Luận văn Xác định phân bố liều bức xạ photon ở lối ra của máy gia tốc primus – siemens dùng trong xạ trị

eV/m) Mật độ các ion /1m Tia X Electron thứ cấp 0,28 8,5 Gamma Electron thứ cấp 0,36 11 Tia X (30KeV-180KeV) Electron thứ cấp 3,2 100 Tia X 8 KeV Electron thứ cấp 4,7 145 Tia anpha 5,5 MeV Ion hóa trực tiếp 120 3700 Nơtron 12 MeV proton 3,5 290 Trong hệ SI, đơn vị đo độ truyền năng lượng tuyến tính là J/m hay keV/m Sự phân bố năng lượng hấp thụ của bức xạ trong vật chất còn phụ thuộc vào bản chất của mỗi loại bức xạ. Đối với bức xạ ion hóa gián tiếp, độ truyền năng lượng tuyến tính nhỏ hơn nhiều so với bức xạ ion hóa trực tiếp. 1.3.6 Liều giới hạn Khi tiếp xúc với các chất phóng xạ hay nguồn phóng xạ, các bức xạ ion hoá, các nhân viên công tác bị chiếu xạ và nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc vào liều hấp thụ mà nhân viên nhận được, bức xạ hạt nhân sẽ ảnh hưởng khác nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm việc, cần phải giảm ảnh hưởng của các bức xạ. Về mặt an toàn bức xạ hạt nhân, cần đưa ra những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người nhân viên còn có thể làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa. Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong một năm mà người làm việc trực tiếp với bức xạ hạt nhân có thể chịu được, không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân [1], [2] ,[6]. Theo quy định chung về luật lao động, người có độ tuổi từ 18 tuổi trở lên mới được làm việc trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã khuyến cáo công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho phép trong một năm đối với nhân viên chuyên nghiệp làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ [2]: D = 50 (N-18) nSv hay D = 5(N-18) rem (1.43) Trong đó N là tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N19, D là liều hấp thụ tích lũy trong một năm Bảng 1.3 Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép đối với người làm việc với bức xạ [3] Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị 150 mSv/năm 1950 ICRP 50 mSv/năm 1977 ICRP 20 mSv/năm 1990 ICRP Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát bức xạ hạt nhận của Việt Nam [8], liều hấp thụ tương đương cho toàn thân đối với nhân nhiên làm việc với nguồn bức xạ và bức xạ hạt nhân là 20mSv/năm. Trong 5 năm có một năm có thể lên đến 50mSv nhưng tổng liều trong 5 năm liên tục không được vượt quá 100mSv. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy ban An Toàn Bức xạ Quốc tế 1.4. HIỆU ỨNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt [7]. Đối với con người, cấu tạo mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử H2O bị ion hóa, phân chia thành các cặp H+ và OH-, các ion này bị kích thích lại tạo ra các ion khác…Năng lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể người càng lớn thì số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này gây ra phản ứng rất mạnh, tác động trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến là protein, lipit, ADN làm cho cấu trúc của các phân tử này bị sai hỏng gây ra những hậu quả: kìm hãm hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào, làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới việc tế bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng hoặc gây đột biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền trên phân tử ADN, làm chết tế bào. Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung thư. Các tác dụng sinh học do tia xạ tạo ra kéo dài rất nhiều so với thời gian hấp thụ năng lượng. Quá trình hấp thụ năng lượng diễn ra trong khoảng 10-10 s còn các hiệu ứng sinh học kéo dài từ vài giây đến vài năm.Tùy theo liều lượng bức xạ mà cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi của các tế bào có thể phục hồi được hay không. Và với cùng một liều lượng bức xạ, nếu hấp thụ làm nhiều lần thì các biến đổi bệnh lí ít xảy ra với các mô tế bào hơn là hấp thụ trong một lần. Sau khi bị chiếu xạ, các tổn thương của tế bào có thể phục hồi. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các tế bào bình thường (các tế bào lành) có khả năng phục hồi nhanh hơn các tế bào ung thư. Khi chiếu một liều lượng phù hợp thì có thể tiêu diệt được các tế bào ung thư còn các tế bào lành vẫn có thể phục hồi lại được [4,5]. Người ta xây dựng được biểu đồ sự phụ thuộc của xác suất tiêu diệt tế bào theo liều chiếu có dạng cơ bản như hình 1.6. Hình 1.6. Đường cong xác suất tiêu diệt tế bào theo liều xạ Từ biểu đồ trên ta thấy rằng nếu liều xạ nằm trong khoảng Do đến Do+ dDo thì chủ yếu các tế bào ung thư bị tiêu diệt còn các tế bào lành bị tiêu diệt không đáng kể. Trong các giai đoạn khác nhau thì sự phản ứng với tia xạ của tế bào cũng khác nhau. Theo sinh học, chu kỳ sinh sản của tế bào được chia thành các pha tuần hoàn như sơ đồ trên hình 1.7. Hình 1.7 . Các pha trong chu kỳ sinh sản của tế bào Trong sơ đồ trên, pha S là tổng hợp tế bào; pha G2 là tiền phân chia tế bào; pha M là phân chia tế bào; pha G1 là tiền phân chia tế bào. - Pha S; kéo dài từ 1,5 đến 36h, trong pha này, tế bào kháng tia xạ. - Pha G2: kéo dài từ 30 phút đến 1,5 giờ. - Pha G1: kéo dài hàng tháng. - Pha M: kéo dài từ 30 phút đến 2,5 giờ. Đây là pha tế bào nhạy cảm tia xạ nhất. Xác suất tiêu diệt tế bào Đối với tế bào u Đối với tế bào lành Do Do+dDo S G1 M G2 Người ta còn thấy các vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn sẽ nhạy cảm tia xạ hơn, nên khi chiếu xạ, người ta làm cho vùng cần được chiếu được cung cấp nhiều máu hơn. Bằng việc nghiên cứu sự phản ứng của các mô tế bào khi bị chiếu xạ và các quá trình phát triển, phân chia của tế bào để xác định độ nhạy phóng xạ trong các giai đoạn người ta xây dựng nên cơ sở sinh học cho kỹ thuật xạ trị. Tất cả các kỹ thuật xạ trị đều phải đảm bảo liều lượng tối đa đạt tại khối u và giảm thiểu liều lượng tới các mô lành xung quanh. 1.5.PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG TIA GAMMA 1.5.1. Khái niệm và mục đích của xạ trị Điều trị bằng tia xạ (xạ trị) là quá trình điều trị có sử dụng bức xạ ion hóa hoặc tia phóng xạ cho quá trình điều trị nhiều bệnh khác nhau. Mục đích của xạ trị là nhằm đưa một liều phóng xạ rất chính xác tới một thể tích bia đã xác định với một mức độ tổn thương nhỏ nhất cho các mô lành bao quanh, kết quả là sẽ loại trừ bệnh tật, kéo dài được sự sống hay cải thiện chất lượng cuộc sống. Do đó, kỹ thuật xạ trị được xây dựng để chữa bệnh hoặc làm nhẹ bớt những biểu hiện của bệnh tật một cách hiệu quả. Cùng với kỹ thuật chẩn đoán bằng tia X và bằng đồng vị phóng xạ, xạ trị là một trong những ứng dụng quan trọng của bức xạ trong y tế. Phẫu thuật, xạ trị và hóa trị là 3 phương thức điều trị ung thư chủ yếu hiện nay. Phẫu thuật và xạ trị được áp dụng cho trường hợp khối u khu trú trong một phạm vi xác định. Trong trường hợp có sự lan toả của khối u thì phải dùng hóa trị. Xạ trị được chọn khi phẫu thuật khó hay không thể thực hiện được (ung thư đầu, cổ, cổ tử cung), hoặc khi muốn duy trì chức năng của các cơ quan (vú, thanh quản, hậu môn), hay để giảm đau. 1.5.2. Các hình thức xạ trị Có ba hình thức xạ trị:  Xạ trị ngoài: nguồn phát bức xạ nằm ngoài cơ thể, xa khối u.  Xạ trị áp sát: các nguồn phóng xạ nằm trong cơ thể hay ngay cạnh khối u.  Xạ trị bằng chất phóng xạ: nguồn phóng xạ dạng hở dưới dạng dược chất phóng xạ được tiêm hay uống vào cơ thể, tập trung tại khối u nhờ sự hấp thụ. Nội dung của luận vân đề cập đến phương pháp xạ trị ngoài do đó sẽ đi sâu vào những vấn đề có liên quan đến phương pháp này mà không đề cập đến các phương pháp khác 1.5.3. Cơ sở của phương pháp xạ trị Kỹ thuật xạ trị dựa trên một sự kiện thực nghiệm là các tế bào ung thư nhạy cảm với bức xạ ion hóa hơn các tế bào khỏe mạnh. Hiệu quả điều trị được xác định bởi khả năng tiêu diệt khối u và khả năng xảy ra biến chứng cho mô lành. Phương pháp 1:.Dựa trên quan hệ giữa liều và đáp ứng bức xạ của mô ung thư và mô lành để chọn liều điều trị thích hợp. Phương pháp 2:. o Chọn cách chiếu sao cho mô lành ít bị ảnh hưởng nhất: o Xạ nhiều phân liều (fraction) o Nguồn ở sát khối u (xạ trị áp sát) o Tránh mô lành (nhiều góc chiếu trong xạ trị ngoài) Hình 1.8.a Hình 1.8.b Hình 1.8. Cách chiếu để mô lành ảnh hưởng ít nhất Trên hình 1.8 a đưa ra phương pháp xạ trị ngoài với nhiều góc chiếu khác nhau. Khi sử dụng góc chiếu khác nhau các mô lành chia nhau chịu ảnh hưởng của chùm tia xạ do đó nó ít bị ảnh hưởng nhất, thể hiện qua sơ đồ 1.8b 1.5.4. Phương pháp xạ trị dùng tia gamma Với các hạt nặng tích điện như hạt anpha có khả năng ion hóa mạnh nhưng độ đâm xuyên kém, không được sử dụng trong chiếu xạ từ xa. Hạt electron linh hoạt hơn hạt anpha rất nhiều, có độ đâm xuyên cũng khá lớn được sử dụng chiếu xạ ngoài với các khối u nông như ung thư da. Mặt khác, khi đi vào độ sâu khoảng 5cm thì liều lượng của chùm hạt electron gần như bằng không, do đó gây tổn hại rất ít đến các mô lành. Tia gamma và tia X gây ra độ ion hóa trong môi trường nhỏ hơn các loại hạt trên, nhưng độ đâm xuyên lại rất lớn do đó hiện nay được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị từ xa, chúng có thể tác dụng lên tế bào ở sâu trong cơ thể, để điều trị các khối u sâu. Với các u sâu trên 3cm, để giảm liều chiếu ở mặt da và ở các mô lành trên đường đi của chùm tia, người ta chia chùm tia thành nhiều chùm nhỏ chiếu theo các hướng khác nhau sao cho các hướng chiếu được chọn hội tụ tại tâm là khối u cần điều trị như đã chỉ ra trên hình 1.8a. Dùng chùm tia X phát ra từ máy gia tốc, bằng cách quay máy gia tốc chọn hướng chiếu khác nhau cho phép ta thực hiện yêu cầu trên. Khi chiếu với góc chiếu khác nhau, các chùm tia phải đảm bảo sự đồng tâm. Khi đó liều chiếu tập trung chủ yếu vào khối u, còn các tế bào lành liều chiếu giảm đi rõ rệt so với việc chiếu cố định theo một phương. Đây là một trong những ưu việt của xạ trị dùng máy gia tốc. CHƯƠNG 2 MÁY GIA TỐC PRIMUS – SIEMENS DÙNG TRONG XẠ TRỊ 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY GIA TỐC 2.1.1. Lịch sử phát triển Điều trị ung thư bằng phóng xạ đã được biết đến từ hàng trăm năm nay. Về thuật ngữ “gia tốc” thì đó là một thiết bị tăng tốc chùm điện tử đến một giá trị năng lượng nào đó theo yêu cầu đặt ra. Trong thực tế lâm sàng, người ta sử dụng dải năng lượng từ một vài MeV đến vài chục MeV. Ngày nay, các máy gia tốc hiện đại thường sử dụng hai loại bức xạ: chùm electron (qua hệ thống lái tia và các bộ lọc thích hợp) và chùm photon- do chùm electron đập vào bia phát ra bức xạ hãm còn gọi là tia X. Khi máy gia tốc xuất hiện, nó đã trở thành một công cụ vượt trội trong ứng dụng lâm sàng. Từ những năm đầu của thế kỷ 20, xạ trị được áp dụng bằng những nguồn Radium hay những ống tia catode lạnh. Một cuộc cách mạng đến với ngành xạ trị khi ống catode Coolidge nhiệt được đưa vào sử dụng (năm 1913). Các ống Coolidge này hoạt động ở điện áp 140KV, sau đó tăng lên khoảng 300KV, nhưng suất liều của những loại này còn thấp. Vì thế, người ta tiếp tục tìm kiếm công nghệ làm tăng năng lượng và suất liều của các chùm tia điều trị. Vào những năm 1930, các biến áp đổi tần đã phát triển và được sử dụng như những nguồn cung cấp điện áp cao từ 600KV đến hàng triệu vôn. Năm 1931, một máy gia tốc 700KV đã được lắp đặt ở bệnh viện Memorial - New York và một thiết bị tương tự được chế tạo tại viện Công nghệ Califorina năm 1933. Tiếp đến, loại máy đạt đến một triệu vôn đã được thiết kế và lắp đặt tại bệnh viện Bartholornew, Luân Đôn năm 1944. Ngay sau đó, các máy gia tốc sử dụng loại biến áp cộng hưởng đã trở nên thông dụng. Công nghệ vi sóng đã sử dụng rada trước và trong chiến tranh thế giới thứ II chính là cơ sở của việc chế tạo nguồn phát sóng siêu cao tần hoạt động trong các máy gia tốc hiện đại. Trong những năm 1930, loại máy gia tốc tĩnh điện Van de Graaff được chế tạo và sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của nó, vào những năm 1960, tại công ty Kỹ thuật điện tử Boston Massachusetts người ta đã chế tạo ra hai chiếc máy gia tốc dùng trong lâm sàng. Những thiết bị này hoạt động tỏ ra rất ổn định và có hiệu quả. Tuy nhiên đến đầu những năm 1970, chúng đã nhường chổ cho loại máy gia tốc hiện đại hơn - máy gia tốc tuyến tính hay gia tốc thẳng mà ngày nay với tên gọi đơn giản là “linac”. 2.1.2. Tình hình ở Việt Nam Trước đây, việc xạ trị ung thư ở Việt Nam chỉ được thực hiện bằng máy xạ trị Cobalt, một loại máy xạ trị sử dụng đồng vị phóng xạ Cobalt-60, sử dụng các tia gamma, có hai mức năng lượng 1,17 và 1,33MeV. Như vậy, trong xạ trị ung thư, loại máy này không cho phép thực hiện kỹ thuật điều biến cường độ (IMRT) không điều trị linh động, hiệu quả với các khối u ở những độ nông sâu khác nhau[1]. Tuy nhiên xạ trị chiếu ngoài có các đặc điểm sau:  Photon có năng lượng càng cao thì khả năng đâm xuyên càng lớn và hiệu quả sinh học càng cao.  Khoảng cách giữa nguồn xạ và da bệnh nhân càng lớn thì sự phân bố liều lượng bức xạ ở mô bệnh sâu dưới đó càng đồng nhất trong thể tích khối u. Tuy nhiên tăng khoảng cách đó sẽ kéo theo sự suy giảm cường độ chùm tia chiếu tới. Để khắc phục sự hao hụt cường độ đó cần có các photon có năng lượng cao hơn.  Tia đâm xuyên càng lớn khi vào cơ thể bệnh nhân càng tạo nên suất liều điều trị trong sâu tốt hơn, đồng thời liều gây hại cho các mô lành trên đường xuyên qua càng ít hơn.  Sự tán xạ (khuyếch tán) ra mô lành xung quanh u càng ít hơn khi năng lượng chùm photon càng lớn.  Chùm tia càng mạnh càng tạo ra mặt phẳng đồng liều (isodose) trong mô bệnh tốt hơn. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ vi sóng, các loại máy gia tốc ra đời với những nguồn phát sóng siêu cao tần. Trong xạ trị, sự ra đời của máy gia tốc là một bước ngoặt mới trong điều trị ung thư. Với máy gia tốc, người sử dụng có thể thay đổi liều xạ trị cho phù hợp với tính chất và độ nông sâu của từng khối u khác nhau. 2.1.3. Tiêu chuẩn của máy gia tốc Các máy gia tốc được sử dụng trong lâm sàng ngày nay được kế thừa từ sự nghiên cứu, cải tiến công nghệ mạnh mẽ trong suốt hơn ba mươi năm qua và khẳng định được giá trị, vai trò của loại thiết bị này. Dù có những khác nhau về kiểu dáng chế tạo giữa các hãng sản xuất, song những nguyên tắc yêu cầu trong điều trị cơ bản là giống nhau. Với mục đích ứng dụng trong lâm sàng, một số yêu cầu đặt ra cho các máy gia tốc cần thiết kế sao cho thỏa mãn những tiêu chuẩn chủ yếu sau đây [4,5]: o Chùm tia bức xạ phải được xác định rõ và thay đổi được về các kích thước trường chiếu. o Liều lượng bức xạ phải đồng đều bên trong chùm tia. o Liều lượng của thiết bị phát ra phải ổn định không chỉ trong mỗi giai đoạn điều trị mà ổn định trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị. o Năng lượng, cường độ vị trí và hướng của chùm tia X hay electron phải được kiểm soát trong điều trị. o Liều lượng tia xạ phân bố trên bệnh nhân phải được đo đạc một cách chính xác. o Chùm tia bức xạ phải điều chỉnh và thay đổi được theo bất kì hướng và vị trí nào trên bệnh nhân. o Để thực hiện được việc hướng chùm tia vào đúng vị trí bệnh nhân thì hệ thống giường điều trị phải chuyển động được theo ba chiều với độ chính xác cao. o Vì việc điều trị thường phải kéo dài nên thiết bị phải hoạt động ổn định và chính xác cao. Độ ổn định là hết sức quan trọng trong mục đích điều trị, để có thể phục vụ được một số lượng lớn bệnh nhân khi đã chi ra một khoản tiền lớn mua sắm thiết bị. o An toàn và ổn định về cơ khí cũng là một thông số hết sức quan trọng. 2.2 MÁY GIA TỐC DÙNG TRONG XẠ TRỊ UNG THƯ NGÀY NAY 2.2.1 Nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc electron Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị còn gọi là máy gia tốc Megavolt hay máy gia tốc electron. Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối đơn giản trên hình 2.1 [3]. Hình 2.1. Các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị Các thành phần chính của một máy gia tốc dùng trong y tế thường được chia thành 5 hệ thống:  Hệ thống bơm: là một nguồn eletron và được gọi là súng điện tử (electron gun).  Hệ thống tần số vô tuyến: bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton hoặc klyston, bộ điều chế, ống dẫn sóng gia tốc, trong đó các electron được gia tốc và một §Çu m¸y ®iÒu trÞ HÖ thèng héi tô, tõ tr−êng l¸i tia HÖ thèng t¨ng tèc chïm electron Bé cung cÊp n¨ng l−îng vμ ®iÒu biÕn Nguån cung cÊp sãng siªu cao tÇn Chïm tia Sóng ®iÖn tö circylator cho phép truyền công suất vô tuyến chỉ từ nguồn đến ống dẫn sóng gia tốc nhưng không theo hướng ngược lại.  Hệ thống thiết bị phụ trợ: bao gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh nước, hệ thống nén khí, hệ thống chất điện môi bằng gas để truyền vi sóng từ bộ phát tần số vô tuyến tới ống dẫn sóng gia tốc và bảo vệ ngăn bức xạ rò.  Hệ thống vận chuyển chùm tia: Hệ thống vận chuyển chùm electron trong chân không từ ống dẫn sóng gia tốc tới là tán xạ, kết hợp với thiết bị lái từ trường và các thiết bị hội tụ.  Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia: Hệ thống chuẩn trực và theo dõi chùm được đặt trong đầu điều trị, cung cấp hình dạng và theo dõi chùm tia X hoặc chùm tia electron lâm sàng. Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với phần gia tốc là:  Hệ thống collimator chuẩn thông dụng.  Hệ thống đèn laser xác định trụ quay của máy, trục thẳng đứng của chùm tia, bộ hiển thị chùm tia bằng ánh sáng nhìn thấy.  Hệ thống camera theo dõi bệnh nhân, hệ thống đàm thoại giữa thầy thuốc và bệnh nhân.  Hệ thống đo khoảng cách từ nguồn tới da bệnh nhân.  Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị, màn hình thông báo các số liệu liên quan đến việc điều trị.  Hệ thống cho chắn phóng xạ.  Hệ thống tự ngắt máy gia tốc khi có sự cố. Các hệ thống liên quan đến quá trình điều trị bằng máy gia tốc:  Giường máy có thể điều khiển lên, xuống, quay theo các góc.  Hệ thống tính liều lượng và lập kế hoạch điều trị.  Hệ thống đo liều: máy đo tia phóng xạ, máy đo phòng hộ tia xạ…  Hệ thống làm khuôn chì… 2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc electron Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ catod của súng điện tử bị nung nóng. Sau đó electron được tăng tốc về phía anod đục lỗ để đi vào ống dẫn sóng gia tốc. Ở đây, các electron được gia tốc bước đầu bằng trường tĩnh điện. Trước khi đi vào ống dẫn sóng, các electron được điều chế thành xung rồi được phun vào ống dẫn sóng. Trong ống dẫn sóng, các electron được gia tốc bằng sóng cao tần. Năng lượng truyền cho electron lấy từ bức xạ vi sóng. Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng các xung ngắn. Bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng - đó là các “van” magnetron hoặc klystron. Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với mức năng lượng đỉnh là 5 MV hoặc hơn nữa để gia tốc điện tử. Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của bức xạ vi sóng để chúng có thể được gia tốc. Hệ thống ống dẫn sóng và súng điện tử được hút chân không cao, sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với các nguyên tử khí. Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chyển động chính xác dọc theo trục được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó là lực đẩy Culomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lắp ghép không hoàn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm, do tác động của các điện từ trường ngoài… Do đó, chùm electron gia tốc phải được lái một cách chủ động. Trước hết sử dụng một điện trường hội tụ đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng. Sau đó là các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng hướng theo ống dẫn sóng, từ đó hướng ra ngoài theo đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng tới bia tạo ra tia X. Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron, thì chùm tia electron gia tốc được đưa trực tiếp vào đầu điều trị qua một cửa sổ nhỏ. Sau đó được tán xạ trên các lá tán xạ hoặc được từ trường quét ra trên một diện rộng theo yêu cầu của hình dạng, diện tích trường chiếu trong các trường hợp điều trị cụ thể. Chùm tia được tạo hình dạng bằng các bộ lọc phẳng, nêm, collimator sơ cấp, thứ cấp. Liều lượng được kiểm soát bằng các detector. Còn nếu ở chế độ phát tia X thì chùm electron đã gia tốc được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia. Chùm tia electron có động năng lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với các nguyên tử vật chất và bị hãm lại, phát ra tia X năng lượng cao. Phổ năng lượng của tia X phát xạ và suất liều bức xạ phụ thuộc vào mức năng lượng của điện tử, nguyên tử số, bề dày bia và chất liệu dùng làm bia. Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định lượng phù hợp. Hầu hết các máy gia tốc xạ trị hiện nay đều có hai chế độ phát chùm photon và chế độ phát electron. Do đó về mặt cơ khí được cấu tạo để có thể thay đổi từ chế độ này sang chế độ khác một cách linh hoạt. Ví dụ như bia tia X có thể đưa ra khi sử dụng chế độ phát tia X và được rút vào khi phát chùm photon. Trong quá trình hoạt động, khi hãm các chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do đó cần hệ thống làm nguội bằng nước. Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế hệ thống cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và giường điều trị. Các hệ thống này đều được kiểm soát an toàn bằng một chuỗi khóa liên động điện, cơ khí, nhiệt độ, áp suất và kiểm soát chùm bức xạ với nhau. 2.3 MỘT SỐ NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY GIA TỐC PRIMUS- SIEMENS Đây là máy gia tốc hiện đang được sử dụng điều trị ung thư tại bệnh viện K- Hà Nội và ở một số cơ sở điều trị khác tại Việt Nam. Máy có nguyên lý cấu tạo và hoạt động như loại máy Megavolt trong xạ trị đã được trình bày ở phần trên [3,4]. Trên hình 2.2 là hình ảnh của máy gia tốc Primus đang được sử dụng điều trị ung thư Hình 2.2. Máy gia tốc xạ trị Primus Máy gia tốc Primus cung cấp hai nguồn bức xạ để điều trị: Chùm electron trực tiếp với các mức năng lượng khác nhau: 6, 9, 12 và 15 MeV. Bức xạ này tuy không có khả năng xuyên sâu nhưng có hệ số truyền năng lượng LET (linear energy transfer) cao hơn nhiều lần so với photon. Vì vậy nó có hiệu quả điều trị rất cao với các tổn thương nông. Các mức năng lượng dùng để điều trị khối u ở sát bề mặt với độ nông sâu khác nhau như ung thư da và ung thư vú. Chùm photon với hai mức năng lượng 6MeV và 15 MeV dùng để điều trị khối u ở độ nông sâu khác nhau như u vùng tai mũi họng, vùng cổ, u phổi, u trung thất, các khối u vùng bụng và tiết niệu, khối u xương, não, đầu, cổ, ngực, phổi, hạch bạch huyết, tuyến tụy, xương chậu …và các bệnh trẻ em. Các mức năng lượng này cho phép điều trị hiệu quả ung thư ở khắp nơi trong cơ thể: trong não, đầu mặt cổ, phổi, các tạng trong ổ bụng, hạch bạch huyết…Khi máy ở chế độ phát phát tia gamma, chùm electron sau khi được gia tốc được đưa đến đập vào bia, tạo ra chùm tia X đi ra từ cửa sổ trong đầu máy điều trị. Tuy nhiên, chùm tia được lấy ra để điều trị không phải là chùm tia sơ cấp này mà là chùm tia sau khi đã đi qua một hệ thống các collimator che chắn, lọc, nêm,…Trong đó, lọc và nêm là các bộ phận dùng để lọc phẳng chùm tia, collimator sơ cấp để hạn chế kích thước trường cực đại của chùm tia X, collimator thứ cấp để định dạng trường chiếu [4,5] của chùm tia. Trên hình 2.3. đưa ra sơ đồ cấu tạo lối ra của máy gia tốc dùng trong xạ trị để thu được chùm photon có trường chiếu khác nhau. Năng lượng của chùm tia đi ra từ cửa sổ của đầu điều trị được tập trung chủ yếu trong trường chiếu đã xác định do sự định dạng của collimator thứ cấp. Các loại máy gia tốc xạ trị hiện đại thường dùng loại collimator đa lá có thể định dạng trường chiếu rất chi tiết. Máy gia tốc tuyến tính Primus của hãng SIEMENS đáp ứng được các yêu cầu của xạ trị chiếu ngoài hiện đại. Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống collimator và lọc phẳng chùm tia X trong đầu điều trị của máy gia tốc xạ trị Primus Chùm tia phát ra từ máy Primus được xác định rõ về năng lượng, liều lượng ổn định trong suốt thời gian sử dụng. Liều đó đồng đều bên trong chùm tia và được đo đạc chính xác. Hướng đi và cường độ của chùm tia, vị trí và kích thước trường chiếu được kiểm soát và điều chỉnh dễ dàng. Thân máy có thể chuyển động quanh giường bệnh nhân, giúp dễ dàng tạo ra các góc chiếu khác nhau. Chùm electron Collimator thứ cấp Buồng ion hóa Bộ lọc phẳng Collimator sơ cấp Bia tia X Chùm tia X đi ra điều trị Máy Primus hiện đại có những ưu điểm để thoả mãn các yêu cầu về lọc tia, lái tia và che chắn thích hợp để khắc phục hiện tượng tán xạ. Primus có bộ phận hội tụ và uốn cong, láí chùm tia ở các mức năng lượng mong muốn. Điều đó tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh trường chiếu. Hình 2.4. Collimator đa lá định dạng trường chiếu Phần mềm Simtec AFS của máy cho phép tự động sắp xếp các trường chiếu với các góc độ khác nhau của thân máy mà không cần sự can thiệp của người điề