Luận văn thạc sĩ đánh giá độ ổn định các thông số vật lý chùm tia trường chiếu bất đối xứng của máy gia tốc xạ trị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Lại Thị Định ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CHÙM TIA TRƯỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA TẠI

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lại Thị Định

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CHÙM TIA TRƯỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA

TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CHÙM TIA TRƯỜNG CHIẾU BẤT ĐỐI XỨNG CỦA MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ ELEKTA

TẠI BỆNH VIỆN QUÂN Y 103

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Bài luận văn này là kết quả học tập và nghiên cứu của tôi tại trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội và tại Trung tâm ung bướu và Y học hạt nhân Bệnh viện Quân y 103

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Trường đại học khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nhân viên Trung tâm Ung Bướu và

Y học hạt nhân - Bệnh viện Quân y 103 đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, công tác và hoàn thành luận văn này

Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Danh Thanh – Chủ nhiệm Bộ môn Y học hạt nhân – Học viện Quân y, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, gia đình và bạn

bè đã luôn ủng hộ, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong cuộc sống cũng như trong học tập để em có điều kiện tốt nhất hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2015

Trang 4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa và ứng dụng trong xạ trị 3

1.1.1 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa 3

1.1.2 Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư 7

1.2 Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị 9

1.2.1 Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị 9

1.2.2 Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư 10

1.2.3 Các phương pháp xạ trị 15

1.2.4 Thiết bị xạ trị từ xa 16

1.3 Quy trình thu thập dữ liệu trường tia 17

1.3.1 Đo liều chùm photon 18

1.3.2 Đo liều chùm electron 20

1.4 Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị 22

1.4.1 Liều sâu phần trăm 23

1.4.2 Liều lượng cực đại (Dmax): 23

1.4.3 Kích thước trường chiếu 24

1.4.4 Vùng bán dạ 24

1.4.5 Độ bằng phẳng (Flatness) 24

1.4.6 Độ đối xứng (Symmetry) 26

1.4.7 Độ lệch 27

1.5 Ứng dụng trường bất đối xứng (Asymmetric Field) trong xạ trị 28

Chương 2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Thiết bị 34

2.1.1 Máy gia tốc 34

2.1.2 Nguyên lý hoạt động, cấu tạo máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA 35

2.1.3 Các thành phần chính của máy gia tốc tuyến tính ELEKTA 39

2.1.2 Hệ thống thiết bị đo 54

2.2 Phương pháp nghiên cứu 56

Trang 5

2.2.1 Phương pháp 56

2.2.2 Các bước tiến hành 56

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 61

3.1 Liều sâu phần trăm (PDD) 61

3.2 Dữ liệu theo chiều ngang của chùm tia (Profile) 65

3.2.1 Độ bằng phẳng 71

3.2.2 Độ đối xứng 75

3.2.3 Vùng bán dạ 80

KẾT LUẬN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Trang 6

Danh mục các chữ viết tắt

GTD Gốc tự do

PDD Liều sâu phẩn trăm (Percentage Depth Dose)

LINAC Máy gia tốc tuyến tính (Linear Accelerator)

MLC Bộ chuẩn trực đa lá (Multileaf Collimator)

3-D CRT Xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u

IMRT Xạ trị điều biến liều

SSD Khoảng cách nguồn bề mặt da (Source Surface Distance)

MU Đơn vị kiểm soát liều lượng (Monitor Unit)

TPS Hệ thống lập kế hoạch điều trị (Treatment Planning

System)

FW Độ rộng trường chiếu (Field Width)

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Trọng số bức xạ 14

Bảng 2.1: Thiết kế các trường chiếu bất đối xứng: 58

Bảng 2.2: Các trường chiếu bất đối xứng cần đo: 59

Bảng 3.1 Minh họa dữ liệu đo PDD của một chùm photon (15MV, trường chiếu chuẩn đối xứng, kích thước 10x10cm, độ sâu đo 35cm 61

Bảng 3.2 Kết quả độ sâu liều cực đại các trường chiếu 6x6cm 63

Bảng 3.5 Kết quả độ bằng phẳng các trường chiếu 6x6cm 72

Bảng 3.8 Kết quả độ đối xứng các trường chiếu 6x6cm 76

Bảng 3.11 Kết quả vùng bán dạ các trường chiếu 6x6cm 81

Trang 8

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành 8

Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào 8

Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích 10

Hình 1.4: Đường cong PDD các photon năng lượng khác nhau 11

Hình 1.5: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR 11

Hình 1.6: Vùng bán dạ 12

Hình 1.7: Bản đồ các đường đồng liều không có nêm và có nêm 13

Hình 1.24 Đường cong PDD một số năng lượng electron với cùng một applicator 21

Hình 1.25: PDD và beam profile của chùm tia 23

Hình 1.27: Minh họa sự phân tách chùm tia 29

Hình 1.28: Minh họa trường chiếu đối xứng và bất đối xứng 30

Hình 1.29: Các trường chiếu bất đối xứng trong xạ trị ung thư vú 31

Hình 1.30: Các trường chiếu bất đối xứng trong xạ trị ung thư đầu cổ 32

Hình 1.31: Các trường chiếu bất đối xứng trong kỹ thuật 3D-CRT 33

Hình 2.1: Máy gia tốc xạ trị Elekta tại bệnh viện 103 34

Hình 2.2: Sơ đồ khối của dàn quay gắn trên cấu trúc dạng trống 37

Hình 2.3: Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị 38

Hình 2.4: Sơ đồ và hình ảnh súng điện tử trong máy gia tốc ELEKTA 39

Hình 2.5: Uốn chùm tia góc 900 42

Hình 2.6: Uốn chùm tia góc 2700 43

Hình 2.7: Uốn chùm tia góc 112,50 43

Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển chùm tia trên máy ELEKTA 44

Hình 2.9: Ảnh hưởng của từ trường uốn đến quỹ đạo chùm electron lối ra 45

Hình 2.10: Các thành phần chính trong đầu điều trị LINAC 46

Hình 2.11: Phân bố liều của chùm tia không có lọc phẳng và có lọc phẳng 47

Hình 2.12: Mô hình bộ lọc chùm tia và collimator sơ cấp 48

Hình 2.13: Định dạng chùm tia theo khối u của collimator đa lá 49

Hình 2.14: Collimator đa lá được gắn trong điều trị 50

Trang 9

Hình 2.15: Cấu trúc lá collimator làm giảm rò bức xạ 51

Hình 2.16: Buồng ion hóa kiểm soát liều lượng lối ra 51

Hình 2.17: (a) Chùm electron với hai lá tán xạ và bộ chuẩn trực mở (b) Phân bố của các electron tán xạ từ hai lá và bộ chuẩn trực 53

Hình 2.2: Phantom và thùng chứa nước 54

Hình 2.3: Thiết bị điều khiển detector và ghi nhận dữ liệu 55

Hình 2.4: Buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex 0,125cm3 55

Hình 2.5: Giao diện phần mềm đo liều và xử lý dữ liệu 56

Hình 2.6: Minh họa chiều quét PDD trong phantom 57

Hình 2.7: Mô tả các chiều đo profile chùm photon 58

Hình 2.8: Minh họa các trường bất đối xứng 20x20cm 59

Trang 10

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.26: Độ rộng trường chiếu và vùng bán dạ xác định theo profile 24

Biểu đồ 3.1: Phân tích dữ liệu của một đường liều sâu phần trăm 62

Biểu đồ 3.2: Kết quả đo PDD của các trường chiếu 6x6cm bất đối xứng 62

Biểu đồ 3.3: Kết quả đo PDD của các trường chiếu bất đối xứng 10x10cm 63

Biểu đồ 3.4: Kết quả đo PDD của các trường chiếu 20x20cm bất đối xứng 64

Biểu đồ 3.5: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm (Inplane) 66

Biểu đồ 3.6: Profile photon 6MV trường chiếu chuẩn 10x10cm(Crossplane) 66

Biểu đồ 3.7: Profile photon 6MV của trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm (Inplane) 67

Biểu đồ 3.8: Profile photon 6MV của trường chiếu (1) bất đối xứng 10x10cm (Crossplane) 67

Biểu đồ 3.15: Sơ đồ và bảng phân tích số liệu của một đường profile 71

Biểu đồ 3.16: Xác định vùng bán dạ từ profile 80

Comment [VW81]: N

Trang 11

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 Trong vài ba thập kỷ vừa qua, máy gia tốc y học (LINAC) đã trở thành thiết bị chiếm ưu thế trong điều trị ung thư bằng bức xạ ion hoá Hiện tại nó đã trở thành công cụ hữu hiệu không thể thiếu trong xạ trị ung thư

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 [5] 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

Trang 12

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

Tuy nhiên, trong quy trình thu thập dữ liệu chùm tia làm ngân hàng dữ liệu để lập kế hoạch điều trị trên máy gia tốc chỉ có các trường chiếu đối xứng Chính vì vậy, được sự giúp đỡ của Trung tâm Ung Bướu và Y học hạt

nhân - Bệnh viện 103, chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu đề tài: “Đánh giá độ

ổn định các thông số vật lý chùm tia trường chiếu bất đối xứng của máy gia tốc xạ trị ELEKTA tại bệnh viện Quân y 103” Mục đích đề tài luận

văn:

1/ Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA, quy trình thu thập dữ liệu chùm tia (commissioning) trên máy gia tốc xạ trị 2/ Nghiên cứu các đặc tính vật lý của chùm photon trường chiếu bất đối xứng trên máy gia tốc xạ trị ELEKTA

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, đi sâu vào tìm hiểu nguyên lý và cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính xạ trị nói chung và máy gia tốc ELEKTA nói riêng Tìm hiểu về quy trình thu thập dữ liệu chùm tia làm ngân hàng dữ liệu cho lập kế hoạch điều trị Tìm hiểu về các thông số vật lý cơ bản của chùm tia và việc ứng dụng các trường chiếu bất đối xứng trong kỹ thuật xạ trị

Chương 2: Thiết bị và phương pháp nghiên cứu, mô tả hệ thống máy

gia tốc ELEKTA 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, đánh giá phẩm chất chùm tia trường

chiếu bất đối xứng qua các thông số vật lý phân tích từ dữ liệu chùm tia như:

độ sâu liều cực đại, độ đối xứng, độ bằng phẳng và vùng bán dạ

Trang 13

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa và ứng dụng trong xạ trị

1.1.1 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa

Bức xạ ion hoá bao gồm các bức xạ hạt nhân như tia alpha, tia beta, tia gamma và bức xạ tia X, bức xạ hạt như neutron, proton Bức xạ ion hoá tác dụng lên hệ thống sống theo cơ chế trực tiếp và gián tiếp Tác dụng trực tiếp xảy ra khi năng lượng bức xạ ion hoá được các phân tử sinh học hấp thu, gây

ra hiệu ứng nhất định, tổn thương về cấu trúc, chức năng, là tiền đề cho tổn thương tiếp theo Còn tác dụng gián tiếp là thông qua sự hình thành gốc tự do (GTD), đặc biệt là GTD hình thành từ sự phân ly phân tử nước Trong cấu trúc mô sinh học, nước chiếm gần 80% khối lượng tế bào và có vai trò rất quan trọng Dưới tác dụng của bức xạ ion hoá, các GTD hình thành do phân

ly phân tử nước sẽ tác dụng lên màng tế bào, tác dụng lên các phân tử sinh học, làm sai lệch cấu trúc, rối loạn thông tin trên những phân tử sinh học, vật chất di truyền và tế bào GTD là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung thư, lão hoá

Gốc tự do hình thành còn do tác động của môi trường sống như sự ô nhiễm kim loại nặng, hoá chất, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, độc tố gây ung thư, các tia năng lượng cao (phóng xạ) GTD nội sinh (OH.) liên tục gây đột biến gen,

sự phân chia tế bào không được kiểm soát, phát sinh ung thư [1]

Tác dụng của phóng xạ tương tự tác dụng của những chất độc sinh ra trong hô hấp tế bào, chỉ khác ở chỗ là trong hô hấp tế bào, các GTD sinh ra ở

ty thể và vùng lân cận nên tác hại thường khu trú ở ADN và enzym ở ty thể; còn với phóng xạ, GTD sinh ra cả ở nội bào cũng như ngoại bào, nên hậu quả

sẽ nặng nề hơn

Gốc tự do thường tấn công vào các acid béo không no, do các nối đôi là nơi giàu các điện tử mà chúng muốn chiếm lấy Màng sinh học chứa nhiều acid béo chưa no là nơi bị các GTD tấn công tạo ra phản ứng dây chuyền làm tan rã cấu trúc màng Nếu không bị ngăn chặn, màng tế bào sẽ bị tấn công và

Trang 14

phá huỷ Ngoài các protein trên màng với vai trò receptor, kháng thể hay enzym vận chuyển các chất qua màng cũng khá nhạy cảm với GTD Các GTD hình thành: L

, HOO. , LO. , OH. , H. , LOO. gây tổn hại màng tế bào, rối loạn cân bằng nội môi, phá huỷ cấu trúc màng, peroxyt hoá lipit màng lan truyền, biến đổi các protein màng, thay đổi tính thấm, tính đàn hồi, khả năng trao đổi chất của màng tế bào Bơm Na+

-K+-ATPaza bị tổn thương bởi HO2’

dẫn đến phù tế bào Rối loạn hằng định nội môi của Ca++ làm rối loạn trao đổi ion qua màng, dẫn đến giảm ATP GTD còn phá huỷ tế bào bằng cách tấn công vào ADN và lysosom làm các enzym từ lysosom giải phóng và tiêu huỷ ngay chính tế bào hay phá huỷ tế bào bằng cách kết hợp các protein với nhau trong một quá trình gọi là sự liên kết chéo, làm các phân tử đông vón lại với nhau không đảm nhận được chức năng sinh lý bình thường [1], [7]

Những tác động trường diễn của GTD lên hệ thống miễn dịch có thể dẫn tới hậu quả trên diện rộng: khi GTD bắt đầu huỷ hoại màng tế bào, các chất của quá trình viêm như các prostaglandin được giải phóng, những chất này áp chế hệ miễn dịch, giảm đề kháng với nhiễm trùng và ngay cả với bệnh viêm thoái hoá, bệnh tự miễn và ung thư Trong khi bảo vệ cơ thể, chính bạch cầu cũng bị chết và giải phóng ra hàng loạt GTD, làm suy giảm, sai lệch hệ thống miễn dịch Sức đề kháng cơ thể do đó ngày càng giảm

Các tổn thương phóng xạ có thể xét theo các mức độ khác nhau: mức phân tử, mức tế bào và mức toàn cơ thể

- Mức độ phân tử:

Đặc điểm của các phân tử sinh học là có kích thước lớn, thường bao gồm nhiều liên kết hoá học Khi chiếu xạ, năng lượng bức xạ truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử, có thể phá vỡ các liên kết hoá học hoặc phân li các phân tử sinh học, làm mất các thuộc tính sinh học của chúng

Quan trọng nhất là tổn thương phân tử chất liệu di truyền ADN ADN

bị tổn thương do cả tác dụng trực tiếp và gián tiếp Thành phần cấu trúc cơ bản của nhiễm sắc thể là ADN, tổn thương nhiễm sắc thể xuất phát từ tổn thương ADN Đột biến xảy ra khi trình tự hoặc số lượng các nucleotide trong

Trang 15

genom ADN bị thay đổi Sự biến đổi này có thể là biến đổi số lượng tam bội; monosomy-đơn bội; mosaic) và cấu trúc của nhiễm sắc thể (mất đoạn, chuyển đoạn, đảo đoạn ) Nếu bộ nhiễm sắc thể mang một trong

(trisomy-những biến loạn này thì sẽ có biểu hiện kiểu hình dị dạng hoặc sẩy thai liên tiếp, nếu di truyền cho thế hệ sau thì con sinh ra sẽ bị dị tật bẩm sinh [7] Các bức xạ ion hóa như neutron, hạt alpha gây đứt gãy đôi cao hơn và gây nên biến loạn nhiễm sắc thể nặng nề hơn so với tia X và tia gamma Biến đổi gen do thay đổi cấu trúc của các phân tử ADN tạo ra các gen biến dị Gen biến dị bền vững, tự nhân đôi và truyền lại cho các tế bào ở lần phân chia tiếp theo Hầu hết những gen đột biến đều có hại cho cơ thể

- Mức độ tế bào:

Sự biến đổi các đặc tính của tế bào có thể xảy ra ở trong nhân và nguyên sinh chất sau chiếu xạ Các tổn thương phóng xạ lên tế bào có thể làm cho tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân và nguyên sinh chất; kìm hãm hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào; làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới việc tế bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng; gây đột biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền trên phân

tử ADN Kết quả là làm chết tế bào Đây là quá trình quan trọng nhất trong ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư

- Tổn thương ở mức toàn cơ thể:

Hội chứng phóng xạ cấp hay “Hội chứng phóng xạ toàn thân” ở động

vật có vú được đề cập đến khi cơ thể bị chiếu xạ ngoài với liều lớn trong một thời gian ngắn (thông thường cỡ ít phút) và trên một diện tích khá rộng, bởi tia X hoặc tia gamma hoặc bức xạ neutron

Thương tổn chủ yếu ở tủy xương, dạ dày-ruột hoặc thần kinh tùy thuộc liều lớn hay nhỏ Nếu bị chiếu liều >1 Gy sẽ thấy buồn nôn, nôn trong những giờ đầu Nếu bị chiếu >2Gy có thể chết Bị chiếu với liều >8Gy thì khả năng sống được rất ít Liều gây tử vong 50% nằm trong khoảng 3 - 5 Gy Bệnh diễn biến trong vòng 2 tháng, kết quả là tử vong hoặc hồi phục Trong phạm vi từ 3-10 Gy, biến chứng nhiễm khuẩn rất nguy hiểm, thường chết vì nhiễm

Trang 16

khuẩn Bệnh nhân cần được điều trị tích cực và để nằm trong môi trường vô khuẩn nhằm tránh bị nhiễm trùng thứ phát Với liều cao trên 10Gy thì ruột bị thương tổn nặng, tử vong đến rất nhanh trong vòng 3-5 ngày

Những người làm việc với phóng xạ ít khi bị chiếu với liều lớn đến mức gây tổn thương phóng xạ cấp Thường chỉ khi xảy ra tai nạn lò nguyên tử mới có nạn nhân bị chiếu liều cao Bình thường có thể bị chiếu xạ dài ngày ở mức độ thấp

Biểu hiện của tổn thương sớm trên một số cơ quan:

+ Máu và cơ quan tạo máu: lympho và tuỷ xương là những tổ chức

nhạy cảm cao với bức xạ Giảm lympho xảy ra trong vài giờ sau chiếu xạ Tế bào lympho trực tiếp bị phá huỷ, cả trong máu lưu hành và trong hạch, lách, tuyến ức Mức độ tổn thương và thời gian kéo dài của tổn thương phụ thuộc vào liều chiếu và thời gian chiếu Bạch cầu giảm với liều chiếu thấp 0,1Gy, tiểu cầu và hồng cầu giảm ở liều cao hơn, tương ứng là 0,5Gy Sự hồi phục có thể đạt được vài tháng sau chiếu xạ Các tế bào tạo máu trong tuỷ xương, kể

cả nguyên hồng cầu đều nhạy cảm với phóng xạ Xét nghiệm máu thấy giảm

số lượng lympho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và cả hồng cầu Biểu hiện lâm sàng là các triệu chứng xuất huyết, phù, thiếu máu

+ Hệ tiêu hoá: nhạy cảm nhất với phóng xạ ở niêm mạc ruột non, sau

đó ở vòm miệng, lưỡi, tuyến nước bọt, dạ dày Gan kém nhạy cảm với phóng

xạ Chiếu xạ liều cao làm tổn thương niêm mạc ruột, gây các triệu chứng như

ỉa chảy, sút cân, giảm sức đề kháng cơ thể, nặng có thể gây loét, xuất huyết tiêu hoá, xơ hoá, hoại tử

+ Da: khá nhạy cảm với phóng xạ, bị chiếu liều trung bình hoặc liều cao cấp tính gây triệu chứng giống như bỏng: viêm đỏ, ứ dịch, sạm đen, loét, hoại tử Tuy nhiên, sự hồi phục của da tương đối tốt nên liều chí tử đối với tế bào biểu bì cao hơn tế bào hệ tạo máu 10 lần

+ Cơ quan sinh dục: nhạy cảm với phóng xạ Có nhiều tinh trùng bị tiêu diệt ở liều 0,5 -1Gy Bị chiếu xạ cấp liều 5-6Gy có thể gây vô sinh lâu dài ở

Trang 17

nam, còn liều 2,5Gy có thể gây vô sinh tạm thời (12 tháng) Đối với nữ, liều

vô sinh cao hơn, khoảng 6Gy

+ Mắt: thuỷ tinh thể của mắt dễ bị tổn thương do phóng xạ Liều dưới 2

Gy đã có thể gây mù Liều chiếu cấp 7 Gy gây mù 100% Mù mắt có thể xảy

ra với thời gian từ 1-30 năm sau chiếu xạ [6]

1.1.2 Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị ung thư

Bức xạ ion hoá gây nên những biến đổi sinh học trong tổ chức sống Tuy nhiên độ nhạy cảm phóng xạ của các loại tế bào và mô trong cơ thể lại hết sức khác nhau Đặc biệt các tế bào ung thư là những tế bào có khả năng sinh sản mạnh, tính biệt hóa kém nên nhạy cảm hơn với phóng xạ so với các

tế bào lành Nếu chiếu cùng liều thích hợp vào mô ung thư và mô lành, có thể tiêu diệt được tế bào ung thư mà ít gây biến đổi nguy hiểm đối với tế bào lành Đó là nguyên lý của điều trị ung thư bằng phóng xạ [3],[4],[5]

Tất cả các kỹ thuật điều trị tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối

đa tại khối u, giảm đến tối thiểu liều ở các mô lành xung quanh Muốn vậy phải dựa trên sự khác nhau về độ nhạy cảm tia xạ các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể

- Trên cùng một cơ thể các tế bào có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau Những tế bào non đang trưởng thành (kém biệt hóa), tế bào sinh sản nhanh,

dễ phân chia thường có độ nhạy cảm cao với phóng xạ như tế bào của cơ quan tạo máu cuối cùng mô não, cơ, xương kém nhạy cảm với phóng xạ

Trang 18

Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành

- Trong ung thư, chúng ta cần phải quan tâm nhiều nhất đến các tế bào

có khả năng phân chia vô hạn: đó là các tế bào sinh clôn, có tỷ lệ khoảng 0,1 - 1% Chỉ triệt tiêu được khối u khi tất cả các tế bào sinh clôn không còn khả năng phân chia Xác suất tiêu diệt các tế bào sinh clôn này tuỳ thuộc nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự nhạy cảm với bức xạ ion hoá của các tế bào ung thư Các loại ung thư rất nhạy cảm với tia xạ như seminoma, lympho

ác tính ; nhạy cảm với tia xạ mức độ trung bình: hầu hết các carcinoma, ung thư ít nhạy cảm với tia xạ: melanoma, sarcoma

Sự nhạy cảm phóng xạ còn phụ thuộc vào chu kỳ tế bào Pha phân chia

tế bào (pha M) là thời điểm tế bào nhạy cảm nhất với phóng xạ [5]

M - phân chia tế bào

M < G 1 < S < G 2

Trang 19

Điều trị ung thư bằng chiếu xạ được ứng dụng sớm ngay từ khi hiện tượng phóng xạ mới được phát minh Với các hạt tích điện như hạt alpha có khả năng ion hóa mạnh nhưng đâm xuyên kém, không được sử dụng trong chiếu xạ từ xa Bức xạ beta (electron) có khả năng đâm xuyên khá lớn, được

sử dụng chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da Khi đi vào độ sâu khoảng 5cm thì liều lượng của chùm electron gần như bằng không, do đó ít gây tổn hại đến các mô lành

Tia gamma và tia X tác dụng gây ion hóa kém hơn các loại hạt trên nhưng có khả năng đâm xuyên rất lớn, do đó được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị từ xa Chúng có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể để điều trị các khối u sâu Với các khối u sâu trên 3cm, để giảm liều chiếu ở mặt da và ở các mô lành trên đường đi của chùm tia người ta làm nhiều chùm nhỏ chiếu theo các hướng khác nhau, hội tụ đồng tâm tại khối u cần điều trị

1.2 Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị

1.2.1 Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị

Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị ung thư bằng tia xạ trong y học, là một trong 3 phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với 2 phương pháp là phẫu thuật và sử dụng hóa chất Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng các bức xạ ion hóa hay các tia xạ với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời hạn chế thấp nhất tổn thương cho các tế bào lành xung quanh Mục đích của xạ trị là nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát triển, lan tràn của chúng, đồng thời phải bảo vệ được tế bào lành

Điều trị bằng tia xạ sử dụng độc lập có thể chữa khỏi nhiều loại ung thư còn ở giai đoạn khu trú tại chỗ như ung thư da, ung thư vòm họng, ở vùng đầu, cổ Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phương pháp phẫu thuật trong những trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn Khi đó có thể chiếu xạ tiền phẫu để giảm bớt kích thước khối u cho dễ mổ, hạn chế sự di căn lúc mổ Cũng có thể sử dụng chiếu xạ sau khi mổ để diệt những tế bào ung thư còn sót lại Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau

Trang 20

khi mổ Tùy theo từng trường hợp ta có thể lựa chọn phương pháp điều trị sao cho đạt hiệu quả cao nhất Phương pháp xạ trị cũng có thể kết hợp với điều trị hóa chất để tiêu diệt những tế bào ung thư tại khu vực mà điều trị hóa chất không thể tiêu diệt được Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Đức có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị

Nguyên tắc của xạ trị là bằng cách nào đó, phải phân bổ liều lượng đã chỉ định tập trung cao và đồng đều tại thể tích khối u, đồng thời phải giảm thiểu liều có hại cho tổ chức lành liên quan Sự tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ hướng tới làm thế nào để liều lượng bức xạ tập trung vào khối u ngày càng cao và liều chiếu mô lành phải chịu ngày càng giảm

1.2.2 Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư

• Cân bằng điện tích (Build-Up):

Là hiện tượng vật lý, xảy ra khi các chùm photon năng lượng cao tương tác với môi trường sinh ra các electron thứ cấp Tùy theo năng lượng photon

và môi trường tương tác, những electron này cũng sẽ tham gia tương tác với môi trường Liều lượng cực đại (Dmax) sẽ đạt được tại độ sâu nào đó trong môi trường khi các electron đạt đến sự cân bằng [2],[5] Miền giới hạn giữa

bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâu đạt liều lượng cực đại rất có ý nghĩa trong xạ trị, thông qua việc lựa chọn năng lượng chùm tia

Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích

Trang 21

• Liều sâu phần trăm (PDD):

Là liều hấp thụ của một điểm nằm tại độ sâu nào đó được biểu thị bằng phần trăm so với liều hấp thụ tại điểm tham khảo (thường là điểm có liều lượng cực đại) nằm trên trục trung tâm của chùm tia

Hình 1.4: Đường cong PDD các photon năng lượng khác nhau

• Tỷ số mô - không khí (TAR):

Là tỷ số của liều lượng tại một điểm nào đó trong môi trường (nước hoặc tương đương mô) so với liều lượng tại cùng điểm đó được đo trong không khí [6],[8],[15]

Hình 1.5: Mô hình xác định tỷ số mô-không khí TAR

Trang 22

• Hệ số tán xạ của collimator:

Là các giá trị liều bức xạ đo được trong không khí và tăng lên theo sự tăng của độ mở collimator (tăng theo diện tích trường chiếu)

• Kích thước trường chiếu:

Là một kích thước hình học được xác định bởi giới hạn của đường đồng liều 50% của trường chiếu đó [8]

• Vùng nửa tối - hay vùng bán dạ (Penumbra):

Hình 1.6: Vùng bán dạ

Là vùng nằm gần mép của biên các trường chiếu, ở đó liều lượng giảm một cách nhanh chóng Độ rộng của vùng bán dạ phụ thuộc vào kích thước của nguồn, vào khoảng cách từ nguồn đến giới hạn cuối của collimator và vào khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da (bề mặt phantom) [8],[15]

• Bản đồ đồng liều:

Là tập hợp một số các đường cong đồng liều của một trường chiếu và chúng thường mô tả độ chênh lệch về liều lượng giữa các đường là 10% [8],[15] Liều lượng tại các điểm trung gian khác có thể được xác định bằng cách nội suy giữa các đường Bản đồ đồng liều sẽ có hình dạng khác nhau với các kích thước trường chiếu khác nhau, với nguồn bức xạ có các mức năng lượng khác nhau

penumbr

a

Trang 23

Hình 1.7: Bản đồ các đường đồng liều không có nêm và có nêm

+ Đơn vị trong hệ SI là Gray (Gy): 1Gy = 1J/kg

+ Đơn vị cũ là rad; 1Gy = 100 rad

+ Suất liều hấp thụ: là liều lượng hấp thụ trong một đơn vị thời gian

Trang 24

Đơn vị là Gray/giây (Gy/s)

• Liều tương đương

- Định nghĩa: liều tương đương HT,R trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ

R gây ra là liều hấp thụ trong mô hoặc cơ quan đó nhân với trọng số của bức

xạ WR tác dụng lên mô hoặc cơ quan đó

HT,R = DT,R WR

- Đơn vị đo là Sievert (Sv)

- Đơn vị cũ là Rem 1Sv = 100 Rem

Bảng 1.1: Trọng số bức xạ

Gamma, tia X, β+

Nơtron chậm hay nhiệt <10keV ~5

Nơtron nhanh và proton tới 10MeV 10

+ Đơn vị đo là C/kg

+ Đơn vị cũ là Roentgen (R): 1C/kg = 3,876.103

R

Trang 25

- Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian:

X’ = dX/dt

• KERMA (Kinetic Energy Released in Material)

- Là tổng động năng ban đầu của tất cả các hạt điện tích được giải phóng bởi hạt ion hoá không mang điện trong vật liệu khối lượng dm

Có 3 cách thực hiện kỹ thuật này: cách thứ nhất dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ…; cách thứ 2 là dùng các applicator để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; cách thứ 3 người ta sử dụng các kim cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô…

Một số khối u ở những vị trí thuộc vùng hang hốc của cơ thể như cổ tử cung, trực tràng, thực quản có thể dùng một ống áp (applicator) đặt trước rồi đưa đồng vị phóng xạ vào sát với khối u để chiếu xạ [5] Như vậy có thể tăng liều chiếu ở khối u và giảm liều chiếu cho mô lành Việc đưa nguồn xạ được thực hiện sau khi đã đặt ống áp đúng vị trí, thực hiện bằng điều khiển từ xa (qua máy tính) cho nên còn gọi là xạ trị áp sát nạp nguồn sau Các kỹ thuật như dùng kim phóng xạ Radium, dùng các hạt (seed) gắn phóng xạ cấy vào

mô ung thư cũng được coi là xạ trị áp sát

- Xạ trị từ xa là phương pháp xạ trị mà nguồn phát tia ở cách bệnh nhân một khoảng nào đó Đây là phương pháp rất phổ biến trong điều trị ung thư hiện nay Phương pháp này được tiến hành với chùm photon từ nguồn phát như nguồn 60

Co hoặc chùm phát tia X năng lượng cao được tạo bởi chùm electron đã được gia tốc bởi máy gia tốc tuyến tính lái cho đập vào bia, cũng

có thể dùng trực tiếp chùm electron đã được gia tốc phát ra từ máy gia tốc

Trang 26

Trong thập kỷ qua, một số kỹ thuật mới đã được phát triển để áp dụng một cách tốt hơn trong lĩnh vực xạ trị nhằm tăng hiệu quả điều trị, giảm thiểu nguy cơ các biến chứng Sự ra đời của các phương pháp chẩn đoán hình ảnh chính xác như CT, MRI, cắt lớp phóng xạ cho phép xác định kích thước, vị trí khối u chính xác hơn, do đó thể tích chiếu xạ giảm đáng kể [5],[18] Kỹ thuật xạ trị định vị, xạ trị điều biến liều của chùm tia cho phép giảm thiểu vùng mô lành bị chiếu xạ, giảm tác dụng không mong muốn của chiếu xạ

1.2.4 Thiết bị xạ trị từ xa

Trước đây, việc xạ trị ung thư ở Việt Nam chỉ được thực hiện bằng máy

xạ trị sử dụng các tia gamma, có 2 mức năng lượng là 1,17 và 1,33MeV của đồng vị phóng xạ Cobalt-60 Xạ trị từ xa bằng máy cobalt-60 được sử dụng đầu tiên ở bệnh viện K năm 1965 [6] Xạ trị có vai trò to lớn trong điều trị nhiều loại ung thư như vú, vòm, đầu cổ, phổi, cổ tử cung

Tuy nhiên, máy Cobalt-60 có một số nhược điểm như: chỉ cho chùm photon với 2 mức năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV, liều mặt da cao, liều sâu phần trăm thấp, độ rộng bán dạ của chùm tia lớn Có độ rò rỉ bức xạ từ đầu nguồn Suất liều bức xạ giảm theo thời gian, càng về sau thì thời gian điều trị càng phải kéo dài Nhược điểm đáng kể nhất là trường chiếu của máy Cobalt-60 chỉ có dạng hình chữ nhật, kích thước 5x5 đến 30x30cm Để chùm tia bao trùm hết các tế bào u ung thư, cần phải chiếu cả một thể tích mô lành rất lớn Tác dụng không mong muốn do đó rất đáng kể

Hiện nay ở các nước tiên tiến không dùng máy Cobalt-60 trong xạ trị ung thư (đã được thay bằng máy gia tốc tuyến tính - LINAC)

Đã có 5 thế hệ máy gia tốc khác nhau:

- Máy gia tốc tia X, photon năng lượng thấp (4-8 MeV)

- Máy gia tốc 2 chùm tia: tia X, photon năng lượng trung bình (10-15 MeV) và bức xạ electron

- Máy gia tốc 2 chùm tia: tia X, photon năng lượng cao (18-25 MeV) và bức xạ electron

- Máy gia tốc 2 chùm tia năng lượng cao, điều khiển hoạt động bằng máy tính, có hệ thống multileaf collimator (MLC)

Trang 27

- Và mới nhất là máy gia tốc với 2 loại bức xạ photon và bức xạ electron năng lượng cao, chùm hạt electron được gia tốc trực tiếp và chùm photon tia

X được tạo ra do chùm điện tử đập vào đối âm cực Năng lượng của chùm tia

có rất nhiều mức khác nhau, từ 3 MeV, 6 MeV đến 15 MeV, 18 MeV…[18], cường độ chùm photon được điều biến nhờ MLC, điều biến liều có hình ảnh dẫn đường

Máy hiện đại có chuẩn trực chùm tia đa lá (MLC) với sự điều khiển tự động của máy tính, cho phép thực hiện được các kỹ thuật điều trị chiếu xạ 3D, chiếu xạ điều biến liều - IMRT IMRT là một kỹ thuật hiện đại trong điều trị ung thư, liều xạ được phân bố tối đa theo hình dạng khối u được hạn chế tối thiểu ở tổ chức lành xung quanh

1.3 Quy trình thu thập dữ liệu trường tia

Quy trình thu thập dữ liệu chùm tia trước điều trị (Commisioning) là quy trình vật lý liên quan mọi thông tin, số liệu chùm tia mà khi lập kế hoạch xạ trị sẽ cần đến và để cho việc tính toán trong điều trị thực tế sau này Chúng bao gồm các thông số về liều lượng như suất liều với các mức năng lượng khác nhau của chùm tia, các số liệu về liều sâu phần trăm và các bản đồ đồng liều hay các dữ kiện tương tự (vùng bán dạ, độ đối xứng, độ bằng phẳng ) được lưu trữ trong máy tính dùng cho việc lập kế hoạch điều trị [2],[8] Commisioning đối với các thiết bị chiếu xạ ngoài là một công đoạn trong một qui trình được thực hiện theo các bước như sau:

- Thu thập dữ liệu chùm tia bức xạ (commisioning)

- Thiết lập những dữ liệu này thành bộ dữ liệu liều

- Nhập các dữ liệu này vào ngân hàng dữ liệu lập kế hoạch điều trị (Treament Planning)

- Phát triển các qui trình đo liều, lập kế hoạch điều trị và điều trị

- Kiểm tra sự chính xác của các qui trình trên

- Thiết lập qui trình và kiểm tra, kiểm soát chất lượng điều trị

- Đào tạo cho tất cả các nhân viên có liên quan đến xạ trị

Tùy thuộc vào các hãng sản xuất máy gia tốc khác nhau, các phần mềm lập kế hoạch, thay thế các thiết bị chính khác nhau của máy gia tốc mà thời gian đòi hỏi cho việc commisioning cũng khác nhau

Trang 28

1.3.1 Đo liều chùm photon

1.3.1.1 Liều sâu phần trăm tại trục trung tâm (PDD)

Đo liều sâu phần trăm tại trục trung tâm là công việc đầu tiên trong qui trình commissioning, để thực hiện công việc này, bề mặt của phantom nước được đặt ở một khoảng cách nhất định nào đó (thông thường là 100 cm) hoặc

là điểm đồng tâm Dữ liệu về liều lượng phụ thuộc vào độ sâu theo chiều thẳng đứng của buồng ion hóa trong phantom nước sẽ được đo lường từ đáy đến bề mặt của phantom

Các giá trị PDD nên được đo lường trong khoảng kích thước trường chiếu từ 3x3 cm đến 40x40 cm Sự gia tăng giữa các trường chiếu không nên lớn hơn 5 cm, thông thường là 2 cm Độ sâu đo liều tối đa thường trong khoảng 35 - 40 cm

1.3.1.2 Hệ số liều lối ra

Liều lượng lối ra (cGy/MU) sẽ tăng khi tăng kích thước của ống chuẩn trực hoặc kích thước trường chiếu Sự tăng lên này có thể đo được khi đo liều tại điểm độ sâu liều cực đại zmax với mỗi kích thước trường chiếu khác nhau Thay vì làm việc đó, sự gia tăng của liều lối ra có thể đo được bằng cách làm khớp chiều sâu cho mỗi trường chiếu và liều lối ra tại zmax , sử dụng giá trị xấp

xỉ liều sâu phần trăm tại trục trung tâm

Tuy không đề cập đến vấn đề kỹ thuật nào được sử dụng, nhưng sự gia tăng của liều lối ra phải được chuẩn hóa đối với liều bức xạ lối ra của trường chiếu chuẩn, đó là trường chiếu 10 x 10 cm Kết quả của hệ số này được tham khảo như là hệ số lối ra

1.3.1.3 Hệ số truyền qua khay

Hầu hết các máy gia tốc điều trị nếu không được trang bị collimator đa lá thì thường có ống chuẩn trực kích thước hình chữ nhật Trong khi kích thước của thể tích điều trị hiếm khi có dạng hình chữ nhật, vì vậy cần các khối che chắn có mật độ lớn được sử dụng để bảo vệ các tổ chức lành không bị chiếu

xạ, nhất là những tổ chức lành có độ nhạy cảm phóng xạ cao Những khối che chắn này được làm từ các hợp kim khác nhau, tùy thuộc và các nhà cung cấp

Trang 29

máy gia tốc Trong rất nhiều trường hợp, các khối che chắn (block) được gắn trên các khay plastic để cố định vị trí chính xác các khối đó Các khay này lại nằm trong trường chiếu xạ vì vậy lượng bức xạ truyền qua khay so với lượng bức xạ phát ra phải được đo đạc, có hệ số truyền qua để tính toán liều nhận được của bệnh nhân

Sự truyền qua của đối với các khay rắn có thể đo được dễ dàng bằng cách đặt buồng ion hóa trên trục trung tâm tại độ sâu 5 cm trong phantom với kích thước trường chiếu là 10x10 cm Hệ số tín hiệu thu được từ buồng ion hóa khi chiếu xạ có khay so với không có khay là hệ số truyền qua khay Mặc

dù hệ số truyền qua khay nên được đo lường ở một số độ sâu và kích thước trường chiếu khác nhau nhưng hệ số này thường ít thay đổi và phụ thuộc vào một loại khay nhất định nên một giá trị có thể sử dụng cho tất cả các độ sâu

và kích thước trường chiếu khác nhau

1.3.1.4 Hệ số truyền qua nêm tại trục trung tâm

Nêm được sử dụng để tạo hình dáng phân bố của trường điều trị chiếu

xạ Hệ số truyền qua nêm tại trục trung tâm là hệ số của liều tại một độ sâu xác định trên trục trung tâm của một trường chiếu có kích thước nhất định khi đặt nêm trong trường chiếu xạ với liều trong cùng điều kiện khi không có nêm đặt trong trường chiếu

Để xác định hệ số truyền qua nêm tại trục trung tâm đối với một trường chiếu tại độ sâu nhất định, buồng ion hóa nên được đặt ở trục trung tâm của trường chiếu và trục của nó song song với độ dày nhất định của nêm Sự đo lường được tiến hành với nêm tại vị trí ban đầu của nêm và vị trí nêm quay

1800 Việc thiết lập này nhằm kiểm tra nêm và buồng iôn hóa được đặt đúng

vị trí

1.3.1.5 Nêm động

Máy gia tốc tuyến tính hiện đại thường có một nêm với góc cố định, tuy nhiên có thể chuyển động ra hoặc vào trong trường tia Các góc nêm khác được tính toán thông qua việc thay đổi suất liều của chùm tia Kỹ thuật này là

kỹ thuật nêm động Những thao tác kỹ thuật lâm sàng có nêm động yêu cầu

Trang 30

phải có những thông tin đo lường về liều sâu phần trăm tại trục trung tâm, hệ

số truyền qua nêm tại trục trung tâm và dữ liệu các thông số vật lý chùm tia khi có nêm động

1.3.1.6 Dữ liệu chùm tia theo chiều ngang (Beam Profile)

Sự phân bố của liều tại bất kỳ điểm nào trong chùm tia xạ phải được biết trong quá trình lập kế hoạch Dữ liệu chùm tia theo chiều ngang tiến hành nhằm xác định liều tại một điểm không nằm trên trục trung tâm Thông thường, dữ liệu tại một điểm không nằm trên trục được danh định hóa với liều tại một điểm nằm trên trục trung tâm ở cùng độ sâu Những dữ liệu này được tham khảo với hệ số lệch trục (OAR), nó kết hợp với dữ liệu tại trục trung tâm tạo ra các đường cong đồng liều (Isodose curve)

Số lượng của dữ liệu và độ sâu các dữ liệu này thu được phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống lập kế hoạch (TPS), tùy thuộc vào độ chính xác của thuật toán trong phần mềm TPS Một điều hiển nhiên là những dữ liệu chùm tia này nên được đo cả khi có nêm và không có nêm Dữ liệu chùm tia khi có nêm có thể kết hợp với liều sâu phần trăm tại trục trung tâm và góc nêm sẽ tạo

ra các đường cong đồng liều khi có nêm Bất kỳ sự thay đổi nào của hệ số nêm (WF) sẽ làm thay đổi các đường cong đồng liều tại các độ sâu khác nhau

1.3.2 Đo liều chùm electron

1.3.2.1 Đo liều sâu phần trăm trục trung tâm (PDD)

Các giá trị liều sâu phần trăm trục trung tâm chùm electron có thể đo với buồng ion hóa hình trụ và buồng ion hóa phẳng song song, diodes và film Điểm hiệu dụng của phép đo đối với các buồng ion hóa phẳng song song là

bề mặt của cửa sổ lối vào Còn đối với các buồng hình trụ, điểm hiệu dụng dịch chuyển từ tâm buồng đến 0,6 bán kính khoang chứa khí phía trước nguồn Liều sâu phần trăm là một trong những đặc tính vật lý cơ bản, quan trọng của chùm electron thu được bằng cách đo sự phân bố liều bức xạ như một hàm số của độ sâu, dọc theo trục trung tâm của chùm tia trong môi trường đồng nhất Hình ảnh phân bố liều sâu theo trục trung tâm của một số mức năng lượng electron được minh họa trên hình dưới

Trang 31

Hình 1.24 Đường cong PDD một số năng lượng electron

1.3.2.2 Liều lối ra

Liều bức xạ lối ra (cGy/MU) như là một hàm của kích thước trường chiếu và được xác định tại độ sâu liều cực đại zmax với khoảng cách SSD tiêu chuẩn Trong kỹ thuật xạ trị bằng electron hiện nay, người ta thường sử dụng các applicator với kích thước từ 5 x 5 cm2

đến 25 x 25 cm2 với 5 cm tăng dần Mục đích của các applicator là khác nhau, phụ thuộc vào các nhà sản xuất Một số applicator để giảm vùng bán dạ, trong khi một số khác sử dụng để tránh tán xạ electron ở bên cạnh ống chuẩn trục hình nón để tăng sự bằng phẳng cho trường chiếu Liều lối ra cho mỗi ống chuẩn trục hình nón phải được xác định cho mỗi mức năng lượng Giá trị này thông thường được tham khảo như là hệ số applicator hơn là hệ số lối ra

Trang 32

1.3.2.3 Dữ liệu chùm tia theo chiều ngang (Beam Profile)

Đối với chùm photon, dữ liệu chùm tia được đo lường theo chiều ngang

để xác định phân bố liều tại một vị trí không nằm trên trục của chùm photon Những thông tin này kết hợp với liều sâu phần trăm tại trục trung tâm để tạo nên sự phân bố các đường đồng liều Số lượng các dữ liệu chùm tia theo chiều ngang và độ sâu phải thực hiện phụ thuộc vào dữ liệu cần nạp vào ngân hàng

dữ liệu phần mềm lập kế hoạch

Những dữ liệu chùm tia theo chiều ngang đối với chùm electron cũng như vậy, được thu nhận trong phantom nước với buồng ion hóa nhỏ Bề mặt của phantom được đặt tại độ sâu cách nguồn 100cm và buồng ion hóa sẽ quét vuông góc với trục trung tâm để thu thập dữ liệu

1.4 Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị:

Máy gia tốc xạ trị ELEKTA tại Bệnh viện Quân y 103 sử dụng 2 loại bức xạ trong lâm sàng điều trị ung thư là chùm electron và chùm tia X

- Chùm electron: có 5 mức năng lượng 6, 9, 12, 15 và 18MeV; được sử dụng để điều trị những khối u nông gần bề mặt da cơ thể (nhỏ hơn 50mm)

- Chùm photon: có 2 mức năng lượng là 6 và 15MV, được sử dụng để điều trị những khối u nằm sâu trong cơ thể Chùm photon thường được sử dụng với nhiều trường chiếu kết hợp với nhiều hướng chiếu khác nhau, điều này có thể phân bố một liều lượng rất cao vào khối u trong khi liều mặt da tương đối thấp [9],[10]

Đo các thông số vật lý chùm tia là công đoạn bắt buộc được thực hiện sau khi lắp đặt máy Người ta sử dụng một hệ thống thiết bị đo và phantom nước chuyên dụng có các hệ cơ khí điều khiển di chuyển buồng đo để đo liều

ở nhiều vị trí khác nhau, từ đó một phần mềm máy tính sẽ tính toán các thông

số vật lý của chùm tia Những kết quả này sẽ được đưa vào ngân hàng dữ liệu của phần mềm tính liều như: phân bố liều tương đối theo độ sâu dọc theo trục chính của chùm bức xạ (liều sâu phần trăm), phân bố liều tương đối theo mặt cắt ngang của chùm tia (beam profile) cùng với các thông số vật lý

Trang 33

Các thông số này được đo với mọi loại tia (tia X, electron), mọi năng lượng và với các trường chiếu có kích thước khác nhau, có hay không có các nêm Mỗi một hãng sản xuất có một phương pháp xác định và thể hiện kết quả các thông số vật lý khác nhau nhưng về cơ bản vẫn đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn tương đương Cách đo và tính toán các thông số vật lý của chùm tia X và electron chủ yếu dựa trên các thuật toán giống nhau, chỉ có một vài thông số có sự khác biệt

Hình 1.25: PDD và beam profile của chùm tia

Các thông số vật lý chùm tia gồm:

1.4.1 Liều sâu phần trăm (PDD):

Là liều hấp thụ của một điểm nằm tại độ sâu nào đó được biểu thị bằng phần trăm so với liều hấp thụ tại điểm tham khảo (thường là điểm có liều lượng cực đại) nằm trên trục trung tâm của chùm tia

1.4.2 Liều lượng cực đại (Dmax):

Dmax sẽ đạt được tại độ sâu nào đó (zmax) trong môi trường khi các electron đạt đến sự cân bằng Miền giới hạn giữa bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâu đạt liều lượng cực đại rất có ý nghĩa trong xạ trị, thông qua việc lựa chọn năng lượng chùm tia

Giá trị chấp nhận của zmax đối với chùm photon của ELEKTA [9]:

6MV: zmax = 1,6cm ± 0,2cm

15MV: zmax = 2,8cm ± 0,2cm

Trang 34

1.4.3 Kích thước trường chiếu (Field Size) hay độ rộng trường chiếu (Field

Width): là một kích thước hình học được xác định bởi giới hạn của đường đồng liều 50% của trường chiếu đó [9]

Sai số chấp nhận: 1 mm đối với các trường nhỏ hơn 20 x 20 cm2

1% đối với các trường lớn hơn 20 x 20 cm2

1.4.4 Vùng bán dạ (Penumbra):

Là vùng nằm gần mép của biên các trường chiếu, ở đó liều lượng giảm một cách nhanh chóng Độ rộng của vùng bán dạ phụ thuộc vào kích thước của nguồn (bia), vào khoảng cách từ nguồn đến giới hạn cuối của collimator

và vào khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da (bề mặt phantom)

Vùng bán dạ có 2 giá trị khác nhau tại hai mép phải và trái của trường chiếu Với máy gia tốc xạ trị ELEKTA, vùng bán dạ được đo đạc và xác định

là khoảng cách giữa 2 giá trị liều 80% và 20% tại mép trường chiếu

Giá trị chấp nhận của vùng bán dạ [9]:

Với trường chiếu kích thước nhỏ hơn 15x15cm: 7,00 mm

Với trường chiếu kích thước 15x15 tới 40x40cm: 8,00 mm

Biểu đồ 1.26: Độ rộng trường chiếu và vùng bán dạ xác định theo profile

1.4.5 Độ bằng phẳng (Flatness):

Độ bằng phẳng được đo và tính toán theo các phương pháp sau [16]:

Trang 35

+ Theo ELEKTA: (tiêu chuẩn IEC-976):

Flatness = 100*Dmax/Dmin

Dmax: liều lớn nhất đạt được tại bất kỳ vị trí nào trong trường chiếu Dmin: liều nhỏ nhất đạt được bên trong vùng bằng phẳng

Vùng bằng phẳng được xác định:

Đối với chùm photon:

Theo trục trung tâm:

Flattened Area = FW - 2*1cm nếu 5 ≤ FW ≤ 10

Theo trục đường chéo:

Đối với chùm electron:

Flattened Area giới hạn từ 1cm bên trong chu vi đường đồng liều 90% Giá trị chấp nhận của độ bằng phẳng (theo ELEKTA) [9]:

<106% đối với trường chiếu dưới 30x30cm

<110% đối với trường chiếu từ 30x30 đến 40x40cm

+ Theo Varian:

Flatness = 100 * |Dmax-Dmin| / (Dmax+Dmin)

Dmax, Dmin - được xác định trong vùng bằng phẳng bằng 80% độ rộng trường chiếu

+ Theo Siemens:

Đối với chùm photon: (Variation over Mean - 80%)

Flatness = 100 * |Dmax-Dmin| / (Dmax+Dmin)

Dmax, Dmin - được xác định trong vùng bằng phẳng bằng 80% độ rộng trường chiếu

Đối với chùm electron: (Variation over Mean FW-3cm)

Flatness = 100*(Dmax – Dmin) / (Dmax + Dmin)

Trang 36

Dmax, Dmin - được xác định trong vùng bằng phẳng bằng FW - 3cm (với FW-Field Width là độ trường chiếu)

Symmetry = 100 * Max(|PointL/ PointR| , |PointR / PointL|)

Point L – điểm liều lượng bên trái

Point R – điểm liều lượng bên phải

Vùng bằng phẳng được xác định:

- Theo trục trung tâm:

- Theo trục đường chéo:

Flattened Area giới hạn từ 1cm bên trong chu vi đường đồng liều 90% Giá trị chấp nhận của độ đối xứng (theo ELEKTA):

<103% đối với mọi trường chiếu, mọi mức năng lượng [9] + Theo Varian: độ bằng phẳng được xác định theo hiệu số lớn nhất giữa các điểm liều lượng với cùng một khoảng cách tính từ trục trung tâm trong vùng bằng phẳng bằng 80% độ rộng trường chiếu

Symmetry = 100 * Max(|PointL – PointR|) / DCAX

PointL – điểm liều lượng bên trái

Trang 37

PointR – điểm liều lượng bên phải

DCAX – Liều lượng tại trục trung tâm (Central Axis Dose)

+ Theo Siemens:

Symmetry = (100 * |AreaL – AreaR| / (AreaL + AreaR)) /2

AreaL – diện tích nửa bên trái giới hạn bởi đường profile

AreaR – diện tích nửa bên phải giới hạn bởi đường profile

Theo trục trung tâm:

Theo trục đường chéo:

(FW – độ rộng trường chiếu)

Vùng bằng phẳng được xác định giới hạn là 1 cm bên trong chu vi đường đồng liều 90%

+ Theo Varian:

Độ lệch của chùm photon và chùm electron được xác định như nhau: Deviation = 100*(Dmax/DCAX)

DCAX - Liều lượng tại trục trung tâm (Central Axis Dose)

Dmax là giá trị liều lượng đo được lớn nhất trong vùng bằng phẳng

Trang 38

Vùng bằng phẳng được xác định bằng 80% của FW

+ Theo Siemens:

- Đối với chùm photon:

Deviation = 100*(Dmax/DCAX) DCAX – Liều lượng tại trục trung tâm (Central Axis Dose)

Dmax là giá trị liều lượng đo được lớn nhất trong vùng bằng phẳng Vùng bằng phẳng được xác định bằng 80% của FW

- Đối với chùm electron:

Deviation = 100*(Dmax/DCAX)

Vùng bằng phẳng được xác định bằng FW - 3cm

1.5 Ứng dụng trường bất đối xứng (Asymmetric Field) trong xạ trị

Những thế hệ máy gia tốc xạ trị trước đây thường có 4 ngàm để xác định trường chiếu hay là các collimator Thông thường mỗi cặp của 2 ngàm đối diện thường chuyển động đồng thời để xác định chiều dài và chiều rộng của mỗi trường chiếu, kết quả là những trường chiếu vuông hoặc chữ nhật được tạo ra luôn đối xứng qua trục trung tâm

Tuy nhiên, những thế hệ máy gia tốc xạ trị hiện đại được trang bị hệ collimator hay các ngàm mà có thể chuyển động một cách độc lập, cho phép tạo ra các trường chiếu bất đối xứng mà vị trí tâm trường chiếu khi đó sẽ không trùng với trục trung tâm của chùm tia

Trong những trường hợp này, một trong hai ngàm được đóng mở độc lập

so với ngàm còn lại để tạo những trường chiếu bất đối xứng, các trường này thường có kích thước nhỏ

Ví dụ, một ngàm độc lập có thể được di chuyển để che chắn một nửa chùm tia dọc theo trục trung tâm để khử độ phân kỳ của chùm tia Đặc tính này rất hữu ích trong những trường hợp các trường chiếu liền kề vì giữa các vùng trường chiếu liền kề khi chiếu xạ có khả năng gây ra sai số liều lượng lớn hơn Hậu quả là những vùng thể tích chiếu bị hụt liều sẽ có nguy cơ tái phát cao hoặc những vùng bị quá liều sẽ có nhiều biến chứng sau tia xạ [17] Trong thực tế lâm sàng thường tạo ra các trường chiếu liền kề, nhất là các

Trang 39

khối u nông gần bề mặt da của bệnh nhân Tuy nhiên phải cân nhắc là các điểm nóng do quá liều được sinh ra vì sự gối nhau của các trường chiếu đó tại

độ sâu nào đó có thể chấp nhận được hay không về mặt lâm sàng, cần chú ý

cả độ lớn quá liều và thể tích của điểm nóng

Hình 1.27: Minh họa sự phân tách chùm tia

Chức năng chuyển động độc lập của các ngàm cũng có thể được thực hiện để phân tách chùm tia thành những trường chiếu nhỏ hoặc như là sự che chắn thứ cấp tại mép trường chiếu, do đó có thể tránh được sự chiếu xạ không cần thiết vào các mô lành hoặc tổ chức nhạy cảm Liều lượng các tổ chức nhạy cảm nhận được (tủy sống, màng tim, thủy tinh thể, cơ quan sinh dục ) không được vượt quá giới hạn liều chịu đựng Trong phương pháp này, chùm tia được phân tách dọc theo mặt phẳng chứa trục trung tâm bằng cách sử dụng ngàm độc lập che nửa chùm tia, do đó loại bỏ được độ phân kỳ hình học của chùm tia tại đường phân chia [17],[19]

Các ngàm chuyển động độc lập còn cho phép giảm thời gian thực hiện

kỹ thuật xạ trị trên bệnh nhân và cho phép nhân viên y tế giảm được công đoạn đúc khuôn che chắn với những khối chì nặng

Trong thực hành xạ trị, những vị trí lâm sàng có thể sử dụng những trường chiếu bất đối xứng một cách điển hình như là ung thư vú, ung thư đầu

cổ, ung thư tiền liệt tuyến, bệnh hạch ác tính và ung thư vùng đốt sống sọ

Trang 40

Hình 1.28: Minh họa trường chiếu đối xứng và bất đối xứng

Hiện nay, các thế hệ máy gia tốc xạ trị được trang bị hệ collimator đa lá thì trường chiếu bất đối xứng có thể được sử dụng cho hầu hết các vị trí lâm sàng, đặc biệt trong các kỹ thuật xạ trị hiện đại như xạ trị 3 chiều theo hình dạng khối u, xạ trị điều biến liều

- Chẳng hạn, trong xạ trị ung thư vú người ta sử dụng các trường chiếu:

02 trường chiếu tiếp tuyến đối xứng (cho nền u)

01 trường chiếu nách (cho hệ hạch nách)

01 trường chiếu thượng đòn (cho hạch thượng đòn)

Trong kỹ thuật trường bất đối xứng, người ta có thể sử dụng một ngàm độc lập thiết lập những trường chiếu bất đối xứng cho thượng đòn và các trường tiếp tuyến tại vú

Sử dụng hai cặp ngàm có thể tạo được các trường chiếu tiếp tuyến dọc theo thành ngực không bị phân kỳ Kỹ thuật này cho phép thiết lập tất cả các trường chiếu có tâm tham chiếu tại một điểm bao gồm cả trường nách sau Cặp ngàm chiều Y được dùng để tách các vùng trường chiếu cho các trường tiếp tuyến và trường thượng đòn một cách tương ứng

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	2,93 MB