Nghiên cứu thiết bị và tính toán liều kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao trị bệnh ung thư

Đề tài “Nghiên cứu thiết bị và tính toán liều kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao trị bệnh ung thư” là nhằm đi sâu nghiên cứu về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của thiết bị,

HUỲNH NGỌC LIÊM

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ

VÀ TÍNH TOÁN LIỀU KỸ THUẬT XẠ TRỊ

ÁP SÁT LIỀU CAO TRỊ BỆNH UNG THƯ

Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật

Mã số: 60520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.Nguyễn Thế Thường

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS.Huỳnh Quang Linh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 28 tháng 07 năm 2018

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS Trần Thị Ngọc Dung - Chủ tịch hội đồng

2 TS Ngô Thị Minh Hiền - Thư ký hội đồng

3 TS.Nguyễn Thế Thường - Phản biện 1

4 PGS.TS Huỳnh Quang Linh - Phản biện 2

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ VÀ TÍNH TOÁN LIỀU KỸ THUẬT XẠ TRỊ

ÁP SÁT LIỀU CAO TRỊ BỆNH UNG THƯ”

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thiết bị xạ trị áp sát liều cao nạp nguồnsau điếu khiển từ xa (HDR RAL Brachytherapy) trị bệnh ung thư

- Đề ra một quy trình điều trị áp dụng trong lâm sàng

- Nghiên cứu phương pháp tính liều xạ trị áp sát

- Phân tích hình thức tính liều TG-43 do AAPM công bố

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 01 năm 2018

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 07 năm 2018

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lý Anh Tú

Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 07 năm 2018

TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Thầy Lý Anh Tú, đã định hướng, góp ý và cung cấp cho tôi nguồn tài liệu bổ ích, quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thầy Huỳnh Quang Linh cùng quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã quan tâm, chỉ dạy, hướng dẫn cung cấp cho tôi kiến thức và sự hiểu biết sâu rộng về khoa học kỹ thuật nói chung và lĩnh vực vật lý kỹ thuật nói riêng, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Kỹ sư Đỗ Thanh Hưng, kỹ sư Tăng Lê Thái Quang và anh em khoa Kỹ Thuật Phóng Xạ bệnh viện Ung Bướu đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận với thực tế lâm sàng của

kỹ thuật xạ trị áp sát suất liều cao

TS.BS Phạm Xuân Dũng - Giám đốc Bệnh viện Ung Bướu, Ths.BS Trẩn Tấn Phú

- trưởng phòng Vật tư – Trang thiết bị cùng tập thể anh em đồng nghiệp đã tạo điều kiện, chia sẻ, động viên giúp tôi hoàn thành Luận văn này

Một lần nữa xin nhận nơi tôi lòng biết ơn sâu sắc và lời hứa sẽ sử dụng những kiến thức mà mình đạt được vào những công việc thật có ích cho xã hội

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018

Huỳnh Ngọc Liêm

TÓM TẮT

Kỹ thuật xạ trị áp suất liều cao nạp nguồn sau điều khiển từ xa điều trị ung thư chính xác và an toàn, thiết bị dùng trong kỹ thuật này rất tân tiến và phức tạp đòi hỏi người sử dụng phải có những hiểu biết thông suốt về chúng thì mới có thể sử dụng

an toàn và hiệu quả Đề tài “Nghiên cứu thiết bị và tính toán liều kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao trị bệnh ung thư” là nhằm đi sâu nghiên cứu về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của thiết bị, phương pháp tính toán liều lượng phóng xạ

áp dụng trên nó nhằm để giúp bản thân tác giả hiểu biết thấu đáo về kỹ thuật nầy,

từ đó xây dựng nên quy trình điều trị ung thư áp dụng trên hệ thống xạ trị áp sát hiện đại MicroSelectronV3 hiện có tại đơn vị mình, cũng mong muốn luận văn này sẽ là một tài liệu tham khảo cho những người có quan tâm

ABSTRACT

High dose rate Remote Afterloading Brachytherapy is precise and safe for cancer treatment, the equipment used in this technique is advanced and complex requiring users have to thorough understanding of them to be can be used safely and effectively The topic of "Studying equipment treatment" is to study the structure, technical characteristics, operating principle of the equipment, the method of calculating the dose of radioactivity applied on it is intended to help the author understand this technique in detail, thereby establishing a cancer treatment procedure that applies to the modern MicroSelectronV3 also like this dissertation to

be a reference for interested people

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Lý Anh Tú Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chính xác và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Những dữ liệu trong các bảng biểu và hình ảnh sử dụng phục vụ cho việc giải thích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường Đại học Bách Khoa – Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây

ra trong quá trình thực hiện

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

HUỲNH NGỌC LIÊM

MUC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ 1

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

TÓM TẮT 4

LỜI MỞ ĐẦU 12

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 13

CHƯƠNG 1 15

TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ ÁP SÁT 15

1.1 Khái niệm: 15

1.2 Lịch sử phát triển 15

1.3 Phân loại kỹ thuật điều trị 17

1.4 Xạ trị áp sát so với xạ trị ngoài 20

CHƯƠNG 2: 21

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ ÁP SÁT 21

2.1 Đặc tính nguồn phóng xạ 21

2.1.1 Đặc tính chung 21

2.1.2 Đặc tính nguồn Iradium 192 (192Ir) 24

2.2 Tác dụng sinh học của bức xạ đối với cơ thể sống 25

2.2.1 Cấu tạo tế bào sinh vật 25

2.2.2 Các quá trình xảy ra sau khi bức xạ đi vào cơ thể sống 26

2.2.2.1 Giai đoạn vật lý 26

2.2.2.2 Giai đoạn hóa lý 28

2.2.2.3 Giai đoạn hóa sinh 29

2.2.2.4 Quá trình sinh học 29

CHƯƠNG 3 30

THIẾT BỊ XẠ TRỊ ÁP SÁT LIỀU CAO NẠP NGUỒN SAU 30

3.1 Lịch sử phát triển 30

3.2 Thành phần cơ bản của một Hệ thống 31

3.2.1 Đơn vị nạp nguồn điều trị (Treatment unit – TU) 32

3.2.1.1 Mô tả Đơn vị nạp nguồn điều trị 32

3.2.1.2 Cơ cấu và Nguyên lý hoạt động 34

3.2.2 Trạm điều khiển điều trị (TCS) 36

3.2.3 Bảng điều khiển điều trị (TCP) 37

3.2.4 Nguồn phóng xạ dùng trong xạ trị áp sát suất liều cao 38

3.2.5 Dụng cụ áp sát để đặt trước vào bệnh nhân (Applicators) 39

3.2.6 Ống dẫn nguồn 40

3.2.7 Hệ thống lập kế hoạch điều trị (TPS) 41

3.3 Đặc điểm một số bộ phận của hệ thống 41

3.3.1 Số lượng kênh 41

3.3.2 Khả năng chứa nguồn đơn hoặc nguồn đôi 41

3.3.3 Kích thước của nguồn và đường kính của dụng cụ 42

3.3.4 Độ cong tối thiểu trong dụng cụ ống mềm 43

3.3.5 Tốc độ di chuyển nguồn 43

3.3.6 Cách thức nguồn di chuyển 43

3.3.7 Rò rỉ phóng xạ 43

3.3.8 Khả năng kết nối mạng 44

3.4 Các bộ phận đảm bảo an toàn 44

3.4.1 Chức năng các cảm biến 44

3.4.2 Các công tắc cho tình huống khẩn cấp 45

3.4.3 Tay quay khẩn cấp Crank 45

3.4.4 Công tắc liên động cửa 45

3.4.5 Hệ thống âm thanh / hình ảnh 46

3.4.6 Bộ giám sát bức xạ 46

3.5 Vấn đề đảm bảo an toàn 46

3.5.1 Kiểm tra thiết bị giám sát 46

3.5.2 Kiểm tra kết nối dụng cụ đúng 46

3.5.3 Kiểm tra vòng khóa trên bộ chỉ mục (Indexer) 47

3.5.4 Kiểm tra khóa liên động cửa 47

2.5.5 Kiểm tra thiết bị giám sát bức xạ 47

3.5.6 Sử dụng máy đo bức xạ cầm tay 47

3.5.7 Kiểm tra chức năng gián đoạn điều trị 48

3.5.8 Kiểm tra chức năng ngừng điều trị khẩn cấp 48

3.5.9 Kiểm tra đồng hồ định thời gian điều trị 48

3.5.10 Kiểm tra ống dẫn nguồn 48

3.5.11 Kiểm tra tình huống mất nguồn điện chính 48

3.5.12 Kiểm tra sự nguyên vẹn của phụ kiện 49

3.5.13 Kiểm tra rò rỉ bức xạ 49

3.5.14 Kiểm tra ô nhiễm phóng xạ 49

3.5.15 Kiểm chức năng rút nguồn về bằng tay 49

3.6 Hệ thống xạ trị áp sát hiện đại microSelectron V3 - Nucletron 49

3.6.1 Phòng vận hành (WorkStation) 50

3.6.1.1 Thiết bị chỉ báo và hiển thị thông số phong bức xạ 51

3.6.1.2 Hệ thống lập kế hoạch điều trị 51

3.6.1.3 Trạm điều khiển điều trị 56

3.6.1.4 Bảng điều khiển điều trị 57

3.6.2 Phòng điều trị 57

3.6.2.1 Đơn vị nạp nguồn MicroSelectronV3 58

3.6.2.2 Thùng chứa nguồn 59

3.6.3 Các dụng cụ chuyên môn khác 60

3.6.4 Quy trình thực hiện điều trị 62

Bước 1 Các bác sĩ chuyên khoa Hội chẩn và chỉ định điều trị 62

Bước 2 Chuẩn bị bệnh nhân và dụng (hình 3.21) 63

Bước 3 Gây mê và đặt dụng cụ (hình 3.22) 63

Bước 4 Chụp x-quang (3.23 và 3.24) 64

Bước 5 Lập kế hoạch điều trị 65

Bước 6 Đưa bệnh nhân vào phòng điều trị chuẩn bị điều trị 67

Bươc 7 Thực hiện điều trị 68

Bước 8: Kết thúc điều trị 69

CHƯƠNG 4 71

PHƯƠNG PHÁP TÍNH LIỀU TRONG XẠ TRỊ ÁP SÁT 71

4.1 Cơ sở lý thuyết tính liều xạ trị áp sát 71

4.2 Mô hình tính toán liều và suất liều 75

4.2.1 Nguồn điểm lý tưởng 75

4.2.2 Tính toán trên nguồn thực tế 79

4.2.2.1 Kích thước lõi nguồn hữu hạn 80

4.2.2.2 Tự hấp thụ và suy giảm 83

4.3 Hình thức tính liều TG-43 84

4.3.1 Khái niệm cơ bản 85

4.3.2 Môi trường tham tham chiếu 85

4.3.3 Dữ liệu tham chiếu 85

4.3.4 Hình học của nguồn 86

4.3.5 Điểm tham chiếu cho việc tính liều (r0, θ0) 86

4.3.6 Dạng thức 86

4.3.7 Hằng số suất liều 𝛬 89

4.3.8 Hàm liều xuyên tâm g(r) 93

4.3.9 Hàm dị hướng F(r, θ) 94

4.4 Công thức TG-43 hai chiều (2D) 96

4.4.1 Trường hợp nguồn dòng (xấp xỉ đoạn thẳng) 97

4.4.2 Nguồn xấp xỉ nguồn điểm 101

4.4.3 Ví dụ về tính toán liều bằng công thức TG 43 103

4.4.4 Tính liều đối với nguồn bước 104

4.4.4.1 Công thức TG-43 bản cập nhật năm 2014 105

4.4.4.2 Khái niệm về suất liều ảo 107

4.4.4.3 Một kế hoạch điều trị điển hình 109

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 115

PHỤ LỤC 116

Phụ lục A 116

Phụ lục B 117

Phụ lục C1 118

Phụ lục C2 119

Phụ lục C3 120

Phụ lục C4 121

LỜI MỞ ĐẦU

Ung thư là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu Theo Tổ chức Y

tế Thế giới năm 2012 có 7,6 triệu người chết do ung thư và ước tính số người tử vong do bệnh ung thư tiếp tục tăng và sẽ đạt con số 11,4 triệu người chết hàng năm vào năm 2025[1] Theo số liệu mới nhất của bản đồ ung thư toàn cầu trên trang web

http://Globalcancermap.com, tỷ lệ mắc ung thư hàng năm ở Việt Nam là 138.7/100.000 người và số người chết do bệnh ung thư là 101,9/100.000 người Theo đó, Việt Nam đang đứng ở 105 trên tổng số 179 nước trong bản đồ ung thư quốc tế về tỷ lệ mắc bệnh ung thư

Ở Việt Nam Ung thư dường như đang trở thành nỗi ám ảnh, lo lắng của người dân và xã hội Tuy nhiên nhờ khoa học kỹ thuật phát triển nên việc điều trị bệnh ung thư ngày càng hiệu quả, mở ra được nhiều hy vọng hơn cho người bệnh

Có nhiều phương pháp điều trị Ung thư như: phẫu thuật, hóa trị, xạ trị, liệu pháp hormon, trị liệu nhắm trúng đích (bao gồm liệu pháp miễn dịch như liệu pháp kháng thể đơn dòng) và khử độc tính tổng hợp Mỗi phương pháp điều trị có những

ưu và nhược điểm khác nhau nhưng nhờ vào kỹ thuật tân tiến và có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp điều trị khác mà phương pháp Xạ trị áp sát suất liều cao nạp nguồn sau điều khiển từ xa (High dose rate Remote Afterloading Brachytherapy) đóng một vai trò quan trọng trong việc điều trị bệnh ung thư trong suốt nhiều thập niên qua.[1], nó được coi là phương pháp Xạ trị áp sát hiện đại Xạ trị áp hiện đại, Kỹ thuật xạ trị áp sát hiện đại được xây dưng trên cơ sở rất nhiều ngành kỹ thuật tân tiến, ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới nhất nên nó rất hiệu quả và an toàn trong điều trị ung thư, nhưng nó cũng là một kỹ thuật rất phức tạp Để sử dụng kỹ thuật này chính xác, hiệu quả và an toàn như vốn có của nó

đòi hỏi người sử dụng phải có những hiểu biết thấu đáo về nó

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Kỹ thuật xạ trị áp sát hiện đại điều trị bệnh ung thư chính xác và an toàn, thiết

bị dùng cho kỹ thuật này rất tân tiến và phức tạp đòi hỏi người sử dụng phải hiểu biết thông suốt về chúng thì mới có thể sử dụng đạt hiệu quả Trong bối cảnh Việt nam phải nhập khẩu kỹ thuật và thiết bị điều trị ung thư từ các quốc gia phát triển với chi phí rất cao nhưng phần lớn chi phí tập trung đầu tư vào mua thiết bị và đào tạo đội ngủ nhân sự lâm sàng nên vấn đề bảo trì, sửa chữa thiết bị phần lớn dựa vào đội ngũ chuyên gia nước ngoài với chi phí rất lớn và mất nhiều thời gian cho những thủ tục thực hiện làm gián đoạn công tác điều trị cho người bệnh trong những trường hợp thiết bị hư hỏng hoặc hoạt động không chính xác

Đề tài “Nghiên cứu thiết bị và tính toán liều kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao trị bệnh ung thư” là nhằm đi sâu nghiên cứu về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của thiết bị, phương pháp tính toán liều lượng phóng xạ áp dụng trên nó nhằm để bản thân tác giả hiểu biết thấu đáo về kỹ thuật nầy, từ đó xây dựng nên quy trình điều trị ung thư áp dụng trên hệ thống xạ trị áp sát hiện đại MicroSelectronV3 hiện có tại đơn vị mình cũng mong muốn luận văn này sẽ là một tài liệu tham khảo cho những người có quan tâm

Xuất phát từ mong muốn trên đề tài nghiên cứu chia làm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao nạp nguồn sau (Xạ trị

áp sát hiện đại)

Trình bày một cách khái quát về lịch sử phát triển, các ứng dụng, ưu khuyết điểm của Xạ trị áp sát hiện đại so với xạ trị ngoài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật xạ trị áp sát hiện đại

Trình bày cơ sở lý, hóa, sinh của liệu pháp xạ trị, cách thức mà liệu pháp này tiêu diệt khối u

Chương 3: Nghiên cứu Hệ thống thiết bị Xạ trị áp sát hiện đại

Trình bài khái quát về cấu tạo hệ thống thiết bị, đặc tính kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của no

Xây dựng quy trình xạ trị trên hệ thống xạ trị áp sát hiện đại microSelectronV3

do hãng Nucletron sản xuất

Chương 4: Nghiên cứu Phương pháp tính liều xạ trị áp Trình bày cơ sở lý

thuyết của việc tính liều, suất liều và hình thức tính toán liều lượng TG 43 AAPM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ ÁP SÁT 1.1 Khái niệm:

Xạ trị áp sát là việc sử dụng nguồn phóng xạ kín đặt gần một thể tích mục tiêu (khối u ung thư) bằng cách chèn (nhét) trực tiếp chúng vào khối u, hoặc bằng cách nạp (tải) chúng vào các dụng cụ (Bộ áp, kim thông, ống luồng) đã được đưa trước vào các hốc, khoang bên trong cơ thể gần khối u để tiêu diệt hoặc thu nhỏ chúng Xạ trị áp sát có thể được sử dụng độc lập để xạ trị khối u, chẳng hạn như trong điều tri ung thư tuyến tiền liệt và ung thư vú giai đoạn sớm Nó cũng thường được sử dụng kết hợp với xạ trị ngoài để cung cấp một liều xạ tăng cường vào khối u, như trong trường hợp điều trị ung thư phụ khoa, ung thư tuyến tiền liệt giai đoạn sau và ung thư đầu cổ [1]

Xạ trị áp sát hiện đại là kỹ thuật xạ trị áp sát dùng nguồn phóng xạ có hoạt độ cao (10 - 12Ci) được máy tính điều khiển bằng chương trình đã lập sẵn điều khiển nguồn phóng xạ bằng kỹ thuật nguồn bước vào dụng cụ áp sát đã đặt trước trong bệnh nhân để phân phối liều điều trị tại vị trí theo kế hoạch điều trị đã lập

1.2 Lịch sử phát triển

Lịch sử Xạ trị áp sát nói chung và Xạ trị áp sát hiện đại nói riêng ra đời và phát triển gắn liền với sự phát triển của nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác đăc biệt là với ngành Vật lý phóng xạ:

- Sự khám phá ra tia X vào tháng 11 năm 1895 của WilhelmRöntgen và không lâu sau đó là sự phát hiện ra hiện tượng phát xạ phóng xạ của Henri Becquerel vào năm 1896 Năm 1898 Pierre và Marie Curie chiết xuất thành công Radium từ quặng Pitchblende, xác định được nguồn gốc của phóng xạ thâm nhập

- Sau đó không lâu, vào năm 1901 Becquerel và Curie ghi nhận sự phản ứng da của Becquerel khi ông vô tình bị phơi nhiễm bởi chất Radium chloride

Với những khám phá trên, không lâu sau nhiều cách thức đã được thử nghiệm, ứng dụng bức xạ hạt nhân phóng xạ để điều trị bệnh: [2]

Những thí nghiệm đầu tiên ứng dụng bức xạ trong lâm sàng thuộc về Danlos

và Bloch (1901) tại Paris, và Abbé (1904) ở NewYork, ngay sau đó nhiều viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm được thành lập như: Phòng thí nghiệm sinh học Radium ở Paris năm 1906, và sau đó tại London 1909, Finze bắt đầu điều trị bằng Radium Năm 1909 một quyển sách về liệu pháp Radium, ngày nay được gọi là xạ trị áp (brachytherapy) do Wickham và Degrais viết được xuất bản

Đầu thế kỷ 20 sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, các nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng bức xạ đã được thiết lập thành hệ thống trong một số khía cạnh ở Radium Hemme - Stockholm, the Memorial Hospital - New York, và Radium Institute - Paris Với sự thống nhất, Đối với xạ trị áp sát, 226Ra là hạt nhân phóng xạ duy nhất được sử dụng lám nguồn cho điều trị và sắp xếp các nguồn phóng xạ trong các mô hình nhất định, với các định nghĩa về độ mạnh, khoảng cách, và thời gian điều trị, phát triển thành một bộ quy tắc để áp dụng trong điều trị bệnh nhân

Hai dấu móc quan trọng để xạ trị áp sát phát triển hơn nữa là:

- Thứ nhất là về việc chế tạo được hạt nhân phóng xạ nhân tạo vào năm 1934, cho phép sử dụng vật liệu phóng xạ nhân tạo vào xạ trị

- Thứ hai là sự phát triển của thiết bị tải nguồn sau điều khiển từ xa (remote Aferloading), trong những năm 1950 và 1960, đã cải thiện khả năng bảo vệ bức xạ cho nhân viên và linh hoạt cao hơn cho các ứng dụng lâm sàng

Các hạt nhân phóng xạ nhân tạo mới 60Co, 137Cs, 182Ta và 198Au bắt đầu được thiết kế để có khả năng thâm nhập, càng sâu càng tốt, tương tự như nguồn 226Ra Ulrich Henschke là người đầu tiên khám phá về mặt lâm sàng việc sử dụng nguồn

192Ir Nguồn phóng xạ này hiện là nguồn phóng xạ được ứng dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực xạ trị áp sát

Vào khoản năm 1963 kiểu điều trị áp sát tải nguồn sau dùng nguồn dây 192Ir liều thấp (LDR) với các thiết bị, dụng cụ hỗ trợ thông qua khe bằng phẫu thuật cấy, ghép gần như loại bỏ hoàn toàn sự phơi nhiễm phóng xạ của nhân viên. [2]

Các hệ thống tải nguồn sau từ xa được phát triển ban đầu đơn giản là để giảm thiểu sự phơi nhiễm bức xạ từ các nguồn phóng xạ Sử dụng cáp đính kèm với nguồn để điều khiển, những máy này đẩy vào và kéo nguồn ra theo cơ chế cơ khí vào và ra khỏi các dụng cụ được nhét trước trong bệnh nhân Sau đó chức năng của

nó thay đổi theo hướng chuổi nguồn lập trình và cuối cùng là kỹ thuật nguồn bước thu nhỏ Việc áp dụng các máy xạ trị áp suất liều cao (HDR) và suất liền xung (PDR) theo các kiểu gần đây hầu hết được sử dụng ở châu âu, đã thay thế gần như hoàn toàn các máy liều thấp ngoại trừ còn lại để điều trị áp sát nguồn thấp cấy ghép nguồn lâu dài để điều trị ung thư tuyến tiền liệt Việc áp dụng các nguồn 192Ir nhỏ với đường kính ngoài điển hình là 1 mm đã thay thế các ống và viên nén 137C Sự tối

ưu là việc điều biến việc phân bố liều bằng cách thay đổi thời gian trú ngụ của nguồn tại vị trí điều trị đã trở thành đặc điểm tiêu chuẩn trong hệ thống xạ trị áp sát giúp cho người sử dụng ứng dụng điều trị linh hoạt hơn trong lâm sang [1]

Trong những năm 1970, lần đầu tiên hệ thống Xạ trị áp sát hiện đại với kỹ thuật bước nguồn đơn được giới thiệu, nó sử dụng một nguồn 192Ir nhỏ, cường độ cao được hàn vào đầu của một sợi cáp mềm Hoạt độ cao của 192Ir cho phép chế tạo các nguồn có đường kính ngoài từ 1,1 mm trở xuống, sao cho xạ trị áp sát hiện đại

có thể áp dụng kỹ thuật điều trị qua khe, hóc tự nhiên của cơ thể Khả năng điều chỉnh thời gian và vị trí dùng nguồn riêng lẻ giúp cải thiện việc phân phối liều thông qua các kỹ thuật tối ưu hóa

1.3 Phân loại kỹ thuật điều trị

Kỹ thuật Xạ trị áp sát có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau: theo thời gian cấy ghép nguồn, cách đưa nguồn phóng xạ áp sát mục tiêu, kỹ thuật nạp c nguồn phóng xạ tiếp cận khối u hoặc phân loại theo suất liều bức xạ phân phối cho

mục tiêu Việc phân loại không chỉ có ý nghĩa về mặt y tế mà còn có ý nghĩa trong việc lựa chọn nguồn phóng xạ cho một phương thức điều trị xạ áp sát nhất định:

- Phương thức cấy ghép nguồn tạm thời hoặc vĩnh viễn:

+ Phương thức cấy ghép nguồn vĩnh viễn: Kỹ thuật xạ trị áp sát cấy ghép nguồn vĩnh viễn là kỹ thuật đưa nguồn vào trong bệnh nhân, tiếp cận khối u và giữ

nó ở lại đó [1]vĩnh viễn (đến khi phân rã hết) Kỹ thuật này thường được dùng để điều trị ung thư tuyến tiền liệt, đầu và cổ, phổi và Sarcomas và nguồn thường được

sử dụng là các hạt 125I và 103Pd đôi khi hạt 198Au cũng được dùng Nguồn sử dụng cho cấy ghép vĩnh viễn có năng lượng thấp, thời gian bán hủy (half lives) ngắn, hoặc

có cả hai yếu tố đó, để để hạn chế sự phơi nhiễm phóng xạ cho những người thường xuyên tiếp xúc gần gũi với bệnh nhân

+ Phương thức cấy ghép nguồn tạm thời: Kỹ thuật xạ trị áp sát cấy ghép nguồn tạm thời là kỹ thuật đưa nguồn vào trong bệnh nhân, tiếp cận khối u trong một khoảng thời gian được định trước và sau đó được lấy ra khỏi bệnh nhân Thời gian điều trị cấy ghép tạm thời diễn ra trong một vài phút đối với kỹ thuật Xạ trị áp sát hiện đại và một vài ngày đối với xạ trị áp sát suất liều thấp Trong kỹ thuật này Bệnh nhân cần phải nhập viện trong thời gian điều trị và cần phải lưu ý tới vấn đề phơi nhiễm phóng xạ của nhân viên y tế vì nguồn có hoạt độ cao

- Loại kỹ thuật đưa nguồn vào cơ thể bệnh nhân qua hóc, khe, khoan tự nhiên của cơ thể:

Tùy thuộc vào phương pháp chèn/nhét nguồn vào cơ thể bệnh nhân ta có các loại xạ trị áp sát theo cah1 sau theo cách sau:

Hình 1.1 Một số phương thức đưa nguồn tiếp cận vị trí điều trị [3]

Theo hình 1.1, (a) Đưa nguồn áp sát vị trí điều trị thông qua khe, hốc tự nhiên của cơ thể, (b) Đưa nguồn áp sát vị trí điều trị bằng cách đăm dụng cụ xuyên qua mô

để tiếp cận vị trí điều trị, (c) Tiếp cận vị trí điều trị thông qua các ống mạch tự nhiên (nội mạch), (d) đạt dụng cụ áp sát bề mặt điêì trị

+ Loại nạp nguồn bằng kỹ thuật xuyên mô (Interstitial) [1]

Trong phương pháp xuyên mô các nguồn xạ trị áp sát được đưa xuyên vào/qua mô, thông qua các kim hoặc ống thông rỗng có đường kính nhỏ, để giảm thiểu sự tổn thương của cac mô bình thường Tương ứng, các nguồn Brachytherapy được sử dụng cho kỹ thuật này cần phải có kích thước nhỏ để vừa với lòng của kim

và ống thông Phương pháp điều trị này được sử dụng để điều trị tung thư tuyến tiền liệt, ung thư vú và Sarcomas

+ Loại nạp nguồn thông qua hốc, khe tự nhiên (Intracavitary) của cơ thể Trong phương pháp xạ trị áp sát thông qua hốc, khe tự nhiên của cơ thể nguồn được nạp (tải) vào các dụng cụ, được thiết kế để phù hợp với hốc, khoan và các dụng cụ này được đặt gần các khối u cần tiêu diệt Ví dụ bộ áp song song và hình buồng trứng (tandem and ovoid applicators) để điều trị ung thư cổ tử cung, bộ

áp hình trụ (cylinder applicator) để điều trị ung thư âm đạo và bộ áp mũi họng (nasopharyngeal applicator) để điều trị ung thư vòm họng Khi điều trị, các bộ áp được đặt trong bệnh nhân, và được lấy ra khỏi bệnh nhân sau khi hoàn tất điều tri, vì vậy phương pháp điều trị này thường là phương pháp điều trị tạm thời

- Loại nạp nguồn nóng (Hot loading), nạp nguồn sau bằng cách thủ công (Manual loading) và nạp nguồn sau bằng diều khiển điều khiển từ xa (Remote afterloading): Tùy thuộc vào thời gian phẫu thuật để đặt bộ áp hay dụng cụ vào vị trí cần điều trị có thể chia kỹ thuật xạ trị áp sát là kiểu nạp nguồn nóng, kiểu này nguồn được đưa vào vị trí điều trị tại phòng phòng mổ ngay sau khi các dụng cụ được lắp vào; Kiểu nạp nguồn sau thủ công là dụng cụ được đưa vào bệnh nhân tại phòng mổ

và nguồn được nạp vào sau khi bệnh nhân đã được hồi sức và đưa về phòng bệnh.;

Kiểu nạp nguồn sau từ xa, kiểu này sử dùng một thiết bị được điều khiển bằng máy tính để nạp nguồn tự động, do đó loại bỏ hoàn toàn việc xử lý các nguồn phóng xạ bằng cách thủ công Ngày nay kiểu nạp nguồn nóng ít được sử dụng do vấn đề bảo đảm an toàn, tránh bị phơi nhiễm phóng xạ Việc sử dụng kỹ thuật tải nguồn sau bằng thủ công hoặc bằng điều khiển bằng máy tính giúp giảm thiểu sự phơi nhiễm phóng xạ cho nhân viên y tế, giúp người lập kế hoạch điều trị tối ưu được độ mạnh

và sự phân phối liều dựa trên việc xem xét lại vị trí đặt dụng cụ liên quan đến mục tiêu điều trị

- Phân loại theo suất liều: ( ̇)

Phương thức xạ trị áp sát còn được phân loại theo suất liều sử dụng:

+Loại suất liều thấp (LDR-Low dose rate) ̇

+Loại suất liều trng bình (MDR – Mideum dose rate) 120cGy/h<

So với xạ trị tia ngoài (External Therapy) Brachytherapy có ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm của brachytherapy: Cải thiện việc phân phối liều cục bộ cho mục tiêu, Ít gây tổn thương cho các mô lành lân cận, trang bị nhẹ nhàng, thuận lợi trong vận chuyển

- Nhược điểm của Brachytherapy: Chỉ hiệu quả cao khi điều trị cho các khối u

khu trú và các tổn thương nhỏ

Xạ trị áp sát ra đời cách nay hơn một thế kỷ, trải qua quá trình phát triển và không ngừng cải tiến xạ trị áp sát với kỹ thuật hiện đại, tân tiến của nó ngày nay nó đóng một vai trò rất quan trọng trong điều trị bệnh ung thư Xạ trị áp sát hiện đại tuy

kỹ thuật phức tạp nhưng rất an toàn và hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. [5]

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ ÁP SÁT

Trong chương trước, chúng ta biết rằng xạ trị áp sát là một liệu pháp điều trị ung thư bằng đồng vị phóng xạ Trong xạ trị áp sát hiện đại, nguồn phóng xạ được

sử dụng phổ biến là 192Ir hoạt độ cao Chương này sẽ trình bày về đặc tính của nguồn phóng xạ nói chung và nguồn phóng xạ 192Ir hoạt độ cao dùng trong xạ trị áp sát, cơ sở vật lý của những tương tác của bức xạ với cơ thể người, những tác động sinh hóa mà chúng gây ra ở cấp độ tế bào, để từ đó thấy được vì sao liệu pháp xạ trị

có thể tiêu diệt được các khối u

2.1 Đặc tính nguồn phóng xạ

2.1.1 Đặc tính chung

Kỹ thuật xạ trị áp sát là sử dụng năng lượng photon phát ra từ nguồn phóng xạ được bọc kín (đóng gói) Các nguồn phóng xạ sử dụng trong xạ trị áp sát phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

(1) Nguồn phải không phát ra các hạt tích điện hoặc các hạt bức xạ mềm hoặc nếu có thì chúng phải dễ bị hấp thụ bởi các lớp vật liệu mỏng như titanium

(2) Nguồn không tạo ra khí độc hại nào trong quá trình phân rã hạt nhân phóng

(6) Nguồn phóng xạ ứng dụng trong xạ trị áp sát phải được chế tạo từ các vật liệu phóng xạ bảo đảm tính toàn vẹn vật lý của nó khi nguồn bị hư hỏng, ví dụ, nó không trở thành bột mịn hoặc bụi và không thăng hoa hoặc bốc hơi

(7) Nguồn phóng xạ ứng dụng trong xạ trị áp sát phải được chế tạo theo kiểu đóng gói nguồn với kích cỡ và hình dạng khác nhau

(8)) Nguồn phóng xạ ứng dụng trong xạ trị áp sát phải được chế tạo sao cho không dễ bị hư hỏng với ít nhất một trong những phương pháp khử trùng phổ biến được sử dụng trong các phòng phẫu thuật

Ngày nay, nhiều hạt nhân phóng xạ với các đặc điểm trên đã được sản xuất để

Co, 137Cs, 125I, 103Pd chỉ có những khác biệt về hoạt độ, hình dạng

và kích thước nguồn

Bảng 2.1 Tính chất vật lý của một số hạt nhân phóng xạ dùng trong xạ trị áp sát [2]

Nguồn phóng xạ 192Ir dùng trong kỹ thuật xạ trị áp sát hiện đại luôn đƣợc bọc kín bằng hợp kim nhằm tạo độ cứng, tránh sự rò rỉ vật liệu phóng xạ, đồng thời hấp thụ các bức xạ anpha và beta không mong muốn phát sinh trong quá trình phân

73.83 ngày

30.07 năm

5.27 nămKiểu phân rã

(Type of Disintegration) β– β

– (95.1%)

EC (4.9%) β– β–Năng lƣợng γ trung bình

(Mean γ Energy (keV)) 415.1 372.2 661.7 1252.0Năng lƣợng tia X trung bình

(Mean X-ray Energy (keV)) 3.7 3.6 1.8 0.51Năng lƣợng tia β– trung bình

(Mean β–ray Energy (keV)) 312.2 180.7 188.4 96.5Năng lƣợng IC Electron tring bình

(Mean IC Electron Energy (keV)) 353.0 266.9 630.3 1233.0Năng lƣợng Auger Electron trung

bình

(Mean Auger Electron Energy (eV)) 804

844 538 1150

Hằng số suất Kerma không khí

(Air Kerma-Rate Constant,Γ

- Sơ đồ phân rã Nó mô tả các loại bức xạ phát ra từ sự phân hủy của hạt nhân phóng xạ (α, β, Auger và IC…)

- Chu kỳ bán hủy T1/2 Là khoản thời gian để hoạt độ nguồn giảm một nữa đặc điểm này giúp đánh giá để sử dụng nguồn cho cấy ghép tạm thời hay vĩnh cữu

- Hoạt độ xác định, Aspe Là tổng hoạt độ của mỗi đơn vị khối lượng của hạt nhân phóng xạ đặc điểm này giúp xác định kich thước nguồn và suất liều tối đa

- Trọng số năng lượng trung bình, Eave Nó xác định tổng năng lượng của mỗi phân hủy và độ sâu thâm nhập vào mô

- Hằng số suất Kerma không khí, Γδ Là suất kerma không khí ở khoảng cách 1

cm từ một nguồn điểm không đóng gói, trong môi trường không khí Nó cung cấp một cách đo trường bức xạ quanh một nguồn điểm của hạt nhân phóng xạ

2.1.2 Đặc tính nguồn Iradium 192 ( 192 Ir)

- Đặc tính vật lý

Nguồn 192Ir có chu ký bán hủy là 73,83 ngày Nó phân rã qua phát xạ β– (95,1%, sáu tia β– với năng lượng tối đa là 675,1 keV và năng lượng trung bình trong khoảng 180,7 keV) đến mức 192Pt được kích thích và bằng EC (4,9%) độ kích thích của 192Os phát ra 192Ir ở giá trị trung bình, 29 tia γ [(năng lượng trung bình = 372,2 keV, năng suất = 2,2 / (Bq s)]; 122 tia X [3,6 keV, 2,7 /(Bq s)]; 174 electron IC [266,9 keV, 0,16 / (Bq s)]; và 29 điện tử Auger [844 eV, 2.3 / (Bq s)] Phổ năng lượng trung bình có trọng số electron và photon lần lượt là 64,5 và 168,3 keV Loại

bỏ các electron và photon có năng lượng dưới 5 keV, phổ năng lượng trung bình có trọng số trở thành 176,2 và 346,1 keV

Độ dày một nữa (HVL) của hạt nhân phóng xạ này là 2,5 mm chì

- Ứng dụng lâm sàng

Nguồn 192Ir kiểu dây và dãi băng đặc biệt thích hợp cho kỹ thuật xạ trị áp sát nạp nguồn sau Trong xạ trị áp sát các nguồn này được sử dụng trong kỹ thuật cấy ghép tạm thời vì có năng lượng photon trung bình cao Dưới dạng nguồn suất liều

cao, kích thước thu nhỏ tối thiểu đã biến nó thành nguồn được sử dụng phổ biến trong các hệ thống xạ trị áp sát suất liều cao hiện đại, cho đến nay nguồn 192Ir là đồng vị phóng xạ duy nhất được sử dụng trong xạ trị áp sát nội mạch (IVB)

2.2 Tác dụng sinh học của bức xạ đối với cơ thể sống

2.2.1 Cấu tạo tế bào sinh vật

Để xem xét tác dụng sinh học của bức xạ lên cơ thể sống và các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng sinh học thông qua việc khảo sát quá trình tương tác, chúng ta cần phải có những hiểu biết nhất định về cơ thể sống Tế bào sinh vật là đơn vị sống

cơ bản, tương tác giữa bức xạ và cơ thể sống gây nên những thay đổi trong tế bào, làm chết tế bào hay làm chúng hoạt động bất thường Thông thường, những tác dụng sinh học của bức xạ lên phân tử sống là sự phá hỏng AND của tế bào

Về cấu tạo, tế bào gồm có nhân tế bào ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương Bọc quanh bào tương là một màng gọi là màng tế bào Mỗi bộ phận thực hiện những chức năng riêng rẽ:

Màng tế bào làm nhiệm vụ trao đổi chất với môi trường ngoài Bào tương là nơi xay ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra, tổng hợp các phân tử cần thiết cho tế bào Còn nhân là nơi điều khiển quá trình tổng hợp đó Trong nhân có AND (deoxyribonucleic acid) là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng để thực hiện dự tổng hợp các chất

Các tế bào có thời gian sống nhất định Các tế bào khác nhau có thời gian sống khác nhau Các tế bào có khả năng phân chia để tạo thành các tế bào mới Đó

là cơ

chế để duy trì sự tồn tại và phát triễn của cơ thể người AND chứa các thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào

2.2.2 Các quá trình xảy ra sau khi bức xạ đi vào cơ thể sống

Cá quá trình xảy ra sau khi bức xạ đi vào cơ thể sống là một chuổi liên tục, bắt đầu là những tương tác vật lý xảy ra trong một khoản thời gian cực kỳ ngắn ngủi, đến những quá trình sinh học có thể âm ỉ hàng chục năm Các quá trình này có mối quan hệ nhân quả, theo một quy luật vừa mang tính chặt chẽ vừa mang tính thống

kê, ma cho đến nay vẫn chưa được nhận thức đầy đủ Bảng 2.2 bên dưới tóm tắt quá trình đó.[7]

2.2.2.1 Giai đoạn vật lý

Giai đoạn vật lý là bước đầu tiên của chuỗi quá trình xảy ra khi bức xạ đi vào vật chất, trong giai đoạn này có liên quan đến tác dụng sinh học của bức xạ là sự phân bố năng lượng cục bộ mà bức xạ truyền cho môi trường Quá trình vật lý xảy

ra trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn từ 10-16 đến 10-13 giây, năng lượng bức

xạ truyền cho môi trường chủ yếu gây nên sự ion hóa và sự kích thích, sự ion hóa và

sự kích thích sẽ dẫn đến tổn thương tế bào

Cấu trúc chịu sự ion hóa hoặc kích thích có thể là AND, ARN, axit amin, protein Enxym hay một phần của màng tế bào và chủ yếu là các phần tử nước, vốn chiếm một tỉ lệ khối lượng khoảng 80% trong tế bào

Các phần tử AND có thể bị ion hóa trực tiếp khi bức xạ đi băng qua nó, đó là tác dụng trực tiếp Phântử AND cũng có thể chịu tác dụng gián tiếp khi bức xạ làm ion hóa các phân tử nước trong vùng lân cận nó Khi một AND bị tổn thương, ta không thể phân biệt là nó chịu tác dụng trực tiếp hay gián tiếp nhưng do tế bào chứa khoảng 80% nước và dưới 1 AND, nên người ta cho rằng tác dụng gián tiếp đóng vai trò quan trọng

Bảng 2.2 Quá trình xảy ra trong cơ thể sống khi bức xạ vào cơ thể [7]

Trực tiếp Gián tiếp

và Peroxid (H2O2) Hồi phục

Các gốc sinh học ( , 2 )

Mức tế bào

thấy được

Hiệu ứng di truyền

Tổn thương cấp tính và lâu dài

Tế bào bị chết

Cơ quan bị chết

Hình 2.1 Tác dụng trực tiếp và gián tiếp của bức xạ lên tế báo [7]

2.2.2.2 Giai đoạn hóa lý

Giai đoạn hóa lý kéo dài trong khoảng từ 10-13 đến 10-2 giây, mở đầu bằng việc hình thành các gốc tự do và kết thúc bằng những thay đổi cấu trúc và chức năng của các phần tử sinh học có trong tế bào

Các gốc tự do hình thành do sự thủy phân do bức xạ

H2O + γ → + : Một cặp ion Sau quá trình này một số phản ứng có thể xảy ra Một cặp ion có thể tái hợp lại để trở thành một phân tử bình thường khi đó không có tổn hại nào xảy ra Hai là điện tử có thể gắn vào một phân tử nước trung hòa và tạo ra một loại ion thứ ba

H2O + →

Ba là có thể được bao quanh bởi 5 đến 7 phân tử nước và hình thành nên (gọi là tương đương điện tử)

Các ion và không bền và có thể bị tách thành các phần tử nhỏ hơn

→ + → +

và được gọi là các gốc tự do Các gốc tự do là những phần tử trung hòa có một điện tử không ghép cặp ở vỏ ngoài cùng Các gốc tự do sẽ khuếch tán ra chung quanh vùng chúng hình thành, tập trung quanh những phân tử nước hay tương tác với các phần tử sinh học và làm thay đổi cấu trúc hóa học của chúng Chúng cũng có nhiều khả năng gây nên những đứt gãy không hồi phục được trên chuỗi xoắn kép của AND

2.2.2.3 Giai đoạn hóa sinh

Quá trình sinh học kéo dài từ 10-2 đến nhiều giờ ở giai đoạn này ta có AND

bị tổn thương, ở giữa giai đoạn là quá trình sửa chữa tổn thương và ở cuối giai đoạn

là những tổn thương không hồi phục được

Qua nội dung phân tích trên, ta thấy rằng quá trình tác dụng của bưc xạ hạt nhân vào cơ thể sống là một quá trình phức tạp, gây ra những hiệu ứng không mong muốn, có thể làm tổn thương cho cơ thể sống mà không thể khắc phục được Mục đích đích của xạ trị là dùng tia xạ làm chết hoặc thu nhỏ tế bào ung thư Do đó trong

xạ trị người bác sĩ xạ trị cần phải tính toán liều lượng phóng xạ chính xác và hợp lý sau cho đạt được mục tiêu làm chết hoặc thu nhỏ tế bào ung thư mà không gây ra các hiệu ứng khác như: đột biến gây bệnh ung thư hay làm tổn thương yếu tố di truyền của cơ thể sống Muốn như thế người bác sĩ xạ trị ngoài yêu cầu có chuyên môn giỏi còn cần được hỗ trợ bởi kỹ thuật tiên tiến cùng đội ngũ hỗ trợ có chuyên môn cao ở các lĩnh vực liên quan [7].

CHƯƠNG 3

THIẾT BỊ XẠ TRỊ ÁP SÁT LIỀU CAO NẠP NGUỒN SAU

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA (HDR RAL BRACHYTHERAPY)

Kỹ thuật xạ trị áp sát truyền thống chỉ điều trị giới hạn trong một vài vị trí cơ thể có hình học rõ ràng, đặc biệt là phụ khoa, vú và da Tuy nhiên, khi các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh phát triển cùng với sự hiểu biết của chúng ta về việc tính toán phân phối liều bức xạ, các vị trí khối u phức tạp hơn đang được điều trị với phương thức xạ trị áp sát hiện đại mà xạ trị áp sát truyền thống không thực đươc Sự phát hát triển của xạ trị áp sát liều cao và việc ứng dụng nó trong điều trị phụ khoa và điều trị ung thư vú là một trong những phát triển tiến bộ của nó Kỹ thuật hiện đại mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng mang nhiều thách thức Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật người ta có thể chế tạo ra các nguồn phóng xạ có kích thước nhỏ hơn, hoạt độ mạnh hơn, dụng cụ để thực hiện điều trị thay đổi, phương pháp tính liều phải thay đổi cho phù hợp để áp dụng cho chính xác, an toàn và hiệu quả Đó là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự ra đời của những hệ thống xạ trị áp sát suất liều cao nạp nguồn sau điều khiển từ xa hiện đại, với hệ thống lập kế hoạch điều trị và phương pháp tính liều ngày càng chính xác [2]

3.1 Lịch sử phát triển

Kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao nạp nguồn sau điều khiển từ xa (HDR RALs Brachytherapy - High dose rate Remote Afterloading Brachytherapy) được phát triển vào những năm 1970 Sau khi được đưa vào ứng dụng trong lâm sàng, kỹ thuật này nhanh chóng trở nên phổ biến ở các nước phát triển và đã trở thành một phương thức điều trị ung thư rất được ưa chuộng, ngày nay kỹ thuật này cũng đã trở nên phổ biến ở các nước đang phát triển, nó gần như bảo đảm an toàn tuyệt đối cho bác sĩ và nhân viên y tế trong việc tiếp xúc bức xạ không mong muốn

Hiện tại, có hơn 1000 hệ thống HDR RALs tồn tại trên toàn thế giới, bao gồm gần 400 hệ thống ở các quốc gia có thu nhập trung bình và thấp [1]

Hình 3.1 Các đơn vị nạp nguồn sau suất liều cao điều khiển từ xa đời đầu [6]

Ở Việt Nam từ năm 2000 bệnh viện Ung Bướu thành phố Hồ Chí Minh đã đưa vào sử dụng hệ thống xạ trị áp sát suất liều cao HDR Microselectron của hãng Nucletron đã điều trị hiệu quả cho hàng ngàn bệnh nhân ung thư cổ tử cung Từ năm

2010 Bệnh viện tiếp tục đưa vào sử dụng 02 hệ thống mới một là máy GammaMed Plus do hãng Varian sản xuất và một là máy MicroSelectron V3 do hãng Nucletron sản xuất để thay thế cho hệ thống cũ và tăng công suất điều trị cho bệnh nhân

Giá trung bình để mua 01 hệ thống HDR RALs vào khoản 9,3 tỉ đồng (Năm 2010) chưa tính các chi phí xây dựng cơ sở vật chất theo tiêu chuẩn an toàn xạ và trung bình mỗi năm một sử dụng 04 nguồn phóng xạ 192Ir với giá hiện nay là khoản

- Trạm điều khiển điều trị (TCS - Treatmen control station)

- Bảng điều khiển điều trị (TCP -Treatment control panel)

- Nguồn phóng xạ suất liều cao (High dose rate radioactive source)

- Ống dẫn nguồn và dụng cụ áp sát mục tiêu điều trị

(Transfer tubes, Applicators, Needles, Catheters)

- Hệ thống lập kế hoạch điều trị (Treatment planing system)

- Các phần mềm chuyên dụng được tích hợp trong hệ thống

Ngoài ra hệ thống còn có các thiết bị đi kèm để thực hiện chức năng đảm bảo

an toàn [1]

3.2.1 Đơn vị nạp nguồn điều trị (Treatment unit – TU)

3.2.1.1 Mô tả Đơn vị nạp nguồn điều trị

Hệ thống nạp nguồn sau liều cao (HDR RAL) điều trị ung thư thường sử dụng nguồn 192Ir (370 GBq) phân phối một suất liều lên đến 700/phút tại vị trí cách nguồn 1cm Để bảo đảm an toàn về mặt phóng xạ trong, hệ thống có một két an toàn được làm bằng Tungsten hoặc Uranium nghèo với độ dầy thích hợp để lưu chứa nguồn khi chưa được sử dụng Khi không thực hiện điều trị, nguồn được đặt àn toàn trong

bộ phận này, sự che chắn của nó làm giảm suất Kerma trong không khí của nguồn trên bề mặt của bộ nạp nguồn điều trị từ 1–6 μGy/h Khi ở chế độ điều trị, nguồn được điều khiển ra khỏi két an toàn tới vị trí dừng nguồn theo chương trình đã lập Trong trường hợp bị gián đoạn hoặc chấm dứt điều trị, nguồn được điều khiển rút trở lại vị trí an toàn

Đơn vị nạp nguồn điều trị điều khiển từ xa nhỏ gọn, có các bánh xe để di chuyển và gồm có: cơ cấu lái, vận chuyển cáp kiểm với nguồn giả và cáp với nguồn phóng xạ bằng motor bước, Đơn vị này di chuyển nguồn phóng xạ đi từ vị trí được che chắn an toàn tới các vị trí điều trị thông qua ống dẫn nguồn và các dụng cụ điều trị theo dữ liệu điều trị đã lập trình [1]

Các đơn vị HDR RAL hiện đại sử dụng công nghệ nguồn bước, thông qua việc điều khiển cáp nguồn theo các bước vào dụng cụ áp sát đến phân phối liều tại vị trí điều trị Đơn vị nạp nguồn điều trị có thể thực hiện điều trị cấy ghép cùng lúc nhiều kim hoặc ống thông Mỗi ống thông hoặc kim được nối với HDR RAL qua một kênh Máy tính điều khiển Đơn vị nạp nguồn lái cáp đưa nguồn đi từ vị trí an toàn thông qua một kênh nhất định đến dừng tại vị trí điều trị với lượng thời gian cụ thể Trong mỗi kênh điều trị, có thể có nhiều vị trí dừng Sau khi phân phối liều điều trị tại tất cả các vị trí trong ống thông (kênh) đã cho, nguồn được rút về vị trí an toàn

và sau đó được chuyển sang kênh tiếp theo Các vị trí nguồn dừng và thời gian dừng tại mỗi vị trí trong kênh điều trị có thể lập trình độc lập, giúp cho việc chỉ định liều phân phối tại mỗi điểm điều trị thật linh hoạt [2]

Hình 3.2 Hai Đơn vị nạp nguồn hiện đại [8]

(a) Đơn vị nạp nguồn do hãng MicroSelectron HDR – Nucletron – Hà Lan sản xuất

(b) Đơn vị nạp nguồn do hãng GammaMed Plus – Varian – Mỹ sản xuất [8]

3.2.1.2 Cơ cấu và Nguyên lý hoạt động

Một Đơn vị nạp nguồn sau từ xa là một thiết bị có bánh xe di chuyển được, nhỏ gọn có những bộ phận cơ bản sau:

- Một bộ phận che chắn an toàn phóng xạ (chứa nguồn) để giữ nguồn khi không điều trị

- Một hệ thống mô tơ bước để vận hành cáp kiểm và cáp nguồn phóng xạ

- Một hệ thống các bộ mã hóa và cảm biến vị trí và trạng thái vận chuyển nguồn

- Một bộ chỉ mục (Indexer) để phân kênh điều trị và cũng là bộ phận để kết nối dụng cụ vào Đơn vị nạp nguồn điều trị

- Cá ống truyền để nối đơn vị nạp nguồn với dụng cụ điều trị

- Dụng cụ điều trị để đặt trước vào bệnh nhân

- Bộ Accu dự phòng để vận chuyển nguồn trong trường hợp sự cố mất nguồn diện

- Hệ thống Motor có mô men xoắn cao để rút nguồn về vị trí an toàn trong những tình huống khẩn cấp

Hình 3.3 Cơ cấu vận hành cáp kiểm tra, cáp nguồn [8]

Theo hình 3.3 Khi không thực hiện điều trị nguồn nằm ở trung tâm của bộ phận che cắn an toàn (safe) Từ đó, khi nhận lệnh thi hành điều trị từ Bảng điều khiển điều trị nguồn được vận chuyển qua vòng chỉ mục (Indexer) thông qua các ống dẫn nguồn (không thể hiện) để đi vào dụng cụ, đến vị trí điều tri

- Bộ chỉ mục (Indexer) có chức năng hướng cáp nguồn khi ra khỏi két an toàn

đi đến một trong các ngõ ra (kênh) trên Đơn vị nạp nguồn Bộ phận này ho phép kết nối cùng lúc nhiều ống dẫn nguồn vào Đơn vị nạp nguồn (N = 2, 3, 18, 20, 24, lên đến 40 kênh) Phụ thuộc vào chương trình và kế hoạch điều trị đã lập Đơn vị nạp nguồn tuần di vận chuyển nguồn đến từng kênh để phân phối liều điều trị

- Khi phiên điều trị được bắt đầu, dữ liệu điều trị được tải vào Đơn vị nạp nguồn điều trị từ Trạm điều khiển điều trị (TCS), Động cơ bước điều khiển cáp kiểm (Check cable stepper motor; cáp kiểm có gắn nguồn giả giống như nguồn thật nhưng không có phóng xạ) sẽ quay cuộn cáp kiểm (Check cable drum) đẩy cáp kiểm đi ra khỏi vị trí qua Indexer vào kênh điều trị đã lập trình, đi theo lòng ống dẫn đến hết chiều dài quản đường đã lập trình và thêm một vài milimét để kiểm tra sự thông suốt cho đường đi của nguồn Cáp kiểm cũng kiểm tra để xác nhận việc kết nối chính xác giữa ống dẫn nguồn và bộ chỉ mục trên máy, giữa bộ áp hay ống luồng và ống dẫn nguồn Sau khi cáp kiểm hoàn tất việc chạy kiểm trở về vị trí ban đầu một cách ổn định và thông suốt, động cơ bước lái cáp nguồn (Soure stepper motor) quay cuộn cáp nguồn (Soure cable drum) đẩy nguồn đi từ vị trí che chắn an toàn tới kênh đã lập trình, đi theo lòng ống dẫn tới và dừng tại vị trí điều trị trong bộ áp để phân phối liều điều trị Nguồn dừng đúng vị trí và khoản thời gian đã lập trình để phân phối liều (thời gian dừng) Sau khi hoàn tất việc phân phối liều tại một vị trí, nó sẽ tiếp tục di chuyển tới vị trí tiếp theo như đã được lập trình, tuần tự như vậy cho đến khi hoàn thành chương trình điều trị ở kênh đầu tiên nguồn được rút về vị trí an toàn và được chuyển hướng để đi vào kênh điều trị kế tiếp sau khi cáp kiểm kiểm tra đường đi

thông suốt Quá trình được tuần tự lập lại cho tất cả các kênh điều trị của của phiên điều trị theo kế hoạch điều trị

- Tùy theo hãng sản xuất, có loại Đơn vị nạp nguồn có bước dừng nguồn đầu tiên là tại vị trí gần với Đơn vị nạp nguồn nhất (microSelectron và Isodose Control), trong khi có thiết bị khác (VariSource và GammaMed), có bước dừng nguồn đầu tiên tại điểm xa nhất (về phía đầu của bộ áp), và xa hơn một chút Việc nguồn bước

xa hơn phạm vi điều khiển một tí làm giảm bớt hiệu ứng chùng cáp nguồn trong cơ chế truyền động mà hiệu ứng này làm ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí dừng nguồn Các thiết bị cho phép các nguồn bước ra xa và sau đó lùi dần về đến dừng tại các vị trí điều trị gân hơn và sau đó quay trở vào trong máy là đã tính và làm đúng luôn cho việc bị chùng cáp nguồn trong việc hiệu chuẩn vị trí của nguồn

- Các bộ mã hóa quang học (Optical Encoder), các cặp cảm biến quang (Optopair) học để giám sát vị trí và trạng thái của cáp nguồn giả, cáp nguồn thật, kênh hoạt động và trạng thái khóa ống dẫn nguồn vào kênh điều trị trên Indexer Các

bộ mã hóa quang học (Optical Encoder), có khả năng phát hiện sự tắc nghẽn trong ống thông hoặc sự công, co của ống dẫn làm tăng sự ma sát trong quá trình nguồn di chuyển

Một ưu điểm khác của Đơn vị nạp nguồn sau được điều khiển từ xa là khả năng thay đổi thời gian nguồn dừng tại vị trí điều trị (tức là thời gian nguồn vẫn còn

ở một vị trí) do được áp dụng kỹ thuật nguồn bước, cho phép phân phối liều chính xác, phù hợp với thể tích mục tiêu [2]

3.2.2 Trạm điều khiển điều trị (TCS)

Trạm điều khiển điều trị (TCS - Treatment control station) cho phép người

dùng lựa chọn vị trí dừng và thời gian dừng nguồn trong mỗi kênh Có ba cách để nhập các thông tin này vào trạm điều khiển điều trị:

Khi để công tắc chìa khóa trên Bảng điều khiển điều trị ở vị trí Stanby, tại Trạm điều khiển (TCS) người sử dụng có thể nhập hoặc biên tập dữ liệu bệnh nhân

và dữ liệu điều trị Dữ liệu này có thể được nhập thủ công, nhận từ thư viện kế hoạch điều trị, nhận trực tiếp từ một hệ thống lập kế hoạch điều trị hay được tải lên

3.2.3 Bảng điều khiển điều trị (TCP)

Bảng điều khiển điều trị (TCP – Treatment control panel) nằm bên ngoài phòng điều trị để điều khiển Đơn vị nạp nguồn điều trị, màn hình hiển thị vị trí nguồn trong quá trình điều trị và máy in để in một báo cáo điều trị Bảng điều khiển điều trị nhận dữ liệu điều trị từ Trạm điều khiển điều trị [2]

Bảng điều khiển điều trị nhận dữ liệu từ trạm kiểm soát điều trị Bảng điều khiển điều trị có các nút sau:

- Nút khởi động điều trị: Chương trình điều trị được thi hành khi nút này được kích

- Nút gián đoạn: khi nút này khi được kích, nguồn được rút về vị trí an toàn

và bộ đếm thời gian điều trị ngừng đếm, cho phép người sử dụng vào phòng điều trị

mà không bị phơi nhiễm bức xạ Để khôi phục lại chương trình điều trị tại thởi điểm gián đoạn kích lại nút khôi phục hay nút bắt đầu (Start) hệ thống sẽ khôi phục lại chương trình điều trị tại thời điểm và vị trí dừng nguồn

- Nút tắt khẩn cấp khởi chạy động cơ DC khẩn cấp có mô-men xoắn cao rút nguồn về vị trí an toàn

- Công tắc chìa khóa Reset

- Công tắc chìa khóa (Operation/Standby) để đặt Đơn vị điều trị vào trạng thái sẳng sàn điều trị hoặc trạng thái Standby

- Công tắc chìa khóa Overide đề bảo vệ tránh sự vận hành Đơn vị điều trị ngoài ý muốn

Trong môt qui trình bình thường khi chương trình điều trị kết thúc, bộ định giờ đếm đến không và máy tự động rút nguồn về vị trí an toàn

3.2.4 Nguồn phóng xạ dùng trong xạ trị áp sát suất liều cao

Nguồn phóng xạ dùng trong hệ thống xạ trị áp sát nạp nguồn sau suất liều cao điều khiển từ xa (HDR RAL) để điểu trị ung thư có cường độ cao và kích thước nhỏ Ngày nay, nguồn phóng xạ được sử dụng cho các máy máy này thường là 192Ir và 60

Co Nguồn 192Ir có hoạt độ khoảng 341 GBq / mg và năng lượng tia Gamma là 0,388MeV, 370 GBq (10 Ci), Các nguồn được làm từ chất phóng xạ này thường có kích thước nhỏ và dễ che chắn hơn so với nguồn 60

Co hoặc 137Cs Nguồn phóng xạ trong máy Suất liều cao tải nguồn sau (HDR RAL) thường là dài từ 3mm đến 10

mm và đường kính nhỏ hơn 1 mm, được gắn cố định vào đầu một sợi cáp bằng thép [2]

Nguồn 192Ir do hãng Nucletron sản xuất được đặt trong một viên nang bằng thép không gỉ và viên nang này được hàn vào đầu một sợi cáp, trong khi nguồn do hãng Varian sản xuất được đặt trong một lỗ khoan ở đấu một sợi cáp và được bịt kín bằng phương pháp hàn Vì nguồn 192Ir có chu kỳ bán rã chỉ vào khoản 74 ngày nên những nguồn này cần phải được thay mới trong khoản từ 3–4 tháng một lần để bảo đảm suất liều cao cho điều trị

Theo yêu cầu về an toàn và chính xác, các nhà vật lý cần hiệu chỉnh nguồn sau mỗi lần nguồn được lắp đặt mới bằng cách sử dụng buồng ion dạng giếng và một máy đo liều điện tử, cả hai thiết bị này phải được hiệu chỉnh bởi các phòng thí nghiệm hiệu chuẩn liều lượng được công nhận (ADCL) Kết quả hiệu chuẩn nguồn thực tế cần được đối chiếu với kết quả hiệu chuẩn của nhà cung cấp và hai giá trị phải nằm trong khoảng sai khác 3% (Kutcher et al 1994) Để áp dụng trên lâm sàng,