ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM
ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC
ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội 12/ 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Thị Ly

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM
ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY GIA TỐC
ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số

: 60440106


Khái niệm về ung thư [1, 2] ..........................................................................3

1.2.

Các phương pháp điều trị ung thư ................................................................4

1.3.

Cơ Sở Của Xạ Trị ..........................................................................................5

1.3.1 Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào .................................................................5
1.3.2. Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ.............................................8
1.3.3. Tác động của bức xạ lên cơ thể sống .......................................................10
1.4. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ. .................................14
1.4.1. Liều chiếu. ...............................................................................................14
1.4.2. Liều hấp thụ. .............................................................................................14
1.4.3. Liều sâu phần trăm. ..................................................................................15
1.4.4. Liều bề mặt. ..............................................................................................16
1.4.5. Liều sâu cực đại. ......................................................................................16
1.4.6. Vùng cân bằng điện tích. ..........................................................................16
Chƣơng 2 THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH
MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA CHÙM ELECTRON TỪ LỐI RA CỦA MÁY
GIA TỐC ELECTRON TUYẾN TÍNH DÙNG TRONG XẠ TRỊ ....................17
2.1. CẤU TẠO MÁY GIA TỐC XẠ TRỊ PRECISE [4,7]. ..............................17
2.2.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. ..................................................................24

2.3.


ứng với trường chiếu 5cmx5cm, 10cmx10cm, 14cmx14cm…………………………58


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Chu kỳ tế bào…………………………………………………………………………………6
Hình 1.2: Tác động của bức xạ lên cơ thể sống……………………………………………………11
Hình 1.3. Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỉ lệ sống sót của tế bào………………………13
Hình 1.4. Mô tả cách tính PDD………………………………………………………………………15
Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy gia tốc thẳng trong xạ trị…………………………………………18
Hình 2.2: Mô hình máy gia tốc thẳng trong xạ trị…………………………………………………18
Hình 2.3. Cấu trúc đầu máy gia tốc Precise Elekta…………………………………………………21
Hình 2.4. Cấu trúc bộ phận gia tốc của máy Precise Alekta………………………………………21
Hình 2.5. Sơ đồ ghép nối hệ đo với máy tính………………………………………………………...25
Hình 2.6. Phantom nước………………………………………………………………………………..26
Hình 2.7. Detector Scanditronix / Wellhofer Compact Chamber CC13…………………………27
Hình 2.8. Cấu tạo buồng ion hóa CC13………………………………………………………………27
Hình 2.9. Hình ảnh mặt trước CCU…………………………………………………………………..28
Hình 2.10. Mặt sau CUU……………………………………………………………………………….29
Hình 2.11. Giao diện phần mềm OmniPro-Accept…………………………………………………29
Hình 2.12. Hình học đo liều bức xạ phát ra từ máy gia tốc tuyến tính………………………….30
Hình 2.13: PDD trong nước với kích thước trường 10x10cm2, SSD= 100cm
(a)

những

chùm

electron

với

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

15 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm................................................................................ 42
Hình 3.6 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 12 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm.............................................................. 43
Hình 3.7

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron

năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 5cm x 5 cm................................................................. 46
Hình 3.8

Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron năng lượng

18 MeV trong trường chiếu 10cm x 10 cm..................................................................................47
Hình 3.9 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với chùm electron
năng lượng 18 MeV trong trường chiếu 14cm x 14 cm..............................................................48


MỞ ĐẦU
Xạ trị hay ứng dụng bức xạ ion hoá vào điều trị ung thư đã được bắt đầu từ
những năm đầu của thế kỷ XX, khi người ta dùng kim Radium phóng xạ cắm vào
khối u để tiêu diệt tế bào ung thư. Qua nhiều giai đoạn phát triển, cho đến những
năm 1950 máy xạ trị Cobalt-60 đã được ứng dụng chiếu xạ ngoài điều trị ung thư
đạt hiệu quả tốt.
Xạ trị cùng với phẫu thuật và hoá trị trở thành 3 phương pháp chính thống
điều trị ung thư. Ước tính có trên 40% tổng số bệnh nhân ung thư được xạ trị. Ở
những nước tiên tiến như Mỹ, Anh có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị
bằng xạ trị.
Hiện nay, ở nước ta đã có nhiều bệnh viện được trang bị máy gia tốc tuyến

Chương 3: Kết quả và bàn luận

2


CHƢƠNG I
Tổng Quan Về Ung Thƣ Và Các Phƣơng Pháp Điều Trị
1.1. Khái niệm về ung thƣ [1, 2]
Trong cơ thể sống, bình thường trong quá trình sinh trưởng và phát triển các
tế bào được sinh ra và chết đi theo một cơ chế quản lý chặt chẽ. Cơ thể dùng quy luật
này để kiểm soát và duy trì số lượng tế bào ở mỗi cơ quan ở mức ổn định. Ngược lại,
các tế bào ung thư là các tế bào bất thường, đuợc sinh ra không chịu sự quản lý của cơ
thể và chết đi theo một nhịp độ nhanh hơn các tế bào bình thường . : “ Ung thư được
định nghĩa là sự rối loạn tế bào, tạo nên sự tập trung một khối lượng lớn tế bào do sự
sinh sản quá nhanh, vượt quá số tế bào chết đi, hậu quả là khối tế bào này dần dần
xâm lấn và tàn phá các mô và các cơ quan của cơ thể sống” [ 1]
Như thế, ung thư là bệnh của tế bào sống, trong cơ thể chúng ta, nơi nào có
tế bào sống, nơi đó có thể có ung thư. Tóc, lông, móng là chất sừng, không phải là
tế bào sống nên không có ung thư.
Các tế bào ung thư là các tế bào bất thường, và chết theo một nhịp độ nhanh
hơn các tế bào bình thường, nhưng cũng không cân bằng được với mức độ sinh sản
ra các tế bào mới quá nhanh, do đó khối lượng mô ung thư ngày càng lớn. Sự mất
quân bình này do 2 yếu tố chính: các bất thường di truyền trong tế bào ung thư và
sự bất lực của cơ thể chủ trong việc phát hiện và tiêu diệt các tế bào này.
Sự không cân bằng giữa mức độ sinh sản ra các tế bào mới và tế bào chết đi
là nguyên nhân dẫn đến khối lượng tế bào ung thư ngày càng lớn, chúng tạo thành
những khối u ung thư. Có thể chia khối u ung thư thành hai loại: ung thư lành tính
và ung thư ác tính. Ung thư lành thường không gây nguy hiểm đến tính mạng người
bệnh và có thể điều trị bằng phương pháp phẫu thuật loại bỏ khối u xơ. Những tế
bào của ung thư ác tính có thể xâm lấn và chèn ép các cơ quan xung quanh làm cho

loại chủ yếu: Xạ trị ngoài (Externer Beam Radiotherapy) và xạ trị áp sát
(Brachytherapy).

4


Hóa trị: là phương pháp sử dụng hoá chất (các loại thuốc đặc hiệu chống
ung thư) để điều trị ung thư. Nó được dùng khi ung thư đã lan ra ngoài vị trí ban
đầu hoặc khi có di căn ở nhiều địa điểm. Có nhiều loại hóa chất khác nhau được sử
dụng trong hóa trị. Mỗi hóa chất có tác dụng riêng biệt với từng ung thư bằng cách
làm ngưng sự phân chia của các tế bào dị thường. Khi không có sự phân bào thì tế
bào ung thư sẽ bị tiêu diệt, khối u teo lại.
Các phương pháp kết hợp: ngoài các phương pháp độc lập, để điều trị ung
thư hiệu quả hơn, còn có thể kết hợp các phương pháp với nhau. Ví dụ, phẫu thuật
kết hợp với xạ trị; phẫu thuật kết hợp với hoá trị; xạ trị kết hợp với hoá trị.
1.3. Cơ Sở Của Xạ Trị
Cơ sở của việc dùng bức xạ iôn hóa để điều trị ung thư bao gồm cả cơ sở
sinh học với đặc trưng trong quá trình phân chia của tế bào và cơ sở vật lý là kết quả
tương tác của chùm bức xạ với cơ thể người bệnh.
1.3.1 Cơ sở sinh học - Chu kỳ tế bào
Quá trình phân chia tế bào được diễn tiến qua một số giai đoạn (còn gọi là
Pha), được kích hoạt bởi một số tác nhân sinh hoá từ bên ngoài (các yếu tố tăng
trưởng, các kích tố, các phức hợp kháng thể…) và được điều hoà bởi hệ thống kiểm
soát từ bên ngoài lẫn bên trong tế bào để tránh sự dư thừa hay thiếu hụt số tế bào
cần thiết cho các hoạt động của cơ thể. Quá trình phân chia này có thể được chia ra
các giai đoạn như sau [1] :

5



trên DNA, nó sẽ được phát hiện và các cơ chế sửa chữa sẽ vào cuộc để đảm bảo tế bào
rời khỏi pha G1 có DNA bình thường. Nếu không sửa được các bất thường trên DNA
tế bào sẽ ngừng không tiếp tục chu kỳ tế bào và bị chết theo lập trình.
2/ Điểm kiểm soát thứ hai: Trước khi vào pha M, cuối pha G2
Tế bào phải được chuẩn bị đầy đủ để tạo ra hai tế bào con giống hệt tế bào
mẹ. Như thế tế bào nào chưa nhân đôi hoàn toàn đầy đủ số DNA, hay chưa có đủ
các protein hay chất liệu của thoi vô sắc, sự phân chia sẽ ngừng ở đây cho đến khi tế
bào chuẩn bị đầy đủ tất cả các chất liệu cần thiết.
Như vậy, dựa vào đặc điểm của quá trình phân bào và các điểm kiểm soát
khi các bất thường trên DNA không sửa chữa được thì tế bào được đưa vào cái chết
theo lập trình, ta sẽ dùng một tác nhân nào đó làm biến đổi cấu trúc DNA của tế bào
ung thư và như vậy các tế bào ung thư dần dần sẽ bị chết đi. Một đặc điểm nữa của

7


tế bào ung thư đó là rất nhạy cảm với các tia bức xạ và hóa chất hơn các tế bào khỏe
mạnh bình thường. Điều này có nghĩa là các tế bào ung thư rất yếu trong cơ chế sửa
chữa những sai hỏng trên DNA so với các tế bào bình thường. Khi được chiếu một
liều lượng một cách thích hợp thì sẽ tiêu diệt được các khối u này, nhưng vẫn đảm
bảo cho các tế bào lành có thể phục hồi. Việc này được thực hiện bằng cách chia cả
quá trình điều trị thành nhiều phân đoạn chiếu. Điều này vẫn đảm bảo về liều lượng
tới khối u, nhưng giành khoảng thời gian nghỉ ngơi để cho các tế bào lành hồi phục
hoàn toàn.
1.3.2. Khái niệm “4 tái tạo”của sinh học phóng xạ
1/ Sự tái tạo oxy(Reoxygenatiion).
Oxy trong khối u ác tính là một thông số rất quan trọng để đảm bảo có được
độ nhạy phóng xạ cao. Đối với những bức xạ có LET thấp (như photon và electron),
các tế bào được tưới oxy chỉ cần một liều lượng phóng xạ bằng 1/3 của liều chiếu
trên loại thiểu oxy mà vẫn đạt cùng một kết quả như nhau. Điều này có nghĩa là

kết quả điều trị và quan trọng đối với cả sự đáp ứng sớm của các tế bào lành cũng
như của các tế bào u. Đối với sự đáp ứng của tế bào lành như da chẳng hạn, tốc độ
phân chia tế bào sẽ bắt đầu tăng lên sau khoảng thời gian nào đó từ khi bắt đầu điều
trị, vì vậy yêu cầu liều lượng ngày càng tăng lên để cho cùng một hiệu ứng sinh
học. Điều này làm cho nó có lợi thế trong việc kéo dài thời gian điều trị, bởi vì tốc
độ hồi phục trở nên nhanh hơn theo thời gian. Sự kéo dài thời gian điều trị tia xạ do
đó có lợi cho sự hồi phục của các mô lành, cho các tế bào đáp ứng sớm, nhưng
không có lợi cho các tế bào đáp ứng muộn.
Tuy nhiên, cùng một hiệu ứng có thể xảy ra đối với các khối u, nơi mà sự tái
tạo quần thể tế bào được gia tăng, có nghĩa là cần tăng liều lượng một cách đáng kể
để đạt được cùng một tổng số tế bào bị giết, nếu thời gian điều trị tổng cộng dài hơn
thời gian mà sau đó tế bào u bắt đầu phân chia một cách nhanh hơn. Ở các khối u
vùng đầu cổ, người ta đã phát hiện được rằng các khối u bắt đầu phát triển nhanh

9


hơn trong khoảng thời gian từ 2 tới 4 tuần sau khi bắt đầu điều trị. Khoảng thời gian
này thường được gọi là “thời điểm bắt đầu thực sự”. Do đó việc kéo dài thời gian
điều trị là bất lợi cho việc kiểm soát khối u, trong khi lại có lợi cho sự đáp ứng sớm
của tế bào lành. Đương nhiên, điều này sẽ gây ra khó xử và phương pháp điều trị tốt
nhất còn tùy thuộc vào mức độ tương đối của sự hồi phục của các tế bào lành cũng
như tránh được sự tăng sinh của tế bào u. Vấn đề ở đây là cần phải cân nhắc một
cách thận trọng về loại khối u. Chẳng hạn nó rất quan trọng để giảm tối thiểu thời
gian điều trị đối với những khối u tăng sinh nhanh. Biểu hiện của loại khối u tăng
sinh nhanh có thể nhận biết được bằng khoảng thời gian tăng đôi (Tp) của các tế
bào. Ở đây Tp không phải là thời gian làm tăng đôi thể tích của khối u, mà nó là
thời gian cần để làm tăng gấp đôi quần thể tế bào, khi giả thiết rằng không có sự
mất mát nào xảy ra ở chúng. Người ta đã ghi nhận được thời gian Tp của các khối u
thể sừng hóa thuộc vùng đầu, cổ vào khoảng 3-4 ngày; của các khối u vú là từ 8-30


cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại. Quá trình
tương tác này có thể được chia làm hai loại. Đó là tác động trực tiếp hoặc gián tiếp
tới DNA của tế bào [2].
Tác động trực tiếp: Bức xạ ion hóa trực tiếp tác động lên DNA, làm cho cấu
trúc DNA bị sai hỏng.
Tác động gián tiếp: Bức xạ ion hóa tương tác với các phần tử nước trong cơ
thể sinh vật tạo ra các gốc tự do

Hình 1.2: Tác động của bức xạ lên cơ thể sống

11


Các gốc tự do có một electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi một phân tử
bền. Chúng là những thực thể gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng
microgiay và tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, lipid, DNA
gây ra các hỏng hóc về cấu trúc và hóa học đối với các phân tử này. Những hỏng
hóc như vậy sẽ dẫn tới :
- Sự ngăn cản phân chia tế bào
- Sự sai sót của nhiễm sắc thể
- Đột biến gen
- Làm chết tế bào
Trong khi quá trình hấp thụ năng lượng xảy ra trong khoảnh khắc (10-10 s),
thì sự xuất hiện của các hiệu ứng sinh học có thể diễn ra trong vài giây thậm chí
hàng nhiều năm. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các quá trình này.
a/ 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 những tế

cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường

13


hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của
tế bào ở cơ thể sống.
1.4. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG XẠ TRỊ.
1.4.1. Liều chiếu.
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:
X = dQ/dm
Trong đó: dQ là giá trị tuyệt đối của tổng một loại điện tích được sinh ra trong
không khí khi mà tất cả các electron, positron được tạo ra khi photon tương tác với khối
lượng dm của không khí bị hãm lại một cách hoàn toàn trong không khí.
Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là
C/kg. 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 có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam
sang Rơnghen theo tỷ lệ 1R = 2,58.10-4 C/kg.
1.4.2. 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 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.
Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số dE/dm , trong đó dE là năng
lượng trung bình mà bức xạ ion hóa truyền cho vật chất môi trường có khối lượng là dm.
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Joule/kilôgam, viết tắt là J/kg. Trong thực
tế, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là Gy hoặc Rad để đo liều hấp thụ. Qua các

1.4.4. Liều bề mặt.
Liều bề mặt được hiểu là liều hấp thụ ở độ sâu 5 mm trong môi trường
phantom. Liều bề mặt phụ thuộc vào năng lượng chùm tia và kích thước trường
chiếu. Liều bề mặt chủ yếu hình thành từ:
 Tán xạ từ bộ chuẩn trực, bộ lọc và không khí.
 Tán xạ ngược từ phantom tới bệnh nhân.
1.4.5. Liều sâu cực đại.
Liều lượng cực đại Dmax đạt ở độ sâu zmax nào đó trong môi trường khi các
electron đạt tới sự cân bằng. Độ sâu đạt cực đại dưới bệnh nhân phụ thuộc vào năng
lượng chùm tia và kích thước trường chiếu. Ảnh hưởng của kích thước trường chiếu
thường bị bỏ qua vì nó chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ.
1.4.6. Vùng thiết lập cân bằng điện tích.
Vùng liều giữa bề mặt (z = 0) và độ sâu z = zmax nào đó, tại đó liều hấp thụ
đạt cực đại trong chùm tia được gọi là vùng cân bằng điện tích (build up). Khi z