Cho đến nay, đã có hơn 300 bệnh nhân được điều trị ở GSI, Đức sử dụng chùm carbon, 2.000 bệnh nhân ở Nhật và hơn 10.000 bệnh nhân ở Trung tâm y khoa Đại học Loma Linda, Mỹ. Xạ trị sử dụng chùm proton hay ion rất hiệu quả đối với cá khối u nằm ở những vùng không thể can thiệt bằng phẫu thuật hay những vùng khó có thể điều trị sử dụng chùm photon, ví dụ như các khối u ở não, vùng gần tuỷ sống hay ở trong mắt.
Khác biệt chính giữa chùm photon và chùm hạt (proton, ion) là hiệu ứng sinh học và phân bố liều theo chiều sâu khác nhau. Đối với chùm photon, liều giảm theo quy luật hàm mũ theo chiều sâu. Vì vậy, với những khối u nằm sâu trong cơ thể cần phải được chiếu xạ từ nhiều phần để phân tán liều không mong muốn phía trước khối u trong một vùng thể tích rộng trong khi cung cấp một liều đủ tiêu diệt khối u. Trong kỹ thuật xạ trị điều biến liều hiện đại (IMRT), có đến 10 trường chiếu
từ các hướng khác nhau được thiết lập. Kỹ thuật IMRT nhắm đến khối u rất tốt mặc dù một vùng thể tích khá rộng các tế bào lành có thể bị chiếu xạ. Vấn đề lớn nhất của liệu pháp này là nguy cơ có thể tạo ra khối u thứ cấp.
Hình 1. So sánh phân bố liều theo chiều sâu trong môi trường nước. Ion chủ yếu mất năng lượng ở phía cuối của quãng chạy vì vậy liều chủ yếu tập trung vào khối u và giảm thiểu liều cho các mô
lành phía trước khối u
TRIỂN VỌNG SỬ DỤNG CHÙM PROTON VÀ ION ĐƯỢC GIA TỐC BỞI CHÙM LASER XUNG ĐƯỢC GIA TỐC BỞI CHÙM LASER XUNG
TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
Trong một vài thập kỷ qua, các nhà khoa học đã có thể tạo ra chùm laser xung cực ngắn ~10- 18s và có cường độ cực cao có thể lên đến 1023-1024 W/cm2 bằng phương pháp khuếch đại xung mới thường gọi là phương pháp CPA (chirped-pulse amplification) được phát minh bởi nhà khoa học người Pháp Gérard Alber Mourou và nhà khoa học người Canada Donna Theo Strickland, hai nhà khoa học đã được trao giải Nobel vật lý năm 2018 cho phát minh đột phá này.
Phát minh giúp chúng ta tiệm cận đến “biên giới” mà ở đó các định luật về tương tác của ảnh sáng với vật chất có thể thay đổi một cách căn bản đồng thời mở ra nhiều lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới từ vật lý cơ bản đến khoa học vật liệu và khoa học đời sống như cơ chế tạo ra các chùm ion, tia X và tia gamma có năng lượng cao,…
Bên cạnh các nghiên cứu cơ bản, với chùm laser công suất cao, các nhà khoa học dự đoán sẽ tạo ra một cuộc cách mạng mới trong điều trị ung thư sử dụng chùm proton và ion nặng (hadron therapy) dựa vào nguyên lý gia tốc hạt trong môi trường plasma tạo bởi laser.
Giải pháp liên quan đến vấn đề tập trung liều vào khối u một cách chính xác hơn có thể được giải quyết bằng kỹ thuật xạ trị sử dụng chùm hạt. Đường phân bố liều theo chiều sâu khi sử dụng chùm hạt là trái ngược với chùm photon, liều bức xạ chủ yếu tập trung vào khối u trong khi liều mà các mô lành ở phía trước và sau khối u phải chịu là rất thấp mặc dù chỉ sử dụng duy nhất một trường chiếu (xem hình 1). Trong kỹ thuật xạ trị điều biến liều sử dụng chùm hạt hiện đại nhất hiện nay, chùm hạt có hình dạng như đầu bút chì (pencil beam) được quét trên toàn bộ bề mặt của khối u cần tiêu diệt theo các đường đồng mức với độ chính xác 2-3 mm (xem hình 2).
Hình 2. Minh hoạ chùm tia dạng bút chì (pencil beam) sử dụng trong xạ trị điều biến liều sử dụng
chùm hạt proton hay ion nặng
Hình 3. Hiệu ứng sinh học tương đối tương ứng với chùm proton, carbon và neon như là hàm đại
lượng truyền năng lượng tuyến tính (LET)
Các ion nặng như carbon hay neon có số nguyên tử lớn nên sự tán xạ trong môi trường bé hơn rất nhiều so với proton. Một trong những ưu điểm nổi trội của kỹ thuật xạ trị sử dụng hạt nặng là hiệu ứng sinh học tương đối (RBE) tăng ở đoạn cuối của quỹ đạo (tức là ở vùng khối u). Hiệu ứng
này cần phải được tính đến khi lập phác đồ điều trị. RBE phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như loại ion, năng lượng, độ sâu của khối u, mức liều và loại mô (xem hình 3). Trong điều trị ung thư với liệu pháp sử dụng chùm hạt, nếu giá trị RBE tăng thì liều điều trị cần thiết tương ứng được giảm xuống. Nhìn chung, chùm ion phù hợp với các loại u kháng bức xạ trong khi nếu sử dụng chùm proton thì nguy cơ xuất hiện các khối u thứ cấp được giảm thiểu.