Trường chiếu hình học (hình 1.9): được định nghĩa là phép chiếu trên một mặt phẳng vng góc với trục của chùm bức xạ của ñáy ống ñịnh hướng (collimator) khi nhìn từ tâm của nguồn. ðịnh nghĩa này ln phù hợp với trường ñược ñịnh nghĩa bởi nguồn sáng ñặt ở tâm của nguồn bức xạ.
Về phương diện liều: trường chiếu là giới hạn của 50% ñường cong liều chuẩn trên một mặt phẳng vng góc với trục của chùm bức xạ ở một khoảng cách xác định từ nguồn.
1.1.3.3. Các vùng thể tích liên quan trong xạ trị
Trong quá trình lập kế hoạch xạ trị cho một bệnh nhân ung thư, một số loại thể tích cần được các bác sĩ lâm sàng xác định. Người làm cơng tác tính tốn liều chiếu cũng cần phải hiểu ñược một số loại thể tích để đưa ra được phác đồ điều trị tối ưu. Vì vậy hiểu được các loại thể tích đó cũng là một điều cần thiết.
a. Thể tích khối u thơ (gross tumor volume – GTV)
Là thể tích có thể sờ, nắn hay nhìn thấy được, biểu hiện sự lan rộng hay khu trú của các phát triển ác tính. Thể tích khối u bao gồm cả khối u nguyên chất, các hạch di căn hay các di căn khác. Thể tích khối u thường đúng với các phần của sự phát triển ác tính mà ở đó mật độ tế bào u là lớn nhất.
b. Thể tích bia lâm sàng (clinical target volume – CTV)
Là một thể tích tế bào và mơ bao gồm cả thể tích khối u thơ (GTV) và các tổ chức rất nhỏ cận lâm sàng phải xét ñến khi ñiều trị cụ thể một cách triệt ñể. Kinh nghiệm lâm sàng cho thấy rằng quanh thể tích khối u thơ thường có liên quan đến cận lâm sàng, nghĩa là nó gồm bản thân các tế bào ác tính, các đám tế bào nhỏ hay những lan rộng rất nhỏ, rất khó phát hiện. Thể tích bao quanh một khối u lớn thường có mật độ tế bào u lớn, gần kề với mép của thể tích khối u, và mật độ đó giảm đi về phía ngoại vi của thể tích này. Thể tích khối u cùng với thể tích bao quanh này của các tổ chức liên quan tại chỗ được gọi là thể tích bia lâm sàng (CTV) và thường ñược biểu diễn như một thể tích bia lâm sàng bậc 1 (CTV-1).
Những thể tích phụ khác được xem như là sự lan tỏa cận lâm sàng cũng cần phải ñược ñiều trị. Chúng cũng ñược ñịnh nghĩa là các thể tích cận lâm sàng và gọi là các thể tích bia lâm sàng bậc 2, bậc 3. Các thể tích này là cơ sở của việc chỉ ñịnh ñiều trị và phải ñược xác ñịnh trước khi chỉ định liều lượng.
c. Thể tích bia lập kế hoạch (planning target volume – PTV)
Thể tích bia lập kế hoạch là một khái niệm hình học, ñược xác ñịnh ñể lựa chọn kích thước và phân bố của chùm tia một cách thích hợp, có tính đến hiệu quả cao nhất của tất cả các thay đổi hình học có thể có, sao cho đảm bảo liều lượng đã chỉ định ñược hấp thụ thực bên trong thể tích bia lâm sàng.
ðể ñảm bảo rằng tất cả các mơ bên trong thể tích bia lâm sàng nhận được một liều lượng ñã chỉ ñịnh, về nguyên tắc chiếu xạ người ta phải lập kế hoạch ñể chiếu xạ một thể tích hình học lớn hơn thể tích bia lâm sàng. Một cách lý tưởng thì vị trí, kích thước, hình dạng của thể tích bia lâm sàng và các chùm tia có quan hệ đến một hệ tọa độ cố ñịnh chung trong một phương cố định và có thể sao chép lại ñược. Tuy nhiên trong thực tế điều này khơng thể thực hiện được. Có thể thấy sự khác nhau trong và giữa các ñợt phân chia liều lượng, thời gian từ những yếu tố sau.
Sự chuyển ñộng của các tổ chức chứa thể tích bia (chẳng hạn sự hít thở, cử động của bệnh nhân). Những sự khác nhau về kích thước, hình dạng của các tổ chức chứa bia lâm sàng (chẳng hạn như sự chứa ñầy của bàng quang). Sự khác nhau về tính chất hình học của chùm tia (chẳng hạn như kích thước chùm tia, các hướng của chùm tia).
d. Các tổ chức nguy cấp
Các tổ chức nguy cấp là các mơ lành nơi mà độ nhạy cảm của tia xạ có thể ảnh hưởng một cách có ý nghĩa đến việc lập kế hoạch ñiều trị và liều lượng ñược chỉ ñịnh (tổ chức nguy cấp chẳng hạn như tủy sống).
e. Thể tích điều trị
Thể tích điều trị là thể tích được bao quanh bởi một đường ñẳng liều trên bề mặt, ñã ñược các nhà ñiều trị tia xạ lựa chọn và định rõ sao cho đạt được mục đích điều trị. Một cách lý tưởng, liều lượng chỉ phân bố trên thể tích bia lập kế hoạch. Tuy nhiên, do những hạn chế của kỹ thuật điều trị tia xạ, mục đích này khơng thể thực hiện ñược, và ñiều này dẫn ñến việc phải xác định một thể tích điều trị. Khi một liều lượng tối thiểu ñối với một thể tích bia lập kế hoạch đã được chọn một
cách thích hợp, trong một số trường hợp, thể tích điều trị thường lớn hơn nhiều so với thể tích bia lập kế hoạch.
f. Thể tích chiếu xạ
Thể tích chiếu xạ là thể tích mà các mơ nhận được một lượng liều được coi là có ý nghĩa trong việc liên quan đến tổng liều chịu được của các mơ lành. Việc so sánh giữa các thể tích điều trị và thể tích chiếu xạ đối với những sự phân bố chùm tia khác nhau có thể được sử dụng như là một phần của quá trình lựa chọn.
1.2 Sinh lý học khối u
ðể tìm hiểu đặc trưng sinh lý của khối u, luận văn hướng tìm hiểu từ chu kỳ tế bào, mơ hình tăng sinh của tế bào và sự phát triển của khối u. Tế bào là ñơn vị cấu trúc và chức năng của ña số sinh vật. Các tế bào sinh sản thông qua phân bào, q trình phân bào hồn thành chu kỳ tế bào.
1.2.1 Chu kỳ tế bào
Chu kỳ tế bào (Tc), hay chu kỳ phân bào, là một vịng tuần hồn các sự kiện xảy ra trong một tế bào từ lần phân bào này cho đến lần kế tiếp, trong đó bộ máy di truyền và các thành phần của tế bào được nhân đơi và sau đó tế bào phân chia làm hai tế bào con. Quá trình phân chia tế bào ñược diễn tiến qua một số giai đoạn (cịn gọi là Pha) như sau (hình 1.10).
Pha G0: Tế bào trong giai ñoạn nghỉ, khơng phân chia, thường được lập
trình để giữ một nhiệm vụ nào đó, thí dụ tế bào Cơ giữ nhiệm vụ co duỗi tạo nên hoạt ñộng của cơ. Pha G1: Tế bào tổng hợp nhiều Protein và RNA ( Ribonucleic Acid), DNA (Deoxyribonucleic acid). Pha S (Synthesis =Tổng hợp): Nhân đơi
nhiễm sắc thể. ðây là pha kéo dài nhất trong chu kì tế bào. Trong pha S không nhạy cảm với tia xạ. Pha G2: Tế bào ngừng tổng hợp DNA, tiếp tục tổng hợp Protein, RNA, và các vi ống chuẩn bị cho việc tạo nên thoi vô sắc ( thoi phân bào) cần thiết cho việc phân chia tế bào. Pha M (mitosis=phân bào): Tế bào ngừng tổng hợp protein và RNA, các đơi nhiễm sắc thể tách rời nhau, theo các vi ống chạy về hai cực của thoi vơ sắc, nhân tế bào chia đơi và tế bào tách thành hai tế bào con. Pha M nhạy cảm với tia xạ nhất.
Hình 1.10: Sơ đồ về chu kỳ tế bào
Các tế bào bình thường có khả năng tự phát hiện các hư hỏng trên chuỗi DNA, khi các bất thường trên chuỗi DNA được phát hiện, sẽ có cơ chế sửa chữa bằng cách thay thế chúng bằng những phân tử lành mạnh. ðể thực hiện cơ chế này, trong chu kỳ tế bào có hai điểm kiểm sốt tồn bộ hệ thống thơng tin của q trình sao chép sẽ ñược kiểm tra chặt chẽ.
ðiểm kiểm soát thứ nhất: Ở cuối pha G1, trước khi tế bào bước vào pha S.
Lúc này nếu có một bất thường trên DNA, nó sẽ được phát hiện và các cơ chế sửa chữa sẽ vào cuộc ñể ñảm bảo tế bào sau pha G1 có DNA bình thường. Nếu khơng sửa được các bất thường trên DNA, tế bào sẽ ngừng không tiếp tục chu kỳ tế bào và bị chết theo lập trình.
ðiểm kiểm soát thứ hai: Trước khi vào pha M, cuối pha G2
Tế bào phải ñược chuẩn bị ñầy ñủ ñể tạo ra hai tế bào con giống hệt tế bào mẹ. Nếu tế bào nào chưa nhân đơi hồn tồn đầy đủ số DNA, hay chưa có đủ các protein hay chất liệu của thoi vơ sắc, sự phân chia sẽ ngừng ở đây cho ñến khi tế bào chuẩn bị ñầy ñủ tất cả các chất liệu cần thiết.
Như vậy, dựa vào đặc điểm của q trình phân bào và các điểm kiểm sốt khi các bất thường trên DNA khơng sửa chữa được thì tế bào bị chết theo lập trình, ta sẽ dùng một tác nhân nào đó làm biến đổi cấu trúc DNA của tế bào ung thư và như vậy các tế bào ung thư dần dần sẽ bị chết ñi. Một ñặc ñiểm nữa của tế bào ung thư đó là rất nhạy cảm với các tia bức xạ và hóa chất hơn các tế bào khẻo mạnh bình thường. ðiều này có nghĩa là các tế bào ung thư rất yếu trong cơ chế sửa chữa
những sai hỏng trên DNA so với các tế bào bình thường. Khi được chiếu một liều lượng một cách thích hợp thì sẽ tiêu diệt được các khối u này, nhưng vẫn đảm bảo cho các tế bào lành có thể phục hồi. Việc này ñược thực hiện bằng cách chia cả quá trình điều trị thành nhiều phân đoạn chiếu. ðiều này vẫn ñảm bảo về liều lượng tới khối u, nhưng giành khoảng thời gian nghỉ ngơi ñể cho các tế bào lành hồi phục hồn tồn.
1.2.2 Các mơ hình tăng sinh
Phân chia tế bào (tăng sinh) bình thường là sự cân bằng giữa tốc độ của q trình tăng sinh và q trình chết của tế bào được điều hòa một cách chặt chẽ. Khi các tế bào xảy ra những đột biến trong DNA, chúng có thể phá vỡ cơ chế điều khiển này và dẫn ñến ung thư như hình 1.11. Tuy nhiên sự tăng sinh khơng phải luôn là biểu hiện của ung thư. Có bốn mơ hình phát triển điển hình khơng thành ung thư của tế bào là tăng sản, dị sản, thối hóa và loạn sản.
Hình 1.11: Trạng thái tổ chức của mơ từ dạng bình thường đến ung thư
Tăng sản là trường hợp tăng sinh mơ do tốc độ phân bào quá mức, làm gia
tăng số lượng tế bào nhưng chúng vẫn giữ trật tự sắp xếp bình thường trong mơ. Dị sản thì một tế bào biệt hóa được thay thế cho một tế bào khác, hay một tế bào trưởng thành biến ñổi từ loại này sang loại khác. Sự thối hóa (mất biệt hóa) có
nghĩa khơng có hình dạng và là sự biến đổi khơng đảo ngược cấu trúc tế bào phát triển thối hóa thành các mức ñộ nguyên thủy hơn. Loạn sản là một dạng bất
thường của tăng sinh tế bào quá mức ñặc trưng bởi mất ñi sắp ñặt bình thường của mơ và cấu trúc tế bào.
Mức độ nặng nhất của loạn sản ñược xem như là "ung thư tại chỗ" hay có thể gọi là khối u ác tính. Các khối u được đặc trưng bằng sự mất khả năng kiểm soát chức năng, bằng sự phân chia và phát triển khơng theo trật tự và di động bất thường. Ung thư là thuật ngữ chung cho mọi khối ác tính. Sự khác nhau giữa u lành tính và u ác tính được mơ tả trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tóm tắt những sự khác nhau giữa các khối u lành tính và ác tính
U lành tính U ác tính
Khơng xâm lấn Khơng được bao bọc, xâm lấn
Biệt hóa cao Biệt hóa kém
Hiếm khi phân bào Thường phân bào
Phát triển chậm Phát triển nhanh
Ít khi hoặc khơng bị mất biệt hóa vị trí
Mất biệt hóa vị trí ở các mức độ khác nhau
Khơng di căn Di căn
Ức chế tiếp xúc Giảm ức chế tiếp xúc
Không ngưng kết do lysin thực vật Tăng nhạy cảm ức chế do lysin thực vật
1.2.3 Sự phát triển khối u
Sự tăng sinh khơng kiểm sốt và thường là nhanh chóng của tế bào sẽ tạo thành các khối u lành tính hay khối u ác tính (ung thư). Về bản chất, sự thất bại của các cơ chế phát triển bình thường của các khối u sẽ phát triển thành ung thư.
Một quan niệm sai lầm phổ biến đó là ung thư là một quần thể tế bào tái tạo rất nhanh hơn các tế bào bình thường. Thực tế thì rất nhiều khối u lại phát triển khá chậm so với các tế bào lành. Khi sự phát triển tế bào vượt ra khỏi các giới hạn thông thường và chèn ép lên các tổ chức khác và có thể đóng góp thêm khả năng cho các tế bào ung thư xâm lấn các tổ chức và cấu trúc liền kề. Sự tăng sinh của các tế bào
ung thư được mơ tả theo hàm Gomperzt: [ *(1 )] *t b e a e − − (trong đó a, b là các tham số) (hình 1.12).
Hình 1.12: Hàm Gompertz mơ tả đường cong phát triển của tế bào
1.3. Cơ sở sinh học phóng xạ
Vào năm 1943, tác giả Albert Bechem ñã xuất bản cuốn sách “Các nguyên tắc
liều lượng Radium, và tia X”, được xem là cơ sở sinh học phóng xạ:
- Vùng tế bào có tỷ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn.
- Các tế bào cơ thể trong giai ñoạn phân chia nhạy cảm tia xạ nhất.
- Ngày nay, người ta còn áp dụng phương pháp tăng oxy, tăng nhiệt lên vùng chiếu tia. Và vì thế người ta phải chia nhỏ liều lượng thành nhiều buổi chiếu.
1.3.1 Tác dụng sinh học của bức xạ
Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa tới cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả ñều ñược bắt ñầu bằng một quá trình vật lý thuần túy. ðó là q trình tương tác của bức xạ với vật chất cụ thể là cơ thể sinh học. 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 ñổi hay hủy diệt. Trên cơ thể con người chủ yếu là nước chiếm khoảng 70%. Khi bị chiếu xạ, H2O trong tế bào bị phân chia thành H+ và OH-. Bản thân các cặp H+ và OH- này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia tế bào sẽ chậm ñi hoặc dừng lại. Q trình tương tác này có thể được chia làm hai loại là tác ñộng trực tiếp hoặc gián tiếp tới DNA của tế
bào.
Tác ñộng trực tiếp: Bức xạ ion hóa trực tiếp tác ñộng lên DNA, làm cho cấu
trúc DNA bị sai hỏng.
Tác ñộng gián tiếp: Bức xạ ion hóa tương tác với các phần tử nước trong cơ
thể sinh vật tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do có một electron lẻ và khơng có cấu hình địi hỏi một phân tử bền. Chúng là những thực thể gây phản ứng rất mạnh, có thời gian sống khoảng micro giây và tác ñộng trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, lipid, DNA gây ra các hỏng hóc về cấu trúc và hóa học đối với các phân tử này. Những hỏng hóc như vậy sẽ dẫn tới: sự ngăn cản phân chia tế bào; sự sai sót của nhiễm sắc thể; đột biến gen; làm chết tế bào.
Trong khi quá trình hấp thụ năng lượng xảy ra trong khoảnh khắc (10-10s), 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 xem xét kỹ hơn các quá trình này.
Sự ngăn cản phân chia tế bào: Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng
trong quá trình phân chia tế bào. ðây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ. 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 và cơ thể.
Sự sai sót của nhiễm sắc thể: Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể. ða số các
trường hợp tổn thương thường được hàn gắn và khơng có hậu quả gì gây ra. Tuy nhiên một số tổn thương có thể làm mất hoặc sắp sếp lại các vật chất di truyền,