Bài viết Đánh giá ảnh hưởng của góc collimator đến phân bố liều trong xạ trị điều biến thể tích cung tròn ung thư vòm họng trình bày đánh giá ảnh hưởng của góc collimator đến phân bố liều trong kỹ thuật xạ trị điều biến thể tích cung tròn.
Trang 1ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC COLLIMATOR ĐẾN PHÂN BỐ
LIỀU TRONG XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN THỂ TÍCH CUNG TRÒN
UNG THƯ VÒM HỌNG
NGUYỄN ĐÌNH LONG1, TRẦN BÁ BÁCH1, ĐOÀN TRUNG HIỆP2
TÓM TẮT
Mục tiêu: Đánh giá ảnh hưởng của góc collimator đến phân bố liều trong kỹ thuật xạ trị điều biến thể tích
cung tròn (VMAT - Volumetric modulated arc therapy)
Đối tượng, phương pháp: Dữ liệu 05 bệnh nhân ung thư vòm họng có chỉ định điều trị triệt căn từ 1/2015
đến 1/2017 tại bệnh viện ĐKQT Vinmec Times City được phân tích hồi cứu Các bệnh nhân đều được xạ trị bằng kỹ thuật VMAT tăng liều tích hợp (SIB: Simultaneous Integrated Boost) trong 35 phân liều với tổng tương ứng 70Gy (PTV-70), 63Gy (PTV-63) và 56Gy (PTV-56) Mỗi bệnh nhân được lập 10 kế hoạch khác nhau bằng việc thay đổi góc collimator lần lượt là: 0-0, 0-90, 10-80, 10-350, 20-70, 20-340, 30-60, 30-330, 40-50, 40-320 độ Tổng số 50 kế hoạch khác nhau cho 05 bệnh nhân đã được phân tích bằng cách sử dụng biểu đồ thể tích liều (Dose Volume Histogram - DVH) Chỉ số độ đồng dạng (Conformal Index - CI), chỉ số đồng nhất (Homogeneity - HI), số MU, liều trung bình (D mean ) và liều tối đa (D max ) của các thể tích PTV và OAR đều được tính toán và phân tích Tất cả các kế hoạch được kiểm tra chất lượng (QA - Quality Assurance) sử dụng thiết bị đầu dò mảng MatriXX (hãng IBA, Đức) bằng phương pháp đánh giá chỉ số gamma index (tỷ lệ đạt ≥ 95%,
∆D/∆d = 3%3mm)
Kết quả: Không có sự khác biệt nhiều về D max , D mean , CI , HI đối với các PTV Liều D max tới tủy sống cao ở góc collimator 40-320 độ, liều D max tới thân não cao ở góc collimator 0-90 độ Liều D max tới thủy tinh thể và xương hàm ở đều nằm trong giới hạn liều Liều D mean ở khoang miệng cao ở các góc collimator: 0-360, 10-350, 20-340, 30-330 độ Liều D mean đối với tuyến nước bọt bên trái cao ở góc 40-50 độ Liều D mean với tuyến nước bọt bên phải không có nhiều khác biệt Kế hoạch với góc collimator 30-330 có số MU lớn nhất Các kế hoạch với góc collimator: 0-90, 10-80, 20-70 độ cho tỷ lệ đạt cao
Kết luận: Nghiên cứu cho thấy các kết quả tính toán và đo đạc phân bố liều của các kế hoạch VMAT ở các
góc collimator khác nhau có thể giúp các nhà vật lý xạ trị lâm sàng có cơ sở để lựa chọn góc collimator thích hợp nhằm cải thiện chất lượng kế hoạch Chúng tôi đưa ra khuyến cáo lựa chọn góc collimator 10-80 hoặc
20-70 độ trong lập kế hoạch VMAT VMAT ung thư vòm họng tại bệnh viện ĐKQT Vinmec Times City
Từ khóa: Góc collimator, Xạ trị điều biến thể tích cung tròn, Ung thư vòm họng
ABSTRACT
Influence of collimator angles on dose distribution and delivery in the volumetric modulated arc
therapy for nasopharynx cancer Purpose: To evaluate the influence of collimator angles in the volumetric modulated arc therapy (VMAT)
planning with respect to the dose distribution
Methods: Five nasopharynx cancer patients treated from January 2015 to January 2017 were analyzed
Patients were treated with VMAT and SIB in 35 fractions for a total dose of 70Gy (PTV_70), 63Gy (PTV_63) and 56Gy (PTV_56), respectively Ten different plans were generated for each patient with different collimator angle at 0-0, 0-90, 10-80, 10-350, 20-70, 20-340, 30-60, 30-330, 40-50, 40-320 degree All plans were analyzed using dose volume histogram The conformity index (CI), homogeneity index (HI), machine monitor units (MUs), mean (D mean ) and maximum (D max ) dose of the PTVs and OARs were calculated and analyzed To verify the delivery efficiency, the measured fluence on the MatriXX (IBA, Germany) ionization chamber array
1Kỹ sư Xạ trị - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Times City
2 ThS BS Trưởng đơn nguyên xạ trị - Trung tâm Xạ trị - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Times City
Trang 2detector was compared with the TPS dose plan with 2D gamma evaluation
Results: There is not much difference in the PTV D max , D mean and CI, HI with respect to the different collimator angles The plan with 40-320 degree collimator showed a higher D max for SpinalCord_PRV and higher D max for Brainstem_PRV for collimator angle 0-90 degree No clinically relevant difference was observed among the plans with respect to Lens and mandible D max An increase in average of oral cavity D mean was observed for collimator angle 0-360, 10-350, 20-340, 30-330 degree An increase in D mean of Parotid_L was observed for collimator 40-50 degree Not much difference was observed with respect to D mean for Parotid_R The plan with 30-330 degree collimator required maximum MU The 2D gamma index (3%/3mm) evaluation of planned and delivered fluence showed passing rate better for plans with collimator angle 0-90, 10-80, 20-70 degree
Conclusion: Our study indicates that the dosimetric results provide support and guidance to allow the
clinical radiation physicists to make careful decisions in implementing suitable collimator angles to improve the PTV coverage and OARs sparing in Nasopharynx cancer VMAT We recommend selecting the collimator angle
at 10-80 and 20-70 degrees at Vinmec International Hospital Times City
Keywords: Collimator angles, VMAT - Volumetric modulated arc therapy, Nasopharynx cancer,…
GIỚI THIỆU
Kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ (IMRT –
Intensity Modulated Radiation Therapy) thường
được sử dụng cho các bệnh nhân ung thư đầu cổ vì
nó có khả năng cấp liều với độ đồng nhất cao đến
mục tiêu đồng thời giảm độc tính đến các cơ quan
lành xung quanh hơn so với các kỹ thuật xạ trị thông
thường Một bước tiến mới của kỹ thuật IMRT là kỹ
thuật xạ trị điều biến thể tích cung tròn (VMAT –
Volumetric Modulated Arc Therapy) VMAT có khả
năng phân phát liều có độ đồng nhất cao hơn, trong
khoảng thời gian điều trị ngắn hơn và lượng MU
(Monitor Unit) phát ra ít hơn so với kỹ thuật IMRT
thông thường[1-4] Trong quá trình xạ trị VMAT, máy
gia tốc tuyến tính vừa có thể thay đổi suất liều, thay
đổi vị trí các lá MLC đồng thời Gantry vừa quay xung
quanh bệnh nhân Để đạt được phân bố liều tốt
nhất, kế hoạch VMAT cần được tối ưu hóa
(optimization), thay đổi các thông số của kế hoạch
như: số lượng cung (Arc), góc collimator, mức năng
lượng (thường sử dụng chum photon năng lượng
6MV), góc bàn (Table) và các thông số khác Isa và
cộng sự nghiên cứu thay đổi của phân bố liều trong
kế hoạch VMAT một cung cho ung thư tiền liệt tuyến
tại góc collimator khác nhau (0, 15, 30, 45, 60, 75
độ) và kết quả chỉ ra rằng phân bố liều tới PTV khác
nhau tại các góc collimator khác nhau[5] Giá trị CI và
HI tốt nhất được tìm thấy tại góc collimator 45 độ và
trực tràng được bảo vệ tốt nhất tại góc collimator 75
và 90 độ Yong và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu
ảnh hưởng của góc collimator tới kiểm chuẩn kế
hoạch VMAT cho ung thư đầu cổ và kết quả cho
thấy lựa chọn collimator 15 đến 25 độ cho kết quả
gamma index đạt > 90% với tiêu chí đánh giá
2%/2mm và > 97% với tiêu chí đánh giá 3%/3mm[6]
Có nhiều yếu tố trong việc tối ưu hóa kế hoạch
VMAT, trong đó chúng tôi tập trung vào thay đổi góc
collimator của các kế hoạch VMAT Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của góc collimator đến phân bố liều trong năm bệnh nhân điều trị ung thư vòm họng bằng kỹ thuật xạ trị VMAT hai cung, tại Đơn nguyên xạ trị - Bệnh viện ĐKQT Vinmec Times City Kết hợp với các kết quả đo liều xác minh của các kế hoạch này từ đó đưa ra được các khuyến cáo về việc lựa chọn góc collimator thích hợp trong xạ trị VMAT hai cung
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP Đối tượng
Dữ liệu của 05 bệnh nhân ung thư vòm họng đã được điều trị bằng kỹ thuật xạ trị VMAT tại Trung tâm xạ trị - Bệnh viện ĐKQT Vinmec Times City từ tháng 1/2015 đến tháng 1/2017 Kế hoạch VMAT của bệnh nhân sử dụng mức năng lượng 6 MV từ máy gia tốc tuyến tính Clinac iX (hãng Varian, Mỹ) được trang bị hệ thống xác minh hình ảnh trước xạ trị OBI (On-Board Imaging) cho phép chụp ảnh
2D-kV và 3D-CBCT (Cone-Beam CT) và hệ thống MLC
120 lá (lá MLC ở trung tâm có chiều rộng 5mm) có khả năng điều trị đồng thời nhiều thể tích trong một lần xạ, hệ số truyền qua của MLC < 0.5%, tốc độ tối
đa của lá MLC là 6.5cm/s và khoảng cách dịch chuyển tối đa là 15cm so với trục trung tâm, suất liều thay đổi tối đa là 600MU/phút Các kế hoạch VMAT được lập trên hệ thống lập kế hoạch Eclipse phiên bản 13.0 (hãng Varian, Mỹ) sử dụng thuật toán AAA (Analytical Anisotropic Algorithm)
Phương pháp
Phương pháp nghiên cứu hồi cứu:
Tổng số 05 bệnh nhân, mỗi bệnh nhân được lập 10 kế hoạch VMAT 2 cung với các góc collimator được thiết lập như sau: 0-0°, 0-90°, 10-80°, 10-350°, 20-70°, 20-340°, 30-60°, 30-330°, 40-50°, 40-320°,
Trang 3sử dụng các tham số tối ưu hóa giống nhau và tất cả
các kế hoạch được chuẩn hóa (normalization) liều
70Gy bao phủ 95% thể tích PTV70 Gatry được
quay từ 181° đến 179° theo chiều kim đồng hồ
(Arc 1) sau đó Gatry được quay từ 179° đến 181°
ngược chiều kim đồng hồ (Arc 2)
Hình 1 Ảnh phân bố liều và góc collimator của mỗi
cung điều trị trong một kế hoạch
Phương pháp đánh giá kế hoạch
Tiêu chuẩn chấp nhận kế hoạch trong xạ trị ung
thư vòm họng RTOG 0225 (Radiation Therapy
Oncology Group) và ICRU 50, 62, 83 (International
Commission on Radiation Units)
Th ể tích/Cơ
quan T ối ưu Ch được ấp nhận ch Không ấp nhận
PTV70
D 2% ≤ 77.00 Gy ≤ 80.50 Gy > 80.50 Gy
D 98% ≥ 65.10 Gy ≥ 63.00 Gy < 63.00 Gy
D 95% ≥ 68.60 Gy ≥ 66.50 Gy < 66.50 Gy
D mean ≤ 73.50 Gy ≤ 74.90 Gy > 74.90 Gy
PTV63
D 95% ≥ 61.74 Gy ≥ 59.85 Gy < 59.85 Gy
D 98% ≥ 58.59 Gy ≥ 56.70 Gy < 56.70 Gy
PTV56
D 95% ≥ 54.88 Gy ≥ 53.20 Gy < 53.20 Gy
D 98% ≥ 52.08 Gy ≥ 50.40 Gy < 50.40 Gy
Li ều vào cơ quan nguy cơ
BrainStem ≤ 50Gy ≤ 54Gy >54Gy
BrainStem_PRV ≤ 54Gy ≤ 60Gy >60Gy Optic Chiasm ≤ 50Gy ≤ 55Gy >55Gy SpinalCord ≤ 45Gy ≤ 45Gy >45Gy SpinalCord_PRV ≤ 45Gy ≤ 50Gy >50Gy Mandible ≤ 70Gy ≤ 70Gy >70Gy Lens ≤ 10Gy
(m ỗi bên) (m≤ 12Gy ỗi bên) Parotid D mean ≤
26Gy
V 30Gy ≤ 45%
(đạt được ít nhất 1 bên)
D mean ≤ 26Gy
V 30Gy ≤ 45%
(đạt được ít nhất 1 bên) GlotticLarynx D mean ≤
45Gy (n ếu không xâm
l ấn)
D mean ≤ 45Gy (n ếu không xâm
l ấn) OralCavity D mean ≤
40Gy
D mean ≤ 45Gy Thyroid D mean ≤
50Gy
D mean ≤ 50Gy Tất cả kế hoạch được phân tích dựa trên biểu
đồ DVH Dmax và Dmean đối với Brainstem, Parotid, Oralcavity, Spinal cord, Mandible đã được ghi nhận Các chỉ số về Dmax, Dmean, CI, HI được tính toán và phân tích đối với thể tích điều trị PTV70
CI và HI được tính toán dựa trên hướng dẫn của RTOG và ICRU 62 [7,8]:
TV
TV
CI RI và
% 50
% 98
% 2
D
D D
trong đó: TVRI = Thể tích chiếu xạ bằng 95% liều chỉ định (cc); TV = Thể tích của mục tiêu (PTV) (cc); D2%= Thể tích PTV nhận 2% liều chỉ định; D98%
= Thể tích PTV nhận 98% liều chỉ định; D50% = Thể tích PTV nhận 50% liều chỉ định
Ngoài ra, tổng số MU của mỗi hoạch đã được ghi nhận và so sánh với nhau
Phương pháp QA kế hoạch
Tất cả 50 kế hoạch ở các góc collimator khác nhau của các bệnh nhân được tiến hành QA Quá trình QA được thực hiện bằng đầu dò mảng MatriXX (hãng IBA, Đức) với 1020 buồng ion, kích thước matrix 24.4cm x 24.4cm, khoảng các giữa các buồng ion là 7.62mm, kết hợp với cảm biến góc quay (angle sensor) Việc so sánh giữa tính toán và đo đạc được thực hiện trên phần mềm MyQA-OmniPro (hãng IBA, Đức) bằng cách đánh giá chỉ số gamma index tỷ lệ đạt ≥ 95% với tiểu chuẩn 3%/3mm cho các kế hoạch trên
Trang 4KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả tính toán phân bố liều
Bảng 1 Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của giá trị liều cho PTV và các OARs tại các cặp góc collimator
khác nhau
Structure 0-90
(Gy)
0-360 (Gy)
10-80 (Gy)
10-350 (Gy)
20-70 (Gy)
20-340 (Gy)
30-60 (Gy)
30-330 (Gy)
40-50 (Gy)
40-320 (Gy)
PTV70 (D max
D mean )
77.2±1.6 76.7±1.6 76.9±1.5 77.7±1.6 77.4±1.6 77.1±1.5 77.6±1.6 77.3±1.6 77.2±1.6 76.9±1.6 72.6±1.6 72.6±1.6 72.4±1.5 72.9±1.6 72.5±1.6 72.5±1.5 72.8±1.6 72.6±1.6 72.5±1.6 72.3±1.6 PTV63 (D mean ) 65.5±1.9 65.5±2.0 65.4±1.9 65.8±2.0 65.4±1.8 65.4±2.0 65.6±1.8 65.4±1.8 65.5±1.7 65.5±1.8 PTV56 (D mean ) 58.9±1.8 59.0±2.0 58.8±1.8 59.2±2.3 58.9±1.8 58.9±2.3 59.0±1.9 58.9±2.0 58.8±1.9 58.8±2.0 SpinalCord_PRV
(D max )
42.5±13 44.4±14 41.9±13 44.7±13 42.4±13 43.6±14 42.7±14 43.0±14 42.7±15 47.0 ±15
Brainstem(D max ) 54.9±13 53.8±13 52.9±13 53.5±13 53.4±13 52.7±13 53.2±12 52.8±12 53.0±12 52.6±12 Mandible (D max ) 70.9±11 68.5±10 70.0 ±12 70.3±12 70.0 ±11 71.0±12 71.0±12 71.0±11 71.0±12 70.9±12 Len_L(D max ) 5.2±0.4 5.0±0.3 5.5±0.4 5.7±0.3 5.7±0.4 5.5±0.4 5.9±0.4 5.4±0.4 5.6±0.4 5.4±0.4 Len_R(D max ) 4.9±0.4 5.0±0.3 5.1±0.4 5.4±0.3 5.5±0.4 5.2±0.4 6.1±0.4 5.1±0.4 5.5±0.4 5.2±0.4 Oralcavity (D mean ) 39.8±6.2 43.6±6.2 39.8±6.2 42.5±6.6 38.6±6.2 41.2±6.8 38.2±6.7 40.4±6.4 38.3±6.2 37.2±6.2 Parotid_L (D mean ) 25.6±15 25.8±15 25.1±15 25.7±15 25.6±15 25.3±15 25.6±15 25.4±15 26.4±15 25.6±15 Parotid_R (D mean ) 25.1±15 25.4±15 24.5±15 25.7±15 25.0±15 24.9±15 25.0±15 24.9±15 24.9±15 25.4±15 Nhận xét:
Dmax và Dmean không khác biệt nhiều đối với các thể tích PTV ở các cặp góc collimator khác nhau Điều này có thể được lý giải là do trong quá trình tối ưu hóa, trọng số đặt vào PTV thường khá cao, do đó tiêu chuẩn đối với PTV dễ đạt được hơn
Dmax và Dmeanđối với các cơ quan nguy cơ có một số khác biệt: các giá trị bôi đậm trong Bảng 1
Bảng 2 Giá trị trung bình của CI và HI tại các góc collimator khác nhau
Chỉ số 0-90 0-360 10-80 10-350 20-70 20-340 30-60 30-330 40-50 40-320
CI 0.96 0.95 0.96 0.96 0.95 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95
HI 0.08 0.08 0.07 0.08 0.09 0.08 0.09 0.08 0.08 0.08 Nhận xét:
Giá trị trung bình của CI và HI khác biệt không nhiều khi thay đổi góc collimator Ở góc collimator 10-80 độ cho kết quả CI và HI tốt nhất
Trang 5Hình 2 Phân bố liều trong kế hoạch VMAT của 1 bệnh nhân với các góc collimator khác nhau: a) DVH của
PTV70 b) DVH của thân não và tủy sống c) DVH của tuyến nước bọt và khoang miệng d) DVH của các thể
tích PTV và OAR
Nhận xét:
Dmax của tủy sống ở các kế hoạch với góc collimator 40-320 độ cao hơn so với các kế hoạch ở góc collimator khác
Dmaxcủa thân não có giá trị cao cao nhất ở kế hoạch với góc collimator 0-90 độ
Không có nhiều khác biệt về giá trị liều Dmax đối với thị giác và xương hàm ở tất cả các kế hoạch với các góc collimator khác nhau
Dmean của khoang miệng cao ở góc collimator 0-360, 10-350, 20-340, 30-330 độ
Dmean của tuyến nước bọt bên trái cao ở góc collimator 40-50 độ Riêng với tuyến nước bọt bên phải không có nhiều khác biệt về Dmean
Kết quả QA kế hoạch
Bảng 3 Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của chỉ số gamma index và tổng MU tại các cặp góc collimator
khác nhau
Chỉ số 0-90 0-360 10-80 10-350 20-70 20-340 30-60 30-330 40-50 40-320
Gamma index 98.0%
± 1.1%
94.2%
± 1.4%
98.2%
± 1.1%
92.6%
± 1.2%
96.9%
± 1.2%
93.7%
± 1.3%
94.9%
± 1.3%
88.1%
± 1.5%
94.3%
± 1.6%
92.5%
± 1.5% Tổng MU ± 25 532 ± 27 556 ± 25 532 ± 29 617 ± 26 543 ± 27 602 ± 25 545 ± 29 619 ± 27 550 ± 27 592
Trang 6Hình 3 Kết quả QA kế hoạch sử dụng MatriXX và đánh giá chỉ sớ gamma index ở góc collimator: 3330,
0-360, 10-80 và 20-340 của mợt bệnh nhân
Nhận xét:
Tổng số MU thấp nhất ở các kế hoạch cĩ gĩc collimator 0-90 độ và 10-80 độ,
Tổng số MU lớn nhất ở kế hoạch cĩ gĩc collimator 30-330 độ
Các kế hoạch cĩ chỉ số gamma index đạt yêu cầu ở các gĩc collimator 0-90, 10-80, 20-70
KẾT LUẬN
Nghiên cứu cho thấy gĩc collimator cĩ ảnh hưởng đến kết quả tối ưu hĩa phân bố liều và kết quả QA kế hoạch VMAT ung thư vịm họng tại bệnh viện ĐKQT Vinmec Times City Độ phủ và tính đồng nhất liều ở các gĩc collimator khác nhau là khá tương đồng trong các thể tích PTV tuy nhiên cĩ nhiều khác biệt đối với các OAR Tại gĩc collimator 10-80 và 20-70 độ, kết quả đánh giá kế hoạch và kết quả QA kế hoạch cho tỷ lệ đạt cao Do đĩ chúng tơi khuyến cáo chọn gĩc collimator 10-80 hoặc 20-70 độ trong lập kế hoạch VMAT 2 cung
cho ung thư vịm họng sẽ đạt được hiệu quả phân liều tốt nhất đối với các thể tích PTV và OAR
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 M Teoh, H Clark, K Wood, et al Volumetric
modulated arc therapy: a review of current
literature and clinical use in practice, The British
Journal of Radiology, 84 (2011), 967–996
2 Johnston M, Clifford S, Bromley R, Back M,
Oliver L, Eade T Volumetric-modulated arc
therapy in head and neck radiotherapy: A
planning comparison using simultaneous
integrated boost for nasopharynx and
oropharynx carcinoma Clin Oncol (R Coll
Radiol) 2011;23:503–11
3 Ezzell GA, Burmeister JW, Dogan N, et al IMRT
commissioning: multiple institution planning and
dosimetry comparisons, a report from AAPM
Task Group 119 Med Phys 2009; 36:5359-73
4 Rana S, Pokharel S, Zheng Y, et al Treatment
planning study comparing proton therapy,
RapidArc and IMRT for a synchronous bilateral
lung cancer case Int J Cancer Ther Oncol 2014;
2:020216
5 Isa M, Rehman J, Afzal M, Chow JC Dosimetric dependence on the collimator angle in prostate
volumetric modulated arc therapy Int J Cancer Ther Oncol 2014; 2:020419
6 Yong Ho Kim, Ha Ryung Park, Won Taek Kim, Dong Won, et al Effect of the Collimator Angle
on Dosimetric Verificcation of the Volumetric Modulated Arc Therapy, 12 Mar 2015
7 Feuvret L, Noël G, Mazeron JJ, Bey P
Conformity Index: a review Int J Radiat Oncol Biol Phys 2006; 64:333-42
8 Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy (Supplement to ICRU Report 50), ICRU Report 62 By ICRU, pp ix+52, 1999 (ICRU, Bethesda, MD)
9 Oncol 2014; 2:02042