TÍNH LIỀU VÀ BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG TRONG XẠ TRỊ ÁP SÁT

Afterloader: máy nạp nguồn sau Brachytherapy: liệu pháp điều trị bằng cách đặt nguồn xạ ở gần với khối u Camera: máy ghi hình Catheter, applicator: các ống thông, dẫn nguồn, bộ áp Dwell

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN ĐÔNG SƠN

TP.HỒ CHÍ MINH – 2012

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến:

Lãnh đạo bệnh viện Đa khoa Kiên Giang và Khu xạ trị kỹ thuật cao đã tạo điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất để tôi thực hiện đề tài

Các thầy cô trường ĐHKHTN TP.HCM đã trang bị cho tôi nguồn kiến thức cơ sở để tôi có thể tiến hành thực hiện đề tài

Ông Aphiyut Udomphon, kỹ sư vật lý của hãng Nucletron đã có những chỉ dẫn hữa ích cho tôi về hệ thống lập kế hoạch điều trị của hãng

Thầy Nguyễn Đông Sơn đã định hướng, góp ý và cung cấp cho tôi nguồn tài liệu bổ ích trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài

Bạn bè và gia đình đã luôn động viên tôi thực hiện đề tài

Xin cảm ơn hội đồng phản biện sẽ chấm và góp ý để tôi hoàn thiện đề tài này

Một lần nữa xin nhận nơi tôi lòng biết ơn sâu sắc và lời hứa sẽ sử dụng những kiến thức mà mình có được vào những công việc thật sự có ích

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 3/2012

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 4

TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ ÁP SÁT 4

1.1 Lược sử phát triển .4

1.2 Khái niệm .7

1.3 Phân loại .7

1.4 Ứng dụng lâm sàng .8

1.5 So sánh xạ áp sát và xạ từ xa .9

Chương 2 11

CƠ SỞ CỦA LIỆU PHÁP XẠ TRỊ 11

2.1 Đặc tính nguồn xạ 11

2.2 Tương tác của bức xạ với vật chất 13

2.2.1 Tương tác của photon với nguyên tử 14

2.2.2 Tương tác của electron với nguyên tử 16

2.2.3 Tương tác của photon với vật chất 18

2.3 Tác dụng hóa sinh của bức xạ 19

2.3.1 Sự ngăn cản phân chia tế bào 20

2.3.2 Sự sai sót của nhiễm sắc thể 21

2.3.3 Đột biến gen 21

2.3.4 Sự chết của tế bào 21

Chương 3 24

XÂY DỰNG QUY TRÌNH XẠ TRỊ ÁP SÁT 24

3.1 Thiết bị xạ trị áp sát 24

3.2 Quy trình xạ trị áp sát 28

3.2.1 Chuẩn bị bệnh nhân 31

3.2.2 Lập kế hoạch điều trị 32

3.2.3 Điều trị bệnh nhân 33

3.2.4 Sau khi điều trị 35

3.2.5 Bảo trì và bảo đảm chất lượng 35

3.3 Những lỗi có thể xảy ra trong xạ áp sát 38

3.3.1 Giai đoạn chuẩn bị bệnh nhân 39

3.3.2 Giai đoạn lập kế hoạch điều trị 40

3.3.3 Giai đoạn điều trị bệnh nhân 41

3.3.4 Giai đoạn sau điều trị 42

3.4 Phòng ngừa lỗi khi lập kế hoạch xạ trị áp sát 43

3.4.1 Dùng phác đồ 43

3.4.2 Dùng biểu mẫu 45

3.4.3 Người kiểm tra độc lập 48

3.5 Quy trình xử lý sự cố khẩn cấp 49

Chương 4 53

KỸ THUẬT TÍNH LIỀU VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG 53

4.1 Kỹ thuật tính toán liều lượng học 53

4.1.1 Cơ sở của phép tính liều trên máy tính 53

4.1.2 Minh họa một quy trình lập kế hoạch trên máy tính 61

4.2 Đảm bảo chất lượng trong xạ trị áp sát liều cao 66

4.2.1 Chuẩn cường độ nguồn 66

4.2.2 Kiểm tra vị trí dừng của nguồn. 75

KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 85

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

A : hệ số hiệu suất thu thập ion

Λ: hằng số suất liều trong nước

M : chỉ số điện tích trên electrometer

L s: chiều dài lõi nguồn

L o: chiều dài vỏ bọc nguồn

D s : đường kính lõi nguồn

D o: đường kính vỏ bọc nguồn

Z: số hiệu nguyên tử, nguyên tử khối

U: đơn vị cường độ kerma không khí 1U =1μGy m h2 − 1 =1cGy cm h2 − 1

Danh mục các chữ viết tắt

AAPM: American Association of Physicists in Medicine – Hội Vật lý Y khoa Hoa Kỳ

AL (BL): A (B) Left – Điểm A(B) bên trái

AL: Lateral – Hướng chụp phim ngang từ bên hông qua

AP: Anterior Posterior – Hướng chụp phim thẳng từ trên xuống

AR (BR): A (B) Right – Điểm A (B) bên phải

BTV: Bảo Trì Viên

CT: Computer Tomography – Máy chụp cắt lớp điện toán

DNA: DeoxyriboNucleic Acid – phân tử mang thông tin di truyền mã hóa HDR: High Dose Rate – Suất liều cao

KTV: Kỹ Thuật Viên

LDR: Low Dose Rate – Suất liều thấp

MDR: Medium Dose Rate – Suất liều trung bình

MRI: Magnetic Resonance Imaging – Hình ảnh cộng hưởng từ

NTL: Người Tính Liều

PDR: Pulse Dose Rate – Suất liều xung

PMMA: Polymethyl Methacrylate – hợp chất dung môi trong buồng ion hóa QA: Quality Assurance – Đảm bảo chất lượng

TG: Task Group – Nhóm nhiệm vụ

DANH MỤC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN

Absolute dose: liều tuyệt đối, liều chỉ định cho một điểm hay đường đồng liều cụ

thể

Afterloader: máy nạp nguồn sau

Brachytherapy: liệu pháp điều trị bằng cách đặt nguồn xạ ở gần với khối u

Camera: máy ghi hình

Catheter, applicator: các ống thông, dẫn nguồn, bộ áp

Dwell position: vị trí nguồn dừng

Dwell time: thời gian dừng của nguồn xạ

Electrometer: thiết bị đo điện tích

Emergency Stop: nút dừng khẩn cấp

Source cable: cáp nguồn, cáp gắn với nguồn thật để vận chuyển nguồn

Check cable: cáp kiểm tra, cáp gắn với một nguồn giả để kiểm tra đường đi của

Channel: kênh, lối ra của nguồn trên máy nạp nguồn sau

Indexer: bộ chỉ mục, tập hợp các lối ra của nguồn trên máy nạp nguồn

Interstitial: kỹ thuật xạ trị áp sát xuyên mô

Intracavitary: kỹ thuật xạ trị áp sát thông qua các hốc tự nhiên của cơ thể

Intraluminal: kỹ thuật xạ trị áp sát qua các khoang, ống của cơ thể

Intraoperative: kỹ thuật đặt nguồn xạ trong quá trình phẫu thuật

Intravascular: kỹ thuật xạ trị áp sát trong động mạch

Length: chiều dài, khoảng cách từ đầu máy nạp nguồn sau đến điểm dừng nguồn

Nomalization dose: liều chuẩn hóa, liều tương đối được mặc định cho các đường

đồng liều đã được chuẩn hóa, trước khi chỉ định liều cụ thể

Normalization: chuẩn hóa liều, thao tác này nhằm chọn ra các điểm mà người

lập kế hoạch muốn đường đồng liều 100% đi qua nó

Optimization: tối ưu hóa, thao tác này nhằm đưa phân bố liều về dạng như mong

muốn

Plastic: ống thông bằng nhựa

Prescription: chỉ định liều, thao tác này nhằm xác định liều tuyệt đối cho một

điểm nào đó, thông thường sẽ chỉ định liều vào điểm chuẩn hóa

Remote afterloading devices: thiết bị nạp nguồn sau điều khiển từ xa

Scan: quét ảnh để số hóa vào máy tính

Set up: quá trình chuẩn bị và cố định bệnh nhân để điều trị

Step size: bước nguồn, khoảng cách giữa hai điểm dừng nguồn liên tiếp

Stepping sources technology: kỹ thuật nạp nguồn theo từng bước áp dụng trong các

thiết bị nạp nguồn sau Theo đó, nguồn sẽ được truyền theo từng bước một, thường là với bước nhảy 2.5mm hoặc 5mm

Surface (mould): kỹ thuật xạ trị áp sát bằng các tấm áp bề mặt

Virtual dose rate: suất liều ảo, suất liều danh định được sử dụng trong thuật toán

tính liều xạ áp sát

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số của một số nguồn dùng trong xạ trị áp sát 12

Bảng 2.2: Năng lượng liên kết trong vật chất 19

Bảng 3.1: Phác đồ liều xạ cho ung thư cổ tử cung theo khuyến cáo của tổ chức ABS (Hiệp hội Xạ trị áp sát Hoa Kỳ) 44

Bảng 4.1: Kết quả tính liều 66

Bảng 4.2: Tín hiệu tại các vị trí nguồn khác nhau 71

Bảng 4.3: Tín hiệu tại các vị trí có đáp ứng cao nhất 73

Bảng 4.4: So sánh cường độ nguồn theo đo đạc và theo chứng chỉ 74

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Những vị trí ung thư có thể được điều trị bằng xạ áp sát 9

Hình 1.2: So sánh xạ từ xa và xạ áp sát 10

Hình 2.1: Cấu trúc của nguồn Ir-192 MicroSelectron 13

Hình 2.2: Sự phụ thuộc của tương tác photon theo năng lượng (môi trường nước) 14 Hình 2.3: Sự phụ thuộc của tương tác của photon theo năng lượng và mật độ vật chất 15

Hình 2.4: Minh họa quá trình tương tác Compton 15

Hình 2.5: Minh họa quá trình phát bức xạ hãm 18

Hình 2.6: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỷ lệ sống sót của tế bào 21

Hình 2.7: Tóm tắt quá trình tương tác của bức xạ với cơ thể sống 22

Hình 3.1: Sơ đồ một hệ thống xạ trị áp sát 25

Hình 3.2: Máy nạp nguồn sau với các bộ chỉ mục tương ứng 27

Hình 3.3: Cấu trúc một đầu máy nạp nguồn sau HDR 28

Hình 3.4: Quy trình xạ trị áp sát 31

Hình 3.5: Sơ đồ quy trình điều trị theo mô hình một vật lý y khoa 37

Hình 3.6: Sơ đồ quy trình điều trị theo mô hình hai vật lý y khoa 38

Hình 3.7: Biểu mẫu chỉ định liều 47

Hình 3.8: Sơ đồ các bước kiểm tra khi lập kế hoạch điều trị 48

Hình 3.9: Nút khẩn cấp trên bàn điều khiển 50

Hình 3.10: Thu hồi nguồn bằng tay 50

Hình 3.11: Đèn tín hiệu trên thân máy 51

Hình 3.12: Khảo sát vị trí nguồn 51

Hình 3.13: Đưa nguồn vào thùng chứa khẩn cấp 51

Hình 4.1: Hệ tọa độ gắn với nguồn tương ứng 54

Hình 4.2: Minh họa phép nội suy liều 60

Hình 4.3: Minh họa chỉ định liều 61

Hình 4.4: Tái tạo catheter và ví trí nguồn giả 63

Hình 4.5: Đánh dấu các điểm bệnh nhân 64

Hình 4.6: Đường đồng liều theo các mặt cắt 65

Hình 4.7: Buồng ion hóa dạng giếng 70

Hình 4.8: Biểu đồ so sánh giữa tín hiệu đo và số liệu của nhà sản xuất 72

Hình 4.9: Giao diện nhập thông số chuẩn nguồn 75

Hình 4.10: Thước kiểm tra vị trí nguồn 76

Hình 4.11: Phim strip 76

Hình 4.12: Bố trí thí nghiệm kiểm tra vị trí nguồn 76

Hình 4.13: Thiết lập thông số kiểm tra vị trí nguồn 77

Hình 4.14: Vị trí con chạy trên thước kiểm tra 78

Hình 4.15: Thiết lập vị trí dừng nguồn 79

Hình 4.16: Vị trí nguồn trên phim strip 79

MỞ ĐẦU

Số ca ung thư trên toàn thế giới được dự đoán sẽ gia tăng trong vài thập kỷ tới Do đó việc liên tục đổi mới là chìa khóa để giải quyết các nhu cầu về chăm sóc bệnh ung thư cho hiện tại và tương lai

Liệu pháp xạ trị nói chung và xạ trị áp sát nói riêng đóng một vai trò quan trọng trong việc điều trị bệnh ung thư và đã đạt được hiệu quả đáng kể trong suốt nhiều thập niên qua nhờ vào những tiến bộ của khoa học và kỹ thuật

Một trong những ưu điểm của xạ trị áp sát là liều phóng xạ tập trung cao tại khối u, tránh cho các mô lành chịu ảnh hưởng nhiều của liều xạ Kỹ thuật này có thể diệt nhanh, hiệu quả, chính xác, đặc biệt với ung thư ở các hốc tự nhiên (tử cung, thân tử cung, xoang, vòm họng, thực quản, phế quản và một số vị trí ở khoang, bụng…) và quan trọng hơn nữa là thời gian điều trị khi dùng liệu pháp này đã được giảm đáng kể so với phương pháp xạ từ xa do khả năng tập trung được liều cao ngay tại chỗ

Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử và máy tính, xạ trị áp sát đã đạt được các bước đột phá căn bản về kỹ thuật điều trị Các máy xạ trị áp sát liều cao (HDR – High Dose Rate) đã được sử dụng hết sức rộng rãi tại hầu hết cơ sở

xạ trị trên thế giới Quy trình xạ trị bằng máy HDR, bao gồm cả quá trình chuẩn bị bệnh nhân, chỉ kéo dài khoảng vài giờ nên các đa phần các bệnh nhân sẽ được điều trị ngoại trú (ngoại trừ môt số bệnh lý cần phải theo dõi) Thêm vào đó, các phác đồ điều trị bằng máy HDR thường chỉ có ít số lần xạ trị, do vậy bệnh nhân sẽ giảm được rất nhiều chi phí nằm viện và đi lại

Ở Việt Nam, liệu pháp xạ trị áp sát được triển khai từ rất sớm, trước cả xạ từ

xa - khi sử dụng các nguồn Radium (do Bà Marie Curie tìm ra từ thế kỷ 19) tại viện Radium Đông Dương, nay là bệnh viện K Trung ương Tuy nhiên việc ứng dụng các kỹ thuật mới và tiên tiến của liệu pháp này trong điều trị chỉ được bắt đầu trong thời gian gần đây, điển hình như bệnh viện Ung Bướu Tp.HCM đưa vào hoạt động máy HDR từ năm 2000, tiếp đó là bệnh viện K, Phú Thọ, Pháp Việt… Mặc dù việc

đầu tư cho máy HDR đòi hỏi tốn nhiều kinh phí và yêu cầu nguồn nhân lực với chuyên môn cao, nhưng trước tình hình quá tải bệnh nhân ung thư như hiện nay, một số cơ sở xạ trị trong nước cũng đã dần trang bị máy HDR và đưa vào hoạt động như bệnh viện Trung ương Huế, bệnh viện Đa khoa Kiên Giang

Đề tài “Tính liều và bảo đảm chất lượng trong xạ trị áp sát” được thực hiện với mục tiêu tìm hiểu quy trình ứng dụng liệu pháp xạ trị áp sát vào thực tiễn, từ mối quan hệ tương tác giữa các bộ phận nhân viên tham gia điều trị đến công việc

cụ thể của từng người, từ cơ sở lý thuyết cho việc tính toán liều lượng, đảm bảo chất lượng đến các thao tác thực hành cụ thể, qua đó trang bị một kiến thức hoàn chỉnh

về một liệu pháp xạ trị hiệu quả để có thể phục vụ tốt nhất cho công việc của tác giả tại bệnh viện đa khoa Kiên Giang Do yếu tố thực tiễn là áp dụng trong điều trị bệnh nhân, đề tài đặc biệt hướng đến mục tiêu đảm bảo chất lượng điều trị, làm sao để mọi thành viên tham gia quá trình điều trị, nhất là các kỹ sư vật lý, có thể hiểu rõ được tính chất công việc của mình và hình dung ra được những sai sót có thể xảy ra khi áp dụng vào thực tiễn, để từ đó có những biện pháp phòng ngừa hợp lý, bởi vì nhiều nghiên cứu cho thấy hầu hết các lỗi xảy ra trong xạ trị áp sát liều cao đều do yếu tố con người tạo ra [12] Bên cạnh đó, trong bối cảnh tại Việt Nam hiện nay chưa có một chuyên ngành đạo tạo chuyên sâu về vật lý xạ trị nói chung và xạ trị áp sát nói riêng, tài liệu tiếng Việt về những vấn đề này lại càng hiếm, tác giả mong muốn thông qua quá trình thực hiện luận văn của mình có thể tạo ra được một tài liệu tham khảo hữu ích chuyên về xạ trị áp sát liều cao cho những ai quan tâm đến lĩnh vực này

Với những mục tiêu trên, đề tài được chia thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về xạ trị áp sát

Trình bày một cách khái quát về lịch sử phát triển, các ứng dụng, ưu khuyết điểm của xạ trị áp sát

Chương 2: Cơ sở của liệu pháp xạ trị

Trình bày cơ sở lý, hóa, sinh của liệu pháp xạ trị, cách thức mà liệu pháp này tiêu diệt khối u

Chương 3: Xây dựng quy trình xạ trị áp sát

Xây dựng quy trình làm việc, mối quan hệ tương tác giữa các nhân viên tham gia điều trị và nêu ra những sai sót có thể gặp phải trong quá trình làm việc cùng với các bước phòng ngừa tương ứng

Chương 4: Kỹ thuật tính liều và đảm bảo chất lượng

Trình bày cơ sở lý thuyết của quy trình tính liều trên máy tính, quy trình chuẩn liều nguồn xạ, kiểm tra vị trí nguồn và ứng dụng vào thực tiễn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ ÁP SÁT

Chương này trình bày một cách khái quát về lịch sử phát triển của xạ trị áp sát, từ khi phát hiện ra đồng vị phóng xạ tự nhiên đến lúc sử dụng các nguồn nhân tạo, từ kỹ thuật điều trị thủ công đến phương pháp nạp nguồn sau hiện đại, các hệ thống tính toán liều lượng học cũng được nhắc đến qua các thời kỳ Tiếp đó là những kiến thức cơ bản về xạ trị áp sát: khái niệm, phân loại và những ứng dụng của liệu pháp này trong điều trị bệnh ung thư Phần cuối chương là những kiến thức

so sánh giữa hai phương thức điều trị ung thư: xạ áp sát và xạ từ xa Chương này nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn tổng quan về con đường phát triển và những ứng dụng của xạ trị áp sát

1.1 Lược sử phát triển

Có nhiều phát minh về khoa học kỹ thuật trong lịch sử có ảnh hưởng lớn lao đến nền khoa học hiện tại Trong lĩnh vực ung thư phóng xạ nói chung và xạ trị áp sát nói riêng, không thể không kể đến hai phát hiện then chốt khởi đầu cho sự phát triển của liệu pháp này: đầu tiên là sự khám phá ra tia X năm 1895 của Wilhelm Roentgen và ngay sau đó, năm 1896, Henry Becquerel tình cờ phát hiện ra đặc tính phát xạ của bức xạ từ ảnh phóng xạ của Uranium Và vào năm 1898, Pierre và Marie Curie chiết tách thành công Radium từ quặng Uranit để xác định nguồn gốc của các bức xạ xuyên thấu

Sau khi Radium được phát hiện và tính phóng xạ của vật chất được biết đến, nhiều cuộc thử nghiệm đã được tiến hành để tìm hiểu kỹ hơn về đặc tính này Năm

1901, Pierre Curie và Becquerel đã tiến hành thực nghiệm phơi nhiễm phóng xạ trên chính bản thân mình và phát hiện ra rằng chất phóng xạ có thể chữa được bệnh ung thư Nhận định này đã được bác sĩ Henri-Alexandre Danlos người Pháp kiểm chứng, ông thấy rằng chất phóng xạ làm cho tế bào ung thư co lại [36] Những thử nghiệm liên tục về mặt sinh học phóng xạ của của các nhà chuyên môn đã giúp cho liệu pháp xạ trị áp sát sớm được đưa vào thực tế Năm 1903, tại St Petersburg, hai

bệnh nhân bị ung thư mô biểu bì trên mặt đã được điều trị bằng xạ áp sát với hoạt chất Radium, đây là những bệnh nhân ung thư đầu tiên được chữa trị thành công bằng liệu pháp phóng xạ [7]

Sau sự thành công của việc điều trị ung thư biểu bì, sử dụng kỹ thuật tấm áp

bề mặt nêu trên, nhiều kỹ thuật mới cũng được phát kiến nhằm ứng dụng xạ áp sát vào điều trị tại nhiều bộ phận khác trên cơ thể Đầu tiên là kỹ thuật intracavitary (xạ thông qua các hốc của cơ thể), trong điều trị ung thư cổ tử cung, tử cung, dạ con,

kế đến là kỹ thuật interstitial (xạ xuyên mô) và đến cuối năm 1910 thì hầu hết các

kỹ thuật xạ áp sát mà ngày nay áp dụng đều đã được triển khai và thực hiện trên hầu hết các vị trí khác nhau của cơ thể, ngoại trừ trường hợp xạ cho các khối u trong phổi và ống mật sử dụng các catheter dẫn lối thì mãi sau này mới thực hiện được [7]

Các hệ thống và kỹ thuật đo liều lượng học cho nguồn xạ cũng được xây dựng và hoàn thiện dần nhằm kiểm soát được liều lượng phóng xạ đưa vào bệnh nhân Cho đến cuối thập niên 20 của thế kỷ trước, người ta vẫn cho rằng một phân

bố nguồn đồng đều trên một bề mặt hoặc cấy trên một mặt phẳng đơn sẽ tạo ra liều đồng nhất tại vùng điều trị cách đó 0.5 hoặc 1 cm Nhưng đến đầu những năm 30 thì điều này được cho là không còn đúng nữa, theo đó, các nguồn phải được bố trí một cách bất đồng đều thì mới tạo ra liều đồng nhất tại mặt phẳng điều trị [7] Đây chính

là cơ sở để xây dựng hệ thống liều lượng học Manchester của Paterson và Parker vào những năm 30 Trước đó, vào những năm 20, một hệ thống liều lượng học khác cũng đã được thiết lập và sử dụng phổ biến tại Mỹ, đó là hệ thống Quimby Cả hai

hệ thống này đều đưa ra các bảng liều hoặc các giản đồ liều tham chiếu nhằm xác định tổng liều cho từng vùng cấy cụ thể và trở thành những phương pháp chuẩn cho việc tính liều lượng xạ áp sát trong một thời gian dài [7] Nhưng từ khi kỹ thuật máy tính được ứng dụng rộng rãi trong tính toán liều lượng thì nhiều phương pháp tính liều mới đã được phát triển, đáng kể nhất là công thức tính liều dựa trên các thông

số kết xuất từ đo đạc thực tiễn và tính toán Monter Carlo của AAPM năm 1995 (phương pháp tính liều TG-43) [29] Đây là công thức nhất quán, dễ thực thi và khá

chính xác, được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tính toán liều lượng học hiện nay

Hai mốc tiếp theo đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của xạ trị áp sát: đầu tiên là sự phát minh ra đồng vị phóng xạ nhân tạo vào năm 1934, cho phép

sử dụng chất phóng xạ điều chế trong liệu pháp xạ trị; kế đến là sự phát triển thiết bị nạp nguồn sau điều khiển từ xa (remote afterloading devices) giúp bảo vệ các nhân viên khỏi sự phơi nhiễm phóng xạ và mang lại nhiều tiện ích hơn khi ứng dụng Nhiều đồng vị phóng xạ mới như Co-60, Cs-137, Ta-132 và Au-193 đã được sử dụng với thiết kế ban đầu giống như Ra-226 Henschke là người đầu tiên khám phá

ra việc sử dụng Ir-192 [21], đồng vị này cho đến nay đã được sử dụng rộng rãi trong

xạ trị áp sát Nguyên tắc điều trị xuyên mô (interstitial therapy) sử dụng nguồn Ir

-192 dạng sợi suất liều thấp (LDR) với chiều dài và cường độ khác nhau đã được phát triển tại Paris Các ống rỗng, hoặc ở dạng kim hoặc là các ống thông plastic được cấy vào nơi phẫu thuật một cách song song và cách đều nhau cho phép đưa các sợi hoặc chuỗi hạt phóng xạ vào trong trong tiến trình nạp nguồn sau Việc sử dụng hình ảnh X quang quy ước và các nguồn giả sẽ giúp loại trừ sự phơi nhiễm cho nhân viên phòng vận hành [21]

Máy nạp nguồn đầu tiên được thiết kế đơn giản chỉ để tối thiểu hóa sự phơi nhiễm phóng xạ, sử dụng một cáp dẫn để đẩy nguồn vào thiết bị dẫn được gắn trước Sau đó chức năng của nó được thay đổi dần theo hướng truyền động nguồn theo nhiều kênh lập trình sẵn và cuối cùng là kỹ thuật nạp nguồn theo từng bước nhỏ (miniature stepping sources technology) Kỹ thuật xạ trị áp sát liều cao (HDR)

và suất liều xung (PDR) sử dụng máy nạp nguồn theo từng bước hầu như được sử dụng rộng rãi tại Châu Âu thay cho kỹ thuật nạp nguồn sau suất liều thấp (LDR), ngoại trừ trường hợp đặt nguồn vĩnh viễn trong xạ trị tuyến tiền liệt suất liều thấp Các nguồn Ir-192 dạng nhỏ với đường kính ngoài 1mm cũng được dùng để thay thế cho các ống Cs-137 và các nguồn dạng viên khác Việc điều chỉnh, tối ưu hóa phân

bố liều tại những khoảng thời gian dừng (dwell times) khác nhau cũng là một đòi

hỏi mang tính tiêu chuẩn đối với một hệ thống xạ trị áp sát nhằm mang đến cho người sử dụng một thiết bị nạp nguồn cơ động hơn

Mặc dù bị mất dần ưu thế vào giữa thế kỷ 20 do sự ra đời của kỹ thuật xạ trị

từ xa năng lượng cao và những vấn đề nảy sinh do sự phơi nhiễm phóng xạ từ những nguồn đồng vị năng lượng cao, nhưng trong ba thập niên qua, cùng với sự ra đời của nhiều đồng vị phóng xạ nhân tạo và kỹ thuật nạp nguồn sau điều khiển từ xa giúp giảm thiểu sự phơi nhiễm phóng xạ, liệu pháp xạ trị áp sát đã dần hồi sinh Không chỉ mang tính cơ động với nhiều dạng nguồn phù hợp mà liệu pháp này còn đạt đến độ chính xác cao dưới sự định hướng của hình ảnh CT, MRI, siêu âm…và

hệ thống lập kế hoạch điều trị trên máy tính giúp phân phối liều một cách tối ưu

Và cho đến ngày nay, xạ trị áp sát không chỉ được sử dụng để điều trị các bệnh lý ung thư như khởi nguồn của nó, mà liệu pháp này được cho là cũng có thể điều trị rất tốt các bệnh lý không ác tính khác như ngăn ngừa chứng tái hẹp động mạch…[37]

1.2 Khái niệm

Brachytherapy hay xạ trị áp sát (đôi khi còn được gọi là liệu pháp Curie –Curietherapy), là một từ ghép trong tiếng Hy Lạp, xuất phát từ hai chữ: Brachy (khoảng cách gần) và Therapeia (điều trị), có nghĩa là phép điều trị bằng cách đặt nguồn phóng xạ ở gần với khối u Theo đó, nguồn được đưa trực tiếp vào bên trong hoặc ở gần thể tích điều trị và liều phóng xạ sẽ phân phối một cách liên tục trong một thời gian ngắn (cấy tạm thời) hoặc cho đến khi nguồn phân rã hết (cấy vĩnh viễn) Hầu hết các nguồn xạ áp sát phổ biến hiện nay đều phát photon nhưng trong một vài trường hợp cụ thể thì nguồn neutron và electron cũng được dùng đến

1.3 Phân loại

điều trị, suất liều của nguồn…

™ Phân loại theo vị trí đặt nguồn:

¾ Intracavitary: nguồn được đặt bên trong các hốc tự nhiên của cơ

thể, gần với khối u

¾ Interstitial: nguồn được cấy vào khối u bằng các thiết bị chuyên

dụng xuyên qua mô

¾ Surface (mould): nguồn được đặt phía trên bề mặt thể tích cần

điều trị

¾ Intraluminal: nguồn được đặt bên trong các khoang, ống của cơ thể

¾ Intraoperative: nguồn được cấy vào khối u trong quá trình phẫu thuật

¾ Intravascular: nguồn được đặt vào các động mạch

™ Phân loại theo thời gian điều trị:

¾ Xạ tạm thời: nguồn được đặt vào khối u trong khoảng thời gian rất

ngắn so với chu kỳ bán rã của nó và lấy ra khi đạt liều chỉ định

¾ Xạ vĩnh viễn: nguồn được đặt bên trong khối u cho đến khi phân rã

hết

™ Phân loại theo phương thức nạp nguồn:

¾ Nạp nguồn trước: nguồn được đặt vào bộ áp trước khi đưa vào bệnh

nhân

¾ Nạp nguồn sau: bộ áp được đặt vào bệnh nhân trước, sau đó mới đưa

nguồn vào

™ Phân loại theo suất liều:

¾ Suất liều thấp (LDR): giá trị của suất liều tại điểm tham chiếu từ 0,4

để điều trị ung thư vú, da, trực tràng, hậu môn và ung thư vùng đầu cổ…

Hình 1.1: Những vị trí ung thư có thể được điều trị bằng xạ áp sát [23]

1.5 So sánh xạ áp sát và xạ từ xa

Với phương thức đưa nguồn xạ vào ngay sát vị trí điều trị, xạ áp sát đáp ứng được hai mục tiêu của liệu pháp xạ trị: tập trung liều vào vị trí khối u, hạn chế liều vào các mô lành hay cơ quan trọng yếu Những cải tiến trong lập kế hoạch điều trị bằng máy tính, thiết kế các bộ áp dẫn nguồn chuyên dụng và hệ thống truyền dẫn nguồn điều khiển từ xa dưới sự định hướng của hình ảnh giúp gia tăng khả năng định vị nguồn vào đúng vị trí khối u, trong khi tối thiểu hóa được liều không mong muốn vào các cơ quan lành Điều này cũng có thể được lý giải là do các nguồn xạ

có gradient liều rất dốc nên suất liều sẽ giảm nhanh chóng khi ra xa nguồn Đây là một ưu điểm của xạ áp sát so với xạ ngoài về khả năng tập trung liều và hạn chế các biến chứng cho mô lành nhưng cũng là điểm hạn chế của liệu pháp này do nó chỉ thực sự hiệu quả đối với các khối u khu trú và có kích thước nhỏ

Do khả năng tập trung liều vào khối u nên liệu pháp này có thể phân phối một suất liều rất cao trong một thời gian ngắn mà không cần phải chia nhỏ liều để tránh tổn thương đến các cơ quan lành như phương pháp xạ từ xa Điều này giúp rút ngắn liệu trình điều trị, từ vài tuần (nếu dùng xạ từ xa) xuống chỉ còn vài ngày Chẳng hạn như điều trị ung thư tuyến tiền liệt bằng xạ trị áp sát liều cao (HDR) chỉ mất hai buổi, trong khi nếu dùng xạ từ xa phải mất đến vài tuần [23] Đây chính là

yếu tố then chốt làm gia tăng sự hài lòng của bệnh nhân, giúp họ có cơ hội hoàn tất được phác đồ điều trị mà không gây xáo trộn nhiều cho cuộc sống thường ngày

Hình 1.2: So sánh xạ từ xa và xạ áp sát

Thời gian điều trị ngắn với một suất liều cao cũng làm tăng hiệu quả tiêu diệt

tế bào ung thư do khả năng hồi phục của chúng giữa các lần điều trị giảm Với cùng một lượng tế bào cần tiêu diệt như nhau thì xạ áp sát với suất liều cao sẽ cần một tổng liều nhỏ hơn so với xạ từ xa [23]

Một hệ quả tất yếu khi thực hiện một liệu pháp có liệu trình điều trị ngắn là chi phí chữa trị giảm, không tạo nhiều áp lực về thời gian cho nhân viên điều trị, đồng nghĩa với việc có thêm nhiều bệnh nhân có cơ hội được chữa trị hơn

Như vậy trong suốt hơn một thế kỷ kể từ khi được áp dụng, liệu pháp xạ trị áp sát đã không ngừng được phát triển và cải tiến về nhiều mặt nhằm mang lại một hiệu quả điều trị cao hơn Với những ưu thế về khả năng tầm soát khối u cũng như hạn chế liều xạ vào các cơ quan lành, xạ trị áp sát vẫn là một liệu pháp điều trị ung thư hiệu quả khó có thể thay thế trong tương lai gần

Để hiểu rõ hơn cách thức mà liệu pháp này tiêu diệt khối u, cũng như phương thức áp dụng và đảm bảo chất lượng khi sử dụng liệu pháp này trong thực tiễn, chúng ta hãy qua chương 2 và các chương tiếp theo

Chương 2

CƠ SỞ CỦA LIỆU PHÁP XẠ TRỊ

Trong chương trước, chúng ta biết rằng xạ trị áp sát là một liệu pháp điều trị ung thư bằng đồng vị phóng xạ Do đó, giống như một người thợ phải hiểu rõ công

cụ của mình, một bác sĩ chuyên khoa ung thư hay một nhà vật lý y khoa cũng cần phải biết bản chất của loại bức xạ mà mình sử dụng Chương này sẽ trình bày về đặc tính của các nguồn xạ dùng trong xạ trị áp sát, cơ sở vật lý của những tương tác của bức xạ với cơ thể người, những tác động sinh hóa mà chúng gây ra ở cấp độ tế bào,

để từ đó thấy được vì sao liệu pháp xạ trị có thể tiêu diệt được các khối u

Bức xạ photon phát ra từ nguồn dùng trong điều trị là các tia gamma phát xạ

từ phân rã gamma, các tia X đặc trưng từ quá trình bắt electron hoặc biến hoán trong và cả bức xạ hãm hình thành do vỏ bọc nguồn Việc lựa chọn nguồn phù hợp với mục đích điều trị phụ thuộc vào nhiều thông số, ngoài loại bức xạ phát ra còn có năng lượng, chu kỳ bán rã, bề dày một nửa, hoạt độ riêng, cường độ nguồn, và sự suy giảm liều theo quy luật bình phương nghịch đảo Mỗi đại lượng đều có một

tương quan nhất định với ứng dụng trong xạ áp sát Chẳng hạn như loại bức xạ phát

ra quyết định đến dạng hình học và thiết kế nguồn phù hợp sao cho có thể loại bỏ được những bức xạ không cần thiết mà không hấp thụ hết chùm tia quan tâm; chu

kỳ bán rã cho phép ứng dụng điều trị tạm thời hay vĩnh viễn, nếu chu kỳ ngắn quá

sẽ phù không hợp cho việc vận chuyển đến nơi xa, còn chu kỳ dài quá thì không thích hợp cho để đặt nguồn vĩnh viễn trên bệnh nhân; năng lượng có ảnh hưởng nhiều đến khả năng xuyên thấu trong mô cũng như khía cạnh an toàn bức xạ; hoạt

độ riêng xác định kích thước tối thiểu của nguồn ứng với suất liều tối đa khả dĩ; mật

độ và nguyên tử số xác định khả năng làm suy giảm chùm tia X quang, giúp dễ dàng định vị được nguồn bằng kỹ thuật chụp ảnh thường quy, đồng thời cho biết khả năng hấp thụ hay làm suy giảm bức xạ phát ra bên trong lõi nguồn và như vậy xác định được tính đẳng hướng hay bất đẳng hướng của phân bố liều quanh nguồn [7]

Bảng 2.1: Thông số của một số nguồn dùng trong xạ trị áp sát [7]

rã

Năng lượng photon trung bình (MeV)

Chu

kỳ bán

rã

Bề dày một nửa (HVL) trong chì (mm)

Hằng số suất kerma không khí ( ΓAKR)

2

.

Gy m GBq h

GBq mg

Pd-103) đến 1 MeV (I-192, Cs-137, Co-60…), tương ứng với quãng đường tự do trung

bình của photon trong mô mềm là 1 đến 13 cm Các photon có năng lượng ngoài khoảng trên không thích hợp do có quãng đường tự do trung bình quá nhỏ hoặc quá lớn [7] Đối với photon có năng lượng từ 300 keV trở lên thì phân bố đồng liều trong mô ở khoảng cách điều trị ngắn không thay đổi nhiều do sự suy giảm liều sẽ được bù đắp bởi các photon tán xạ, sự suy giảm này chỉ đáng kể khi năng lượng thấp hơn 30 keV

Mặc dù các nguồn Co-60, Cs-137 có chu kỳ bán rã khá dài và dạng nguồn cơ động, được sử dụng rộng rãi trong thời gian qua nhưng ngày nay, cùng với sự ra đời của thiết bị nạp nguồn sau suất liều cao thì nguồn Ir-192 dạng trụ (Hình 2.1) đã chiếm ưu thế vượt trội, ngoài mức năng lượng photon trung bình khá phù hợp (gần

400 keV) thì nguồn này cũng có hoạt độ riêng cao, đáp ứng được yêu cầu về thời gian điều trị Hạn chế duy nhất của nguồn Ir-192 là chu kỳ bán rã khá ngắn, trung bình mỗi năm phải thay nguồn từ 3 đến 4 lần Nhưng có lẽ đây cũng là mong muốn của các nhà sản xuất trong việc gia tăng doanh số

Hình 2.1: Cấu trúc của nguồn Ir-192 MicroSelectron

2.2 Tương tác của bức xạ với vật chất

Như đã trình bày, các bức xạ được sử dụng trong xạ áp sát là: tia X và tia gamma (gọi chung là photon), electron, neutron… Trong số này thì photon là được

sử dụng phổ biến nhất hiện nay, do đó phần sau sẽ trình bày tương tác của photon với vật chất Tuy nhiên chúng ta cũng sẽ sớm thấy rằng không thể đề cập đến việc điều trị bằng chùm photon mà không nói đến tương tác của electron với vật chất…

2.2.1 Tương tác của photon với nguyên tử

của nó sẽ tác động một lực lên hạt nhân mang điện tích dương và các electron quỹ đạo mang điện tích âm Nếu lực này đủ mạnh để tách nguyên tử ra thành từng phần

nó sẽ gây ra sự phá hủy sinh học Tương tác này có thể xảy ra theo một trong ba cách sau: tương tác quang điện, tương tác Compton, tạo cặp Tuy nhiên trong vùng năng lượng quan tâm của xạ áp sát (20keV – 1 MeV), chỉ có hiệu ứng quang điện và tán xạ Compton là góp phần vào sự hấp thụ và tán xạ photon Quá trình tạo cặp chỉ xảy ra với năng lượng ngưỡng 1.022 MeV nên không nằm trong phạm vi nghiên cứu, cho dù đối với đồng vị năng lượng cao là Co-60 thì xác suất xảy ra hiệu ứng này cũng rất thấp Ngoài ra còn có thể kể đến tán xạ đàn hồi Rayleigh khi photon tương tác với vật chất, tuy nhiên không có sự ion hóa, giải phóng electron hay bỏ lại năng lượng trong quá trình này, các photon chỉ bị tán xạ theo nhiều hướng khác nhau mà thôi

thế hơn so với các hiệu ứng còn lại (Hình 2.2) Như vậy có thể giải thích cho đặc điểm tương tác của hầu hết chùm photon dùng trong xạ trị bằng hiệu ứng Compton

[22]

Hình 2.2: Sự phụ thuộc của tương tác photon theo năng lượng (môi trường nước) [22]

Ba tương tác chính của photon có sự phụ thuộc rất khác nhau vào nguyên tử

số Z của vật chất, tương tác quang điện tỷ lệ xấp xỉ với Z3, tương tác Compton hầu như độc lập với Z, còn quá trình tạo cặp tỷ lệ xấp xỉ với Z Chẳng hạn tại mức năng lượng chẩn đoán (0.1 MeV hoặc nhỏ hơn), hiệu ứng quang điện trong vật chất có Z lớn như xương đóng vai trò quan trọng nên sự tương phản của xương trên phim là rất tốt

Hình 2.3: Sự phụ thuộc của tương tác của photon theo năng lượng và mật độ vật chất [22]

Hình 2.3 cũng cho ta thấy rằng, ngoại trừ các vật thể kim loại ở trên người bệnh nhân thì trạng thái của chùm photon xạ trị trong mọi bộ phận cơ thể sẽ chịu sự chi phối bởi tính chất vật lý của tương tác Compton

mà nó tương tác và tiếp tục quá trình mất năng lượng của mình theo hướng gần với hướng tới Electron bia luôn nhận đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử cũng theo hướng gần với hướng photon tới Đây là quá trình tương tác sơ cấp

Hình 2.4: Minh họa quá trình tương tác Compton [22]

electron photon photon b

photon ban đầu và E là năng lượng liên kết giữa electron và nguyên tử Quá trình b

tán xạ cứ tiếp diễn cho đến khi photon ban đầu mất hết năng lượng Và các electron bứt ra sẽ tương tác với vật chất xung quanh theo các quá trình thứ cấp Nguyên tử bị

bỏ lại sẽ có dạng ion hoặc bị kích thích

nó cũng sẽ bị ảnh hưởng Nếu nguyên tử bị ion hóa, các liên kết nguyên tử trong phân tử có thể bị bẻ gãy và do đó phân tử sẽ bị phá vỡ hoặc biến đổi thành dạng cơ bản hơn Nước trong cơ thể người là một ví dụ, nó chiếm đến hơn 60% cấu trúc trong cơ thể chúng ta, khi bị tương tác nước sẽ biến thành các gốc tự do có hoạt tính rất cao Các phân tử cũng có thể hấp thu năng lượng qua các kích thích dao động và cuối cùng tỏa ra dưới dạng nhiệt

Như chúng ta sẽ sớm thấy, các electron được tạo ra trong tương tác photon với nguyên tử đóng một vai trò rất quan trọng trong cơ chế truyền năng lượng của photon cho vật chất Vì vậy phần sau sẽ trình bày đôi chút về tương tác của các electron

2.2.2 Tương tác của electron với nguyên tử

electron quỹ đạo và hạt nhân nguyên tử làm nảy sinh 4 loại tương tác: kích thích, ion hóa, tán xạ và bức xạ hãm Hai loại đầu nảy sinh từ tương tác của hạt tới với các electron quỹ đạo, hai loại sau là do tương tác với hạt nhân nguyên tử

™ Kích thích

Một hạt tới có thể truyền năng lượng cho một hoặc nhiều electron quỹ đạo trong nguyên tử, gây ra một sự kích thích, ví dụ như đưa electron lên một quỹ đạo khác Những electron này sau đó sẽ trở về trạng thái cũ và truyền phần năng lượng

dư dưới dạng nhiệt cho nguyên tử như một toàn bộ hoặc tạo ra các bức xạ thứ cấp gồm cả photon mềm lẫn electron năng lượng thấp Hạt tới sau đó vẫn tiếp tục hành trình tương tác của mình với năng lượng chỉ mất đi một phần nhỏ (do kích thích nguyên tử) và khả năng gây ra sự phá hủy rất cao

™ Ion hóa

của nó trong nguyên tử, electron bia sẽ bị bứt ra để lại nguyên tử ở trạng thái bị ion hóa Hạt tới bị mất một phần năng lượng và vẫn tiếp tục hành trình của mình, còn nguyên tử bị ion hóa sẽ trải qua một vài sự biến đổi nữa khi các electron của nó sắp xếp lại vị trí và phát ra các photon hay electron năng lượng thấp

electron electron electron b

' , ''

electron electron

electron tới, E là năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử.Thực tế chúng ta b

không thể phân biệt được hai electron sau cùng đâu là electron tới ban đầu, đâu là electron thoát ra từ nguyên tử

Nếu electron bị bứt ra khỏi nguyên tử sau quá trình ion hóa vẫn đủ năng lượng để gây ra sự ion hóa tiếp theo thì được gọi là electron delta hay tia delta ( )δ Các tia δ có năng lượng khoảng từ 10 đến 30 eV

Các nguyên tử bị ion hóa luôn ở trạng thái kích thích và khi trở về trạng thái

cơ bản sẽ phát ra các photon hoặc electron năng lượng thấp

™ Tán xạ bởi hạt nhân nguyên tử

này thì electron bị lệch nhiều hơn so với khi bị tán xạ bởi các electron quỹ đạo Mặc

dù mỗi tương tác với nhân chỉ gây ra một độ lệch nhỏ nhưng electron sẽ phải chịu nhiều tương tác như thế trước khi dừng lại Sự chồng chất của những độ lệch này khiến electron có thể chệch khỏi hướng ban đầu một góc rất lớn, thậm chí nó có thể dừng lại ở trạng thái quay ngược lại hướng ban đầu

™ Quá trình hãm

mạnh làm electron lệch khỏi hướng ban đầu, đồng thời phát ra một bức xạ điện từ (photon), đó chính là bức xạ hãm

Hình 2.5: Minh họa quá trình phát bức xạ hãm

electron photon electron

về phía trước, năng lượng càng cao quỹ đạo càng gần với phương ban đầu Năng lượng được giải phóng trong quá trình hãm tỷ lệ với lũy thừa bậc 1 của nguyên tử số

Z của nguyên tử

2.2.3 Tương tác của photon với vật chất

nguyên tử riêng lẻ, điều gì sẽ xảy ra khi ta xét trên toàn bộ vật chất (mô), là sự liên kết của nhiều nguyên tử với nhau?

Giả sử có một photon đơn với năng lượng 1 MeV tương tác với vật chất, hay nói cách khác photon này xuyên qua mô người Có hai khả năng xảy ra, thứ nhất, photon sẽ thoát hẳn ra ngoài mà không gây ra bất kỳ tương tác nào; khả năng thứ hai, photon sẽ gây ra một tương tác đơn với xác suất rất cao là tương tác Compton như đã phân tích ở trên Sau tương tác, photon sẽ tiếp tục quá trình tán xạ với năng lượng trong khoảng (1;0) MeV, giảm đi một ít bằng năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử và một electron thoát ra cũng có năng lượng trong khoảng (0;1) MeV Đây là quá trình tương tác sơ cấp và cho dù khả năng nào xảy ra thì quá trình này không ảnh hưởng nhiều đến vật chất, nói cách khác nó không gây ra sự phá hủy tế bào

của mình và một lần nữa, nó cũng không gây nhiều nguy hại đến tế bào, cho đến khi mất hết năng lượng và bị hấp thụ hoặc thoát ra ngoài Nhưng electron bị bứt ra từ tương tác sơ cấp thì khác, là một hạt mang điện, khả năng gây ra tương tác của

electron là cao hơn rất nhiều so với photon Giả sử electron này mang năng lượng

bằng một nửa photon ban đầu, 500KeV, như ta biết, nó sẽ gây ra sự kích thích hoặc

ion hóa nguyên tử Nếu kích thích, sẽ có một electron thoát ra (electron ban đầu);

nếu ion hóa sẽ là hai electron thoát ra (electron ban đầu và electron quỹ đạo của

nguyên tử) với năng lượng tổng cộng chỉ ít hơn một chút so với năng lượng của

electron ban đầu do bứt liên kết electron Các electron này lại tiếp tục quá trình kích

thích hoặc ion hóa và tạo ra các electron khác… quá trình này cứ tiếp diễn Cuối

cùng, với năng lượng ban đầu 500KeV và năng lượng liên kết của electron trong vật

chất sinh học khoảng vài chục eV, giả sử là 20 eV (Bảng 2.2), thì số lượng ion được

tạo ra là khoảng 25.000, một con số rất lớn Và sẽ lớn hơn rất nhiều khi ta xét đến

cả chùm photon với thông lượng hàng trăm nghìn hạt!

Như vậy, trong khi photon ban đầu chỉ gây ra sự ion hóa một vài nguyên tử

thì electron thoát ra làm ion hóa hàng chục nghìn nguyên tử Hầu như sự phá hủy

của một photon là do sự phá hủy của các electron thứ cấp [22]

Bảng 2.2: Năng lượng liên kết trong vật chất [26]

đòi hỏi (eV)

Chiết xuất một phân tử cồn từ rượu qua chưng cất 13

Bẻ gãy liên kết đồng hóa trị giữa H và O trong H 2 O bằng điện phân 5

Giải phóng một electron từ:

Các phân tử của vật chất sinh học 15

Tách hạt nhân heli thành 4 nucleon, mỗi nucleon cần 7 000 000

2.3 Tác dụng hóa sinh của bức xạ

Từ cơ sở vật lý nêu trên, ta thấy rằng khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu

gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử

của tế bào, làm tế bào bị biến đổi và hủy diệt Trên cơ thể con người chủ yếu là

nước (H2O), khi bị chiếu xạ, H2O trong tế bào bị phân chia thành ion H+ và OH- Bản thân các các cặp ion này trở thành các tác nhân thứ cấp tiếp tục phá hủy tế bào làm cho sự phân chia tế bào bị chậm đi hoặc dừng lại Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%, còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp [1]

Do nước là thành phần chủ yếu trong tế bào của cơ thể người nên phần lớn năng lượng của bức xạ thoạt đầu được bỏ ra trong phân tử nước và chỉ một phần nhỏ được bỏ ra trong các phân tử sinh học khác Các phân tử nước bị kích thích và ion hóa gây ra một loạt các phản ứng khác như:

Các ion H2O+ và H2O- đều không bền và phân hủy ngay sau đó

Kết quả tạo ra hai gốc tự do H•, OH• và hai ion bền H+, OH- Các gốc tự do

có một electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi của một phân tử bền Chúng là những tác nhân gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng micro giây và tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, lipid, DNA gây ra các sai hỏng

về cấu trúc và hóa học đối với các phần tử này Những hỏng hóc như vậy sẽ dẫn tới: (1) sự ngăn cản phân chia tế bào, (2) sự sai sót của nhiễm sắc thể, (3) đột biến gen, (4) làm chết tế bào Trong khi quá trình hấp thu năng lượng chỉ diễn ra trong khoảnh khắc (10-10 giây) 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 xét kỹ hơn các quá trình này:

2.3.1 Sự ngăn cản phân chia tế bào

Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng nhờ quá trình phân chia tế bào Đây là chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ Ngay cả ở cơ thể người lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho các tế bào đã

2 2

chết Những chỗ tổn thương do bức xạ gây ra có thể kìm hãm hoặc ngăn cản quá trình phân chia tế bào và như vậy làm suy yếu chức năng của tế bào trong cơ thể

2.3.2 Sự sai sót của nhiễm sắc thể

Đa số các trường hợp tổn thương thường được hàn gắn và không có hậu quả

gì xảy ra Tuy nhiên một số thương tổn có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất

di truyền Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của nhiễm sắc thể Những sai sót nhất định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi chức năng của nó Tần số xuất hiện những sai sót của nhiễm sắc thể có một mối tương quan xác định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học

2.3.3 Đột biến gen

Sự thay đổi số lượng thông tin trong gen được biết đến với thuật ngữ biến đổi gen Sự sai hỏng các nhiễm sắc thể có thể dẫn đến đột biến gen

2.3.4 Sự chết của tế bào

trên Sự chết của tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung thư Quá trình này thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu một liều xác định Hiệu ứng liều đối với tỷ lệ sống sót của tế bào được biểu diễn trên Hình 2.6 Ở mức liều thấp, đường cong có một đoạn suy giảm chậm Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế bào bị tổn thương

Hình 2.6: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỷ lệ sống sót của tế bào [1]

Tuy nhiên ở liều cao hơn, khả năng sửa chữa của tế bào đạt mức bão hòa, tỷ

lệ sống sót giảm rất nhanh theo quy luật hàm mũ Tùy theo mức năng lượng bức xạ

do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể phục hồi hay không thể phục hồi Ngoài yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian Cùng một liều lượng bức xạ, nếu cơ thể hấp thụ làm nhiều lần thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường hợp hấp thụ ngay một lúc Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của tế bào ở cơ thể sống

Có thể tóm tắt quá trình tương tác của bức xạ qua 3 giai đoạn lý hóa sinh như sau:

Hình 2.7: Tóm tắt quá trình tương tác của bức xạ với cơ thể sống

Như vậy, không giống như khởi nguồn ban đầu, khi nguồn radium được sử dụng chủ yếu Ngày nay, nguồn đồng vị phóng xạ nhân tạo Ir-192 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng xạ trị áp sát Với mức năng lượng photon trung bình khoảng 400 keV, nguồn này gây ra quá trình ion hóa nguyên tử nhờ vào hiệu ứng Compton là chính Quá trình này sau đó được tiếp nối bằng các biến đổi hóa sinh khác dẫn đến sự phá hủy trong cấu trúc tế bào Điều này lý giải vì sao liệu pháp xạ trị áp sát có thể tiêu diệt được các khối u Tuy nhiên việc sử dụng bức xạ này như

thế nào để nó có thể phát huy tốt vai trò là một công cụ điều trị bệnh ung thư mà không gây nhiều ảnh hưởng đến người sử dụng là một điều rất phức tạp trong thực

tế, chúng ta sẽ xem xét trong các chương tiếp theo

Chương 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH XẠ TRỊ ÁP SÁT

Xạ trị áp sát là một liệu pháp điều trị được xem như “nghệ thuật phẫu thuật”

[4], ngoài việc do khả năng tiêu diệt khối u với hiệu quả cao còn do bởi phương

thức định vị mục tiêu để lắp đặt bộ áp chủ yếu dựa trên sự phán đoán của con người

là chính Nhiều khảo sát cho thấy yếu tố con người đóng góp một phần đáng kể

trong những sai sót thường xảy ra khi điều trị bằng liệu pháp này [12], [16] Việc

xây dựng một quy trình đồng bộ với phân nhiệm rõ ràng và các bước kiểm tra thích

hợp trong từng phân đoạn sẽ phần nào hạn chế được những sai sót trong quá trình

điều trị bệnh nhân

Phần này sẽ trình bày một quy trình điều trị bằng xạ áp sát với từng nhiệm vụ

cụ thể cho từng thành viên trong nhóm điều trị, ứng với từng bước sẽ có các phương

thức kiểm tra hợp lý nhằm kịp thời phát hiện và ngăn ngừa những sai sót có thể nảy

sinh Những kiến thức này cũng rất hữu ích cho những đơn vị xạ trị áp sát mới

thành lập trong việc định hình những công việc phải làm, giúp hạn chế những sai

lầm không đáng có trong bước đầu còn bỡ ngỡ Nhưng trước hết ta hãy xem xét

những thiết bị cần thiết của một phòng xạ trị áp sát cùng cơ chế hoạt động của một

máy nạp nguồn sau suất liều cao (HDR Afterloading Unit)

3.1 Thiết bị xạ trị áp sát

Về cơ bản, một hệ thống xạ trị áp sát suất liều cao gồm các thiết bị được bố

trí như Hình 3.1, bao gồm:

(1) Máy nạp nguồn sau (HDR Afterloading Unit) với chức năng vận chuyển

và lưu giữ nguồn xạ

(2) Thùng chứa khẩn cấp (Emergency Storage): để chứa nguồn trong trường

hợp máy nạp nguồn sau không thể thu hồi nguồn về khoang lưu giữ

(3) Detector kiểm soát bức xạ (Radiation Detector): thiết bị này được kết nối

với một màn hình số đặt ở phòng điều khiển, cho biết về phông phóng xạ

trong phòng điều trị

(4) Camera quan sát để theo dõi bệnh nhân trong suốt tiến trình điều trị

(5) Hệ thống liên lạc nội bộ (Intercom) để truyền thanh giữa phòng điều khiển và điều trị, nhắc nhở bệnh nhân

(6) Ống dẫn nguồn (Source Guide Tubes): nối giữa máy nạp nguồn sau và bộ

áp đặt trên người bệnh nhân để truyền dẫn nguồn, mỗi đầu ống được mã hóa riêng và chỉ khớp với một kênh (Channel) trên máy nạp nguồn cũng như với một catheter của bộ áp

Hình 3.1: Sơ đồ một hệ thống xạ trị áp sát

(7) Máy điều khiển điều trị: gồm bàn điều khiển (Treatment Control Console) điều khiển hoạt động của máy nạp nguồn sau và máy tính để nhập thông số điều khiển (hoặc nhận thông số từ máy tính lập kế hoạch) (8) Máy tính lập kế hoạch (Planning Control Console): tính toán các thông số liều lượng để điều trị cho bệnh nhân

(9) Hệ thống số hóa (Digitizing Table) hoặc máy scan phim: số hóa ảnh phim hoặc scan phim vào máy tính lập kế hoạch

(10) Hai máy in: một máy in thông số lập kế hoạch (Plotter) nhận dữ liệu trực tiếp từ máy tính lập kế hoạch; một máy in báo cáo sau điều trị (Printer) nhận dữ liệu trực tiếp từ hệ thống điều khiển điều trị

Các thiết bị từ (1) đến (6) luôn được bố trí trong phòng điều trị, các thiết bị còn lại được đặt tại phòng điều khiển và lập kế hoạch Ngoài ra còn có các thiết bị

hỗ trợ khác như: máy X quang để chụp phim mô phỏng, các bộ áp (applicator) chuyên dụng cho từng vị trí điều trị… Có thể hình dung quy trình hoạt động dựa trên chức năng của các thiết bị như sau: bệnh nhân sau khi được gắn bộ áp sẽ được chụp phim mô phỏng với các dây nguồn giả đặt trong bộ áp (là chuỗi hạt có kích thước bằng nguồn thật được làm từ chất liệu có Z lớn để tạo ra sự tương phản trên phim, dùng để đánh dấu vị trí nguồn trên bộ áp, dây này được lấy ra sau khi chụp

mô phỏng); phim sau đó sẽ được chuyển vào máy tính lập kế hoạch thông qua máy scan hoặc hệ thống số hóa; kế hoạch lập trên máy tính sẽ được chuyển sang máy tính điều khiển điều trị và xuất ra máy in để lưu giữ, đối chiếu; dựa trên các thông

số lập kế hoạch, hệ thống điều khiển sẽ điều khiển máy nạp nguồn sau đưa nguồn vào bộ áp đặt trên người bệnh nhân thông qua các ống dẫn nguồn; kết thúc quá trình điều trị, máy in thứ hai sẽ xuất ra báo cáo về toàn bộ phiên điều trị (hoàn tất hay gián đoạn, các thông số về thời gian chạy nguồn…)

nạp nguồn sau HDR có chức năng lưu giữ và vận chuyển nguồn (Hình 3.2) Thiết bị này có thiết kế đơn giản với cấu trúc chính có liên quan đến hai chức năng này Theo đó, máy được thiết kế có một khoang chứa an toàn làm bằng tungsten để giữ nguồn mỗi khi máy không hoạt động Nguồn được hàn vào đầu một sợi cáp dẫn có

độ bền cao, gọi là cáp nguồn (source cable) Cáp nguồn được điều khiển bởi một

mô tơ, thường là loại mô tơ bước (stepper motor), có chức năng đưa nguồn vào bộ

áp hoặc thu nguồn về khoang chứa an toàn theo từng bước Ngoài mô tơ này còn có một mô tơ thứ hai tương tự, điều khiển một cáp thứ hai gắn với một nguồn giả (làm bằng kim loại), gọi là cáp kiểm tra (check cable) (Hình 3.3) Cáp kiểm tra luôn chạy trước để kiểm tra đường đi của nguồn có gặp trở ngại gì không Sau khi cáp này

được thu về mà không xảy ra bất thường nào thì cáp nguồn mới vận chuyển nguồn thật chạy ra Tùy từng thiết kế mà nguồn sẽ được dẫn lần lượt qua 6 kênh, 18 kênh hay 30 kênh Kênh (channel) là các lối ra của nguồn, được bố trí thành hình tròn trên một bộ chỉ mục (indexer) (Hình 3.2, các hình nhỏ phía dưới) đặt phía đầu máy Mỗi kênh đều được mã hóa riêng và chỉ phù hợp với một ống dẫn nguồn

Hình 3.2: Máy nạp nguồn sau với các bộ chỉ mục tương ứng

1, 2, 3 thì các ống dẫn nguồn tương ứng cũng phải có số mã hóa là 1, 2, 3 và được nối tương ứng với kênh 1, 2, 3 trên bộ chỉ mục Khi điều trị, cáp kiểm tra sẽ chạy trước vào kênh 1, qua ống dẫn 1, đến catheter 1 rồi thu về mà không gặp sự cố nào thì cáp nguồn mới dẫn nguồn chạy vào kênh 1, đến các vị trí dừng được lập trình trên catheter 1, sau đó cũng được thu hồi về Tiếp đó cáp kiểm tra sẽ kiểm tra kênh

2, rồi cáp nguồn chạy vào kênh 2… quá trình này cứ được thực thi cho đến khi hết

số kênh được lập trình và gắn ống dẫn Nếu việc gắn ống dẫn không đúng, cả về vị trí lẫn số lượng như lập trình thì hệ thống sẽ báo lỗi và không hoạt động ngay từ đầu

Hình 3.3: Cấu trúc một đầu máy nạp nguồn sau HDR

đi của cáp nguồn, nghĩa là mô tơ bước sẽ điều khiển cáp dẫn nguồn di chuyển một quãng đường tương ứng với vị trí dừng được quy đổi Thông thường một cáp nguồn

có chiều dài tối đa là 1500 mm, tương ứng với vị trí dừng số 1 Nếu nguồn được lập trình dừng ở vị trí số 1, mô tơ sẽ đẩy đầu cáp nguồn (có gắn nguồn) đi một quãng đường là 1500mm rồi dừng lại theo đúng thời gian được lập trình, sau đó sẽ đến các

vị trí khác hoặc được thu về

vận hành của một máy nạp nguồn sau, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về quy trình chung của một quá trình điều trị bằng xạ áp sát

3.2 Quy trình xạ trị áp sát

Nhìn chung, nhân sự cho một đơn vị xạ trị áp sát gồm các bộ phận sau:

™ Bác sĩ chuyên khoa xạ trị ung thư (Radiation Oncologist)

™ Nhà vật lý hoặc vật lý y khoa (Physicist/Medical Physicist)

™ Người tính liều (Dosimetrist)

™ Kỹ thuật viên (Technologist)

™ Y tá (Oncology Nurse)

bộ phận có khác nhau Tại Việt Nam, chưa có một chuyên ngành nào đào tạo riêng

về vật lý y khoa hay tính toán liều lượng Do đó các nhân viên làm việc tại các vị trí này thường được gọi chung là kỹ sư y vật lý, họ là những người tốt nghiệp từ các chuyên ngành Vật lý hạt nhân hoặc Điện tử y sinh, đảm trách các công việc của người vật lý y khoa, tính liều và có thể cả vận hành máy xạ

Một quy trình điều trị về cơ bản gồm các giai đoạn với những bước và vai trò

cụ thể sau đây [16]:

Chuẩn bị bệnh nhân

Xếp lịch, nhận diện và đánh dấu bệnh nhân

Giải thích quy trình cho bệnh nhân

Thăm khám sơ bộ

Đặt và cố định bộ áp

Vận chuyển bệnh nhân

Y tá, KTV(1) Bác sĩ, Vật lý, Y tá, KTV Bác sĩ, Y tá

Vật lý, NTL Vật lý, NTL Bác sĩ, Vật lý, NTL

Điều trị bệnh nhân

Chuẩn bị điều trị (set up)

Nhập dữ liệu điều trị

Kiểm tra các thông số trước khi điều trị

Theo dõi phiên điều trị

Kiểm soát phiên điều trị:

Vật lý, KTV Vật lý , NTL, KTV Bác sĩ, Vật lý, NTL Vật lý, Y tá, KTV, NTL