Nghiên cứu tối ưu hóa kỹ thuật xạ trị imrt theo số trường xạ trị cho bệnh nhân ung thư vòm họng

Quy trình lậ c p k hoế ạch điều tr IMRT ịthường được tiến hành bằng cách trước tiên chọn một s ố hướng chùm tia nhất định và sau đó tối ưu hóa bản đồ liều lượng ở các góc chùm tia đó.. D

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ O

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Nghiên cứ u t ối ưu hóa kỹ thu t x trị IMRT theo s ậ ạ ố trườ ng x tr cho bệnh nhân ung thư vòm họng ạ ị

PHẠM VĂN KHẮC Ngành Kỹ thu t hạt nhân ậ

Giảng viên hướ ng d n: ẫ TS Trần Kim Tu n ấ

HÀ NỘ I, 04/2023

k a GVHD Chữ ý củ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CH Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ – ự c l p T do H nh phúc – ạ

H ọ và tên tác giả luận văn: Phạm Văn Khắc

Đề tài lu ận văn: Nghiên cứ ối ưu hóa kỹu t thu t x tr IMRT theo s ậ ạ ị ố

trường x tr cho bạ ị ệnh nhân ung thư vòm họng

Chuyên ngành: K ỹthuật hạt nhân

Tác giả, Người hướng d n khoa học và Hội đồẫ ng ch m luận văn xác ấ

nhận tác giả đã sửa ch a, b sung luữ ổ ận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày… ………… với các nội dung sau:

- T hay đề tài tham khảo nghiên cứu năm 2007 bằng đề tài năm 2014

- Thay thu t ng ậ ữ “cửa sổ cánh chớp” bằng cửa sổ trượt

- B ổ sung ý nghĩa của hàm phạt

- T hay các vùng thể tích CTV70, 60, 54Gy b ng PTV70, 60, 54Gy ằ để đánh giá kế ho ch ạ

- Thay t ừ “tìm hướng chiếu và góc chiếu” thành “tìm trường chi u vế ới góc chiếu”

- Ch nh sỉ ửa lỗi chính tả và câu không thích hợp trong khóa luận

- B ổ sung ải thích lý do tại sao không chọn các trườ: gi ng chi u nh ế ỏ hơn 7 trường, lớn hơn 9 trường

- B ổ sung thêm trích dẫn

Ngày tháng năm 2023 05

Giáo viên hướ ng d n ẫ Tác giả ậ lu n văn

CH Ủ Ị T CH H Ộ I Đ Ồ NG

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐ T NGHI P Ệ

Nghiên cứ ối ưu hóa kỹu t thu t x tr IMRT theo s trư ng x tr cho bậ ạ ị ố ờ ạ ị ệnh nhân

ung thư vòm họng

Giáo viên hướng d n ẫ

K ý và ghi rõ họ tên

L ỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứ ối ưu hóa kỹ“ u t thu t x tr IMRT theo s ậ ạ ị ốtrường x tr cho bạ ị ệnh nhân ung thư vòm họng” là đề tài nghiên cứu của tôi dưới

s ự hướng d n c a TS.ẫ ủ Trần Kim Tuấn, được th c hi n tự ệ ại Trung tâm Ung bướu

B nh việ ện Trung ương Thái Nguyên Các kết qu nghiên cứu được trình bày trong ảluận văn là khách quan và trung th c.ự

Tôi xin cam đoan luận văn được tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc,

s u s dốliệ ử ụng phân tích trong luận văn có ngu n gồ ốc rõ ràng, tấ ảt c nh ng thamữ

kh o, k ả ếthừ ều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủa đ

Tôi xin chịu trách nhiệm v nhề ững cam đoan trên

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023

Học viên

Phạm Văn Khắ c

Xin cảm ơn Quý Thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian đọc và góp ý chân thành cho luận văn của em được hoàn thiện hơn.

Xin cảm ơn Quý Thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ

Cuối cùng, em xin chúc Quý Thầy cô và những người mà em yêu quý luôn

d i ồ dào sức khỏe và thành công trong sự nghi p cệ ủa mình

TÓM TẮ T N I DUNG LU Ộ ẬN VĂN

Ung thư vòm họng là bệnh lý ác tính thường g p nh t trong s ặ ấ ố các ung thư vùng đầu m t c X tr ặ ổ ạ ị là phương pháp điều tr ị căn bản và hiệu qu ả cho ung thư vòm họng Năm 2020, tại B nh việ ện Trung ương Thái Nguyên đã đưa vào hoạt động máy gia tốc x tr Elekta Synergy Platform ạ ị đa năng, đa lá có thể ự th c hi n ệđược 2 k thu t x tr ỹ ậ ạ ị là xạ ị tr 3 chiều theo hình dạng kh i u (3D-ố CRT) và xạ ị tr điều bi n li u (IMRT) Vi c l p k ho ch x tr 3D-CRT cho bế ề ệ ậ ế ạ ạ ị ệnh nhân ung thư vòm họng giai đoạn II thường kh ả năng tối ưu kế hoạch không được cao, liều vào các vùng thể tích chiếu x nhạ ận được thấp, đồng thời các cơ quan nguy cấp c n ầđược b o v nh n liả ệ ậ ều cao hơn so với gi i h n liớ ạ ều đưa ra, dẫn đến hi u qu u ệ ả điềtrị chưa cao Để ắ kh c phục được vấn đề này, kỹ thuật IMRT đã được đưa ra và được áp dụng thường quy t i B nh viạ ệ ện Để cho k t qu u tr b ng k thu t ế ả điề ị ằ ỹ ậIMRT đạt hi u qu ệ ả cao thì việc l p k ho ch x ậ ế ạ ạtrị cho k thuỹ ật này rất quan tr ng, ọliên quan đến nhiều thông số ần đưa vào Quy trình lậ c p k hoế ạch điều tr IMRT ịthường được tiến hành bằng cách trước tiên chọn một s ố hướng chùm tia nhất định

và sau đó tối ưu hóa bản đồ liều lượng ở các góc chùm tia đó Trong quy trình này, vấn đề tối ưu hóa định hướng chùm tia, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng c a l p k ho ch cuủ ậ ế ạ ối cùng Tuy nhiên, sử ụ d ng nhiều chùm tia trong IMRT có thể ẫn đến các vấn đề như kéo dài thời gian điề d u tr và tăng các lỗ ềị i ti m

ẩn do chuyển động c a bủ ệnh nhân Do đó, rất mong mu n th c hi n tố ự ệ ối ưu hóa theo s ố trường và góc chiếu để có được các kế ho ch v i s ạ ớ ố lượng chùm tia nhỏtrong khi vẫn đạt được chất lượng tương đương hoặc thậm chí tốt hơn các kế ạ ho ch

có nhiều góc chùm tia hơn nhưng không đượ ối ưu hóa Trong thực hành IMRT c t

hi n tệ ại, đôi khi chùm tia cách đều cũng được sử ụ d ng trong nhiều tình huống lâm sàng để đơn giản Tuy nhiên, những cách tiếp cận này thường dẫn đến chất lượng

k hoế ạch điều tr ị dưới m c tứ ối ưu Bài toán tối ưu hóa định hướng chùm tia thuộc loạ ối ưu hóa ổ ợp, trong đó sẽ tìm kiếi t t h m s k t h p tự ế ợ ối ưu của m t s ộ ố hướng chùm tia nhất định trong s t t c ố ấ ả các góc đưa ra để đạt được ch t lư ng k ho ch ấ ợ ế ạ

t t nh t Bố ấ ằng cách đưa ra tấ ả các kế ợp hướng chùm tia có thể, người ta có t c t hthể đả m bảo tính tối ưu của các hướng chùm tia đã chọn

Do v y, trong luậ ận văn này, nghiên cứu đã đưa ra nhằm tối ưu hóa kỹ thu t ậ

x IMRT theo s ạtrị ố trường chi u x ế ạ cùng với các góc chiếu x ạ khác nhau để đưa

ra được trường chiếu và góc chiếu x t t nh t cho vi c l p k ho ch x ạ ố ấ ệ ậ ế ạ ạtrị trên bệnh nhân ung thư vòm họng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH M C B Ụ Ả NG BI U Ể

M Ở ĐẦ U 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨ U V X TR UNG Ề Ạ Ị THƯ VÒM HỌ NG 4

1.1 Gi i thiớ ệu Ung thư vòm họng 4

1.1.1 Đặc điểm ung thư vòm họng 4

1.1.2 Thu n l i khi l p k ho ch IMRT 5ậ ợ ậ ế ạ 1.1.3 Khó khăn trong quá trình lập k ho ch IMRT 6ế ạ 1.2 T ng quan mổ ột số nghiên cứ ề ạ trị ung thư vòm họu v x ng 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾ T V X TR ĐI U BI N LI U 10 Ề Ạ Ị Ề Ế Ề 2.1 X u bi n li u 10 ạtrị điề ế ề 2.1.1 T ng quan x u bi n li u 10 ổ ạtrị điề ế ề 2.1.2 Bản đồliều lượng 14

2.1.3 Ma tr n liậ ều lượng 15

2.1.4 Xây dựng k ho ch IMRT tế ạ ối ưu 16

2.1.5 K ếhoạch Điều tr Tị ối ưu 18

2.1.6 Điều chỉnh cân bằng các hàm trong ậ l p k ho ch 21ế ạ 2.1.7 Phân bố các trường điều bi n li u 21ế ề 2.1.8 Hiệu ứng th ể tích liều lượng 23

2.1.9 S dử ụng các mô hình kết quả lâm sàng trong tối ưu hóa IMRT 24

2.1.10 Thuật toán tối ưu hóa 25

2.1.11 S p xắ ếp lá MLC 27

2.1.12 T ối ưu hóa khẩu độtrực tiếp 32

2.2 Các đại lượng đánh giá kế ho ch 36ạ 2.3 Ý nghĩa số trường, góc chiếu đố ớ ỹi v i k thu t IMRT 40ậ CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨ U TH C NGHI M VÀ K T QU 42 Ự Ệ Ế Ả 3.1 Lựa chọ ệnh nhân để nghiên cứn b u 42

3.2 Trang thiết bị ầ c n thiế ểt đ n khai ktriể ỹ thuật xạ trị IMRT 42

3.3 Quy trình kỹ thu t x tr u biậ ạ ị điề ến cường độ (IMRT) cho bệnh nhân ung thư vòm họng 45

3.3.1 C ố định tư thế ệnh nhân b 45

3.3.2 L p k hoậ ế ạch 45

3.3.3 T ng li u- ổ ề phân liều 463.3.4 Đo liều ki m tra ch t lư ng k ho ch đi u tr ể ấ ợ ế ạ ề ị(QA) 463.3.5 Tiến hành điều tr x 46ị ạtrị3.4 Kết quả thực nghiệm 46

3.4.1 Khảo sát các góc chiếu v i k ớ ỹthuật IMRT 7 trường 543.4.2 Khảo sát các góc chiếu v i k ớ ỹthuật IMRT 9 trường 563.4.3 Kh o ả sát liều vào các cơ quan nguy cấp v i k thuật IMRT 7 trườngớ ỹ

593.4.4 Khảo sát liều vào các cơ quan nguy cấ ớ ỹp v i k thuật IMRT 9 trường

613.4.5 Khảo sát giữa k ỹthuật IMRT 7 trường và kỹ thuật IMRT 9 trường

với các trường hợp góc chiế ối ưuu t 63

K Ế T LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆ U THAM KH O 69 Ả

DANH MỤC CÁC TỪ Ế TI NG ANH VI T T T Ế Ắ

Ký hiệ u

3DCRT Three-dimensional conformal radiation therapy X 3 chikhạốtrịi u ều theo hình dạng

CTV Clinical Target Volume Thể tích bia lâm sàng

CTV Clinical target volume Thể tích bia lâm sàng DAO Direct Aperture Optimization Tối ưu hóa trực tiếp độ ở m

DRR Digitally Reconstructed Radiograph X quang tái tạo k thu t s ỹ ậ ố

DVH Dose-Volume Histogram Biểu đồ ể th tích li– ều lượng EUD Equivalent Uniform Dose Liều đồng nhất tương đươngFFF Flattening Filter Free Chùm tia không lọc ph ng ẳFMO Fluence Map Optimization Tối ưu hóa bản đồliều lượng GTV Gross Tumor Volume Thể tích kh i u thô ố

GTV Gross tumor volume Thể tích kh i u thô ố

IM Internal margin Biên độ ộ ạ n i t i

IMRT Intensity Modulated Radiation Therapy X u bi n li u ạtrị điề ế ề

ITV Internal target volume Thể tích n i bia ộ

IV Irradiated volume Thể tích chi u x ế ạ

MLC Multileaf Collimator Ống chu n tr c đa lá ẩ ự

NTCP Normal Tissue Complication Probability Xác suấmô lànht bi n ch ng c a các ế ứ ủ

OAR Organs At Risk Cơ quan nguy cấp

PRV Planning organ at risk volume Thể tích cơ quan nguy cấl p k ho ậ ế ạch p

PTV Planning Target Volume Thể tích bia l p k ho ch ậ ế ạPTV Planning target volume Thể tích bia l p k ho ch ậ ế ạ

QA Quality Assurance Kiểm tra ch t lư ng ấ ợ

RTOG Radiation Therapy Oncology Group Nhóm xạ ị ung thư tr

SIB Simultaneous Integrated Boost Tăng liều tích hợp đồng th i ờTCP Tumor Control Probability Xác suất kiểm soát khối u TPS Treatment Planning System H ng l p k hoệthố ậ ế ạch

TV Treated volume Thể tích đi u tr ề ị

VMAT Volumetric modulated arc therapy X u bi n th trònạtrị điề ế ể tích cung

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 So sánh trường chiếu, cường độ trong mỗi trường chiếu và hiệu qu ảtránh

cơ quan nguy cấp c a 3D-ủ CRT và IMRT 6Hình 1.2 Phân nhỏ trư ng chiờ ếu thành trường nh u bi n li u tia 7 ỏ để điề ế ềHình 2 1 Minh họa phát tia IMRT động b ng k thu t c a s ằ ỹ ậ ử ổ cánh chớp Các đường màu đỏ ở bảng phía trên hiển th v ị ị trí của lá bên trái và bên phải dưới d ng ạ

chức năng của thời gian Đường màu xanh lục ở ảng dưới cùng hiể b n th ị đường profile liều lượng tương ứng 12Hình 2 2 Minh họa bản đồ ều lượng để ậ li l p k ho ch IMRT cho bế ạ ệnh nhân ung thư đầu - c 15ổHình 2 3 A: Một bệnh nhân ung thư đầu - c ổ được điều tr b ng IMRT B: IMRT ị ằcho phép phân phố ều phù hợp cho các thể tích bia có hình dại li ng ph c tạp 17ứHình 2 4 Minh họa k ho ch IMRT cho bế ạ ệnh nhân ung thư vùng đầu - c ổ được

t o trong h ng l p k ho ch 19ạ ệthố ậ ế ạHình 2 5 Hình minh họa v mề ột trường đơn được điều biến cường độ bao ph ủtrên DRR 20Hình 2 6 Phân bố ề li u IMRT cho tr ng hườ ợp đầu - c , th hi n kh ổ ể ệ ả năng của IMRT trong việc điều chỉnh phân bốliều cho các thể tích bia phứ ạc t p (b ng ả ở

giữa), hình ảnh cũng cho thấy s ự đóng góp liều của 6 (trong số 9) hướng chùm tia (hình ảnh xung quanh) 20Hình 2 7 Phân bố một trường điều biến cường độ thông qua một chu i m MLC ỗ ở

Mỗi hình hiển th ngị ẫu nhiên tổng liều lượng được bao ph ủ trên DRR, cùng với các vị trí lá của các lá collimator xác định độ ở m trư ng 21ờHình 2 8 Trực quan hóa vấn đề ối ưu hóa IMRT cho hai chùm tia nguyên tố t 26Hình 2 9 Trực quan hóa hàm mục tiêu tổng h p chứa các hàm phạt bậc hai để xấp ợ

x ỉ các giớ ại h n li u tề ối đa 27Hình 2 10 Minh họa v chu n trề ẩ ực chùm tia để phân phối IMRT bằng cách sử

d ng b chu n trụ ộ ẩ ực nhiều lá và ngàm 28Hình 2 11 Minh họa v s ề ựchuẩn trực chùm tia trong trường nhìn của chùm tia sử

dụng MLC và ngàm 29Hình 2 12 Sơ đồ minh h a s ọ ự phân tách bản đồ liều llượng (bảng bên phải) thành các khẩu độ V trí cị ủa các đầu lá MLC được bi u th bể ị ằng các thanh màu xanh lá cây 30

Hình 2 13 Minh họa trình tự ử c a s trư t Bổ ợ ảng phía trên hiển th b n li u ị ả đồ ềlượng (các thanh dọc) tương ứng v i m t cớ ộ ặp lá đơn Bảng dưới cùng hiển th t p ị ậ

h p khợ ẩu độ (thanh ngang) để nh n ra bậ ản đồliều lượng 31Hình 2 14 Minh họa lá MLC với thi t k lư i ế ế ỡ và rãnhMinh họa lá MLC với thi t ế

k ế lư i và rãnhỡ 34Hình 2 15 Sơ đồ bi u diể ễn các thể tích được xác định trong các báo cáo khác nhau

c a ICRU, th hiủ ể ện mối quan hệ ủ c a các th tích khác nhau ớể v i nhau 36Hình 2 16 Sơ đồ bi u diể ễn các khả năng khác nhau để k t hế ợp độ không đảm b o ả

nhằm xác định PTV t GTV (t ừ ừ ICRU, Báo cáo số 62, y ban Qu c t v Ủ ố ế ề Đơn vị

và Đo lường B c x ) 38ứ ạHình 2 17 Phân bố ều cho điề li u tr ị vòm họng trong v i li u ch ớ ề ỉ định là 70 Gy;

60 Gy và 54 Gy: (a) Kết qu ả là đường đồng liều tính theo Gy và (b) DVH đố ới v i PTV70,60,54 và các OAR 39 Hình 3.1.Máy xạ trị gia tốc Elekta Synergy Platform 44Hình 3.2 Phần mềm lập kế hoạch Monaco,phiên bản 5.11.03 44Hình 3 3 Biểu đồ ột so sánh liề c u nhận được vào các thể tích chiếu x ạ theo các góc thân máy khác nhau cho kỹ thuật IMRT 7 trường 55Hình 3 4 Biểu đồ ột so sánh liề c u nhận được vào các thể tích chiếu x ạ theo các góc thân máy khác nhau cho kỹ thuật IMRT 9 trường 58Hình 3 5 Biểu đồ so sánh liều nhận được vào cơ quan nguy cấp theo các góc thân máy khác nhau cho kỹ thuật IMRT 7 trường 61Hình 3 6 Biểu đồ so sánh liều nhận được vào cơ quan nguy cấp theo các góc thân máy khác nhau cho kỹ thu t IMậ RT 9 trường 63Hình 3 7: so sánh liều nhận được vào các vùng thể tích chiếu x c a 2 k thu t 7 ạ ủ ỹ ậtrường và 9 trường 64Hình 3 8 Biểu đồ so sánh thời gian phát tia và số MU c a 2 k thu t IMRT 7 ủ ỹ ậtrường và 9 trường 66

DANH M C B Ụ Ả NG BI U Ể

B ng 3.1 Liả ệt kê đặc điểm bệnh nhân UTVH giai đoạn II trong nghiên cứu g m 8 ồ

bệnh nhân nữ, 13 bệnh nhân nam 43

B ng 3.2 s u thả ố liệ ống kê % thể tích chiếu x PTV70Gy nh n li u 70Gy choạ ậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 7 trường t biừ ểu đồ DVH 47

B ng 3.3 S u ả ốliệ thống kê % thể tích chiế ạu x PTV60Gy nh n li u 60Gy choậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 7 trường t biừ ểu đồ DVH 48

B ng 3.4 S u thả ốliệ ống kê % thể tích chiếu x PTV54Gy nh n li u 54Gy choạ ậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 7 trường t biừ ểu đồ DVH 49

B ng 3.5 S u thả ốliệ ống kê % thể tích chiếu x PTV70Gy nh n li u 70Gy choạ ậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 9 trường t biừ ểu đồ DVH 50

B ng 3.6 s u thả ố liệ ống kê % thể tích chiếu x PTV60Gy nh n li u 60Gy choạ ậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 9 trường t biừ ểu đồ DVH 51

B ng 3.7 s u thả ố liệ ống kê % thể tích chiếu x PTV54Gy nh n li u 54Gy choạ ậ ề21bệnh nhân lập k hoế ạch IMRT 9 trường t biừ ểu đồ DVH 52

Bảng 3 8 Phân bố các góc quay thân máy cho kỹthuật IMRT 7 trường chi u x ế ạ

để đánh giá tối ưu phân bố ều cho các thể tích bia li 54

Bảng 3.9 Các chỉ ố CI (PTV70Gy), HI (PTV70Gy) đánh giá kế s ho ch IMRT 7 ạ

trường cho các trường hợp tương ứng 56

Bảng 3 10 Phân bố các góc quay thân máy cho kỹ thu t IMRT 9 trư ng chi u x ậ ờ ế ạ

để đánh giá tối ưu phân bố ều cho các thể tích bia li 57

Bảng 3.11 Các chỉ ố I, HI đánh giá kế s C hoạch IMRT 9 trường cho các trường

hợp tương ứng 59

Bảng 3 12 Phân bố các góc quay thân máy cho kỹ thu t IMRT 7 trư ng chi u x ậ ờ ế ạ

để đánh giá cho các cơ quan nguy cấp 60

B ng 3 ả 13 Phân bố các góc quay thân máy cho kỹ thu t IMRT 9 trư ng chi u x ậ ờ ế ạ

để đánh giá cho các cơ quan nguy cấp 62 Bảng 3 14 So sánh kế ho ch IMRT 7F vạ ới 9F: PTV70, PTV60 và PTV54 thể tích

nhận được 95% li u ch nh cho 21 b nh ề ỉ đị ệ nhân ung thư vòm họng 63

B ng 3 15 Thả ống kê liều lượng được trích xuấ ừ DVH’s của cơ quan nguy cất t p (OARs) cho kỹ thuật 7F - IMRT và 9F - IMRT cho 21bệnh nhân ung thư vòm

h ng 65 ọ

B ng 3.16 Thả ời gian phát tia và số MU trên mỗi phân liều cho k thu t 65 ỹ ậ

7 trường và 9 trường 65

M Ở ĐẦ U

Ung thư vòm họng (UTVH) là một trong những loạ ung thư phổ ếi bi n ở ệ Vi t Nam và mộ ố nước vùng Nam Á như Trung Quốt s c, Hồng Kông, Đài Loan, Singapore UTVH là loại ung thư có độ ác tính cao thường di căn hạch s m UTVH ớ

ít được phát hiệ ở giai đoạn n s m do ớ ở gia đoạn này các triệu ch ng c a b nh ứ ủ ệkhông điển hình dễ nh m l n vầ ẫ ới các bệnh lý thông thường khi n ế ngườ ệi b nh ch ủquan không đi khám

V ềđiều trị, UTVH giai đoạn II đáp ứng t t v i c x ố ớ ả ạtrị (XT) và hóa trị, trong

đó, XT được coi là phương pháp chính

Một nguyên tắc cơ bản và hế ứt s c quan tr ng c a x ọ ủ ạtrị là làm sao phân bốđược liều lượng cao hợp lý t i th ạ ể tích bia (khối u), trong khi đó lại ph i gi m thi u ả ả ểliều có hại cho các tổ chức lành liên quan Chính vì thế việc tính toán ề ạli u x trị và

l p k ho ch ậ ế ạ phù hợp cho từng trường h bợp ệnh nhân là rất quan tr ng ọ ảnh hưởng trực tiếp đế ến k t qu u tr ả điề ị

Ung thư vòm họng nằm phía trên cùng của họng, phía sau mũi và gầ ền n n sọ, nơi có nhiều cơ quan nguy cấp cần được b o v Vì v y, vi c s d ng k thu t x ả ệ ậ ệ ử ụ ỹ ậ ạtrị ba chiều theo hình dạng kh i u (3D-ố CRT) điều tr ị ung thư vòm họng có một vài

h n ch nhạ ế ất định trong việc xác định s ự phân bố liều vào u, nhất là với nh ng ữtrường h p khối u có hình dạợ ng ph c tạp và gần k ềcác vùng cơ quan lành cầ ảứ n b o

v ệ và cơ quan lành xung quanh chịu liều cao Để kh c ph c nh ng vắ ụ ữ ấn đề này kỹthuật IMRT đã được s d ng K ậ ày đã đượử ụ ỹthu t n c th a nhừ ận và ứng d ng r ng ụ ộrãi trong lâm sàng

IMRT cho phép cung cấp li u x ề ạ thích hợp và chính xác hơn theo hình dạng 3D của khối u bằng cách điều chỉnh cường độ ủa chùm tia theo từ c ng th ể tích nhỏ

c a khủ ối u IMRT cũng cho phép cung cấp li u x về ạ ới độ ậ t p trung cao t i nh ng ớ ữvùng bên trong khối u trong khi gi m t i m c nh nh t li u t i nh ng t ả ớ ứ ỏ ấ ề ớ ữ ổchức lành xung quanh K thuỹ ật IMRT có khả năng tạo ra s ự chênh lệch v ềliều lượng ngay trên một trường chiếu để t o ra s ạ ự phân bố liều lượng theo hình thái khối u và giảm thiể ều lượng đố ớ ổ ức lành liề ều li i v i t ch n k K t qu ế ả làm tăng hiệu qu u tr tả điề ị ại

khối u và liều x ạ ảnh hưởng đến các cơ quan lành giảm tối đa mà kỹthuật 3D- CRT không thể thực hiện được Chính vì vậy, IMRT cho phép bao phủ tthể ích điều tr ị và bảo v t ệ ổchức cơ quan lành tốt hơn IMRT hiệ ại là một mũi nhọn và n t

là điều tr chu n cho UTVH V i viị ẩ ớ ệc phân bố ề ậ li u t p trung cao tại vùng khối u

và hạn ch liều vào nhữế ng cấu trúc mô lành quan tr ng, kh ọ ả năng kiểm soát tố ạt t i chỗ ạ vùng Các thử, t i nghi m hi n t i ti p t c khệ ệ ạ ế ụ ẳng định vai trò của IMRT trong

và hình dạng của chùm tia thay đổi trong m i lỗ ần điều tr ị

X u bi n li u UTVH s d ng k ạtrị điề ế ề ử ụ ỹthuật tăng cường liều tích hợp đồng thời các vùng thể tích chiế ạ (SIB) cho phép cung cấp các liều lượng khác nhau u x cho các thể tích bia khác nhau trong một lần điều trị, nghĩa là tất c ảcác thể tích bia

T i Viạ ệt Nam, đã có mộ ố đề tài nghiên cứt s u x u bi n li u cho ung ạtrị điề ế ềthư vùng đầu cổ, tuy nhiên chỉ ậ t p trung vào mộ ố khía cạt s nh c a x tr u bi n ủ ạ ị điề ế

liều như đo liều, tìm hiểu k ậ ạỹ thu t x ị IMRT mà chưa khai thác kỹtr ật góc thuchiếu, s ố trường chi u x ế ạ ảnh hưởng đến k t qu l p k ho ch x ế ả ậ ế ạ ạtrị Chính vì vậy, trong nghiên cứ này sẽ trình bày kỹu thu t x IMRT cho bậ ạtrị ệnh nhân ung thư vòm họng giai đoạn II, v i phân li u SIB theo RTOG ớ ề

Mục đích chính của đề tài này là xác định s ố trường chiếu và các góc chiếu

x trong l p k ho ch cho bạ ậ ế ạ ệnh nhân ung thư vòm họng giai đoạn II để đưa ra được

m t k ho ch x tộ ế ạ ạtrị ối ưu nhất để áp dụng tại cơ sở T k t qu l p k ho ch s ừ ế ả ậ ế ạ ẽđánh giá được liều vào các vùng thể tích chiếu xạ, vào các cơ quan nguy ấc p li n ề

kề Để c hithự ện được công việc này, nghiên cứu đã dùng phần m m l p k ề ậ ếhoạch Monaco hiện đại, máy gia tốc x ạtrị Elekta có hệ thống collimator đa lá cùng với

h ệthống đo liều IBA, h ng QA k ho ch MatriXX Resolution ệthố ế ạ

Vì vậy đề tài “Nghiên cứ ối ưu hóa kỹu t thu t x tr IMRT theo s ậ ạ ị ố trường x tr ạ ịcho bệnh nhân ung thư vòm họng” được nghiên cứu v i mớ ục tiêu sau: Xác định được trường chiếu và góc chiếu tối ưu nhất trong l p k ho ch x ậ ế ạ ạ trị điều bi n li u ế ềcho bệnh nhân UTVH giai đoạn II

N ộ i d ung lu ận văn này gồm 3 chương

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứ u v x ề ạ trị ung thư vòm họng:

s ẽtrình bày tóm tắt tình hình ung thư vòm họng trong và ngoài nước, đặc điểm c a ủung thư vòm họng giai đoạn II và những thu n lợi, khó khăn trong điề ịậ u tr b ng k ằ ỹthuậ ạt x trị IMRT; ch ra m t s ỉ ộ ố bài báo nghiên cứu v x ề ạtrị ung thư vòm họng để

t ừ đó đưa ra được hướng nghiên cứu cho đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyế ề ạ ị ề t v x tr đi u bi n li u: s ẽđưa ra khái niệm và ế ề

các kỹ thu t x tr u bi n li u, thuậ ạ ị điề ế ề ật toán tính toán tối ưu trong lập k ho ch x ế ạ ạtrị; các đại lượng để đánh giá kế ạch và ý nghĩa số ho trư ng chiờ ếu và góc chiếu cho kỹ thu t x trậ ạ ị này

Chương 3: Nghiên cứ u th c nghi ự ệm và kế t qu : ả trong chương này chỉra

k t qu ế ả nghiên cứu các góc quay thân máy cho k ỹthuật IMRT 7 trường; 9 trường chiế ạ để đánh giá phân bố ều cho các thể tích bia, cơ quan nguy cấu x li p cho b nh ệnhân ung thư vòm họng giai đoạn II, t ừ đó sẽ xác định được góc chiếu x tạ ối ưu

nh t cho k ấ ỹthuật 7 trường chiếu và 9 trường chiếu Đồng thời cũng so sánh kỹthuậ ạt x ị IMRT 7 trườtr ng với 9 trường đại diện cho các góc chiếu x tạ ối ưu đểđánh giá liều nhận được cho các vùng thể tích chiếu x ạ và các cơ quan nguy cấp,

thời gian, s ố MU để ừ đó đưa ra đượ t c k ật nào sẽ ốt và được cân nhắỹthu t c cho

l p k ho ch x ậ ế ạ ạtrị ung thư vòm họng giai đoạn II

K t lu ế ận và kiế n ngh ị : s t ng kẽ ổ ết đưa ra góc tối ưu và trường tối ưu để áp

dụng cho công việ ậc l p k hoế ạch, đồng th i ki n ngh xuờ ế ị đề ất hướng nghiên cứu tiếp theo

1.1 Giới thiệu Ung thư vòm họng

1.1.1 Đặc điểm ung thư vòm họ ng

Ung thư vòm họng g p r t nhi u ặ ấ ề ở các nước Đông Nam Á, các nước vùng

Địa Trung Hải, vùng Bắc cực và các vùng cận B c c c cắ ự ủa các nước B c M ắ ỹ và Grrenland

Tại Việt Nam, theo Globocan 2020, UTVH đứng hàng thứ 8/10 loại ung thư

ph bi n nh t, t l mổ ế ấ ỷ ệ ắc b nh nam giệ ở ới 8.1/100.000 dân cao hơn nữ gi i ớ2.8/100.000 dân

b) Đặc điểm UTVH giai đoạn II và điều tr ị

Do v ị trí giải phẫu đặc thù của vòm họng nên các khối u vòm họng thườ ởng

gần các cơ quan trọng yếu như nền sọ, thùy thái dương, thần kinh th ị giác và giao thoa Do đó, việc c t b ắ ỏ hoàn toàn UTVH thường không khả thi, đặc biệt là trong các trường h p nợ ặng và những trường hợp có tổn thương nền s hoọ ặc các hạch

b ch huy t sau h u ạ ế ầ

X ạtrị đơn thuần là mộ ự ựt s l a chọn đầu tiên cho UTVMH, đây là phương pháp chuẩn và truyền thống cho giai đoạn s m (I, ớ II) Có thể ểm soát bệ ki nh t i ạchỗ và tại vùng Xạ ị tr có th u tr kh i 70-ể điề ị ỏ 90% giai đoạn I, II

X ạtrị IMRT đã làm tăng tỷ ệ ểm soát tại vùng và làm giảm tác dụ l ki ng ph ụ

tới mô lành Nghiên cứu h i c u cồ ứ ủa Lee (2012) trên UTVH giai đoạn II, x ạtrịIMRT không kế ợp hóa trịt h có t l sỷ ệ ống thêm đặc hiệu là 95% [8]

Guo và cộng s ự (2016) nghiên cứu trên 311 BN UTVH giai đoạn II Các tác

gi nhả ận định, IMRT cho kết quả điề ị hoàn hảo cho giai đoạ u tr n II [9 ]

Theo phân loạ ủa UICC/AJCC 2010, UTVH giai đoại c n II g m T1N1M0, ồT2N0M0, T2N1M0 Trong đó:

⁃ N1: Di căn hạch c mổ ột bên đường kính ≤ 6cm trên hố thượng đòn, và/hoặc

hạch sau hầu cùng bên hay cả hai bên có đường kính ≤ 6cm

⁃ M0: Không có di căn xa

Việ ử ục s d ng ph bi n x tr u biổ ế ạ ị điề ến cường độ (IMRT) đã cải thiện đáng

k k t qu u tr v m t kiể ế ả điề ị ề ặ ểm soát bệnh cũng như các biến ch ng b t l i do bứ ấ ợ ức

x ạ gây ra, so với phương pháp xạ trị thông thường (3DCRT)

1.1.2 Thuận lợ i khi l ậ p kế hoạ ch IMRT

M t trong nh ng hi u ộ ữ ệ quả t t nh t c a x ố ấ ủ ạtrị điều bi n liế ều IMRT là ứng d ng ụtrong x trạ ị vòm họng X ị vòm họng đã đạt đượạtr c những thành công quan trọng trong nhiều năm qua, nhiều bài báo đã đánh giá kết qu u tr bả điề ị ệnh nhân xạ trịvòm họng cho k t qu u tr r t t t, tri u chế ả điề ị ấ ố ệ ứng khô miệng giảm rõ rệt sau điều

trị so v i k ậ ạ ịớ ỹthu t x tr 3DCRT, th i gian sờ ống thêm của bệnh nhân được nâng lên

X u bi n liạtrị điề ế ều (IMRT) là công nghệ tiêu chuẩn cho x ạtrị triệt căn đối

với ung thư vòm họng không di căn IMRT cho phép bao ph ủ phù hợp (các) thểtích khối u v i li u b c x cao trong khi gi m li u hi u qu ớ ề ứ ạ ả ề ệ ả cho các cơ quan nguy

cấp (OAR) và do đó cải thiệ ỷ ệ điề ịn t l u tr

Việ ử ục s d ng ph biổ ến IMRT đơn thuần cho b nh ệ ở giai đoạn đầu ho c k t ặ ế

h p vợ ới hóa trị gây độ ế bào cho ệc t b nh ti n tri n t i chế ể ạ ỗ, đã cải thiện đáng kể kh ảnăng kiểm soát tại ch ỗ và tỷ ệ ống sót cho bệnh nhân UTVH Ngoài ra, IMRT l scũng làm giảm đáng kể độc tính do điều tr ị gây ra như viêm da do phóng xạ, khô miệng, ho i tử thái dương và liệt dây thầạ n kinh s ọ

Thực tế khi s d ng k thuử ụ ỹ ật 3DCRT, trường hợp trong đó hình dạng kh i u ố

và vị trí tương đố ới các mô lành khá phứ ạp mà các kếi v c t ho ch x tr ạ ạ ị không thểthỏa mãn hoàn toàn (hình 1.1) Lúc này ta cần bướ ả ến hơn 3DCRT đó là xạc c i titrị điề u bi n li u (ế ề IMRT) giúp mang lại hi u qu ệ ả cao khi tính toán cho các khối u

trong IMRT liều lượng trong mỗi trường chiếu được thay đổi nh ờ công nghệ điề u khi n h ể ệchuẩn trực đa lá (MLC) hoặc b lộ ọc bù vật lý Mỗi trường chiếu chính được phân chia thành các trường chi u nh ế ỏ và các trường chiếu này được th c hi n ự ệđiều ch nh liỉ ều tia (hình 1.2) Khi ghép các trường chi u nh l i ta s ế ỏ ạ ẽ thu được li u ềtia mong mu n cho c ố ả trường chiếu chính Kỹ thu t IMậ RT cho phép kiểm soát việc

gi m liả ều lượng tia x ạtiếp xúc với mô lành trong khi đưa liều lượng tia x ạcao hơn

đến kh i u ố

Hình 1.1 So sánh trường chiếu, cường độ trong mỗi trường chiếu và hiệu qu ả

tránh cơ quan nguy cấp c a 3D-ủ CRT và IMRT

Một điểm khác biệ ủt c a IMRT so v i 3D-CRT nớ ữa là ta có thể ậ l p k hoế ạch thuận và kế ạ ho ch nghịch đảo [10] Với IMRT đơn giản ta có thể ậ l p k ho ch ế ạthuận giống như 3D-CRT bằng cách đưa ra một vài trường chi u, mế ỗi trường chiếu bao g m 2 ho nhiồ ặc ều hơn trường chi u th cế ứ ấp Cách thứ ậc l p k ếhoạch này có thể thay th ếcác phương thức chiếu không đồng phẳng dùng khi tránh chiếu x ạcác

mô lành mà chỉ ự d a vào vi c ch n l a các góc chiệ ọ ự ếu tinh vi Các trường h p ph c ợ ứ

t p s ạ ẽ đòi hỏi phải tăng số trường chiếu Quá trình tối ưu hóa sẽ thự c hi n b ng ệ ằphép lặ ạp l i K thu t IMRT ỹ ậ đượ ậc l p k ho ch nghế ạ ịch đảo cùng ớ ự ỗ ợ ố v i s h tr t i

ưu hóa từ máy tính đã được áp dụng thường quy

1.1.3 Khó khăn trong quá trình lậ p k ế hoạ ch IMRT

Những chùm tia không đồng nh t v li u lưấ ề ề ợng (cường độ) trong k thu t ỹ ậIMRT được tính toán bằng cách tối ưu hóa theo chương trình máy tính Sự phân

b ốliều lượng trong IMRT được tính toán theo các vùng được chia nh c a mỏ ủ ỗi chùm tia, gọi là các segment hay các beamlet mà trên đó nhận được các ứm c li u ềlượng không giống nhau Vì những beamlet này có kích thướ ấc r t nh ỏ đôi khi chỉ

khoảng 1cm x1cm nên dễ ẫn đế d n sai s ố và làm thay đổi su t li u b c x ấ ề ứ ạ máy phát

ra

Hình 1 Phân nhỏ trườ 2 ng chi ếu thành trườ ng nh ỏ để điề u bi n li u tia ế ề

Vì thế, so v i k thu t 3DCRT viớ ỹ ậ ệc phân chia mô hình phân bố ều lượ li ng

của IMRT đòi hỏ ội đ chính xác cao từ các khâu như chuyển động của các lá MLC

và bản thân collimator Độ chính xác của s ự phân bố ều lượ li ng theo k hoế ạch đã

l a chự ọn còn tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của các lá, vào mức độ ò rỉ rliề ứ ạ ữa các khe củ ừu b c x gi a t ng cặp lá và vào giớ ại h n chuyển động cơ khí của các lá MLC… Vì vậy, có thể nh n th y r ng thậ ấ ằ ật khó đạt được mô hình phân bốliều lượng chính xác một cách lý tưởng như đã xác lập trên phần mềm máy tính

H ng l p k ho ch x b ng k thuệthố ậ ế ạ ạtrị ằ ỹ ật IMRT cũng thường có độ sai khác so với quá trình commissioning nên quy trình QA sẽ b t bu c ph i th c hiắ ộ ả ự ện để khẳng định độ chính xác của m i thông s ọ ố được ch n ọ

Việ ực l a ch n m t k hoọ ộ ế ạch được cho là tối ưu trong kỹ thuật IMRT có thể

mất rất nhi u thề ời gian Độ chính xác của quá trình phân bốliều lượng c a IMRT ủ

ph ụthuộc vào độ chính xác cơ khí củ ệ MLC Vì vậa h y, v i k ớ ỹthuật IMRT, mức

độ chính xác và ổn định l u â dài về cơ khí của h ệ MLC là hế ứt s c quan tr ng T ọ ừ

đó, những yêu cầu kiểm tra định k các thông s ỳ ố cơ khí nói riêng, các thông số ỹ k thuật khác của quy trình QA nói chung cần th c hi n mự ệ ột cách nghiêm túc, chặt chẽ

Quá trình áp dụng k thu t IMRT s n y sinh nhi u sai s ỹ ậ ẽ ả ề ố khó tránh Những sai s ố khác, chẳng h n s c ng c a bạ ự ử độ ủ ệnh nhân trong quá trình chụp CT ph c v ụ ụ

l p k hoậ ế ạch và trong khi chiếu xạ Đặc biệt là việc xác định v ị trí cũng như kích thước của các vùng thể tích liên quan, của các tổ ch c nguy c p mứ ấ ột cách thận

trọng và chính xác Những ảnh hưởng của độ ất định phân bố b ề ấli u h p th trong ụkhông gian phụ thu c r t nhiộ ấ ều vào việ ực l a chọn các đường đồng liều và những

gi i hớ ạn chênh lệch của các giá trị đó Nhiều nghiên cứu th c nghi m cho thự ệ ấy

r ng, nh ng sai s k ằ ữ ố ể trên ảx y ra do việc xác định v ị trí, kích thước các vùng thểtích và các thể tích nguy cấp liên quan có s ự khác nhau giữa các bác sĩ

1.2 T ng quan m t s ổ ộ ố nghiên cứ u về ạ trị ung thư vòm họng x

Trên thế ới đã có nhiều nghiên cứ gi u v k thu t x tr IMRT cho UTVH, ề ỹ ậ ạ ịdưới đây là mộ ố báo cáo nghiên cứt s u:

a) Nghiên cứu “So sánh đo liều gi a x ữ ạ trị điều bi n li u v i x 3D-ế ề ớ ạ trịCRT ở bệnh nhân ung thư đầu- c ” ổ của nhóm tác giả Doaa M AL Zayat, Ehab M Attalla, H Abouelenein, Shady.Fadel, Wafaa S Khalil, (2015) [11]

Nghiên cứu này đã chỉ ra: IMRT có thể đạt được li u cao ề ở GTV, CTV và PTV mà còn bảo v ệ cơ quan nguy cấp so v i k thu t 3D-Cớ ỹ ậ RT Các tuyến mang tai cũng được b o v tả ệ ốt hơn

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng phân bố ề li u trong k thu t IMRT ỹ ậ 7 trường và

9 trường tối ưu hóa như nhau và cao hơn kỹ thuật 5 trường với các vùng thể tích CTV70, CTV63, CVT56 Trong khi các cơ quan nguy cấp OAR thì cả 5 trường, 7 trường, 9 trường tối ưu hóa liều không có sự khác nhau

Nghiên cứu này chưa đề ập đế hướ c n: ng chi u tế ối ưu hóa liều vào vùng thểtích cần đánh giá và cơ quan nguy cấp; s ố MU điều tr ; thị ời gian phát tia điều tr ị

gi a IMRT vữ ới 3DCRT và giữa các số trường chi u IMRT (k thuế ỹ ật 5 trường, 7 trường và 9 trường)

b) Nghiên cứu “So sánh đo liều gi a x ữ ạ trị (3DCRT) và xạ trị điều bi n liế ều (IMRT) trong điều tr ị các giai đoạn khác nhau của ung thư biểu mô vòm họng”

của nhóm tác giả Mohamed S Ibrahim, Ehab M Attalla, Mostafa El Naggar and Wael M Elshemey, 2018 2[1 ]

Nghiên cứu này đã chỉ ỹthuật 3DCRT (6 trườ ới các góc quay thân máy 0 °, 45 °, 90 °, 180 °, 270 ° và 315 ° Kế ho ch nghạ ịch đảo IMRT; 7 trường với góc quay thân máy 30 °, 80 °, 130 °, 180 °, 230 °, 280 ° và 320 °; 9 trường góc quay là 20 °, 60 °, 100 °, 140 °, 180 °, 220 °, 260 °, 300 ° và 340 ° dùng trong l p k hoậ ế ạch để đánh giá liều phân bố vào các vùng thể tích chiếu xạ, cơ quan nguy cấp; và đã đưa ra kết qu ảliều phân bố vào các vùng thể tích chiế ạu x cho k ỹthuật IMRT 9 trường cao hơn 7 trường và 5 trường, 3D- CRT; đồng thời OAR chị ều li u thấp hơn các kỹ thu t còn l i ậ ạ

Nghiên cứu này chưa đề cập đến: lý do tại sao l i chạ ọn các góc chiếu cho

k ỹthuật IMRT 7 trường, 9 trường

c) Nghiên cứu “Thiế ế chùm tia tối ưu trong xạ ịt k tr điều bi n liề tích hợế u p

đồng th i các vùng th tích trong ung thư vòm h ng” ờ ể ọ của nhóm tác giảMei-Chun

Cheng, M.S.,Yu-Wen Hu, M.D., Ching-Sheng Liu Ph.D., Jeun-Shenn Lee, Ph.D.,Pin-I Huang, M.D., Sang-Hue Yen, M.D.,Yuh-Lin Lee, M.S., Chun-Mei Hsieh, B.S.,and Cheng-Ying Shiau, M.D, 2014 3 [1 ]

Nghiên cứu này đã chỉ ra đượ ế ạch IMRT 7 trườ ới các góc thân máy (00, 750, 1300, 1550, 2050, 2300, 2850); k hoế ạch IMRT 9 trường với các góc thân máy (00, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 2400, 2800, 3200) và các vùng thể tích chiế ạu x PTV70Gy, PTV63Gy Đánh giá sự phân bố u cho th liề ể tích biaPTV70Gy, PTV63Gy đều lớn hơn 95% ều vào CTV; li 70Gy, CTV63Gy đều đạt 100% Liều cho các

cơ quan nguy cấp (OAR) như thân não, tủy s ng, tuyố ến mang tai trái, phải u đềdưới gi i h n liớ ạ ều cho phép

Nghiên cứu này chưa: nói rõ đượ ạc t i sao chọn góc chiếu cho k thu t IMRT ỹ ậ

7 trườ , 9 trường ng chiếu như trên , và góc chi u ế này đã là tối ưu nhất trong s ố các góc của k thu t x tr IMRT 7 trư ngỹ ậ ạ ị ờ , 9 trường

T ừ các bài báo đã được tham khảo có thể y r ng vithấ ằ ệc nghiên cứu m i ớ chỉ

so sánh phân bố liều vào thể tích bia chiếu x ạvà cơ quan nguy cấp đố ới v i k ỹthuật IMRT 5 trường, 7 trường, 9 trường và 3D-CRT; trong k thuỹ ật đó mới ch ra m t ỉ ộgóc chiếu c th l p k hoụ ể để ậ ế ạch, điều này không biết được góc chiếu đó đã tối ưu cho k ỹthuật đó hay chưa Để ắ kh c ph c thiụ ếu sót đó, nghiên cứu đã đưa ra để so sánh tối ưu kỹthuậ ạ trịt x IMRT theo s ố trường x tr c th ạ ị ụ ể là 7 và 9 trường cho

bệnh nhân ung thư vòm họng giai đoạn II t ừ đó tìm trường chiế ớ góc chiế ốu v i u t i

ưu nhất đạt được phân bố ề li u cao nhất vào thể tích bia điều tr ng thị đồ ời cơ quan nguy c p nh n li u th p nh ấ ậ ề ấ ất

Nghiên cứu này rất quan trọng vì nó góp phầ ấ ớn trong quá trình điền r t l u tr ị

bệnh nhân đạt được hi u qu u tr cao, giệ ả điề ị ảm tác dụng ph ụ lên các cơ quan lành không mong mu n trong su t th i gian đi u tr ố ố ờ ề ị

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾ T V X TR ĐI U BI N LI U Ề Ạ Ị Ề Ế Ề 2.1 X u bi ạ trị điề ế n liều

2.1.1 T ng quan x ổ ạ trị điều biến liề u

X u bi n liạtrị điề ế ều lượng (cường độ) theo hình thái khối u - IMRT là một

k thu t hiỹ ậ ện đại đang được s d ng ph biử ụ ổ ến trong lâm sàng Kỹ thu t IMRT ậ

có khả năng tạo ra s ự chênh lệch v liề ều lượng ngay trên một trường chiếu để

t o ra s ạ ự phân bố liều lượng theo hình thái khối u và giảm thi u liể ều lượng đối

với các tổ chức lành liề ề ỹ thuật IMRT được xem như một phương pháp n k K

có thể ạ t o ra s ự thay đổ ều lượi li ng một cách tùy ý Lâu nay, kỹ thuật IMRT được

l p k ho ch nghậ ế ạ ịch đảo và áp dụng trên các máy gia tốc v i h MLC Vi c tớ ệ ệ ối ưu hoá một k hoế ạch điều tr bao g m nhiị ồ ều quá trình mà trong đó những mô hình thử nghiệm được xây dựng và kiểm ch ng b ng h ứ ằ ệthống máy tính lậ ế ạch điềp k ho u trị Các công cụ ể ki m chứng là những mẫu đối tượng và những thông số được đưa vào hệ ống máy tính khi mô tả th những yêu cầu v liều lượề ng tại (các) thể tích bia cùng những gi i h n liớ ạ ều lượng trên các tổ chức lành

Với IMRT, là mộ ỹt k thu t h t s c tinh xậ ế ứ ảo và phứ ạp mà trong đó tạc t o ra cường độ (liều lượng) các chùm tia không đồng nh t K thu t x tr bấ ỹ ậ ạ ị ằng cách thay đổi liều lượng (cường độ) còn được hiểu là cách chia nhỏ chùm tia thành

nh ng mi n nh ữ ề ỏ có cường độ khác nhau IMRT có thể ử ụ s d ng ho c b ng nh ng ặ ằ ữ

d ng c ụ ụ bù trừ mô theo 2-D ho c b ng h MLC K ặ ằ ệ ỹthuật phân bố liều khi s d ng ử ụMLC có thể theo 2 cách: “cửa s trư tổ ợ ” (“sliding window”) hoặc “phát tia ắng t quãng” (“step and shoot”) Kỹ thuật IMRT còn bao gồm việc xác định rõ các miền (vùng) giớ ại h n liều lượng t i th ạ ể tích bia cùng sự lan to cả ủa nó và các tổ ch c ứlành liền k mề ột cách hợp lý ừ đó đánh giá tính tối ưu củ, t a k thu t IMRT, k c ỹ ậ ể ả

việc phân tích về ự phân bố s liều lượng theo 3-D, v biề ểu đồ thể tích liều lượng (DVH) cho thể tích bia và các tổ ứ ch c nguy c p [14] ấ

a) K ỹ thuật cử ổ trượa s t (sliding window)

Trong k ỹthuật kiểu “ ửc s a ổ trượ ” mỗ ộ ặp lá củ ệt i m t c a h MLC hoạt động

giống như một trường chiếu động và riêng biệt Lá này theotiếp lá kia qua trường chiếu và trong quá trình chuyển động s tẽ ạo thành kho ng tr ng gi a chúng Kích ả ố ữthước kho ng tr ng qua mả ố ột điểm cho trướ trên bệnh nhân sẽ xác định thông c lượng chùm bức x tạ ại điểm đó theo hai cách Cách thứ nh t, kho ng trấ ả ống càng

lớn thì điểm quan tâm càng được chi u x ế ạ lâu hơn Cách thứ hai, kho ng tr ng ả ốcàng lớn thì liều hi u d ng tệ ụ ại điểm quan tâm càng cao Kỹ thuật “ ửc a s trư t” ổ ợcho phép tinh sửa liều lượng v i đ ớ ộ phân ải cao hơn gi

K thuỹ ật phát tia liên tục, các lá MLC di chuyển khi phát tia điề ịu tr Trong trường hợp này, ệ xác địvi c nh qu o cỹ đạ ủa các lá MLC, nghĩa là vị trí của lá như

một hàm của thời gian

K ỹthuật Phát tia liên tục thường đượ ế ợ ới phát tia kiể ửa sổ trược k t h p v u c t,

vì điều này tạo ra phương pháp xác định qu o cỹ đạ ủa lá [14] Hình 2.1 minh họa

bằng sơ đồ các quỹ đạo liên tục của lá bên trái và bên phải trong một hàng MLC Trục ngang hiển th v ị ị trí của đầu lá, trong khi trục d c hiọ ển th thị ời gian đầu lá đi qua một vị trí nhấ ịt đnh T i mạ ọi vị trí chùm tia trong hàng MLC, liều lượng hi u ệ

qu cả ủa chùm tia được cho b i thở ời gian phơi sáng Ban đầu, c ả hai lá được đặt ởphía bên trái và lá bên phải bao ph ủ chùm tia Tại thời điểm t1, đầu lá bên phải đi ngang qua chùm tia và mở trư ng b c x t i v ờ ứ ạ ạ ị trí đó Tại thời điểm sau t2, lá bên trái đi ngang qua chùm tia và đóng trường b c x Mứ ạ ức độliều lượng của chùm tia

t l ỷ ệthuậ ớn v i kho ng th i gian tả ờ 2 t– 1mà chùm tia được chiếu ra Do đó, khoảng cách của lá bên phải và bên trái trên trục dọc xác định cấu hình liều lượng tương

ứng [10 ]

Trong th c tự ế, các lá MLC không thể di chuyển nhanh tùy ý và phải tuân theo

tốc độ ối đa của lá Trong hình 2 t 1, gi i h n tớ ạ ốc độ lá tối đa tương ứng với độ dốc

t i thi u c a qu ố ể ủ ỹ đạo lá Để cho phép một lá di chuyển m t khoộ ảng cách nhất định trên trục hoành, một kho ng th i gian t i thi u phả ờ ố ể ải trôi qua Điều này được bi u ểthị ằng đường đứt nét màu đen ở ảng trên b b

Tuy nhiên, phát tia liên tục không bị ràng buộc v i qu o c a s ớ ỹ đạ ử ổ trượt V ềnguyên tắc, các phương pháp ải trình tự cho phép chuyển độgi ng hai chi u cề ủa lá

có thể được phát triển và sử ụ d ng

Hình 2 1 Minh h ọa phát tia IMRT độ ng b ng k thu t c a s ằ ỹ ậ ử ổ cánh chớp Các đường màu đỏ ở ảng phía trên hiể b n th v ị ị trí của lá bên trái và bên phải dướ ạ i d ng

ch ức năng củ a th ời gian Đường màu xanh lụ c ở ảng dưới cùng hiể b n th ị đườ ng profile

liều lượng tương ứng

b) K ỹ thuật phát tia ngắt quãng

Trong k ỹthuật IMRT phát tia ngắt quãng, bản đồ liều lượng đượ ắ ếp c s p xtheo trình tự thành mộ ật t p hợp các độ m ở xác định Mỗi độ m đư c chi u x ở ợ ế ạriêng lẻ, nghĩa là các lá MLC di chuyển đến v ị trí mong muốn và chùm tia được

phát để phân phố ố i s lượng MU đã chỉ định Sau đó, chùm tia ngắt trong khi các

lá MLC được di chuyển để định hình độ ở ế m ti p theo

c) Các đại lư ng đợ ặc trưng của IMRT

Nhiều tham s ố chùm tia có thể đượ ối ưu hóa, bao gồc t m liều lượng, năng lượng, s ố lượng, hướ g chùm tia (góc thân máy và giường), góc collimator và kích nthước ngàm collimator Cần lưu ý rằng năng lượng chùm tia trở nên ít quan trọng hơn khi số lượng chùm tia tăng lên, do đó 6 MV hoặc 10 MV là đủ cho l p k ậ ế

ho ch IMRT ạ

- Liều lượng chùm tia:

Liều lượng chùm tia là điểm chính củ ối ưu hóa Với IMRT chùm tia cốa t

định, h th ng l p k hoệ ố ậ ế ạch tính toán phân bố ề ổ li u t ng, gi s ả ử các trọng s b ng ố ằnhau và liều lượng không điều biến Trong quá trình tối ưu hóa liều lượng chùm tia, trường điều tr ịđược chia thành các phần t nh gử ỏ ọi là beamlets (chùm tia nh ) ỏTrọng s ố beamlets có liên quan đến liều tính toán trên bệnh nhân Trong quá trình

tối ưu hóa, trọng s ố beamlets được thay đổi cho đến khi phân bốliều lượng g n ầ

gi ng v i mong mu n M t bố ớ ố ộ ản đồ liều lượng lý tưởng đượ ạc t o cho mỗi chùm tia

- Hướng chùm tia

IMRT ban đầu được hình thành như một phương pháp điều tr ị xoay vòng được th c hi n t m t chuự ệ ừ ộ ỗi các góc thân máy liên tục [15 ].Nhưng trong các lược

đồ ối ưu hóa thự ế t c t , m t s lư ng h u h n ộ ố ợ ữ ạ các góc rờ ạc đượ ử ụng, tương i r c s d

t ự như việc chia liều lượng liên tục thành các chùm hữu h n Viạ ệc tăng số góc chùm tia có thể t o ra s ạ ự phân bố liều lượng hợp lý bằng cách phân phối các chùm tia ch t mỉ ừ ột vài vị trí thân máy, thường là từ năm đến chín v ị trí, nên tránh các chùm tia đối di n Nệ gười ta đã chứng minh r ng vi c chi u mằ ệ ế ột chùm tia trực ti p ếqua một cơ quan nguy cấp b ịchồng ch p m t ph n b i th ậ ộ ầ ở ể tích bia có thể ạ t o ra liều lượng cao cho cơ quan đó [16] Đã có mộ ố quan tâm đết s n vi c tệ ối ưu hóa góc chùm tia và cơ sở này có sẵn trong m t s h th ng l p k hoộ ố ệ ố ậ ế ạch thương mại, nhưng nó không được s d ng rử ụ ộng rãi và IMRT chùm tia cố định thường được thực hi n bởệ i thi t lập các góc chùm tia từế kinh nghiệm trước đó và các giải pháp

l p [17] ớ

- Tiêu chí tối ưu hóa điều biến liều

Lý tưởng nh t, mấ ục tiêu của m t k hoộ ế ạch là xác suất kiểm soát khối u (TCP)

đạt tối đa và giảm thiểu xác suất bi n ch ng cế ứ ủa các mô lành (NTCP) Một s ố công

c tụ ối ưu hóa bao gồm liều đồng nhất tương đương tối đa và tối thi u (EUD) trong ể

mục tiêu của chúng Tuy nhiên, các mô hình liên quan đến các điểm cu i sinh h c ố ọ

v i liớ ều lượng đố ới v i nhi u lo i khề ạ ối u và các cơ quan nguy cấp vẫn đang được phát triển, trong khi việc đánh giá các kế ho ch v ạ ề phân bố liều lượng đã được bi t ế

rõ, vì vậy các mục tiêu là chủ ế y u dựa trên liều lượng Rất khó để ch ỉ định toàn bộphân bố ề li u 3D mong muốn, vì vậy, thay vào đó, các mục tiêu được đặt theo li u ề

tối đa và tối thi u mong muể ốn, và các mục tiêu về thể tích liều liên quan đến bia

hoặc cơ quan nguy c p (OAR) ấ

2.1.2 B ả n đ ồ liề u lư ợ ng

IMRT đề cập đến các phương pháp phân phố ại x trị mà sự phân bố liều lượng trong m t phặ ẳng vuông góc với hướng chùm tia được điều biến Để đạt được mục đích đó, chùm bức x đưạ ợc chia thành các chùm tia nhỏ mà về nguyên tắ, c, MLC

có thể phân phối được Do đó, sự phân bố ều lượ li ng ngang của chùm tia được phân chia thành các phần t nhử ỏ, thường được gọi là chùm tia nguyên tố ho c ặbixels Các MLC hiện đại thường có chiều rộng lá là 5 mm Do đó, sự phân bố liều

lượng được th n bểhiệ ằng cường độ ủa các chùm tia 5 × 5 mm Biể c u di n r i rễ ờ ạc

c a liủ ều lượng thường được gọi là bản đồliều lượng Trong l p k ậ ếhoạch IMRT, mục tiêu là tìm ra các bản đồ ều lượ li ng c a t t c ủ ấ ả các hướng chùm tia mang lạ ựi s phân bố ề ố li u t t nhất có thể trên bệnh nhân

Định nghĩa của bản đồ ều lượng đượ li c minh họa trong hình 2.2 Tương tựnhư xạ ị tr 3D-CRT, điều này bắt đầu với định nghĩa về điểm đồng tâm Đố ới v i

vi c l p k ệ ậ ếhoạch IMRT, sau đó việc xác định t p h p t t c ậ ợ ấ ả các chùm tia có khảnăng hữu ích trong việc tìm ra kế hoạch điều tr mong mu n nh t iị ố ấ Đ ều này tương

ứng v i t t c ớ ấ ả các chùm nhỏ đóng góp một lượng đáng kể vào thể tích bia Một phương pháp phổ ến để bi kh i t o bở ạ ản đồ ều lượ li ng bao g m t t c ồ ấ ả các chùm tia nguyên tố mà trụ rung tâm của phân đoạn chùm tia tương ức t ng giao v i th ớ ể tích bia

Hình 2.2 thể ệ ả hi n nh chụp X quang tái tạo k thu t s (DRR) cho m t trong ỹ ậ ố ộcác hướng của chùm tia tới Các đường vi n hi n th ề ể ị các hình chiếu c a ba th ủ ể tích bia trong trường nhìn Bản đồ ều lượ li ng bao g m t t c ồ ấ ả các chùm nguyên tố bao

ph ủ hình chiếu c a th ủ ể tích bia

Hình 2 2 Minh h a bọ ản đồ liều lượng để ập kế l ho ch IMRT cho b nh ạ ệ

nhân ung thư đầu - cổ

2.1.3 Ma tr ậ n liề u lư ợ ng

Chất lượng c a mủ ột k hoế ạch điều tr chủ yếu được đánh giá dựa trên sự phân ị

b ốliều lượng trên bệnh nhân Do đó, muốn xác định bản đồliều lượng của các chùm tia tới sao cho gần đúng nhất với phân bố ề li u mong muốn Để đạt được điều

đó, chúng ta phải liên hệ ức độ ều lượ m li ng v i s phân ốớ ự b liều ở ệnh nhân Khái b

ni m ma tr n liệ ậ ều lượng, thường đượ ử ục s d ng trong l p k ho ch IMRT ậ ế ạ

Để tính toán liều lượng, các vùng thể tích chiếu x ạ được chia thành các phần

t ử thể tích nhỏ đượ ọi là voxels Mộc g t thuật toán tính toán liều lượng được s ử

dụng để tính toán sự phân bốliều lượng c a mủ ỗi chùm tia trong bản đồliều lượng

ở ệnh nhân Biể b u th liị ều lượng mà chùm tia j đóng góp vào điể ảm nh ba chi u i ề

ở ệnh nhân là D b ij, và biểu th cưị ờng độ ủa chùm tia j là x c j T ng liổ ều lượng di

được phân phố ới điể ải t m nh ba chiều i sau đó được đưa ra đơn giản b i s ch ng ở ự ồ

chất củ ất cảa t các phần đóng góp của chùm tia:

Ở đây, ma trận đóng góp liều lượng Dij của các chùm tia j đến điểm ảnh ba chiều i được gọi là ma trận liều lượng Trong th c t , liự ế ều lượng thường được định lượng bằng (MU) Trong trường hợp này, đơn vị ự nhiên củ t a ma tr n ậ ảnh hưởng

đến liều là Gy/MU, sao cho kết qu ả phân bố ề ở ệnh nhân thu đượ li u b c b ng Gy ằKhái niệm ma tr n liậ ều lượng thu n tiậ ện vì nó cho phép tách tối ưu hóa toán học của cường độ chùm tia nguyên tố xj kh i thuỏ ật toán tính toán liều lượng Trong l p ậ

k ho ch IMRT, ma tr n liế ạ ậ ều lượng thường được tính toán trước và được gi trong ữ

b nhộ ớ Sau đó, liều phân bố thu được bằng phép nhân ma trận đơn giản d = Dx

2.1.4 Xây dự ng k ho ch IMRT t ế ạ ối ưu

Để xác định bản đồ ều lượ li ng tối ưu cho mọi hướng chùm tia tới, chúng ta

ph i ch ả ỉ định phân bố liều lượng mong muốn Nói cách khác, phải xác định th ếnào là mộ ết k hoạch điều tr tị ốt Trong trường hợp ví dụ ở hình 2.3, việ ậ c l p k ế

hoạch điều tr nhị ằm vào các vùng thể tích chiếu x ạ khác nhau bao gồm:

1 Liều lượng ch nh dỉ đị pre phải được phân phối đế ấ ả các phần t t c n c a th ủ ểtích bia Trong trường hợp này, thể tích bia bao gồm nhi u ph n GTV ề ầthường được ch ỉ định là 70 Gy; các CTV xung quanh có nguy cơ xâm lấn

vi th ểu cao được ch địỉ nh liều trung bình 60 Gy; và các mức h ch t chọn ạ ự

xa hơn có thể chứa di căn tiề ẩn nhưng với xác suấm t thấp hơn được ch ỉ

định tới 54 Gy Các bia hạch b ch huy t t ch n v ạ ế ự ọ ề cơ bản bao gồm các

mô lành sao cho việ ậc l p k hoế ạch điều tr nhị ằm vào mộ ều lượng đồt li ng

nhất trong bia, tránh c dướả i và quá liều

2 S ự phân bố liều lượng phải phù hợp v i th ớ ể tích bia Bên ngoài thể tích bia, mong mu n gi m li u mố ả ề ạnh, và liều lượng không ầ c n thi t cho t t c ế ấ ảcác mô lành nên tránh

3 Phân bố liều đến các tuyến mang tai phải được gi m thiả ểu để tránh hoặc

giảm các tác dụng ph ụ như khô miệng

4 Liều cho t y s ng phủ ố ải được h n ch Li u tạ ế ề ối đa cung cấp cho b t k ph n ấ ỳ ầnào củ ủa t y s ng ph i ố ả ở dướ ềi li u dung n p t i đa ạ ố

Thể tích bia bao gồm nhi u th ề ể tích được ch ỉ định cho các liều khác nhau: GTV (màu nâu), thể tích bia lâm sàng (CTV) có nguy cơ cao (màu tím) và CTV

hạch có nguy cơ thấp (màu đỏ) Các cấu trúc nhạy c m vả ới phóng xạ, bao gồm tuyến mang tai (màu xanh), tuyến dưới hàm (màu vàng) và tủy sống (màu xanh

Hình 2 3 A: M t b ộ ệnh nhân ung thư đầ u - c ổ được điề u tr b ng IMRT B: IMRT ị ằ cho phép phân phố ều phù hợp cho các thể tích bia có hình dạ i li ng ph c t p ứ ạ

b) Hàm mục tiêu

Đây là hàm đại diện cho các biện pháp định lượng k hoế ạch điều tr g n v i ị ầ ớ

k hoế ạch điều tr ị lý tưởng ho c mong muặ ốn như thế nào Mục đích cung cấp liều lượng đồng nh t cho th ấ ể tích bia có thể được xây dựng thông qua hàm mục tiêu

Tương tự như vậy, mục tiêu giảm thi u liể ều cho các tuyến mang tai có thểđược xây dựng như một hàm mục tiêu Ví dụ: chúng ta có thể đị nh nghĩa mục tiêu

fP là

= (2.3)

nh m mằ ục đích giảm thi u liể ều trung bình cho các tuyến mang tai Ví dụ,

mục đích của việc tuân thủ phân bố u cho th liề ể tích bia có thể được mô tả thông qua hàm phạ ật b c hai t ng ph n ừ ầ

= (2.4)

trong đó toán tử + được xác định thông qua n u ế , và khác không Như vậy là liều tối đa được ch p nh n trong ấ ậvoxel i; giá trị ều lượng vượt quá li giảm theo bậc hai Rõ ràng, trong các voxels mô lành tiếp giáp trực ti p v i th ế ớ ể tích bia, liều cao là không thể tránh khỏi, trong khi ở khoảng cách lớn so v i th ớ ể tích bia, việc l p k ậ ếhoạch điều tr ịnên tránh liều lượng không cần thiết Do đó, có thể được ch n dọ ựa trên khoảng cách

của điểm ảnh ba chiều i đến th ể tích bia Ví dụ: được đặt ằb ng li u ch nh ề ỉ địtính bằng điểm ảnh ba chi u li n k v i thể tích bia và bằề ề ề ớ ng m t n a li u ch nh ộ ử ề ỉ đị

ở khoảng cách 1 cm

Cuối cùng, muốn đảm b o r ng liả ằ ều lượng trong t t c ấ ả các điể ảm nh ba chi u ề

ở ủ t y sống không vượt quá liều lượng chịu đựng tối đa N u ế không chấp nh n b t ậ ấ

k k hoỳ ế ạch điều tr ị nào vượt quá liều lượng tối đa, điều này có thể được th c hi n ự ệnhư mộ ự ạt s h n chế, không phải là một mục tiêu Trong trường hợp này, chúng ta

có thể xây dựng ràng buộc như cho tất cả i ; trong đó S là tập hợp

tất cả các điểm ảnh ba chi u t y s ng ề ở ủ ố

L p k hoậ ế ạch điều tr ng th i nh m mị đồ ờ ằ ục đích giảm thiểu hàm mục tiêu nói trên; nghĩa là, lý tưởng nhất là mỗi điể ảm nh ba chi u c a kh i u nhề ủ ố ận được li u ề

lượng ch ỉ định trong khi không có liều ợng nào được đưa đến các mô lành [14] lư

Do đó, ngườ ậi l p k hoế ạch điều tr s phị ẽ ải cân nhắc các mục tiêu mâu thuẫn này

với nhau và chấp nh n th a hiậ ỏ ệp Cách tiếp c n truy n th ng trong l p k hoậ ề ố ậ ế ạch IMRT bao gồm gán trọng s quan tr ng w cho t ng mố ọ ừ ục tiêu theo cách thủ công,

s d ng tr ng s cao cho mử ụ ọ ố ục tiêu quan trọng nhất và trọng s nh ố ỏ hơn cho các

mục tiêu ít quan trọng hơn Kế hoạch điều tr t t nhị ố ất sau đó được xác định là kế

hoạch giảm thi u t ng tr ng s cể ổ ọ ố ủa các mục tiêu

(2.5)

L p k ho ch IMRT s dậ ế ạ ử ụng các thuật toán tối ưu hóa toán học để xác định bản đồ liều lượng x, tương ứng với phân bố liều d = Dx, giúp giảm thi u t ng tr ng ể ổ ọ

s cố ủa các mục tiêu, tuân theo mọi ràng b ộu c v ề phân bố liều và với điều kiện là

tất cả các trọng s ố chùm tia phải dương

2.1.5 K ế hoạch Điề u tr T ị ối ưu

Hình 2.4 minh họ ậa l p k ho ch IMRT s dế ạ ử ụng 9 trường chiếu Nó cho thấy

s ự phân bố u bao ph liề ủ trên lát cắt đứng ngang CT c a bủ ệnh nhân Cũng được

hi n th ể ị là 9 chùm tia cùng với s ựliều lượng hi u qu n t mệ ả đế ừ ỗi hướng M t trong ộcác trường b c x ứ ạ được minh h a chi tiọ ết hơn trong hình 2.5, trong đó liều lượng

được ph ủ lên trên phim X quang tái tạo k thu t s ỹ ậ ố (DRR) Hình minh họa điều

biến cườ g độ trên trườn ng bức xạ

S ự phân bổliều lượng được th ểhiện trên một lát cắt đứng ngang c a phim ủchụp CT bệnh nhân Vòng tròn màu xanh biểu th ị điểm đồng tâm 9 hướng chùm tia được hi n th v i liể ị ớ ều lượng tương ứng của chúng Màu đỏ bi u th mể ị ức độ ề li u

l ng thượ ấp, màu trắng bi u th mể ị ức độliều lượng cao

K t qu ế ả phân phối li u c a k hoề ủ ế ạch IMRT được th ể hiện trong hình 2.5

B ng ả ởgiữa hi n th ể ị phân bố liều tích lũy củ ấ ảa t t c các chùm tia IMRT cho phép phân phố ều phù hợi li p v i th ớ ể tích bia lõm, có hình d ng ph c t p M t k ho ch ạ ứ ạ ộ ế ạIMRT đơn cho phép các mức liều khác nhau trong các bia hạch b ch huyạ ết có nguy

cơ cao và thấp, cũng như tăng cường tích hợp đồng thời (SIB) cho GTV Các hình

ảnh ngoại vi trong hình 2.6 cho thấy s ự đóng góp liều lượng c a 6 trong s ủ ố 9 trường

t ới

Hình 2 4 Minh h a k ho ch IMRT cho b ọ ế ạ ệnh nhân ung thư vùng đầ u - c ổ được

t o trong h ạ ệ thố ng l p k ho ậ ế ạch

xung quanh)

2.1.6 Điề u ch ỉnh cân bằng các hàm trong lậ p k ho ch ế ạ

Các mục tiêu khác nhau trong lập k ho ch IMRT vế ạ ốn xung đột nhau Đi u ềnày cho thấy giữa việc cung c p liấ ều lượng cho khối u và giảm liều lượng cho các

mô làn có sự đánh đổ Trong ví dụ được mô tảh i trước đó, thể tích bia tiếp giáp trực ti p vế ới các tuyến mang tai B o v ả ệ các tuyến mang tai kh i b c x s dỏ ứ ạ ẽ ẫn đến

gi m li u ả ề ở phần lân cậ ủn c a th ểtích bia Việc đảm b o bao ph bia s lả ủ ẽ ần lượt dẫn

đến liều cao hơn đến các tuyến mang tai Để cung c p liấ ều lượng ch nh cho th ỉ đị ểtích bia, mộ ố ều lượng cho các mô lành là không thể tránh khỏi Tuy nhiên, t s li

bằng cách sử ụng điề d u biến cường độ và đủ hướng chùm tia, sự phân bố liều lượng trong mô lành có thể được đị h hình tùy theo quyết địn nh của bác sĩ [14] Trong h u hầ ết TPS đang đượ ử ụng ngày nay, ngườ ậc s d i l p k hoế ạch điều tr ị

kiểm soát giữa các bia lập k hoế ạch khác nhau theo cách thủ công bằng cách điều chỉnh tr ng s ọ ố tương đối w của các hàm mục tiêu Điều này có thể ẫn đế d n m t ộquá trình thử và sai tốn thời gian Các phương pháp tiếp cận khác nhau đã được đề

xuất để ả c i thi n s ệ ự tương tác của ngườ ậi l p k hoế ạch điều tr vị ới TPS, được thảo luận trong ph n L p k ho ch tự động và Tối ưu hóa đa tiêu chí.ầ ậ ế ạ

2.1.7 Ph ân bố các trườ ng đi ề u bi ế n liề u

Để phân bố trường điều biến cường độ ản đồ ều lượng được phân chia , b lithành mộ ốt s trư ng b c x nh ờ ứ ạ ỏ hơn có thể được phân phố ằng MLC Quá trình i bnày được gọi là giải trình tự, Hình 2.6 minh họa cách mà liều lượng th hi n trong ể ệHình 2.4 được phân ph i dưố ớ ại d ng m t chu i ba l n m MLC ộ ỗ ầ ở

Hình 2 Phân bố ột trường điề 7 m u bi ến cường độ thông qua mộ t chu i m MLC M i ỗ ở ỗ hình hiể n th ng ị ẫu nhiên tổ ng li ều lượng đượ c bao ph ủ trên DRR, cùng với các vị rí lá t

c ủa các lá collimator xác định độ ở trườ m ng.

Tối ưu hóa bản đ liềồ u lư ngợ

Đầu tiên sẽ ả th o lu n v m t s ậ ề ộ ố hàm mục tiêu và ràng buộc được s d ng ử ụthường xuyên, đặc biệt là việc x ử lý hiệ ứu ng liều lượng-th ể tích Phần ti p theo ếphác thảo vi c s d ng ệ ử ụ các mô hình kết qu trong l p k hoả ậ ế ạch IMRT và những

h n ch cạ ế ủa chúng Cuối cùng, phần Thuật toán tối ưu hóa giới thiệu các thuật toán

tối ưu toán học cơ bản để giải các bài toán lập k ho ch IMRT [18 ế ạ ]

V mề ặt toán học, một bài toán ối ưu hóa bản đồt liều lư ng (FMO) tợ ổng quát

có thể được phát biểu dướ ạng bài toán tối ưu hóa toán họi d c sau:

Ở đây, wnlà các hệ ố s ng s trọ ố dương, đượ ử ụng để ểm soát tầc s d ki m quan

trọng tương đố ủa các thuậi c t ngữ khác nhau trong hàm mục tiêu tổng h p ợHàm mục tiêu có thể đư c s d ng ph bi n nh t trong TPS hi n tợ ử ụ ổ ế ấ ệ ại là hàm

phạt bậc hai t ng ph n: ừ ầ

(2.7)

Ở đây, dmaxlà liều dung n p tạ ối đa cho một cơ quan, thường được ngườ ậi l p

k hoế ạch điều tr ịchỉ định thông qua giao diện người dùng đồ họa trong TPS Tương

tự, đối với thể tích bia, dminlà liề ốu t i thiểu được phân phối tớ ể tích bia.i th

Các hàm gs(d) tương ứng với các ràng buộc cứng đố ới phân bối v liều lượng Các ràng buộc ph biổ ến là giá trị ề ối đa ở các cơ quan có nguy cấp và liề ố li u t u t i thiể ởu ể tích bia Trong trườth ng hợp này, cslà liều lượng tối đa trong mộ ất c u trúc, slà chỉ ố trên tấ ả các điể s t c m ảnh ba chi u trong cề ấu trúc và gs(d) ch ỉđơn

giản là liều lượng tính bằng điểm ảnh ba chi u ề s

2.1.8 Hi ệ u ứ ng th ể tích liề u lư ợ ng

Một cơ quan nguy cấp thường s nhẽ ận được s ự phân bố liều lượng không

đồng nh t, ấ nên chiếu x m t ph n nh cạ ộ ầ ỏ ủa cơ quan với liều lượng l n trong khi ớchiế ạ ần còn lạu x ph i ở mức độ ấ hay không; hoặ ệu có nên trải đề th p c li u li u ềlượng và tránh liều lượng l n t t c ớ ở ấ ả các bộ ph n cậ ủa cơ quan hay không Khi đó, người ta phân biệt cơ quan song song và cơ quan nố ếi ti p

Đố ới các cơ quan có cấu trúc nố ếi v i ti p nhau, chức năng của c ả cơ quan sẽ

b suy gi m n u mị ả ế ột b ph n cộ ậ ủa cơ quan bị tổn thương Một ví dụ n i b t cho mổ ậ ột

cơ quan nố ế à tủi ti p l y sống Đố ới các cơ quan nố ếp, do đó, điềi v i ti u quan tr ng ọ

là phải giới hạ ề ối đa đượn li u t c cung cấp cho cơ quan, thay vì liều trung bình

Đố ới v i một cơ quan song song, chức năng của cơ quan nói chung được b o ảtoàn ngay cả khi m t ph n cộ ầ ủa cơ quan ị hư hỏ b ng Phổi là một ví dụ ề ột cơ v mquan song song S ph ự ụthuộ ủ ếc c a k t qu ả lâm sàng vào thể tích chiếu x c a mạ ủ ột

cơ quan thường được gọi là hiệ ứu ng th ể tích hoặc hi u ng liệ ứ ều lượng-th ể tích

Đố ới v i vi c l p k ho ch IMRT, ki n thệ ậ ế ạ ế ức lâm sàng về ệ ứ hi u ng liều lượng-th ểtích sẽ được chuyển thành các hàm mục tiêu thích hợp Ngày nay, chủ ếu có hai yloại hàm mục tiêu/hàm ràng buộc đang được áp dụng: ràng buộc biểu đồ liều lượng thể tích (DVH) và khái niệm liều đồng nhất tương đương (EUD) [18 ]

a) Li u ề đồng nhất tương đương

Một cách tiếp cận để định lượng hi u ng liệ ứ ều lượng- thể tích bao gồm việc

s dử ụng các giá trị trung bình tổng quát của sự phân bố liều lượng:

EUD(d) = 9) (2

Trong đó số mũ α ớn hơn 1 đố ới các cơ quan nguy cấp (OAR) Đố ớ l i v i v i trường hợp đặc bi t = 1, EUD(d) tương đương vớ ều trung bình trong cơ quan ệ α i liTrong giớ ạn giá trị α ớn, giá trịi h l EUD(d) ti n t i liề ự ại trong cơ quan Do ế ớ u c c đ

đó, các cơ quan song song được mô tả thông qua một giá trị nh c a α ầ ằỏ ủ g n b ng 1, trong khi các cơ quan nố ếp được mô tả thông qua các giá trị ới ti l n c a (x p x ủ α ấ ỉ10) Giá trị trung bình tổng quát thường được gọi là EUD Giá trị trung bình tổng quát cũng có thể được áp dụng cho th ể tích bia bằng cách sử ụ d ng s ố mũ âm Đối

với giá trị âm lớn của α, EUD đạt đế ề ốn li u t i thi u trong th ể ể tích bia Trong thực

tế, các số mũ trong phạm vi α= –10 … –20 được xem xét EUD có thể đượ ửc s dụng như một hàm mục tiêu và một hàm ràng buộc

b) Hàm mục tiêu và hàm ràng buộc c a DVH ủ

Việc đánh giá lâm sàng các kế ạch điề ho u tr ị thường s d ng DVH Mử ụ ột tiêu chí đánh giá điển hình cho thể tích bia như sau: ít nhất 95% th ể tích bia phải nh n ậđược li u b ng hoề ằ ặc cao hơn liều ch định Tương tự ột tiêu chí cho OAR có thểỉ , mnhư sau: tối đa 20% cơ quan sẽ nhận được hơn 30 Gy Từ góc độ tối ưu hóa, không đơn giản để ử lý các ràng buộ x c DVH một cách nghiêm ngặt Khi đó không quá 20% cơ quan sẽ nhận được liều cao hơn dmax Với phân bố ều ban đầu, ngườ li i ta

có thể xác định ph n nh ầ ỏ các voxels vượt quá mức li u dề max Nếu phần này nhỏhơn 20%, ràng buộc DVH được đáp ứng Mặt khác, một chức năng phạ ật b c hai được gi i thi u nh m mớ ệ ằ ục đích giảm li u cho nhề ững điể ảm nh ba chiều vượt quá

dmax ột lượ m ng nh nhấ Ví dụ ếu 30% cơ quan nhậỏ t : n n liều lượng cao hơn, trong

đó 20% điể ảm nh ba chi u nh n liề ậ ều lượng cao nh t s b b qua, ấ ẽ ị ỏ 10% còn lạ ủi c a các voxel bị quá liều, m t s h ng ph t bộ ố ạ ạ ậc hai như trong phương trình 2.8 được thêm vào hàm mục tiêu

2.1.9 S d ử ụng các mô hình kế t qu ả lâm sàng trong tối ưu hóa IMRT

Mối tương quan giữa ếk t qu u tr v i s ả điề ị ớ ự phân bốliều lượng khi xem xét các mô hình NTCP; tuy nhiên, phương pháp tương tự có thể được áp dụng cho các

mô hình TCP Mức độ nghiêm trọng của tác dụng ph b c x ụ ứ ạ được đánh giá lâm sàng theo từng giai đoạn riêng biệt Thông thường, người ta quan tâm đến vi c ệtránh các biến chứng nghiêm trọng Trong điề ị ung thư phổi, l p k ho u tr ậ ế ạch điều trị có thể ằ nh m mục đích giảm thiểu xác suất viêm phổi do b c x 2 ho c cao ứ ạ độ ặhơn Điều này chuyển đổ ếi k t qu ả lâm sàng được quan sát thành nhãn kết qu nh ả ịphân Do đó, mô hình NTCP có thể được coi là mộ ấn đề phân loạt v i, nh m m c ằ ụđích ước tính xác suấ ảt x y ra bi n ch ng, dế ứ ựa trên các đặc điểm của phân bố ề li u Các phương pháp phân loại thống kê tiêu chuẩn, có thể được áp dụng cho vấn đềnày ô hình NTCP được đưa ra bởM i:

Ở đây, f là một hàm của phân bố ều d và tham số mô hình q Vấn đề li trung tâm trong phân tích thống kê và mô hình hóa kết qu c a bả ủ ệnh nhân bao gồm vi c ệxác định hàm f, nghĩa là chọn các đặc điểm của phân bố ều tương quan vớ ế li i k t

qu M t trong nhả ộ ững cách biểu diễn thông dụng nhất của f được cho bởi:

Trong trường hợp này, f là một hàm tuyến tính của một đặc điểm duy nh t ấ

của phân bố u, c liề ụthể là EUD Đố ới v i EUD(d)= TD50, giá trị ủa NTCP ướ c c tính là 0,5, nghĩa là TD50 tương ứng v i li u hi u qu dớ ề ệ ả ẫn đến xác suất bi n ch ng ế ứ

là 50% Tham số γ xác đị h độ ố n d c c a m i quan h liủ ố ệ ều lượng-đáp ứng Mô hình NTCP có ba tham số (TD50, γ và số mũ EUD α), có th đượể c kh p vớ ới dữ liệ ết u k

qu , ch ng hả ẳ ạn như thông qua các phương pháp khả năng tối đa

Mặc dù các mô hình kết qu ả liều lượ đóng vai trò ngày càng tăng ng trong việc đánh giá kế hoạch điều trị, nhưng khả năng của chúng từ góc độ ối ưu hóa kế t

hoạch điều tr ị cho đến nay vẫn còn hạn ch Mế ột lý do cho điều đó là sự không chắc chắn trong các mô hình kết quả Lý do thứ hai là các mô hình hiện đang được

s d nử ụ g không mạnh hơn các hàm mục tiêu dựa trên liều lượng Mô hình NTCP được th o lu n ả ậ ở đây thể ệ hi n chức năng tăng dần của EUD, nghĩa là không phụthuộc vào tham số TD50và γ, EUD cao hơn luôn dẫn đến NTCP cao hơn Kết qu ả

là, sự phân bố ều để ả li gi m thi u Eể UD cũng giống như sự phân bố ều để ả li gi m thiểu NTCP Do đó, từ góc độ tối ưu hóa IMRT, việc gi m thiểu EUD và NTCP là ảtương đương nhau [19 ]

2.1.10 Thu ật toán tối ưu hóa

Do s ố lượng lớn các trường nguyên tố (các thay đổ ối ưu hóa), không thểi ttrực quan hóa các hàm mục tiêu và ràng buộc cho m t vộ ấn đề ậ l p k ho ch IMRT ế ạđầy đủ Cuối cùng, xem xét một phiên bản đơn giản hóa của vấn đề ậ l p k ho ch ế ạIMRT, trong đó chỉ có hai chùm tia và bốn điể ảm nh ba chiều được xem xét Khi

đó sẽ xem xét ma trận liều lượng sau đây:

D = (2.12)

Trong đó hai cột đầu tiên tương ứng với các voxels khối u và các cột 3 và 4 tương ứng với các voxels OAR ả định thêm rằGi ng vi c t mệ đặ ục tiêu phân phát liều cho c hai voxels khả ối u và ệ áp đặt các giớvi c i h n li u tạ ề ối đa đối với các voxels OAR 3 và 4 lần lượt là 0,8 và 1,0

Mục tiêu cung cấp liều lượng quy định cho các điể ảm nh ba chi u c a kh i u ề ủ ốđược th hiể ện thông qua hàm mục tiêu bậc hai Vấn đề ối ưu hóa cho ví dụ t minh

họa này có thể được xây dựng như sau:

Cực tiểu hóa

Tùy theo

Vì chỉ có hai biế ối ưu hóa nên các hàm mục tiêu và ràng buộc có thể đượn t c

hi n th ể ị rõ ràng Hàm mục tiêu được minh họa thông qua các đường đồng li u ề Khi xem xét một hàm mục tiêu bậc hai, nó đại di n cho mệ ột hình parabol hai chiều Giá trị ự c c ti u cể ủa hàm mục tiêu nằ ởm cường độ chùm tia nguyên tố x1 = 1 và x2

= 1 T i thạ ời điểm này, cả hai điể ảm nh ba chi u c a khề ủ ối u đều nhận được li u chề ỉđịnh và hàm mục tiêu bằng không [10]

Khi xem xét các ràng buộc đố ới các voxels OAR Vì liềi v u trong mỗi điểm

ảnh ba chiều là một hàm tuyến tính của cường độ chùm nguyên tố Trong hình 2.8, chỉ ra các đường mà tại đó các ràng buộc d3 = 0,8 và d4 = 1,0 được đáp ứng chính xác Đối v i t t c cướ ấ ả ờng độ chùm tia nguyên tố ằm ngoài các vạch này, liề n u

lượng tối đa đối vớ ể ải đi m nh ba chi u OAR b ề ị vượt quá Tất cả các t hổ ợp cường

độ chùm tia nguyên tố bên dướ các đười ng tạo thành vùng khả thi Như vậy, l i ờ

giải tối ưu cho vấn đề ậ ế ạch IMRT được cho bở ể l p k ho i đi m n m trong mi n kh ằ ề ảthi có giá trị hàm mục tiêu nhỏ nhất Trong ví dụ này, giải pháp tối ưu được đưa ra

b i xở 1 = 0,7 và x2= 1,2 và được bi u th b ng ể ị ằ chấm đỏ trong hình 2.8 Bằng cách nhân giải pháp này với ma trận định lượng, s ẽ thu được phân bố ề ối ưu tương li u t

ứng

Hình 2 8 Tr ực quan hóa vấn đề ối ưu hóa IMRT cho hai chùm tia nguyên tố t

Trong trường hợp này, ràng buộ đố ới OAR voxel 3 là bắc i v t buộc, nghĩa là, OAR voxel nhận được liều lượng tối đa mà chúng tôi cho phép ầ ưu ý thêm C n l

r ng mằ ức tối thiể ủa hàm mục tiêu nằm ngoài vùng khả thi, điều đó có nghĩa là, u c

dựa trên b bù.ộ

a) Hình dạng chùm tia và collimator đa lá

Hình 2.10 minh họa các thành phần chính đượ ử ụng đểc s d chu n trẩ ực chùm tia b c x : ngứ ạ àm và MLC MLC là thiế ịt b chu n trẩ ực chính xác định hình dạng

của chùm tia Nó bao gồm các tấm vonfram mỏng, được di chuyển vào và ra khỏi chùm bằng động cơ điện điều khi n bể ằng máy tính Mỗi lá có chiều cao đáng kể(được đo theo hướng chùm tia) khoảng 5 đến 10 cm để ữ gi cho s truy n b c x ự ề ứ ạqua các lá kín ở ứ m c thấp Ngượ ạc l i, m i chiỗ ếc lá chỉ dày vài mm để ạo ra kích tthước chùm tia dự ến là 5 mm hoặ ki c 10 mm ở điểm đồng tâm Các hàm đại di n ệcho các bộ chu n trẩ ực trường hình chữ nhật ngược hướng c a MLủ C Hình 2.10 minh h a viọ ệc sử ụng MLC để d chu n trẩ ực chùm tia trong trường nhìn của chùmtia

Hình 2 9 Tr ực quan hóa hàm mục tiêu tổ ng h p ch ợ ứa các hàm phạ ậc hai để t b

x p x ấ ỉ các giớ ạ i h n li u t ề ối đa.

Các lá MLC (thanh màu xám) đượ ử ục s d ng ch y u để định hình chùm tia ủ ếCác Ngàm (khối đỏ và vàng) thường được đặt trong bước h u x ậ ử lý để chi u x ế ạtrường hình chữ nh t nh nh t bao ph khậ ỏ ấ ủ ẩu độ MLC Các ngàm gi m truy n qua ả ềcác lá MLC kín Ngoài ra, đối với các MLC yêu cầu kho ng cả ách hữu h n gi a ạ ữ