Chương 1 TỔNG QUAN Chương này trình bày các vấn đề: Khái niệm, mục đích và nguyên tắc xạ trị; Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư; Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị; Nguyên lý cấu tạo, hoạt động máy gia tốc tuyến tính xạ trị ELEKTA; Các thông số vật lý chùm tia trong xạ trị; Các hệ số tính toán phân bố chùm tia. Đây là những đối tượng sẽ được nhắc đến nhiều trong luận văn này. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị ung thư bằng tia xạ trong y học, là một trong 3 phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với 2 phương pháp là phẫu thuật và sử dụng hóa chất. Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng bức xạ ion hóa (tia X, tia gamma.) với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời phải đảm bảo hạn chế thấp nhất tổn thương cho các tế bào lành xung quanh.
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, ung thư ở vùng đầu, cổ. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phẫu thuật trong những trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn. Khi đó có thể chiếu xạ tiền phẫu để giảm kích thước khối u, giảm xâm lấn, biến từ không mổ đượ thành mổ được. Cũng có thể sử dụng chiếu xạ tại vùng sau mổ để diệt những tế bào ung thư còn sót lại, hạn chế “di căn do cấy truyền tế bào ung thư trên đường mổ”.
Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau mổ. Tùy theo từng trường hợp mà 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 điều trị hóa chất. Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Đức.
có tới trên 60% bệnh nhân ung thư được điều trị bằng xạ trị. Nguyên tắc của xạ trị là bằng cách nào đó, phải phân bố liều lượng đã chỉ định tập trung cao và đồng đều tại thể tích khối u, đồng thời phải giảm thiểu liều chiếu có hại cho tổ chức lành liên quan. Tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ hướng tới 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải làm thế nào để liều lượng bức xạ tập trung vào khối u ngày càng cao và liều chiếu mô lành phải chịu ngày càng giảm. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư Bức xạ ion hoá gây nên những biến đổi sinh học trong tổ chức sống.
Tuy nhiên độ nhạy cảm phóng xạ của các loại tế bào và mô trong cơ thể lại hết sức khác nhau. Đặc biệt các tế bào ung thư là những tế bào có khả năng sinh sản mạnh, tính biệt hóa kém nên nhạy cảm hơn với bức xạ ion hóa so với các tế bào lành. Nếu chiếu xạ với liều thích hợp, có thể tiêu diệt được tế bào ung thư mà ít gây biến đổi nguy hiểm đối với tế bào lành. Đó là nguyên lý của điều trị ung thư bằng phóng xạ [2], [4], [5], [6].
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 các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể. - Trên cùng một cơ thể các tế bào có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau. Những tế bào non đang trưởng thành (kém biệt hóa), tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia thường có độ nhạy cảm cao với phóng xạ như tế bào gốc tạo máu, tế bào niêm mạc ruột, tế bào sinh dục.
Các tế bào mô cơ, xương đã trưởng thành, não kém nhạy cảm với phóng xạ. Xác suất gây tổn thương tế bào Tế bào u Tế bào lành Liều chiếu Hình 1.1: Quan hệ liều với đáp ứng phóng xạ của tế bào u và tế bào lành 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải - Trong ung thư, chúng ta cần phải quan tâm nhiều nhất đến các tế bào có khả năng phân chia vô hạn: đó là các tế bào sinh clôn, có tỷ lệ khoảng 0,1 - 1%. Chỉ tiêu diệt được khối u khi tất cả các tế bào sinh clôn không còn khả năng phân chia. Xác suất tiêu diệt các tế bào sinh clôn này tuỳ thuộc nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự nhạy cảm với bức xạ ion hoá của các tế bào ung thư.
Các loại ung thư rất nhạy cảm với tia xạ như seminoma, u lympho ác tính.; nhạy cảm với tia xạ mức độ trung bình: hầu hết các carcinoma, ung thư ít nhạy cảm với tia xạ: melanoma, sarcoma. Sự nhạy cảm phóng xạ còn phụ thuộc vào chu kỳ tế bào. Pha phân chia tế bào (pha M) là thời điểm tế bào nhạy cảm nhất với phóng xạ [5], [6]. M - phân chia tế bào G1 - chuẩn bị tổng hợp S - tổng hợp G2 - tăng trưởng Hình 1.2: Chu kỳ của tế bào Điều trị ung thư bằng chiếu xạ được ứng dụng sớm ngay từ khi hiện tượng phóng xạ mới được phát minh.
Với các hạt tích điện như hạt alpha có khả năng ion hóa mạnh nhưng đâm xuyên kém, không được sử dụng trong chiếu xạ từ xa. Bức xạ beta (electron) có khả năng đâm xuyên khá lớn, được sử dụng chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da. Khi đi vào độ sâu khoảng 5cm thì liều lượng của chùm electron gần như bằng không, do đó ít gây tổn hại đến các mô lành. Tia gamma và tia X tác dụng gây ion hóa kém hơn các loại hạt trên nhưng có khả năng đâm xuyên rất lớn, do đó được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị từ xa.
Chúng có thể tác dụng lên các tế bào ở sâu trong cơ thể để điều trị các khối u sâu. Với các 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải khối u sâu trên 3cm, để giảm liều chiếu ở mặt da và ở các mô lành trên đường đi của chùm tia người ta làm nhiều chùm nhỏ chiếu theo các hướng khác nhau, hội tụ đồng tâm tại khối u cần điều trị. Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị 1. Các phương pháp xạ trị Có 3 phương pháp xạ trị phổ biến đã và đang được sử dụng là xạ trị chiếu ngoài, xạ trị áp sát và xạ trị chiếu trong (hay còn gọi là xạ trị chuyển hóa).
- Xạ trị chuyển hóa là ứng dụng một số đồng vị phóng xạ phát bức xạ beta âm (như 131I, 32P, 90Y.) trong điều trị bệnh. - 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 đưa nguồn phóng xạ đến sát khối u để giảm chiếu xạ cho mô lành [34], [37]. Có 3 cách thực hiện kỹ thuật này: cách thứ nhất dùng tấm áp bề mặt để điều trị các vùng như da mặt, vùng đầu, vùng cổ…; cách thứ 2 là dùng các ống áp (applicator) để điều trị ở các khoang tự nhiên của cơ thể; cách thứ 3 người ta sử dụng các kim cắm trực tiếp vào trong các khe, kẽ, trong mô… Một số khối u ở những vị trí thuộc vùng hang hốc của cơ thể như cổ tử cung, trực tràng, thực quản.
có thể dùng một ống áp đặt trước rồi đưa đồng vị phóng xạ vào sát với khối u để chiếu xạ [5]. Như vậy có thể tăng liều chiếu ở khối u và giảm liều chiếu cho mô lành. Việc đưa nguồn xạ được thực hiện sau khi đã đặt ống áp đúng vị trí, thực hiện bằng điều khiển từ xa (qua máy tính) cho nên còn gọi là xạ trị áp sát nạp nguồn sau. Các kỹ thuật như dùng kim phóng xạ Radium, dùng các hạt (seed) gắn phóng xạ cấy vào mô ung thư cũng được coi là xạ trị áp sát.
- Xạ trị ngoài 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 60Co hoặc chùm phát tia X năng lượng cao được tạo bởi chùm electron đã được gia tốc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải có năng lượng đủ lớn cho đập vào bia (phát tia X hãm), cũng có thể dùng trực tiếp chùm electron đã được gia tốc. Trong thập kỷ qua, một số kỹ thuật mới đã được phát triển để áp dụng một cách tốt hơn trong lĩnh vực xạ trị nhằm tăng hiệu quả điều trị, giảm thiểu nguy cơ các biến chứng.
Sự ra đời của các phương pháp chẩn đoán hình ảnh chính xác như CT, MRI, cắt lớp phóng xạ. cho phép xác định kích thước, vị trí khối u chính xác hơn, do đó thể tích chiếu xạ giảm đáng kể [5],[34]. Kỹ thuật xạ trị định vị, xạ trị điều biến liều của chùm tia cho phép giảm thiểu vùng mô lành bị chiếu xạ, giảm tác dụng không mong muốn của chiếu xạ. Những khái niệm cơ bản trong vật lý xạ trị ung thư • Cân bằng điện tích (Build-Up): Là hiện tượng vật lý, xảy ra khi các chùm photon năng lượng cao tương tác với môi trường sinh ra các electron thứ cấp.
Tùy theo năng lượng photon và môi trường tương tác, những electron này cũng sẽ tham gia tương tác với môi trường. Miền giới hạn giữa bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâu đạt liều cực đại rất có ý nghĩa trong xạ trị, thông qua việc lựa chọn năng lượng chùm tia. Liều Độ sâu Hình 1.3: Vùng cân bằng điện tích 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Khải • Liều hấp thụ - Định nghĩa: liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ bởi một đơn vị khối lượng vật chất mà bức xạ đi qua [3],[6].1 dE: năng lượng của bức xạ bị hấp thụ bởi vật chất có khối lượng là dm. - Đơn vị trong hệ SI là Gray (Gy): 1Gy = 1J/kg - Đơn vị cũ là rad; 1Gy = 100 rad.
- Suất liều hấp thụ: là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian.