Đề tài Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ

lý đó là ứng dụng vật lý trong y học, nó góp phần quan trọng trong việc chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu quả cao. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Máy X-quang Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901, và cũng từ đó chúng ta đã có được những bước tiến dài trong lĩnh vực này .. Nguyên tắc hoạt động Để tạo ra tia X, trong máy X-quang gồm các bộ phận: Ống tia X là bộ phận phát tia X,bao gồm : cathode, anode, rotor, stator, vỏ bọc kim loại, vỏ bọc tia X. Màn chắn Chân không ống thủy tinh Thiết bị làm lạnh Bia tungsten Thanh đồng Bộ lọc Dây tóc Cổng Hình 1: Cấu tạo ống tia X Giữa âm cực (cathode) và dương cực (anode) là một điện thế gia tốc rất lớn từ 20-300KV, các electron được phát ra từ âm cực đốt nóng và được gia tốc bằng điện trường, chúng sẽ va chạm vào anode với 1 động năng nào đó. Âm cực là 1 dây tóc tungsten có hình lò xo xoắn thẳng đứng là nguồn phát ra các electron. Chén hội tụ xoay quanh tim đèn để làm hội tụ chùm âm điện tử, chén hội tụ thông thường được làm từ Nikel. Trong những bóng đèn X quang hiện đại sẽ gồm 2 tim đèn : 1 tim đèn lớn công suất cao dùng chụp bộ phận lớn, 1 tim đèn nhỏ dùng chụp hình ảnh cần độ phân giải cao. Dương cực chia làm 2 loại : loại quay và loại không quay. Loại không quay gồm 1 bia Tungsten gắn chặt vào 1 khối đồng, nó đóng 2 vai trò là vật mang cực dương và vật tải nhiệt. Nhưng khuyết điểm của loại dương cực không quay là : nó dễ bị ăn mòn và giới hạn cường độ dòng tia X. Loại không quay được dùng để chụp X-quang ở các cơ quan như hàm, răng, X quang xách tay. Loại quay thì được dùng cho hầu hết các chẩn đoán, cái chính là do tải nhiệt tốt hơn. Vì thế chất lượng tia X sẽ tốt hơn. Bộ phận làm cho dương cực quay chính là Rotor. Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc độ quay từ 3000-3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất là 9000-10000 vòng/phút. Giá đỡ rotor phải chịu được nhiệt, đây là nguyên nhân làm hỏng ống tia X, dầu thường được dùng làm chất giải nhiệt . Trong chẩn đoán y học để thu nhận được tia X người ta sử dụng phim âm bản chứa trong cassette. Cassette được đặt sau vật cần chiếu, tia X sau khi xuyên qua được vật sẽ đến đập vào phim. Khi rửa phim người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với tia X khi rửa sẽ không bị mất (có màu đen) còn nơi nào không tác dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị trôi (có màu trắng). Chính vì độ xuyên sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp những vật cứng như : xương, răng, không dùng để chụp mô. Hiện nay người ta không dùng phim âm bản bởi vì bất tiện, người ta đã tiến đến sử dụng X-quang kỹ thuật số. Ảnh thu được dưới dạng số, lưu vào máy tính và được chỉnh sửa rất dễ dàng. Yêu cầu an toàn Do tia X là một bức xạ nên có thể làm tổn thương tế bào, phôi bào, tác hại di truyền, ung thư, ... Do đó phải dùng vật chắn tia : nếu không thể tránh xa được tia phóng xạ, phải sử dụng những màn chắn tia, hoặc màng hấp thụ. Đóng kín ngõ ra của tia bằng vật hấp thụ phóng xạ ở tại bóng đèn. Dùng tấm lọc tia phải có bề dày ít nhất từ 1 mm - 2 mm bằng nhôm đặt ở cửa sổ đầu đèn. Điều khiển chống tia để tránh bộ phận sinh dục và dùng tấm chắn cao su chì để bảo vệ bộ phận sinh dục khi chẩn đoán phần bụng của bệnh nhân nam, nữ và cả vùng ngực bệnh nhân. Tường của phòng X-quang phải được tráng barit hoặc chì có bề dày ít nhất là 5cm. Kỹ thuật viên sử dụng máy X-quang cần mặc quần áo bảo hộ, phải chuẩn bị bệnh nhân thật kỹ để tránh cho bệnh nhân phải chẩn đoán lần 2, nên dùng loại phim có lớp nhũ tương độ bắt sáng cao nhất và dùng bìa tăng sáng siêu nhạy. Sử dụng bộ thời gian tự động (Autotimer) như là tế bào quang điện bằng ion để giảm thiểu việc chụp phim lần 2. Thời gian chụp ảnh không được lâu và bệnh nhân không được chụp ảnh nhiều lần trong một tháng. Tia X tác hại trên thai nhi là chuyện đã rõ, tuy nhiên mức độ thế nào là tùy tuổi thai và liều lượng của tia. Tia X có thể kèm theo nguy cơ ung thư, bệnh bạch cầu cấp và một số dị tật bẩm sinh cho thai nhi. Theo Ủy ban Kiểm soát về vấn đề hạt nhân của Mỹ, thai nhi có nguy cơ mắc bệnh ung thư về sau nếu nhiễm liều bức xạ từ 2- 6 rad. Với liều bức xạ > 5 rad thai nhi có nguy cơ bị dị tật bẩm sinh. Tùy vào mức độ phơi nhiễm, tia X có thể gây sẩy thai, chậm phát triển thai nhi hoặc một vài loại ung thư ở giai đoạn sau này. Ở cùng liều bức xạ, mức độ nguy hiểm nặng, nhẹ tùy giai đoạn tuổi thai (xem bảng 1). TUẦN TUỔI THAI ẢNH HƯỞNG 0-1 ( tiền làm tổ ) Chết phôi 2-7 ( giai đoạn phát triển cơ quan) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư 8-40 (giai đoạn thai ) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư, trì trệ Bảng 1: Sự ảnh hưởng của việc chiếu tia X lên thai nhi. Máy CT scan CT là viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computed Tomography. CT scan có nghĩa là chụp quét cắt lớp điện toán, thường được gọi tắt là chụp CT hay chụp CT scan. Đây là phương pháp chẩn đoán hình ảnh sử dụng tia X để tạo nên các bức ảnh về mặt cắt các bộ phận trên cơ thể. Nguyên tắc hoạt động Hình 2: Các bộ phận của máy CT. - ống tia X( X-ray tube). - ống chuẩn trực (collimator). - Bộ phận ghi nhận (detectors). - Màn hình (monitor). - Máy tính (computer). CT cũng dùng tia X nhưng có nhiểu điểm khác biệt và phức tạp hơn X-quang thông thường. Một chùm tia X được sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể bạn. Ở phía bên kia, thay vì đặt một tấm phim, người ta dùng các máy thu (detector) để ghi lại tín hiệu này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh bạn nhưng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một mặt phẳng để lấy dữ liệu về lát cắt này. Toàn bộ những dữ liệu này gọi là dữ liệu thô (raw data). Chúng ta không thể hiều được các dữ liệu này. Vì vậy phải dùng tới các phương pháp toán học để biến đổi các dữ liệu thô thành hình ảnh. Thay vì dùng một detector để ghi độ suy giảm của một chùm tia hẹp, các máy CT hiện nay (thế hệ thứ ba và thứ tư) dùng một chùm tia hình rẽ quạt, và dùng nhiều detector để ghi nhận đồng thời. Do đó máy tính sẽ phải tính toán nhiều hơn, nhưng thời gian quét sẽ ngắn hơn và hình ảnh thu được có độ tương phản rất cao. Các máy hiện đại có thời gian quét một vòng chỉ khoảng 5 giây. (a) (b) Hình 3: Tia X và máy thu quay xung quanh tạo thành các lát cắt. máy quay xung quanh cơ thể. Hình 2 lát cắt. Hệ thống máy chụp Trong hình dưới là một hệ máy CT hiện đại. Nó gồm một gantry, một bàn bệnh nhân và một máy tính. Hình 4: Một máy CT trên thực tế. Gantry là bộ phận trong đó có chứa ống tia X và các detector, đặt đối diện nhau trên một vòng tròn. Vòng tròn này có thể quay quanh tâm để quét một lớp trên cơ thể bệnh nhân. Bàn bệnh nhân có thể chuyển động dọc trục. Sau khi quét xong một lớp, bàn lại dịch chuyển một đoạn, và một lớp khác được quét. Tín hiệu điện thu được từ đầu dò được đưa đến máy tính để xử lý. Máy tính sẽ dùng các thuật toán để tái tạo hình ảnh của phần cơ thể được chụp và hiển thị ảnh lên màn hình. Máy tính phải rất mạnh để thực hiện tái tạo ảnh song song với quá trình thu dữ liệu, nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc kết thúc thu tín hiệu và hiển thị ảnh. Yêu cầu an toàn CT scan và các phương pháp sử dụng tia X khác đều cần phải được theo dõi và kiểm soát một cách chặt chẽ để đảm bảo sử dụng số lượng tia xạ tối thiểu. Nguy cơ sẽ càng tăng lên khi tiến hành càng nhiều lần chụp. Trong một số trường hợp, CT scan cũng cần phải được thực hiện nếu có lợi nhiều hơn so với nguy cơ. Ví dụ trong trường hợp nghi ngờ ung thư mà không tiến hành chụp CT thì đôi khi còn nguy hiểm hơn. Chụp CT vùng bụng thì không nên tiến hành trên những phụ nữ đang mang thai,bởi vì có thể gây hại đến thai nhi. Những phụ nữ mang thai này nên thông báo cho bác sĩ biết để có thể xem xét sử dụng những phương pháp khác. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography-PET) Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc nó dựa vào học thuyết phóng xạ, y học hạt nhân. Đầu tiên người bệnh sẽ được truyền các chất phóng xạ FDG ( thành phần tổng hợp của Glucoza với đồng vị phóng xạ ), do các khối u là bộ phận hấp thụ nhiều Gluco nhất trong cơ thể, sau một khoảng thời gian nhất định ( thông thường là 60 phút ) thì nồng độ Glucoza ( tức FDG ta truyền vào cơ thể người bệnh ) tại các tế bào ung thư là nhiều nhất. Ở đấy, các nguyên tử phóng xạ phát ra positron (hạt như điện tử nhưng mang điện dương) đi được một đoạn ngắn thì gặp điện tử vì trong cơ thể có rất nhiều điện tử. Khi một positron gặp một điện tử thì cặp hạt - phản hạt này hủy nhau và phát ra hai photon đi thẳng, ngược chiều nhau. Các photon này có năng lượng rất lớn, vào cỡ tia gamma nên xuyên qua được cơ thể, bay thẳng ra ngoài. Nếu bố trí hai detector nhấp nháy ở hai đầu đối diện, hai detector sẽ thu được đồng thời hai photon do hủy cặp positron - điện tử tạo ra. Chỉ khi nào có hai photon đồng thời đến hai detector của một cặp đối diện, hai detector mới ghi nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý. Nếu có tế bào ung thư trong cơ thể sẽ cho ra các vùng màu đặc trưng phân biệt hẳn với các mô lành. Như vậy qua các vùng màu này ta có thể xác định đươc chính xác vị trị, các di căn trong khối u trong cơ thể bệnh nhân rồi từ đó đưa ra các kết quả chẩn đoán và phương thức điều trị tốt nhất. Còn thành phần FDG trong cơ thể bệnh nhân sau đó sẽ chuyển hoá hoàn toàn thành phần đường Glucoze hấp thụ vào cơ thể. Các hạt nhân phóng xạ dùng ở PET phải là những hạt nhân có thời gian sống ngắn, thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2 phút) và 18F (~110 phút). Do thời gian sống ngắn nên phải chế tạo các chất phóng xạ tại chỗ gần nơi đặt máy PET. Cách chế tạo phổ biến là dùng một máy gia tốc điện tử nhỏ bắn phá điện tử năng lượng cao vào các chất để tạo ra chất phóng xạ. Phản ứng hủy hạt Tín hiệu trùng phùng Dữ liệu Hình ảnh Hình 5: Hệ thống máy PET Hình 6: Máy PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các ĐVPX có đời sống ngắn Kết hợp PET-CT Hiện nay để đạt được hiệu quả tốt nhất về hình ảnh chẩn đoán, người ta kết hợp các loại máy với nhau. Các xét nghiệm y học hạt nhân thường hướng tới chức năng thành phần, trong khi CT lại hướng về cấu trúc. Kết hợp kỹ thuật y học hạt nhân với chụp CT trong máy PET đã nâng cao ưu điểm của cả hai kỹ thuật và mang lại kết quả chẩn đoán chính xác. Sau khi chụp, hình ảnh chụp CT sẽ được lồng với hình ảnh của PET cho phép các bác sĩ phát hiện vị trí khối u, vị trí của bất thường với độ chính xác từng milimét. Với những máy scanner này là thiết bị hình ảnh y tế đầu tiên, cắt lớp từng cơ quan trong cơ thể, cung cấp rõ ràng và đồng thời cả hai hình ảnh vừa để phục vụ phẫu thuật vừa có thể giúp chẩn đoán thương tổn và tình trạng chức năng từng cơ quan trong cơ thể, từ đó có thể đưa ra những phương pháp điều trị tốt hơn và với chi phí thấp hơn. + = CT PET PET-CT Hình 7: Hình ảnh kết hợp PET-CT Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon Emission Computed Tomography - SPECT) SPECT là một kỹ thuật hạt nhân rất hiện đại nhờ vào sự phát triển của máy tính. Về cơ bản SPECT hoạt động như một gamma camera, tuy nhiên gamma camera này thực hiện việc ghi ảnh ở nhiều góc độ khác nhau, mỗi góc là một ảnh hai chiều. Tái hợp các ảnh hai chiều này bằng công cụ máy tính sẽ cho ta ảnh 3 chiều, việc chẩn đoán sẽ có kết quả tốt hơn rất nhiều so với ảnh 2 chiều. Nguyên lý hoạt động Gamma camera Gamma Camera có cấu tạo gồm 4 phần chính : Ống chuẩn trực Collimator Tinh thể phát sáng (scintillation crystal) Ống nhân quang ( PM – Photomultiplier tube) Bộ phân tích chiều cao xung ( PHA – Pulse height analyzer ). Mỗi thành phần này sẽ thực hiện một chức năng riêng trong việc chuyển ảnh gamma thành ảnh ánh sáng và truyền nó tới các thiết bị quan sát thích hợp hoặc tới phim. Hình 8: Cấu tạo của Gamma camera ống chuẩn trực ( collimator). ống nhân quang( photomultiplier tube). Mạch khuếch đại (amplifiers). Máy xử lý tín hiệu (position decoding circuits). Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ bệnh nhân phát ra và chiếu ảnh Gamma vào bề mặt tinh thể. Tinh thể phát sáng hấp thụ ảnh gamma và chuyển nó sang ảnh ánh sáng. Ảnh ánh sáng này có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh trực tiếp từ trạng thái này. Do đó sẽ phải khuếch đại các chùm ánh sáng này bằng việc cho đi qua dãy ống nhân quang. Ống nhân quang nằm đằng sau tinh thể phát sáng nhận ánh sáng này chuyển thành các xung điện và khuếch đại các xung điện này. Sau đó các xung này sẽ được phân tích và được hiển thị qua bộ phân tích chiều cao xung( PHA ). Nếu xung nằm trong phạm vi cửa sổ được lựa chọn, nó sẽ truyền qua bộ phân tích chiều cao xung và được ghi lại trên bộ nhớ máy tính để cho các phân tích quan sát và xử lý sau này. Nguyên lý hoạt động của SPECT Trước khi được máy SPECT chụp, bạn được tiêm vào một chất hóa học mà nó có thể bức xạ được nghĩa là phát ra tia gamma mà SPECT có thể phát hiện được. Dựa vào nguyên lý của Gamma camera, tạo ảnh 3 chiều. Sử dụng các Gamma Camera quay vòng xung quanh cơ thể, với mỗi lần dịch chuyển 3-6 độ và mất 15/20 s, như vậy sẽ quay trong 15-20 phút để quay hết một vòng. Camera thu được hàng loạt ảnh ở khoảng cách các góc bằng nhau khi nó chuyển động quay. Các detector thường dừng ở mỗi phần chiếu này trong khi thu nhận dữ liệu bằng cách sử dụng phương thức bước và nhảy (step and shoot mode). Có thể lựa chọn quay góc 1800 hoặc 3600. Độ nhạy sẽ tăng lên đáng kể nếu như sử dụng camera có hai hoặc ba đầu ghi ảnh. Thuật toán tái tạo ảnh giống như đối với máy CT( tomographic recontruction ). Máy tính sẽ thu nhận những thông tin được phát ra bởi tia gamma và chuyển thành hình ảnh theo những mặt cắt ngang hai chiều. Những mặt cắt ngang này sau đó được tập hợp lại để tạo thành hình ảnh ba chiều. Hình 9: Hình ảnh hệ thống máy SPECT hai đầu thu trên thực tế Yêu cầu an toàn Cũng giống như chụp X-Quang và CT, khi chụp SPECT cơ thể chúng ta cũng sẽ hấp thụ một lượng bức xạ. Tuy nhiên lượng bức xạ này thấp hơn nhiều so với liều lượng của X-Quang và CT. Những phụ nữ có thai hoặc không nên chụp SPECT. Trước khi chụp SPECT bạn nên ăn mặc thoải mái và nghỉ ngơi khoảng 1-2 giờ. Đầu tiên bạn được tiêm vào một lượng nhỏ chất hóa học và được yêu cầu nghỉ ngơi từ 10 – 20 phút, cho đến khi chất hóa học ngấm vào trong cơ thể. Tiếp sau đó bạn sẽ được nằm trên một chiếc giường thoải mái; trong khi một chiếc camera đặc biệt quay xung quanh trên đầu của bạn. Một điều bạn cần phải lưu ý là bạn phải nằm im cho đến khi nào máy chụp xong hoàn toàn để đảm bảo cho hình ảnh thu được thật chính xác. Khi chụp xong bạn có thể rời khỏi phòng và đừng quên uống thật nhiều nước để trôi đi hết lượng chất hóa học còn trong cơ thể bạn. Dao gamma Lịch sử phát triển Năm 1951, Giáo sư về phẫu thuật thần kinh người Thụy Điển Lars Leksell (1907-1986) đưa ra khái niệm radiosurgey (xạ phẫu) và khái niệm stereotactic (dùng phương pháp 3D). Ông bắt đầu nghiên cứu chế tạo các thiết bị phẫu thuật bằng tia phóng xạ. 1967-1968, kỹ thuật phẫu thuật bằng tia gamma bắt đầu được sử dụng tại Thụy Điển. Sau đó, công ty Elekta AB của Thụy Điển đăng ký độc quyền thương hiệu Gamma  Knife, độc quyền kiểu dáng và phát triển thành một số model dựa trên thiết kế ban đầu. Đặc điểm chung của thiết kế này là các nguồn phát tia gamma được giữ yên (static). Năm 1997, một thế hệ thiết bị mới ra đời, hệ thống này có những đặc điểm khác với hệ thống của Elekta AB. Thay vì đứng yên, các nguồn phát tia gamma sẽ được quay, do đó thế hệ thiết bị mới này còn được gọi là Hệ thống gamma xoay (Rotating Gamma System). Cấu tạo dao gamma cổ điển Hệ thống sử dụng bức xạ gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ Cobalt 60 (Co-60). Các chùm photon gamma rất mảnh nhưng có khả năng xuyên sâu qua hộp sọ, tổ chức lành và hội tụ tại một điểm - tổ chức bệnh lý cần phá huỷ. Dạng thiết bị này có ba bộ phận chính: -Bộ phận phát chùm tia gamma có 201 nguồn Cobalt-60, tổng liều 6.000Ci. Các nguồn cobalt được bố trí trên một vật thể có dạng hình cầu và tập trung vào một điểm. Điều này giúp cho từng tia gamma riêng rẽ sẽ không gây nguy hại, nhưng tại điểm tập trung, năng lượng tia gamma rất lớn sẽ giúp tiêu diệt khối u.  -Bộ phận định hướng (collimator helmet) gắn liền với bộ phận phát tia gamma. Bộ phận này có dạng chụp hình cầu cố định, chứa các bao (dụng cụ) định hướng. -Bộ phận định vị không gian 3 chiều nhằm "điều khiển" tia gamma đi đúng đến nơi cần hội tụ (tức là nơi cần chữa bệnh). Giá đỡ Bộ phận định hướng Nguồn Co Đường chiếu tia Buồng che chắn Cửa che chắn Khung trượt Hình 10: Hệ thống dao gamma Nhờ kỹ thuật định vị không gian 3 chiều chính xác thiết bị này đem lại độ chính xác cao, hiệu quả tốt và an toàn. Liều lượng phóng xạ và vị trí bệnh lý được xác định trên bởi hệ thống lập kế hoạch điều trị mô phỏng 3 chiều. Đây là phương pháp này được gọi là "xạ phẫu định vị ba chiều" (Stereotactic radiosurgery) với hệ thống điều trị là dao Gamma (Gamma Knife). Hệ gamma quay : "Gamma ART-6000" của Hoa Kỳ Gần đây công ty American Radiosurgery Inc. đã cải tiến dao gamma Leksell cổ điển thành hệ gamma quay mà hiện đại nhất là sản phẩm "Gamma ART-6000". Hệ gamma quay cũng dựa theo nguyên lý dao gamma cổ điển nhưng thay cho mũ collimator cố định là hệ thống collimator quay quanh đầu. Hệ thống xạ phẫu gamma quay sử dụng bộ điều khiển đồng tâm (isocenter) được tạo bởi 30 nguồn phóng xạ Co-60. Nó bao gồm giá bán cầu ở mặt ngoài để định vị và định hướng, nguồn phóng xạ được sắp xếp tạo nên một khuôn hình tròn không đối xứng. Bán cầu bên ngoài chứa các nguồn xạ, bán cầu bên trong bao gồm các ống định hướng và những lá chắn có các kích cỡ khác nhau. Cả hệ thống (gồm nguồn và ống định hướng) quay đồng thời quanh đầu bệnh nhân trong khung máy với tốc độ từ 2-4 vòng/phút. Hình 11: Hình ảnh hệ thống gamma quay Vertex360 của American Radiosurgery Nguyên lý chung Tia gamma là các bức xạ điện từ có năng lượng và khả năng đâm xuyên lớn (có bước sóng nhỏ hơn và năng lượng lớn hơn tia X). Khi chiếu tia gamma lên tế bào tới một liều lượng nhất định, bức xạ sẽ cung cấp năng lượng tới các tế bào khối u làm thay đổi ADN của các tế bào. Các tế bào sẽ mất khả năng phân chia và hấp thụ và chết. Hình 12: Nguyên lý hoạt động của dao gamma. Như vậy có thể dùng tia gamma để phá hủy các khối u nằm trong cơ thể mà không cần phải mổ xẻ. Đây là phương pháp mổ không xâm lấn (non-invasive). Tuy nhiên, vấn đề là phải làm sao chiếu đúng chùm tia lên các tế bào khối u trong khi vẫn phải đảm bảo an toàn cho các tế bào bình thường xung quanh.  Ưu điểm của hệ gamma quay so với dao gamma cổ điển Nhờ bộ collimator quay mà hệ gamma quay không đòi hỏi phải chụp mũ và cố định mũ định hướng như trong dao gamma Leksell cổ điển, mũ đó rất nặng nề và khó chịu. Đặc biệt khi cần thay đổi trường chiếu (shot) vẫn không cần lắp đặt lại mũ chùm đầu. Hệ thống lá chắn tại ống định hướng đạt hiệu quả giảm sự tán xạ rất cao, chỉ còn khoảng 2% khi collimator đóng. Các nguồn xạ của hệ thống này lúc chuẩn bị và chưa điều trị vẫn được giữ trong khung bảo vệ nên không gây liều chiếu có hại cho bệnh nhân và nhân viên xung quanh. Với hệ thống dao gamma quay này, suất liều tại các điểm đồng tâm có thể đạt đến 3 Gy/phút với độ lệch vị trí chỉ < 0,1 mm. Do vậy nguồn xạ rút từ 201 xuống còn 30 nhưng tổng hoạt độ phóng xạ vẫn là 6000 Ci. Số lượng nguồn xạ rút xuống cũng làm giảm chi phí nạp và thay nguồn. Hệ thống này có máy định vị không gian cũng chính xác và nhỏ gọn hơn, độ tự động hoá cao giúp cho việc điều trị dễ dàng và độ chính xác của điểm hội tụ chùm tia rất cao. Hệ thống gamma quay còn có thiết bị lập kế hoạch điều trị (treatment planning). Nó được trang bị RGS Explorer 4D là phần mềm tương thích mới nhất. Nhờ hệ thống này máy có khả năng tái tạo ảnh 3D chất lượng cao, tự động lập kế hoạch điều trị nhanh và chính xác đến mức 0,1mm. Nó sử dụng hợp nhất các loại hình ảnh ghi được của sọ não CT, MRI, PET hay SPECT và Angiogram để xác định vị trí và lập kế hoạch điều trị. Nó cũng xác định được đường viền bờ hộp sọ để xác định vòng quay thích hợp cho các nguồn xạ.. Vấn đề an toàn Bởi vì viêc xác định vị trí chính xác là nhân tố rất quan trọng để đảm bảo cho sự an toàn của bệnh nhân (với sai số cho phép không quá vài phần mm). Vì thế , không cho phép bất cứ yếu tố nào có thể làm giảm độ chính xác này. Nhằm đạt được độ chính xác cần thiết, một bộ phận được sử dụng để giữ cho phần đầu được cố định. Mục tiêu sẽ được định vị bằng ảnh MRI hoặc CT, cần xác định rõ thể tích của mục tiêu cần điều trị. Đơn vị phát tia gamma phải được định vị chính xác với mục tiêu đã xác định. Cũng giống như các phương pháp xạ trị thông thường, việc xác định chính xác vị trí và ước lượng liều lượng chiếu là hết sức cần thiết. Quá trình điều trị đòi hỏi phải được theo dõi bởi các nhà vật lý y sinh, đảm bảo cho các thiết bị phần mềm hoạt động tốt nhất. Thiết bị cần phải được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo độ chính xác và an toàn cho bệnh nhân và thầy thuốc. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính Nguyên lý hoạt động Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt vi mô tích điện như hạt alpha, proton, electron bằng điện hoặc từ trường. Máy gia tốc Van de Graaff đầu tiên được lắp đặt vào năm 1931. Tuy vậy loại máy gia tốc Van de Graaff không tạo được chùm điện tử lớn hơn 6MeV. Về sau các máy gia tốc thẳng đã được cải tiến và sử dụng dòng điện xoay chiều cao tần cung cấp cho từng đoạn ống để gia tốc hạt điện tử. Ngày nay máy gia tốc được chế tạo rất hiện đại với hai loại tia phát ra là electron và photon. Khi sử dụng LINAC loại này ta có 2 nguồn xạ để điều trị: chùm hạt electron trực tiếp và chùm photon được sản sinh ra do chùm điện tử đập vào đối âm cực giống như trong bóng quang tuyến X (tạo ra bức xạ hãm). Tuy nhiên ở đây năng lượng photon rất cao do động năng của chùm điện tử được gia tăng rất lớn. Để hội tụ chùm tia lại theo hướng và vị trí mong muốn cần có một hệ thống từ trường kèm theo người ta sử dụng bộ phận làm chụm và lái chùm tia. Có thể uốn và lái chùm tia đó theo các hướng. Trong xạ trị các máy thường kèm theo bộ lọc phẳng, ống định hướng (collimator), giá đỡ lọc nêm, che chắn bằng chì để tạo hình dạng thích hợp của chùm tia. Các collimator có thể chuyển động đối xứng song song hoặc độc lập. Máy hiện đại có các collimator nhiều lá (Multi Leaf Collimator: MLC) với sự điều khiển tự động của máy tính. Điều này giúp thực hiện tốt hơn kỹ thuật điều trị điều biến liều (IMRT) theo hình thái khối u. Do đó phạm vi ứng dụng của máy gia tốc đã được mở rộng. Vì vậy có thể coi máy gia tốc là một nguồn phóng xạ nhân tạo đặc biệt phát ra đủ các loại tia có cường độ và năng lượng mong muốn. Hình 13: Máy xạ trị gia tốc tuyến tính. Cấu hình máy gia tốc hiện đại Cấu hình đơn giản và thông thường nhất là súng electron và bia tia X thẳng hàng trực tiếp với đường đồng tâm của máy gia tốc để tránh phải dùng hệ thống vận chuyển chùm tia (hình 14). Chùm photon thẳng suốt từ đầu đến cuối được tạo ra. Các máy này có mức năng lượng thấp từ 4-6 MeV. Hình 14: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có súng phát electron, ống dẫn sóng và bia tia X thẳng hàng. Ống dẫn sóng với các mức năng lượng trung bình 8-15 MeV và cao 15-30MeV sẽ rất dài nếu gần đường đồng tâm trực tiếp, bởi vậy chúng được đặt trong dàn quay song song với trục quay (hình 15), hoặc trong khung giá đỡ giàn quay ( hình 16). Sau đó một hệ thống vận chuyển chùm tia được sử dụng để dẫn chùm electron từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia. Hình 15: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn quay. Hình 16: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ máy So sánh máy Cobalt và máy gia tốc o Đối với những khối u nằm rất nông, khi tia xạ của máy Cobalt xuyên qua da vào đến nơi thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với yêu cầu (100% ở độ sâu cách mặt da 0,5 cm). Trường hợp này sẽ được xử lý rất tốt với chùm điện tử của máy gia tốc, bởi các cường độ chùm điện tử có thể giảm rất nhanh, đáp ứng yêu cầu điều trị. Hơn nữa, tia xạ sẽ mất hẳn ở độ sâu 5 cm. Cả hai điều này khiến những vùng lành ít bị tổn thương hơn. o Đối với những khối u ở sâu, ví dụ như một khối u nằm giữa phổi, cách bề mặt da trung bình 8 cm, liều xạ của máy Cobalt khi vào đến đây lại quá thấp, chỉ còn 40%, trong khi liều xạ của máy gia tốc có thể đạt 70%, giúp cho việc điều trị đạt hiệu quả tốt hơn. o Thực nghiệm cho thấy chùm photon có năng lượng càng lớn thì hiện tượng tán xạ càng ít. Do vậy khi thu hẹp kích thước chùm tia thì diện tích trường chiếu đồng liều càng thu hẹp nếu chùm photon đó có năng lượng càng cao. Ví dụ: chùm photon 20 MV có thể cho trường chiếu đồng liều có đường kính là 15 cm trong lúc đó với photon 50 MeV đường kính đó chỉ là 6 cm. Vấn đề này không được lưu ý nhiều trong xạ trị với Co-60 nhưng được c