Luận văn thạc sĩ hus xác nhận tỉ số mô cực đại tmr được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm pdd của chùm photon năng lượng cao trên máy gia tốc elekta precise

Luận văn thạc sĩ phân tích tỉ số mô cực đại TMR từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm PDD của chùm photon năng lượng cao trên máy gia tốc Elekta Precise.

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Khải
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Văn Loát
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
• Đề tài: Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) được tính từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) của chùm Photon năng lượng cao trên máy gia tốc Elekta Precise
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm, mục đích và nguyên tắc của xạ trị
• 1.2. Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hóa điều trị xạ trị ung thư
• 1.3. Các phương pháp xạ trị, thiết bị xạ trị
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hệ thống thiết bị đo
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3. Xác định hệ số tán xạ phantom (Sp)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Dữ liệu để bàn luận và phân tích
• 3.1.1. Kết quả đo liều sâu phần trăm (PDD)
• 3.1.2. Dữ liệu TMR đo
• 3.1.3. Dữ liệu TMR tính toán
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xác nhận tỉ số mô cực đại TMR từ dữ liệu PDD

Xác nhận tỉ số mô cực đại (TMR) là một yếu tố quan trọng trong xạ trị ung thư, đặc biệt là khi sử dụng chùm photon năng lượng cao. TMR được tính toán từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) và có vai trò quyết định trong việc lập kế hoạch xạ trị. Việc hiểu rõ về TMR giúp các bác sĩ xác định liều lượng chính xác cần thiết để tiêu diệt tế bào ung thư mà không gây hại cho các mô lành xung quanh.

1.1. Khái niệm và vai trò của tỉ số mô cực đại TMR

Tỉ số mô cực đại (TMR) là tỷ lệ giữa liều lượng bức xạ hấp thụ tại một điểm trong mô so với liều lượng hấp thụ tại điểm cực đại. TMR giúp xác định mức độ phân bố liều trong mô, từ đó tối ưu hóa hiệu quả điều trị ung thư.

1.2. Dữ liệu đo liều sâu phần trăm PDD và mối liên hệ với TMR

Dữ liệu đo liều sâu phần trăm (PDD) cung cấp thông tin về sự phân bố liều trong mô theo độ sâu. TMR được tính toán từ PDD, cho phép các bác sĩ điều chỉnh liều lượng bức xạ một cách chính xác hơn trong quá trình điều trị.

II. Vấn đề và thách thức trong việc xác nhận TMR từ PDD

Việc xác nhận TMR từ dữ liệu PDD gặp phải nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc đảm bảo tính chính xác của các phép đo. Các yếu tố như độ sâu, năng lượng chùm tia và loại mô đều ảnh hưởng đến kết quả đo. Do đó, cần có các phương pháp và thiết bị đo chính xác để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của PDD

Độ sâu của mô, năng lượng chùm tia và cấu trúc mô là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của dữ liệu PDD. Việc không kiểm soát tốt các yếu tố này có thể dẫn đến sai số trong tính toán TMR.

2.2. Thách thức trong việc đo đạc và tính toán TMR

Việc đo đạc TMR trong thực tế gặp nhiều khó khăn do yêu cầu kỹ thuật cao và sự phức tạp trong việc thiết lập các thiết bị đo. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải phát triển các phương pháp đo mới và cải tiến thiết bị hiện có.

III. Phương pháp xác định TMR từ dữ liệu PDD

Để xác định TMR từ dữ liệu PDD, cần áp dụng các phương pháp đo lường chính xác và các kỹ thuật tính toán hiện đại. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng máy gia tốc tuyến tính và các thiết bị đo liều chuyên dụng.

3.1. Sử dụng máy gia tốc tuyến tính trong đo PDD

Máy gia tốc tuyến tính (LINAC) là thiết bị chính được sử dụng để tạo ra chùm photon năng lượng cao. Việc sử dụng LINAC giúp đảm bảo độ chính xác cao trong việc đo PDD và tính toán TMR.

3.2. Kỹ thuật đo liều và tính toán TMR

Kỹ thuật đo liều sử dụng các buồng ion hóa và phần mềm phân tích dữ liệu để tính toán TMR từ PDD. Các phương pháp này cần được chuẩn hóa để đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của TMR trong xạ trị

TMR có ứng dụng quan trọng trong việc lập kế hoạch xạ trị cho bệnh nhân ung thư. Việc xác định chính xác TMR giúp tối ưu hóa liều lượng bức xạ, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ cho bệnh nhân.

4.1. Tối ưu hóa liều lượng bức xạ trong điều trị ung thư

Việc sử dụng TMR trong lập kế hoạch xạ trị cho phép các bác sĩ điều chỉnh liều lượng bức xạ một cách chính xác, đảm bảo tiêu diệt tế bào ung thư mà không gây hại cho mô lành.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng TMR trong xạ trị giúp cải thiện tỷ lệ sống sót của bệnh nhân ung thư và giảm thiểu các tác dụng phụ không mong muốn.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu TMR

Nghiên cứu về TMR từ dữ liệu PDD là một lĩnh vực quan trọng trong xạ trị ung thư. Việc xác nhận và tối ưu hóa TMR sẽ góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy TMR có thể được xác định chính xác từ dữ liệu PDD, mở ra cơ hội cho việc cải thiện quy trình lập kế hoạch xạ trị.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp đo mới và cải tiến thiết bị để nâng cao độ chính xác trong việc xác định TMR.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong y học hiện đại, khoảng 60% đến 70% bệnh nhân ung thư cần được chỉ định xạ trị trong toàn bộ phác đồ điều trị. Kỹ thuật xạ trị chiếu ngoài sử dụng máy gia tốc tuyến tính đang giữ vai trò chủ đạo nhờ khả năng tập trung liều bức xạ cao vào thể tích khối u và hạn chế tối đa tổn thương mô lành lanh quanh. Để thiết lập kế hoạch xạ trị chính xác trên hệ thống tính liều, các kỹ sư vật lý y học bắt buộc phải xác định đầy đủ các thông số phân bố liều của chùm tia, đặc biệt là liều sâu phần trăm và tỷ số mô cực đại.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực tiễn lâm sàng: thông số liều sâu phần trăm thường được đo đạc theo kỹ thuật khoảng cách nguồn tới bề mặt cố định ở mức 100 cm, trong khi các kỹ thuật xạ trị hiện đại như 3D theo hình thái u hay điều biến liều lại vận hành theo kỹ thuật khoảng cách nguồn tới trục quay đồng tâm. Việc đo đạc trực tiếp tỷ số mô cực đại trên phantom nước theo kỹ thuật đồng tâm đòi hỏi quy trình thực nghiệm phức tạp, tốn kém thời gian vận hành máy gia tốc từ 15 đến 20 giờ cho mỗi mức năng lượng. Do đó, việc chuyển đổi toán học từ liều sâu phần trăm sang tỷ số mô cực đại là một giải pháp thiết yếu.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là tiến hành đo đạc thực nghiệm liều sâu phần trăm và tỷ số mô cực đại cho hai mức năng lượng photon 6 MV và 15 MV trên máy gia tốc Elekta Precise tại Trung tâm Ung bướu thuộc Bệnh viện Quân y 103 trong năm 2018. Trên cơ sở đó, nghiên cứu so sánh đối chiếu giữa giá trị tỷ số mô cực đại tính toán từ liều sâu phần trăm và giá trị đo đạc trực tiếp nhằm kiểm chứng độ tin cậy. Nghiên cứu mang ý nghĩa quan trọng trong việc chuẩn hóa cơ sở dữ liệu chùm tia, giúp giảm thiểu sai số tính toán liều lượng dưới ngưỡng 2%, đồng thời tối ưu hóa thời gian kiểm chuẩn thiết bị trước khi đưa vào lập kế hoạch điều trị cho người bệnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tương tác bức xạ ion hóa với vật chất và các mô hình tính toán liều lượng chuẩn hóa của Ủy ban Quốc tế về Đo lường và Đơn vị Bức xạ. Quá trình truyền năng lượng của chùm photon năng lượng cao vào môi trường nước tạo ra các điện tử thứ cấp, hình thành hiện tượng cân bằng điện tích với độ sâu đạt liều cực đại là 1,6 cm đối với mức năng lượng 6 MV và 2,7 cm đối với mức năng lượng 15 MV.

Mô hình lý thuyết chủ đạo bao gồm việc chuyển đổi giữa liều sâu phần trăm và tỷ số mô cực đại dựa trên định luật bình phương nghịch đảo khoảng cách và các hệ số tán xạ. Trong đó, 5 khái niệm chuyên ngành cốt lõi được áp dụng xuyên suốt gồm:

1. Liều sâu phần trăm: Tỷ số giữa liều hấp thụ tại một độ sâu bất kỳ so với liều hấp thụ cực đại trên trục chính ở khoảng cách nguồn tới bề mặt cố định.
2. Tỷ số mô cực đại: Tỷ số giữa liều tại một điểm ở độ sâu xác định trong môi trường so với liều tại cùng điểm đó nhưng ở độ sâu liều cực đại với khoảng cách nguồn đến đầu đo không đổi.
3. Tỷ số mô - không khí: Tỷ số liều đo trong môi trường so với liều đo trong không khí, áp dụng cho chùm tia năng lượng thấp nhưng bị giới hạn khi áp dụng cho mức 6 MV và 15 MV.
4. Hệ số tán xạ phantom: Đại lượng mô tả sự đóng góp của bức xạ tán xạ sinh ra bên trong phantom nước tương ứng với từng kích thước trường chiếu.
5. Trường vuông tương đương: Phương pháp quy đổi các trường chiếu chữ nhật về trường vuông chuẩn theo tỷ lệ diện tích trên chu vi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu thực nghiệm trên hệ thống máy gia tốc tuyến tính kỹ thuật số Elekta Precise tại Trung tâm Ung bướu, Bệnh viện Quân y 103. Thiết bị đo chuẩn gồm hệ thống phantom nước tự động 3 chiều PTW Freiburg MP3 kích thước 60 x 60 x 50 cm chứa 40 lít nước cất tinh khiết, kết hợp thùng chứa nâng hạ 200 lít. Hai buồng ion hóa hình trụ PTW Semiflex thể tích 0,125 cm³ mã hiệu 31010 được sử dụng kết hợp với điện kế kỹ thuật số PTW Unidos và phần mềm chuyên dụng Mephysto mc2.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 9 kích thước trường chiếu vuông chuẩn: 5x5, 7x7, 10x10, 12x12, 15x15, 20x20, 25x25, 30x30 và 40x40 cm². Tại mỗi kích thước trường, dữ liệu được quét lấy mẫu có chủ đích tại 15 mốc độ sâu từ 1,6 cm, 2,0 cm, 2,7 cm đến 24,0 cm dọc theo trục trung tâm của chùm tia cho cả 2 mức năng lượng 6 MV và 15 MV. Tổng cộng hơn 270 điểm đo thực nghiệm được thực hiện và đối chiếu.

Phương pháp buồng ion hóa thể tích nhỏ 0,125 cm³ được lựa chọn vì đảm bảo độ phân giải không gian cao, hạn chế tối đa hiệu ứng thể tích khi đo trong vùng có gradient liều lớn. Quá trình xác định hệ số tán xạ phantom được thực hiện gián tiếp thông qua hệ số tán xạ toàn phần và hệ số tán xạ đầu máy bằng nắp cân bằng điện tích bằng đồng thau dày 2,4 mm cho chùm 6 MV và 8,0 mm cho chùm 15 MV. Toàn bộ tiến trình thực nghiệm và phân tích dữ liệu được hoàn tất trong thời gian 01 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân bố liều sâu phần trăm suy giảm đều theo độ sâu sau khi qua vùng liều cực đại và tăng dần khi mở rộng kích thước trường chiếu. Đối với mức năng lượng 6 MV ở trường chiếu tham chiếu 10x10 cm², liều sâu phần trăm tại độ sâu cực đại 1,6 cm đạt 100%, giảm xuống 68,0% ở độ sâu 10 cm và chỉ còn 32,2% tại độ sâu 24 cm. Đối với mức năng lượng 15 MV tại cùng trường 10x10 cm², liều sâu phần trăm ở độ sâu 10 cm đạt 75,9% và tại 24 cm đạt 41,2%, cao hơn chùm 6 MV lần lượt là 7,9% và 9,0%.

Thứ hai, vị trí độ sâu liều cực đại thực nghiệm thể hiện tính ổn định cao ở mức 1,6 cm đối với chùm 6 MV và 2,7 cm đối với chùm 15 MV trên mọi kích thước trường chiếu từ 5x5 cm² đến 40x40 cm².

Thứ ba, tỷ số mô cực đại đo trực tiếp theo kỹ thuật đồng tâm giảm dần theo độ sâu nhưng tăng theo kích thước trường do tăng lượng bức xạ tán xạ từ môi trường. Tại độ sâu 20 cm của chùm 6 MV, tỷ số mô cực đại tăng từ 0,492 ở trường 5x5 cm² lên 0,642 ở trường 40x40 cm², tương ứng mức tăng 30,5%. Đối với chùm 15 MV tại độ sâu 20 cm, giá trị này tăng từ 0,601 ở trường 5x5 cm² lên 0,735 ở trường 40x40 cm², tương ứng mức tăng 22,3%.

Thứ tư, giá trị tỷ số mô cực đại tính toán từ dữ liệu liều sâu phần trăm có sự tương thích cao với dữ liệu đo trực tiếp trên toàn bộ dải độ sâu từ 1,6 cm đến 24 cm. Độ sai lệch tương đối giữa phép tính lý thuyết và đo đạc thực tế đối với đa số các trường chiếu nằm trong khoảng từ 0,2% đến 1,8%, hoàn toàn thỏa mãn tiêu chuẩn dung sai lâm sàng quốc tế.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về độ dốc suy giảm liều giữa chùm 6 MV và 15 MV được giải thích rõ bằng cơ chế vật lý tương tác. Khi mức năng lượng tăng lên 15 MV, các photon tương tác tạo ra chùm điện tử thứ cấp có động năng lớn hơn và xác suất tán xạ tập trung chủ yếu theo hướng truyền thẳng về phía trước. Do đó, các hạt tích điện có quãng chạy dài hơn trong nước, giúp gia tăng liều lượng ở các lớp mô sâu. Ngược lại, chùm photon 6 MV tạo ra các điện tử thứ cấp có góc tán xạ rộng sang hai bên, làm suy giảm liều nhanh hơn theo chiều sâu.

So sánh với các công bố quốc tế của Hiệp hội Ung thư Châu Âu và các tài liệu chuẩn thức của các tác giả tiền bối, kết quả của luận văn hoàn toàn đồng nhất về quy luật biến thiên. Độ lệch giữa giá trị tính toán và đo trực tiếp chỉ xuất hiện nhẹ ở các trường chiếu cực đại 40x40 cm² tại độ sâu lớn trên 20 cm (xấp xỉ 2,1%) do ảnh hưởng của tán xạ đa cấp phức tạp từ đầu máy và thành phantom.

Trong thực tế ứng dụng, toàn bộ tập dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua hệ thống đồ thị đường cong phân bố liều theo độ sâu kết hợp với ma trận bảng đối chiếu hai chiều. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa liều và độ sâu thể hiện rõ vùng tăng liều cân bằng điện tích, trong khi bảng đối chiếu định lượng giúp các kỹ sư vật lý y học nhanh chóng nhận diện dải sai số tại từng kích thước trường từ 5x5 cm² đến 40x40 cm². Điều này khẳng định thuật toán chuyển đổi hoàn toàn đủ độ tin cậy để áp dụng trong việc kiểm tra độc lập liều điều trị.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình tính toán tỷ số mô cực đại từ dữ liệu đo liều sâu phần trăm thường quy tại Trung tâm Ung bướu, Bệnh viện Quân y 103 và các cơ sở xạ trị trên toàn quốc. Đơn vị thực hiện là nhóm kỹ sư vật lý y học tại các bệnh viện, với mục tiêu cắt giảm ít nhất 70% thời gian đo đạc kiểm chuẩn thủ công trên máy gia tốc trong vòng 03 tháng tới.

Thứ hai, tích hợp công thức chuyển đổi kèm theo ma trận hệ số tán xạ phantom chính xác vào phần mềm tính toán liều độc lập nhằm hỗ trợ kiểm tra chéo kế hoạch xạ trị của hệ thống lập kế hoạch XiO. Thời gian triển khai dự kiến trong 06 tháng, đảm bảo độ sai lệch liều tại điểm đồng tâm luôn được kiểm soát chặt chẽ dưới 1,5%.

Thứ ba, thiết lập định kỳ kiểm chuẩn chất lượng chùm tia 06 tháng một lần đối với hai mức năng lượng 6 MV và 15 MV. Đội ngũ kỹ sư vật lý phối hợp với cán bộ an toàn bức xạ sử dụng buồng ion hóa bán vi mô 0,125 cm³ và phantom nước MP3 để rà soát lại thông số liều sâu phần trăm, duy trì độ ổn định liều phát ra của máy gia tốc Elekta với độ lệch không vượt quá 1,0%.

Thứ tư, đẩy mạnh công tác đào tạo chuyên sâu về vật lý xạ trị và các thuật toán chuyển đổi thông số chùm tia cho 100% nhân sự vật lý y khoa mới tiếp nhận trước năm 2025. Ban giám đốc các trung tâm ung bướu cùng các cơ sở đào tạo đại học cần xây dựng tài liệu hướng dẫn chuẩn hóa về đo đạc thực nghiệm và xử lý dữ liệu đo liều bức xạ photon năng lượng cao.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Kỹ sư vật lý y khoa và chuyên viên đo liều tại các trung tâm ung bướu. Luận văn cung cấp bảng thông số thực nghiệm chi tiết và công thức chuyển đổi chuẩn xác, hỗ trợ đắc lực trong việc nhập liệu và thẩm định cơ sở dữ liệu chùm tia của hệ thống lập kế hoạch điều trị 3D-CRT và IMRT.

Nhóm 2: Bác sĩ chuyên khoa xạ trị ung thư. Nghiên cứu giúp các bác sĩ hiểu rõ bản chất phân bố liều theo độ sâu và ảnh hưởng của kích thước trường chiếu đối với chùm photon 6 MV và 15 MV, từ đó đưa ra chỉ định trường chiếu và năng lượng phù hợp nhất cho từng vị trí khối u nông hoặc sâu trong cơ thể.

Nhóm 3: Học viên cao học, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Vật lý hạt nhân, Kỹ thuật hạt nhân và Vật lý y sinh. Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cao về phương pháp thiết lập thực nghiệm đo liều trên phantom nước 3 chiều, kỹ thuật sử dụng buồng ion hóa và phương pháp xử lý số liệu bức xạ đạt chuẩn học thuật.

Nhóm 4: Cán bộ quản lý an toàn bức xạ và thanh tra kiểm soát chất lượng y tế. Đề tài cung cấp khung quy trình kỹ thuật và các tiêu chí dung sai rõ ràng để phục vụ việc xây dựng quy chuẩn kiểm định định kỳ cho các dòng máy gia tốc xạ trị tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Tại sao cần tính tỷ số mô cực đại từ liều sâu phần trăm thay vì tiến hành đo trực tiếp? Trong thực hành lâm sàng, việc đo trực tiếp tỷ số mô cực đại theo kỹ thuật khoảng cách nguồn tới trục đòi hỏi phải bơm xả nước liên tục trong phantom hoặc di chuyển đầu đo phức tạp, tốn từ 15 đến 20 giờ làm việc. Sử dụng thuật toán chuyển đổi từ liều sâu phần trăm đã đo sẵn giúp tiết kiệm thời gian vận hành máy mà vẫn đạt độ chính xác tương đương với sai số dưới 2%.

Câu hỏi 2: Độ sâu đạt liều cực đại của chùm photon 6 MV và 15 MV khác nhau như thế nào? Độ sâu đạt liều cực đại tỷ lệ thuận với năng lượng của chùm tia tới. Kết quả thực nghiệm trên máy Elekta Precise xác định độ sâu liều cực đại của chùm 6 MV là 1,6 cm và chùm 15 MV là 2,7 cm. Sự chênh lệch 1,1 cm này do chùm 15 MV sinh ra các điện tử thứ cấp có động năng cao hơn, cần quãng đường truyền sâu hơn trong môi trường nước để đạt trạng thái cân bằng điện tích.

Câu hỏi 3: Hệ số tán xạ phantom được xác định bằng cách nào trong nghiên cứu? Hệ số tán xạ phantom không thể đo trực tiếp độc lập một cách đơn giản mà được xác định gián tiếp thông qua tỷ số giữa hệ số tán xạ toàn phần trong phantom nước và hệ số tán xạ đầu máy đo trong không khí. Phép đo trong không khí sử dụng nắp cân bằng điện tích bằng đồng thau dày 2,4 mm cho chùm 6 MV và 8,0 mm cho chùm 15 MV để ngăn ngừa các điện tử tạp tán xạ.

Câu hỏi 4: Sai số giữa tỷ số mô cực đại tính toán và đo đạc có đáp ứng yêu cầu lâm sàng không? Toàn bộ kết quả so sánh giữa tính toán lý thuyết và đo đạc thực tế trên 9 kích thước trường chiếu từ 5x5 cm² đến 40x40 cm² đều cho sai số tương đối dao động từ 0,2% đến 1,8%. Mức sai số này hoàn toàn nằm trong giới hạn dung sai cho phép theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế là dưới 2,0% đối với vùng liều đồng nhất.

Câu hỏi 5: Dữ liệu của luận văn có thể áp dụng cho các dòng máy gia tốc khác không? Mặc dù các giá trị số liệu cụ thể phản ánh đặc tính của máy Elekta Precise tại Bệnh viện Quân y 103, nhưng mô hình toán học và quy trình thực nghiệm hoàn toàn có thể áp dụng cho mọi máy gia tốc tuyến tính khác. Các cơ sở y tế có thể sử dụng phương pháp này để tự kiểm chuẩn hệ thống dữ liệu chùm tia của đơn vị mình.

Kết luận

• Xác nhận thành công tính chính xác và độ tin cậy cao của phương pháp tính tỷ số mô cực đại từ dữ liệu liều sâu phần trăm trên máy gia tốc Elekta Precise với sai số thực nghiệm dưới 1,8%.
• Xây dựng hoàn chỉnh bộ dữ liệu chuẩn hóa về liều sâu phần trăm và tỷ số mô cực đại cho 9 kích thước trường chiếu vuông từ 5x5 cm² đến 40x40 cm² ở 15 mốc độ sâu cho hai mức năng lượng 6 MV và 15 MV.
• Làm sáng tỏ quy luật vật lý về sự phụ thuộc của liều sâu và bức xạ tán xạ vào năng lượng chùm photon, khẳng định vị trí vùng cân bằng điện tích ở độ sâu 1,6 cm cho chùm 6 MV và 2,7 cm cho chùm 15 MV.
• Cung cấp cơ sở khoa học vững chắc giúp tối ưu hóa quy trình kiểm chuẩn chùm tia, tiết kiệm hơn 70% thời gian thực nghiệm trên máy mà vẫn bảo đảm độ an toàn tuyệt đối cho kế hoạch xạ trị ung thư.
• Đặt tiền đề cho các nghiên cứu tiếp nối trong vòng 12 tháng tới nhằm mở rộng việc kiểm chứng trên các trường chiếu hình học bất đối xứng và các trường có sử dụng nêm lọc xạ.

Các trung tâm xạ trị và chuyên gia vật lý y học hãy áp dụng ngay công thức chuyển đổi chuẩn hóa này vào quy trình kiểm chuẩn định kỳ để nâng cao độ chính xác điều trị và tối ưu hóa hiệu suất vận hành máy gia tốc tuyến tính.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.