›
›

Luận văn Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị

pdf 59 trang hapham 130
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_phan_bo_lieu_hap_thu_trong_phantom_theo_be_day_va_k.pdf

Nội dung text: Luận văn Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG LUẬN VĂN CAO HỌC Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị 1
  2. LỜI MỞ ĐẦU Khi nói đến bức xạ nói chung và bức xạ hạt nhân nói riêng mọi người thường nghĩ ngay đến tác hại của nó. Tác hại của bức xạ hạt nhân được thể hiện rõ rệt qua hậu quả hai quả bom nguyên tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản trong chiến tranh thế giới thứ II. Và gần đây nhất là thảm họa nhà máy điện hạt nhân Trecnobưn, ngày 26 tháng tư năm 1986 và nhà máy Mayak, ngày 29 tháng 9 năm 1957[11]. Tuy nhiên, phục vụ cuộc sống nhằm kéo dài và nâng cao chất lượng cuộc sống đó là mục đích của mọi ngành khoa học chân chính. Bức xạ hạt nhân khi sử dụng với mục đính phá hoại hoặc trong những sự cố không kiểm soát thì nó có tác hại vô cùng to lớn. Nhưng khi sử dụng với mục đích cải thiện, nâng cao chất lượng và giúp ích cuộc sống thì bức xạ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng quan trọng. Bức xạ được sử dụng để phục vụ cuộc sống trong chiếu xạ, trong việc tạo giống mới và trong điều trị ung thư Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và chùm photon Gamma nói riêng trong xạ trị là: - Tương tác của chùm photon Gamma với vật chất. - Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm photon. Trong cuộc sống có rất nhiều nguyên nhân và rất nhiều căn bệnh làm giảm tuổi thọ con người hoặc làm cuộc sống trở nên vô nghĩa vì luôn bị hành hạ bởi những cơn đau kéo dài. Một trong những nguyên nhân rất lớn gây hại cho cuộc sống là bệnh ung thư. Ung thư là một tập hợp các bệnh được biểu thị bởi sự phát triển lan rộng khối u. “Vấn đề ung thư” là một vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa nhất ở Châu Âu, vượt qua cả bệnh tim và là nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Ở Canada và Mỹ có tới 130000 và 1200000 người mỗi năm được chuẩn đoán là mắc bệnh ung thư [2]. Đặc biệt là ở những nước đang phát triển như Việt Nam các yếu tố môi trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực sự hợp vệ sinh . là những nguyên nhân làm gia tăng số người bị bệnh ung thư. Việc điều trị ung thư bằng tia xạ đã có một quá trình lịch sử rất lâu dài có thể nói từ năm 1895, khi Roentgen phát hiện ra tia X và tới ngày 27 tháng 10 năm 1951 bệnh nhân đầu tiên trên thế giới được điều trị bằng tia gamma Coban-60. Việc ra đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư gặp khá nhiều vấn đề bất cập. Chính vì vậy có thể nói ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại là sự phát minh ra máy gia tốc tuyến tính vào những năm 1960. Từ đó tới nay, với việc 2
  3. ứng dụng công nghệ thông tin, và các kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị, vào trong xạ trị bằng máy gia tốc kết hợp với việc cải tiến về phần cơ khí đã làm cho phương pháp xạ trị đang dần thay thế hoàn toàn các phương pháp xạ trị từ xa khác, đem lại hiệu quả ngày càng cao trong điều trị ung thư. Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh viện K Hà Nội) đã dùng máy Coban, các nguồn radium vào trong xạ trị. Bên cạnh đó, một số cơ sở y tế khác như bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy – Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 đã sử dụng các đồng vị phóng xạ trong điều trị ung thư. Máy gia tốc được đưa vào Việt Nam từ tháng 1 năm 2001 tại Bệnh Viện K – Hà Nội. Hiện nay ngoài bệnh viện K – Hà Nội, ở nước ta đã có nhiều bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương, Phương pháp xạ trị từ xa dùng máy gia tốc hiện đang có xu hướng phát triển ở nước ta. Tuy nhiên số lượng máy còn quá ít so với yêu cầu thực tế. Và đây cũng là thiết bị mới đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao.Chính vì vậy việc tìm hiểu và quảng bá những kiến thức về xạ trị, nguyên lý hoạt động của máy và tìm hiểu chính xác những thông số mà tia xạ của máy phát ra để sử dụng điều trị tốt cho bệnh nhân là vấn đề rất cần thiết. Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài: “ Phân bố liều hấp thụ trong Phantom theo bề dày và khoảng cách đến trục của chùm photon năng lượng 6 MV và 15 MV dùng trong xạ trị ”. Mục đích của đề tài đặt ra: Tìm hiểu cơ chế tương tác của chùm bức xạ với vật chất Tìm hiểu phương pháp dùng chùm Photon trong xạ trị và những ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp xạ trị khác. Tìm hiểu cơ chế phát chùm photon của máy PRIMUS – Siemens và khảo sát bằng thực nghiệm một số thông số đặc trưng của chùm Photon phát ra từ máy PRIMUS – Siemens Xác định phân bố liều hấp thụ trong phantom của chùm photon với mức năng lượng 6MV và 15MV theo bề dày với kích thước trường chiếu khác nhau, từ đó xác định vị trí điều trị. Đồng thời xác định phân bố liều hấp thụ khoảng cách tới trục với bề dày khác nhau, từ đó đánh giá độ đồng đều và độ bằng phẳng của liều hấp thụ. Ngoài phần mở đầu kết luận bản luận văn này được chia thành ba chương. 3
  4. Chương 1: Cơ sở của phương pháp xạ trị dùng chùm Photon đề cập đến cơ sở vật lý và cơ sở sinh học của việc sử dụng chùm Photon trong xạ trị, quá trình tương tác của photon với vật chất và với cơ thể sống, tác dụng sinh học của bức xạ và các đơn vị đo liều lượng bức xạ. Chương 2. Phương pháp thực nghiệm trình bày vắn tắt nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy gia tốc Primus- Siemens, phương pháp thực nghiệm xác định đặc trưng của chùm photon từ lối ra máy gia tốc. Chương 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận tiến hành thực nghiệm đo liều hấp thụ tương đối của chùm photon trong phantom theo bề dày và khoảng cách tới trục. Xây dựng đường cong liều hấp thụ tương đối của chùm photon trong phantom theo bề dày và khoảng cách tới trục, từ đó tiến hành đánh giá chất lượng chùm photon năng lượng 6 MV và 15MV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS trong điều trị ung thư tại Bệnh Viện K 4
  5. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG CHÙM PHOTON 1.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất [7] Bức xạ gamma là chùm hạt photon có năng lượng lớn. Khi đi trong môi trường vật chất, chúng tương tác với môi trường thông qua các hiệu ứng: hiệu ứng tán xạ, hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tạo cặp và quang hạt nhân. Các hiện tượng này có xảy ra hay không hoặc xảy ra với mức độ nào phụ thuộc vào năng lượng của photon gamma và nguyên tử số của môi trường mà nó đi qua. Phương pháp xạ trị sử dụng chùm gamma với mức năng lượng lớn nhất là 15 MeV nên ta chỉ quan tâm tới các hiệu ứng hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và hiện tượng tạo cặp. 1.1.1. Hiện tượng hấp thụ quang điện Khi năng lượng của bức xạ gamma tăng lên, lớn hơn thế năng ion hóa nguyên tử, hiện tượng tán xạ Rayleigh không còn, xác suất xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện bắt đầu tăng. Photon đến bị hấp thụ toàn bộ bởi một nguyên tử. Năng lượng này được truyền toàn bộ cho một electron của nguyên tử. Electron nhận được năng lượng lớn hơn thế năng ion hóa của nó nên bứt ra khỏi nguyên tử, gọi là quang electron. Một phần năng lượng để thắng thế năng ion hóa, phần còn lại biến thành động năng chuyển dộng của nó. Để xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện đối với một electron nằm ở lớp nào đó của nguyên tử thì năng lượng của photon bị hấp thụ phải lớn hơn thế năng ion hóa của lớp đó. Xác suất xảy ra hấp thụ quang điện được đặc trưng bằng tiết diện hấp thụ quang điện trên một nguyên 2 tử  a (cm ) . Người ta gọi xác suất xảy ra hiện tượng quang điện trên một đơn vị thể tích môi trường chất hấp thụ là hệ số suy giảm tuyến tính của môi trường đối với hiệu ứng quang điện, ký hiệu kq , được tính bằng công thức: 7 N A (1.1) kq . . a M A trong đó: là mật độ môi trường MA: nguyên tử gam của chất hấp thụ NA: Số Avogadro 5
  6. Mặt khác để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ hạt nhân của một môi trường, người ta thường dùng hệ số suy giảm khối. Hệ số suy giảm khối của một môi trường đối với hiệu ứng quang điện được tính như sau: k  q q ( 1.2 ) Từ hai công thức trên ta rút ra được công thức tính hệ số suy giảm khối do hấp thụ quang điện của một môi trường theo hệ số suy giảm tuyến tính là: N  A . ( 1.3 ) q M a A Người ta còn tính được hệ số hấp thụ quang điện trên một nguyên tử phụ thuộc vào năng lượng photon tới và nguyên tử số của môi trường theo công thức: 3,94 23 Z Khi  I K ( 1.4 )  a 5,01.10 3  Z 4,3 24 Khi I  I ( 1.5 )  a 1,62.10 3 K L  trong đó Z là nguyên tử số của môi trường IK và IL là thế năng ion hóa của lớp K và lớp L của nguyên tử môi trường. Từ hai công thức trên ta thấy khi Z càng lớn thì hệ số hấp thụ quang điện càng lớn. Nghĩa là hiện tượng quang điện xảy ra mạnh với với các chất có nguyên tử số lớn hay các nguyên tố nặng. Mặt khác, khi năng lượng của bức xạ gamma tăng thì tiết diện hấp thụ quang điện giảm theo hàm ɛ-3 . 1.1.2. Tán xạ Compton Theo sự tăng năng lượng của bức xạ gamma, khi tiết diện xảy ra hấp thụ quang điện giảm thì tiết diện tán xạ Compton tăng lên, đây là quá trình chủ yếu làm suy giảm năng lượng của bức xạ gamma đi trong môi trường vật chất. Tán xạ Compton là quá trình tán xạ không đàn hồi của photon gamma với các electron tự do hoặc electron liên kết yếu trong nguyên tử của môi trường. Trong quá trình tán xạ Compton, photon gamma tới truyền một phần năng lượng của mình cho electron và bị tán xạ theo hường tạo với phương tới một góc nào đó gọi là góc tán xạ. Kết quả là electron tán xạ nhận được một năng lượng giật lùi và năng lượng của chùm gamma thì bị giảm đi. 6
  7. Tán xạ Compton xảy ra mạnh khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của electron. Khi năng lượng của bức xạ gamma tăng, các electron tán xạ bay theo hướng ưu tiên về phía trước (nghĩa là góc tán xạ nhỏ). Năng lượng của bức xạ gamma tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ và năng lượng của bức xạ gamma tới theo công thức:  t  tx ( 1.6 ) 1 k.(1 cos ) trong đó ɛtx là năng lượng của bức xạ gamma tán xạ ɛt là năng lượng của bức xạ gamma tới  là góc tán xạ của gamma Vì tán xạ Compton xảy ra trên electron tự do nên năng lượng của bức xạ gamma tán xạ không phụ thuộc vào chất tán xạ mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma tới và góc tán xạ. Khi xảy ra tán xạ, photon bị tán xạ có thể bay theo góc tán xạ bất kỳ, nhưng xác suất tán xạ theo một góc nào đó lại phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma tới và bản thân góc đó. Đối với năng lượng của bức xạ gamma nhỏ, phân bố góc của bức xạ có tính đối xứng qua góc tán xạ 90o . Năng lượng của bức xạ gamma càng tăng thì các bức xạ gamma tán xạ càng có xu hướng ưu tiên về phía trước. Khi lượng tử gamma bị tán xạ với một góc nhỏ thì năng lượng của nó thay đổi không đáng kể, lúc đó electron bay theo phương gần vuông góc với nó. Khi lượng tử gamma bị tán xạ với góc 180o thì electron bay ra theo hướng phía trước với động năng cực đại. Xác suất tán xạ Compton theo mọi hướng trên một electron gọi là xác suất tán xạ Compton toàn phần trên một electron được tính theo công thức: 2 3 2 2 k 2k 2 k k 8k 2  e 2 ro . 3 ln(1 2k) 2 2 ( 1.7) 2k k (1 2k) -13 trong đó: ro là bán kính cổ điển, bằng 2,82.10 cm k là năng lượng tương đối của bức xạ gamma Trong nguyên tử có Z electron, tiết diện tán xạ Compton trên một nguyên tử là: 7
  8.  Z. a e ( 1.8 ) Hệ số suy giảm khối của quá trình tán xạ Compton được tính bằng công thức: Z C (N A / M A ) a N A  C ( 1.9) A trong đó, Z và MA là nguyên tử số và nguyên tử lượng của chất tán xạ NA là số Avôgađrô 1.1.3. Hiện tượng tạo cặp Khi năng lượng của bức xạ gamma tiếp tục tăng lên, có thể xảy ra hiện tượng tạo cặp. Đây là hiện tượng chỉ xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân hoặc một electron, trong đó năng lượng của một photon gamma được biến đổi hoàn toàn thành các hạt vật chất. Xét quá trình tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của một hạt nhân. Khi một photon năng lượng cao bay vào trong trường Coulomb của hạt nhân nó bị hấp thụ hoàn toàn, tạo ra một cặp electron và positron ( e+, e-). Hạt nhân trung gian tạo ra trường Coulomb cần thiết cũng tham gia vào quá trình tạo cặp, khối lượng nghỉ của nó cũng bị biến đổi trong quá trình này và nó cũng thu được một động năng giật lùi rất nhỏ. Theo định luật bảo toàn năng lượng: 2 2 2  M .c m m .c T T e M.c K o e e e e ( 1.10)  2.m .c 2 T K (M M )c 2 e o + - trong đó me là khối lượng nghỉ của electron, T là động năng của cặp e ,e ; Movà M là khối lượng của hạt nhân trước và sau khi tạo cặp; K là động năng giật lùi của hạt nhân. Do M ≥ Mo nên; 2 ( 1.11 )  2.me .c 1,022MeV Từ đó có thể thấy năng lượng nhỏ nhất của lượng tử gamma để có thể xảy ra hiện tượng tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân là 1,022 MeV. Năng lượng này gọi là ngưỡng tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân. Người ta xác định tiết diện tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân bằng phương pháp thực nghiệm, thu được công thức tính gần đúng: ( 1.12 ) 8
  9. 2  tc Z .ln  trong đó, Z là nguyên tử số của môi trường  là năng lượng của lượng tử gamma Từ công thức trên có thể thấy hiện tượng tạo cặp xảy ra mạnh trong trường Coulomb của hạt nhân khi môi trường có nguyên tử số càng lớn và khi năng lượng của lượng tử gamma càng tăng. Người ta thấy rằng, khi năng lượng lớn hơn ngưỡng tạo cặp, tiết hiện tạo cặp sẽ tăng nhanh khi năng lượng của bức xạ gamma tăng. Xét quá trình tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của một electron. Khi đó, có hai cặp electron - positron được tạo thành. Ngưỡng tạo cặp trong trường hợp này gấp đôi trong trường hợp trong trường Coulomb của hạt nhân, có giá trị là: 2  ng 4.me .c 2,044MeV ( 1.13 ) Tuy nhiên, xác suất tạo cặp trong trường Coulomb của electron nhỏ hơn rất nhiều so với xác suất tạo cặp trong trường Coulomb của hạt nhân. 1.2. Hiệu ứng sinh học của bức xạ 1.2.1. Tác dụng sinh học của điều trị tia xạ a. Cấu tạo tế bào của cơ thể người [2,8,9] Cơ thể người cấu tạo từ các cơ quan như tim, phổi, não, Các cơ quan được cấu tạo từ các mô như mô mỡ, da, xương Các mô được cấu tạo từ các tế bào. Tế bào là đơn vị sống cơ bản, kích thước tế bào khoảng 20micromet. Trong cơ thể con người có khoảng 1013 đến 1014 tế bào. Tương tác giữa các bức xạ và cơ thể sống sẽ gây nên những thay đổi trong tế bào hay gây đột biến dẫn đến hoạt động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng một cách hỗn loạn dẫn đến ung thư. Tế bào gồm có một nhân ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương, bao bọc quanh bào tương là một màng gọi là màng tế bào. Mỗi bộ phận thực hiện chức năng riêng rẽ. - Màng tế bào thực hiện chao đổi chất với môi trường ngoài. 9
  10. - Bào tương là nơi xảy ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phần tử đơn giản và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra (dị hóa), hay tổng hợp các phân tử cần thiết cho tế bào. - Trong nhân có ADN là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng để thực hiện sự tổng hợp chất. - ADN cũng chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào. Tác dụng của sinh học chính của bức xạ là sự phá hỏng ADN của tế bào. [2,8,9] Hình 1.1 Cấu tạo tế bào của cơ thể người b. Cơ sở sinh học của điều trị tia xạ Năm (1943), tác giả Albert Bechem đã xuất bản cuốn sách “các nguyên tắc liều lượng Radium, và tia X”, được xem là cơ sở sinh học phóng xạ: Vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn. Các tế bào cơ thể trong giai đoạn phân chia nhạy cảm với tia xạ nhất. Ngày nay ta còn áp dụng phương pháp tăng Oxy, tăng nhiệt ở vùng chiếu tia. Để đề ra các kỹ thuật chỉ định tia xạ, người ta dựa trên các pha “phase” phân chia của tế bào, trên sự phản ứng của các chất gian bào[8,9], hình 1-2 (trong việc bảo vệ các tổ chức lành). 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 của các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể. Tế bào biệt hóa kháng tia hơn loại không biệt hóa. Phân bố hợp lý tổng liều điều trị và liều lượng mỗi lần chiếu. Chu kỳ sinh sản tế bào: Sự tổng hợp S (Sythesis). Phân chia M (Mitotic). Sau phân chia G1: 10
  11. + S: Pha này kéo dài từ 1,5  36h, trung bình 8h, kháng tia. h + G2: 30  1,5 + M: 30  2,5h nhạy cảm tia nhất. + G1: Kéo dài hàng tháng. Chu kỳ sinh sản của tế bào được đưa trong hình 1-2. Hình1.2 Chu kỳ sinh sản của tế bào. Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua các quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt. Đối với con người, cấu tạo mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử + - H2O bị ion hóa, phân chia thành các cặp H và OH , các ion này bị kích thích lại tạo ra các ion khác, năng lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể người càng lớn thì số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này gây ra phản ứng rất mạnh, tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến Là protein, lipit, ADN làm cho cấu trúc của phân tử này bị sai hỏng gây ra những hậu quả[8,9]: * 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 hoặc gây đột biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc xắp xếp lại các vật chất di truyền trên phân tử ADN * làm chết tế bào. Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung thư. 11
  12. 1.2.2. Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể sống Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion hóa có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu + - + - xạ H2O trong cơ thể phân chia thành H và OH . Bản thân các cặp H , OH này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại. Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%. Còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp. Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi qua cơ thể sinh vật nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào. Sự hấp thụ năng lượng của tế bào thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy. Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra càng nhiều. Thông thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vận tốc của hạt nhanh hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác nhau. Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng lại có khả năng ion hóa nhanh hơn. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình này 1. Sự ngăn cản phân chia tế bào: tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng trong quá trình phân chia tế bào. Đây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ. Ngay ở cơ thể người lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho các tế bào đã chết. Những chỗ tổn thương do bức xạ có thể kìm hãm hoặc ngăn cản quá trình phân chia tế bào, và như vậy làm suy yếu chức năng của tế bào và cơ thể. 2. Sự sai sót của nhiễm sắc thể: Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể. Đa số các trường hợp tổn thương thường được hàn gắn và không có hậu quả gì gây ra. Tuy nhiên trong một số tổn thương có thể làm mất hoặc xắp xếp lại các vật chất di truyền, những bộ phận này có thể quan sát được qua kính hiển vi. Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của nhiễm sắc thể. Những sai sót xác định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi một chức năng của tế bào. Tần số xuất hiện kiểu sai sót của nhiễm sắc thể có một mối tương quan xác định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học. 12
  13. 3. Đột biến gen: Sự thay đổi lượng thông tin trong gen được biết với thuật ngữ biến đổi gen. Sự hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể dẫn đến đột biến gen. 4. Sự chết của tế bào: Quá trình chiếu xạ có thể làm chết tế bào hoặc có thể dẫn tới tất cả hiệu ứng trên. Quá trình chết tế bào là quá trình quan trong nhất trong điều trị bệnh ung thư. Quá trình này thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu một một liều xác định. Hiệu ứng – liều đối với tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu được biểu diễn trên hình 1-3 . Ở mức liều thấp, đường cong có một đoạn suy giảm chậm. Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế bào bị tổn thương. Hình 1.3 Mối tương quan giữa hiện tượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót [6] Tuy nhiên ở liều cao hơn, khả năng sửa chữa của tế bào đạt ở mức bão hòa, tỷ lệ sống sót giảm rất nhanh theo quy luật hàm mũ. Hình 1-4 chỉ sự phụ thuộc độ sai sót của nhiễm sắc thể vào liều lượng. Các mối tương quan hiệu ứng - liều tương tự cũng quan sát thấy đối với hiệu ứng đột biến. Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể được phục hồi. Ngoài các yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng với một liều lượng bức xạ, nếu cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của tế bào ở cơ thể sống. 13
  14. Hình 1.4 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc thể [6] 1.3. Các đơn vị đo liều bức xạ 1.3.1. Hoạt độ phóng xạ Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một lượng chất phóng xạ có N hạt nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó được tính theo công thức sau dN A .N .N exp( t) A exp( t) (t ) dt (t ) 0 (0) hay A = . N (1.14) Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ,  là hằng số phân rã phóng xạ, N là số hạt nhân phóng xạ hiện có. Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel tương ứng với một phân rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam226Ra, tương ứng với 3,7.1010 phân rã trong một giây. Theo định nghĩa, Becquerel và Curie có mối liên hệ như sau: 1Ci = 3,7.1010Bq. 1.3.2. Liều chiếu và suất liều chiếu a. Liều chiếu 14
  15. Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, còn môi trường chiếu xạ là không khí. Liều chiếu ký hiệu là X, được xác định theo công thức [7,8]: dQ X (1.15) dm Trong đó: dm là khối lượng không khí tại đó chùm tia X hoặc chùm bức xạ gamma bị hấp thụ hoàn toàn, kết quả tạo ra trên dm tổng các điện tích cùng dấu là dQ. Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là C/kg. Coulomb trên kilôgam được định nghĩa như sau: "1 C/kg là liều bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1kilôgam không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó 1 Coulomb ion cùng dấu". Ngoài đơn vị C/kg, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị đo liều chiếu là Rơnghen, viết tắt là R. Theo định nghĩa Rơnghen là một lượng bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1kg không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó tổng điện tích của các ion cùng dấu là 2,58.10-4C. Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam sang Rơnghen theo tỷ lệ như sau: 1R = 2,58.10-4 C/kg. b. Suất liều chiếu Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Suất liều chiếu, ký hiệu là X được xác định theo công thức: X X (1.16 ) t Trong đó X là liều chiếu trong thời gian t. Trong hệ SI, đơn vị đo suất liều chiếu là C/kg.s. Tuy nhiên trong thực nghiệm đơn vị đo suất liều chiếu thường dùng là Rơnghen/giờ. Rơnghen/giờ được ký hiệu la R/h, thông thường suất liều chiếu thường dùng nhiều hơn cả là R/h. 1.3.3. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ a. Liều hấp thụ Thực tế cho thấy những sự thay đổi trong môi trường chiếu xạ phụ thuộc chủ yếu vào liều hấp thụ và liều tương đương. Với khái niệm liều hấp thụ và liều 15
  16. tương đương, cho phép mở rộng đối tượng bức xạ nghiên cứu và môi trường chiếu xạ. Liều chiếu chỉ có thể áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X và môi trường chiếu xạ là không khí. Còn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng cho các loại bức xạ ion hóa khác nhau và môi trường được chiếu xạ khác nhau. dE Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số , trong đó dE dm là năng lượng trung bình mà bức xạ ion hóa truyền cho vật chất môi trường có khối lượng là dm [7,8]. Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là June/kilôgam, viết tắt là J/kg. 1 J/kg là lượng bức xạ chiếu vào môi trường chiếu xạ sao cho chúng truyền cho 1kg môi trường vật chất đó một năng lượng là 1J. Trong thực tế, ngoài đơn vị đo liều hấp thụ là J/kg, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là Gy và Rad để đo liều hấp thụ. Rad được viết tắt từ: “Radiation absorbed dose”. Chuyển đổi từ J/kg sang Rad hoặc Gray và ngược lại theo tỷ lệ sau [8,10]: 1Gy = 1J/kg 10-2 J/kg = 1rad. 1 Gy = 1J/kg = 102 rad. Qua các định nghĩa trên về liều hấp thụ và liều chiếu, nhận thấy giữa liều hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ với nhau. Với loại bức xạ ion hóa xác định, môi trường chiếu xạ cho trước, thì liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu. Liều hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ nhau theo công thức sau: D = f.X (1.17) Trong đó D là liều hấp thụ, X là liều chiếu còn f là hệ số tỷ lệ. Hệ số tỷ lệ f thực chất là hệ số chuyển đổi từ liều chiếu sang liều hấp thụ. Giá trị của f tùy thuộc vào môi trường chiếu xạ và đơn vị đo liều hấp thụ và liều rad chiếu tương ứng. Đối với không khí, hệ số tỷ lệ f = 0,869 còn trong cơ thể con R rad người hệ số tỷ lệ f = 0,869 . R b. Suất liều hấp thụ Suất liều hấp thụ D chính là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian. Suất liều hấp thụ được [8] xác định theo công thức: 16
  17. * D D (1.18) t Trong đó D là liều hấp thụ trong thời gian t. Đơn vị đo suất liều hấp thụ là Gy/s hay rad/s. 1.3.4. Liều tương đương và suất liều tương đương a. Liều tương đương Đối với sinh vật và cơ thể sống, dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân có thể dẫn đến hiện tượng làm biến đổi hoặc gây tổn thương nào đó cho đối tượng được chiếu xạ. Người ta gọi hiện tượng trên là hiệu ứng sinh học. Với liều hấp thụ D cho trước, hiệu ứng sinh học còn phụ thuộc vào loại bức xạ được sử dụng, điều kiện chiếu xạ, khoảng thời gian chiếu xạ. Đối với một sinh vật cho trước, để gây ra một tổn thưong xác định, trong các lần chiếu khác nhau thì cần một liều hấp thụ khác nhau. Khi đánh giá ảnh hưởng của bức xạ đến hiệu ứng sinh học, thay cho liều hấp thụ ta dùng liều tương đương, ký hiệu là H. Với một loại bức xạ và môi trường sống xác định, liều tương đương tỷ lệ với liều hấp thụ. Liều tương đương và liều hấp thụ liên hệ với nhau theo công thức sau [8]: H = QND (1.19) Trong đó: D là liều hấp thụ tính bằng rad còn H là liều tương đương tính bằng rem; Q là hệ số phẩm chất của bức xạ còn N là hệ số tính đến các yếu tố khác nhau như sự phân bố của liều chiếu. Hệ số phẩm chất Q dùng trong an toàn bức xạ đánh giá ảnh hưởng của các loại bức xạ lên đối tượng sinh học, cho biết mức độ nguy hiểm của từng loại bức xạ đối với cơ thể sống. Hệ số phẩm chất Q cho biết sự phụ thuộc của quá trình truyền năng lượng tuyến tính của bức xạ trong vật chất. Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế (International Commission on Radiological Protection - ICRP) đã khuyến cáo hệ số phẩm chất đối với các bức xạ thông thường ứng với năng lượng khác nhau. Giá trị hệ số phẩm chất do ICRP khuyến cáo được cho trong Bảng 1.1. Bảng 1.1. Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ Loại bức xạ và năng lượng Hệ số phẩm chất Q Bức xạ gamma và tia X với mọi năng lượng 1 Electrôn với mọi năng lượng 1 Nơtrôn năng lượng nhỏ hơn 10keV 5 17
  18. Nơtrôn năng lượng từ 10keV đến 100keV Từ 10 đến 20 Nơtrôn năng lượng từ 100keV đến 2MeV 20 Nơtrôn năng lượng từ 2 MeV đến 20MeV 10 Nơtrôn năng lượng lớn hơn 20MeV Từ 5 đến 10 Proton năng lượng nhỏ hơn 2 MeV Từ 3 đến 5 Proton năng lượng lớn hơn 2 MeV 5 Hạt alpha và hạt nặng, mảnh phân chia 20 Trong hệ SI, đơn vị đo liều tương đương là Sievert, kí hiệu là Sv. Đối với bức xạ gamma, tia X và electron nếu liều tương đương là 1Sv. Từ công thức 1.18 nếu D đo bằng rad, thì H đo bằng rem, còn nếu liều hấp thụ đo bằng Gy thì liều tương đương được tính ra rem. Vì 1Gy = 100Rad, nên theo biểu thức (1.18) suy ra 1Sv = 100 rem. Như vậy, với cùng một đối tượng chiếu xạ và liều hấp thụ như nhau chẳng hạn D = 100 rad, khi bức xạ chiếu là tia gamma liều hiệu ứng sinh học tương đương là 100rem, còn với nơtron nhanh liều tương đương sẽ là 1000 rem [8]. b. Suất liều tương đương Suất liều tương đương chính là liều tương đương trong một đơn vị thời gian. Suất liều tương đương ký hiệu H được xác định theo công thức: * H H (1.20) t Trong đó t là thời gian, H là liều tương đương mà cơ thể sống nhận được trong thời gian t. Đơn vị đo suất liều tương đương là Sv/s hoặc Sv/h. Với suất liều chiếu gamma cho trước, liều hiệu dụng tương đương tỷ lệ thuận với thời gian chiếu. Giữa liều hiệu dụng tương đương và suất liều chiếu liên hệ với nhau theo công thức sau[8]: * H = f.Q.N. X .t (1.21) Trong đó f là hệ số tỷ lệ tùy thuộc vào môi trường, với không khí f = 0,869; 18
  19. Q là hệ số phẩm chất; N là hệ số tính đến điều kiện chiếu và độ đồng đều * khi chiếu, t là thời gian chiếu; X là suất liều chiếu; H là liều hiệu dụng tương đương. 1.3.5. Liều giới hạn Khi tiếp xúc với chất phóng xạ hoặc các nguồn phóng xạ và các bức xạ ion hóa, nhân viên công tác bị chiếu xạ nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc vào liều hấp thụ mà nhân viên nhận được, bức xạ hạt nhân xẽ ảnh hưởng khác nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm việc với chất phóng xạ cần phải giảm ảnh hưởng của các bức xạ đến nhân viên. Về mặt an toàn bức xạ hạt nhân, cần phải đưa ra những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người nhân viên còn có thể làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa. Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong một năm mà người làm việc trực tiếp với bức xạ hạt nhân có thể chịu được, sao cho nếu bị chịu một liều hấp thụ tích lũy liên tục như vậy trong nhiều năm liên tục vẫn không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân. Liều hấp thụ cho phép còn phụ thuộc vào độ tuổi. theo quy định chung về luật lao động, người có độ tuổi từ 18 tuổi trở nên mới được làm việc trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã khuyến cáo công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho phép trong một năm đối với nhân viên, chuyên viên làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ trong một năm như sau [8]. D = 50(N – 18) mSv hay D = 5(N – 18) rem Trong đó: N là độ tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N 19, D là liều hấp thụ tích lũy trong một năm. Tính trung bình, liều tích lũy cho phép là D = 50 mSv/năm. Đối với các đối tượng khác liều hấp thụ cho phép giảm 10 lần. Giá trị liều hấp thụ tích lũy toàn thân cho phép D được các cơ quan ICRP khuyến cáo tại các thời điểm khác nhau, được cho ở bảng 1. 2 Bảng 1.2 Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc với bức xạ tại thời điểm khác nhau3. Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị 150 mSv/năm 1950 ICRP 50 mSv/năm 1977 IRCP 19
  20. 20 mSv/năm 1990 IRCP Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát Bức xạ hạt nhân Việt Nam, liều hấp thụ tường đương cho toàn thân đối với nhân viên làm việc với nguồn phóng xạ và bức xạ hạt nhân là 20mSv trong một năm. Trong 5 năm có một năm liều hấp thụ trên toàn thân có thể lên tới 50mSv. Tuy nhiên tổng liều trong 5 năm liên tục không vượt quá 100mSv. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy ban An toàn Bức xạ Quốc tế. Tuy nhiên các cơ quan trong cơ thể người có mức nhạy cảm khác nhau đối với bức xạ hạt nhân, nên có giới hạn cho phép tối đa đối với một số bộ phận có giá trị khác nhau. 1.4. Phương pháp xạ trị dùng tia gamma 1.4.1. Khái niệm và mục đích xạ trị Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị bằng tia xạ trong y học, là một trong ba phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với hai phương pháp là phẫu thuật và hóa chất [6,8]. 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 gây ra tổn thương nhỏ nhất cho các tế bào lành xung quanh. Mục đích của phương pháp xạ trị là nhằm phá hủy các tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát triển thêm nữa và sự lây lan của các khối u. 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 trước 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 nốt những tế bào ung thư còn sót lại. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau 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 những phương pháp 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. 1.4.2. Nguyên tắc điều trị bằng tia xạ Phác đồ điều trị phải dựa trên những nguyên tắc sau [2]: 20
  21. Bằng các biện pháp CT scanner, X-quang, phóng xạ để biết thể tích cần chiếu. Biết rõ những đặc điểm bệnh lý của khối u. Chọn lựa phương pháp thích hợp: Chỉ dùng xạ trị hay phối hợp phẫu thuật, hóa chất hay chọn phối hợp cả hai phương pháp, chọn loại tia thích hợp, chiếu từ ngoài vào hay đặt tại khối u. Quy định liều tối ưu và thể tích dựa trên vị trí giải phẫu, loại tổ chức học, độ ác tính và những cấu trúc lành trong vùng chiếu xạ. Bác sĩ không bao giờ do dự trong việc thay đổi những điều đã quy định với những điều phát sinh. Đánh giá từng giai đoạn về thể lực của bệnh nhân, sự đáp ứng của khối u và thể trạng của tổ chức lành trong khu vực điều trị. Bác sĩ điều trị phải cùng làm việc chặt chẽ với đội ngũ vật lý, kế hoạch điều trị và bộ phận đo lường, không thể nhầm lẫn được đánh giá lâm sàng, hiểu sai về những quan niệm vật lý, không hoàn hảo về phác đồ điều trị và thực hiện phác đồ. 1.4.3. Các phương pháp xạ trị Có hai phương pháp xạ trị phổ biến đã và đang được sử dụng là xạ trị ngoài hay còn gọi là xạ trị từ xa và xạ trị trong (còn gọi là xạ trị áp sát). Xạ trị trong hay còn gọi là xạ trị áp sát là kỹ thuật xạ trị mà khoảng cách từ nguồn phóng xạ đến các khối u là rất nhỏ. Trong phương pháp này người ta sử dụng các nguồn phóng xạ có dạng kim, dạng ống, tube để đưa sát lại vùng có khối u. có ba cách thực hiện kỹ thuật này: dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ, ; cách thứ hai là dùng các applicator để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; loại thứ ba người ta sử dụng các kim cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô, Xạ trị ngoài hay còn gọi là 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 Co60 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. Nội dung của luận văn này đề cập đến xạ trị dùng chùm photon được tạo ra từ máy gia tốc PRIMUS – SYMAN. 1.4.4. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc 21
  22. a. Các thiết bị xạ trị từ xa Các thiết bị cung cấp chùm bức xạ trong phương pháp xạ trị từ xa gồm có: máy Cobal 60, máy phát tia X và máy gia tốc [1,4,5]. Trước đây máy Cobal 60 được sử dụng khá rộng rãi trong phương pháp xạ trị từ xa. Cho đến nay nó vẫn được áp dụng nhiều tại các cơ sở điều trị ung thư và vẫn đóng vai trò quan trọng tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Máy gia tốc ra đời cùng với sự phát triển, tin học đã tạo ra bước phát triển vượt trội về những đặc tính vật lý cũng như sinh học phóng xạ. Ngày nay tại các nước công nghiệp phát triển, máy gia tốc đã gần như thay thế hoàn toàn các thiết bị cũ trong lĩnh vực điều trị ung thư. Tại các nước đang phát triển, tại các trung tâm điều trị quan trọng, máy gia tốc cũng đang dần được đưa vào áp dụng. Từ những năm 1960 – 1970 người ta đã chế tạo ra một số máy gia tốc để ứng dụng trong xạ trị. Đó là loại máy gia tốc có nguyên tắc chế tạo dựa trên nguyên lý của máy gia tốc Van de Graaff, máy gia tốc Betatron. Tuy nhiên trong các loại máy gia tốc này cho năng lượng hoặc là ở mức độ thấp hoặc năng lượng cao nhưng suất liều ở đầu ra của chùm tia còn thấp, mặt khác chúng lại khá cồng kềnh nên không thuận tiện cho việc sử dụng trong các kĩ thuật điều trị đồng tâm. Sau này, máy gia tốc tuyến tính (hay còn gọi là máy gia tốc thẳng hoặc Linac) xuất hiện đã trở thành một công cụ vượt trội trong lĩnh vực điều trị bằng phương pháp xạ trị ngoài. Vượt lên hẳn các máy gia tốc được ứng dụng trước đây với suất liều chùm tia cao hơn rất nhiều (khoảng 10Gy/phút), kích thước trường chiếu rộng, hoàn toàn đồng tâm, đặc biệt lại có kích thước nhỏ gọn hơn và ít ồn hơn. Điều này đã làm cho Linac gạt các loại máy gia tốc kia ra ngoài lề. Ngày nay chúng không còn được sử dụng nữa. b. Phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc Kỹ thuật xạ trị tư xa trước đây thường được sử dụng những thiết bị tạo chùm tia photon là loại máy Cobalt, máy phát tia X. Đây là những loại máy đơn giản cho năng lượng chùm tia tạo ra không cao. Trong đó máy Cobalt được ứng dụng rộng rãi nhất. Nhưng bất lợi của nó là: - Loại máy này chỉ cho hai loại chùm photon với năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV, nghĩa là không điều khiển được năng lượng. - Chùm tia có nhược điểm: độ đâm xuyên kém, liều mặt da cao, liều sâu phần trăm thấp, độ rộng bán dạ của chùm tia lớn. 22
  23. - Có độ rò rỉ bức xạ từ đầu nguồn. Suất liều bức xạ thấp và giảm theo thời gian. Do đó, càng về sau thì thời gian điều trị càng phải kéo dài. Sau khoảng thời gian nào đó (khoảng 5 đến 7 năm) lại phải thay nguồn. - Độ an toàn không cao. Do nguồn Cobalt 60 là nguồn phóng xạ nên nó luôn phát chùm tia ngay cả khi ngừng chiếu xạ và ngay cả khi nguồn không được sử dụng bị thay đi. Kĩ thuật xạ trị từ xa hiện đại nhất là sử dụng máy gia tốc tuyến tính. Trong đó chùm electron được gia tốc bằng sóng cao tần theo nguyên lí gia tốc thẳng rồi được đưa ra ngoài sử dụng để điều trị bằng electron hoặc được lái đập vào bia tạo ra chùm photon. Phương pháp xạ trị sử dụng máy gia tốc tuyến tính là một bước tiến lớn trong kỹ thuật xạ trị hiện đại. Cơ sở của nhận định này là dựa trên những ưu việt của máy gia tốc: - Máy gia tốc có thể cho hai loại chùm tia là chùm electron và chùm photon. - Có thể điều khiển được năng lượng chùm tia phát ra từ máy gia tốc. - Kích thước của vùng bán dạ chùm tia nhỏ, suất liều bức xạ cao. - Không cần thay thế nguồn bức xạ như trường hợp máy Cobalt. - Độ an toàn phóng xạ cao, do máy gia tốc không có nguồn phóng xạ, nó chỉ phát chùm tia khi hoạt động. - Các đặc tính của chùm tia tốt hơn. Để đáp ứng yêu cầu cao nhất cho mục đích xạ trị, máy gia tốc phải được thiết kế đạt yêu cầu cơ bản: - Chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc phải được xác định rõ năng lượng và có thể thay đổi được kích thước. - Liều lượng bức xạ của chùm tia phải đồng đều. - Liều lượng bức xạ phát ra từ thiết bị phải ổn định trong suốt thời gian sử dụng. nghĩa là năng lượng, cường độ và vị trí chùm tia có thể kiểm soát được. - Liều lượng có thể đo đạc một cách chính xác. - Hướng của chùm tia bức xạ có thể thay đổi được để có thể điều chỉnh được đến mọi vị trí khác nhau. - Hệ thống giường điều trị có thể chuyển động được theo ba chiều với độ chính xác cao. 23
  24. - Hệ thống cơ khí ổn định, linh hoạt. Có hệ thống đo liều bức xạ, cảnh báo độ nhiễm phóng xạ, che chắn đảm bảo khi vận hành thiết bị, tự động ngắt máy khi có sự cố. Ở Việt Nam, máy gia tốc trong xạ trị được đưa vào sử dụng đầu tiên vào tháng một năm 2001, tại Bệnh viện Ung Thư Trung Ương tạo ra hiệu quả điều trị ung thư rất cao, hầu hết bệnh nhân điều trị đều cho kết quả điều trị rất tốt. Được sử dụng để điều trị ung thư vú, ung thư vòm họng, ung thư cổ tử cung, phổi, não, xoang, hàm, ung thư da, Bất lợi lớn nhất của phương pháp xạ trị này là chi phí mua sắm, xây dựng cơ bản và bảo dưỡng hàng năm rất lớn. Giá trị một chiếc máy gia tốc khoảng 21 tỉ đồng, thời hạn sử dụng khoảng 15 năm. Tại Mỹ điều trị theo phương pháp này bệnh nhân phải trả 30 000 USD. Đồng thời, để hỗ trợ cho xạ trị cần đến các công đoạn chụp X quang, chụp cắt lớp CT, MRI, để xác định chu vi, thể tích, vị trí khối u để lập kế hoạch điều trị chính xác. Các công đoạn hỗ trợ cho việc xạ trị bằng máy gia tốc có thể được mô tả trong Hình vẽ 1.5 [6]. Hệ thống phần mềm lập kế hoạch Hệ thốngđiều phần trị TPSmềm lập kế hoạch điều trị TPS CT - Scanner CT - Scanner Khuôn chắn tia nhiều lá Máy mô phỏng Giá định vị bệnh SimulatorMáy mô phỏng nhân Simulator Máy gia tốc AcceleratorMáy gia tốc Accelerator Hình 1.5 Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản 24
  25. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS 2.1. Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng trong xạ trị[4,5,6] 2.1.1. Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị. Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị thường được chia thành 5 hệ thống đó là:  Hệ thống phun, là một nguồn electron hay còn gọi là súng điện tử  Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton hoặc klyston, bộ điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp trong đó electron được gia tốc,  Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trò vận chuyển electron trong chân không từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ.  Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh bằng nước, hệ thống chất điện môi bằng ga để truyền vi sóng từ bộ phận phát sóng vô tuyến tới ống dẫn sóng.  Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia. Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối đơn giản như hình 2.1. 25
  26. Hình 2.1 Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với máy gia tốc là [1]: - Hệ thống collimator chuẩn thông dụng. - Hệ thống laser xác định trục quay của máy, trục thẳng đứng của chùm tia, bộ hiển thị chùm tia bằng ánh sáng nhìn thấy. - Hệ thống camera theo dõi bệnh nhân, hệ thống đàm thoại giữa thày thuốc và bệnh nhân. - Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; màn hình thông báo các số liệu liên quan tới việc điều trị. - Hệ thống che chắn phóng xạ. - Hệ thống tự ngắt máy gia tốc khi có sự cố. Các hệ thống liên quan đến quá trình điều trị bằng máy gia tốc: - Giường máy có thể điều khiển lên, xuống, quay theo các góc. - Hệ thống tính liều lượng và lập kế hoạch điều trị. - Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ, - Hệ thống làm khuôn chì, 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc trong xạ trị Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, do Catôt được nung nóng. Các electron sinh ra từ súng điện từ được điều chế thành các xung sau đó được phun vào buồng tăng tốc. 26
  27. Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng ở đó năng lượng cung cấp cho electron được lấy từ bộ phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 Mhz. Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng sung ngắn. Các bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng, đó là các “van” magnetron và klystron. Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với năng lượng đỉnh là 5MW hoặc hơn nữa để gia tốc điện tử. Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của bức xạ vi sóng để chúng có thể được gia tốc. Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân không sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với nguyên tử khí. Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chuyển động chính xác dọc theo trục được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó là do lực đẩy Coulomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lắp ghép không hoàn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm, do tác động của điện từ trường ngoài, Do đó, chùm electron gia tốc phải được lái một cách chủ động. Trước hết sử dụng một điện trường hội tụ đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng. Sau đó các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng theo hướng ống dẫn sóng từ đó hướng ra ngoài theo đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng đến bia tạo tia X. Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron thì chùm electron được đưa trực tiếp vào đầu điều trị qua một cửa sổ nhỏ. Sau đó được tán xạ trên các lá tán xạ hoặc được một từ trường quét ra trên một diện rộng theo yêu cầu của hình dạng, diện tích trường chiếu trong các trường hợp điều trị cụ thể. Chùm tia được tạo hình dạng bằng các bộ lọc phẳng, nên, collimator sơ cấp, thứ cấp. Liều lượng được kiểm soát bằng các detector . Còn nếu chế độ phát tia X thì chùm electron đã được gia tốc lại được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia. Chùm electron có động năng lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với các nguyên tử vật chất và bị hãm lại, phát ra tia X năng lượng cao. Phổ năng lượng của tia X phát xạ và suất liều bức xạ phụ thuộc vào mức năng lượng của điện tử, số nguyên tử, bề dày bia và chất liệu dùng làm bia. Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định dạng phù hợp. Hầu hết các máy gia tốc xạ trị hiện nay đều có hai chế độ phát chùm photon và chế độ phát electron. Do đó, về cơ khí được chế tạo phù hợp để thay đổi cơ chế từ chế độ này sang chế độ khác một cách linh hoạt. Ví dụ như bia tia X có thể đưa 27
  28. ra khi sử dụng chế độ phát tia X và được rút vào khi phát chùm electron. Trong quá trình hoạt động, khi hãm chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do đó cần có hệ thống làm nguội bằng nước. Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và giường điều trị. Các hệ hống này đều được kiểm soát an toàn bằng một chuỗi khóa liên động điện, cơ khí, nhiệt độ, áp suất và kiểm soát chùm bức xạ với nhau. 28
  29. 2.1.3. Một số nét sơ lược về máy gia tốc xạ trị Primus Đây là máy gia tốc hiện đang được sử dụng điều trị ung thư tại Bệnh viện K - Hà Nội và ở một số cơ sở điều trị khác. Máy có nguyên lý cấu tạo và hoạt động như loại máy Megavolt trong xạ trị đã được trình bày ở phần trên.[3,4]. Trên hình 2.2 là hình ảnh của máy gia tốc xạ trị Primus đang được sử dụng điều trị ung thư. Hình 2.2 Máy gia tốc xạ trị Primus Khi máy ở chế độ phát tia gamma, chùm electron sau khi được gia tốc được đưa đến đập vào bia, tạo ra chùm tia X đi ra từ cửa sổ trong đầu máy điều trị. Tuy nhiên, chùm tia được lấy ra để điều trị không phải là chùm tia sơ cấp này mà là chùm tia sau khi đã đi qua một hệ thống các collimator che chắn, lọc, nêm, Trong đó, lọc và nêm là các bộ phận dùng để lọc phẳng chùm tia, collimator sơ cấp để hạn chế kích thước trường cực đại của chùm tia X, collimator thứ cấp để định dạng trường chiếu [3,4]. 29
  30. Chùm eletron Bia tia X Collimator sơ cấp Bộ lọc phẳng Buồng ion hóa Collimator thứ cấp Chùm tia X đi ra điều trị Hình2.3 Sơ đồ hệ thống collimator và lọc phẳng chùm tia X trong đầu điều trị của máy gia tốc xạ trị Primus Năng lượng của chùm tia đi ra từ cửa sổ của đầu điều trị được tập trung chủ yếu trong trường chiếu đã xác định do sự định dạng của collimator thứ cấp. Các loại máy gia tốc xạ trị hiện đại thường cùng loại collimator đa lá có thể định dạng trường chiếu rất chi tiết. collimator trường chiếu Hình 2.4 Collimator đa lá định dạng trường chiếu 30
  31. 2.2. Phương pháp thực nghiệm xác định một số đặc trưng của chùm photon từ lối ra của máy gia tốc PRIMUS – Siemens 2.2.1. Máy gia tốc tuyến tính xạ trị Hãng sản xuất: Siemens - Xuất xứ: Đức. Các tính năng: Máy gia tốc tuyến tính này có thể phát ra 2 loại bức xạ (Photon và Electron) với các mức năng lượng khác nhau phục vụ trong xạ trị: Các mức năng lượng photon: 6 MV và 15 MV. Các mức năng lượng electron: 5 MeV, 6 MeV, 7 MeV, 8 MeV, 9 MeV 10 MeV, 12 MeV và 14 MeV. 15 MeV. 2.2.2. Thiết bị đo liều Trong phương pháp xạ trị, việc kiểm tra liều chiếu từ máy gia tốc phải được tiến hành thường xuyên bằng thiết bị đo liều chính xác do IAEA cung cấp. Phần thực nghiệm của luận văn tiến hành đo phân bố liều trên máy gia tốc xạ trị PRIMUS tại bệnh viện K Hà Nội, Sử dụng thiết bị đang được dùng để kiểm tra liều chiếu hàng ngày tại đây. Thiết bị đo là Dosimeter kết hợp với đầu đo là buồng ion hóa Farmer chamber FC65 – P. Trên hình 2.6 là thiết bị đo liều Dosimeter. Hình 2.6 Thiết bị đo liều Dosimeter Trên hình 2.7 đưa ra dạng đầu đo FC65 – p được sử dụng trong luận văn 31
  32. Hính 2.7 Đầu đo Famer type chamber FC65 – P Một số thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Famer type chamber FC65 – P như sau:  Ứng dụng: + Đo liều tuyệt đối chùm photon và electron trong xạ trị. + Đo trong chất rắn, không khí, phantom nước. Sử dụng trong việc đo liều thường quy.  Các đặc trưng: + Buồng ion hóa không khí. + Có cấu trúc lớp nhựa vững chắc giúp việc kiểm tra liều hàng ngày. + Không thấm nước. + Có các lỗ thoát khí qua các lớp không thấm nước + Được bảo vệ chắc chắn. + Cung cấp cho việc chuẩn máy và có hướng dẫn sử dụng.  Vật liệu + Điện cực ngoài POM (1,42 g/cm3) + Điện cực trong bằng nhôm (2,7 g/cm3)  Kích thước vùng hoạt + Thể tích thông thường 0,65 cm3. + Tổng chiều dài vùng hoạt 2,3,2 mm. + Đường kính bên trong của hình trụ 6,2 mm + Độ dày của lớp vỏ 0,4m.  Cáp và cầu nối + Kiểu kết nối TNC ba trục. + Chiều dài của dây cáp 1,4 m.  Thông số hoạt động + Dòng điện dò < 10-15 A + Độ nhạy 21.10-9 C/Gys. 32
  33. 2.2.3. Phantom nước Nhiệm vụ của luận văn là xác định phân bố liều của chùm tia photon phát ra từ máy gia tốc PRIMUS – Siemens. Trong thực nghiệm ta tiến hành đo liều hấp thụ trong các phantom. Do cấu tạo mô cơ thể con người chủ yếu là nước nên người ta sử dụng môi trường nước để đo liều hấp thụ (gọi là phantom nước) khi tính toán liều để điều trị chính xác nhất. Phantom nước đo liều là loại Blue Phantom - Kích thước 40x40x40 cm3 - Nhà sản xuất IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức. Hình 2.8 Phantom nước. Blue phantom thực chất là một thùng lập phương rỗng làm bằng Plastic được tích hợp các thiết bị sau: Thùng chứa nước: Chứa nước để bơm vào phantom khi cần đo. Máy bơm nước: Bơm nước từ thùng chứa vào phantom khi cần thực hiện đo đạc và hút nước ra khỏi phantom vào thùng chứa khi kết thúc. Thiết bị nâng, hạ phantom để điều chỉnh khoảng cách từ nguồn đến bề mặt nước khi cần thiết. Nhưng trên thực tế, khi đo liều lượng thường ngày không cần thiết đến loại phantom nước to, cồng kềnh, mà dùng loại phantom đặc biệt tiện lợi hơn. Loại phantom này không nhất thiết phải có mật độ vật chất chính xác như mô cơ thể mà chỉ gần đúng. Đó là các tấm mỏng làm bằng polystyrence có tỉ trọng lớn hơn nước 33
  34. một chút. Trong đó có lỗ khoan để đặt đầu đo đúng với độ sâu đo liều tham khảo là 5cm. Việc đo liều hấp thụ trong các phantom có mật độ vật chất giống với mô cơ thể người nhằm mục đích tính toán được liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân điều trị bằng tia xạ. Tuy nhiên việc hấp thụ trong môi trường lại tỷ lệ thuận với liều chiếu. 2.2.4. Bộ điều khiển dịch chuyển của buồng ion hóa chính CCU (Control Unit) được kết nối với máy tính cài đặt phần mềm OmniPro- Accepts. Có chức năng điều khiển sự di chuyển của buồng ion hóa chính trong phantom (lên, xuống, trái, phải) theo các vị trí đã được lập trình sẵn trong phần mềm. Đồng thời CCU thu nhận tín hiệu từ hai buồng ion hóa (chính và tham chiếu) và truyền tải về máy tính để phần mềm OmniPro-Accepts xử lý. Hình 2.9 Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU 2.2.5. Phần mềm thu nhận và xử lý số liệu Tên phần mềm: OmniPro Accepts - Phiên bản: 6.6c - Nhà sản xuất: IBA Dosimetry - Xuất xứ: Đức. 34
  35. Hình 2.10 Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts Các chức năng chính: Kết nối với CCU để dịch chuyển đầu dò đến các vị trí cần đo liều theo yêu cầu của phần mềm mà người dùng đã nhập vào. Thu nhận và xử lý số liệu từ buồng ion hóa. Hiển thị kết quả đo đạc 2.2.7. Hình học đo Các đặc trưng của chùm photon được xác định đối với trường chiếu 10x10 (Sử dụng: Applicator 10x10 Cone size ). Khoảng cách từ nguồn tới bề mặt nước là SSD = 100 cm. Buồng ion hóa được đặt trên trục chính của chùm tia để lần lượt đo liều hấp thụ trong nước tại các độ sâu từ 10 cm cho đến 0 cm (bề mặt). Máy gia tốc sẽ liên tục phát tia cho đến khi phép đo hoàn thành. Hình 2.11 Bố trí hình học đo đạc. 35
  36. 2.2.8 Phương pháp đo Sử dụng các thiết bị đo được trình bày ở trên tiến hành việc đo đặc trưng liều sâu phần trăm của chùm photon với mức năng lượng 6 MV và 15 MV. Các phép đo được lặp lại 3 lần với các trường chiếu khác nhau . 2.2.8.1. Phân bố liều hấp thụ theo bề dày 1.1 1.05 1 0.95 0.9 ối ối 0.85 0.8 0.75 0.7 ương ương đ 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 D(Gy) thụ hấp Liều 0.4 0.35 0.3 ều ều hấp t thụ 0.25 Li 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Độ sâu (cm) Hình2.12: Sự phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày của chùm photon Các đại lượng trên hình 2.12 có ý nghĩa như sau: Đại lượng Dm là liều hấp thụ cực đại, Dx: liều hấp thụ do bức xạ hãm gây ra R100 là độ sâu ứng với liều cực đại Dm; R50 là độ sâu tại đó liều hấp thụ bằng 50% liều cực đại. R85 là chiều sâu tại đó liều bằng 85% liều hấp thụ cực đại, đây cũng chính là khoảng cách điều trị. 36
  37. 2.2.8.2. Phẩm chất của chùm photon a. Xác định độ bằng phẳng (F) [11] ối Diện tích tâm ương ương đ ều ều hấp t thụ Li Kích thước trường chiếu Hình 2.13: Hình vẽ xác định độ bằng phẳng Đánh giá độ bằng phẳn (F) của chùm photon hay electron dựa vào công thức sau: DD F 100  max min (2.6) DDmax min Trong đó Dmax và Dmin là liều hấp thụ tương đối tương ứng lớn nhất và nhỏ nhất 37
  38. b. Xác định độ đồng đều (S) [11] 110 100 90 80 ối (%) ối 70 ương đ 60 50 40 30 ều hấp ều thụ t relativein % dose area Li left area right 20 10 0 -100 -50 0 50 100 mm Hình 2.14: Hình vẽ xác định độ đồng đều Đánh giá độ đồng đều (S) của chùm photon và electron ta dựa vào công thức sau: (D(left )i D(right)i ) Suy ra: S 100%. (2.7)  (D(left )i D(right)i ) Trong đó: - Diện tích bên trái trục trung tâm arealeft  D(left )i .a - Diện tích bên phải trục trung tâm arearight  D(right)i .a - a là bước nhẩy 38
  39. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Phần kết quả thực nghiệm của luận văn tiến hành đo liều hấp thụ tương đối của bức xạ photon phát ra từ máy gia tốc xạ trị Primus tại bệnh viện K Hà Nội với mức năng lượng 6 MV và 15 MV theo bề dày và khoảng cách tới trục khi đi trong Phantom nước 3.1. Xác định phân bố liều hấp thụ trong phantom theo bề dày ứng với các trường chiếu khác nhau Thực nghiệm đã tiến hành xác định phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày trong phantom nước với các trường chiếu 5cm x 5cm, 10cm x 10cm, 15cm x 15cm, 20cm x 20cm. Khoảng cách từ bia đến mặt phantom là 100cm ứng với khoảng cách đến da bệnh nhân. Lần lượt tiến hành xây dựng đường cong phân bố liều hấp thụ tương đối trên trục với các bề dày khác nhau, thực hiện với chùm photton 6 và 15MV. Bảng 3.1. Kết quả đo liều hấp thụ tương đối theo bề dày với chùm photon 6MV Trường chiếu 5x5 cm2 10x10 cm2 15x15 cm2 20x20 cm2 Bề dày(cm) 0.0 0.41767 0.46092 0.50250 0.53700 0.5 0.63454 0.66934 0.70170 0.72800 1.0 0.92470 0.93387 0.94394 0.95100 1.5 0.99699 0.99800 0.99800 0.99800 2.0 0.99900 1.00000 0.99700 0.99600 2.5 0.98092 0.98196 0.98198 0.98000 3.0 0.95783 0.96293 0.96296 0.96200 3.5 0.93474 0.94188 0.94294 0.94300 4.0 0.90964 0.91884 0.92392 0.92300 4.5 0.88454 0.89679 0.90290 0.90500 5.0 0.86044 0.87375 0.88288 0.88500 5.5 0.83635 0.85371 0.86286 0.86600 6.0 0.81225 0.83267 0.84284 0.84700 6.5 0.78916 0.81162 0.82182 0.82800 7.0 0.76606 0.79058 0.80480 0.81000 7.5 0.74498 0.77255 0.78478 0.79200 8.0 0.72289 0.75150 0.76777 0.77600 8.5 0.69980 0.73347 0.74975 0.75800 9.0 0.67972 0.71343 0.73173 0.74100 9.5 0.65964 0.69339 0.71371 0.72300 39
  40. 10.0 0.63855 0.67435 0.69469 0.70700 10.5 0.61948 0.65631 0.67668 0.68900 11.0 0.60141 0.63828 0.65966 0.67200 11.5 0.58133 0.62124 0.64364 0.65600 12.0 0.56526 0.60421 0.62763 0.64100 12.5 0.54819 0.58818 0.61161 0.62400 Trường chiếu 5x5 cm2 10x10 cm2 15x15 cm2 20x20 cm2 Bề dày (cm) 13.0 0.53213 0.57214 0.59560 0.60900 13.5 0.51506 0.55611 0.58158 0.59500 14.0 0.50100 0.54108 0.56657 0.58100 14.5 0.48494 0.52705 0.55155 0.56600 15.0 0.47088 0.51303 0.53754 0.55200 15.5 0.45582 0.49599 0.52352 0.53700 16.0 0.44277 0.48196 0.50951 0.52500 16.5 0.42972 0.46894 0.49449 0.51300 17.0 0.41667 0.45591 0.48148 0.49800 17.5 0.40261 0.44289 0.46947 0.48700 18.0 0.39257 0.43186 0.45646 0.47400 18.5 0.38052 0.41884 0.44444 0.46200 19.0 0.36847 0.40882 0.43343 0.45100 19.5 0.35743 0.39479 0.42142 0.43800 20.0 0.34538 0.38477 0.41041 0.42700 20.5 0.33534 0.37375 0.40040 0.41600 21.0 0.32430 0.36273 0.38839 0.40500 21.5 0.31526 0.35170 0.37838 0.39500 22.0 0.30622 0.34269 0.36837 0.38500 22.5 0.29719 0.33367 0.35936 0.37500 23.0 0.28715 0.32365 0.34835 0.36500 23.5 0.27912 0.31363 0.33934 0.35600 24.0 0.27008 0.30561 0.33133 0.34700 24.5 0.26305 0.29659 0.32132 0.33800 25.0 0.25602 0.28758 0.31231 0.32900 25.5 0.24699 0.27956 0.30430 0.32000 26.0 0.23996 0.27154 0.29530 0.31200 26.5 0.23193 0.26353 0.28729 0.30500 27.0 0.22590 0.25651 0.27928 0.29600 27.5 0.21888 0.24950 0.27227 0.28800 28.0 0.21285 0.24248 0.26527 0.28000 28.5 0.20683 0.23547 0.25826 0.27300 29.0 0.19880 0.22946 0.25125 0.26600 29.5 0.19478 0.22144 0.24424 0.25800 30.0 0.18675 0.21743 0.23724 0.25200 30.5 0.18173 0.21042 0.23123 0.24600 31.0 0.17570 0.20441 0.22422 0.23900 40
  41. Bảng 3.2. Kết quả đo liều hấp thụ tương đối theo bề dày với chùm photon 15MV Trường chiếu 5x5 cm2 10x10 cm2 15x15 cm2 20x20 cm2 Bề dày 0.0 0.24349 0.29830 0.35536 0.40300 0.5 0.42285 0.47848 0.52953 0.57600 1.0 0.71343 0.75175 0.78979 0.81800 1.5 0.86473 0.88789 0.90891 0.92800 2.0 0.94890 0.95996 0.97297 0.98100 2.5 0.98798 0.99099 0.99600 0.99800 3.0 1.00200 1.00100 1.00100 0.99900 3.5 1.00000 0.99800 0.99399 0.99000 4.0 0.98898 0.98699 0.98298 0.97800 4.5 0.97395 0.96997 0.96697 0.96000 5.0 0.95591 0.95295 0.94995 0.94400 5.5 0.93587 0.93393 0.93293 0.92800 6.0 0.91483 0.91692 0.91491 0.91100 6.5 0.89679 0.89690 0.89790 0.89500 7.0 0.87675 0.87988 0.88188 0.87700 7.5 0.85872 0.86386 0.86486 0.86300 8.0 0.84068 0.84785 0.84885 0.84700 8.5 0.82164 0.83083 0.83283 0.82900 9.0 0.80361 0.81381 0.81582 0.81600 9.5 0.78657 0.79680 0.79980 0.80100 10.0 0.76954 0.77878 0.78579 0.78500 10.5 0.75150 0.76376 0.76977 0.77000 11.0 0.73447 0.74775 0.75576 0.75600 11.5 0.71743 0.73173 0.73974 0.74200 12.0 0.70441 0.71872 0.72472 0.73000 12.5 0.68737 0.70270 0.71171 0.71700 13.0 0.67234 0.68869 0.69970 0.70200 13.5 0.65832 0.67467 0.68468 0.68900 14.0 0.64329 0.65966 0.67067 0.67600 14.5 0.62725 0.64665 0.65766 0.66200 15.0 0.61423 0.63363 0.64464 0.64900 15.5 0.60020 0.61862 0.63063 0.63700 16.0 0.58717 0.60661 0.61962 0.62500 16.5 0.57515 0.59259 0.60661 0.61200 17.0 0.56112 0.58158 0.59459 0.60100 17.5 0.55110 0.56957 0.58358 0.58900 18.0 0.53707 0.55656 0.57257 0.57800 18.5 0.52505 0.54655 0.56156 0.56800 19.0 0.51403 0.53654 0.54955 0.55700 19.5 0.50401 0.52452 0.53754 0.54600 20.0 0.49198 0.51251 0.52653 0.53500 20.5 0.48096 0.50150 0.51752 0.52600 21.0 0.47194 0.49249 0.50651 0.51500 21.5 0.46092 0.48148 0.49850 0.50500 41
  42. 22.0 0.44990 0.47347 0.48649 0.49500 22.5 0.44088 0.46246 0.47848 0.48500 Trường chiếu 5x5 cm2 10x10 cm2 15x15 cm2 20x20 cm2 Bề dày(cm) 23.0 0.43186 0.45345 0.46847 0.47600 23.5 0.42285 0.44444 0.46046 0.46700 24.0 0.41383 0.43443 0.45045 0.45800 24.5 0.40381 0.42643 0.44144 0.45000 25.0 0.39579 0.41742 0.43143 0.44100 25.5 0.38778 0.40841 0.42442 0.43200 26.0 0.37976 0.40040 0.41441 0.42400 26.5 0.37074 0.39239 0.40741 0.41600 27.0 0.36373 0.38338 0.39840 0.40900 27.5 0.35671 0.37638 0.39139 0.40000 28.0 0.34970 0.36837 0.38438 0.39200 28.5 0.34168 0.36336 0.37738 0.38600 29.0 0.33567 0.35435 0.36937 0.37800 29.5 0.32665 0.34735 0.36236 0.37100 30.0 0.32064 0.33934 0.35536 0.36300 30.5 0.31463 0.33333 0.34835 0.35700 31.0 0.30762 0.32733 0.34134 0.35000 31.5 0.30261 0.31932 0.33433 0.34300 32.0 0.29459 0.31532 0.32933 0.33700 32.5 0.28958 0.30831 0.32232 0.33000 33.0 0.28357 0.30130 0.31632 0.32400 Từ bảng kết quả 3.1 và 3.2 ta xây dựng đồ thị 3.1 và đồ thị 3.2 mô tả đường cong phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày từ đó xác định khoảng cách điều trị 1.2 1 5.R85 5.3(cm) 10.R85 5.7(cm) ối 15.R 5.9(cm) 0.8 85 20.R85 6.0(cm) 5cm ương ương đ 10cm 0.6 15cm 20cm Liều Liều thụ hấp 0.4 ều ều hấp t thụ Li 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Bề dày (cm) 42
  43. Đồ thị 3.1 Đường cong phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày của chùm photon 6MV 1.2 5. R85 7.7(cm) 1 10. R85 7.9(cm) ối 15. R85 7.9(cm) 0.8 20.R85 7.9(cm) ương ương đ 5 10 0.6 15 20 Liều hấp thụ ều 0.4ều hấp t thụ Li 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Bề dày (cm) Đồ thị 3.2 Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày của chùm photon 15MV Từ đồ thị 3.1 và đồ thị 3.2 ta xác định được khoảng cách điều trị dao động trong khoảng từ 5.3cm đến 6cm đối với chùm photon 6 MV và từ 7.7cm đến 7.9cm đối với chùm photon 15 MV. Đồng thời từ đồ thị 3.1 và đồ thị 3.2 ta nhận thấy rằng trên bề mặt mô hay bề mặt phantom liều hấp thụ tương đối nhỏ, càng vào sâu liều hấp thụ tương đối tăng nhanh đến giá trị cực đại tại chiều sâu cỡ 2(cm) đối với chùm photon 6 MV và cỡ 3cm đối với photon 15MV. Sau vị trí cực đại, càng vào sâu bên trong mô liều hấp thụ tương đối giảm dần theo chiều sâu, tức bề dày càng tăng liều hấp thụ tương đối càng giảm. Từ đồ thị 3.1 và 3.2 ta thấy dạng đồ thị và vị trí cực đại không phụ thuộc vào trường chiếu mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng chùm photon. Dạng đồ thị có thể được giải thích như sau: Ban đầu với độ sâu nhỏ khi đi trong mô cường độ chùm photon coi như không đổi, mặt khác năng lượng photon nhỏ xác suất tương tác của photon với vật chất nhỏ hay năng lượng của photon truyền qua mô nhỏ, dẫn tới liều hấp thụ tương đối nhỏ. Càng đi sâu vào bên trong do tương tác với tế bào trong mô, photon mất dần năng lượng dẫn tới xác suất 43
  44. tương tác với mô tăng, năng lượng chùm photon truyền cho mô trên một đơn vị đường đi tăng, kết quả liều hấp thụ tương đối tăng theo độ sâu phantom. Sau cực đại, ở đó độ sâu đủ lớn, khi đó hiệu ứng suy giảm cường độ chùm photon trở lên đáng kể, vì vậy khi độ sâu tăng, liều hấp thụ tương đối giảm dần. 3.2. Xác định phân bố liều hấp thụ tương đối trong phantom theo khoảng cách tới trục với trường chiếu 10cm x 10cm ở các bề dày khác nhau Để đánh giá chính xác phân bố liều hấp thụ tương đối trong mô thường các phép đo được tiến hành trong phantom nước. Bộ điều khiển CCU được kết nối với máy tính có cài đặt phần mềm OmniPro – Accepts cho phếp xác định vị trí của buồng ion hóa đo trong phantom nước với độ chính xác mm. Phần mềm cho phép xác định liều tại các điểm đo so với liều tại một điểm nào đó được chọn trước. Trong quá trình đo chùm photon được phát ra liên tục với suất liều không đổi, thời gian đo tại mỗi điểm như nhau. Trong bảng 3.3 và bảng 3.4 đưa ra kết quả đo liều hấp thụ tương đối trong phantom nước tại những điểm cách trục những khoảng cách khác nhau, ứng với bề dày 5cm, 10cm, 15cm và 20cm trường chiếu 10x10(cm2), Khoảng cách từ bia tới phantom là 100(cm). Tiến hành đo với chùm photon 6 MV và 15 MV. 3.2.1. Xác định phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục ứng với trường chiếu 10cm x 10cm ở các bề dày khác nhau với chùm photon 6 MV Bảng 3.3 Kết quả đo liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 6MV Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) -7.5 0.02151 0.03600 0.04299 0.04900 -7.0 0.02950 0.04800 0.05500 0.06400 -6.5 0.04024 0.06050 0.07001 0.07900 -6.0 0.05700 0.07900 0.09000 0.10300 -5.0 0.47200 0.46600 0.45350 0.46400 -4.9 0.58357 0.57469 0.55893 0.57021 -4.8 0.69200 0.68021 0.66422 0.67420 -4.7 0.78682 0.77107 0.75737 0.76457 -4.6 0.86067 0.84197 0.82866 0.83268 -4.5 0.91363 0.89200 0.87684 0.88000 -4.4 0.94660 0.92330 0.90885 0.90664 -4.3 0.96564 0.94255 0.93028 0.92577 -4.2 0.97785 0.95743 0.94471 0.93842 -4.1 0.98753 0.96721 0.95395 0.94918 44
  45. -4.0 0.99300 0.97400 0.96000 0.95700 -3.9 0.99826 0.97930 0.96460 0.96201 -3.8 1.00331 0.98259 0.96949 0.96680 -3.7 1.00600 0.98589 0.97434 0.96920 -3.6 1.00600 0.98879 0.97779 0.97160 -3.5 1.00625 0.99050 0.98124 0.97600 -3.4 1.00730 0.99221 0.98469 0.97940 -3.3 1.00835 0.99370 0.98509 0.98180 -3.2 1.00900 0.99560 0.98700 0.98300 -3.1 1.00945 0.99600 0.98769 0.98460 Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) -3.0 1.01050 0.99800 0.98900 0.98700 -2.9 1.01045 0.99800 0.98966 0.98740 -2.8 1.00880 0.99820 0.99161 0.98900 -2.7 1.00800 0.99930 0.99200 0.99020 -2.6 1.00730 1.00000 0.99400 0.99100 -2.5 1.00625 0.99950 0.99425 0.99400 -2.4 1.00600 0.99840 0.99500 0.99400 -2.3 1.00600 0.99870 0.99500 0.99400 -2.2 1.00600 0.99820 0.99500 0.99400 -2.1 1.00411 0.99800 0.99500 0.99400 -2.0 1.00200 0.99800 0.99700 0.99400 -1.9 0.99895 0.99600 0.99500 0.99440 -1.8 0.99800 0.99580 0.99470 0.99600 -1.7 0.99815 0.99500 0.99445 0.99480 -1.6 0.99880 0.99500 0.99500 0.99400 -1.5 0.99775 0.99500 0.99500 0.99400 -1.4 0.99700 0.99500 0.99500 0.99440 -1.3 0.99735 0.99570 0.99500 0.99680 -1.2 0.99800 0.99600 0.99500 0.99800 -1.1 0.99755 0.99780 0.99569 0.99960 -1.0 0.99750 0.99800 0.99700 1.00000 -0.9 0.99800 0.99900 0.99766 1.00040 -0.8 0.99800 0.99920 0.99800 1.00200 -0.7 0.99865 1.00000 0.99991 1.00200 -0.6 0.99970 0.99960 1.00000 1.00200 -0.5 1.00000 0.99850 1.00000 1.00200 -0.4 1.00000 0.99800 1.00000 1.00240 -0.3 1.00085 0.99870 0.99890 1.00400 -0.2 1.00100 0.99900 0.99940 1.00280 -0.1 1.00005 0.99900 1.00000 1.00200 0.0 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 0.1 1.00000 1.00090 1.00000 1.00040 0.2 0.99990 0.99980 1.00000 1.00120 0.3 0.99900 0.99930 1.00000 1.00000 0.4 0.99880 1.00000 1.00000 1.00000 0.5 0.99825 1.00000 1.00000 1.00000 0.6 0.99840 0.99940 0.99821 1.00000 0.7 0.99665 0.99830 0.99700 0.99920 45
  46. 0.8 0.99600 0.99640 0.99720 0.99680 0.9 0.99600 0.99510 0.99800 0.99440 1.0 0.99550 0.99400 0.99750 0.99400 1.1 0.99500 0.99390 0.99569 0.99400 1.2 0.99440 0.99260 0.99420 0.99281 1.3 0.99335 0.99070 0.99400 0.99100 1.4 0.99230 0.99000 0.99179 0.98940 1.5 0.99275 0.99050 0.98975 0.98900 1.6 0.99220 0.99100 0.98900 0.98860 1.7 0.99285 0.99030 0.98900 0.98700 1.8 0.99390 0.98920 0.98900 0.98700 1.9 0.99400 0.98900 0.98900 0.98700 Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) 2.0 0.99400 0.99000 0.99000 0.98700 2.1 0.99505 0.98900 0.99000 0.98700 2.2 0.99610 0.98900 0.98970 0.98620 2.3 0.99715 0.98930 0.98721 0.98380 2.4 0.99780 0.99000 0.98500 0.98300 2.5 0.99725 0.99050 0.98500 0.98300 2.6 0.99800 0.99040 0.98500 0.98260 2.7 0.99800 0.98930 0.98400 0.98100 2.8 0.99840 0.98900 0.98400 0.97980 2.9 0.99900 0.98810 0.98400 0.97900 3.0 0.99850 0.98700 0.98300 0.97900 3.1 0.99800 0.98500 0.98200 0.97560 3.2 0.99860 0.98480 0.98120 0.97320 3.3 0.99965 0.98400 0.97909 0.97080 3.4 0.99930 0.98360 0.97690 0.96840 3.5 0.99825 0.98150 0.97524 0.96600 3.6 0.99720 0.97819 0.97139 0.96299 3.7 0.99529 0.97489 0.96845 0.95741 3.8 0.99231 0.97159 0.96449 0.95380 3.9 0.99011 0.96830 0.95875 0.94901 4.0 0.98600 0.96500 0.95500 0.94400 4.1 0.97858 0.95721 0.94680 0.93618 4.2 0.96975 0.94763 0.93731 0.92582 4.3 0.95620 0.93325 0.92517 0.91317 4.4 0.93400 0.91290 0.90605 0.89205 4.5 0.89888 0.88150 0.87633 0.86300 4.6 0.84818 0.83378 0.83314 0.81408 4.7 0.78095 0.76688 0.77087 0.74995 4.8 0.69520 0.68042 0.69056 0.66561 4.9 0.59157 0.57930 0.59700 0.56880 5.0 0.47800 0.46900 0.49550 0.46400 5.5 0.11382 0.13100 0.14820 0.14600 6.0 0.05800 0.07600 0.09400 0.09900 6.5 0.04049 0.05750 0.07176 0.07500 7.0 0.03000 0.04500 0.05750 0.06000 7.5 0.02351 0.03300 0.04475 0.04500 46
  47. Từ bảng số liệu bảng 3.2 ta xây dựng đồ thị liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục ứng bề dày tương ứng 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20cm. Dựa vào công thức 2.6 và 2.7 ta đi tính độ bằng phẳng (F) và độ đồng đều (S) của chùm photon năng lượng 6MV 1.1 1 0.9 ối 0.8 0.7 ương ương đ 5 0.6 0.5 Liều hấp thụ D(Gy) thụ hấp Liều 0.4 ều ều hấp t thụ 0.3 Li 0.2 0.1 0 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2Khoảng-1 cách0 tới trục1 (cm) 2 3 4 5 6 7 8 9 Đồ thị 3.3: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 6MV ứng bề dày 5cm 1.01045 0.99826 Độ bằng phẳng: F x100% 0.607% 1.01045 0.99826 48.28304 47.97452 Độ đồng đều: S x100% 1.35% 48.28304 47.97452 47
  48. 1.1 1 0.9 0.8 ối 0.7 ương ương đ 0.6 10 0.5 Liều hấp thụ D(Gy) thụ hấp Liều 0.4 ều ều hấp t thụ 0.3 Li 0.2 0.1 0 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.4: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 6MV ứng bề dày 10cm 1.00009 0.97819 Độ bằng phẳng: F x100% 1.1% 1.00009 0.97819 48.82961 47.52074 Độ đồng đều : S x100% 1.56% 48.82961 47.52074 1.1 1 0.9 ối 0.8 0.7 ương ương đ ụ t 0.6 th Series1 0.5 0.4 ều hấp ều hấp 0.3 Li 0.2 0.1 0 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Đồ thị 3.5: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 6MV ứng bề dày 15cm 1 0.9694 Độ bằng phẳng: F x100% 1.55% 1 0.9694 48
  49. 48.56897 47.45199 Độ đồng đều : S x100% 1.16% 48.56897 47.45199 1.1 1 0.9 ối 0.8 ương ương đ 0.7 0.6 Series1 0.5 ều ều hấp t thụ 0.4 Li 0.3 0.2 0.1 0 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Đồ thị 3.6: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối khoảng cách tới trục của chùm photon 6 MV ứng bề dày 20cm 1.0028 0.96201 Độ bằng phẳng: F x100% 2.07% 1.0028 0.96201 48 .56328 47 .15308 Độ đồng đều: S x100 % 1.5% 48 .56328 47 .15308 Nhận xét 1: Từ các kết quả tính toán ở trên cho thấy liều hấp thụ tương đối trong phantom là khá đồng đều và tương đố bằng phẳng trên một mặt phẳng. Độ đồng đều trong khoảng 1.16% đến 1.56% và độ không bằng phẳng trong khoảng 0.6% đến 2.07%. Từ bảng kết quả 3.3, dựa trên các đồ thị 3.3 đến 3.7 cho thấy: - Với kích thước trường chiếu 10x10(cm2) ở kích thước trường chiếu 8x8 (cm2) cụ thể tại các điểm cách trục nhỏ hơn 4cm phân bố liều hấp thụ tương đối đồng đều. -Khi ra gân biên, tức ở những điểm cách trục 4 cm đến 5cm liều hấp thụ tương đối giảm nhanh theo khoảng cách tới trục. Cụ thể ở khoảng cách 4 cm ứng 49
  50. với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối là 0.986, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối là 0.965, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối là 0.955 và ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối là 0.944. Và ở khoảng cách tới trục 5 cm ứng với các bề dày khác nhau là liều hấp tương đối chỉ 50% liều cực đại - Khi ra ngoài biên, tức ở khoảng cách lớn hơn 5cm liều hấp thụ tương đối giảm rất nhanh. Cụ thể ứng với bề dày 5cm ở khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.114 thì ở khoảng cách 7.5cm chỉ là 0.024, ứng với bề dày 10cm ở khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.131 thì ở khoảng cách 7.5cm chỉ là 0.033, ứng với bề dày 15cm ở khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.148 thì ở khoảng cách 7.5cm chỉ là 0.045 và ứng với bề dày 20cm ở khoảng cách 5.5cm liều hấp thụ tương đối cỡ 0.146 thì ở khoảng cách 7.5cm chỉ là 0.045 3.2.2. Xác định phân bố liều hấp thụ tương đối theo bề dày với trường chiếu 10cm x 10cm ứng với các bề dày khác nhau với chùm photon 15MV Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) -13.0 0.05950 0.07500 0.08750 0.10300 -12.0 0.07400 0.09300 0.10700 0.12400 -11.8 0.07921 0.09740 0.11460 0.13019 -11.6 0.08360 0.10258 0.11979 0.13819 -11.4 0.09121 0.11042 0.12948 0.14461 -11.2 0.10140 0.11901 0.13698 0.15501 -11.0 0.11450 0.13200 0.14900 0.16600 -10.8 0.13520 0.15037 0.16805 0.18178 -10.6 0.16896 0.18212 0.19686 0.20557 -10.4 0.22900 0.23595 0.24867 0.25026 -10.2 0.33485 0.33152 0.34006 0.32910 -10.0 0.50000 0.48400 0.49000 0.45900 -9.8 0.69254 0.66583 0.65692 0.63723 -9.6 0.83680 0.80520 0.78990 0.77310 -9.4 0.90934 0.88011 0.86341 0.84164 -9.2 0.94480 0.92023 0.89895 0.87943 -9.0 0.96550 0.94200 0.91850 0.90400 -8.8 0.97900 0.95359 0.93383 0.92099 -8.6 0.98779 0.96258 0.94341 0.92860 -8.4 0.99560 0.97081 0.95040 0.93620 -8.2 0.99979 0.97660 0.95610 0.94020 -8.0 1.00200 0.97800 0.96000 0.94600 -7.8 1.00510 0.98340 0.96290 0.94980 -7.6 1.00600 0.98679 0.97020 0.95799 -7.4 1.00730 0.99100 0.97369 0.96100 -7.2 1.01000 0.99180 0.97600 0.96360 -7.0 1.00950 0.99500 0.98000 0.97000 -6.8 1.01200 0.99540 0.98280 0.97180 50
  51. -6.6 1.01300 0.99900 0.98600 0.97580 -6.4 1.01400 0.99860 0.98700 0.98020 -6.2 1.01590 1.00080 0.98900 0.98100 -6.0 1.01700 1.00500 0.99000 0.98500 -5.8 1.01710 1.00620 0.99460 0.98800 -5.6 1.01820 1.00840 0.99660 0.99160 -5.4 1.02130 1.01200 0.99990 0.99220 -5.2 1.02200 1.01300 1.00139 0.99620 -5.0 1.02450 1.01300 1.00500 1.00000 Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) -4.8 1.02540 1.01520 1.00600 1.00240 -4.6 1.02500 1.01740 1.00821 1.00460 -4.4 1.02500 1.01640 1.01060 1.00540 -4.2 1.02400 1.01700 1.00940 1.00700 -4.0 1.02300 1.01800 1.01000 1.00800 -3.8 1.02400 1.01800 1.00800 1.00800 -3.6 1.02160 1.01700 1.01000 1.00540 -3.4 1.01840 1.01479 1.01000 1.00500 -3.2 1.01520 1.01240 1.00700 1.00500 -3.0 1.01250 1.00700 1.00450 1.00200 -2.8 1.01080 1.00580 0.99920 1.00120 -2.6 1.00591 1.00260 0.99990 0.99840 -2.4 1.00040 1.00040 0.99520 0.99500 -2.2 0.99710 0.99559 0.99230 0.99620 -2.0 0.99500 0.99200 0.99000 0.99200 -1.8 0.99390 0.99280 0.98900 0.98880 -1.6 0.99060 0.99100 0.98960 0.99000 -1.4 0.99000 0.99100 0.99000 0.99220 -1.2 0.99100 0.99180 0.99000 0.99300 -1.0 0.99250 0.99300 0.99100 0.99300 -0.8 0.99360 0.99420 0.99380 0.99500 -0.6 0.99670 0.99700 0.99421 0.99780 -0.4 0.99880 0.99760 0.99700 1.00160 -0.2 1.00000 0.99980 0.99700 1.00200 0.0 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 0.2 1.00000 1.00100 0.99900 1.00000 0.4 0.99880 0.99921 0.99780 0.99720 0.6 0.99470 0.99440 0.99421 0.99660 0.8 0.99200 0.99220 0.99300 0.99300 1.0 0.99100 0.99100 0.99250 0.99300 1.2 0.98880 0.98780 0.98739 0.99000 1.4 0.98800 0.98740 0.98700 0.98800 1.6 0.99000 0.98800 0.98700 0.98800 1.8 0.99000 0.99000 0.98700 0.98800 2.0 0.99400 0.99100 0.98900 0.99000 2.2 0.99610 0.99420 0.99200 0.99200 2.4 0.99920 0.99740 0.99300 0.99280 2.6 1.00421 1.00060 0.99690 0.99720 2.8 1.00980 1.00441 1.00059 0.99920 51
  52. 3.0 1.01300 1.00800 1.00500 1.00300 3.2 1.01620 1.01040 1.00700 1.00700 3.4 1.01940 1.01400 1.00800 1.00780 3.6 1.02360 1.01500 1.00800 1.00800 3.8 1.02490 1.01620 1.01070 1.00700 4.0 1.02600 1.01700 1.01100 1.00700 4.2 1.02610 1.02000 1.00940 1.00700 4.4 1.02600 1.01760 1.00740 1.00540 4.6 1.02630 1.01540 1.00700 1.00300 4.8 1.02560 1.01500 1.00800 1.00200 5.0 1.02550 1.01300 1.00650 1.00000 Bề dày 5cm 10cm 15cm 20cm K/C tới trục(cm) 5.2 1.02540 1.01200 1.00320 0.99541 5.4 1.02160 1.01121 1.00090 0.98881 5.6 1.01820 1.00900 0.99879 0.98800 5.8 1.01800 1.00640 0.99600 0.98680 6.0 1.01700 1.00300 0.99300 0.98300 6.2 1.01600 1.00180 0.98970 0.98060 6.4 1.01480 1.00000 0.98721 0.97640 6.6 1.01400 0.99740 0.98321 0.97580 6.8 1.01260 0.99420 0.98141 0.97119 7.0 1.01150 0.99300 0.97700 0.96800 7.2 1.00880 0.99160 0.97400 0.96300 7.4 1.00730 0.98660 0.97079 0.95861 7.6 1.00520 0.98540 0.96679 0.95400 7.8 1.00310 0.98220 0.96290 0.95059 8.0 1.00000 0.97800 0.95800 0.94600 8.2 0.99990 0.97441 0.95440 0.93660 8.4 0.99640 0.96881 0.94761 0.93120 8.6 0.98979 0.96058 0.94031 0.92519 8.8 0.97860 0.95279 0.92902 0.91399 9.0 0.96550 0.93800 0.91550 0.90000 9.2 0.94320 0.91423 0.89254 0.87823 9.4 0.90225 0.87332 0.85672 0.84444 9.6 0.82140 0.79459 0.78830 0.77870 9.8 0.68192 0.65604 0.66272 0.66527 10.0 0.49800 0.48100 0.49000 0.50600 10.2 0.32475 0.32452 0.33446 0.35172 10.4 0.21900 0.23034 0.24386 0.25668 10.6 0.16156 0.17712 0.19586 0.20957 10.8 0.13000 0.15018 0.16724 0.18337 11.0 0.11150 0.13100 0.15050 0.16400 12.0 0.07400 0.09000 0.10900 0.12200 13.0 0.05850 0.07100 0.08650 0.10000 Từ bảng số liệu bảng 3.4 ta xây dựng đồ thị liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục ở các bề dày 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20cm. Dựa vào công thức 52
  53. 2.6 và 2.7 ta đi tính độ bằng phẳng (F) và độ đồng đều (S) của chùm photon năng lượng 15MV 5 1.1 1 ối 0.9 0.8 0.7 ương ương đ 0.6 5 0.5 Liều hấp thụ 0.4 ều ều hấp t thụ 0.3 Li 0.2 0.1 0 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.8: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 15 MV ứng bề dày 5cm 1.0263 0.99 Độ bằng phẳng: F x100% 1.8 1.0263 0.99 50.19647 49.16167 Độ đồng đều : S x100% 1.0415 50.19647 49.16167 1.1 1 0.9 0.8 ối 0.7 0.6 ương ương đ 10 0.5 Liều hấp thụ D(Gy) thụ hấp Liều 0.4 0.3 ều ều hấp t thụ 0.2 Li 0.1 0 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.9: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 15MV ứng bề dày 10cm 1.02 0.978 Độ bằng phẳng: F x100% 2.1 1.02 0.978 53
  54. 49.65212 48.6502 Độ đồng đều : S x100% 1.11 49.65212 48.6502 15 1.1 1 ối 0.9 0.8 0.7 ương ương đ 0.6 15 0.5 Liều hấp hấp thụ (Gy) 0.4 ều ều hấp t thụ 0.3 Li 0.2 0.1 0 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.10: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 15 MV ứng bề dày 15cm 1.011 0.958 Độ bằng phẳng: F x100% 2.69 1.011 0.958 49.15842 48.11411 Độ đồng đều : S x100% 1.073 49.15842 48.11411 1.1 1 0.9 ối 0.8 0.7 ương ương đ 0.6 20 0.5 Liều hấp thụ D(Gy) 0.4 ều hấp thụ ều hấp t 0.3 Li 0.2 0.1 0 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Khoảng cách tới trục (cm) Đồ thị 3.11: Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo khoảng cách tới trục của chùm photon 15MV ứng bề dày 20cm 54
  55. 1.008 0.925 Độ bằng phẳng: F x100% 3.1 1.008 9.25 48.6058 47.8203 Độ đồng đều : S x100% 1.07 48.6058 47.8203 Nhận xét 2: Từ các kết quả tính toán ở trên cho thấy liều hấp thụ tương đối trong phantom là khá đồng đều. Độ đồng đều trong khoảng 1.0415% đến 1.148% và độ không bằng phẳng trong khoảng 1.8% đến 3.1%. Từ bảng kết quả 3.4, dựa trên các đồ thị 3.8 đến 3.11 cho thấy: - Với kích thước trường chiếu 10x10(cm2) ở khích thước trường chiếu 8x8(cm2 ) tức tại các điểm cách trục nhỏ hơn 8cm phân bố liều hấp thụ tương đối đồng đều. - Khi ra gân biên, tức ở những điểm cách trục 8 cm đến 10cm liều hấp thụ tương đối giảm dần theo khoảng cách tới trục. Cụ thể ở khoảng cách 8cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 1, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.978, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.958 và ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.946 - Ở khoảng cách 10m ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.498, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.481, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.490 và ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.484. Như vậy ở khoảng cách tới trục 10cm liều hấp thụ tương đối chỉ còn bằng 50% liều cực đại - Khi ra ngoài biên liều hấp thụ giảm rất nhanh. Cụ thể: + Tại điểm cách trục 11cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.111, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.131, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.151 và ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.164. + Tại điểm các trục 7.5cm ứng với bề dày 5cm liều hấp thụ tương đối 0.058, ứng với bề dày 10cm liều hấp thụ tương đối 0.071, ứng với bề dày 15cm liều hấp thụ tương đối 0.086 và ứng với bề dày 20cm liều hấp thụ tương đối 0.100. Nhận xét chung: Nhận xét 1 và nhận xét 2 khẳng định khi sử dụng chùm photon từ máy gia tốc xạ trị, các mô lành xung quanh bị ảnh hưởng rất nhỏ. Ngoài ra trong thực tế điều trị còn áp dụng chế độ phân chia liều tức chia liều cần chiếu thành nhiều lần chiếu, vì vậy mỗi lần chiếu các tế bào lành xung quanh nhận được liều chiếu rất nhỏ nên dễ dàng hồi phục sau mỗi lần chiếu. Điều này trong thực thế điều trị rất có ý nghia đặc biệt quan trọng: Tùy thuộc vào khối U để chọn trường chiếu thích hợp, sao cho trong phạm vi khối U nơi cần chiếu xạ liều hấp thụ tương đối đồng đều, còn khi ra ngoài biên liều hấp thụ tương 55
  56. đối giảm nhanh. Để giảm ánh hưởng của tia xạ tới khối U ta chỉ cầm tạo khuôn trì dày cỡ 3cm là đủ an toàn cho tế bào xung quanh. 56
  57. Kết Luận Chung Luận văn đã đạt được mục tiêu đề ra cụ thể: Bản luận văn đã tìm hiểu sở vật lý và cơ sở sinh học của phương pháp xạ trị. Cơ sở vật lý chủ yếu của phương pháp xạ trị là dựa trên tương tác của gamma đối với vật chất. Cơ sở sinh học của phương pháp xạ trị là dựa trên tác dụng sinh học của tia xạ, trong đó quan trọng nhất là tác dụng làm chết tế bào. Dựa trên đường cong xác suất tiêu diệt tế bào người ta thấy rằng với liều lượng thích hợp thì các tế bào u sẽ bị tiêu diệt là chủ yếu, trong khi đó các tế bào lành ít bị ảnh hưởng . Phần thực nghiệm tìm hiểu sơ lược về nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy gia tốc. Đồng thời đánh giá liều của chùm tia photon năng lượng 6MeV và 15 MeV trên máy gia tốc xạ trị Primus tại bệnh viện K- Hà Nội. Kết quả cho thấy phân bố liều của chùm chiếu khá đồng đều trên mặt phẳng dẫn đến liều lượng hấp thụ tương đối trong mô cũng được phân bố đồng đều. Điều này là để đáp ứng yêu cầu điều trị là liều lượng phải đồng đều trong khối U chiếu xạ sao cho xác suất tiêu diệt toàn bộ khối U là lớn nhất. Kết quả thực nghiệm cũng chỉ ra rằng khi ra đến biên của trường chiếu, liều chiếu giảm nhanh đến phông, điều này rất có ý nghĩa trong thực tế. Trong kỹ thuật xạ trị chỉ cần sử dụng các khuôn chì có bề dày ra xa khỏi biên của trường chiếu không quá 3 cm. 57
  58. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Thái Hà (2006), Cơ sở vật lý các thiết bị dùng trong xạ trị, Nxb Đại học Bách Khoa Hà Nội. 2. Nguyễn Thái Hà, Nguyễn Đức Thuận (2006), Y học hạt nhân và kỹ thuật xạ trị, Nxb Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3. Ngô Quang Huy (2004), An toàn bức xạ ion hóa, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 4. Nguyễn Xuân Kử, Máy gia tốc dùng trong xạ trị, Tập bài giảng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN. 5. Nguyễn Xuân Kử (2000), Nguyên lý máy gia tốc xạ trị ung thư. Hà Nội. 6. Nguyễn Xuân Kử (2007), Cơ sở vật lý các thiết bị chủ yếu trong xạ trị, Hà Nội. 7. Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 8. Nguyễn Kim Ngân, Lê Hùng (2004), Sinh học phóng xạ, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. 9. Nam/65078078/248/ 10. tham-hoa-cua-nha-may-dien-hat-nhan/35691.043.html 11. Ervin B. Podgorsak (2002), Review of Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Gency Vienna, Austria. 58
  59. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG CHÙM PHOTON 4 1.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất 4 1.2 Hiệu ứng sinh học photon 8 1.3 Các đơn vị đo liều bức xạ 13 1.4 Phương pháp xạ trị dùng chùm photon 19 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM PHOTON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC PRIMUS -SIEMENS 23 2.1 Máy gia tốc PRIMUS - Siemens dùng trong xạ trị 23 2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định một số thông số đặc trưng của chùm photon từ lối ra của máy gia tốc PRIMUS – Siemens 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Xác định phân bố liều hấp thụ theo bề dày ứng với các trường chiếu khác nhau 35 3.2 Xác định phân bố liều hấp thụ theo bề dày ứng với trường chiếu 10cm x 10cm ở các độ sâu khác nhau. 40 KẾT LUẬN CHUNG 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 59