ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM VĂN LỤC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LIỀU CƠ QUAN
TRONG CHỮA TRỊ UNG THƯ TUYẾN
TIỀN LIỆT DÙNG NGUỒN 125I VÀ 301Pd

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH NĂM 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM VĂN LỤC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LIỀU CƠ QUAN
TRONG CHỮA TRỊ UNG THƯ TUYẾN
TIỀN LIỆT DÙNG NGUỒN 125I VÀ 103Pd

Chuyên ngành: VẬT LÝ HẠT NHÂN
Mã số: 60 – 44 – 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN VĂN HÙNG

THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH NĂM 2008

I trong điều trò ung thư tuyến giáp, dùng tia

gamma từ máy gia tốc để xạ tự nhiên loại khối u bằng xạ trị ngoài. Dùng nguồn


2

192

Ir hoặc

137

Cs trong xạ trò áp sát, bằng cách đặt nguồn tạm thời, ung thư tử

cung và một số loại ung thư trong các nội tạng khác.
Những năm gần đây các nước phương tây (điển hình như Mỹ, Canada,
EU…) đã dùng nguồn

125

I và

103

Pd đặt vónh viễn trong khối u, ứng dụng trong

điều trò ung thư tuyến tiền liệt. Phương pháp này được tiến hành bằng cách đặt
vónh viễn các hạt nguồn vào tuyến tiền liệt bò ung thư để diệt khối u. Đây là
một phương pháp mới, đã được tiến hành nhiều ở một số nước phương tây thu



3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 Mục đích của đề tài
Một nguyên tắc cơ bản và hết sức quan trọng trong ứng dụng bức xạ là
phải đảm bảo an toàn. Điều này càng quan trọng trong việc ứng dụng bức xạ
trong chẩn đoán và điều trò bệnh. Chính vì thế việc tính toán và nghiên cứu liều
ảnh hưởng lên các cơ quan trong cơ thể là rất quan trọng. Trong suốt quá trình
điều trò phải đảm bảo nguyên tắc là diệt được các tế bào ung thư, nhưng đồng
thời vẫn đảm bảo an toàn cho các tế bào lành của các cơ quan trong cơ thể.
Nghóa là, trước khi tiến hành điều trò phải tiến hành tính liều tới hạn cho các cơ
quan, căn cứ vào đó lập kế hoạch điều trò với biên thích hợp.
Mục đích chính của đề tài này là xác đònh liều hấp thụ của các cơ quan
trong suốt quá trình xạ trò áp sát ung thư tuyến tiền liệt, bằng cách đặt vónh viễn
các hạt nguồn

125

I và

103

Pd bên trong tuyến tiền liệt. Để thực hiện được công

việc khó khăn và phức tạp đó, chúng tôi dùng kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo
N – Particle (MCNP) để tính năng lượng hấp thụ của các cơ quan, sau đó tính ra

hay dùng tia bức xạ phát ra từ máy gia tốc chiếu từ ngoài vào khối u.
Một trong những hiệu quả tốt nhất của bức xạ là ứng dụng trong xạ trò
ung thư tuyến tiền liệt. Xạ trò ung thư tuyến tiền liệt đã đạt được những thành
công quan trọng trong nhiều năm qua. Mặc dù có nhiều sự lựa chọn để xử lý
ung thư tuyến tiền liệt như phẫu thuật hay xạ trò ngoài, song xạ trò áp sát được
xem là ngăn ngừa tốt nhất sự phát triển của khối u tuyến tiền liệt.
Phương pháp xạ trò áp sát ung thư tuyến tiền liệt là đặt cố đònh nhiều hạt
nguồn bức xạ (125I hoặc 103Pd) vào tuyến tiền liệt. Các hạt nguồn bức xạ này sẽ


5

phát ra năng lượng bức xạ bằng cách bắt electron và phát photon, các tia bức xạ
phát ra sẽ chiếu trực tiếp vào các mô bên trong tuyến tiền liệt, làm giảm thể
tích khối u, diệt các tế bào ung thư và ngăn ngừa chúng phát triển trở lại. Sở dó
trong dùng nguồn
192

Ir hay

125

I và

103

Pd trong phương pháp xạ trò này mà không dùng

131


tế bào sinh dục cũng có khả năng bò tổn thương. Một nguy cơ cao đối với người
đàn ông điều trò bằng phương pháp này là sự chiếu xạ có thể làm tổn thương
tinh hoàn, làm hư hại mào tinh không có khả năng sản sinh tinh dòch dần đến vô
sinh. Ngoài ra còn có thể gây chứng tiểu không kiểm soát và rối loạn cường
dương. Đặc biệt các cơ quan nhận liều cao từ quá trình xạ trò có nguy cơ mắc
ưng thư thứ cấp nguy hiểm là rất cao. Mặc dù vậy, so với việc kéo dài sự sống
của người bệnh thì tác dụng phụ đó là không đáng quan tâm, mặt khác những
người đàn ông mắc ung thư tuyến tiền liệt phần lớn là cao tuổi nên hầu như
không còn hoạt động sinh sản nên việc tổn thương cơ quan sinh dục là không
quan trọng.


7

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Độ phóng xạ
Độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ là số lượng hạt nhân phân rã
phóng xạ trong một đơn vò thời gian. Gọi Ao là hoạt độ ban đầu, At là hoạt độ
tại thời điểm t ta có:
At = -

Tong đó λ=

dN t
= A o .e-λt
dt

(2.1)

Liều chiếu và suất liều chiếu là các đại lượng đặc trưng cho độ mạnh
phóng xạ của một chùm photon. Đại lượng này thể hiện qua khả năng ion hóa
không khí của chùm photon đó tại một điểm trong không gian.
Liều chiếu X được đònh nghóa là tỉ số:
X=

ΔQ
Δm

(2.2)

Trong đó ΔQ là tổng điện tích các ion cùng dấu được tạo ra (trực tiếp hay

gián tiếp) trong một thể tích không khí có khối lượng Δm bởi tia X hay tia γ khi
tất cả các electron được giải phóng hoàn toàn bò hấp thụ trong khối lượng không
khí đó.
Liều chiếu chỉ được dùng với môi trường là không khí và bức xạ chỉ là
photon có năng lượng dưới 3 MeV.
Đơn vò chuẩn của liều chiếu trong hệ SI là Culông/ kilôgam (Cu/kg).
Ngoài ra thường dùng đơn vò Rơnghen (R) :
1R = 2,58.10-4C/kg không khí

1C/kg = 3876R

Suất liều chiếu: X là liều chiếu trong một đơn vò thời gian:
 ΔX
X=
Δt

(2.3)

electron với hạt nhân nguyên tử và vào số nguyên tử có trong đơn vò khối lượng
của môi trường vật chất hấp thụ, nó không phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của
vật chất.
2.2.2.2 Suất liều hấp thụ

Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ tính trong 1 đơn vò thời gian.
 = ΔD
D
Δt

(2.5)

Với ΔD là liều hấp thụ trong khoảng thời gian Δt
Đơn vò của suất liều hấp thụ là (Gy/s) hoặc (rad/s)
2.2.3 Kerma

Đối với các bức xạ ion hóa gián tiếp như (photon, neutron…) quá trình
truyền năng lượng cho vật chất xảy ra theo hai bước. Giả sử với một chùm
photon truyền qua vật chất, sự tương tác giữa chúng sẽ xảy ra theo 2 bước: bước


10

thứ nhất (1) xảy ra khi photon (hạt ion hóa gián tiếp) giải phóng các hạt mang
điện như electron, positon ( hạt ion hóa trực tiếp ) có động năng khá lớn do các
hiệu ứng quang điện, compton hay sự hủy cặp. Bước thứ hai (2), xảy ra khi
những hạt mang điện thứ cấp này mất dần năng lượng trong môi trường do va
chạm (ion hóa hay kích thích) hay phát bức xạ (bức xạ hàm, hủy cặp). Tương
ứng với hai điều này, ngoài liều hấp thụ người ta đưa ra khái niệm Kerma.
Kerma là viết tắt của thuật ngữ động năng được truyền cho vật chất


(2.7)

Trong đó, WR gọi là hệ số chất lượng (xem bảng 2.1)
Bảng 2.1: Hệ số chất lượng của một số loại hạt (ICPR – 1990) [13], [1]

Loại bức xạ

WR

Photon có năng lượng bất kỳ

1

e+ và e- có năng lượng bất kỳ

1

Neutron

< 10keV

5

10 ÷ 100 keV

10

100 ÷ 2 MeV


factor)


12

Trong trường hợp toàn thân bò chiếu người ta dùng liều hiệu dụng :
H = ΣWT.HT

(2.8)

Trong đó HT liều tương đương nhận được ở mô T và WT, là trọng số mô
đặc trưng cho cơ quan (mô) đó xem bảng (2.2):
Bảng 2.2: Các trọng số mô đặc trưng cho các cơ quan trong cơ thể (ICRP-1990)

Cơ quan hoặc mô

WT

Cơ quan sinh dục (gonad)

0.20

Tủy xương (bane marrow)

0.12

Ruột (colon)

0.12


0.01

Xương mặt (bone surface)

0.01

Các cơ quan khác

0.05

Tổng trọng số mô = 1

ΣWT = 1

2.3 Phương pháp tính liều chiếu trong MIRD (Medical Internal Radiation

Dose )
Trong trường hợp tổng quát, cơ quan hay mô được tính liều hấp thụ được
gọi là cơ quan hay mô “bia”, ký hiệu là T, còn cơ quan hay mô “nguồn”, ký
hiệu là S, chứa đồng vò phóng xạ phân bố đều. Phương pháp tính liều hấp thụ


13

theo mô hình này gọi là phương pháp MIRD, do Ủy ban đo liều bức xạ y tế
chiếu trong (Medical Internal Radiation Dose Committee ) của hiệp hội Y học
hạt nhân ( Society of Nuclear Medicine ) đề xuất. Phương pháp này tính phần
năng lượng hấp thụ bởi cơ quan bia trong toàn bộ năng lượng do cơ quan nguồn
phát ra. Cơ quan nguồn S và cơ quan bia T có thể cùng là một cơ quan hay là
hai cơ quan khác nhau.

( số biến đổi )
( khối lượng )

Nếu dùng D : suất liều hấp thụ, A: hoạt độ, m: khối lượng mô
A/m hoạt độ trên một đơn vò vật chất; E: năng lượng trung bình phát ra
trên một biến đổi hạt nhân ta sẽ có:


14

 ∝ AE
D
m

(2.9)

Do A là hằng số nên ta có thể viết lại :
 =kAE
D
m

(2.10)

Với k là hằng số chuyển đổi đơn vò suất liều mong muốn.
Ví dụ A (μCi), m (g), E (Mev) thì k được tính như sau :

⎛
⎞
 ⎛ rad ⎞ = A ⎜ μ Ci ⎟ ( 3,7.10 4 ) trans 3600s E ⎛ MeV ⎞ x1,6.10-6 MeV ⎛ 1rad ⎞
D

D
⎜
⎟
⎝ h ⎠ m

(2.12)

Giá trò liều có thể được chuyển qua hệ SI như sau :
1 Gy = 100rad
1 rad = 1cGy
1 μCi = 3,7.104Bq
Hầu hết các phân rã phóng xạ, có số hạt bức xạ phát ra khác nhau do đó
ta có tổng suất liều hấp thụ của tất cả các loại hạt do nhân phóng xạ phát ra:
 ∑D
 = A ∑ Δ với Δi = kni Ei
D=
i
i
m 1
1
n

n

(2.13)


15

Khi bức xạ vào cơ thể sẽ bò hấp thụ bởi các mô nên cần đưa ra một hệ số

(2.14)
(2.15)

rT là vò trí vùng bia
rS là vò trí vùng nguồn
i là loại hạt bức xạ
Suất liều cho một bia từ tất cả các nguồn được tính bởi:
 )=∑ A ∑ Δ φ (rT ← rS)
D(r
T
i i
S mT i

(2.16)

Phần hấp thụ riêng biệt của một bia bởi một nguồn trong thuật toán
MIRD:
Φ (rT ← rS) = φ (rT ← rS).m-1
Phương trình suất liều cho 1 bia là:
D ( rT ← rS) = A

∑Δ Φ
i

i

i

(rT ← rS)


T

← rS )

Đối với một nhân phóng xạ và một loại nguồn–bia nhất đònh thì

(2.18)

∑Δ φ
i

i i

là một hằng số. Trong phương pháp MIRD gọi là hằng số S. Trong một phantom
người S được xác đònh như sau :
S(rT ← rS) =

∑ E .n .φ ( r
i

i

i

i

T

← rS )


hấp thụ được xác đònh như sau:
 ( t ) .dt= A(t) .S.dt
D = ∫D
∫ m

(2.22)

Suất liều phụ thuộc vào hoạt độ, hoạt độ của một nguồn được xác đònh
bởi nguồn phóng xạ cụ thể được dùng. Hằng số S thường không thay đổi trong
suốt thời gian quan tâm do đó:
D = S∫ A ( t ) .dt

(2.23)

Thuật toán MIRD dùng hoạt độ tích lũy AS , được tính như sau:
∞

A S = ∫ A ( t ) .dt

(2.24)

0

Do đó liều hấp thụ của cơ quan T từ hoạt độ người S được viết lại như
sau:
D (rT) =1,602.10-10

∑ A S( r
T



Các photon năng lượng Eγ rất thấp tán xạ với 2 quỹ đạo ngoài của
nguyên tử, photon lệch đi một góc nhỏ nhưng không mất năng lượng và nguyên
tử cũng bò ion hóa hay kích thích.
Xác suất tán xạ với nguyên tử được tính bằng tiết diện hiệu dụng σ R
σR ≅

Z2
(cm2/ nguyên tử)
2
Eγ

(2.28)

Tiết diện tương tác tính theo đơn vò khối lượng hay hệ số suy giảm khối
lượng :

σ R ⎛ NA ⎞
Z
⎛ NA Z ⎞ Z
2
≅⎜
⎟σ R ≅ ⎜
⎟ 2 ≅ CR 2 (cm /g)
Eγ
ρ ⎝ A ⎠
⎝ A ⎠ Eγ

(2.29)



19

Với Eγ thấp, hướng bay của quang electron gần thẳng góc với hướng bay
của photon. Eγ thấp, hướng bay của quang electron quang điện càng hướng về
phía trước nhiều hơn.
Khi electron quỹ đạo bay ra, một electron từ quỹ đạo ngoài sẽ vào chiếm
chỗ trống và phát ra bức xạ tia X đặc trưng có năng lượng ECX:
ECX = EB1 – EB2

(2.31)

Chỗ trống ở quỹ đạo ngoài được electron từ quỹ đạo ngoài hơn vào
chiếm chỗ và phát ra bức xạ tia X đặc trưng thứ hai có năng lượng thấp hơn.
Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chỗ trống ở quỹ đạo ngoài cũng được lấp đầy
bởi một electron “tự do”.
ECX có thể được truyền cho một electron quỹ đạo kế cận có năng lượng
liên kết EB để giải phóng ra một electron, gọi là electron Auger, với năng
lượng:
EAu = ECX - EB

(2.32)

ECX phụ thuộc năng lượng quỹ đạo electron của nguyên tố.
Xác suất tương tác với nguyên tử tính bằng tiết diện hiệu dụng σ q như
sau:

σq = k

Zn

⎟ 3 = Cq 3 (cm / nguyên tử)
Eγ
ρ ⎝ A ⎠
⎝ A ⎠ Eγ

(2.35)

⎛N Z⎞
Trong đó: Cq= k ⎜ A ⎟ là hằng số đối với nguyên tố có Z như trong cơ
⎝ A ⎠

thể.
2.4.3 Tán xạ compton

Một photon có năng lượng Eγ=hγ tương tác với một electron “tự do” ở
quỹ đạo ngoài của nguyên tử (năng lượng liên kết e rất nhỏ so với Eγ). Sau khi
tương tác photon lệch góc so với phương tới, năng lượng giảm thành Eγ' và
electron quỹ đạo bay ra khỏi nguyên tử với động năng ECE và góc lệch ϕ (gọi
là electron compton) xem hình 2.1
Electron compton (Ece)

Photon Eγ

ϕ

Photon tán xạ ( E ′γ )
Hình 2.1: Tán xạ compton
hv
=
Trong đó : Eγ =hv’ =


Eγ càng lớn (α càng lớn) thì θ và ϕ càng nhỏ xác suất tương tác trên một
electron tính theo công thức Klein – Nishia – Tamm:
⎧⎪1 + α ⎡ 2 ⎡(1 + α ) ⎤ ln (1 + 2α ) ⎤ ln (1 + 2α )
1 + 3α ⎫⎪
⎣
⎦−
+
−
⎥
2⎬
2 ⎢
α
2α
(1 + 2α ) ⎪⎭
⎪⎩ α ⎣⎢ 1 + 2α
⎦⎥

σ ce = 2π re2 ⎨

Với re =

(2.38)

e2
là bán kính electron cổ điển
m 0 c2

α=


⎠

1
Eγ

Tiết diện cho một nguyên tử : σ c =Zσ ce →σ c ∝

Z
Eγ

(2.40)

Tiết diện cho 1 đơn vò khối lượng hay hệ số suy giảm khối
μ=

Trong đó : Cc =

σc
ρ

C
⎛N Z⎞
= ⎜ A ⎟ σ ce ≈ c (cm2/g)
Eγ
⎝ A ⎠

(2.41)

NA Z
là hằng số đối với nguyên tử Z nhỏ có trong cơ thể.

(2.42)

Khi Eγ >> 4m0c2, photon có thể tạo cặp trong trường Coulomb của
electron và chia năng lượng Eγ cho 3 hạt (e+), (e-) và electron bò tương tác. Động
năng trung bình của mỗi hạt là:
E

'
c

(E
=

γ

− 2m 0 c2
3

) = (E

γ

− 1,022MeV )
3

(2.43)

Xác suất tạo cặp trong trường hạt nhân cho 1 nguyên tử:
(2.44)


Trong B=1,5 - 3 tùy thuộc vào hạt nhân, A là số khối hạt nhân.
Tiết diện theo đơn vò khối lượng hay độ giảm khối tương ứng với bề rộng
của cực đại thông khoảng 5 -10MeV

σN
≈ 0,001 ÷ 0,004 (cm2/g)
ρ

(2.49)

2.5 Sự suy giảm và truyền qua của chùm photon trong vật chất

Khi chùm photon đơn năng cường độ I0 qua một lớp môi trường vật chất
đồng nhất có bề dày x, một lượng photon dI sẽ bò loại khỏi chùm sơ cấp do các
tương tác khác nhau. Lượng photon còn lại sẽ tiếp tục qua lớp môi chất và được
tính theo quy luật.
I(x) = I0.e-μx

(2.50)

Trong đó μ là hệ số suy giảm tuyến tính của môi chất bằng tổng độ giảm
tán xạ Rayleigh (μR), quang điện (μq), compton (μC), tạo cặp (μK) và quang hạt
nhân (μN)
μ = μR + μq + μc + μK + μN

(2.51)