Khối che chắn chì được gắn trên giá đỡ 33

Hình 2.8 Ví dụ về biểu đồ đồng liều 34

Hình 2.9 Các đường cong đồng liều cho một lọc nêm 35

Hình 2.10 Ảnh hưởng của lọc nêm vật lý và lọc nêm động đến đặc trưng của chùm bức xạ 36

Hình 2.11 Kĩ thuật xạ trị thông thường và thích ứng ba chiều 37

Hình 2.12 Quy trình lập kế hoạch xạ trị 39

Hình 2.13 Sơ đồ mình họa các khối thể tích trong xạ trị theo ICRU 42

Hình 2.14 Phân bố liều theo độ sâu trong nước của chùm photon và electron 43

Hình 2.15 Hiển thị phân bố liều trong phần mềm Prowess, trường chiếu 10x10 cm với các mức năng lượng khác nhau 44

Hình 2.16 Hướng chiếu trong xạ trị khối u vòm và hạch cổ cao 44

Hình 2.17 Hướng chiếu trong xạ trị vùng hạch cổ thấp (ung thư vòm) 45

Hình 2.18 Các hướng chiếu trong ung thư thực quản 45

Hình 2.19 Các hướng chiếu thường dùng trong xạ trị các vùng tiểu khung 46

Hình 2.20 Ứng dụng lọc nêm để tạo ra phân bố liều tối ưu 47

Hình 2.21 Các hướng chiếu được che chắn chì và đường liều trong không gian ba chiều 47

Hình 2.22 Các hướng chiếu không che chắn chì và đường liều trong không gian ba chiều 47

Hình 2.23 Đánh giá kế hoạch dựa trên từng lát cắt 49

Hình 2.24 Đánh giá kế hoạch dựa trên biểu đồ DVH 49

Hình 2.25 Một ca ung thư vòm 51

Hình 3.1 Phân bố cường độ chùm tia của kĩ thuật 3D-CRT và IMRT 52

Hình 3.2 Phân bố liều của kĩ thuật xạ trị 3D-CRT và IMRT 53

Hình 3.3 Phân bố liều của kĩ thuật 3D-CRT và IMRT cho ca đầu cổ 54

9

Hình 3.4 Hình dạng chùm tia và bản đồ phân bố cường độ với máy sử dụng MLC

55

Hình 3.5 Hình dạng chùm tia và bản đồ phân bố cường độ với máy sử dụng Jaws55 Hình 3.6 Bài toán lập kế hoạch xuôi 56

Hình 3.7 Bài toán lập kế hoạch ngược 57

Hình 3.8 Chùm tia phát ra từ nguồn được chia thành nhiều chùm tia đơn vị 59

Hình 3.9 Tiến trình thực hiện tối ưu hóa trong bài toán ngược 60

Hình 3.10 Chùm tia được chia thành nhiều phần nhỏ và cơ thể bệnh nhân được chia thành nhiều hình khối nhỏ hơn 67

Hình 3.12 Đặt điều kiện cho bài toán ngược 71

Hình 3.13 Đồ thị mục tiêu liều-thể tích 73

Hình 3.14 Quy trình thuật toán DAO 76

Hình 3.15 Ban đầu các lá ngàm ôm khít với khối u 76

Hình 3.16 Cực tiểu địa phương và cực tiểu cục bộ 78

Hình 3 17 Các trường chiếu khác nhau trồng chất lên nhau tạo nên bản đồ phân bố cường độ chùm tia 79

Hình 4.1 Giao diện chức năng DAO IMRT Optimization của Prowess Panther 81

Hình 4.2 Biểu diễn chức năng Point less than trong Prowess Panther 82

Hình 4.3 Biểu diễn chức năng Point less than trong Prowess Panther 82

Hình 4.4 Biểu diễn chức năng DVH above trong Prowess Panther 83

Hình 4.5 Biểu diễn chức năng DVH below trong Prowess Panther 84

Hình 4.6 Biểu diễn chức năng điều chỉnh trọng số trong Prowess Panther 84

Hình 4 7 Bản đồ DVH cho bệnh nhân ung thư vòm họng 86

Hình 4 8 So sánh phân bố đường đồng liều giữa các kế hoạch JO DAO IMRT và 3D-CRT 86

Hình 4 9 So sánh phân bố đường đồng liều giữa JO-IMRT và 3D-CRT 87

Hình 4.10 So sánh phân bố đường đồng liều trên các mặt cắt khác nhau giữa JO-IMRT và MLC-JO-IMRT 88

Hình 4.11 So sánh bản đồ DVH giữa JO-IMRT và MLC-IMRT 88

Hình 4.12 So sánh đường đồng liều giữa kế hoạch JO-IMRT và MLC-IMRT 89

Hình 4 13 So sánh bản đồ DVH giữa kế hoạch JO-IMRT và MLC-IMRT 90

Hình 4.14 Phantom đầu 91

Hình 4.16 Đầu đo Famer type chamber FC65 – P 91

Hình 4.17 Thiết bị đo liều DOSE 1 91

Hình 4.18 Ảnh CT 3D Phantom đầu hiển thị trong phần mềm Prowess 92

Hình 4.19 Kế hoạch 1_tâm chùm tia trùng với tâm đầu dò 95

Hình 4.20 Kế hoạch 4_tâm chùm tia ở bên phải tâm đầu dò 96

Để nâng cao hiệu quả xạ trị, ngày càng có nhiều kĩ thuật xạ trị mới ra đời nhằm tạo

ra phân bố liều tối ưu trên khối u và các vùng tế bào lành xung quanh Bên cạnh đó, việc lập kế hoạch giúp mô phỏng chính xác quá trình điều trị trước khi điều trị thật đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra một qui trình điều trị tối ưu Kế hoạch sau khi được lập có thể được đưa vào hệ thống điều khiển máy gia tốc xạ trị và bệnh nhân sẽ được điều trị đúng như qui trình lập đã lập Kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều 3D-CRT là một kĩ thuật được sử dụng phổ biến hiện nay tại các trung tâm xạ trị trong nước Việc lập kế hoạch điều trị với kĩ thuật này hiện nay gặp phải một số hạn chế nhất định,nhất là với những trường hợp khối u có hình dạng phức tạp và bao sát các vùng cơ quan lành cần bảo vệ Trong đề tài này, tôi trình bày về một kĩ thuật mới, gọi là kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm tia sử dụng bốn lá ngàm

Kĩ thuật này có thêm một biến tự do nữa là cường độ của chùm tia nên có những ưu điểm vượt trội hơn kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều hiện nay Kĩ thuật này cũng đã được tích hợp vào trong phần mềm lập kế hoạch xạ trị của hãng Prowess Panther Nội dung đồ án được chia làm 4 chương Cụ thể như sau:

Chương 1: Trình bày tổng quan về ung thư ,các phương pháp và kĩ thuật điều trị ung thư Trong chương này cũng trình bày qua về cơ sở của xạ trị cũng như cơ sở diệt tế bào ung thư bằng bức xạ ion hóa

Chương 2: Trình bày sơ lược về cấu tạo, nguyên lý của máy gia tốc tuyến tính sử dụng trong xạ trị, các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ, hình dạng chùm

12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 1.1 Ung thư là gì?

Ung thư là tên chung dùng để gọi một nhóm bệnh trên 200 loại khác nhau về nguồn gốc của tế bào, căn nguyên, tiên lượng và cách thức điều trị nhưng có những đặc điểm chung, đó là sự phân chia không kiểm soát được của tế bào, khả năng tồn tại

và phát triển ở các cơ quan và tổ chức lạ Các khối ung thư thường phát triển từ một

tế bào ban đầu và phải mất nhiều năm cho tới khi có một kích thước đủ lớn để có thể nhận thấy được Quá trình phát triển từ một tế bào duy nhất thành một khối ung thư trải qua nhiều giai đoạn Thông thường, các tế bào lành có một tuổi thọ nhất định và tuân thủ theo một quy luật chung là phát triển - già - chết Các tế bào chết đi lại được thay thế bằng các tế bào mới Cơ thể có một cơ chế kiểm soát quy luật này một cách chặt chẽ và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan, tổ chức ở mức ổn định Bệnh ung thư bắt đầu khi có một tế bào vượt qua cơ chế kiểm soát này của cơ thể, bắt đầu phát triển và sinh sôi không ngừng nghỉ, hình thành một đám tế bào có chung một đặc điểm phát triển vô tổ chức, xâm lấn và chèn ép vào các cơ quan và tổ chức xung quanh Các tế bào ung thư có liên kết lỏng lẻo, dễ dàng bứt ra khỏi khối

u mẹ, theo mạch máu và mạch bạch huyết di cư đến các tổ chức và cơ quan mới Chúng bám lại ở đó 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 không còn được thực hiện đúng chức năng của nó khiến người bệnh mệt mỏi, đau đớn và gây tử vong

Với tốc độ tăng nhanh như hiện nay, Tổ chức y tế thế giới (WHO- World Health Organization) dự báo số người mắc bệnh ung thư trên thế giới sẽ tăng từ 10 triệu người năm 2000 lên tới 15 triệu người vào năm 2020 và 30 triệu người vào năm

2030, trong đó 60% là ở các nước đang phát triển Theo WHO, bệnh ung thư đã gây

tử vong cho 7,1 triệu người hàng năm, chiếm 12,5% tổng số người bị chết hàng năm trên toàn cầu và lớn hơn cả tổng số người chết vì các bệnh HIV/AIDS, lao, và sốt rét cộng lại Thuốc lá là thủ phạm gây ra bệnh ung thư lớn nhất, gây ra tới 30% số

13

người chết vì bệnh ung thư trên thế giới Diễn đàn khoa học của IAEA đã tập hợp các nhà khoa học hàng đầu thế giới về ung thư, các nhà lãnh đạo y tế quốc gia và quốc tế, các tổ chức quốc tế như Cơ quan quốc tế nghiên cứu ung thư, Liên đoàn quốc tế chống ung thư để trao đổi kinh nghiệm khoa học và thực tiễn chống ung thư cũng như các chính sách và biện pháp thích hợp chống căn bệnh này, đặc biệt là

Bảng 1.1: Thống kê bệnh nhân bệnh viện Ung bướu Hà nội năm 2009

1.2 Các phương pháp điều trị ung thư

Hiện nay có ít nhất ba phương pháp điều trị ung thư chính Đó là: phẫu thuật, xạ trị,

và hóa trị Ngoài ra có thể điều trị kết hợp các phương pháp để đạt hiệu quả mong muốn Việc lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp là hoàn toàn phụ thuộc vào đặc điểm từng loại và từng giai đoạn ung thư khác nhau

Mục đích của 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 các tế bào bình thường ở xung quanh

15

- Phẫu thuật: là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất công hiệu đặc biệt

là với ung thư khu trú 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 những tế bào lành bao xung quanh khối

u ung thư 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 không di căn Thông thường phẫu thuật được can thiệp, sau đó phải dùng kết hợp với các phương pháp khác như xạ trị, hóa trị…

- Xạ trị: là phương pháp sử dụng bức xạ ion hoá để tiêu diệt các khối u Thông thường xạ trị được dùng cho ung thư không áp dụng được bằng phẫu thuật hoặc khi

đã phẫu thuật mà vẫn còn e ngại ung thư tái phát, nghĩa là xạ trị sẽ giúp phẫu thuật tiêu diệt tận gốc các tế bào ung thư Về cơ bản, xạ trị được chia ra làm hai loại chủ yếu: xạ trị chiếu ngoài (Externer Beam Radiotherapy) và xạ trị áp sát (Brachytherapy)

- Hóa trị: là phương pháp sử dụng hoá chất (các loại thuốc đặc hiệu chống ung thư)

để điều trị ung thư Nó được dùng khi ung thư đã lan ra ngoài vị trí ban đầu, khi có

di căn ở nhiều địa điểm hoặc khối u đã quá lớn Có nhiều loại hóa chất khác nhau Mỗi hóa chất có tác dụng riêng biệt với từng ung thư bằng cách làm ngưng sự phân chia của các tế bào dị thường Khi không có sự phân bào thì tế bào ung thư sẽ bị tiêu diệt, khối u teo lại

- Các phương pháp kết hợp: ngoài các phương pháp độc lập, để điều trị ung thư hiệu quả hơn, còn có thể kết hợp các phương pháp với nhau Ví dụ, phẫu thuật kết hợp với xạ trị; phẫu thuật kết hợp với hoá trị; xạ trị kết hợp với hoá trị

Trên đây là phần giới thiệu qua về một số phương pháp chính trong điều trị ung thư hiện nay Trong khuôn khổ luận văn này tôi chỉ đề cập tới phương pháp xạ trị Sau đây là phần trình bày về cơ sở của xạ trị này

1.3 Cơ sở của xạ trị ung thư

Khi tia xạ tác động vào tế bào thì có thể diệt được tế bào theo ba cách: chết ngay, chết muộn và chết theo chương trình

16

Chết ngay: Mọi hoạt động của tế bào ngừng ngay khi chiếu xạ, hiện tượng này ít gặp, có thể có ở một số lympho bào hoặc khi bị chiếu xạ liều cao

Chết muộn: Chết muộn có nghĩa là tế bào còn tiếp tục phân chia thêm một vài thế

hệ nữa rồi mới chết Cái chết này còn được gọi là chết sinh dòng Tế bào mất khả năng sinh sản thành một dòng, chỉ sinh sản được vài chục tế bào rồi chết

Chết theo chương trình: Bình thường tế bào sống một thời gian rồi mới chết gọi là chết theo chương trình Chết theo chương trình là 1 quá trình tất yếu của sự sống để đảm bảo cho các cơ quan, hệ thống được thường xuyên thay đổi, đáp ứng các hoạt động sinh lý bình thường của cơ thể Trong trường hợp bị ung thư, mất cân bằng giữa các gen ung thư nên mất khả năng chết theo chương trình, tế bào ung thư không chết mà tiếp tục phát triển hỗn độn Khi chiếu xạ làm đứt dãy các sợ DNA (Deoxyribo Nucleic Acid), sẽ là yếu tố kích thích cơ chế chết theo chương trình tái hoạt động

Cơ sở của việc dùng bức xạ iôn hóa để điều trị ung thư bao gồm: cơ sở sinh học với đặc trưng trong quá trình phân chia của tế bào và cơ sở vật lý là kết quả tương tác của chùm bức xạ với vật chất, cụ thể hơn đó là cơ thể người bệnh

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 (còn gọi là Pha), được kích hoạt bởi một số tác nhân sinh hoá từ bên ngoài (các yếu tố tăng trưởng, các kích tố, các phức hợp kháng thể…) và được điều hoà bởi hệ thống kiểm soát từ bên ngoài 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 Quá trình phân chia nay có thể được chia ra các giai đoạn như sau (Hình 1.1):

17

Hình 1.1 Chu kì tế bào

Pha G0: Trong pha này tế bào không tham gia vào chu kỳ, ngừng phân chia và thường được lập trình để giữ một nhiệm vụ nào đó Ví dụ tế bào cơ giữ nhiệm vụ co duỗi tạo nên hoạt động của cơ

- Pha G1: Tạo RNA (Ribonucleic Acid, một loại Amino acid dùng để tổng hợp các Protein) và protein Trong pha này diễn ra sự gia tăng của tế bào chất, hình thành thêm các bào quan khác nhau, sự phân hóa về cấu trúc và chức năng của tế bào (tổng hợp protein) và chuẩn bị các tiền chất, các điều kiện cho sự tổng hợp DNA Pha G1 có độ dài thời gian tùy thuộc vào chức năng sinh lý của tế bào Thời gian ở

tế bào phôi rất ngắn, còn ở tế bào thần kinh kéo dài suốt đời sống cơ thể

- Pha S: Pha S tiếp ngay sau pha G1 Những diễn biến cơ bản trong pha này là sự sao chép DNA và nhân đôi nhiễm sắc thể Khi kết thúc pha S, nhiễm sắc thể từ thể đơn chuyển sang thể kép gồm hai sợi cromatit giống hệt nhau, dính với nhau ở tâm động và chứa hai phân tử DNA giống nhau tạo ra hai bộ thông tin di truyền hoàn chỉnh để truyền lại cho hai tế bào con Ở pha S còn diễn ra sự nhân đôi trung tử có vai trò đối với sự hình thành thoi phân bào sau này và các quá trình tổng hợp nhiều hợp chất cao phân tử khác nhau và các hợp chất giàu năng lượng

- Pha G2: Tiếp tục tổng hợp protein có vai trò đối với sự hình thành thoi phân bào Nhiễm sắc thể ở pha này vẫn giữ nguyên trạng thái như ở cuối pha S Sau pha G2,

tế bào diễn ra quá trình nguyên phân

18

- Pha M: Tế bào ngưng 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

Sau khi hoàn tất việc phân bào, các tế bào sẽ được lập trình vào pha G0 để giữ các nhiệm vụ đặc biệt trong các mô hay vào pha G1 để tiếp tục một chu kỳ tế bào khác 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 những cơ chế sữa chữa để 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 rằng 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 được sinh ra sẽ giống hoàn toàn tế bào mẹ ban đầu Để thực hiện cơ chế này, trong chu kỳ tế bào có hai điểm kiểm soát, tại hai điểm này, toàn bộ hệ thống thông tin của quá trình sao chép sẽ được kiểm tra chặt chẽ:

- 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 G1với tài sản DNA bình thường Nếu không sửa được các bất thường trên DNA tế bào sẽ ngừng, không tiếp tục chu

kỳ tế bào và được chuyển sang cái chết theo lập trình hay là Apostosis

- Điểm kiểm soát 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 nếu tế bào nào chưa nhân đôi hoàn toàn và chưa 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

Dựa vào đặc điểm của quá trình phân bào và các điểm kiểm soát khi các bất thường trên DNA không sửa chữa được thì tế bào được đưa vào cái chết theo lập trình, ta sẽ dùng một tác nhân nào đó làm biển đổi cấu trúc DNA của tế bào ung thư Và như vậy, các tế bào ung thư này dần dần sẽ bị chết đi Một đặc điểm nữa của tế bào ung

19

thư đó là 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 xạ 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 đảm bảo đủ về liều lượng tới khối u, nhưng vẫn giành một khoảng thời gian để cho phép các tế bào lành hồi phục hoàn toàn

1.3.2 Cơ sở vật lý

Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa tới cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều được bắt đầu bằng một quá trình vật lý thuần túy Đó là quá trình tương tác của bức xạ với khối chất, cụ thể hơn đó là cơ thể sinh học, làm các phân tử môi trường bị kích thích cao hoặc có điện tích Chúng có hoạt tính hóa học rất cao nên tham gia vào phản ứng hóa học với các chất khác một cách nhanh chóng và mạnh mẽ

Quá trình tương tác này có thể được chia làm 2 loại: tác động trực tiếp hoặc gián tiếp tới DNA của tế bào

Hình 1.2: Tương tác của bức xạ với DNA

Tác dụng trực tiếp: Xạ trị sẽ tác động ngay đến các chuỗi DNA của tế bào, làm cho chuỗi nhiễm sắc thể này bị tổn thương Đa số các trường hợp, tổn thương được hàn

Tác dụng gián tiếp: Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể chủ yếu gây ra tác động ion hoá, tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào, làm tế bào biến đổi hay bị huỷ diệt Trên cơ thể con người chủ yếu là nước (trên 85% là H2O) Khi bị chiếu xạ, H2O phân chia thành H+ và OH- Các cặp ion này tạo thành các cặp bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá huỷ tế bào, sự phân chia tế bào sẽ bị chậm đi hoặc dừng lại

1.4 Xạ trị ung thư và các kĩ thuật xạ trị

Về cơ bản xạ trị được chia ra làm ba loại chủ yếu: xạ trị áp sát (Brachytherapy), tia

xạ chuyển hóa, kết hợp chọn lọc và xạ trị chiếu ngoài (Externer Beam Radiotherapy)

1.4.1 Xạ trị áp sát

Xạ trị áp sát là kỹ thuật điều trị sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ đặt ngay trong hoặc gần thể tích khối u, để đưa ra một liều rất cục bộ nhằm tối thiểu hóa liều xạ tới các mô lành xung quanh Phương pháp này có thể diệt nhanh, hiệu quả, chính xác, đặc biệt với ung thư ở các hốc tự nhiên (tử cung, thân tử cung, xoang, vòm họng, thực quản, phế quản và một số vị trí ở khoang bụng )

Có thể áp dụng xạ trị áp sát theo một trong ba cách khác nhau: áp vào, đặt vào khe

hở hoặc gài vào bên trong cơ thể Tùy từng loại ung thư mà người ta có các cách cụ thể như: đặt ở bề mặt khối u trong các khuôn sáp, nhựa đối với ung thư da, đặt vào các hốc tự nhiên của cơ thể như tử cung, xoang…hoặc cắm vào các mô, tổ chức phần mềm mang tế bào ung thư

21

Xạ trị áp sát bị hạn chế khi thể tích khối u nhỏ Sự phát triển trong lĩnh vực này bao gồm việc sử dụng các nguồn phóng xạ có xuất liều cao, các nguồn này có thể được đưa qua các ống thông để đặt vào vị trí khối u

Ở Việt Nam ta, xạ trị áp sát không được sử dụng phổ biến như xạ trị chiếu ngoài

1.4.2 Tia xạ chuyển hóa và kết hợp chọn lọc

Là phương pháp cho bệnh nhân uống hoặc tiêm các chất đồng vị phóng xạ hoặc kháng thể đặc hiệu có gắn đồng vị phóng xạ để diệt tế bào ung thư trong quá trình chuyển hóa hoặc kết hợp có chọn lọc

1.4.3 Xạ trị chiếu ngoài

Xạ trị chiếu ngoài (hay còn gọi là xạ trị từ xa) là phương pháp phổ biến nhất trong

kỹ thuật xạ trị Người ta thường tiến hành với chùm tia photon, thông thường đó là chùm tia X mang năng lượng cao được tạo ra bởi máy gia tốc tuyến tính Nhưng người ta cũng có thể dùng chùm tia gamma tạo ra từ máy Cobalt-60 và các tia X mang năng lượng trong khoảng 50-300kV Thêm vào đó, chùm tia electron ở năng lượng megavolt cũng được sử dụng để điều trị các khối u tương đối nông, ví dụ như ung thư da Xạ trị ngoài với các hạt khác cũng được sử dụng như hạt neutron, proton

Một số phát triển mới đây trong kỹ thuật xạ trị ngoài đã tăng nhờ sử dụng máy tính Chúng không chỉ có khả năng lập kế hoạch tính toán trong không gian ba chiều mà còn có khả năng điều khiển thiết bị điều trị sao cho vùng liều cao có thể biến đổi cho phù hợp với thể tích bia trong không gian ba chiều Sự phát triển này song song song với các kỹ thuật tạo ảnh như chụp cắt lớp điện toán bằng tia X, chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, ảnh PET, SPECT

Các thiết bị sử dụng trong xạ trị ngoài hiện nay: Các máy phát tia-X 150 kV và 300

kV (chủ yếu điều trị ung thư da và khối u nông); Máy xạ trị Cobalt-60 phát tia gamma với 2 mức nămg lượng 1,17 MeV và 1,33 MeV (trung bình là 1,25 MeV điều trị hiệu quả các khối u nông); Máy gia tốc phát electron, proton, photon,

22

notron, với nhiều mức năng lượng Tất cả những thiết bị xạ trị ngoài đòi hỏi phải

có che chắn, bảo vệ bức xạ khác nhau theo nguyên tắc riêng của nó Hiện nay, người ta thường sử dụng các Linac phát photon và electron với các mức năng lượng khác nhau, điều trị hiệu quả hầu hết các loại khối u

Mục đích của xạ trị luôn luôn là: làm sao để đưa một liều bức xạ cao nhất có thể vào khối u để tiêu diệt được nhiều nhất các tế bào ung thư, trong khi đó phải giảm thấp nhất đến mức có thể liều bức xạ vào các cơ quan để mức độ tổn thương của các tế bào bình thường ở xung quanh là ít nhất

Để làm được điều này, ta phải tính toán chính xác, che chắn bức xạ phù hợp khi điều trị Các kĩ thuật xạ trị cũng như các phụ kiện kèm theo máy xạ trị (máy Cobalt, máy gia tốc thẳng) như: lọc nêm, dụng cụ bù trừ mô, tấm che chắn làm bằng chì… thường hay được sử dụng để tối ưu quy trình điều trị này

1.4.4 Các kĩ thuật xạ trị ngoài

Cho tới thời điểm hiện này, ở Việt Nam, xạ trị ngoài có ba kĩ thuật chính: là xạ trị thông thường, xạ trị thích ứng ba chiều và xạ trị điều biến cường độ chùm tia Hình 1.3 biểu diễn sự khác nhau giữa ba kĩ thuật này

Hình 1.3: Các kĩ thuật xạ trị ngoài

23

- Kĩ thuật xạ trị thông thường (Conventional Radiotherapy): Đây là kĩ thuật này phổ biến trước đây Với kĩ thuật này, chùm bức xạ phát ra có dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông

- Kỹ thuật xạ trị “thích hợp” ba chiều (Three dimension Conformal RadioTherapy 3D-CRT): Trong kĩ thuật này, với sự có mặt của ống chuẩn trực đa lá MLC, các tấm che chì, chùm bức xạ phát ra có thể được điều chỉnh với hình dạng bất kì để có thể bao khít khối u nhất theo từng hướng chiếu

- Kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm bức xạ (Intensity Modulation Radiation Therapy - IMRT): Đây là một trong những kĩ thuật xạ trị tiên tiến nhất hiện nay, hình dáng chùm tia không những có thể điều chình để ôm khít khối u, mà cường độ bức xạ của chùm tia phát ra còn có thể điều biến được trên từng ô khác nhau trên khối u

Hiện nay, một phương pháp mới được thực hiện dựa trên kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm tia bức xạ, đó là kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ chùm bức xạ chỉ dùng bốn lá ngàm Jaw Only Intensity Modulation Radiation Therapy- JO-IMRT Kĩ thuật này sẽ được giới thiệu kĩ trong chương 3 của luận văn này

lý của tia này không đáp ứng được các yêu cầu điều trị các khối u sâu bên trong Việc nghiên cứu chùm bức xạ với mức năng lượng cao hơn, đồng nghĩa với khả năng đâm xuyên lớn hơn, đã dẫn đến sự phát triển của máy xạ trị Cobalt-60

Phổ chùm tia gamma phát ra từ nguồn Cobalt-60 có 2 đỉnh năng lượng tại 1,17MeV

và 1,33 MeV, cho năng lượng photon trung bình khoảng 1,25 MeV, chùm bức xạ này có thể được dùng để điều trị tốt những khối u nằm gần bề mặt da, sâu trong da một khoảng cỡ 0,5 cm Tuy nhiên tính chất vật lý của chùm tia gamma này vẫn còn

có một số mặt hạn chế việc điều trị các khối u sâu bên trong như: liều lượng ở bề mặt tương đối lớn và điều trị kém hiệu quả với các khối u nằm sâu trong da Vì vậy người ta phải sử dụng máy gia tốc trong xạ trị ung thư và sự ra đời máy gia tốc đã tạo ra bước ngoặt lớn trong điều trị ung thư Trong chương này tôi trình bày những lợi thế của máy gia tốc so với máy Cobalt dẫn tới sự ra đời của máy gia tốc, sau đó

đi tìm hiểu nguyên lý cấu tạo chung của máy gia tốc và các phụ kiện đi kèm Cuối cùng là trình bày về kỹ thuật xạ trị thích ứng ba chiều

2.1 Những hạn chế của máy xạ trị Cobalt trong thực tế điều trị

Máy xạ trị Cobalt là loại máy sử dụng chùm bức xạ gamma phát ra do sự phân rã của đồng vị phóng xạ Co-60 để điều trị Co-60 là một đồng vị phóng xạ nhân tạo, quá trình phân rã của nó được mô tả như phương trình sau:

Bức xạ gamma phát ra trong quá trình phân rã có 2 mức năng lượng 1,17 MeV

và 1,33 MeV, năng lượng trung bình là 1,25 MeV Các mức năng lượng này là cố định, đặc trưng cho sự phân rã của đồng vị Co-60 Mức năng lượng cố định này làm

Không chỉ không phù hợp cho những khối u rất nông, máy Co-60 cũng không thể đáp ứng được với những khối u nằm sâu trong cơ thể Ví dụ như một khối u nằm giữa phổi, cách bề mặt da trung bình 8 cm, liều xạ của máy Cobalt khi vào đến đây lại quá thấp bởi vì liều cực đại tập trung tại độ sâu cách bề mặt da 0,5cm Để giúp cho việc điều trị trong trường hợp này đạt hiệu quả tốt hơn, cần phải có chùm bức

xạ photon có mức năng lượng cao, để đưa vùng liều cực đại sâu hơn vào cơ thể Mặt khác, thực nghiệm cho thấy chùm photon có năng lượng càng lớn thì hiện tượng tán

xạ càng ít

Như vậy, để điều trị ung thư linh hoạt với những khối u ở những vị trí khác nhau trong cơ thể đòi phải có những chùm bức xạ khác nhau như electron và photon, đồng thời với điều đó là với mỗi loại bức xạ phải có nhiều mức năng lượng Sự đa dạng và linh động này giúp cho ta có thể điều trị được tất cả các khối u ở bất cứ vị trí nào Máy gia tốc ra đời hoàn toàn có thể đáp ứng được những đòi hỏi này

26

Ngoài ra, sử dụng máy gia tốc trong xạ trị còn có những lợi thế nổi trội: Máy gia tốc

an toàn hơn nhiều vì nó ngừng phát tia khi tắt máy, còn ở máy cobalt thì đồng vị phóng xạ vẫn phân rã liên tục và phát tia khi không còn cần đến Máy Co-60 đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ Nguồn cũ bỏ ra cần xử lý để đảm bảo

an toàn bức xạ để không gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt suất liều bức xạ của của máy gia tốc cao hơn nguồn Cobalt (thường gấp 2-3 lần)

2.2 Cấu tạo và nguyên lý máy gia tốc thẳng

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 công nghệ vi sóng, các loại máy gia tốc ra đời với những nguồn phát sóng siêu cao tần cho phép gia tốc các loại hạt tới những mức năng lượng khác nhau từ thấp đến cao và siêu cao Thay đổi tần số vi sóng sẽ làm thay đổi động năng của chùm điện tử Các máy gia tốc thẳng hiện đại dùng các sóng siêu cao tần có thể làm cho chùm hạt vi mô chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng

Sau đây là cấu tạo và nguyên lý chung của các máy gia tốc thẳng dùng trong xạ trị ung thư

2.2.1 Cấu tạo cơ bản của máy gia tốc tuyến tính

Mô hình máy gia tốc tuyến tính xạ trị được chỉ ra trong Hình.2.1 và sơ đồ khối của

nó được chỉ ra trong Hình.2.2 Các phần in nghiêng dưới đây là mô tả các bộ phận chủ yếu trong máy Linacs:

27

Hình 2.1 Mô hình máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị

Hình 2.2 Sơ đồ khối của máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị

• Cần máy đứng (Gantry Stand): được thiết kế để chịu tải, mặt khác có thể

chứa: máy phát sóng, súng điện tử, và ống dẫn sóng gia tốc

• Máy phát sóng: gồm 2 thành phần chính: Nguồn phát sóng (Klystron hoặc

Magnetron) và Bộ điều chế xung Magnetron và Klystron: là các nguồn phát vi sóng hoạt động dưới dạng xung ngắn cỡ một vài µs Cả hai được lắp thêm bộ điều chỉnh

Bảng điều khiển

Súng điện tử

Ống dẫn sóng gia tốc

Hệ thống truyền tải electron

giường

Bia tia-X

Trục Cần máy

Giường điều trị

Tâm chuẩn

Cần máy

Cần

máy

đứng

28

tần số tự động AFC (Automatic Frequency Control) để có thể duy trì dao động với tần số tối ưu

• Súng điện tử: là thiết bị phát ra electron, nó gồm có hai loại chính là loại hai

cực và loại ba cực Cơ chế cung cấp nhiệt cho catốt của súng điện tử có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp tuỳ theo nhà sản xuất

• Ống dẫn sóng gia tốc: gồm có ống dẫn sóng và ống gia tốc dùng để truyền

đẫn và tăng tốc chùm electron

• Cần máy (Gantry): chứa hệ thống truyền tải electron, đầu máy điều trị Cần

máy được gắn vào cần máy đứng và có thể quay được quanh trục vuông góc với nó

• Hệ thống truyền tải electron: để đưa đến đầu máy điều trị

• Đầu máy điều trị: bao gồm: Bia tia-X được dùng để tạo ra chùm photon xạ

trị nhờ hiệu ứng bức xạ hãm khi chùm electron (đã được gia tốc) tương tác với bia; Ống chuẩn trực (gồm có các loại: sơ cấp, xác định hình dạng chùm bức xạ, đối xứng

và độc lập) thường được cấu tạo bởi hai cặp jaw (má kẹp) để tạo dạng (chuẩn trực) chùm bức xạ theo hình chữ nhật; các khối che chắn để tạo hình dạng trường chiếu thích hợp; các bộ lọc phẳng dùng để làm phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất;

bộ phận kiểm soát liều lượng (Monitor) Ngoài ra đầu máy điều trị còn có thể thêm vào một số thiết bị để thay đổi cường độ chùm bức xạ như: dụng cụ bù trừ mô (compensator), lọc nêm (wedge), ống chuẩn trực nhiều lá (muti-leaf collimator)

• Giường bệnh: là nơi đặt bệnh nhân và bố trí các tư thế xạ trị Nó có thể quay

được quanh trục trên mặt phẳng nằm ngang và cũng có thể nâng lên, hạ xuống để tạo khoảng cách điều trị thích hợp

• Bảng điều khiển: là thiết bị điều khiển các hoạt động của máy gia tốc như:

quay, đặt vị trí cho các jaw trong ống chuẩn trực để định vị trường điều trị

• Nguồn cao áp: cung cấp nguồn điện một chiều cho máy phát sóng

29

Ngoài ra Linacs còn có một số bộ phận khác không được thể hiện trên hình vẽ: Các cuộn hội tụ và lái bức xạ, hệ thống nước làm mát, hệ thống bơm ion hút chân không, hệ thống bảo vệ chống lại sự dò rỉ bức xạ

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc

Đầu tiên, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, hay súng electron Các electron này được điều chế thành các xung và phun vào buồng tăng tốc Đó là cấu trúc dẫn sóng mà trong đó năng lượng dùng cho electron được lấy từ

bộ phát sóng siêu cao tần (với tần số khoảng 300 MHz - bước sóng 100 mm) Bức

xạ vi sóng được cung cấp dưới dạng các xung ngắn, khoảng một vài micro giây (µs)

và được phát ra dưới dạng các xung điện áp cao, khoảng 50 KV từ bộ điều chế xung đến máy phát vi sóng Cấu trúc này thường là “van” Magnetron Ở một số máy phát năng lượng cao người ta dùng van Klystron

Súng điện tử và nguồn vi sóng được tạo thành xung để sao cho các electron có vận tốc cao được phun vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời điểm (tạo ra sựu cộng hưởng) Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân không dưới áp suất thấp, tạo ra chuyển động tự do, tránh va chạm với các phân tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động của chúng Chính tại thời điểm này, các electron được tạo thành các xung Năng lượng mà các electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống dẫn sóng tuỳ thuộc vào biên độ của điện trường, có nghĩa là phụ thuộc vào công suất không đổi của nguồn sóng cao tần

Chùm electron được tăng tốc có xu hướng phân kỳ một phần do lực tương tác (đẩy) Culông, nhưng chủ yếu là do lực điện trường trong cấu trúc ống dẫn sóng có thành phần xuyên tâm Tuy nhiên sự phân kỳ có thể khắc phục Các electron được hội tụ trở lại theo quỹ đạo thẳng khi ta sử dụng một điện trường hội tụ đồng trục Điện trường này do các cuộn dây nam châm cung cấp, đương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng Ngoài ra còn có các cuộn lái bức xạ phụ được sử dụng để dẫn chùm electron sao cho khi xuất hiện từ ống tăng tốc sẽ chuyển động theo đúng hướng và

vị trí yêu cầu

30

Khi máy được sử dụng trong chế độ phát photon tia-X, thì chùm electron (đã được gia tốc tới năng lượng khá lớn) sẽ được hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử Z lớn (còn gọi là bia tia-X), ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia-X bằng hiệu ứng bức xạ hãm Bức xạ này sẽ được sử dụng để điều trị ung thư

Để tạo hình dạng cho chùm bức xạ trong xạ trị, người ta sử dụng các ống chuẩn trực Ống chuẩn trực được cấu tạo bởi 2 cặp ngàm: X1, X2 và Y2, Y2 Cặp X1, X2

có thể dịch chuyển dọc theo trục Ox, còn cặp Y1, Y2 lại có thể dịch chuyển dọc theo trục Oy (Hình.2.3)

Hình 2.3 Các cặp ngàm và sự tạo dạng trường chiếu

2.2.3 Các dụng cụ thêm vào để điều chỉnh cường độ và hình dạng chùm bức xạ

Trong điều trị ung thư không phải lúc cũng cần chùm bức xạ đồng nhất Nhiều trường hợp đòi hỏi chùm bức xạ phải có cường độ không đồng nhất để có thể tạo ra phân bố liều hợp lý Đồng thời, hình dạng chùm bức xạ cũng cần phải được điều chỉnh để phù hợp với hình dạng khối u theo từng hướng chiếu Điều này được thực hiện nhờ một số dụng cụ thêm vào đầu máy điều trị được đặt trong chùm bức xạ: dụng cụ bù trư mô, lọc nêm, ống chuẩn trực nhiều lá (MLC)

2.2.3.1 Dụng cụ đệm và bù mô

Đệm: (tiếng anh còn gọi là Bolus) được làm bằng vật liệu tương đương mô của cơ

thể người, có tác dụng bù đắp phần mô bị thiếu hụt để tạo ra những vùng mô bằng phẳng hoặc để tăng bề dầy của vùng mô được chiếu xạ lên, từ đó tăng liều vùng mô gần bề mặt hay trên bề mặt của da Nếu sử dụng đệm để bù đắp phần mô bị thiếu

31

hụt, từ đó tạo ra những vùng mô bằng phẳng thì tấm đệm thường có độ dày không đồng nhất Do đó sự hấp thụ chùm bức xạ là không đồng nhất hay nói một cách khác là chùm bức xạ sẽ bị thay đổi không đồng nhất

Tuy nhiên, hiện nay, đệm thường được thiết kế thành các tấm lớn với các độ dày khác nhau cho các mục đích sử dụng khác nhau Nó chủ yếu được sử dụng để đắp lên da bệnh nhân trong những trường hợp khối u ở trên da, hoặc ở độ sâu rất nông, gần bề mặt da (Hình 2.4)

Hình 2.4 Sử dụng tấm đệm cho bệnh nhân

Việc đặt trực tiếp tấm đệm này lên da bệnh nhân vẫn đạt hiệu quả cao đối với chùm bức xạ orthovoltage, nhưng với chùm tia bức xạ năng lượng cao, nó sẽ làm giảm bớt

đi những ưu điểm của hiệu ứng skin-sparing, dẫn tới liều tại da sẽ bị giảm bớt đi

Do đó, người ta đưa ra một dụng cụ khác là bộ lọc bù (compensating filter)

Lọc bù: chính là tấm đệm này nhưng được để xa ra bề mặt da bệnh nhân (khoảng

20cm) (Hình 2.5)

Hình 2.5 Dụng cụ bù trừ mô

32

2.2.3.2 Ống chuẩn trực nhiều lá

Ống chuẩn trực nhiều lá (hay còn gọi là MLC) là thiết bị được sử dụng phổ biến trong xạ trị kỹ thuật cao Nó được dùng để xác định (hay tạo ra) hình dạng trường điều trị MLC thường bao gồm một số lượng khá lớn các cặp “lá” (khoảng 29, 40,

60 hoặc 80 cặp), sự di chuyển linh hoạt của các cặp lá này có thể cho hình dạng trường điều trị bất kỳ và nhanh chóng

Các MLCs được điều khiển bằng máy tính, cung cấp hình dạng trường thay đổi rất nhanh khi điều trị cần có nhiều trường chiếu Vì vậy thiết bị này đặc biệt được dùng cho những ứng dụng xạ trị “thích hợp” đòi hỏi sử dụng nhiều trường chiếu thích hợp và nhất là trong xạ trị điều biến cường độ chùm bức xạ (IMRT- Intensity Modulated Radiation Therapy)

Hình 2.6 Hình dạng ống chuẩn trực nhiều lá - MLC

2.2.3.3 Khối che chắn chì

Khối che chắn chì: là những khối đúc bằng hợp kim có tác dụng dùng để che chắn, bảo vệ mô lành hay các cơ quan trọng yếu nằm gần khối u cần chiếu xạ Các khối che chắn có hình dạng tùy thuộc vào thiết kế che chắn trong lập kế hoạch và được gắn lên các Tray trong khi điều trị Trong trường hợp các máy gia tốc có MLC sẽ không cần sử dụng các khối che chắn nữa (Hình 2.7)

đồ đồng liều Một cách là khoảng cách từ nguồn tới bề mặt cố định theo bất kì hướng nào của chùm bức xạ (phương pháp SSD) Cách thứ hai là khoảng cách từ nguồn tới tâm quay cố định (phương pháp SAD) Cách thứ hai này đặc biệt hữu ích trong thực tế Hình 2.8 cho ta một ví dụ về biểu đồ đồng liều

34

Hình 2.8 Ví dụ về biểu đồ đồng liều

• Trong biểu đồ đồng liều, liều ở bất kì độ sâu nào cũng lớn nhất trên trục trung tâm của chùm bức xạ và giảm dần về phía cạnh ngoài của chùm bức xạ, trừ một số chùm bức xạ tia X phát ra từ máy gia tốc thẳng, có vùng liều ở gần mép ngoài của trường chiếu cao hơn (vùng “horn”) Vùng liều cao này được tạo bởi bộ lọc phẳng chùm bức xạ

• Gần cạnh ngoài của chùm bức xạ (vùng nửa tối), suất liều giảm nhanh theo hàm số, với biến số là khoảng cách xa trục của chùm bức xạ Bề rộng của vùng nửa tối, vùng mà tồn tại cả bên trong lẫn bên ngoài của biên giới hình học của chùm bức

xạ, phụ thuộc vào kích thước của nguồn, khoảng cách từ nguồn và khoảng cách từ nguồn tới bộ chuẩn trực

• Gần cạnh của chùm bức xạ, chùm bức xạ suy giảm mạnh không chỉ bởi hiện tượng vùng nửa tối hình học mà còn bởi sự suy giảm ảnh hưởng của hiện tượng tán

xạ ở bên cạnh

Lọc nêm

Hiện nay, bộ lọc nêm là thiết bị được sử dụng để điều chỉnh phân bố đồng liều của

Hình 2.9 Các đường cong đồng liều cho một lọc nêm

Trong thực tế, để thiết kế bộ lọc nêm, bề mặt xiên được làm với hình thẳng hoặc hình sigmoid Thiết kế bề mặt xiên với hình sigmoid được sử dụng để đưa ra đường đồng liều thẳng

Lọc nêm thường được làm bằng vật liệu rất nặng, ví dụ như chì hoặc là thép, và được đặt trên một cái khay đỡ bằng nhựa trong suốt, khay đỡ này được đưa vào trong chùm tia ở một khoảng cách theo lý thuyết từ nguồn Khoảng cách này được

bố trí sao cho giá đỡ lọc nêm luôn luôn cách bề mặt da ít nhất là 15cm, để tránh hiệu ứng skin-sparing của chùm tia megavoltage

Ngoài ra còn có một loại lọc nêm khác, đó là lọc nêm động Khác với lọc nêm vật lý được trình bày ở trên, lọc nêm động được tạo ra bằng cách di chuyển độc lập các lá ngàm trong chùm tia điều trị Những lọc nêm động này tuy không có những ưu

có năng lượng cao hơn được sử dụng Ví dụ, độ sâu của đường đồng liều 50% của chùm tia 10MV nằm ở 18cm của trường 10x10, SSD=100cm Rõ ràng độ sâu này là quá lớn đối với những những ứng dụng sử dụng nêm Bộ lọc nêm hầu hết được sử dụng cho những trường hợp điều trị u gần bề mặt da, ví dụ những u ở độ sâu không

Hình 2.11 Kĩ thuật xạ trị thông thường và thích ứng ba chiều

Trong xạ trị, điều đáng quan tâm nhất đó là làm sao đưa được liều lượng vào phần khối u là lớn nhất có thể, đồng thời giảm thiểu được phần liều chiếu vào các cơ quanh khỏe mạnh bên cạnh Để thực hiện được điều này, trước khi điều trị cho bệnh nhân, cần phải có quá trình mô phỏng và lập kế hoạch

2.3.1 Giới thiệu về hệ thống lập kế hoạch xạ trị

Mô phỏng và lập kế hoạch xạ trị thực chất là quá trình thiết kế, mô phỏng một ca điều trị trước khi tiến hành điều trị thật Nhờ đó, các bác sỹ có thể kiểm soát được liều lượng bức xạ tới khối u, tới các tổ chức lành xung quanh của bệnh nhân, cũng

độ điện tử electron), giúp ích cho việc tính toán liều lượng bức xạ hấp thụ

Việc mô phỏng máy điều trị trên phần mềm được thực hiện bằng cách tạo ra một máy ảo có các thông số kĩ thuật giống hệt với máy điều trị thực Phổ bức xạ phát ra

từ máy điều trị thực cũng được mô phỏng chính xác trên phần mềm bằng cách nhập

bộ dữ liệu đo đạc thực tế

Hiện nay trên thế giới có một số hệ thống lập kế hoạch xạ trị như: Prowess Panther, CMS, ADAC Pinacle…Tuy các hệ thống này có những điểm khác biệt, nhưng nhìn chung, các bước trong quá trình lập kế hoạch đều theo một quy trình Sau đây, tôi xin trình bày các bước lập kế hoạch cho kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều dựa trên

hệ thống lập kế hoạch Prowess Panther

2.3.2 Các bước lập kế hoạch cho kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều với hệ thống lập kế hoạch Prowess Panther

Hình 2.12 là sơ đồ khối các bước thực hiện cho kĩ thuật xạ trị thích ứng ba chiều với

hệ thống lập kế hoạch Prowess Panther

39

Hình 2.12 Quy trình lập kế hoạch xạ trị

2.3.2.1 Mô phỏng

Hệ thống mô phỏng bao gồm máy mô phỏng và hệ thống máy tính điều khiển máy

mô phỏng cũng như lưu trữ và xử lý dữ liệu mô phỏng Chức năng của máy mô phỏng là thu nhận dữ liệu ảnh phục vụ cho quá trình lập kế hoạch, đồng thời nó cũng được sử dụng để mô phỏng, kiểm tra việc điều trị và che chắn được tạo ra từ

hệ thống lập kế trước khi đưa bệnh nhân vào điều trị chính thức trên máy điều trị Hiện nay, tại một số trung tâm xạ trị ở Việt Nam như : Trung tâm ung bướu bệnh

40

viện Bạch Mai, Trung tâm xạ trị kĩ thuật cao bệnh viện Ung bướu Hà nôi, Trung tâm xạ trị bệnh viện Nhân dân 115…, hệ thống mô phỏng là hệ thống CT-SIM gồm hai phần chính: máy chụp CT có độ phân giải cao cùng máy tính đi kèm và hệ thống laser mô phỏng

Nhờ hệ thống mô phỏng CT-SIM này, việc xạ trị trở nên đơn giản và chính xác hơn rất nhiều Hệ thống laser mô phỏng được gắn trong phòng chụp CT để định vị chính xác vị trí, tư thế và tọa độ khi chụp ảnh Kết quả mô phỏng được gửi tới phần mềm điều khiển chùm laser và hệ thống lập kế hoạch ảo VPS – Virtual Planning Systems Trong hệ thống VPS, bác sỹ sẽ xác định vị trí, kích thước khối u trong cơ thể người bệnh Sau đó, tọa độ tâm khối u sẽ được truyền lại về phần mềm điều khiển của hệ thống laser Phần mềm này tự động tính ra khoảng cách giữa tâm khối u với tọa độ gốc trên ảnh CT của bệnh nhân Sau đó, nó điều khiển tự động sự dịch chuyển củagiường để đưa hệ laser về tâm khối u của bệnh nhân (bệnh nhân vẫn nằm cố địnhtrên giường CT) và kĩ thuật viên sẽ đánh dấu vị trí tâm khối u trên bệnh nhân

2.3.2.2 Ghi nhận và xử lý ảnh bệnh nhân

Trong hệ thống VPS, dữ liệu ảnh của bệnh nhân có thể được xử lý để giúp các bác

sỹ quan sát khối u cũng như vùng cần bảo vệ rõ hơn Nhờ đó, sẽ vẽ chính xác các vùng này, nâng cao độ chính xác và kết quả của quá trình lập kế hoạch Một số thao tác xử lý ảnh hay được sử dụng như: điều chỉnh độ sáng tối của dữ liệu ảnh Đồng thời, trong bước này, ta có thể điền thêm một số thông tin cá nhân khác của bệnh nhân: tiểu sử bệnh…

2.3.2.3 Khoanh vùng điều trị và vùng bảo vệ

Sau khi xử lý ảnh bệnh nhân, bác sỹ sẽ tiến hành vẽ khoanh vùng cần điều trị và vùng bảo vệ Để khoanh vùng điều trị được chính xác, ta cần nắm được rõ một số khái niệm sau:

Thể tích khối u (GTV-Gross Tumor Volume): là thể tích khối u thô, có thể nhìn thấy, sờ thấy hoặc quan sát thấy trên hình ảnh (ảnh CT, MRI, PET,SPECT…) Thể