LỜI CẢM ƠN
Hoàn thành luận văn này, em đã được sự giúp đỡ, chỉ dạy, tạo điều
kiện tốt nhất từ các thầy, cô ở nhà trường, từ các thầy, các bác sĩ ở trung tâm Y
học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai và sự động viên to lớn của
người thân. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn:
Trước tiên, em xin cảm ơn Thầy – Kỹ sư Trần Văn Thống tại trung tâm
Y học Hạt nhân & Ung bướu – bệnh viện Bạch Mai. Thầy đã trực tiếp chỉ bảo,
giúp đỡ tận tình em trong quá trình thực tập và nghiên cứu đề tài này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong viện Kỹ thuật
Hạt nhân & Vật lý Môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo trong mấy năm học
qua đã tạo điều kiện thuận lợi cho em và các bạn được học tập, làm đồ án tốt.
Em gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy, cô, tập thể cán bộ trong trường
Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn cổ vũ, động viên, cho em môi trường học tập
tốt, tiếp thu được nhiều kiến thức không chỉ trong sách vở.
Cuối cùng em cũng xin cảm ơn các anh, chị là các bác sĩ, cán bộ trung
tâm Y học Hạt nhân & Ung bướu – Bệnh viện Bạch Mai đã luôn tạo điều kiện
tốt, hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2011
Sinh viên
Phạm Anh Tuấn
§å ¸n tèt nghiÖp 1
TÓM TẮT NỘI DUNG
Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng rất hiệu quả trong các lĩnh
vực của cuộc sống. Trong lĩnh vực y tế, ngành u bướu thì kỹ thuật hạt nhân được
dùng để chẩn đoán và trị bệnh ung thư cải thiện cuộc sống của con người. Trong
luận văn này, nội dung chính em đã tìm hiểu là tiến hành đo liều hấp thụ trong
nước theo chuẩn quốc tế trên cơ sở đó hiệu chỉnh chùm tia phát ra của máy gia
tốc linac Primus 5052. Tên đề tài là: Chuẩn quốc tế xác định liều hấp thụ theo
phương pháp đo liều hấp trong nước. Luận văn được chia làm 3 phần:
Phần 1 – Mở đầu, em trình bày các vấn đề tổng quát: lý do chọn đề tài
để nghiên cứu ứng dụng hạt nhân trong y tế. Mà ở đây đối tượng nghiên cứu là

trong nước với photon năng lượng cao. Trong chương này đã giới thiệu các thiết
bị dùng để xác định liều đi kèm với máy gia tốc. Giải thích các hệ số hiệu chỉnh
trong mẫu giao thức tiến hành nằm trong phần thứ 3 của chương 4. Trên cơ sở
các khái niệm về các đại lượng ở chương 3 đã trình bày thì quá trình tiến hành
xác định đại lượng, xử lý số liệu, kết quả cuối cùng được viết ngắn ngọn theo
giao thức đo liều hấp thụ với photon năng lượng cao.
Phần kết luận, em đưa ra kết quả cuối cùng sau khi xác định theo giao
thức chuẩn TRS – 398. Các kết quả này được so sánh với tiêu chuẩn cho phép,
dựa vào độ sai lệch này để đánh giá chất lượng phát photon của máy gia tốc.
§å ¸n tèt nghiÖp 3
MỤC LỤC
Lời cảm ơn…………………………………………………………………
Tóm tắt nội dụng
Mục lục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các viết tắt
Danh sách hình vẽ, đồ thị và bảng
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
Chương 1. Cơ sở vật lý của quy trình xạ trị
1.1 Các liều lượng và giới hạn liều dùng trong xạ trị
1.1.1 Liều chiếu xạ
1.1.2 Liều hấp thụ
1.1.3 Liều tương đương
1.1.4 Suất liều tương đương
1.1.5 Liều hiệu dụng
1.1.6 Tiêu chuẩn cơ bản về an toàn bức xạ
1.2 Ảnh hưởng bức xạ lên cơ thể người
1.3 Ung thư và y học hạt nhân
1.3.1 Ung thư là gì?

15
15
16
17
20
20
21
22
23
26
27
27
28
30
31
31
33
33
34
34
35
35
36
§å ¸n tèt nghiÖp 4
2.3.4 Hệ thống chuẩn trực chùm tia
2.4 Máy gia tốc Primus 5052
Chương 3. Các thông số vật lý dùng trong xạ trị
3.1 Các thể tích xạ
3.2 Các giản đồ liều khối
3.3 Độ sâu liều hấp thụ

48
49
49
50
50
51
52
52
54
4.4 Tiến hành xác định liều hấp thụ theo giao thức
4.4.1 Tiến hành xác định liều hấp thụ với photon 15MV
4.4.1.1 Bố trí đo theo kỹ thuật SSD xác định liều sâu phần trăm
PDD
4.4.1.2 Bố trí đo theo kỹ thuật SAD xác định tỉ số TMR và hiệu
chỉnh M
Q

4.4.1.3 Bố trí đo theo kỹ thuật SAD, SSD xác định tỉ số TPR
20/10

tìm hệ số hiệu chỉnh
,
O
Q Q
k
……………………………….
55
55
55
56

D
ci
Liều hấp thụ trên cơ thể người do bức xạ loại i, cơ quan tổ chức c (Gy)
Q
TS,i
Trọng số của bức xạ loại i
K Hệ số ảnh hưởng của điều kiện khi chiếu xạ
H
hd
Liều hiệu dụng trên cơ thể người (Gy)
W
c
Trọng số của cơ quan hoặc tổ chức của cơ thể người
H
c
Liều tương đương trên cơ quan hoặc tổ chức c của cơ thể người (Gy)
z Độ sâu của đầu dò trong phantom nước (cm)
z
ref
Độ sâu chuẩn của đầu dò trong phantom nước (quy ước) (cm)
N Hệ số chuẩn liều của thiết bị (Gy/C)
M Giá trị đọc trên máy đo liều (C)
,Q
D
ω
Liều hấp thụ (Gy) xác định với nước tại độ sâu z
ref

0
, ,D Q

§å ¸n tèt nghiÖp 6
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT
IAEA International Atomic Energy Agency (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử
Quốc tế)
LINAC Linear accelerator (Máy gia tốc thẳng)
TRS Treatment report series (Các báo cáo về xạ trị)
CT Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp vi tính)
SPECT Single Photon Emission Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp
phát xạ đơn photon)
PET Positron Emission Computed Tomography (Chụp ảnh cắt lớp phát xạ
positron)
OAR Organ At Risk (tổ chức nguy cấp của cơ thể)
PPD Percentage depth-dose (Liều sâu phần trăm)
SSD Source to Surface Distance (Khoảng cách nguồn tới bề mặt da)
SAD Source to Axis Distance (Khoảng cách nguồn tới điểm đồng tâm)
GTV Gross Tumor Volume (Thể tích khối u)
CTV Clinical Target Volume (Thể tích đích lâm sàng)
PTV Planning Target Volume (Thể tích đích hoạch định)
DVHs Dose-Volume Histograms (Giản đồ liều khối)
TMA Tissue – maximum ratio (Tỉ lệ liều trên mô với liều cực đại)
TPR Tissue – phantom ratio (Tỉ lệ liều trên mô với phantom)
MU Monitor unit (đơn vị phát bức xạ của máy gia tốc)
TPS Treatment planing system (tên phần mềm lập kế hoạch xạ trị)
§å ¸n tèt nghiÖp 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG

Bảng1.1 Trọng số Q
TS
của một số loại bức xạ…………………………………
Bảng 1.2 Trọng số w

Hình 2.4 Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ
máy………………………………………………………………………
…
Hình 2.5 Sơ đồ minh họa hai súng điện tử.……………………………………
Hình 2.6. Hệ thống vận chuyển điện tử: cuộn lái tia, cuộn hội tụ, từ trường
uốn…………………………………………………………………………
Hình 2.7 Sơ đồ các thành phần chính trong đầu máy điều trị máy gia tốc
tuyến tính………………………………………………………………….
Hình 3.1 Mô hình biểu diễn các thể tích cần được xác định trong xạ trị
…….
Hình 3.2 a)Biểu diễn cho DVH vi phân và b) Biểu diễn cho DVH tích lũy….
15
16
16
17
17
19
20
24
28
29
30
33
35
36
39
41
42
44
45

Bảng PL3. Bảng tra tính giá trị
,
O
Q Q
k
cho buồng ion hóa thông qua TPR
20/10
với photon năng lượng cao cho một số loại buồng ion hóa. (Bảng
tra đi kèm trong tài liệu do IAEA cung cấp)………………………
46
50
51
51
55
56
56
57
65
65
66

§å ¸n tèt nghiÖp 9
MỞ ĐẦU
Kỹ thuật hạt nhân ngày càng có nhiều tiến bộ giúp phát triển, cải thiện
cuộc sống con người hơn nữa. Kỹ thuật hạt nhân từ lúc bắt đầu được dùng để
chữa trị bệnh ung thư nhanh chóng trở thành phương pháp hữu hiệu, tin dùng
cùng với các phương pháp truyền thống (phẫu thuật, hóa trị). Máy gia tốc được
dùng là nguồn xạ trị ngoài, là nguồn xạ an toàn nhất trong các phương pháp xạ
trị. Kỹ sư vật lý trong ngành y tế hạt nhân có nhiệm vụ đảm bảo điều khiển, kiểm
soát liều phát ra từ máy gia tốc đúng theo yêu cầu đảm bảo việc xạ trị được chính

§å ¸n tèt nghiÖp 11
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUY TRÌNH XẠ TRỊ
Để đánh giá tác động của chùm tia bức xạ ion hoá lên cơ thể sống nói
chung, người ta sử dụng các đơn vị đo liều lượng bức xạ. Ngày nay, trong
nghành u bướu, tác động của các chúng được áp dụng để chẩn đoán và điều trị
bệnh ung thư. So với các phương pháp khác thì dùng bức xạ để xạ trị bệnh ung
thư có nhiều ưu điểm
1.1 CÁC LIỀU LƯỢNG VÀ GIỚI HẠN LIỀU DÙNG TRONG XẠ TRỊ
Cơ sở để định nghĩa các đơn vị đo liều lượng bức xạ là các kết quả
tương tác giữa chùm tia ion hoá với vật chất. Trong thực tế, tuỳ từng trường hợp
cụ thể người ta dùng hai loại: liều chiếu và liều hấp thụ. Ngoài ra trong an toàn
phóng xạ người ta còn dùng đến liều tương đương và liều hiệu dụng.
1.1.1 Liều chiếu
Liều chiếu xạ (X) thể hiện năng lượng của bức xạ lượng tử đã được
biến đổi thành động năng của các hạt có điện tích sinh ra trong một đơn vị khối
lượng của mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn thường được chọn là không khí ở điều kiện
tiêu chuẩn
Trong hệ đơn vị sử dụng, liều chiếu xạ có đơn vị đo là C/kg, đơn vị
khác của liều chiếu là Rơnghen (R). Giữa R và C/ kg có mối liên hệ sau:
1R = 2,57976. 10
- 4
C/kg hay 1C/kg = 3876 R
1R là liều chiếu của chùm photon khi chiếu vào 1cm
3
không khí (tức
1,293 mg) ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra một số ion mà điện tích tổng cộng các
ion cùng dấu là một đơn vị điện tích (tức là khoảng 2,09 x 10
9

• Q
TS,i
là trọng số của bức xạ loại i
• K là ảnh hưởng của điều kiện chiếu xạ
• H
ci
là liều tương đương
Liều tương đương có đơn vị là J/kg, trong trường hợp này được gọi là
1sievert (Sv). Ngoài ra còn dùng đơn vị rem, 1Sv = 100 rem.
§å ¸n tèt nghiÖp 13
Bảng1.1 Trọng số Q
TS
của một số loại bức xạ
stt Loại bức xạ và năng lượng Q
TS
1
2
3
4
5
6
7
8
Bức xạ gamma và Roentgen, bức xạ beta, chùm electron
Proton với động năng > 2MeV (không phải hạt nhân lùi)
Hạt alpha, mảnh vỡ hạt nhân, hạt nhân nặng
Notron với động năng < 10keV
Notron với động năng 10keV – 100keV
Notron với động năng 100keV – 2MeV
Notron với động năng 2MeV – 20MeV

c
là trọng số của cơ quan hoặc tổ chức
• H
c
liều tương đương trong cơ quan hoặc tổ chức c của
cơ thể
Liều hiệu dụng có đơn vị đo như liều tương đương (Sv, rem)
Sự khác biệt liều tương đương và liều hiệu dụng: Liều tương đương chỉ
liên quan tới một cơ quan trong cơ thể người. Liều hiệu dụng tính tới mức độ ảnh
hưởng của tất cả các cơ quan hoặc tở chức trong cơ thể người. Để tính liều hiệu
dụng cho cơ thể, cần tính liều tương đương cho từng cơ quan, sau đó lấy tổng
của các cơ quan
§å ¸n tèt nghiÖp 14
Bảng 1.2 Trọng số w
c
của các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể
Sau đây là bảng tổng để chúng ta dễ dàng so sánh, đối chiếu, tìm được
các đơn vị dẫn suất khác trong hệ đo lường tiêu chuẩn hoặc đơn vị thông dụng
khác
Bảng 1.3 Tổng kết các đơn vị đo liều và suất liều
Phạm trù
Liều Suất liều
Đơn vị SI Đơn vị ngoại hệ Đơn vị SI Đơn vị ngoại hệ
Chiếu xạ 1C/kg 1R=2,5797.10
-4
C/kg 1A/kg 1R/s: 1R/h
Hấp thụ
bức xạ
Gy = 1J/kg 1Rad = 100erg/g
1Rad = 1.10

4
5
Tuyến sinh dục
Tủy đỏ trong xương, ruột kết, phổi, dạ dày
Bàng quang, tuyến sữa, gan, thực quản, tuyến giáp
Da, lớp bề mặt của xương
Toàn bộ phần còn lại
0,20
0,12
0,05
0,01
0,05
Bảng 1.4 Giới hạn về liều đối với nhân viên trong ngành
Bảng 1.5 Giới hạn về liều đối với dân chúng
Bệnh nhân trong chuẩn đoán và điều trị cần được quan tâm những liều
chiếu không cần thiết, hạn chế mức thấp nhất có thể, nhưng vẫn đảm bảo điều trị
bệnh. Các cơ quan nhạy cảm (tuyến sinh dục, thủy tinh thể ,tuyến giáp, tuyến vũ(
khi chiếu, chụp cần được che chắn, bảo vệ hợp lý.
1.2 ẢNH HƯỞNG BỨC XẠ LÊN CƠ THỂ NGƯỜI
Có nhiều cách phân loại bức xạ để đánh giá tác động của bức xạ lên cơ
thể sống, sau đây là cách thông dụng nhất. Theo đó người ta phân bức xạ thành 2
nhóm sau: Bức xạ mang điện và bức xạ không mang điện
Ảnh hưởng bức xạ đối với cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều
bắt đầu bằng một quá trình vật lý thuần túy. Đó là quá trình hấp thụ năng lượng
bức xạ. Qúa trình này chỉ xảy ra trong khoảnh khắc (10
-12
tới 10
-16
s, nhưng có thể
để lại trong cơ thể sống những mầm mống của các biến đổi sinh học sâu sắc.

Sơ đồ xảy ra các phản ứng hóa học hóa bức xạ đầu tiên với các gốc tự
do H*, OH* được thể hiện như trong bảng 1.6:
§å ¸n tèt nghiÖp 17
Bảng 1.6 Sơ đồ các phản ứng hóa bức xạ đầu tiên xảy ra
trong dung dịch nước
Bức xạ ion hóa ==>H
2
O:
Kích thích:
* * *
2 2
H O H O H OH→ → +
Ion hóa:
*
2 2
*
2 2
2 2
H O
H O
H O+e 2
H O H OH
H O OH H
H O H O
+ +
− −
− −
→ → +
→ → +
→ → +

OH OH H O
HO H H O
H O H H O
H O HO O H O OH
H O OH H O HO
v v
+ →
+ →
→ +
+ → + +
+ → +
Gốc (nhóm) tự do + phân tử hữu cơ
→
thay đổi cấu trúc phân tử
Sau khi cơ thể hấp thụ năng lượng của bức xạ ion hóa, phân tử nước bị
kích thích hoặc ion hóa rồi dẫn tới những phản ứng hóa học bức xạ có ý nghĩa
quan trọng đặc biệt, làm sinh các gốc tự do H*, OH* và các nhóm HO
2
, H
2
O
2
…
Chúng có hoạt tính hóa học cao, nên làm nảy sinh hàng loạt phản ứng hóa học
tiếp theo.
Trên đây là các mô tả ảnh hưởng gián tiếp của bức xạ đối với những
phân tử hữu cơ xảy ra thông qua phân tử nước. Tác động bức xạ dù trực tiếp hay
gián tiếp đều dẫn tới kết quả là làm thay đổi hoạt tính sinh học của các phân tử
hữu cơ. Hậu quả là có thể tác động làm rối loạn hoạt động tế bào
Hình 1.1 minh họa ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đối với cơ thể sống

o Xạ trị
o Hóa trị
Trong đó, xạ trị là một phương pháp rất hiệu quả, đã và đang phát triển
trên toàn thế giới và tại Việt Nam. Xạ trị có thể được thực hiện điều trị đơn thuần
hoặc kết hợp với phẫu thuật và hóa trị để loại bỏ hoàn toàn khối u, góp phần làm
giảm các triệu chứng đau đớn trên cơ thể người bệnh.
Phương pháp xạ trị hiện đại và phổ biến trên thế giới hiện nay là xạ trị
chiếu ngoài (Radiotherapy) sử dụng máy gia tốc tuyến tính LINAC (Linear
Accelerator) – phương pháp rất hữu hiệu trong điều trị ung thư.
§å ¸n tèt nghiÖp 20
1.3.3 Ưu điểm xạ trị ung thư so với các phương pháp khác
So với hóa trị, phẫu thuật thì xạ trị ngoài có một số ưu điểm hơn:
Tế bào ung thư có thể ở khắp nơi trong cơ thể: trong não, đầu mặt cổ,
phổi, các tạng trong ổ bụng, hạch bạch huyết… đều có thể dùng xạ trị. Trong khí
đó phẫu thuật, hóa trị có những giới hạn cơ quan của phương pháp.
o Xạ trị có thể trừ diệt tận gốc các tế bào ung thư, các mô lành liền kề
o Nếu các tế bào ung thư được điều trị sớm trước giai đoạn cuối thì tỉ
lệ thành công trong chữa trị rất cao
o Xạ trị có thể kết hợp tốt với phẫu thuật, hóa trị
o Xạ trị nhanh chóng tách bỏ được các tế bào ung thư. Trong khi đó
phẫu thuật khó có thể bỏ được hoàn toàn các tế bào ung thư, dẫn đến bệnh quay
trở lại
§å ¸n tèt nghiÖp 21
CHƯƠNG 2
MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH LINAC
Việc phát triển ứng dụng máy gia tốc trong ngành y tế là để nghiên cứu
và phục vụ điều trị. Nguyên lý chung của các loại máy gia tốc là đều dựa trên sự
tương tác, chuyển động của hạt tích điện trong điện từ trường
Tháng 07/2007, Trung tâm Y học Hạt nhân và Ung bướu - Bệnh viện
Bạch Mai được trang bị hệ thống máy gia tốc tuyến tính Primus 5052 thế hệ mới

. Để có điện trường xen kẽ giữa các ống, ta nối điện cực B với các ống C
1
, C
3
,
C
5
và điện cực A nối với các ống C
2
, C
4
(hình 2.1 dưới).
Hình 2.1

Mô

hình

sắp

xếp

các

ống

tạo sự

gia


1
hạt phải mất một thời gian nhất định nào đó và
trong thời gian này hạt không được gia tốc. Nhưng vì các điện cực nối với điện
trường xoay chiều nên trong thời gian hạt đi trong ống C
1
, điện trường giữa C
1
và
C
2
đổi chiều. Do đó có thể chế tạo độ dài ống C
1
sao cho thời gian hạt đi hết độ
dài ống C
1
đủ cho thời gian điện trường giữa C
1
và C
2
không hãm mà gia tốc hạt.
Ta giả thiết tiếp là trong thời điểm khi điện trường hướng từ A đến B
(tức là điện thế ở cực A cao hơn ở cực B) và có giá trị cực đại thì từ điện cực A
sẽ bay ra những hạt điện tích với thế năng dương. Dưới tác dụng của điện trường
hạt sẽ chuyển động từ A sang B và được gia tốc. Khi hạt đến ống C
1
nó thu được
năng lượng bằng eU, trong đó e là điện tích của hạt, còn U là hiệu điện thế giữa
A và C
1
. Khi hạt đi vào bên trong ống, điện trường sẽ không còn tác động lên hạt

lại được gia tốc và thu thêm được một năng lượng eU, như vậy khi đi vào
ống C
2
(nơi không có điện trường) nó có năng lượng bổ sung là 2eU.
Tiếp theo quá trình chuyển động của hạt trong ống C
2
điện trường giữa
các ống và điện cực sẽ tiếp tục thay đổi. Chúng ta chọn độ dài của ống sao cho
vào thời điểm khi hiệu điện thế giữa A và B đạt tới giá trị cực đại, hạt có thể đi
được đến cuối ống C
2
. Nếu sau ống C
3
có cùng hiệu điện thế với điện cực B tại
mọi thời điểm thì trên đường đi giữa C
2
và C
3
hạt lại được gia tốc(tức là thời
điểm đó thế của ống C
2
lớn hơn thế của ống C
3
). Nó nhận thêm được một năng
lượng eU trước khi đi vào ống C
3
…. Như vậy khi đi vào ống C
5
năng lượng của
nó sẽ là 5eU. Nếu ta không chỉ sử dụng 5 ống mà nhiều hơn và độ dài các ống

Mặt khác ta có
2
2
mv
eU=
(2.2)
Do đó có:
1
2.1eU
v
m
=
,
2
2.2.leU
v
m
=
,
3
2.3leU
v
m
=
(2.3)
Từ đó ta có kết quả:
3
1 2
2.1 2.2 2.3
l