CƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ

CƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯCƠ SỞ VẬT LÝ BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ

cho các mô lành liên quan.

• Tùy theo loại bệnh, giai đoạn bệnh, tùy theo vị trí, kích thước khối u, tùytheo thể giải phẫu bệnh… của tế bào người ta cóa thể dùng xạ trị đơnthuần hay kết hợp hai trong ba hoặc cả ba phương pháp với nhau

II CƠ SỞ VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ

1- Sự phát hiện ra tia Roentgen và tính phóng xạ

Vào ngày thứ Sáu, mồng 8 tháng 11 năm 1895, khi cho dòng điện chạy qua ốngHittort-Crookes có độ chân không cao, Wilhelm Conrad Roentgen đã phát hiện thấy

có ánh sáng phát ra từ chiếc bàn làm việc cách đó gần một mét Ông đã xác định

được vật phát sáng là một mẩu giấy có phủ chất xianuaplatin-barit Ông đã nhận

thấy rằng ánh sáng này phải được sinh ra do một loại tia mới mà ông gọi là các

tia-X và sau đó được mang tên Ông - tia Roengen Ông đã tiếp tục nghiên cứu các tianày và đã phát hiện thấy rằng khi ông thay thế màn huỳnh quang bằng những tấmphim thì ông đã thu được các bức ảnh Một trong những bức ảnh đáng ghi nhớ nhất

là tấm phim chụp xương bàn tay của vợ ông Phim đó được chụp vào ngày 22 tháng

12, nghĩa là chỉ 6 tuần sau khi những tia không thể nhìn thấy này được tìm ra Sựkhác nhau về mật độ ảnh thu được tuỳ thuộc vào các cấu trúc tế bào mà chùm tia điqua và giá trị của các bức ảnh chụp này đã gần như ngay lập tức mở ra ngành chẩnđoán bằng tia phóng xạ.

Ngày 28 tháng 12 năm 1895 Roentgen đã viết một bài báo giới thiệu về phát

hiện của mình cho hội Y - Vật lý ở Wurzburg Ít tuần sau, bài báo nhan đề “về một

loại tia mới” đã được dịch ra nhiều thứ tiếng Vào ngày đầu tiên của năm mới 1896,

Ông đã gửi các bản sao bài báo của mình cùng một số bức ảnh tới các nhà Vật lý ởChâu Âu mà ông quen biết Tin tức về phát hiện này đã nhanh chóng lan truyền trênkhắp thế giới

Chỉ ít tuần sau phát hiện của Roentgen, Henri Becquerel đã bắt đầu phát hiện rakhả năng của loại tia tương tự được sinh ra từ một chất phát quang đã biết Ông đãquan sát thấy sự làm đen của các tấm phim ảnh do muối Uranium và đã nhận thấyrằng các tia này đã được phát ra một cách liên tục và đồng thời từ Uranium; và thế

là hiện tượng phóng xạ đã được tìm ra.

Marie Cuirie là người mà cũng trong thời gian này đang nghiên cứu về các muối

mỏ ở Paris đã quan tâm đến hiện tượng phóng xạ và đã chọn đề tài này cho luận ántiến sỹ của bà Pierre Cuirie, chồng bà cũng tham gia vào việc nghiên cứu và đếntháng 7 năm 1898 họ phát hiện ra Polonium và tháng 12 cùng năm, họ báo cáo vềviệc đã phát hiện ra Radium

Cả Becquerel và Pierre Cuirie đều bị viêm da ngực do mang một số mẫu nhỏradium trong túi áo vét của họ Piere Cuirie đã dùng Radium làm thí nghiệm trên datay của mình để mô tả chi tiết những giai đoạn khác nhau về viêm da và sự thuyêngiảm của những vết thương đó Ông cũng đã cung cấp một số nguồn Radium chocác thầy thuốc để thử nghiệm trên bệnh nhân

Tin tức về những phát hiện này được lan truyền nhanh chóng và cả những hiệntượng làm đỏ da của những loại tia đó cũng đã được quan sát Một số thầy thuốc đãbắt đầu nghiên cứu tác dụng của loại bức xạ đó vào điều trị khối u ác tính Và nhưvậy đã mở ra một thời kỳ sử dụng bức xạ ion hoá trong điều trị bệnh ung thư

2 Tính chất chung của một số loại bức xạ

do đó độ dài quãng chạy càng lớn Năng lượng của hạt  sẽ giảm dần khi bề dầycủa lớp hấp thụ tăng lên nhưng số hạt của nó vẫn bảo toàn Những hạt  này sẽ gâynên tác dụng ion hoá vật chất Khả năng gây ion hóa của hạt  gấp hàng trăm lần

so với hạt β Giữa sự hấp thụ và khả năng ion hóa của các hạt , β  tồn tại mộtcách đơn trị Những bức xạ gây ion hóa mạnh thì sẽ bị hấp thụ mạnh

2.2 Hạt Bêta (β)

Nghiên cứu tính chất của hạt ß, người ta nhận thấy rằng, như hạt  , hạt β cũng

là những dòng hạt tự nhiên và là dòng (hạt) điện tử Năng lượng của chúng biếnthiên từ 0 - 3 MeV hoặc có thể lớn hơn Tốc độ của hạt ß gần bằng tốc độ ánh sáng.Mật độ ion hoá của hạt õ nhỏ hơn hạt  hàng trăm lần Nó có thể chuyển độngđược 20 m trong không khí, 2,5 cm trong mô mềm và 1 cm trong chì Hạt β bị lệch

đi trong trong điện trường dưới dạng phổ rộng Điều đó nói lên rằng chùm hạt ßmang những năng lượng khác nhau

2.3 Các lượng tử Gamma ()

Bức xạ  và bức xạ Rontghen thuộc loại bức xạ điện từ Lượng tử  có thể cónăng lượng tới vài chục MeV, bước sóng rất nhỏ, được đo bằng phần trục hay phầntrăm của Ao (Ao = 10-8cm) và có khả năng đâm xuyên lớn Bức xạ  có thể truyềntrong không gian với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng

Nhờ khả năng đâm xuyên lớn, độ dài quãng chạy và cường độ của lượng tửGamma gây hiệu ứng rất mạnh trong môi trường vật chất

Vì là bức xạ không mang điện nên khả năng gây ion hoá của chúng là thứ yếu.Khả năng đâm xuyên lớn, bức xạ  gây hiệu ứng rất mạnh về mặt sinh học phóng

xạ Các hiệu ứng về tương tác của bức xạ  với vật chất sẽ được xét đến trong phầnsau

3 Tương tác của bức xạ ion hoá với vật chất

Khi chùm tia-X hay  (photon) truyền qua môi trường, tương tác giữa cácphoton và môi trường có thể xảy ra với những hiệu ứng mà hệ quả là năng lượngcủa chúng truyền cho môi trường Giai đoạn đầu của sự truyền năng lượng bao gồm

sự làm bật các electron ra khỏi nguyên tử của môi trường hấp thụ Những electron

có năng lượng cao này sẽ truyền năng lượng bằng cách tạo ra sự ion hoá hoặc kíchthích các nguyên tử dọc theo quỹ đạo tương tác của chúng Nếu môi trường là mô

cơ thể thì chùm photon năng lượng thấp sẽ bị hấp thụ tại các tế bào và phá huỷ khảnăng sinh sản của tế bào Tuy nhiên, hầu hết năng lượng bị hấp thụ được biến đổithành dạng nhiệt, không gây hiệu ứng sinh học

2.1 Bức xạ ion hoá

Quá trình mà một nguyên tử trung hòa chuyển thành hạt tích điện âm hoặc

dương được gọi là sự ion hoá Việc một electron rời khỏi quỹ đạo, nguyên tử sẽ tích

điện dương và tạo thành một cặp ion Trong trường hợp nguyên tử nhận thêmelectron sẽ trở thành ion âm và nguyên tử mất electron sẽ trở thàng ion dương.Trong một số trường hợp, một nguyên tử trung hòa nhận thêm electron và nguyên

tử tích điện âm sẽ trở thành ion âm

Các hạt tích điện, chẳng hạn các electron, proton và hạt β được xem là những

bức xạ ion hoá trực tiếp nếu chúng có năng lượng đủ lớn để gây ra những va chạm

khi thâm nhập vào môi trường vật chất Năng lượng của hạt tới bị hao phí tăng dầntrên mỗi khoảng cách gây ion hoá trong môi trường Đôi khi những electron bị làmbật ra nhận được năng lượng đủ lớn sẽ tham gia tương tác và tạo ra bức xạ thứ cấpgoi là các tia "delta"- ỏ Mặt khác, nếu sự mất năng lượng của các hạt tới không đủlớn để làm bật electron ra khỏi nguyên tử nhưng lại tiếp thêm cho electron năng

lượng lên mức cao hơn, quá trình này được gọi là va chạm kích thích.

Những loại hạt không mang điện, chẳng hạn các neutron và photon cũng là

những bức xạ ion hoá trực tiếp vì khi tương tác chúng giải phóng trực tiếp các hạt

bị ion hoá khỏi vật chất Các photon tương tác với nguyên tử của vật chất hoặc chất

hấp thụ để tạo ra những electron có vận tốc cao và theo 3 quá trình chủ yếu: hiệu

ứng quang điện; hiệu ứng Compton và hiện tượng tạo cặp Trước khi xem xét chitiết từng quá trình chúng ta cùng thảo luận về những khía cạnh toán học của sự hấpthụ bức xạ

Chùm photon

Chùm tia-X được sinh ra từ một bia hay chùm tia phát ra từ một nguồn phóng

xạ bao gồm số lượng rất lớn các photon và thường có nhiều mức năng lượng khácnhau Chùm photon có thể được mô tả theo nhiều thuật ngữ, trong đó một số đượcđịnh nghĩa như sau:

1) Thông lượng Φ của các photon là tỷ số của dN/da, ở đây dN là số lượng các

photon đi vào một khối cầu "ảo" có tiết diện da:

Trường hợp với chùm photon đơn năng thì dE fl chính là tích số các photon

dN với năng lượng hν mà mỗi photon mang theo:

dE fl = dNx hν

4) Suất thông năng, mật độ thông năng hoặc cường độ Ψ là tỷ số của thông

năng trên một đơn vị thời gian:

Sự suy giảm chùm photon

Thực nghiệm đã xác định đặc tính suy giảm của chùm photon Khi truyềnqua môI trường vật chất, chùm photon có thể bị tán xạ hoặc bị hấp thụ hoàn

toàn Trong những điều kiện đó, sự suy giảm số lượng các tia photon (dN) sẽ tỷ

lệ với số lượng các photon tới (N) và độ dày lớp hấp thụ (dx) Nghĩa là:

dN ~ Ndx

hay: dN =- µNdx (2.5)

Ở đây, µ là hằng số tỷ lệ và còn gọi là hằng số suy giảm Dấu trừ (-) ở đây có

nghĩa là số lượng các photon giảm dần khi độ dày lớp hấp thụ tăng Phương

trình trên có thể biểu diễn theo cách khác, chẳng hạn theo cường độ I, ta có:

dI = - µIdx

hay: dI/I = - µdx (2.6)

Nếu độ dày x được biểu diễn theo độ dài, khi đó µ được gọi là hệ số suy

giảm tuyến tính Chẳng hạn, nếu độ dày được đo theo cm thì đơn vị µ được tính

theo 1/cm hay cm-1

Phương trình trên cũng giống như phương trình mô tả sự phân hủy bức xạ và

µ cũng tương tự như hằng số phân hủy λ Do đó ta có thể biểu diễn phương trình

trên thành:

I(x)= I 0 e -μ x- (2.7)

Ở đây I(x) là cường độ chùm photon truyền qua độ dày x và I 0 là cường độ

của chùm photon tới Tương tự như thuật ngữ chu kỳ bán hủy, lớp bán hấp thụ

(HVL) được xác định là độ dày của lớp vật chất làm suy giảm cường độ chùmtia đi một nửa so với ban đầu

2.2 Hệ số suy giảm

Như đã đề cập, hệ số suy giảm µ có đơn vị là cm-1 Nói chung, hệ số này phụthuộc vào năng lượng của chùm photon và bản chất của môi trường hấp thụ Vì

sự suy giảm tùy thuộc độ dày x của lớp hấp thụ, nghĩa là số các electron có mặt

tại độ dày đó nên µ cũng sẽ phụ thuộc vào mật độ ρ của môi trường vật chất

Nếu đem chia µ cho mật độ ρ (µ/ρ) ta có khái niệm hệ số suy giảm khối lượng.

Hệ số suy giảm khối lượng có thứ nguyên là cm2/g vì µ/ρ = cm-1/(g/cm3)

Tương tự hai hệ số trên, ta có hệ số suy giảm điện tử (e µ) và hệ số suy giảm

Ở đây, N A là số Avogadro và A W là khối lượng nguyên tử

Hệ số truyền năng lượng

Khi một photon tương tác với nguyên tử vật chất thì một phần hoặc toàn bộnăng lượng của nó được biến đổi thành động năng của các electron Nếu chỉ mộtphần năng lượng của photon truyền cho electron thì bản thân photon sẽ bị tán xạ và

hoặc toàn bộ năng lượng của nó cho các electron Vì vậy, một photon có thể trảiqua rất nhiều tương tác Nếu ta xem chùm photon truyền trong môi trường vật chất

và một phần năng lượng hao phí được chuyển thành động năng của hạt tích điện

trên một đơn vị độ dài, khi đó hiện tượng sẽ được gọi là hệ số truyền năng lượng

(μtr) Hệ số này được tính theo:

μtr = µE tr (tb)/hν (2.9)

Ở đây, E tr (tb) là năng lượng trung bình biến đổi thành động năng của hạt tích

điện tại mỗi lần tương tác Hệ số truyền khối lượng được tính bằng: μtr/ρ

Hệ số hấp thụ năng lượng

Hầu hết các electrron chuyển động và do tương tác cũng sẽ hao phí năng lượng

do va chạm không đàn hồi (kích thích hoặc ion hóa) với các eletron của nguyên tửmôi trường vật chất Một số ít trường hợp, tuỳ thuộc số nguyên tử của vật chất mà

sự hao phí năng lượng do tương tác bremsstrahlung (bức xạ hãm) với hạt nhân

nguyên tử Năng lượng bức xạ hãm được phát ra dước dạng các tia-X và khôngđược tính đến cho năng lượng bị hấp thụ tại chỗ

Hệ số hấp thụ năng lượng (μen) được định nghĩa là sản phẩm của hệ số truyềnnăng lượng và có giá trị bằng (1-g), ở đây, g là phần năng lượng của hạt mang điệnthứ cấp trong môi trường tương tác bị hao phí dưới dạng bức xạ hãm

μen = μtr(1-g) (2.10)

Như đã đề cập, hệ số hấp thụ năng lượng được tính bằng μen/ρ Vì hầu hết mọitương tác trong môi trường mô cơ thể hoặc môi trường có nguyên tử số Z thấp,trong đó các electron hao phí gần như toàn bộ năng lượng do va chạm ion hoá, cònthành phần bức xạ hãm xem như không đáng kể Vì vậy, kết quả sẽ là:

μen = μtr (2.11)

Những hệ quả này có thể sẽ khác nhau một cách đáng kể khi các hạt thứ cấpmang điện có động năng lớn và môi trường vật chất có số nguyên tử cao Hệ số hấpthụ năng lượng là một đại lượng rất quan trọng trong lĩnh vực xạ trị, bởi vì nó chophép đánh giá năng lượng bị hấp thụ trong mô và cho phép tiên lượng được hiệuquả sinh học của bức xạ

3 Tương tác của bức xạ gamma () với vật chất

Độ suy giảm của chùm photon () truyền qua lớp vật liệu sẽ bị hấp thụ và gây

ra 5 loại tương tác khác nhau Một trong số đó, hiệu ứng hủy photon chỉ xảy ra khinăng lượng photon lớn hơn 10 MeV tương tác với hạt nhân nguyên tử vật chất, sinh

ra neutron Còn 4 loại hiệu ứng khác là hiệu ứng tán xạ đàn hồi, hiệu ứng quangđiện, hiệu ứng khuếch tán Compton và hiện tượng tạo cặp phụ thuộc vào nănglượng chùm photon và nguyên tử số của môi trường vật chất Hệ số suy giảm toàn

phần trong quá trình tương tác của chùm photon là tổng của các suy giảm thànhphần, ta có:

xạ theo một góc nhỏ Tán xạ đàn hồi xảy ra khi chùm photon có năng lượng thấp vàmôi trường vật chất có nguyên tử số cao

3.2 Hiệu ứng hấp thụ quang điện

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng trong đó một photon tương tác với nguyên tửvật chất và đẩy bật ra khỏi nguyên tử một trong những electron quỹ đạo (hình 2.2)

Trong quá trình này, toàn bộ năng lượng hν của photon được truyền cho electron

nguyên tử Khi đó, động năng của electron bị bật ra (gọi là quang electron) có giá trị

là: hν – E B , ở đây, E B là năng lượng liên kết của electron Tương tác loại này có thểxảy ra với những electron trong các lớp vỏ K, L, M hoặc N

Sau khi electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử sẽ tạo ra chỗ trống tại lớp vỏ vànguyên tử sẽ nằm trong trạng thái bị kích thích Chỗ trống này có thể được lấp đầybởi một electron ở quỹ đạo ngoài và kèm theo sự phát ra hoặc các bức xạ đặc trưng

(tia-X) hoặc các electron Auger Những electron này được sinh ra do hấp thụ các

bức xạ đặc trưng nội tại, gần hạt nhân (các electrron bên trong nguyên tử) Vì nănglượng liên kết của các electron tại lớp vỏ K trong mô mềm là rất nhỏ, chỉ khoảng

Hình 2.1 Hiệu ứng tán xạ đàn hồi

0,5 KeV nên năng lượng của các bức xạ đặc trưng sinh ra do hấp thụ về mặt sinhhọc cũng sẽ rất thấp và có thể xem như sự hấp thụ tại chỗ.

Với chùm photon năng lượng cao hơn và nguyên tử số của môi trường lớn hơnthì bức xạ đặc trưng sẽ có năng lượng cao hơn và có thể truyền năng lượng tớikhoảng cách xa hơn so với các photon electron Trong trường hợp này, sự hấp thụnăng lượng tại chỗ sẽ giảm đi do năng lượng phát ra dưới dạng các bức xạ đặc trưng(còn gọi là bức xạ huỳnh quang) và được xem là sự hấp thụ từ xa

Hình 2.2 Hiệu ứng hấp thụ quang điện

3.3 Hiệu ứng tán xạ Compton

Trong hiệu ứng tán xạ Compton, các photon tương tác với electron "tự do" củanguyên tử Thuật ngữ "tự do" ở đây có nghĩa là năng lượng liên kết của electron nhỏhơn rất nhiều so với năng lương của photon tới Trong tương tác này, eletron nhậnđược một phần năng lượng của photon và bị bắn lệch ra một góc θ, còn bản thânphoton bị giảm năng lượng và lệch khỏi quỹ đạo một góc Φ (hình 2.3)

Quá trình xảy ra hiệu ứng Compton có thể được phân tích như va chạm của 2hạt, một là photon và một là electron Bằng cách áp dụng định luật bảo toàn nănglượng và xung lượng ta có thể thu được mối quan hệ sau:

cos 1

− +

Tia-X đặc

trưng

Photon tới (X,)

Hình 2.3 Hiệu ứng tán xạ Compton

3-4 Hiệu ứng tạo cặp e + - e -

Nếu năng lượng của photon lớn hơn 1,02 MeV thì photon có thể tương tác vớivật chất qua cơ chế tạo cặp Trong quá trình này (hình 2.4) photon tương tác mạnhvới trường điện từ của hạt nhân nguyên tử và mất toàn bộ năng lượng của nó choquá trình tạo ra cặp electron (e-) và positron (e+) Vì khối lượng nghỉ của electrontương đương với 0,51 MeV nên năng lượng tối thiểu đòi hỏi để sinh ra hiệu ứng tạocặp là 1,02 MeV Vì vậy, năng lượng ngưỡng của hiệu ứng tạo cặp là 1,02 MeV.Năng lượng photon vượt hơn ngưỡng này sẽ được chia cho các hạt và biến thành

động năng Tổng động năng chứa trong cặp electron-positron là (hν- 1,02 MeV).

Quá trình tạo cặp là một ví dụ của hiện tượng năng lượng bị biến đổi thành khối

lượng, đúng như Eistein đã tiên đoán: E = mc 2 Quá trình ngược, chủ yếu khốilượng biến đổi thành năng lượng diễn ra khi một positron kết hợp với electron để

tạo ra 2 photon và gọi là bức xạ hủy positron.

Hình 2.4 Hiệu ứng tạo cặp

III ĐO LIỀU VẬT LÝ TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ

3.1 Giới thiệu

Trong những năm đầu ứng dụng các hiện tượng phóng xạ, một số phương pháp

đo chất lượng (còn gọi là khả năng đâm xuyên) và định lượng của các chùm tia-X

tỏ ra chưa thoả mãn Các phương pháp đo trực tiếp phẩm chất chùm tia đã được tác

giả có tên Benoist tiến hành năm 1901, gọi là “penetrometer” - đo độ đâm xuyên.

Cũng vào đầu thế kỷ 20, một tác giả khác tên là Holzknecht đã chế tạo ra một loại

dụng cụ để đo liều lượng gọi là “choromoradiometer” - đồng hồ đo phóng xạ Một

thiết bị tương tự khác đo phóng xạ được chế tạo năm 1904 Tuy nhiên, tất cả cácdụng cụ kể trên còn rất nhiều hạn chế Trong suốt 50 năm sau đã có rất nhiều cốgắng được thực hiện nhằm chế tạo những thiết bị đo liều chính xác và ổn định hơn.Vào năm 1928, hai nhà khoa học là H Geiger và W Mueller đã cải tiến các dụng

cụ đếm phóng xạ từ năm 1906, gọi là ống đếm Geiger - Mueller và được sử dụngcho đến tận ngày nay Đáng chú ý hơn cả là dụng cụ buồng ion hoá được Glasserchế tạo năm 1956 Các loại buồng ion hoá là loại đầu đo hiện được sử dụng hết sứcrộng rãi và tin cậy trong kỹ thuật đo liều xạ trị

Một số nhà khoa học ở Paris là Antoine Beclere, ở Stockholm là Gosta Forssell,

và ở Liverpool là J.J Thomson cùng với Goerge Pfahler ở Boston là những ngườiđặt nền móng cho ngành xạ trị Họ cùng với một số các nhà khoa học khác trên thếgiới đề xuất những đơn vị và phương pháp đo liều lượng trong xạ trị Vào năm 1923

đưa vào sử dụng khái niệm “lớp bán hấp thụ” - tức bề dầy làm suy giảm một nửa

cường độ chùm tia (half - value layer, HVL) Mãi đến năm 1928 đơn vị đo cácchùm photon, tia-X và tia Gamma mới được chấp nhận là Roentgen Năm 1953, Ủyban Quốc tế về Đo lường và các Đơn vị Phóng xạ- ICRU, đã khuyến cáo đơn vị đoliều hấp thụ là Rad Ngày nay, đơn vị Quốc tế (SI) của liều hấp thụ là Gray (Gy) 1

Gy = 100 rad [1]

3.2 Đo liều lượng xạ trị từ xa

Để có thể đảm bảo liều lượng chính xác trong điều trị, mỗi cơ sở xạ trị phải

được trang bị đồng bộ các máy đo liều, hệ thống phantom (nước hay chất dẻo tương

đương mô), hệ thống máy tính lập kế hoạch điều trị v.v

Nguyên tắc đo liều lượng đối với các máy xạ trị từ xa chủ yếu gồm 4 bước cơbản sau đây:

1 Xác định suất liều tại một điểm quan tâm trong phantom (thường dùng nước)

đối với mỗi chùm tia dùng trong điều trị, tức là tổng hợp các số liệu cho từng

kích thước trường chiếu Bước này gọi là “Đo liều tuyệt đối”, được tuân theo

các phương pháp chuẩn quốc gia và quốc tế

2 Trong mỗi chùm tia có liên quan, xác định sự phân bố tương đối của suất

liều tại tất cả các điểm trong phantom mà qua đó sẽ thu được các giá trị liều

sâu phần trăm, các bản đồ đồng liều cho bất kỳ chùm tia nào được sử dụngtrong thực tế điều trị

3 Hiệu chỉnh các bước 1 và 2 để đánh giá độ lệch thực tế của các số liệu so với

điều kiện chuẩn Những sai số này gồm cả hình dạng, kích thước chùm tiav.v

4 Bước cuối cùng gồm các số liệu về chùm tia đã hiệu chỉnh trong bước 3

được tổng hợp lại cùng với bảng các giá trị tỷ số mô - không khí (TAR) để

có thể sử dụng trong chiếu cố định hay chiếu quay, chiếu không nêm hay cónêm, kỹ thuật từ nguồn đến mặt da (Source Skin Distance - SSD) hay từnguồn đến tâm u (Source Axis Distance - SAD) v.v

3.3 Những khái niệm cơ bản về Vật lý xạ trị

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 (điệntử) thứ cấp Tùy theo năng lượng photon và môi trường tương tác, những

electron này cũng sẽ tham gia tương tác với môi trường Liều lượng cực đại

(Dmax) sẽ đạt được tại độ sâu nào đó trong môi trường khi các electron đạtđến sự cân bằng Miền giới hạn giữa bề mặt môi trường (mặt da) và độ sâuđạt liều lượng cực đại rất có ý nghĩa trong xạ trị, thông qua việc lựa chọnnăng lượng chùm tia Phân bố liều lượng cực đại của một số loại bức xạ vànăng lượng khác nhau của trường chiếu kích thước 10×10 cm2 được chỉ ratrên hình 3.1

Liều sâu phần trăm: là liều hấp thụ của một điểm nằm tại độ sâu nào đó được

biểu thị bằng phần trăm so với liều hấp thụ tại điểm tham khảo (thường làđiểm có liều lượng cực đại) nằm trên trục trung tâm của chùm tia

Tỷ số mô - không khí (TAR): là tỷ số của liều lượng tại một điểm nào đó trong

môi trường (nước hoặc tương đương mô) so với liều lượng tại cùng điểm đóđược đo trong không khí, hình 3.2

Hệ số tán xạ của collimator: là các giá trị liều bức xạ đo được trong không khí

và tăng lên theo sự tăng của độ mở collimator (tăng theo diện tích trườngchiếu)

Kích thước trường chiếu: là một kích thước hình học được xác định bởi giới

hạn của đường đồng liều 50% của trường chiếu đó (hình 3.3)

Vùng nửa tối - hay vùng bán dạ: là vùng nằm gần mép của biên các trường

chiếu (hình 3.4), ở đó liều lượng giảm một cách nhanh chóng Độ rộng củavùng bán dạ phụ thuộc vào kích thước của nguồn, vào khoảng cách từ nguồnđến giới hạn cuối của collimator và vào khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da

(bề mặt phantom).

Bản đồ đồng liều: là tập hợp một số các đường cong đồng liều của một trường

chiếu và chúng thường mô tả độ chênh lệch về liều lượng giữa các đường là10% Liều lượng tại các điểm trung gian khác có thể được xác định bằngcách nội suy giữa các đường Bản đồ đồng liều sẽ có hình dạng khác nhauvới các kích thước trường chiếu khác nhau, với nguồn bức xạ có các mứcnăng lượng khác nhau (hình 3.5a; 3.5b)

Lọc, nêm: là một loại dụng cụ hấp thụ (thường dùng chì) được lồng vào chùm

tia, làm biến dạng chùm tia và vì vậy nó cũng làm giảm suất liều chùm tia

đó Hệ số truyền qua nêm biểu thị tỷ số của suất liều trên trục trung tâm củachùm tia khi có và khi không có nêm Góc nêm (hình 3.6a; 3.6b) là góc tạobởi đường vuông góc trục trung tâm chùm tia và đường đồng liều 50% và tạiđểm giao nhau của chúng trên trục trung tâm

Hình 3.1 Liều sâu phần trăm của một số bức xạ với năng lượng khác nhau.

SAD

Hình 3.2: Xác định tỷ số mô - không khí (khoảng cách từ nguồn đến điểm đo không đổi)

Hình 3.5(a) Đường đồng liều

Các biên trường chiếu

chiếu

Hình 2.3 Kích thước trường chiếu

Hình 3.4 Vùng bán dạ (nửa tối )

Collimator

Hình 3.5(b) Bản đồ đồng liều

Hình 3.6 (b)

Hình 3.6 (a)

3.3 Các vùng thể tích liên quan trong xạ trị, (hình 3.7)

Trong quá trình lập kế hoạch điều trị tia xạ cho một bệnh ung thư nào đó, một sốloại thể tích cần được xác định mà qua đó ta có thể đưa ra được kỹ thuật điều trị tốiưu

Hai loại thể tích cần được xác định trước khi lập lập kế hoạch điều trị, đó là:Thể tích khối u thô (Gross Tumor Volume - GTV)

Thể tích bia lâm sàng (Clinical Target Volume - CTV)

Ngoài ra, trong quá trình lập kế hoạch điều trị một số loại thể tích khác cần phảiđược xác định, đó là:

Thể tích bia lập kế hoạch (Planning Target Volume - PTV)

Các tổ chức nguy cấp (Organ at Risk - OR)

Thể tích điều trị (Treatment Volumem - TV)

Thể tích chiếu xạ (Irradiated Volume - IV)

Chúng ta hãy lần lượt xem xét từng loại thể tích trên

3.3.1 Thể tích khối u thô (GTV)

Là thể tích thể hiện sự lan rộng của các tế bào ác tính mà có thể sờ, nắn hay nhìnthấy được bằng thăm khám Thể tích khối u thô bao gồm cả khối u nguyên phát, cáchạch di căn hay những di căn khác Thể tích khối u thô thường đúng với các phầncủa sự phát triển ác tính, mà ở đó mật độ tế bào u là lớn nhất

Hình dạng, kích thước và sự khu trú của thể tích u có thể được xác định bằngnhiều cách khác nhau như kiểm tra lâm sàng (khám, sờ nắn, nội soi ) bằng các kỹthuật hình ảnh (chụp tia-X, cắt lớp vi tính CT, hay cộng hưởng từ-MRI, siêu âmv.v )

3.3.2 Thể tích bia lâm sàng (CTV)

Là thể tích tế bào và mô chứa thể tích khối u thô, ngoài ra còn bao gồm các tổchức rất nhỏ, liên quan phải được xét đến khi cần điều trị triệt để khối u đó

Kinh nghiệm lâm sàng cho thấy rằng, quanh thể tích khối u thô thường có những

tổ chức liên quan, nghĩa là nó gồm bản thân các tế bào ác tính, các đám tế bào nhỏhay những lan rộng rất nhỏ, rất khó phát hiện Thể tích bao quanh một khối u lớnthường có mật độ tế bào u lớn Gần kề với mép của thể tích khối u và đi về phíangoại vi thì mật độ tế bào giảm đi Thông thường mép đường biên này khoảng 1

cm Thể tích khối u thô, cùng với giới hạn bao quanh này của các tổ chức liên quantại chỗ được gọi là thể tích bia lâm sàng (CTV) và phải được tính đến trong mụcđích điều trị triệt căn Trong thực tế thường có không phải là một, mà đôi khi hai thểtích cận lâm sàng, gọi là thể tích bia lâm sàng bậc 1, bậc 2 Cũng có trường hợp, ta

có thể minh họa một khối u nguyên phát và hạch vùng của nó một cách riêng lẻ.Chẳng hạn trường hợp điều trị ung thư vú bảo tồn, ở đó khối u vú và các hạch nách,thượng đòn là tách rời nhau về mặt giải phẫu Trong một số trường hợp, ta có thểđiều trị một trong hai thể tích bia lâm sàng với các liều lượng khác nhau Trườnghợp thường gặp là khi điều trị tăng cường (“Boost”) tại chỗ, ở đó một thể tích liềulượng cao nằm trong thể tích liều lượng thấp

Các định nghĩa về thể tích khối u thô và thể tích bia lâm sàng này được dựa trêncác nguyên tắc chung về ung thư học và không chỉ giới hạn cho việc áp dụng trong

kỹ thuật điều trị bằng chùm tia ngoài Vì vậy, về mặt phẫu thuật, một đường biên antoàn quanh thể tích khối u cần phải được tính sao cho phù hợp với quy định lâmsàng Và điều này cũng phải được hiểu đúng như các khái niệm thể tích bia lâmsàng khi điều trị bằng chùm tia ngoài Cũng như vậy, khi điều trị tia xạ tại chỗ, cácthể tích điều trị được xác định và khái niệm thể tích bia lâm sàng là không thay đổi.Hơn nữa, khái niệm này còn áp dụng cho phương thức điều trị khác như hoá chất ,điều trị tăng nhiệt hay quang đông (photocuagulation) v.v Các thể tích này là cơ sởcủa việc chỉ định điều trị và phải được xác định trước khi chỉ định liều lượng.

3.3.3 Thể tích bia lập kế hoạch (PTV)

Thể tích bia lập kế hoạch là một khái niệm hình học và được xác định để lựachọn kích thước chùm tia cho phù hợp Trong đó cần tính đến hiệu quả cao nhất củatất cả những thay đổi hình học có thể xảy ra, sao cho đảm bảo rằng liều lượng đã chỉđịnh được phân bố tối ưu bên trong thể tích bia lâm sàng

Để đảm bảo rằng tất cả các mô bên trong thể tích bia lâm sàng nhận được liềulượng đã chỉ định, về nguyên tắc, người ta phải lập kế hoạch để chiếu xạ một thểtích hình học lớn hơn thể tích bia lâm sàng Một cách lý tưởng thì vị trí, kích thước

và hình dạng của thể tích bia lâm sàng và các chùm tia cần có quan hệ tọa độ cốđịnh chung trong một phương và có thể sao chép lại được Tuy nhiên trong thực tếđiều này không thể thực hiện được Có thể thấy sự khác nhau trong và giữa các đợtphân chia liều lượng - thời gian từ những yếu tố sau:

Sự chuyển động của các thể tích bia (chẳng hạn sự hít thở, cử động của bệnhnhân)

Những khác nhau về kích thước hình dạng của các tổ chức chứa bia lâm sàng(chẳng hạn sự chứa đầy hay vơi của bàng quang )

Những sự khác nhau về tính chất hình học của chùm tia (chẳng hạn kích thước,hướng của (các) chùm tia

Tùy theo hoàn cảnh lâm sàng (vị trí, kích thước khối u ) và kỹ thuật đã chọn,thể tích bia lập kế hoạch cũng có thể trùng với thể tích bia lâm sàng (chẳng hạnnhững khối u nhỏ trên da, các khối u tuyến yên v.v ) Hay ngược lại, các thể tíchlập kế hoạch có thể lớn hơn (chẳng hạn khối u phổi)

Thể tích bia lập kế hoạch có thể lớn hơn biên giới giải phẫu bình thường (chẳnghạn nó cần bao gồm cả các phần cấu trúc xương không ảnh hưởng về mặt lâmsàng), hoặc thậm chí còn trải rộng ra ngoài cơ thể bệnh nhân như trong trường hợpđiều trị các trường chiếu tiếp tuyến cho ung thư vú

Vì vậy, thể tích bia lập kế hoạch là một khái niệm hình học và cố định, đượcdùng cho việc lập kế hoạch điều trị Thực tế, thể tích bia lập kế hoạch không đạidiện cho các tổ chức mô đã xác định hay biên giới của các mô Thật ra, các mô chứađựng về mặt hình học bên trong thể tích bia lập kế hoạch, có thể không hoàn toànnhận một sự phân bố liều lượng như đã lập kế hoạch, hay ít ra chúng cũng khôngthuộc vào các thành phần nào đó gần với biên giới của chúng Sở dĩ như vậy là do

có sự khác nhau về vị trí của các thể tích bia lâm sàng nằm trong ranh giới của thểtích bia lập kế hoạch trong quá trình điều trị Tuy nhiên, thể tích bia lập kế hoạch làmột thể tích được sử dụng để tính toán liều lượng và sự phân bố liều lượng bên

trong thể tích bia lập kế hoạch phải được cân nhắc sao cho thể hiện được sự phân bốliều lượng đối với thể tích bia lâm sàng và các tổ chức nguy cấp.

Khi xác định thể tích bia lập kế hoạch đối với thể tích bia lâm sàng đã cho,người ta phải đánh giá hết tầm quan trọng của những sự khác nhau có thể liên quanđến sự phân bố chùm tia đã chọn, cân nhắc thêm về cấu trúc giải phẫu, về việc ápdụng các dụng cụ cố định bệnh nhân v.v

3.3.4 Các tổ chức nguy cấp (OAR)

Các tổ chức nguy cấp là các mô lành, nơi mà độ nhạy cảm tia xạ của chúng cóthể ảnh hưởng một cách có ý nghĩa đến việc lập kế hoạch điều trị và liều lượngđược chỉ định (chẳng hạn như tuỷ sống)

3.3.5 Thể tích điều trị (TV)

Thể tích điều trị là một thể tích được bao quanh bởi một đường đồng liều trên bềmặt, đã được các nhà điều trị tia xạ lựa chọn và định rõ sao cho đạt được mục đíchđiều trị

Một cách lý tưởng, liều lượng chỉ phân bố trên thể tích bia lập kế hoạch Tuynhiên, do những hạn chế của kỹ thuật điều trị mà mục đích này rất khó thực hiệnđược một cách hoàn chỉnh Điều này dẫn đến việc phải xác định một thể tích điềutrị Khi một liều lượng tối thiểu đối với một thể tích bia lập kế hoạch đã được lựachọn một cách thích hợp thì trong một số trường hợp thể tích điều trị gần trùng vớithể tích bia lập kế hoạch Nhưng trong một số trường hợp thể tích điều trị thườnglớn hơn nhiều so với thể tích bia lập kế hoạch

Có một vài cách thức nhận biết thể tích điều trị Trước hết, kích thước, hìnhdạng của một thể tích điều trị là một thông số hết sức quan trọng Lý do khác là sựtái phát nằm trong thể tích điều trị Nhưng lại nằm ngoài thể tích bia lập kế hoạch cóthể coi là một thực tế Sự tái phát bên trong trường chiếu là do không đủ liều lượng

đã chỉ định do thể tích đã xác định chưa thích hợp Đó không phải là sự tái phát

đường biên.

3.3.6 Thể tích chiếu xạ (IV)

Thể tích chiếu xạ là một thể tích mà các mô nhận được một liều lượng được coi

là có nghĩa trong việc liên quan đến tổng liều chịu đựng của các mô lành

Việc so sánh các thể tích điều trị và thể tích chiếu xạ đối với những phân bốchùm tia khác nhau có thể được sử dụng để lựa chọn như một phần của quá trìnhlập kế hoạch điều trị

Hình 3.7 Các vùng thể tích liên quan cần xác định.

Thể tích điều trị

Thể tích bia lâm sàng Thể tích lập kế hoạch.

Thể tích chiếu xạ Thể tích khối u thô