Bài báo cáo đưa ra các y sau: 

1. Giới thiệu chung đặc điểm kỹ thuật
Máy gia tốc tuyến tính Linac - Primus của hãng Siemens . Đây là loại thiết bị hiện đại cung cấp hai nguồn bức xạ để điều trị:
Chùm electron trực tiếp với 7 mức năng lượng khác nhau: 5, 6, 7, 8, 10, 12 và 14 MeV. Bức xạ này tuy không có khả năng xuyên sâu nhưng có hệ số truyền năng lượng LET (lin-ear energy transfer) cao hơn nhiều lần so với photon gamma. Do khả năng đâm xuyên của các electron thấp cho nên thường chỉ định điều trị bằng chùm tia này cho các tổn thương nông. Độ sâu tối đa chúng có thể xuyên tới là 3cm dưới mặt da. Nó có hiệu quả điều trị rất cao.
Nguồn photon với 2 mức năng lượng 6 và 15 MeV (tức là tương đương với 3 và 8MV của tia gamma). Đây là giải năng lượng có hiệu suất liều sau tối ưu và mức năng lượng của nó cho phép điều trị hiệu quả các tổn thương ung thư nằm rất sâu trong cơ thể nghĩa là ở khắp nơi trong cơ thể: trong não, đầu mặt cổ, phổi, các tạng trong ổ bụng, hạch… 

Primus có bộ phận hội tụ và uốn cong, lái chùm tia ở các mức năng lượng mong muốn. Điếu đó tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh trường chiếu. Phần mềm simtec FS 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 điều khiển. Với phần mềm này hiệu quả điều trị tăng lên vì đạt được sự phù hợp lí tưởng giữa sự mong muốn về hiệu quả điều trị và kích thước trường chiếu. Nó bao gồm các MLC với các ưu điểm đã nêu ở trên.
Máy có hệ thống lập kế hoạch điều trị (treatment planning therapy) với phần mềm của Prowess, Hoa Kỳ do đó có thể thu nhận ảnh từ bất ký máy ghi hình nào, hợp nhất ảnh, kết nối mạng, xử lý ảnh và mô hình hóa cơ quan giải phẫu, dễ dàng vẽ đường viền tự động hoặc thủ công, miêu tả bề mặt, nội suy hoặc nhập đường bao lát cắt, đặt các điểm tính toán liều lượng, hiển thị và so sánh liều, tạo dựng trường chiếu, tính toán liều cho trường chiếu…
Primus có chức năng mô phỏng ảo cho máy CT. Đây là 1 kĩ thuật mới dùng để mô phỏng qua dữ liệu thu thập 1 lần khi chụp CT. Bệnh nhân không cần quay trở lại 1 lần nữa để làm mô phỏng trước khi xạ trị. Nó xác định được các đồng tâm (isocenter) và trường phối hợp với phép chiếu chính xác đến 1mm. Nó cũng có trang bị phần mềm mô phỏng ảo 3 chiều của Prowess, Hoa Kỳ, máy tính CT1-1 với màn hình 800*600.
Hệ thống lưu trữ và quản lý bệnh nhân theo phần mêm Lantis mới nhất.
Giường bệnh nhân với các chế độ hãm nhằm giảm rung khi chuyển động, phanh tự động khi mất điện, điều chỉnh tư thế bằng điện và bằng tay.
Có hệ thống cửa chắn Neutron để ngăn chặn photon và electron năng lượng cao thoát ra ngoài trong quá trình xạ trị. Có chế độ đảm bảo an toàn bức xạ tự động.
Trang bị thêm bộ Phantom nước 3 chiều, hệ thống đo liều, hệ thống làm khuôn Styro Former để tạo các khuôn đúc có hình dạng giống khối u giúp thực hiện che chắn các vùng cần bảo vệ khi xạ trị.
Như vậy chỉ định và chống chỉ định của Linac- Primus nằm trong khuôn khổ chung khi xạ trị và không bị hạn chế độ sâu như trong máy Co-60 chiếu ngoài. Nó cũng có thể dùng trong xạ phẫu sọ não như dao gamma không có chỉ định. Tất nhiên xạ trị chiếu ngoài cũng chỉ là 1 phương thức để phối hợp với các phương thức khác trong điều trị ung thư. Nó cần được chỉ định đúng và phối hợp tốt cho từng trường hợp bệnh cụ thể để mang lại lợi ích tốt nhất cho bệnh nhận. Xạ trị có thể phối hợp trước hoặc sau với hóa trị, phối hợp trước, trong hoặc sau phẫu thuật.

2.    Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
a) Các khối cơ bản
Máy gia tốc tuyến tính  thường được chia thành 5 hệ thống đó là:
+) Hệ thống phun, là một nguồn electron hay còn gọi là súng điện tử
+) Hệ thống tần số vô tuyến bao gồm nguồn tần số vô tuyến sử dụng magneton hoặc klyston, bộ điều chế, ống dẫn sóng cao tần có chân không thấp trong đó electron được gia tốc,…
+) Hệ thống vận chuyển chùm tia có vai trò vận chuyển electron trong chân không từ ống dẫn sóng gia tốc tới bia hoặc lá tán xạ.
+) Hệ thống phụ trợ gồm hệ thống bơm chân không, hệ thống làm lạnh bằng nước, hệ thống chất điện môi bằng ga để truyền vi sóng từ bộ phận phát sóng vô tuyến tới ống dẫn sóng.
+) Hệ thống theo dõi và chuẩn trực chùm tia.
Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối đơn giản sau:

Bên cạnh đó còn rất nhiều phần khác đi kèm với máy gia tốc là:
+) Hệ thống collimator chuẩn thông dụng.
+) Hệ thống laser xác định trục 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 thày thuốc và bệnh nhân.
+) Hệ thống máy tính điều khiển thiết bị; màn hình thông báo các số liệu liên quan tới việc điều trị.
+) Hệ thống che 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,…

b) Nguyên lý hoạt động
Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, do Cathode được nung nóng. Các electron sinh ra từ súng điện từ được điều chế thành các xung sau đó được phun vào buồng tăng tốc. 
Buồng tăng tốc có dạng cấu trúc dẫn sóng ở đó năng lượng cung cấp cho electron được lấy từ bộ phát sóng siêu cao tần với tần số khoảng 3000 Mhz. Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng sung ngắn. Các bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần số vi sóng, đó là các “van” magnetron và klystron. Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với năng lượng đỉnh là 5MW 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 electron được hút chân không sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với nguyên tử khí.
Chùm electron được gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chuyển động chính xác dọc theo trục được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Đó là do lực đẩy Coulomb 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 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 các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng theo hướng ống dẫn sóng từ đó hướng ra ngoài theo đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng đến bia tạo tia X.
Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron thì chùm electron 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 một 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, nên, collimator sơ cấp, thứ cấp. Liều lượng được kiểm soát bằng các detector .
Còn nếu chế độ phát tia X thì chùm electron đã được gia tốc lại được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia. Chùm 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, số nguyên tử, bề dày bia và chất liệu dùng làm bia. Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định dạng 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 cơ khí được chế tạo phù hợp để thay đổi cơ chế 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 electron. Trong quá trình hoạt động, khi hãm chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do đó cần có hệ thống làm nguội bằng nước.
Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và giường điều trị. Các hệ hống 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.

3. Cấu tạo một số khối chính
a) Buồng gia tốc
Buồng gia tốc được đặt phía trong Gantry. Nó là bộ phận tạo ra các electron mang năng lượng lớn bằng cách gia tốc chúng bởi sóng RF cường độ cao.

Hình 7: Ống sóng gia tốc

Buồng gia tốc cấu tạo dạng ống bởi những khoang rỗng hình bánh xe nối với nhau qua tâm. Các khoang cộng hưởng này có tác dụng gia tốc electron từng bước một. Chúng thiết kế để các khoang thông với nhau đảm bảo sóng RF được điền đầy vào mọi góc trong ống gia tốc. Môi trường bên trong ống là chân không để tránh va chạm của dòng electron trong ống với các phân tử khí. Dưới đây là mô hình mặt cắt dọc ống gia tốc.

b) Súng điện tử (Electron Gun)
Súng bắn electron được đặt phía trong Gantry, ngay phía trước ống sóng gia tốc. Bộ phận này có hai nhiệm vụ chính: Tạo ra các electron để gia tốc trong ống sóng và kiểm soát độ ổn định của dòng electron đưa vào (số lượng electron, tốc độ dòng).

Hình 9: Súng bắn electron

Súng bắn electron có cấu tạo gồm một hiệu điện thế cao được đặt giữa 2 bản cực. Cathode được nung nóng bởi 1 sợi đốt nhằm tạo ra các electron tự do. Phía trước Cathode bố trí 1 lưới kim loại có tác dụng đóng ngắt như 1 van. Nó cho phép kiểm soát được sự ổn định của dòng electron tưới Anode (phần đầu ống gia tốc)

Phần van lưới này luôn được cấp 1 hiệu điện thế âm tương đối so với Cathode để ngăn chăn electron tự do di chuyển tới Anode. Khi súng hoạt động thì 1 xung dương sẽ được đưa tới van lưới này cho phép các electron thoát ra ở bề mặt Cathode bay sang Anode.

c) Nam châm chuyển hướng (Bending magnet)
Nam châm cong được đặt bên trong Gantry, phía cuối ống sóng. Nó tiếp nhận các electron mang năng lượng cao được gia tốc để chuyển hướng chúng. Mặt khác bộ phận này có cấu tạo để chọn dải năng lượng của electron thoát ra theo yêu cầu.

Sơ đồ nguyên lý lọc mức năng lượng dòng electron

Nam châm cong như tên gọi, nó được thiết kế là một khoang kim loại cong như hình vẽ trên. Phía ngoài là 2 cuộn dây tạo từ trường vuông góc với quỹ đạo electron. Electron sẽ chịu tác dụng của lực từ trong khoang làm chuyển hướng. Quỹ đạo electron sẽ phụ thuộc vào vận tốc và độ lớn của từ trường sinh ra bởi nam châm. Do đó chúng ta có thể chọn được dải năng lượng electron mong muốn bằng cách thay đổi độ lớn của từ trường ngoài.

d) Đầu chuẩn trực (Collimator)
Đầu chuẩn trực được đặt trong Gantry, tiếp ngay sau nam châm cong. Nó có nhiệm vụ xử lý chùm tia để tạo ra các tính chất mong muốn bao gồm: dải năng lượng ra có tính tập trung, tính đồng nhất, tính đối xứng. Ngoài ra nó còn có tác dụng điều chỉnh vùng ảnh hưởng của chùm tia.
Bộ phận này được cấu tạo bởi nhiều chi tiết khác nhau như: lá tán xạ, bia, bộ lọc phẳng, lá chuẩn trực… 

e) Mạch sóng RF (RF circuit)
Mạch sóng RF là bộ phận truyền dẫn sóng từ nguồn sóng RF tới ống gia tốc. Nó nằm trong cả phần thân máy và Gantry. Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn sóng, bộ phận này còn được thiết kế để ngăn sóng phản xạ quay trở lại nguồn 

f) Nguồn phát sóng RF (RF Power source)

g) Bộ nguồn khuyếch đại (Modulator)
Bộ điều biến xung thực chất là một mạch điện có tác dụng phát năng lượng phục vụ việc khuyếch đại sóng RF. Nó hoạt động như một mạch nạp xả. Năng lượng sẽ được nạp sau đó xả tới bộ khuyếch đại dưới sự điều khiển của.
h) Klystron
Klystron có cấu tạo gần giống như ống gia tốc. Nhiệm vụ chính là khuyếch đại sóng kích thích. Sóng được tạo ra tương ứng với sóng kích thích nhưng cường độ được tăng lên nhiều lần. Sóng này sẽ được truyền qua mạch sóng tới để gia tốc electron trong ống sóng. Bộ phận này được đặt ở trên cùng của phần thân máy.

i) Magnetron
Magnetron thường được bố trí ở vị trí giống với Klystron. Trong một máy gia tốc chỉ sử dụng 1 trong 2 bộ khuyếch đại này. Nhiệm vụ của Magnetron cũng tường tự như Klystron tuy nhiên nó có thể tự tạo sóng kích thích mà không cần hỗ trợ bởi bộ phận khác. 

Magnetron cấu tạo bởi 1 cặp Anode và Cathode đặt trong từ trường mạnh. Anode được cấu tạo như 1 bánh xe với các khoang được bố trí bên phía trong, còn Cathode là trục của bánh xe này. Electron phát ra từ Cathode sẽ có một quỹ đạo phức tạp khi di chuyển trong trường này. Dòng electron này là gốc sóng ban đầu. Kích thước khoang quyết định tần số cộng hưởng để khuyếch đại sóng này.

j) Bộ phận làm mát (Cooling)
Năng lượng được tạo ra từ các bộ phận của máy gia tốc là rất lớn và hầu hết dưới dạng nhiệt. Việc làm mát các bộ phận trên là rất cần thiết để thiết bị có thể hoạt động được một cách chính xác và ổn định nhất. Hệ thống làm mát của máy gia tốc sử dụng cả nước, khí, và dầu. Các bộ phận sinh ra nhiều nhiệt cần được làm mát liên tục gồm có: Ống sóng gia tốc, nam châm cong, bia ở đầu chuẩn trực, mạch sóng, nguồn sóng RF.

QUANG MINH