Đồ án kỹ thuật hạt nhân

Đồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhânĐồ án kỹ thuật hạt nhân

1

Lời cảm ơn

 Để hoản thành đồ án tốt nghiệp này em xin cám ơn sâu sắc đến thầy trực tiếp hướng dẫn là Kỹ sư Lê Mạnh Đức hiện đang công tác tại Khoa Xạ Trị-Xạ Phẫu Bệnh viện Trung ương Quân Đội 108 đã tận tình hướng dẫn trong quá trình làm

đồ án tốt nghiệp

 Em xin chân thành cám ơn các anh chị là kỹ sư, bác sỹ, cán bộ làm việc tại Khoa Xạ Trị, Xạ Phẫu bệnh viện Trung ương Quân Đội 108 đã luôn tạo điều kiện cho em trong quá trình thực tập tại viện

 Em cũng xin cám ơn thầy hướng dẫn Ths Mai Đình Thủy nói riêng và các thầy

cô trong viện Kỹ Thuật Hạt Nhân và Vật Lý Môi Trường đại học Bách Khoa

Hà Nội nói chung đã hết lòng giảng dạy, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

 Cuối cùng em xin kính chúc thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp Đồng kính chúc các anh, chị cán bộ làm việc tại Khoa Xạ Trị, Xạ Phẫu Bệnh viện Trung ương quân đội 108 dồi dào sức khỏe và đạt được nhiều thành

công trong cuộc sống

Hà Nội Tháng Năm 2017

Sinh viên

Chu Minh Đức

2

Lời Cam Đoan

-Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn

-Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, không sao chép theo bất cứ đồ án tương

tự nào

-Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

3

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Lời Cam Đoan 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÔNG THỨC 7

Mở Đầu 8

PHẦN 1 LÝ THUYẾT 9

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ 9

1.1 Khái niệm xạ trị 9

1.2 Cơ chế tác dụng của tia xạ 10

1.2.1 Cơ chế vật lý 10

1.2.2 Cơ chế sinh học 11

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sinh học của xạ trị 13

1.3 Các kỹ thuật xạ trị 14

1.3.1 Xạ trị ngoài (External beam radiotherapy) 14

1.3.2 Xạ trị áp sát (Brachytherapy) 15

1.3.3 Xạ phẫu 15

1.4 An toàn bức xạ trong xạ trị 15

1.5 Các biến chứng trên mô lành 16

1.6 Các thiết bị đo thường dùng trong lĩnh vực đo đạc bức xạ y tế 16

CHƯƠNG 2 MÁY GIA TỐC TRONG Y HỌC VARIAN CX (INEAR ACCEARATOR) 18

2.1 Giới thiệu 18

2.2 Bộ phận chính của máy gia tốc y học 19

2.3 Nguyên lý hoạt động 19

2.4.Chuẩn trực và kiểm soát chùm tia khi điều trị 21

CHƯƠNG 3 SỬ DỤNG THIẾT BỊ MATRIX TRONG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TRỊ QA CHO KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN LIỀU (IMRT). 24

3.1 Xạ trị điều biến liều IMRT 24

4

3.1.1 Một số khái niệm trong phương pháp điều trị 25

3.1.2 Các thể tích liên quan trong xạ trị 27

3.1.3 So sánh kỹ thuật xạ trị IMRT với các kỹ thuật xạ trị khác 29

3.1.4 Quy trình xạ trị điều biến liều 29

3.2 Thiết bị Matri XX Evolution 31

3.2.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật 31

3.2.2 Điều kiện làm việc đối với MatriXX Evolution : 33

3.2.3 Hiệu chỉnh Matrix 34

3.2.4 Kết nối MatriXX 35

3.3 Phương pháp Gamma 36

3.3.1 Đánh giá Gamma: các khái niệm lý thuyết 36

3.3.2 Phần mềm hỗ trợ OmniPro IMRT 38

PHẦN 2 THỰC HÀNH 39

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH SỬ DỤNG MatriXX TRONG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TRỊ CHO KĨ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN LIỀU 39

4.1 Quy trình trên phần mềm lập kế hoạch xạ trị 39

4.2 Quy trình đo liều trên Matrix và phần mềm OmniPro IMRT 41

4.3 So sánh và đánh giá kết quả 44

4.4.Kết quả theo phương pháp Gamma 47

4.5 Kết quả thực nghiệm đo đạc đối với bệnh nhân 48

Kết Luận 51

Tài Liệu Tham Khảo 52

5

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Máy xạ trị tại bệnh viện QĐTƯ 108 9

Hình 1.2 Bức xạ ion hóa tác động trực tiếp lên ADN 13

Hình 2.1 Máy gia tốc thẳng Varian Clinac tại bệnh viện 108 18

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động máy gia tốc trong y học 20

Hình 2.3 Các thành phần bộ xử lý 22

Hình 2.4 Hệ thống Collimator đa lá 23

Hình 3.1 Mô tả hình ảnh trường chiếu của chùm tia khi đi qua MLC 25

Hình 3.2 Thể tích liên quan trong xạ trị 27

Hình 3.3 Thiết bị MatriXX 31

Hình 3.4 Kết nối Matrixx với máy tính 34

Hình 3.5 Một biểu đồ của việc phân tích gamma 2 chiều đánh giá liều 36

Hình 4.1 TPS trên bệnh nhân 37

Hình 4.2 Chuyển kế hoạch trên bệnh nhân sang phantom rắn 38

Hình 4.3 Xuấ kế hoạch trên phantom rắn chi tiết 39

Hình 4.4 Cài đặt matrixx với phantom rắn 42

Hình 4.5 Định vị matrixx bằng lase 42

Hình 4.6 Cài đặ matrix trên máy gia tốc 44

Hình 4.7 Liều đo đạc trên phantom 45

Hình 4.8 Import kế hoạch tính toán liều trên TPS vào OmniPro I’mRT 46

Hình 4.9 So sánh kết quả giữa việc tính toán liều với đo đạc trên phantom 47

Hình 4.10 Chọn tính toán gamma và nhận kết quả 48

Hình 4.11 So sánh hai phân bố liều 49

Hình 4.12 Kết quả thống kê………….……… ……50

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của Detector MatriXX Evolution trong OmniPro – I’mRT User’s Guide……… 32 Bảng 3.2 Khoảng cách tối thiểu cho phép các thiết bị thu phát được sử dụng…… 34 Bảng 4.1: Thống kê kết quả QA……… 50

7

DANH MỤC CÔNG THỨC

Công thức 3.1 Liều hấp thụ

Công thức 3.2 Đơn vị liều hấp thụ

Công thức 3.3 Liều chiếu

Công thức 3.4 Đơn vị liều chiếu

Công thức 3.5 Hiệu chỉnh Matrix

Công thức 3.6 Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

Công thức 3.7 Elip thỏa mãn Gamma Index

Công thức 3.8 Điều kiện thỏa mãn Gamma Index

8

Mở Đầu

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và y học, việc điều trị ung thư đã được ứng dụng rộng rãi Hiện nay ở Việt Nam có ba cách cơ bản để điều trị (riêng lẻ hoặc kết hợp): Điều trị bằng phẫu thuật, điều trị bằng hóa chất và xạ tri Trong đó xạ trị là phương pháp sử dụng chùm tia điện tử hoặc photon có năng lượng thích hợp và dựa vào tính chất ion hóa, tác động về mặt sinh học của chùm tia để tiêu diệt tế bào ung thư

Một trong các kĩ thuật xạ trị chiếu tia ngoài tiên tiến hiện nay dùng chùm photon là xạ trị điều biến liều IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) cho phép đảm bảo phân bố liều mong muốn ở khối u đồng thời giảm liều phân bố ở các tổ chức lành xung quanh do đó giúp điều trị chính xác, tăng hiệu quả kiểm soát khối u và giảm thiểu các biến chứng do xạ trị

Sự thành công của điều trị xạ trị áp dụng nhiều khâu kĩ thuật khác nhau nhằm phân bố một liều lượng thích hợp chính xác vào thể thể tích khối u Nguyên tắc của xạ trị là đảm bảo sao cho liều tập trung cao và đồng đều tại thể tích khối u, giảm liều tối thiểu tại các mô lành xung quanh Điều này có nghĩa là cần có một kế hoạch điều trị tối ưu, chất lượng điều trị được coi là mục tiêu hàng đầu và công tác đảm bảo chất lượng điều trị QA( Quality Assurance) là điều cần thiết

Đây là lý do em chọn đề tài nghiên cứu là “ Quá trình kiểm chuẩn kế hoạch

xạ trị IMRT”

Mục tiêu đề tài:

-Tìm hiểu cơ chế vật lý, sinh học của phóng xạ trong điều trị ung thư

-Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý phát tia của máy gia tốc xạ trị Varian CX (bệnh viện Trung ương Quân Đội 108)

-Tìm hiểu xạ trị điều biến liều IMRT

- Tìm hiểu quy trình đảm bảo chất lượng điều trị QA trong xạ trị điều biến liều IMRT

-Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kĩ thuật của thiết bị MatriXX trong đảm bảo chất lượng QA cho kĩ thuật xạ trị điều biến liều IMRT

Tháng 11/1895 Nhà vật lý học Wilhem Conrad Rontgen phát minh ra tia X

Tháng 3/1896 Nhà vật lý học Henri Becquerel tìm ra sự phóng xạ từ quặng Uranium

Tháng 7/1898 ông bà Pierre và Marie Curie phân lập được chất phóng xạ Radium ra khỏi quặng phóng xạ thiên nhiên Uranium

10

Đầu thế kỷ 20: tia X và tia phóng xạ được ứng dụng vào chẩn đoán và điều trị Sau một thời gian ứng dụng vào điều trị thử một số loại bệnh, người ta sớm nhận thấy chỉ có bệnh lý tăng sinh tế bào là đáp ứng với tia X và tia phóng xạ mà thôi Từ đó chỉ định xạ trị vào lĩnh vực ung thư

1.2 Cơ chế tác dụng của tia xạ

1.2.1 Cơ chế vật lý

Bức xạ photon tương tác với vật chất theo 3 hiệu ứng chính: hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tán xạ Compton, hiệu ứng tạo cặp Đối với bức xạ photon dùng trong y tế thì tương tác chủ yếu với cơ thể sống là tán xạ Compton

Hiệu ứng quang điện : Khi năng lượng photon đến lớn hơn năng lượng liên kết của electron lớp vỏ nguyên tử sẽ gây hiệu ứng quang điện, photon truyền toàn bộ năng lượng của mình cho nguyên tử làm bật các electron quang điện

Hiệu ứng tán xạ compton: Là sự tán xạ đàn hồi của photon đến với một electron quỹ đạo ngoài của nguyên tử, nó truyền một phần năng lượng của mình cho electron giật lùi và bị lệch khỏi hướng chuyển động ban đầu

Hiệu ứng tạo cặp: Khi năng lượng photon đến lớn hơn bằng hai lần khối lượng nghỉ của electron (2m0c2) sẽ tạo ra cặp electron và positron, positron hủy cặp với electron gần kề tạo ra hai bức xạ gamma năng lượng 511keV

Trong quá trình tương tác của bức xạ với vật chất, năng lượng của các tia bức

xạ được truyền cho các electron quỹ đạo hoặc cho hạt nhân nguyên tử, tuỳ thuộc vào loại và năng lượng của bức xạ cũng như bản chất của môi trường hấp thụ Các hiệu ứng chung khi tương tác của bức xạ với vật chất là kích thích và ion hoá nguyên tử môi trường

Kích thích là quá trình mà nguyên tử hoặc phân tử khi hấp thụ năng lượng từ tia bức xạ chuyển lên một trong thái năng lượng mới không bền vững gọi là trạng thái kích thích Nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích dễ dàng và nhanh chóng phát năng lượng đã hấp thụ dưới dạng những photon, bức xạ nhiệt hay phản ứng hóa học

để trở về trạng thái ban đầu trước khi tương tác với tia bức xạ

11

Ion hóa là quá trình mà năng lượng từ tia bức xạ làm bật electron quỹ đạo của nguyên tử hoặc phân tử ra ngoài Lúc đầu nguyên tử phân tử trung hòa về điện nay trở thành một cặp ion: ion âm (hoặc electron bị bật ra) và ion dương (phần còn lại của nguyên tử hoặc phân tử) Một hạt tích điện khi đi qua vật chất chỉ mất một phần năng lượng của mình do ion hóa nguyên tử hay phân tử Do đó dọc theo đường đi của mình qua vật chất, hạt tích điện có nhiều lần va chạm và có thể tạo ra rất nhiều cặp ion Vì vậy năng lượng của hạt tích điện giảm dần trên quỹ đạo, ở cuối quỹ đạo các hạt tích điện không còn năng lượng đủ/ lớn để ion hóa vật chất, sẽ liên kết với ion trái dấu để hình thành nguyên tử hay phân tử trung hòa về điện hoặc tồn tại tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt Như vậy dọc theo quỹ đạo của hạt tích điện xuất hiện nhiều cặp ion Các ion này không tồn tại lâu mà gây nên các phản ứng hóa học tiếp theo hoặc kết hợp với nhau để thành những phần tử trung hòa về điện

1.2.2 Cơ chế sinh học

Khi có sự tương tác của bức xạ ion-hóa vào tổ chức tế bào, sẽ xảy ra một chuỗi hiện tượng vật lý, hóa học và sinh học, xuất hiện dần theo thời gian Ngay lập tức sau khi chiếu xạ vào vùng mô, các nguyên tử cấu tạo nên tế bào bị kích thích và bị ion-hóa Các mối nối ion bị bẻ gãy, trong vùng mô xuất hiện các gốc hóa học tự do Các gốc hóa học này trôi nổi và có thể phản ứng, kết hợp với nhau thành những hợp chất độc hại cho tế bào Phân tử DNA cũng bị những tổn hại như trên nên không còn khả năng phân đôi hoặc tổng hợp khiến cho tế bào sẽ chết từ từ Nếu các tổn thương trên chuỗi DNA không nhiều, tế bào có thể huy động hệ thống men sửa chữa đến hàn gắn lại các đoạn DNA Tuy nhiên do tính chất khẩn cấp, việc sửa chữa có thể để lại những sai sót trên các chuỗi DNA này Đó sẽ là những đột biến gen mà nếu sau này không được loại bỏ đi sẽ tích lũy và có thể là nguồn gốc của hiện tượng ung thư hóa tên các

tế bào sau Điều này quan trọng đối với các tế bào mô lành và các tế bào sinh dục Hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hoá phụ thuộc vào: dạng bức xạ, bộ phận cơ thể bị chiếu xạ, liều chiếu, cách thức chiếu

Các tổ chức sinh học bị chiếu xạ, xảy ra các quá trình dẫn đến tổn thương sau khi chiếu, chúng chịu nhiều biến đổi về chức năng, cấu trúc, dẫn đến nhiều hậu quả nặng nề

12

Có thể tóm tắt các giai đoạn tác dụng của bức xạ ion hoá như sau:

Giai đoạn I: các quá trình vật lý, kích thích và ion hoá các nguyên phân tử vật chất bị chiếu xạ, xảy ra trong khoảng 10-16-10-12s

Giai đoạn II: các phản ứng hoá học đầu tiên (ms), xuất hiện các ion và các gốc

tự do (GTD) GTD là những tiểu phân hoá học (phân tử, nguyên tử, ion) mang điện tử không ghép đôi, có hoạt tính hoá học mạnh, thời gian tồn tại ngắn

Giai đoạn III: giai đoạn hoá học (giai đoạn phân tử), các ion và GTD tấn công các phân tử sinh học làm tổn thương chúng

Giai đoạn IV: Giai đoạn các phản ứng sinh vật, rối loạn trao đổi chất trong các

tế bào ở mức độ khác nhau phụ thuộc vào liều chiếu xạ (thời gian từ hàng giờ đến hàng năm)

Chuỗi hiện tượng lý, hóa và sinh học khi có sự tương tác của bức xạ ion-hóa vào

tổ chức tế bào

Trong những giây đầu tiên sau khi bị chiếu xạ, là giai đoạn phản ứng lý-hóa xảy

ra trong tế bào Các phản ứng này có thể ảnh hưởng độc hại trực tiếp hoặc gián tiếp lên tế bào Khi các gốc hóa học tự do kết hợp lại một cách ngẫu nhiên, chúng có thể là những phức hợp độc hại trực tiếp lên tế bào Bên cạnh đó sự ion hóa phân tử nước H2O trong tế bào cũng ảnh hưởng gián tiếp vì nguyên tử H là một chất khử, còn phân

tử OH là một chất oxy hóa, tác dụng độc lên tế bào

Đối với chuỗi DNA, các phân tử này cũng bị tác hại hoặc trực tiếp do các mối nối ion bị phá vỡ, hoặc gián tiếp qua sự ion-hóa phân tử nước như vừa nêu

13

Hình 1.2: Bức xạ ion hóa tác động trực tiếp lên ADN

Ở mức độ tế bào, với liều xạ điều trị các tế bào ung thư thường không chết ngay

mà sẽ chết từ từ do sự phân bào bị ức chế Trong khi đó đa số tế bào mô lành nhờ có

cơ chế tự sửa chữa các tổn thương DNA nên có thể sống sót Tuy nhiên, như đã nêu phía trên, sự đột biến có thể xảy ra, và nếu như sự đột biến này nằm trên các gen có chức năng điều hòa và kiểm soát sự sinh sản tế bào, thì sẽ là nguy cơ ung thư cho các

tế bào hậu duệ

Người ta nhận thấy các mô sẽ đặc biệt nhạy xạ nếu trong mô chứa nhiều thành phần tế bào đang trong giai đoạn phân bào (pha M-mitosis) hoặc chuẩn bị phân bào (pha G2) của chu kỳ tế bào Như vậy mô lành ít bị tổn thương hơn mô ác tính do mô ung thư chứa nhiều thành phần tế bào đang sinh sản Đây cũng là lý do khiến y học có thể sử dụng các bức xạ ion-hóa vào điều trị ung thư

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sinh học của xạ trị

1 Yếu tố oxy

Bệnh nhân thiếu máu hoặc vùng mô được xạ trị thiếu máu nuôi, hoại tử, sẽ ít nhạy với xạ trị hơn là khi thể tích xạ trị được tưới máu đầy đủ Đó là vì oxy kết hợp

14

với các gốc hóa học tự do tạo thành các chất peroxydes độc hại cho tế bào So với vùng mô thiếu oxy, liều xạ trị tại vùng mô thiếu oxy sẽ phải cao hơn mới đạt cùng hiệu quả điều trị

2 Yếu tố liều xạ

Liều xạ hấp thu được tính bằng đơn vị Gray (Gy) Khi liều xạ tăng thì hiệu quả tăng nhưng biến chứng muộn trên mô lành cũng tăng theo

3 Yếu tố thời gian và sự phân liều

Thông thường nếu chiếu một tổng liều xạ lớn vào mô đích trong một hoặc hai lần xạ thì ít hiệu quả hơn là phân nhỏ tổng liều thành nhiều phân liều rải đều trong một thời gian dài Điều này giúp các tế bào bị tổn thương được sửa chữa trong thời gian nghỉ ngơi giữa hai lần chiếu xạ; giúp tái tạo dân số tế bào, do các tế bào còn sống sót sinh sản Hai hiện tượng này có lợi cho mô lành quanh bướu Tái cung cấp oxy cho các vùng mô thiếu oxy; tái phân bố các pha , đồng bộ hóa chu kỳ tế bào Hai hiện tượng này giúp mô bướu nhạy xạ hơn

4 Yếu tố nhạy xạ nội tại

Những loại mô lành và mô bướu có khả năng tự sửa chữa kém ( sửa chữa các tổn thương trên DNA) thường nhạy xạ Ví dụ: mô sinh dục, mô thận, mô hệ tạo huyết; một số carcinôm, lymphôm, sêminôm …

Những loại mô có khả năng tự sửa chữa mạnh thường ít nhạy xạ Ví dụ: mô thần kinh, mô cơ; bướu nguyên bào thần kinh đệm, mêlanôm ác …

1.3 Các kỹ thuật xạ trị

Đây là phương pháp được chỉ định khá rộng rãi nguồn xạ đặt ngoài cơ thể người bệnh Máy sẽ hướng các chùm tia một cách chính xác vào vùng thương tổn (vùng cần xạ trị) để tiêu diệt các tế bào ung thư

-Ưu điểm: Kỹ thuật thực hiện nhanh, gọn, ít gây khó chịu cho người bệnh

Có thể điều trị ở diện tương đối rộng và ở nhiều vùng tổn thương, ở nhiều vị trí khác nhau

15

-Nhược điểm: Do các bức xạ chiếu ngoài thường là các bức xạ ion hóa năng lượng cao, có độ đâm xuyên lớn lại chiếu từ ngoài cơ thể vào bên trong khối u nên không thể tránh khỏi làm tổn thương các mô lành trên đường đi và do các yếu tố của sai số thiết bị, của sự di dộng do chuyển động nội tại của bệnh nhân nên cũng làm tổn thương các mô lành lân cận

Do vậy trước khi tiến hành xạ trị cần tính toán kỹ lưỡng giữa lợi ích và những tác dụng phụ có thể gặp phải để đưa ra quyết định với từng bệnh nhân cụ thể

Trước khi điều trị phải xác định một cách cụ thể, chính xác vị trí và thể tích vùng cần chiếu xạ sao cho vùng chiếu phải bao trùm toàn bộ những nơi mà tế bào của khối u có thể xâm lấn tới Việc tính toán liều lượng phải chính xác tỷ mỷ vừa đủ để tiêu diệt tế bào ung thư bởi lẽ các mô lành vẫn có thể hồi phục

1.3.3 Xạ phẫu

Kỹ thuật này ứng dụng bức xạ ion-hóa vào mục đích loại bỏ khối bướu giống như khi bướu được phẫu thuật lấy đi, nhưng “cuộc mổ” không cần rạch da hoặc cầm máu Phương tiện xạ phẫu gồm máy Gamma-knife (lưỡi dao tia Gamma), máy Cyber-knife (còn gọi là xạ phẫu bằng robot – robotic radiosurgery) Nguyên tắc của xạ-phẫu

là dùng nhiều chùm tia từ nhiều hướng chiếu tập trung vào khối u, một liều xạ lớn, trong một hoặc một số lần nhỏ phân liều

1.4 An toàn bức xạ trong xạ trị

Các bệnh viện có khoa xạ trị phải áp dụng nghiêm ngặt các quy phạm kiểm tra

an toàn bức xạ trong quá trình điều trị đối với bệnh nhân, nhân viên và người dân sống

1.5 Các biến chứng trên mô lành

Tùy vào vùng bị chiếu xạ, liều xạ, phân liều, kỹ thuật xạ trị mà các biến chứng trên mô lành thể hiện khác nhau

Biến chứng cấp: do mô lành bị kích thích trong lúc xạ trị, triệu chứng giống như mô bị viêm

Biến chứng muộn: xuất hiện từ 6 tháng đến vài năm sau xạ trị, thường nặng, ít khả năng hồi phục do mô bị xơ hóa, mất chức năng

Bác sĩ xạ trị phải dự kiến tất cả các biến chứng có thể xảy ra trên từng trường hợp bệnh và tìm biện pháp giảm thiểu tối đa biến chứng khi lập kế hoạch xạ trị

1.6 Các thiết bị đo thường dùng trong lĩnh vực đo đạc bức xạ y tế

Con người không cảm nhận được các bức xạ do đó cần có thiết bị để ghi và đo chúng Bộ phận quan trọng nhất của các thiết bị bức xạ là các Detector bức xạ Đó là dụng cụ đo đạc dựa trên sự tương tác của các hạt bức xạ với vật chất Mỗi loại bức xạ tương tác với vật chất theo một số cơ chế đặc thù, do đó Detector được thiết kế để sử dụng cho một hoặc vài bức xạ xác định và Detector đo đạc bức xạ có nhiều dạng khác nhau Detector chứa khí, Detector nhấp nháy, Detector bán dẫn, Detector neutron tùy vào mục đích sử dụng

Loại đơn giản nhất là máy đếm số hạt bức xạ trong một khoảng thời gian và trong một đơn vị thời gian Loại máy này được sử dụng trong các hệ ghi đo phóng xạ trong công nghiệp, y tế … Nhờ các phép chuẩn số đếm sang liều chiếu hay tốc độ đếm sang suất liều chiếu người ta chế tạo các máy đo liều bức xạ sử dụng trong công tác an toàn bức xạ như: Máy đo liều α, β, γ và tia X cầm tay (Portable dosimeter), máy đo nhiễm xạ bề mặt (surface contamination counter), máy đo nhiễm xạ toàn thân (whole body contamination counter), máy đo liều neutron (neutron dosimeter)…

17

Liều kế cá nhân (personal dosimeter) là dụng cụ đo liều chiếu hay liều tương đương cho mỗi nhân viên làm việc tiếp xúc với bức xạ trong một khoảng thời gian nào

đó Có hai loại liều kế cá nhân :

Một loại để đo liều trong thời gian dài khoảng vài tháng với mục đích thu số liệu về mức liều tương đương của từng cá nhân trong từng khoảng thời gian cũng như trong suốt thời gian làm việc với nguồn bức xạ Số liệu này được sử dụng để đánh giá nhân viên có chịu liều quá mức quy định không và được lưu giữ lâu dài trong hồ sơ nhân viên để làm dữ liệu khi xét đến chế độ phúc lợi hay chuẩn đoán bệnh nghề nghiệp Dụng cụ thường dùng cho đo đạc này là liều kế nhiệt huỳnh quang, liều kế phim hay liều kế điện tử

Loại liều kế thứ hai dùng để đo trong khoảng thời gian ngắn cỡ một buổi hay một ngày khi nhân viên làm việc trong môi trường có suất liều chiếu cao hay tham gia giải quyết các sự cố.Kết quả đo này cho phép đánh giá liều nhân viên nhận được trong thời gian làm việc của ngày, nhằm bố trí công việc hợp lý cho nhân viên ngày hôm sau Dụng cụ thường dùng cho loại này là bút đo liều

bề mặt da, hoặc nó có thể được thực hiện để sản xuất tia X để điều trị các khối u sâu hơn

Hình2.1: Máy gia tốc thẳng Varian Clinac tại bệnh viện 108

Hệ thống máy xạ trị ta ̣i Khoa Xạ trị - Xa ̣ phẫu – Bê ̣nh viê ̣n TƯQĐ 108 bao gồm

01 máy gia tốc thẳng Clinax CX của hãng VARIAN có 2 mức năng lượng photon 6

MV và 15 MV, 5 mức năng lượng electron 6, 9, 12, 15, 18 MeV

19

2.2 Bộ phận chính của máy gia tốc y học

- Hệ thống phun electron (súng bắn điện tử): là thiết bị phát electron

- Hệ thống tần số vô tuyến: được sử dụng để gia tốc các điện tử bao gồm

+Nguồn tần số vô tuyến: Có hai loại là magnetron và klystron Với máy variancx thì sử dụng nguồn klystron

+Một bộ điều biến phát ra các xung có công suất cao và chu kỳ ngắn để vận hành súng điện tử và hệ thống phát tần số vô tuyến

+Một khối điều khiển cho bộ điều biến

+Một bộ truyền cho phép truyền công suất vô tuyến chỉ từ nguồn tới ống dẫn sóng gia tốc nhưng không theo hướng ngược lại

- Hệ thống thiết bị phụ trợ: gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống nước làm mát, hệ thống nén khí, hệ thống chất điện môi bằng gas để truyền vi sóng từ bộ phận phát tần số vô tuyến tới ống dẫn sóng gia tốc và ngăn bức xạ dò

- Hệ thống vận chuyển chùm tia: vận chuyển chùm electron trong chân không từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ, kết hợp với thiết bị lái từ trường và các thiết bị hội tụ

- Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia: được đặt trong đầu điều trị, cung cấp hình dạng và theo dõi chùm tia X hoặc chùm electron lâm sàng

- 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

2.3 Nguyên lý hoạt động

Máy gia tốc thẳng có nhiều kiểu thiết kế, nhưng sử dụng trong xạ trị là gia tốc sóng chạy hoặc sóng đứng của các tần số trong vùng vi sóng Sự khác biệt giữa sóng chạy và các sóng đứng là thiết kế giữa cấu trúc gia tốc Để đạt được hiệu quả tối đa về năng lượng cũng như nhưng vấn đề chiều dài ống gia tốc máy gia tốc thường được thiết kế theo kiểu gia tốc sóng đứng

20

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động máy gia tốc y học

Hình trên là sơ đồ khối của một máy gia tốc tuyến tính y khoa cho thấy thành phần chính và các hệ thống phụ trợ Một nguồn điện cung cấp (DC) điện trực tiếp đến

bộ điều biến

Xung cao áp từ thiết bị điều biến có đỉnh phẳng DC trong thời gian micro giây Các xung được gửi đến magnetron hoặc klystron và đồng thời với súng điện tử Sóng cao tần sinh ra trong magnetron hoặc klystron được đưa vào ống gia tốc hoặc hệ thống gia tốc thông qua một hệ thống ống dẫn sóng Ngay lập tức tại những điện tử thích hợp, được sinh ra bởi một súng điện tử, xung được đưa vào hệ thống gia tốc

Hệ thống gia tốc (ống dẫn sóng gia tốc) bao gồm một ống đồng với bên trong của nó là đĩa đồng hoặc màng đồng có các khe và khoảng cách khác nhau Phần này

sẽ nằm trong vùng chân không cao Khi điện tử đi vào trong hệ thống gia tốc với năng lượng khoảng 50keV Các điện tử sẽ tương tác với trường điện từ của vi sóng và nhận được năng lượng từ trường điện tích hình sin bởi quá trình gia tốc

Khi các điện tử năng lượng cao xuất hiện từ cửa sổ ra của hệ thống gia tốc, lúc

đó sẽ có một chùm tia dạng bút chì với đường kính khoảng 3mm Với máy LINAC

21

năng lượng thấp (lên đến 6 MV) với ống gia tốc tương đối ngắn, các điện tử sẽ đi thẳng vào và đập vào bia cho sản xuất ra tia X Tuy nhiên, với máy LINAC năng lượng cao hơn, hệ thống gia tốc quá dài do đó được đặt theo chiều ngang Sau khi các điện tử được gia tốc qua ống dẫn sóng sẽ được đi qua cuộn lái tia , được hiểu là nam châm có tác dụng chụm chùm tia, sau đó đi gần tới bia các cuộn lái tia này sẽ được thiết kế để lái chùm điện tử đi một góc 120o (máy Electa) hoặc 270o(máy Varian) để đập vào bia tạo ra bức xạ hãm là tia X

2.4.Chuẩn trực và kiểm soát chùm tia khi điều trị

Chùm tia X sinh ra có dạng hình cầu, tùy theo năng lượng electron mà chùm tia

X sinh ra sẽ có hướng ưu tiên là 45o hoặc 180o theo góc tới của electron, trong điều trị

do chỉ cần sử dụng một phần của trường tia X sinh ra nên các phần còn lại của đầu máy gia tốc xạ trị sẽ được che chắn bằng vật liệu chì, phần bức xạ dùng trong xạ trị sẽ được đi qua một bộ chuẩn trực (collimator) Bộ chuẩn trực này gồm 4 ngàm (jaw) chuyển động độc lập và luôn chuẩn trực với chùm tia để tạo ra các trường vuông hoặc chữ nhật bất kỳ có kích thước tối đa là 40x40

Đầu tiên, chùm tia cần xử lý được chuẩn trực bằng ống chuẩn trực sơ cấp đặt cố định ngay phía trước bia Với tia X, chùm tia sau khi đã chuẩn trực đi qua một màng lọc mỏng Với chùm electron, không cần tấm lọc

22

Hình 2.3 Các thành phần của bộ xử lý

A: chế độ xử lý tia X B: chế độ xử lý electron

Chùm tia X hẹp hoặc chùm electron được chiếu tới buồng kiểm soát liều Hệ thống kiểm soát bao gồm nhiều buồng ion hoá hoặc một buồng ion hoá nhiều bản phẳng Mặc dù buồng ion hoá thường là dạng truyền qua, nhưng 1 số buồng ion hoá dạng ống trụ cũng được sử dụng trong máy gia tốc Chức năng của buồng ion hoá là kiểm soát liều và tích hợp liều Khi buồng làm việc với trường bức xạ cường độ cao

và chùm tia hẹp, cần đảm bảo hiệu suất làm việc của buồng là không đổi khi thay đổi suất liều Cao áp đặt vào điện cực của buồng khoảng 300-1000V tuỳ thuộc vào thiết

kế Buồng kiểm soát cũng cần đảm bảo không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất ngoài Tuy vậy, vẫn cần kiểm tra định kỳ để tránh hiện tượng rò rỉ

Sau khi đi qua buồng ion hoá, chùm tia tiếp tục được chuẩn trực bằng một ống chuẩn trực động (collimator)

vị trí theo ý muốn một cách độc lập Sau khi vị trí của các lá MLC đã được thiết lập, nhìn theo hướng chùm tia sẽ tạo thành hình dạng thực tế của khối u Hệ thống này rất quan trọng trong kĩ thuật điều trị thay đổi liều lượng theo hình dạng khối u – Xạ trị điều biến liều (IMRT)

24

CHƯƠNG 3 SỬ DỤNG THIẾT BỊ MATRIX TRONG ĐẢM BẢO CHẤT

LƯỢNG ĐIỀU TRỊ QA CHO KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN LIỀU (IMRT) 3.1 Xạ trị điều biến liều IMRT

Xạ trị điều biến liều IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) là phương pháp xạ trị bằng chùm tia ngoài cho phép bác sĩ điều trị cung cấp một liều phóng xạ điều trị thích hợp tới khối u Với IMRT, kỹ thuật viên có thể điều chỉnh cường độ của chùm tia bức xạ trên vùng điều trị khi cần thiết theo hình dạng, kích thước, vị trí khối

u với độ chính xác cao Điều này có nghĩa có thể cung cấp liều bức xạ cao hơn so với phương pháp xạ trị truyền thống, trong khi giảm liều tiếp xúc với các mô khỏe mạnh IMRT sử dụng một phần mềm tiên tiến để lập kế hoạch liều điều trị thích hợp dựa trên kích thước, hình dạng và vị trí khối u Một máy gia tốc tuyến tính sẽ phát bức

xạ có liều lượng phù hợp với hình dạng hình học 3D của khối u (trong đó có hình dạng lõm và phức tạp nhờ các MLC hay bù phức tạp)

Có hai phương pháp xạ trị điều biến liều sử dụng hệ chuẩn trực nhiều lá (MLC)

Đó là phương pháp điều biến tĩnh và điều biến động

-Điều biến liều tĩnh (step and shoot): Các lá MLC sẽ chuyển động đến vị trí và dừng lại, lúc này máy gia tốc sẽ phát tia

Ưu điểm: Thông tin về cường độ mỗi phân đoạn được xác định, dễ dàng tiếp tục điều trị khi bị gián đoạn, giảm hệ thống điều khiển tốc độ chuyển động MLC cần thiết

Có thể sử dụng cho cả lập kế hoạch xuôi và ngược

Nhược điểm: Thời gian điều trị dài sẽ gây khó chịu cho bệnh nhân cũng như khó khăn trong quá trình cố định vị trí bệnh nhân

-Điều biến liều động(Sliding window): Máy gia tốc vẫn phát tia trong quá trình các là MLC chuyển động

Ưu điểm: phân bố chùm tia nhanh hơn so với điều biến tĩnh, giảm thời gian điều trị trên bệnh nhân so với phương pháp điều biến liều tĩnh, có thể tạo ra phân bố liều phức tạp hơn, dễ dàng cung cấp các liều khác nhau, rút ngắn thời gian trong lúc điều trị

Hình 3.1 Mô tả hình ảnh trường chiếu của chùm tia khi đi qua MLC

26

Liều hấp thụ:

Liều hấp thụ( ký hiệu là D) là năng lượng bức xạ bị hấp thụ trên một đơn vị khối lượng của vật chất bị chiếu xạ, hay nói cách khác: Liều hấp thụ là tỷ số giữa năng lượng trung bình mà bức xạ truyền cho vật chất trong thể tích nguyên tố và khối lượng vật chất của thể tích đó

Đơn vị liều chiếu MU:

MU (Monitor unit)là một đơn vị dùng để theo dõi chùm tia hay đây chính là đơn

vị liều chiếu dùng trong máy gia tốc Để kiểm soát sự phân bố chùm tia trên bệnh nhân, mỗi máy gia tốc cần được đặt vào đó một hệ thống đầu đo để kiểm soát chùm tia Bằng việc thiết lập sẵn các phân bố liều MU, máy gia tốc sẽ tự động phát ra liều lượng bức xạ tương ứng