CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG KỸ THUẬT XẠ TRỊ 1.1 Giới thiệu chung Tia xạ dùng trong điều trị ung thư được gọi là bức xạ ion hóa do nó biến các nguyên tử hay phân tử trong tế bào thành các ion nơi mà nó đi qua do giải phóng các electron ra khỏi nguyên tử (Ion là các nguyên tử mang điện tích do nhận thêm hoặc mất đi các electron). Hiện tượng này có thể tiêu diệt các tế bào hoặc làm thay đổi cấu trúc gen. Một dạng khác của tia xạ như sóng radio, microwave, sóng ánh sáng được gọi là bức xạ không ion hóa. Chúng không có nhiều năng lượng bằng các bức xạ ion hóa và không có khả năng ion hóa các tế bào.
Bức xạ ion hóa có thể được chia ra làm 2 loại chính: - Photon (tia X và tia gamma) được dùng rộng rãi nhất. - Bức xạ hạt (electron, proton, neutron, hạt alpha, và hạt beta). Một số loại bức xạ ion hóa mang năng lượng nhiều hơn những loại khác. Năng lượng càng cao, tia xạ càng có thể xuyên thủng sâu hơn vào bên trong mô.
Cách hoạt động của một số loại bức xạ rất quan trọng trong xây dựng kế hoạch xạ trị. Các bác sĩ xạ trị ung thư sẽ lựa chọn loại và năng lượng phóng xạ phù hợp nhất đối với mỗi khối u của bệnh nhân. Những loại bức xạ thường gặp dùng để điều trị ung thư bao gồm: - Photon năng lượng cao: bắt nguồn từ những nguồn phóng xạ như Cobalt-60 hoặc máy gia tốc tuyến tính (linear accelerator - còn được gọi tắt là linac). Chúng là loại xạ trị được dùng nhiều nhất ngày nay.
Tia electron: được sản xuất bởi máy gia tốc tuyến tính, dùng cho những khối u gần bề mặt cơ thể do độ xuyên thấu của chúng kém hơn khi đến các mô sâu hơn. - Proton: là một dạng điều trị mới. Proton là một phần của nguyên tử gây ra những tổn thương nhỏ cho các mô mà chúng đi qua nhưng chúng rất tốt để tiêu diệt những tế bào ở cuối đường đi của chúng. Điều này có nghĩa 2 là các tia proton cho phép đưa nhiều bức xạ đến ung thư hơn nhưng lại gây ra ít tác dụng phụ cho những mô bình thường xung quanh hơn.
Proton được dùng thường xuyên cho một số loại ung thư nhưng cũng cần phải nghiên cứu thêm để điều trị những loại ung thư khác. Một số kỹ thuật dùng trong điều trị bằng proton cũng có thể thực hiện ở những bệnh nhân điều trị bằng neutron. Điều trị bằng tia xạ proton đòi hỏi phải có những thiết bị mang tính chuyên biệt cao và hiện nay chỉ được thực hiện ở một số cơ sở y tế mà thôi. - Neutron: được dùng điều trị cho một số loại ung thư ở đầu, cổ và tiền liệt tuyến.
Đôi khi chúng cũng có ích khi những dạng xạ trị khác không có tác dụng. Tuy nhiên, chúng được sử dụng ngày càng ít đi do những tác dụng phụ lâu dài mà chúng gây ra. Điều trị bằng tia xạ (xạ trị) là quá trình điều trị có sử dụng bức xạ ion hóa hoặc phóng xạ cho quá trình điều trị nhiều bệnh nhân khác nhau. Mục đích của xạ trị là nhằm đưa một liều phóng xạ rất chính xác tới một thể tích bia đã xác định với một mức độ tổn thương nhỏ nhất cho các mô lành bao quanh, kết quả là sẽ loại trừ bệnh tật, kéo dài được sự sống hay cải thiện chất lượng cuộc sống.
Do đó kỹ thuật xạ trị được xây dựng để chữa bệnh hoặc làm nhẹ bớt những biểu hiện của bệnh tật một cách hiệu quả.2 Lịch sử và phát triển Roentgen phát hiện ra tia X vào năm 1895 và Becquerel phát hiện ra tia γ vào năm 1896. Roentgen đã miêu tả hầu hết các tính chất cơ bản của tia X, bao gồm cả khả năng đâm xuyên qua mô cơ thể của chúng ta để mang lại các hình ảnh chẩn đoán về xương. Đây là công cụ đầu tiên (công cụ khác là dao mổ) mà các bác sĩ có thể sử dụng để quan sát cấu trúc bên trong cơ thể và sau đó nó sớm được sử dụng rộng rãi. Các ảnh hưởng xấu của bức xạ khi đó cũng chưa được phát hiện ngay và các nhân viên làm việc với bức xạ thời kỳ đầu này đã phải chịu những tổn thương nghiêm trọng do tia xạ, đặc biệt hai bàn tay.
3 Vào năm 1902 Marie Curie đã thành công trong việc phân lập 0,1g radium. Pierre Curie đã chiếu xạ bàn tay ông bằng bức xạ phát từ radium và nghiên cứu vết bỏng tạo ra. Becquerel đã bị bỏng bởi một lọ nhỏ radium mà ông mang theo trong túi áo khoác. Từ kết quả nghiên cứu mà Curie và Becquerel đăng trên một tờ báo, một bác sĩ ở Pháp đã bắt đầu sử dụng radium trong việc điều trị ung thư và sau đó, vào năm 1903, các nhà máy đã được xây dựng ở Pháp và Mỹ để sản xuất radium.
Vào năm 1934, Frederic Joliot và Irene Curie đã tạo ra chất phốt pho phóng xạ bằng cách bắn phá nhôm bằng hạt α và do đó tạo ra chất đồng vị đầu tiên không xuất hiện từ tự nhiên. Ngay sau đó, Fermi và một số lớn các nhà khoa học đã tạo ra chuỗi phản ứng hạt nhân tự duy trì đầu tiên vào năm 1942. Lò phản ứng hạt nhân, được cung cấp một số lượng lớn các hạt neutron, có thể tạo ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo dùng cho việc chẩn đoán và điều trị. Việc Wilhelm Conrad Roentgen phát hiện ra tia X vào năm 1895 đã là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực y tế.
Trong những năm sau khi phát hiện ra tia X, Henri Becquerel và Marie đã phát hiện, nghiên cứu chất phóng xạ và đã lập nên một gian đoạn phát triển các công cụ mới về chẩn đoán và điều trị. Trong vòng một năm sau khi được phát hiện, phóng xạ đã được sử dụng trong việc điều trị các bệnh ác tính. Bệnh nhân đầu tiên được điều trị bằng tia xạ là vào năm 1899. Sự hăng hái lúc ban đầu đối với việc điều trị ung thư bằng phóng xạ, đặc biệt đối với các bệnh ung thư trên bề mặt, đã sớm bị chững lại do bệnh lại tái phát hoặc làm tổn thương các mô lành.
Việc sử dụng brachytherapy có cài thêm các kim và ống radium vào các vùng bị bệnh trong cơ thể đã phát triển nhanh chóng kể từ khi nó được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1910. Vào năm 1913, Coolidge đã phát hiện ra ống tia X- quang với năng lượng đỉnh là 140kV vào năm 1922, đã có tia X với mức năng lượng 200kV dùng cho các tổn thương nằm ở vị trí sâu trong cơ thể. 4 Vào năm 1911, Regaud đã làm một loạt các nghiên cứu nhằm mô tả các thuận lợi của việc điều trị cắt phân đoạn, chiếu xạ nhiều ngày đối với cùng một vị trí điều trị. Coutard và nhiều người khác sớm áp dụng các kỹ thuật này để điều trị cho các bệnh nhân bị các bệnh ung thư đầu và cổ, sau đó là các bệnh nhân ung thư cổ tử cung.
Điều đó đã hình thành cơ sở sinh học chuyên dùng cho kỹ thuật xạ trị hiện đại. Vào những năm 40, các máy gia tốc hạt được giới thiệu và betatron trở nên có giá trị với việc điều trị tia X ở năng lượng megavolt. Vào ngày 27 tháng 10 năm 1951, bệnh nhân đầu tiên trên thế giới đã được điều trị bằng tia gamma Coban-60. Có lẽ ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại là sự phát minh ra máy gia tốc tuyến tính, Hình 1.1 là máy gia tốc đầu tiên trên thế giới được lắp đặt tại nước Anh với mức năng lượng 8MV, máy rất cồng kềnh và độ an toàn còn thấp.Hình ảnh máy gia tốc đầu tiên trên thế giới được lắp đặt tại Hammersmith London năm 1952 Qua bao năm hình thành và phát triển máy gia tốc tuyến tính ngày càng hiện đại và an toàn để đáp ứng nhu cầu sử dụng, cũng như hiệu quả trong điều trị ung thư cho bệnh nhân.
Sự xác định chính xác vị trí khối u và các tổ chức nguy cấp liền kề là một yêu cầu quan trọng đối với điều trị bằng tia xạ. Vào cuối những năm 70, chụp cắt lớp điện toán (computerized tomography) được đưa ra như một công cụ mới cho việc lập kế hoạch xạ trị.3 Xạ trị trong điều trị ung thư 1.1 Khái niệm và vai trò của xạ trị trong điều trị ung thư Khái niệm xạ trị: “Xạ trị là phương pháp sử dụng các loại bức xạ ion hóa để điều trị ung thư” Mục đích của xạ trị: - Điều trị bệnh ung thư bằng cách tiêu diệt các tế bào ung thư. - Kiểm soát ung thư bằng cách không cho tế bào ung thư phát triển và lan rộng - Giảm các triệu chứng ung thư như đau nhức. Vai trò của xạ trị trong điều trị ung thư: Xạ trị là một phương pháp hay được sử dụng nhiều nhất.
Xạ trị đơn thuần có thể chữa khỏi một số ung thư gian đoạn sớm. Đồng thời nó còn có thể giúp phòng ngừa hoặc ngăn chặn tái phát tại chỗ và di căn xa bằng cách tiêu diệt các ổ vi di căn. Nó giúp làm giảm tế bào ung thư, giảm thể tích của khối u không thể phẫu thuật, chuyển sang có thể phẫu thuật. Ngoài ra, xạ trị thường phối hợp với phẫu thuật.4 Các kỹ thuật xạ trị 1.1 Kỹ thuật xạ ‘thích hợp’ ba chiều (3DCRT: Three dimension Conformal Radio Therapy) Có thể hiểu rằng kỹ thuật xạ trị thích hợp ba chiều là kỹ thuật điều trị dựa trên thông tin giải phẫu 3 chiều, sử dụng phân bố liều thích hợp để tạo ra liều cực đại đến khối u và liều cực tiểu đến khối u lành xung quanh.
Tuy nhiên có nhiều trở ngại để đạt được mục đích này. Các trở ngại chúng bao gồm: sự không chắc chắn trong không gian xâm lấn của khối u; sự thiếu hiểu biết về hình dạng và vị trí chính xác của các cấu trúc thông thường (mô lành); việc thiếu các công cụ cho việc lập kế hoạch và phân phát liều lượng hiệu quả của 3DCRT Đối với các khối u sâu bên trong, liều tới khối u mong muốn có thể dành được bằng cách sử dụng một sự kết hợp nhiều chùm bức xạ với các 6 hình dạng khác nhau. Thông thường hình dạng chùm bức xạ dành được là thông qua việc sử dụng các khối che chắn.