Xác định một số đặc trưng của chùm electron từ lối ra của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ trị

Tuy nhiên, với các kỹ thuật xạ trị hiện đại trên máy gia tốc thế hệ mới, các trường chiếu bất đối xứng được sử dụng khá phổ biến, tạo thuận lợi rất lớn trong thao tác kỹ thuật và phân bố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử

Mã số : 60440106

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS BÙI VĂN LOÁT

Hà Nội 12/ 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước hết Em xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Loát, thầy đã

tận tâm chỉ bảo truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

để em hoàn thành luận văn “ Xác định một số đặc trưng của chùm electron từ lối ra của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ trị”

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân khoa Vật lý đã dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em cũng xin cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên Trung Tâm U Bướu trực thuộc Bệnh viện Đa khoa tỉnh Bắc Ninh, đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Do kiến thức của em còn rất nhiều hạn chế, rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô giáo cũng như toàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội ngày 12 tháng 10 năm 2015 Học viên

Nguyễn Thị Ly

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3

Tổng Quan Về Ung Thư Và Các Phương Pháp Điều Trị 3

1.1 Khái niệm về ung thư [1, 2] 3

1.2 Các phương pháp điều trị ung thư 4

1.3 Cơ Sở Của Xạ Trị 5

1.3.1 Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào 5

1.3.2 Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ 8

1.3.3 Tác động của bức xạ lên cơ thể sống 10

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ 14

1.4.1 Liều chiếu 14

1.4.2 Liều hấp thụ 14

1.4.3 Liều sâu phần trăm 15

1.4.4 Liều bề mặt 16

1.4.5 Liều sâu cực đại 16

1.4.6 Vùng cân bằng điện tích 16

Chương 2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ 17

2.1 CẤU TẠO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ PRECISE [4,7] 17

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 24

2.3 CÁC THIẾT BỊ ĐO LIỀU VÀ MÔ HÌNH HÓA THỰC NGHIỆM 25

2.3.1 Hệ thống đo liều lượng 25

2.3.2 Bố trí hình học đo 29

2.4 Đặc trưng về mặt năng lượng của chùm electron 31

Chương 3 …KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 35

3.1 Xác định các năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của chùm electron 35

3.1.1 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của chùm electron 12MeV phát ra từ máy PRECISE 35 3.1.2 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của chùm electron 15MeV phát ra từ máy PRECISE 40 3.1.3 Xác định năng lượng đặc trưng và phân bố liều hấp thụ theo độ sâu của chùm electron 18MeV phát ra từ máy PRECISE 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các yếu tố của Collimator……….23 Bảng 3.1 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 12MeV tương ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm………53 Bảng 3.2 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 15MeV tương ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm………56 Bảng 3.3 Số liệu liều sâu phần trăm của chùm electron năng lượng 18MeV tương ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm………58

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Chu kỳ tế bào………6

Hình 1.2: Tác động của bức xạ lên cơ thể sống………11

Hình 1.3 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỉ lệ sống sót của tế bào………13

Hình 1.4 Mô tả cách tính PDD………15

Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị………18

Hình 2.2: Mô hình máy gia tốc thẳng trong xạ trị………18

Hình 2.3 Cấu trúc đầu máy gia tốc Precise Elekta………21

Hình 2.4 Cấu trúc bộ phận gia tốc của máy Precise Alekta………21

Hình 2.5 Sơ đồ ghép nối hệ đo với máy tính……… 25

Hình 2.6 Phantom nước……… 26

Hình 2.7 Detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13………27

Hình 2.8 Cấu tạo buồng ion hóa CC13………27

Hình 2.9 Hình ảnh mặt trước CCU……… 28

Hình 2.10 Mặt sau CUU……….29

Hình 2.11 Giao diện phần mềm OmniPro-Accept………29

Hình 2.12 Hình học đo liều bức xạ phát ra từ máy gia tốc tuyến tính……….30

Hình 2.13: PDD trong nước với kích thước trường 10x10cm 2 , SSD= 100cm (a) những chùm electron với năng lượng 6, 9, 12, 18 MeV………31

Hình 2.14: Quãng chạy R 100 , R 90 , R 80 , R 50 , R p, và ………33

lượng 12 MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm 36

Hình 3.2 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm 37

Hình 3.3 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm 38

Hình 3.4 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 15MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm 41

Hình 3.5 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

15 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm 42

Hình 3.6 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm 43

Hình 3.7 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm 46

Hình 3.8 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

18 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm 47

Hình 3.9 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm 48

MỞ ĐẦU

Xạ trị hay ứng dụng bức xạ ion hoá vào điều trị ung thư đã được bắt đầu từ những năm đầu của thế kỷ XX, khi người ta dùng kim Radium phóng xạ cắm vào khối u để tiêu diệt tế bào ung thư Qua nhiều giai đoạn phát triển, cho đến những năm 1950 máy xạ trị Cobalt-60 đã được ứng dụng chiếu xạ ngoài điều trị ung thư đạt hiệu quả tốt

Xạ trị cùng với phẫu thuật và hoá trị trở thành 3 phương pháp chính thống điều trị ung thư Ước tính có trên 40% tổng số bệnh nhân ung thư được xạ trị Ở những nước tiên tiến như Mỹ, Anh có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị

Hiện nay, ở nước ta đã có nhiều bệnh viện được trang bị máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị ung thư Các máy gia tốc được lắp đặt tại các cơ sở xạ trị đều thuộc thế

hệ mới, công nghệ hiện đại do đó chúng ta có thể thực hiện các kỹ thuật xạ trị tiên tiến như xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u (3-D CRT), xạ trị điều biến liều (IMRT) Vấn đề khó khăn mà các cơ sở xạ trị trong quá trình phát triển, khi được đầu tư thiết bị hiện đại đó là đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên được đào tạo còn hạn chế, các tài liệu về thiết bị gia tốc xạ trị chưa nhiều, sự hiểu biết chưa đủ để đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng các thiết bị một cách hiệu quả, nhất là trong những năm tiếp theo

Trước đây, kỹ thuật xạ trị chủ yếu thực hiện với các trường chiếu có độ mở của ống chuẩn trực chùm tia đối xứng qua trục trung tâm, trường chiếu bất đối xứng chỉ được sử dụng trong một số trường hợp Tuy nhiên, với các kỹ thuật xạ trị hiện đại trên máy gia tốc thế hệ mới, các trường chiếu bất đối xứng được sử dụng khá phổ biến, tạo thuận lợi rất lớn trong thao tác kỹ thuật và phân bố liều lượng xạ trị cho bệnh nhân

Việc đảm bảo độ ổn định các thông số vật lý chùm tia điều trị từ máy gia tốc

là hết sức quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác trong phân bố liều lượng cho bệnh nhân, giảm tác dụng không mong muốn, nâng cao hiệu quả điều trị

Chính vì vậy, được sự giúp đỡ của Trung tâm Ung Bướu Bệnh viện Đa khoa

tỉnh Bác Ninh, chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu đề tài: “Xác định một số đặc trưng

của chùm electron từ lối ra của máy gia tốc electron tuyến tính dùng trong xạ trị”

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn này được chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan, đề cập đến cơ sở sinh học và vật lý ứng dụng trong xạ trị, phương pháp và thiết bị xạ trị

Chương 2: Thiết bị và phương pháp nghiên cứu, mô tả hệ thống máy gia tốc Precise và các thiết bị liên quan, phương pháp tiến hành đo đạc thực nghiệm thu thập dữ liệu các chùm tia trong đề tài

Chương 3: Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG I Tổng Quan Về Ung Thư Và Các Phương Pháp Điều Trị

1.1 Khái niệm về ung thư [1, 2]

Trong cơ thể sống, bình thường trong quá trình sinh trưởng và phát triển các

tế bào được sinh ra và chết đi theo một cơ chế quản lý chặt chẽ Cơ thể dùng quy luật này để kiểm soát và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan ở mức ổn định Ngược lại, các tế bào ung thư là các tế bào bất thường, đuợc sinh ra không chịu sự quản lý của cơ

thể và chết đi theo một nhịp độ nhanh hơn các tế bào bình thường : “ Ung thư được

định nghĩa là sự rối loạn tế bào, tạo nên sự tập trung một khối lượng lớn tế bào do sự sinh sản quá nhanh, vượt quá số tế bào chết đi, hậu quả là khối tế bào này dần dần xâm lấn và tàn phá các mô và các cơ quan của cơ thể sống” [ 1]

Như thế, ung thư là bệnh của tế bào sống, trong cơ thể chúng ta, nơi nào có

tế bào sống, nơi đó có thể có ung thư Tóc, lông, móng là chất sừng, không phải là

tế bào sống nên không có ung thư

Các tế bào ung thư là các tế bào bất thường, và chết theo một nhịp độ nhanh hơn các tế bào bình thường, nhưng cũng không cân bằng được với mức độ sinh sản

ra các tế bào mới quá nhanh, do đó khối lượng mô ung thư ngày càng lớn Sự mất quân bình này do 2 yếu tố chính: các bất thường di truyền trong tế bào ung thư và

sự bất lực của cơ thể chủ trong việc phát hiện và tiêu diệt các tế bào này

Sự không cân bằng giữa mức độ sinh sản ra các tế bào mới và tế bào chết đi

là nguyên nhân dẫn đến khối lượng tế bào ung thư ngày càng lớn, chúng tạo thành những khối u ung thư Có thể chia khối u ung thư thành hai loại: ung thư lành tính

và ung thư ác tính Ung thư lành thường không gây nguy hiểm đến tính mạng người bệnh và có thể điều trị bằng phương pháp phẫu thuật loại bỏ khối u xơ Những tế bào của ung thư ác tính có thể xâm lấn và chèn ép các cơ quan xung quanh làm cho

còn có thể theo mạch máu và mạng bạch huyết di cư đến những cơ quan mới khác trong cơ thể, bám lại 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 và dẫn đến gây tử vong cho

người bệnh “Căn bệnh có tỉ lệ tử vong hàng đầu và chiếm gần một phần năm tổng

các ca tử vong trên toàn thế giới chính là ung thư” Như vậy, ung thư là một căn

bệnh rất nguy hiểm và cần phải được điều trị kịp thời khi mắc phải

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 và từng giai đoạn ung thư khác nhau [1, 2]

Mục đích 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 tế bào bình thường ở xung quanh

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

đặc biệt là với ung thư thu 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 tế bào lành 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 thật được can thiệp, sau đó phải dùng kết hợp với các phương pháp khác sau đây

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 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 hoặc khi có di căn ở nhiều địa điểm Có nhiều loại hóa chất khác nhau được sử dụng trong hóa trị 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

1.3 Cơ Sở Của Xạ Trị

Cơ sở của việc dùng bức xạ iôn hóa để điều trị ung thư bao gồm cả 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 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 này có thể được chia ra các giai đoạn như sau [1] :

Hình 1.1 : Chu kỳ tế bào

Pha G0: Tế bào trong giai đoạn nghỉ, không phân chia, thường được lập

trình để giữ một nhiệm vụ nào đó, thí dụ tế bào cơ giữ nhiệm vụ co duỗi tạo nên hoạt động của cơ

Pha G1: Tế bào tổng hợp nhiều Protein và RNA (dùng để tổng hợp các

Protein), đặc biệt nhiều chất men (Enzyme) cần thiết cho việc tổng hợp DNA thành phần căn bản của các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào Pha này kéo dài hàng tháng

Pha S (Synthesis= Tổng hợp): Tế bào tổng hợp nhiều DNA (gấp đôi) chuẩn

bị cho sự phân chia tế bào Pha này kéo dài trung bình 8 giờ Pha này kháng tia xạ

Pha G2: Tế bào ngưng tổng hợp DNA, tiếp tục tổng hợp Protein, RNA, và

các vi ống chuẩn bị cho việc tạo nên thoi vô sắc ( thoi phân bào) cần thiết cho việc phân chia tế bào Pha này kéo dài từ 30 phút tới 1,5 giờ

Pha M (mitosis= phân bào): Tế bào ngừng 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

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 cơ chế sửa chữa bằng cách 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 là 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 sinh ra 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 Pha này kéo dài từ 30 phút tới 2,5 giờ, là pha nhạy cảm với tia xạ nhất

1/ 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 G1 có DNA bình thường Nếu không sửa được các bất thường trên DNA

tế bào sẽ ngừng không tiếp tục chu kỳ tế bào và bị chết theo lập trình

2/ 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 tế bào nào chưa nhân đôi hoàn toàn 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

Như vậy, 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 biến đổi cấu trúc DNA của tế bào ung thư và như vậy các tế bào ung thư dần dần sẽ bị chết đi Một đặc điểm nữa của

tế bào ung thư đó là rất 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 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 vẫn đảm bảo về liều lượng tới khối u, nhưng giành khoảng thời gian nghỉ ngơi để cho các tế bào lành hồi phục hoàn toàn

1.3.2 Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ

1/ Sự tái tạo oxy(Reoxygenatiion)

Oxy trong khối u ác tính là một thông số rất quan trọng để đảm bảo có được

độ nhạy phóng xạ cao Đối với những bức xạ có LET thấp (như photon và electron), các tế bào được tưới oxy chỉ cần một liều lượng phóng xạ bằng 1/3 của liều chiếu trên loại thiểu oxy mà vẫn đạt cùng một kết quả như nhau Điều này có nghĩa là những tế bào được cung cấp đầy đủ oxy sẽ tăng hiệu quả nhạy cảm phóng xạ gấp 3 lần Những khối u bao gồm các tế bào thiếu oxy và các xa động mạch thuộc loại kháng tia, khi nhận đủ oxy thì vẫn sống sót được Những tế bào im lặng này có thể chiếm đến 15% tổng số các tế bào Với kỹ thuật chia nhỏ liều, các tế bào im lặng trong khối u khi được cung cấp thêm oxy sẽ làm cho chúng nhạy xạ hơn Đó là những tế bào được cung cấp đầy đủ oxy khi bị chết đã để lại lượng máu được cung cấp sẵn có cho các tế bào thiếu oxy trước đó Bằng cách này, quần thể tế bào được

cung cấp tốt oxy được duy trì theo một tỷ lệ không đổi [1,2]

2/ Tái phân bố (Redistribution)

Sự tái tạo phân bố chu kỳ tế bào có thể là một yếu tố quan trọng cho tính “tự nhạy cảm tia xạ” Vì sự nhạy cảm tia xạ của các tế bào là khác nhau ngay trong một chu trình phát triển Các pha G2/M muộn và G1 muộn/S sớm là nhạy cảm tia xạ nhất trong một chu kỳ sinh sản của tế bào Việc chia nhỏ liều lượng đảm bảo rằng

tất cả các tế bào sẽ ở trong pha nhạy cảm ít nhất cùng thời gian với một hoặc hai lần chiếu xạ

3/ Sự hồi phục (Repair)

Một điều quan trọng là phải có đủ thời gian để cho các tế bào lành hổi phục

do tổn thương tia xạ Người ta đã cho thấy rằng cần ít nhất 6 giờ giữa hai lần chiếu

để các tế bào lành bị chiếu xạ kịp hồi phục Dựa vào các kết quả thu được của chế

độ phân liều, người ta thấy rằng thậm chí cần khoảng thời gian lâu hơn nữa đối với tủy sống để tránh viêm do tia xạ Sự hồi phục có một ý nghĩa đặc biệt đối với việc

xạ trị áp sát sử dụng những máy với suất liều khác nhau

Đối với việc tia xạ liên tục theo suất liều thấp, cần phải tính đến sự hồi phục của các tổn thương gần chết trong giai đoạn điều trị

4/ Sự tái sinh sôi (Regeneration)

Sự tái tạo quần thể của tế bào là một trong những thông số quan trọng đối với kết quả điều trị và quan trọng đối với cả sự đáp ứng sớm của các tế bào lành cũng như của các tế bào u Đối với sự đáp ứng của tế bào lành như da chẳng hạn, tốc độ phân chia tế bào sẽ bắt đầu tăng lên sau khoảng thời gian nào đó từ khi bắt đầu điều trị, vì vậy yêu cầu liều lượng ngày càng tăng lên để cho cùng một hiệu ứng sinh học Điều này làm cho nó có lợi thế trong việc kéo dài thời gian điều trị, bởi vì tốc

độ hồi phục trở nên nhanh hơn theo thời gian Sự kéo dài thời gian điều trị tia xạ do

đó có lợi cho sự hồi phục của các mô lành, cho các tế bào đáp ứng sớm, nhưng không có lợi cho các tế bào đáp ứng muộn

Tuy nhiên, cùng một hiệu ứng có thể xảy ra đối với các khối u, nơi mà sự tái tạo quần thể tế bào được gia tăng, có nghĩa là cần tăng liều lượng một cách đáng kể

để đạt được cùng một tổng số tế bào bị giết, nếu thời gian điều trị tổng cộng dài hơn thời gian mà sau đó tế bào u bắt đầu phân chia một cách nhanh hơn Ở các khối u vùng đầu cổ, người ta đã phát hiện được rằng các khối u bắt đầu phát triển nhanh

hơn trong khoảng thời gian từ 2 tới 4 tuần sau khi bắt đầu điều trị Khoảng thời gian này thường được gọi là “thời điểm bắt đầu thực sự” Do đó việc kéo dài thời gian điều trị là bất lợi cho việc kiểm soát khối u, trong khi lại có lợi cho sự đáp ứng sớm của tế bào lành Đương nhiên, điều này sẽ gây ra khó xử và phương pháp điều trị tốt nhất còn tùy thuộc vào mức độ tương đối của sự hồi phục của các tế bào lành cũng như tránh được sự tăng sinh của tế bào u Vấn đề ở đây là cần phải cân nhắc một cách thận trọng về loại khối u Chẳng hạn nó rất quan trọng để giảm tối thiểu thời gian điều trị đối với những khối u tăng sinh nhanh Biểu hiện của loại khối u tăng sinh nhanh có thể nhận biết được bằng khoảng thời gian tăng đôi (Tp) của các tế bào Ở đây Tp không phải là thời gian làm tăng đôi thể tích của khối u, mà nó là thời gian cần để làm tăng gấp đôi quần thể tế bào, khi giả thiết rằng không có sự mất mát nào xảy ra ở chúng Người ta đã ghi nhận được thời gian Tp của các khối u thể sừng hóa thuộc vùng đầu, cổ vào khoảng 3-4 ngày; của các khối u vú là từ 8-30 ngày (trung bình là 12 ngày) Đối với khối u tuyến tiền liệt thì Tp có thể là 60 ngày Nếu Tp ngắn thì chế độ phân chia liều nhỏ có thể sẽ thích hợp, ngược lại nếu Tp dài thì mọi lợi thế tiêu diệt tế bào u sẽ bị lấn át bởi sự tăng lên về các phản ứng sớm của

1.3.3 Tác động của bức xạ lên cơ thể sống

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 vật chất, cụ thể hơn đó là cơ thể sinh học Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hay hủy diệt Trên cơ thể con người

chủ yếu là nước chiếm tới hơn 85% Khi bị chiếu xạ, O trong tế bào bị phân chia thành và Bản thân các cặp và này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại Quá trình tương tác này có thể được chia làm hai loại Đó là tác động trực tiếp hoặc gián tiếp tới DNA của tế bào [2]

Tác động trực tiếp: Bức xạ ion hóa trực tiếp tác động lên DNA, làm cho cấu

Các gốc tự do có một electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi một phân tử bền Chúng là những thực thể gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng microgiay và tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, lipid, DNA gây ra các hỏng hóc về cấu trúc và hóa học đối với các phân tử này Những hỏng hóc như vậy sẽ dẫn tới :

- Sự ngăn cản phân chia tế bào

- Sự sai sót của nhiễm sắc thể

- Đột biến gen

- Làm chết tế bào

Trong khi quá trình hấp thụ năng lượng xảy ra trong khoảnh khắc (10-10 s), thì sự xuất hiện của các hiệu ứng sinh học có thể diễn ra trong vài giây thậm chí hàng nhiều năm Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các quá trình này

a/ Sự ngăn cản phân chia tế bào

Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng trong quá trình phân chia tế bào Đây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ Ngay ở cơ thể người lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho những tế bào đã chết Những chỗ tổn thương do bức xạ gây ra có thể kìm hãm hoặc ngăn cản quá trình phân chia tế bào và như vậy làm suy yếu chức năng của tế bào và cơ thể

b/ Sự sai sót của nhiễm sắc thể:

Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể Đa số các trường hợp tổn thương thường được hàn gắn và không có hậu quả gì gây ra Tuy nhiên một số tổn thương

có thể làm mất hoặc xắp xếp lại các vật chất di truyền, những bộ phận này có thể quan sát được qua kính hiển vi Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của nhiễm sắc thể Những sai sót xác định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi chức năng của tế bào Tần số xuất hiện sai sót của nhiễm sắc thể có mối tương quan xác

định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học

diễn trên hình 1.3 Ở mức liều thấp, đường cong có một đoạn suy giảm chậm

Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế bào khi bị tổn thương

Hình 1.3 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỉ lệ sống sót của tế bào [1]

Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ it hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể được phục hồi hoặc không thể phục hồi Ngoài yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian Cùng một liều lượng bức xạ, nếu

cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường

hợp hấp thụ ngay một lúc Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của

tế bào ở cơ thể sống

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ

1.4.1 Liều chiếu

Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, còn môi trường chiếu

xạ là không khí Liều chiếu ký hiệu là X, được xác định theo công thức:

X = dQ/dm Trong đó: dQ là giá trị tuyệt đối của tổng một loại điện tích được sinh ra trong không khí khi mà tất cả các electron, positron được tạo ra khi photon tương tác với khối lượng dm của không khí bị hãm lại một cách hoàn toàn trong không khí

Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là C/kg Ngoài đơn vị C/kg, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị đo liều chiếu là Rơnghen, viết tắt là R Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam sang Rơnghen theo tỷ lệ 1R = 2,58.10-4 C/kg

1.4.2 Liều hấp thụ

Thực tế cho thấy những sự thay đổi trong môi trường chiếu xạ phụ thuộc chủ yếu vào liều hấp thụ và liều tương đương Với khái niệm liều hấp thụ và liều tương đương, cho phép mở rộng đối tượng bức xạ nghiên cứu và môi trường chiếu xạ Liều chiếu chỉ có thể áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X và môi trường chiếu xạ

là không khí Còn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng cho các loại bức xạ ion hóa khác nhau và môi trường được chiếu xạ khác nhau

Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số dE/dm , trong đó dE là năng lượng trung bình mà bức xạ ion hóa truyền cho vật chất môi trường có khối lượng là dm

Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Joule/kilôgam, viết tắt là J/kg Trong thực

tế, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là Gy hoặc Rad để đo liều hấp thụ Qua các định nghĩa trên, chúng ta nhận thấy, với loại bức xạ ion hóa xác định, môi trường chiếu

xạ cho trước, thì liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu theo công thức sau:

D = f X

Trong đó: D là liều hấp thụ, X là liều chiếu còn f là hệ số tỷ lệ Hệ số tỷ lệ f thực chất là hệ số chuyển đổi từ liều chiếu sang liều hấp thụ Giá trị của f tùy thuộc vào môi trường chiếu xạ và đơn vị đo liều hấp thụ và liều chiếu tương ứng Đối với không khí,

hệ số tỷ lệ f = 0,869 rad/R còn trong cơ thể con người hệ số tỷ lệ f = 0,95 rad/R

1.4.3 Liều sâu phần trăm

Điểm liều hấp thụ cực đại trong phantom là một điểm duy nhất, nằm trên trục trung tâm và tại độ sâu zmax Giá trị liều tại đây thường được lấy là giá trị chuẩn trong đo liều hấp thụ tại những độ sâu khác nhau nhằm tạo ra một đường cong mô

tả sự thay đổi liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu Những giá trị liều được đo tại các độ sâu khác nhau thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm của liều cực đại,

dữ liệu này được gọi là liều sâu phần trăm (percent depth dose) hay PDD

Trong hình 1.4 điểm P cho thấy điểm liều cực đại, Q là một điểm nào đó trong phantom PDD tại điểm Q được xác định như sau [1]:

PDD(Q) = [D(Q)/D(P)] x 100

Hình 1.4 Mô tả cách tính PDD

Trong đó D(P) và D(Q) là liều hấp thụ tại P và Q tương ứng trong cùng một điều kiện đo Chẳng hạn như thời gian chiếu, kích thước trường, SSD (là khoảng cách từ bia tới mặt phantom) và chất lượng chùm bức xạ không đổi

1.4.4 Liều bề mặt

Liều bề mặt được hiểu là liều hấp thụ ở độ sâu 5 mm trong môi trường phantom Liều bề mặt phụ thuộc vào năng lượng chùm tia và kích thước trường chiếu Liều bề mặt chủ yếu hình thành từ:

 Tán xạ từ bộ chuẩn trực, bộ lọc và không khí

 Tán xạ ngược từ phantom tới bệnh nhân

1.4.5 Liều sâu cực đại

Liều lượng cực đại Dmax đạt ở độ sâu zmax nào đó trong môi trường khi các electron đạt tới sự cân bằng Độ sâu đạt cực đại dưới bệnh nhân phụ thuộc vào năng lượng chùm tia và kích thước trường chiếu Ảnh hưởng của kích thước trường chiếu thường bị bỏ qua vì nó chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ

1.4.6 Vùng thiết lập cân bằng điện tích

Vùng liều giữa bề mặt (z = 0) và độ sâu z = zmax nào đó, tại đó liều hấp thụ đạt cực đại trong chùm tia được gọi là vùng cân bằng điện tích (build up) Khi z < tức là tại các vùng gần bề mặt, tổng động năng của các hạn tích điện bay ra từ yếu tố thể tích lớn hơn tổng động năng của các hạt tích điện bay vào yếu tố thể tích

bộ của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ vi sóng, các loại máy gia tốc ra đời

và những nguồn phát sóng siêu cao tần cho phép gia tốc các loại hạt tới những mức năng lượng khác nhau từ thấp tới cao và siêu cao [4]

Các thế hệ máy gia tốc trong xạ trị ngày càng hiện đại và nhiều tính năng tiện ích là thành quả của sự kết hợp kỹ thuật gia tốc và công nghệ thông tin Vào đầu năm 2014, máy gia tốc xạ trị hiện đại đã được lắp đặt trong Trung tâm Ung Bướu Bắc Ninh Cấu tạo chung của máy có đặc điểm chung của một máy gia tốc thẳng và

có những đặc điểm cụ thể Đặc điểm chung của máy được mô tả trong sơ đồ cấu tạo

và sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị tương ứng trong hình 2.1 và hình 2.2 [4]

Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị

Hình 2.2: Mô hình máy gia tốc thẳng trong xạ trị Cần máy đứng (Gantry Stand): được thiết kế để chịu tải, nâng đỡ cần máy,

mặt khác có thể chứa: máy phát sóng, súng điện tử, ống dẫn sóng gia tốc

Máy phát sóng: gồm hai 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 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, điện tử được phát ra theo quá trình bức xạ nhiệt

Cần máy (Gantry): chứa hệ thống gia tốc 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 gia tốc electron: gia tốc chùm electron tới năng lượng cao nhờ vi sóng Đầu máy điều trị: cấu tạo gồm bộ lái hướng chùm tia,cặp lá tán xạ khi dùng

với chùm electron, bia tia-X; Ống chuẩn trực thường được cấu tạo bởi hai cặp ngàm để tạo dạng 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 là phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất; bộ phận kiểm soát liều lượng 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, lọc nêm, ống chuẩn trực nhiều lá

Hệ uốn chùm tia: electron từ ống gia tốc đi vào đầu máy đưới một điện trường

cung cấp bới một nam châm điện được uốn góc 900, 2700 hoặc hệ uốn góc khác

Cặp lá tá xạ: Sử dụng tấm kim loại có độ dày mỏng khác nhau để lọc chùm

electron đi qua khi chiếu xạ bằng chùm electron

Bia tia X: vật liệu bia được làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử lớn

Bộ phận lọc phẳng chùm bức xạ: là thiết bị làm cho sự phân bố liều phát ra

được đồng nhất Tùy thuộc vào mức năng lượng mà vật liệu có thể là nhôm hoặc thép không gỉ với độ dầy và hình dạng khác nhau

Hệ 2 ngàm chuyển động độc lập: Hệ ngàm này có nhiệm vụ chuẩn trực chùm

bức xạ và thiết lập độ rộng trường chiếu

Buồng ion hóa mỏng được lắp ngay lối ra của chùm bức xạ Nhiệm vụ của buồng ion hóa này là kiểm soát liều lượng do máy gia tốc phát ra, đảm bảo rằng

lượng liều phát ra phải đúng với lượng liều đã đặt trước vào máy

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 (ngàm) trong ống chuẩn trực để định vị trường điều trị…

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

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

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

Ngoài đặc điểm chung của các máy xạ trị gia tốc, ta xét đến 2 đặc điểm chi tiết của máy Precise gồm phần đầu máy và phần ống dẫn sóng Đầu máy

xạ trị gia tốc Precise của hãng Elekta có đặc điểm cấu tạo cụ thể như hình 2.3

Đầu máy có cấu tạo gồm bộ lái hướng chùm tia, cặp lá tán xạ khi dùng với chùm electron, bia tia-X; Ống chuẩn trực thường được cấu tạo bởi hai cặp ngàm để tạo dạng 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 là phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất; bộ phận kiểm soát liều lượng 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, lọc nêm, ống chuẩn trực nhiều lá Điểm khác biệt của máy gia tốc xạ trị Elekta là ống gia tốc mô tả trong hình 2.3 với hệ uốn góc 1120

Cấu trúc phần đầu của máy gia tốc Precise Elekta được mô tả như hình 2.3 sau:

Hình 2.3 Cấu trúc đầu máy gia tốc Precise Elekta

Điểm khác biệt của máy gia tốc xạ trị Elekta là ống gia tốc di chuyển (hình 2.4)

Hình 2.4 Cấu trúc bộ phận gia tốc của máy Precise Alekta

Máy gia tốc được cung cấp một đèn điện tử phát sóng cực ngắn có tần số cao, làm việc trong dải tần số khoảng 3GHz , tương ứng với bước sóng khoảng 10

cm Nguồn phát sóng là một ống magnetron nhanh, trong khi những electron khác được tạo ra từ súng điện tử từ các loại đi-ốt

Sự chuyển đổi từ electron sang chùm photon xảy ra trong khi tương tác với vật liệu vonfram Kết quả chùm tia X đi qua một cửa sổ kim loại mỏng trên bia và sau đó đi qua bộ lọc sơ cấp Tiếp theo các photon được chuẩn trực bởi collimator xoay thứ cấp Tia X năng lượng cao đi vào cổng 1 có chứa các bộ lọc khác, còn tia

X năng lượng thấp sẽ đi qua cổng 2 không chứa bộ lọc Sau đó, chùm photon được làm phẳng bằng bộ lọc thứ cấp tùy thuộc vào năng lượng được lựa chọn Nhiều detector nối với hệ thống đo liều gắn dưới bộ lọc, cung cấp sự ổn định các thông số chùm tia, các giá trị liều và suất liều trên hai kênh đo liều Buồng ion hóa tham chiếu được bảo vệ trong một tấm nhôm để tránh tác hại không mong muốn từ tán xạ bức xạ

Bộ chuẩn trực di chuyển được bố trí ở cuối của đầu máy Gần với bia nhất là collimator đa lá, sau đó là ngàm X, ghép với chiếc lá cuối cùng phía bên trái Bên dưới ngàm X là ngàmY Khay đựng khối che chắn có thể được tùy chọn để sử dụng cho phù hợp

Khi sử dụng electron trong xạ trị, chùm tia đi qua một cửa sổ kim loại mỏng trên tiết diện bia, và được lọc bằng một vật liệu tán xạ electron (phụ thuộc vào năng lượng lựa chọn - bộ lọc sơ cấp – collimator) bởi một Collimator quay ở cổng 2, nơi không có bộ lọc nào Hơn nữa chùm electron tán xạ lọc bằng bộ lọc thứ cấp ( số Z nhỏ) được thiết kế để tương tác với những hạt có năng lượng khác nhau Sau đó chùm tia đi qua ống chuẩn trực Ngàm X và ngàm Y tự động khớp nhau để lựa chọn cho thiết

bị chuyên dung, trong khi đó MLC mở ra trường chiếu cực đại Cuối cùng là sự mã hóa các thiết bị để điều chỉnh kích cỡ trường electron Các thiết bị này được trang bị bằng một bệ đỡ sao cho khoảng cách từ trường chiếu tới nguồn là 95 cm Kích thước trường chiếu lớn nhất cho dòng electron là 25 x 25 cm Máy Precise Alekta được bổ sung thêm các thiết bị ống electron bằng thép có đường kính 2, 3, 4 và 5 cm

Tiếp theo là Colimator đa lá định dạng chùm photon MLC ở máy gia tốc Precise Elekta – Bialystok có 80 lá Bề rộng của mỗi lá là 1,1 cm Thêm vào giới

hạn che chắn của trường chiếu một ngàm X Ngàm X và ngàm Y làm việc ở chế độ bất đối xứng Tất cả thông số về Collimator và vật liệu được cho trong bảng sau:

Bảng 2.1 Các yếu tố của Collimator

Tên thành phần

Collimator

Khoảng cách đặt Collimator (cm) (Min/Max)

Từ trường uốn và chùm tia hội tụ

Trong máy xạ trị Precise Elekta, chất lượng chùm tia đã đạt được cấu trúc đặc biệt, chùm tia uốn và hội tụ Để điều khiển chùm tia, máy gia tốc được lắp đặt các ống nam châm điện hội tụ và 2 cặp ống nam châm điện giống nhau được bố trí quanh ống gia tốc Bên ngoài ống gia tốc được lắp ráp thêm các nam châm uốn Các ống nam châm điện tạo ra từ trường vuông góc, được điều chỉnh tích cực bởi tham

số đo liều Tín hiệu nhận được từ ống hình trụ được điều khiển và phân tích bởi hệ thống xử lý Nó cho phép xác định và điều chỉnh đồng nhất chùm tia trong thời gian thực

Phần cuối của ống gia tốc là một vài nam châm uốn tia theo các góc như hình 2.4 Các nam châm điện đầu tiên xác định năng lượng chùm tia Giá trị phát sinh sẽ được điều chỉnh bằng việc khớp năng lượng của electron vào giá trị trung bình mong muốn Sau đó, chùm tia được hội tụ trong trường vuông góc của cặp nam châm thứ 2 Nam châm thứ 3 hướng dòng tia xuống thẳng đứng Kết quả chùm

Ống gia tốc còn cho phép điều chỉnh độc lập tính đồng nhất, tính đối xứng cho mọi năng lượng chùm tia Điều này có được là kết quả của việc lắp đặt ống gia tốc đặc biệt

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

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 gia tốc Buồng gia tốc có hai loại, đó là buồng gia tốc sóng ngang và buồng gia tốc sóng đứng Bức xạ vi sóng được cung cấp dưới dạng các xung ngắn, khoảng một vài μs

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

Xung điện từ và xung điện áp được phun vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời điểm (tạo ra sự 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 phần tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động của chúng Năng lượng mà các electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống gia tốc tùy 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 Coulomb Tuy nhiên, sự phân kỳ này có thể được khắc phục khi sử dụng một từ trường hội tụ đồng trục Từ 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, được sử dụng để dẫn chùm electron chuyển động theo đúng hướng và vị trí yêu cầu

Các electron được gia tốc tới năng lượng yêu cầu được lái qua đầu máy điều trị để sử dụng trực tiếp khi điều trị bằng chùm electron Khi máy được sử dụng trong chế độ phát photon tia X , 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 (bia

tia X), ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia X nhờ hiệu ứng phát bức xạ hãm Bức xạ này được sử dụng để điều trị ung thư Bia tia thường là W hoặc Titan

2.3 CÁC THIẾT BỊ ĐO LIỀU VÀ MÔ HÌNH HÓA THỰC NGHIỆM

2.3.1 Hệ thống đo liều lượng

Sơ đồ và thiết bị đo liều được đưa ra trên hình 2.5 Thiết bị đo bao gồm [4,7]:

 Máy tính cài phần mềm omnipro-Accepts đóng vai trò trung tâm xử lý và điều khiển

 Bộ điều khiển CCU đóng vai trò là bộ điều khiển dịch chuyển buồng ion hóa CC13

 Phantom nước là môi trường đo liều được thiết kế gắn đầu đo và động cơ

di chuyển buồng ion hóa đến vị trí cần đo liều

 Detector tham chiếu CC13 và cổng kết nối Swich

Hình 2.5 Sơ đồ ghép nối hệ đo với máy tính

a Phantom nước

Phantom nước là một bể chứa, có thành làm bằng acrylic Trong quá trình đo đạc bể được bơm đầy nước Nước được dùng là nước tinh khiết có thành phần tạp chất thấp Trong phantom này có vị trí gắn đầu đo được kết nối với hệ thống động

cơ, giúp cho ta có thể đặt đầu đo tại bất kì vị trí nào trong phantom nước đó (như hình 2.6) Kích thước phantom nước như sau:

b Buồng ion hóa

Có nhiều loại buồng ion hóa được sử dụng trong xạ trị Hiện tại Bệnh viện

Đa khoa Tỉnh Bắc Ninh sử dụng detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13, có dạng như hình 2.7