Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ

Tuy nhiên, kỹ thuật này có một vài hạn chế nhất định trong việc xác định sự phân bố liều, nhất là với những trường hợp khối u có hình dạng phức tạp và áp sát các vùng cơ quan lành cần bả

DƯƠNG THANH TÀI

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT

XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (JO-IMRT)

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

TP HỒ CHÍ MINH - 2012

DƯƠNG THANH TÀI

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XẠ TRỊ

ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (JO-IMRT)

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao

Mã số chuyên ngành: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.CHÂU VĂN TẠO

TP HỒ CHÍ MINH - 2012

Con sẽ nhớ mãi suốt đời không quên

Đầu tiên tôi xin gửi những lời tri ân đến Bố Mẹ tôi-người đã sinh ra và nuôi dưỡng, tạo mọi điều kiện vật chất cũng như khích lệ tình thần để tôi có thể hoàn thành luận văn này đúng tiến độ Tôi xin cảm ơn Anh/Chị tôi đã quan tâm và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và trong cuộc sống

Qua luận văn này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy hướng dẫn của tôi-PGS.TS.Châu Văn Tạo Thầy đã luôn quan tâm, theo sát tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Thầy đã đọc, đưa ra những góp ý cho luận văn của tôi rất cẩn thận Cho tôi những bài học hữu ích, quý giá để tôi rút kinh nghiệm sau này Đây là những bài học vô cùng quý giá mà không có trường lớp nào đào tạo Thầy luôn cho tôi những động lực cũng như áp lực để tôi cố gắng hoàn thành luận văn này Lần nữa, cho tôi xin được cảm ơn Thầy

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 Vật lý Hạt nhân trường Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh đã giảng dạy, giúp đỡ

Xin cảm ơn các bạn cao học vật lý hạt nhân khóa 20 đã cùng tôi cố gắng học tập, hỗ trợ lẫn nhau

Xin gửi lời cảm ơn đến ban giám đốc bệnh viện đa khoa Đồng Nai: TS.BS.Phan Huy Anh Vũ, TS.BS.Trương Thiết Dũng đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi cơ hội ra thực tập tại bệnh viện Bạch Mai-Hà Nội

Xin gửi lời cám ơn đến Trưởng khoa Y học Hạt nhân: BS.CKI.Đinh Thanh Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể vừa đi học vừa đi làm trong suốt thời gian qua và xin cảm ơn tập thể khoa Y học Hạt nhân-BV ĐK Đồng Nai

Cuối cùng, xin cám ơn người luôn ở bên cạnh tôi-Lương Thị Thu

Xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục các hình vẽ, đồ thị v

CHƯƠNG 1: UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ 3

1.1 Tổng quan về ung thư 3

1.2 Các phương pháp điều trị ung thư 3

1.3 Cơ sở xạ trị ung thư 4

1.3.1 Cơ sở sinh học 4

1.3.2 Cơ sở vật lý 6

1.3.2.1 Tương tác của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học 6

1.3.2.2 Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá 7

1.4 Các loại hình điều trị bằng bức xạ 9

1.4.1 Điều trị bằng nguồn xa 9

1.4.2 Điều trị áp sát 10

CHƯƠNG 2: MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ 3D-CRT TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 12

2.1 Những hạn chế của máy xạ trị cobalt trong điều trị 12

2.2 Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính 14

2.2.1 Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 15

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 16

2.3 Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT 17

2.3.1 Hệ thống lập kế hoạch điều trị TPS 18

2.3.2 Quy trình thực hành lâm sàng kỹ thuật xạ trị 3D-CRT 18

2.3.2.1 Đánh giá bệnh nhân và quyết định xạ trị 19

2.3.2.2 Cố định tư thế bệnh nhân 19

2.3.2.3 Mô phỏng 20

2.3.2.4 Ghi nhận và xử lý hình ảnh bệnh nhân 21

2.3.2.5 Khoanh vùng điều trị và vùng bảo vệ 22

2.3.2.6 Thiết lập trường chiếu và sử dụng các thiết bị hỗ trợ 25

2.3.2.7 Tính toán liều lượng và phân bố liều 25

2.3.2.8 Đánh giá kế hoạch 26

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ JO-IMRT 29

3.1 Nguyên lý của kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ IMRT 30

3.2 Bài toán lập kế hoạch ngược trong kỹ thuật xạ trị IMRT 33

3.2.1 Bài toán lập kế hoạch xuôi và lập kế hoạch ngược 33

3.2.2 Quy trình và các mô hình tối ưu hóa trong kỹ thuật IMRT 37

3.3 Mô hình tối ưu hóa theo liều 41

3.3.1 Hàm mục tiêu 42

3.3.1.1 Công thức toán học 42

3.3.1.2 Cơ sở xây dựng hàm mục tiêu 44

3.3.2 Mục tiêu về liều lượng 45

3.3.3 Mục tiêu liều lượng-thể tích 47

3.3.4 Mục tiêu về EUD 48

3.3.5 Hệ số quan trọng 50

3.4 Thuật toán tối ưu hóa trực tiếp độ mở (DAO) 50

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XẠ TRỊ JO-IMRT VÀ KẾT QUẢ ĐO THỰC NGHIỆM TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA ĐỒNG NAI 55

4.1 Trang thiết bị cần thiết để triển khai kỹ thuật xạ trị JO-IMRT 55

4.2 Quy trình kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ (JO-IMRT) 55

4.2.1 Lập kế hoạch xạ trị JO-IMRT với phần mềm Prowess panther 56

4.2.2 Quy trình đo liều kiểm tra chất lượng (QA) cho JO-IMRT 60

4.3 Kết quả lập kế hoạch xạ trị JO-IMRT và kết quả QA 64

4.4 Kết luận 70

KẾT LUẬN 71

KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3D-CRT: Three dimensional conformal radiotherapy

AFC: Automatic frequency control

CT SIM: Computed tomography simulation

CTV: Clinical target volume

DAO: Direct aperture optimazation

DICOM: Digital imaging and communications in medicine DNA: Deoxyribo nucleic acid

DVH: Dose volume histogram

EUD: Equivalent uniform dose

GTV: Gross tumor volume

IAEA: International atomic energy agency

ICRU: International commission on radiation units

IGRT: Image guided radiation therapy

IMRT: Intensity modulated radiation therapy

MLC: Multileaf collimator

MRI: Magnetic resonance imaging

NTCP: Normal tissue complication probability

OAR: Organs at risk

PET: Position emission tomography

PTV: Planning target volume

RNA: Ribonucleic acid

SAD: Source axis distance

SPECT: Single photon emission computed tomography SSD: Source surface distance

TCP: Tumor control probability

JO-IMRT: Jaw only Intensity modulated radiation therapy

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Kết quả so sánh liều hấp thụ giữa 2 kế hoạch JO-IMRT và 3D-CRT 66 Bảng 4.2: Sai số giữa liều tính và liều đo của bệnh nhân Nguyễn Thị M, ung thƣ

vòm tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai 67

Bảng 4.3: Sai số giữa liều tính và liều đo của bệnh nhân ung thƣ vòm tại bệnh viện

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Chu kỳ tế bào 5

Hình 2.1: Máy gia tốc tuyến tính tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai 14

Hình 2.2: Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 15

Hình 2.3: Kỹ thuật xạ trị thông thường 2D (a) và kỹ thuật xạ trị 3D-CRT (b) 17

Hình 2.4: Quy trình lập kế hoạch xạ trị 19

Hình 2.5: Hệ thống máy CT mô phỏng tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai 20

Hình 2.6: Các vùng thể tích khác nhau cần xác định theo ICRU 23

Hình 3.1: So sánh phân bố liều lượng giữa kế hoạch 3D (trái) và IMRT (phải) 30

Hình 3.2: Phân bố liều của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT và IMRT 31

Hình 3.3: Hình dạng chùm tia được tạo ra bởi MLC (trái) và Jaw (phải) 32

Hình 3.4: Bản đồ liều lượng phức hợp 32

Hình 3.5: Bài toán kế hoạch xuôi 33

Hình 3.6: Bài toán lập kế hoạch ngược 34

Hình 3.7: Nguồn được chia thành nhiều chùm tia đơn vị 36

Hình 3.8: Quy trình tối ưu hóa trong kỹ thuật IMRT 38

Hình 3.9: Chùm tia và cơ thể bệnh nhân được chia thành nhiều phần nhỏ 43

Hình 3.10: Đặt điều kiện cho bài toán ngược 46

Hình 3.11: Đồ thị mục tiêu liều-thể tích 48

Hình 3.12: Quy trình thuật toán DAO 51

Hình 3.13: Bước đầu tiên trong quá trình tối ưu 52

Hình 3.14: Cực tiểu địa phương và cực tiểu toàn cục 53

Hình 3.15: Các phân đoạn trường chiếu (segment) và bản đồ cường độ 54

Hình 4.1: Quy trình kỹ thuật xạ trị JO-IMRT 56

Hình 4.2: Các trường chiếu: 720, 1000, 1550, 1800, 2100, 2650, 3000 57

Hình 4.3: Biểu diễn các hàm mục tiêu trong phần mềm Prowess panther 58

Hình 4.4: Đường DVH thay đổi khi điều chỉnh trọng số của PTV 59

Hình 4.5: Đường DVH của kế hoạch cuối cùng 59

Hình 4.7: Thiết bị đo liều Dose 1 61

Hình 4.8: Sơ đồ hệ đo kiểm tra chất lượng 62

Hình 4.9: Vị trí các điểm đo liều trong kế hoạch QA JO-IMRT 62

Hình 4.10: Thiết lập plastic phantom đo hệ số hiệu chỉnh máy 63

Hình 4.11: Liều tính toán và liều đo được tại điểm khảo sát 64

Hình 4.12: Hình ảnh lát cắt CT đã được xác định GTV, CTV 65

Hình 4.13: So sánh kế hoạch xạ trị JO-IMRT và 3D-CRT 65

Hình 4.14: So sánh 2 DVH: JO-IMRT (nét đứt) và 3D-CRT (nét liền) 66

Hình 4.15: Đường isodose kế hoạch JO-IMRT bao sát khối u hơn 3D-CRT 69

Hình 4.16: So sánh 2 DVH: JO-IMRT (nét liền) và 3D-CRT (nét đứt) 69

MỞ ĐẦU

Nhờ vào sự phát triển của khoa học và công nghệ, thời gian qua đã có rất nhiều kỹ thuật hiện đại giúp điều trị ung thư đạt hiệu quả cao và cứu sống được rất nhiều bệnh nhân Hiện nay, chúng ta có nhiều phương pháp để điều trị cho bệnh nhân ung thư như phẫu thuật, hóa chất, xạ trị, Tuy nhiên, xạ trị vẫn là một trong những phương pháp phổ biến đối với hầu hết các loại ung thư

Có thể nói, xạ trị là một trong những ngành ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào y học mạnh mẽ nhất Các kỹ thuật xạ trị hiện tại có những tiến bộ vượt bậc và giúp cho sự phân bố liều tối ưu tại thể tích bia (khối u), đồng thời giảm đến mức tối thiểu

sự nguy hại cho các tổ chức lành liên quan Từ kỹ thuật phân bố hai chiều (2-D); ba chiều theo hình dạng khối u (3D-CRT) đến xạ trị điều biến cường độ (IMRT); xạ trị dưới sự hướng dẫn của hình ảnh (IGRT); xạ trị cắt lớp (tomotherapy) và xạ trị bằng hạt nặng (heavy ion), đã và đang được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nước trên Thế Giới

Kỹ thuật xạ trị ba chiều theo hình dạng khối u (3D-CRT) là một kỹ thuật được

sử dụng phổ biến hiện nay tại các trung tâm xạ trị trong cả nước Tuy nhiên, kỹ thuật này có một vài hạn chế nhất định trong việc xác định sự phân bố liều, nhất là với những trường hợp khối u có hình dạng phức tạp và áp sát các vùng cơ quan lành cần bảo vệ Trong đề tài này chúng tôi trình bày kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ (IMRT) Kỹ thuật này đã được thừa nhận và ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng với

hệ thống máy có ống chuẩn trực đa lá (MLC) Nhưng đối với một số hệ thống máy gia tốc không có MLC vẫn có thể thực hiện kỹ thuật IMRT chỉ với bốn lá ngàm (jaw only) Kỹ thuật này là kỹ thuật JO-IMRT được tích hợp trong phần mềm lập kế hoạch xạ trị Prowess panther và đã được áp dụng tại Trung tâm ung bướu-bệnh viện Bạch Mai từ năm 2008 đến nay Mục đích của luận văn là nghiên cứu nhằm ứng dụng, triển khai kỹ thuật xạ trị JO-IMRT tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai

Nội dung của luận văn này gồm 4 chương

Chương 1: Ung thư và các phương pháp điều trị Trong chương này trình bày

về cơ sở của xạ trị cũng như cơ sở diệt tế bào ung thư bằng bức xạ ion hóa

Chương 2: Máy gia tốc tuyến tính và kỹ thuật xạ trị 3D-CRT trong điều trị ung thư: Trình bày sơ lược về cấu tạo, nguyên lý của máy gia tốc tuyến tính sử dụng trong xạ trị, và những hạn chế của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT

Chương 3: Kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ JO-IMRT: Trong chương này chúng tôi trình bày tổng quan về kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ (IMRT), các mô hình tối ưu hóa trong kỹ thuật xạ trị IMRT, thuật toán tối ưu hóa

Chương 4: Ứng dụng kỹ thuật xạ trị JO-IMRT và kết quả đo thực nghiệm tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai: Trình bày về việc lập kế hoạch, đo kiểm tra trên thực

tế để đánh giá độ chính xác, tin cậy của kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ JO-IMRT,

so sánh kết quả đo tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai với kết quả đo tại bệnh viện Bạch Mai và bệnh viện K

CHƯƠNG 1 UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ

1.1 Tổng quan về ung thư

Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong cho con người trên toàn cầu Hiện nay, việc phòng chống ung thư đi vào ba hướng chính: Phòng bệnh, phát hiện sớm và ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại vào điều trị ung thư Việc điều trị ung thư căn cứ vào nhiều yếu tố như cơ quan, vị trí bị ung thư, thể giải phẫu bệnh lý, giai đoạn bệnh, cũng như tình trạng chung của bệnh nhân Phát hiện sớm cũng như chẩn đoán đúng giai đoạn bệnh có ý nghĩa tiên quyết trong việc quyết định phương pháp điều trị để đem lại hiệu quả cao cho người bệnh

Trên Thế Giới, theo số liệu của Tổ chức Ung thư Mỹ công bố thì năm 2007 có khoảng 7,6 triệu người chết do bệnh ung thư Ngoài ra còn có 12 triệu người mang trong người căn bệnh ung thư trên toàn Thế Giới Còn theo Tổ chức kiểm soát ung thư Thế Giới thì trong năm 2005, tỉ lệ người chết do bệnh ung thư là 13% trong tổng số 58 triệu người chết trên Thế Giới Trong đó khoảng hơn 70% số người chết

vì bệnh ung thư xảy ra ở các nước có thu nhập thấp và trung bình Theo ước tính thì

số người chết vì ung thư sẽ tiếp tục tăng khoảng 9 triệu người vào năm 2015 và 11,4 triệu người trong năm 2030 [4]

Tại Việt Nam, theo nghiên cứu của GS.Nguyễn Bá Đức thì ung thư vẫn là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, mỗi năm có khoảng 150.000 người mắc bệnh ung thư mới và khoảng 75.000 người tử vong vì bệnh này Theo ước tính đến năm

2010 số người mắc bệnh là 200.000 và tử vong là 100.000 người [4]

1.2 Các phương pháp điều trị ung thư

Hiện nay có 3 phương pháp điều trị ung thư: Phẫu thuật, xạ trị, hóa trị Ngoài

ra có thể điều trị kết hợp các phương pháp để đạt được hiệu quả mong muốn

Phẫu thuật: Là phương pháp điều trị ung thư cổ điển nhất Khi phẫu thuật, các

tế bào ung thư được lấy đi càng nhiều càng tốt Đôi khi những tế bào lân cận xung quanh khối u cũng được cắt bỏ để đảm bảo chắc chắn tế bào ung thư được loại bỏ hoàn toàn Phương pháp này hiệu quả cho những khối u còn khu trú, chưa di căn

Xạ trị: Là phương pháp sử dụng bức xạ ion hóa để tiêu diệt khối u Về cơ bản,

xạ trị được chia ra làm 2 loại: Xạ trị ngoài và xạ trị trong

Hóa trị: Là phương pháp sử dụng hóa chất để điều trị ung thư Nó được dùng

khi ung thư đã lan ra ngoài vị trí ban đầu, di căn ở nhiều nơi, hoặc khối u đã quá lớn

1.3 Cơ sở xạ trị ung thư

1.3.1 Cơ sở sinh học

Tế bào là đơn vị căn bản của cơ thể Nhiều tế bào họp lại thành mô: Mô sợi,

mô mỡ, mô cơ, mô liên kết, mô xương, mô sụn, mô thần kinh…, nhiều mô hợp thành cơ quan: Tim, phổi, mắt, mũi, tay, chân, ruột, gan,… các cơ quan tạo thành cơ thể sống Do nhu cầu hoạt động của các cơ quan, nhất là để bù đắp cho các tế bào già cỗi chết đi, các tế bào phải sinh sản thêm bằng cách phân chia thành 2 tế bào con Quá trình phân chia tế bào gọi là chu kỳ tế bào [1]

Chu kỳ tế bào là chuỗi các sự kiện liên quan đến sự sao chép DNA (deoxyribo nucleic acid) và sự phân bố cân bằng của nó đối với các thế hệ tế bào con cháu được sinh ra do sự phân chia Sự phân chia tế bào được diễn tiến qua một số giai đoạn (còn gọi là pha) Tất cả các tế bào, kể cả ác tính và không ác tính trong quá trình đều trải qua 5 pha của chu kỳ tế bào đó là G0, G1, S, G2 và M (hình 1.1)

Pha G0 (pha nghỉ sau phân bào) Pha G0 là giai đoạn trong chu kỳ khi mà các

tế bào có khả năng thay mới bình thường và không tăng sinh Trong pha này, các tế bào hình thành mọi chức năng, ngoại trừ những chức năng liên quan tới tăng sinh Pha này gồm cả các tế bào đang phân chia lẫn các tế bào đang trong trạng thái nghỉ Các tế bào bình thường trong pha G0 được hoạt hoá chỉ bằng một kích thước nào đó

để đi vào chu kỳ tái sinh sản nghĩa là sự chết của tế bào cùng loại

Pha G1 là pha phát triển hoặc giai đoạn sau phân bào/tiền tổng hợp Pha G1diễn ra trong khoảng từ 12-14 giờ, kéo dài từ khi hoàn thiện sự phân chia tế bào trước đó cho tới thời điểm bắt đầu sao chép nhiễm sắc thể Các tế bào mang theo các chức năng sinh lý được phân công của chúng và tổng hợp các protein và axit ribonucleic (RNA) Pha G1 là sự khởi đầu, sẵn sàng cho các tế bào chuẩn bị bước vào giai đoạn tổng hợp - pha S

Pha S (tổng hợp) Trong pha tổng hợp, kéo dài khoảng từ 7-20 giờ, RNA được tổng hợp và đó là cơ sở cho sự tổng hợp nên DNA Sự tổng hợp DNA chỉ được thực hiện ở pha này Các tế bào dễ bị tổn thương nhất trong pha S này

Hình 1.1: Chu kỳ tế bào

Pha G2 (pha tiền phân bào) Pha G2 kéo dài từ 1- 4 giờ, nằm trong những giai đoạn hoạt động tương đối yếu vì các tế bào chờ đợi để đi vào pha phân bào, pha này bao gồm khoảng thời gian từ khi kết thúc sự tổng hợp DNA cho đến khi bắt đầu sự phân chia tế bào Đôi khi tổng hợp protein bổ sung có thể xảy ra trong pha G2 này, nhưng chủ yếu pha này tổng hợp nên các cấu trúc protein chứ không phải thành các enzym Một vài tổng hợp RNA bổ sung có thể xảy ra trong pha này

Pha M (sự phân bào) Trong pha M, từ 40 phút đến 2 giờ, diễn ra sự phân bào

và phân chia các tế bào Sự sao chép DNA phải được hoàn thiện trước khi các tế bào đi vào chu kỳ phân bào Sau phân ươ bào, các tế bào con hoặc sẽ quay về pha

G0 và ngừng phân chia, hoặc nếu có kích thích sự phân chia thì chúng sẽ đi vào pha

G1 và tiếp tục chu kỳ sinh sản mới

Các tế bào ung thư có khả năng kết thúc chu kỳ tế bào nhanh hơn bằng cách giảm khoảng thời gian trong pha G1 Chúng rất ít khi đi vào hoặc ở lại pha G0 của chu kỳ tế bào hơn các tế bào lành; bởi thế mà chúng phân chia một cách liên tục [5] Đặc điểm của tế bào ung thư là nhạy cảm với các tia bức xạ hơn các tế bào khỏe mạnh bình thường Điều này có nghĩa là các tế bào ung thư rất yếu trong cơ chế sửa chữa những sai hỏng trên DNA so với các tế bào bình thường Khi được chiếu xạ

một liều thích hợp thì sẽ tiêu diệt được các tế bào ung thư này nhưng vẫn đảm bảo khả năng phục hồi của các tế bào lành Việc này được thực hiện bằng cách chia quá trình điều trị thành nhiều phân đoạn chiếu

1.3.2 Cơ sở vật lý

1.3.2.1 Tương tác của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học

Bức xạ ion hoá khi gặp vật chất sẽ gây nên hiện tượng kích thích hoặc ion hóa các nguyên tử và phân tử cấu tạo Như vậy năng lượng của bức xạ bị hao hụt, mật

độ tia bị suy giảm và đường đi có thể bị thay đổi Kết quả là cường độ bị suy giảm

và hướng đi của chùm tia bị thay đổi Sự thay đổi đó phụ thuộc nhiều vào bản chất tia, năng lượng tia và đặc điểm của vật chất mà nó đi qua Tại khối vật chất mà tia

đi qua do bị hấp thu năng lượng nên xảy ra những biến đổi trong đó Sự biến đổi đó tuỳ thuộc rất nhiều vào hiện tượng kích thích và ion hoá Dù cơ chế có khác nhau tùy loại tia nhưng kết quả của sự tương tác phụ thuộc trước hết vào số lượng cặp ion được tạo ra trong vật chất trên đơn vị đường đi [7]

ch

QD

m





Trong hệ SI đơn vị liều chiếu là Coulomb trên kilôgam (C/kg) Đơn vị ngoại

hệ là Rơnghen (R) Giữa R và C/kg có mối liên hệ sau

1 R = 2,57976 10-4 C/kg hay 1 C/kg  3876 R Rơnghen là liều chiếu của chùm photon khi chiếu vào 1 cm3 không khí (tức 1,293 mg) ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra một số ion mà điện tích tổng cộng các ion cùng dấu là một đơn vị điện tích (tức là khoảng 2,09 x 109 cặp ion) Rơnghen(R) là đơn vị trước đây hay dùng trong y học phóng xạ và phóng xạ sinh học Người ta còn gọi liều chiếu là liều biểu kiến

c Liều tương đương

Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ không chỉ phụ thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ Một đại lượng được dùng

là liều tương đương Liều tương đương là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ r, nhân với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng Wr của bức xạ

Liều tương đương = Liều hấp thụ x Wr (1.3) Đơn vị của liều tương đương là J/Kg, rem hoặc sievert (Sv) với 1Sv=100rem

Liều hiệu dụng = Liều tương đương x WT (1.4)

1.3.2.2 Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá [1]

Ở các phần trên chúng ta đã khảo sát bản chất các hiện tượng vật lý trong quá trình tương tác giữa bức xạ và vật chất Tuy nhiên quá trình truyền năng lượng của bức xạ lên tổ chức sinh học và gây tác dụng ở đó có những cơ chế phức tạp hơn Hiện nay người ta vẫn cho rằng có hai cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học:

- Cơ chế tác dụng trực tiếp

Năng lượng của bức xạ trực tiếp chuyển giao cho các phân tử cấu tạo nên tổ chức sinh học mà chủ yếu là các đại phân tử hữu cơ, năng lượng đó gây nên các quá trình kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử Tiếp theo là các phản ứng hóa

học xảy ra giữa các phân tử mới tạo thành sau khi bị kích thích hoặc ion hóa Hai giai đoạn này xảy ra rất nhanh Các phân tử hữu cơ quan trọng bị tổn thương gây nên các tác dụng sinh học tiếp theo như tổn thương chức năng hoạt động, gây đột biến gen, hủy diệt tế bào, v.v

Các quá trình kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử, các phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử trước hết gây nên các tổn thương tại đó và sau có thể lan truyền ra các phân tử khác ở xung quanh

- Cơ chế tác dụng gián tiếp

Tuy nhiên với lý thuyết cơ chế tác dụng trực tiếp người ta không giải thích được một số kết quả thực nghiệm và quan sát thực tế Ta biết nước chiếm một tỷ lệ rất cao (70% đến 90%) trong các tổ chức sinh học Vì vậy có thể xem tổ chức sinh học như một môi trường bao gồm các phân tử hữu cơ và nước Do vậy có thể nghĩ rằng bên cạnh cơ chế tác dụng trực tiếp còn có một cơ chế khác không kém phần quan trọng với vai trò to lớn của các phân tử nước làm trung gian Đó là cơ chế tác dụng gián tiếp Cơ chế gián tiếp của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học là bức xạ ion hóa tác dụng lên các phân tử nước, gây nên những biến đổi ở đó tạo ra các sản phẩm hóa học mới là các ion dương hoặc âm (H2O-, H2O+, H+, OH-) và các phân tử

ở trạng thái kích thích (H2O*, H*, OH*, HO2*, v.v ) Các phân tử ở trạng thái kích thích H*, OH* rất dễ kết hợp với nhau tạo ra các sản phẩm hóa học mới:

Nếu hàm lượng oxy trong môi trường càng nhiều thì lượng H2O2 được sản sinh càng lớn Nếu trong nước có các chất hòa tan thì (HO2)* sẽ thu electron của chất đó và biến thành (HO2)- rồi sau đó tương tác với H+ cũng để thành peroxyd

HO e  HO H H OPhần lớn các phân tử hữu cơ (RH) trong tổ chức bị phá hủy bởi các phân tử

H2O2 Ngoài ra các gốc tự do (phân tử, nguyên tử ở trạng thái kích thích) H*, OH*cũng dễ phản ứng với các phân tử hữu cơ gây nên những biến đổi và tạo ra thêm những gốc kích thích R* và RO2* theo cơ chế sau đây

* 2

và nhiều hiện tượng khác trong phóng xạ sinh học

Trong cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học, hai cơ chế tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó Tùy thuộc môi trường và điều kiện mà có lúc cơ chế này có vai trò và vị trí lớn hơn cơ chế kia Hai

cơ chế đó hỗ trợ cho nhau và giúp chúng ta hiểu được sâu sắc hơn bản chất của các quá trình phóng xạ sinh học, để chúng ta tiến hành áp dụng bức xạ ion hóa có hiệu quả hơn trong công tác thực tiễn

1.4 Các loại hình điều trị bằng bức xạ

1.4.1 Điều trị bằng nguồn xa

Khái niệm xạ trị chiếu ngoài là trong phương thức này tồn tại một khoảng cách nhất định giữa nguồn xạ và đối tượng bị chiếu Do đó trên thực tế thường sử dụng các photon trong điều trị chiều ngoài Đó là tia X và tia gamma [1]

Khi sử dụng các tia này để điều trị cần lưu ý các đặc điểm sau:

- Photon có năng lượng càng cao thì khả năng đâm xuyên càng lớn và hiệu quả sinh học càng cao Vì vậy người ta tìm cách tạo ra các thiết bị phát nguồn photon có năng lượng ngày càng cao Thực nghiệm cho thấy ở độ sâu 10 cm dưới mặt da liều hấp thụ tăng dần theo năng lượng tia và đạt hiệu quả cao nhất (gần 80% liều tối đa) với các photon có năng lượng trung bình là: 8 MeV (từ 3 – 10 MeV)

- Tia đâm xuyên có năng lượng càng lớn khi vào cơ thể bệnh nhân càng tạo nên suất liều điều trị trong sâu tốt hơn, đồng thời liều gây hại cho các mô lành trên đường xuyên qua càng ít hơn

- Năng lựợng tia càng lớn thì tỷ lệ liều hấp thụ ở khối u trên tổng liều càng tăng

- Sự tán xạ (khuếch tán) ra mô lành xung quanh u càng ít hơn khi năng lượng chùm photon càng lớn

- Chùm tia có cường độ càng mạnh càng tạo ra mặt phẳng đồng liều (isodose) trong mô bệnh tốt hơn

1.4.2 Điều trị áp sát (brachytherapy)

1.4.2.1 Điều trị áp sát cổ điển

Trong điều trị áp sát thường dùng các đồng vị phóng xạ (ĐVPX) phát ra beta cứng hoặc gamma mềm, có thể dùng nguồn phóng xạ kín hoặc hở Điển hình của kỹ thuật điều trị áp sát là sử dụng các kim, chỉ, hạt, bằng nguồn radium hoặc cobalt Công việc này thường được kết hợp với phẫu thuật đơn giản hoặc phức tạp vùng cần điều trị áp sát Vì vậy tạo thành các phân khoa cụ thể cho điều trị áp sát vùng đầu cổ, khí phế quản, ống tiêu hoá

Radium-226 (266Ra) lần đầu tiên được dùng vào mục đích điều trị vào năm

1917 Người ta sử dụng năng lượng tia gamma phát ra từ các nguồn radium để tiêu diệt các tế bào ung thư ở các hốc tự nhiên như tử cung, bàng quang, đại trực tràng, hốc miệng Tuy 266Ra có chu kỳ bán rã (T1/2) là 1580 năm, dùng được lâu nhưng khó có được nguồn lớn Các cơ sở điều trị thường chỉ có được các nguồn dưới dạng các kim nhỏ cỡ 2 -10 g mà thôi Việc sản xuất nó tốn kém, giá thành đắt vì phải tinh lọc từ các quặng uran

Đến năm 1951 đồng vị phóng xạ nhân tạo 60Co mới được sử dụng vào điều trị

và nó ngày càng được thay thế rộng rãi cho 266Ra vì người ta có thể sản xuất được các nguồn 60Co có độ phóng xạ lớn hơn 266

Ra nhiều lần và rẻ hơn hàng ngàn lần

1.4.2.2 Điều trị áp sát nạp nguồn sau (afterloading Brachytherapy)

Phương pháp điều trị áp sát cổ điển đòi hỏi người thầy thuốc phải thao tác lâu

và trực tiếp với các nguồn xạ Vì vậy ở các nước tiên tiến không còn áp dụng nữa Gần đây với tiến bộ của tin học, kỹ thuật điện tử người ta có thể xác định vị trí, liều lượng nguồn xạ và tạo ra đường dẫn trước, sau đó mới nạp nguồn xạ theo đường dẫn đó Bằng cách này giảm được liều chiếu cho nhân viên điều trị và được gọi là

kỹ thuật điều trị áp sát nạp nguồn sau

1.4.2.3 Điều trị chiếu trong bằng nguồn hở

Khác với 2 phương thức điều trị kể trên, điều trị chiếu trong là phương pháp đưa các nguồn phóng xạ hở vào tận tế bào, mô bệnh dựa theo các hoạt động sinh lý chức năng hoặc rối loạn bệnh lý của cơ quan, cơ thể Dược chất phóng xạ có thể chỉ

là chất vô cơ hoặc hợp chất hữu cơ có gắn các ĐVPX thích hợp Có thể đưa chúng vào cơ thể bằng đường uống, tiêm hoặc truyền Mục đích chủ yếu vẫn là kìm hãm

sự hoạt động cường năng của mô, tuyến hoặc tiêu diệt các tế bào bệnh

CHƯƠNG 2 MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH VÀ KỸ THUẬT XẠ TRỊ 3D-CRT

TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

Việc ứng dụng của tia X vào điều trị ung thư nông ngày càng phong phú Trong đó là các máy phát tia-X 150 kV và 300 kV được sử dụng rất hiệu quả lần lượt cho điều trị ung thư da và cho sự làm giảm bớt các triệu trứng tạm thời Tuy nhiên tính chất vật lý của tia này không đáp ứng được các yêu cầu điều trị các khối

u sâu bên trong Việc nghiên cứu chùm bức xạ với mức năng lượng cao hơn, đồng nghĩa với khả năng đâm xuyên lớn hơn, đã dẫn đến sự phát triển của máy xạ trị cobalt-60 Phổ chùm tia gamma phát ra từ nguồn cobalt-60 có 2 đỉnh năng lượng tại 1,17 MeV và 1,33 MeV, cho năng lượng photon trung bình khoảng 1,25 MeV, chùm bức xạ này có thể được dùng để điều trị tốt những khối u nằm gần bề mặt da Tuy nhiên tính chất vật lý của chùm tia gamma này vẫn còn có một số mặt hạn chế việc điều trị các khối u sâu bên trong như: Liều ở bề mặt tương đối lớn và điều trị kém hiệu quả với các khối u nằm sâu trong da Vì vậy người ta phải sử dụng máy gia tốc trong xạ trị ung thư và sự ra đời máy gia tốc đã tạo ra bước ngoặt lớn trong điều trị ung thư Trong chương này chúng tôi trình bày những lợi thế của máy gia tốc so với máy cobalt dẫn tới sự ra đời của máy gia tốc, sau đó đi tìm hiểu nguyên

lý cấu tạo chung của máy gia tốc Cuối cùng là trình bày về kỹ thuật xạ trị thích ứng

ba chiều (3D-CRT)

2.1 Những hạn chế của máy xạ trị cobalt trong điều trị

Máy xạ trị cobalt là loại máy sử dụng chùm bức xạ gamma phát ra do sự phân

rã của đồng vị phóng xạ 60Co để điều trị Nguồn 60Co được sản xuất có dạng đồng

xu (đường kính 2cm) được ghép lại thành hình trụ Hoạt độ ban đầu 6500 Ci Thời gian sử dụng khoảng 5 - 7 năm Nguồn 60Co phát bức xạ gamma () với hai mức năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV, năng lượng trung bình là 1,25 MeV, có thời gian bán rã 5,27 năm Các mức năng lượng của 60Co cố định làm cho việc điều trị trở nên kém linh hoạt trong việc điều trị ung thư với các vị trí khối u khác nhau Đối với

những khối u rất nông, nằm rất gần bề mằt da, khi điều trị bằng máy cobalt, liều hấp thụ cực đại nằm ở độ sâu sâu hơn vị trí của khối u

Như vậy, khi điều trị các khối u nông bằng máy cobalt thì liều không tập trung vào khối u, và ảnh hưởng lớn đến những vùng mô lành nằm sâu trong da Để khắc phục điều này, nếu điều trị bằng máy cobalt thì người ta phải sử dụng thêm một dụng cụ, gọi là dụng cụ bù trừ Dụng cụ bù trừ có tác dụng đưa vùng liều hấp thụ cực đại về gần bề mặt da hơn, như vậy sẽ tập trung được liều vào những khối u nằm rất gần bề mặt da Tuy nhiên, việc sử dụng dụng cụ bù trừ này cũng tương đối bất tiện Để khắc phục hoàn toàn những nhược điểm này, khi điều trị những khối u nông, người ta sử dụng chùm bức xạ electron Bởi vì các chùm tia electron mất năng lượng ở gần bề mặt da và cường độ chùm tia suy giảm nhanh chóng và sẽ mất hẳn ở độ sâu 5 cm Điều này khiến những vùng lành ít bị tổn thương hơn

Không chỉ không phù hợp cho những khối u rất nông, máy Co-60 cũng không thể đáp ứng được với những khối u nằm sâu trong cơ thể Ví dụ : Một khối u nằm giữa phổi, cách bề mặt da trung bình 8 cm, liều xạ của máy cobalt khi vào đến đây lại quá thấp bởi Để giúp cho việc điều trị trong trường hợp này đạt hiệu quả tốt hơn, cần phải có chùm bức xạ photon có mức năng lượng cao, để đưa vùng liều cực đại sâu hơn vào cơ thể

Như vậy, để điều trị ung thư linh hoạt với những khối u ở những vị trí khác nhau trong cơ thể đòi phải có những chùm bức xạ khác nhau như electron và photon, đồng thời với điều đó là với mỗi loại bức xạ phải có nhiều mức năng lượng Sự đa dạng và linh động này giúp cho ta có thể điều trị được tất cả các khối u ở bất cứ vị trí nào Máy gia tốc ra đời hoàn toàn có thể đáp ứng được những đòi hỏi này Ngoài

ra, sử dụng máy gia tốc trong xạ trị còn có những lợi thế nổi trội: Máy gia tốc an toàn hơn nhiều vì nó ngừng phát tia khi tắt máy, còn ở máy cobalt thì đồng vị phóng

xạ vẫn phân rã liên tục và phát tia khi không còn cần đến Máy Co-60 đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ Nguồn cũ bỏ ra cần xử lý để đảm bảo an toàn bức xạ để không gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt suất liều bức xạ của máy gia tốc cao hơn nguồn cobalt (thường gấp 2-3 lần)

2.2 Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính

Máy gia tốc được ứng dụng trong lâm sàng từ đầu những năm 1950, hoặc bằng các chùm electron hoặc các chùm tia X và đã trở thành thiết bị chủ yếu tại nhiều trung tâm xạ trị Về nguyên tắc, không có giới hạn trong công nghệ chế tạo máy gia tốc với năng lượng của electron, ngoại trừ bản thân cấu trúc chiều dài tăng tốc của thiết bị Giới hạn năng lượng chùm electron hiệu dụng đạt được trong thực tế lâm sàng nằm trong phạm vi từ 4-40 MeV

Hình 2.1: Máy gia tốc tuyến tính tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai

Với mục đích ứng dụng trong lâm sàng, các loại máy gia tốc cần thiết kế sao cho thỏa mãn một số những tiêu chuẩn, yêu cầu chủ yếu như sau [2]:

- Chùm tia bức xạ phải xác định được rõ năng lượng và thay đổi được về các kích thước chùm tia

- Liều lượng bức xạ phải đồng đều bên trong chùm tia

- Liều lượng của thiết bị phát ra phải ổn định không chỉ trong giai đoạn điều trị mà phải ổn định suốt trong quá trình sử dụng

- Liều lượng bức xạ phân bố trên bệnh nhân phải được đo đạc một cách chính xác

- Chùm tia bức xạ phải điều chỉnh và thay đổi được hướng và vị trí bất kỳ trên bệnh nhân

- An toàn và ổn định về cơ khí cũng là một thông số hết sức quan trọng

2.2.1 Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính

Các bộ phận chính là súng điện tử, nguồn phát sóng cao tầng klystron, ống gia tốc, hệ thống uốn chùm tia, bộ phận kiểm soát liều lượng và bia phát tia X

Hình 2.2: Cấu tạo máy gia tốc tuyến tính

- Cần máy đứng (gantry stand): Được thiết kế để chịu tải, mặt khác có thể chứa: Máy phát sóng, súng điện tử, và ống dẫn sóng gia tốc

- Máy phát sóng: Gồm hai thành phần chính: Nguồn phát sóng (klystron hoặc magnetron) và bộ điều chế xung Magnetron và klystron: Là các nguồn phát vi sóng hoạt động dưới dạng xung ngắn cỡ một vài µs Cả hai được lắp thêm bộ điều chỉnh tần số tự động AFC (automatic frequency control) để có thể duy trì dao động với tần số tối ưu

- Súng điện tử: Là thiết bị phát ra electron, nó gồm có hai loại chính là loại hai cực

và loại ba cực Cơ chế cung cấp nhiệt cho catốt của súng điện tử có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp tuỳ theo nhà sản xuất

- Ống dẫn sóng gia tốc: Gồm có ống dẫn sóng và ống gia tốc dùng để truyền đẫn và tăng tốc chùm electron

- Cần máy (gantry): Chứa hệ thống truyền tải electron, đầu máy điều trị Cần máy được gắn vào cần máy đứng và có thể quay được quanh trục vuông góc với nó

- Hệ thống truyền tải electron: Để đưa electron đến đầu máy điều trị

- Đầu máy điều trị bao gồm: Bia tia - X được dùng để tạo ra chùm photon xạ trị nhờ hiệu ứng bức xạ hãm khi chùm electron (đã được gia tốc) tương tác với bia; Ống chuẩn trực (gồm có các loại: Sơ cấp, xác định hình dạng chùm bức xạ, đối xứng và độc lập) thường được cấu tạo bởi hai cặp ngàm (jaw) để tạo dạng (chuẩn trực) chùm bức xạ theo hình chữ nhật; các khối che chắn để tạo hình dạng trường chiếu thích hợp; các bộ lọc phẳng dùng để làm phẳng chùm bức xạ tạo ra tính đồng nhất;

bộ phận kiểm soát liều lượng (monitor)

- Giường bệnh: Là nơi đặt bệnh nhân và bố trí các tư thế xạ trị Nó có thể quay được quanh trục trên mặt phẳng nằm ngang và cũng có thể nâng lên, hạ xuống để tạo khoảng cách điều trị thích hợp

- Bảng điều khiển: Là thiết bị điều khiển các hoạt động của máy gia tốc như: Quay, đặt vị trí cho các ngàm trong ống chuẩn trực để định vị trường điều trị

- Nguồn cao áp: Cung cấp nguồn điện một chiều cho máy phát sóng

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, được điều chế thành các xung và phùn vào ống gia tốc Đó là cấu trúc dẫn sóng mà trong đó năng lượng dùng cho electron được cung cấp từ nguồn sóng siêu cao tần (với tần số khoảng

3000 MHz – bước sóng 100 mm) Chùm electron được gia tốc có xu hướng phân kỳ

khi ra khỏi ống gia tốc và được hội tụ theo một quỹ đạo thẳng nhờ hệ thống điện trường đồng trục Sau đó chùm electron được uốn theo một góc 900

hoặc 2700. Nếu

cần sử dụng chùm tia electron thì cho electron ra trực tiếp để sử dụng, nhưng nếu sử dụng tia X thì cho chùm electron sau khi gia tốc chạm vào một bia kim loại (target) Tại đây electron bị hãm lại và phát ra tia X (theo hiệu ứng bức xạ hãm

bremstralung)

2.3 Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT

Những tiến bộ trong công nghệ máy tính đã làm tăng khả năng quá độ từ lập

kế hoạch và thực thi kỹ thuật phân bố liều theo 2-D cho đến kỹ thuật phức tạp hơn, hiện đại hơn đó là phân bố liều theo không gian 3 chiều, phù hợp với hình dạng khối u (3D-CRT)

3D-CRT là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả kỹ thuật phác thảo và thực hiện một kế hoạch xạ trị được dựa trên các dữ liệu từ phim CT theo ba chiều cùng các trường chiếu được tạo theo hình dạng riêng biệt phù hợp khối u

Hình 2.3: Kỹ thuật xạ trị thông thường 2D (a) và kỹ thuật xạ trị 3D-CRT (b)

Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT là một trong các kỹ thuật xạ trị ngoài So với kỹ thuật

xạ trị thông thường 2D trước đây, các chùm tia được phát ra chỉ có dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông, thì kỹ thuật 3D-CRT ưu việt hơn rất nhiều Với sự có mặt của các tấm che chắn chì, ống chuẩn trực đa lá MLC, chùm bức xạ phát ra có thể được điều chỉnh với hình dạng bất kỳ để có thể bao khít khối u theo từng hướng chiếu (hình 2.3b)

Mục đích của xạ trị 3D-CRT là tạo được một vùng phân bố liều hấp thụ cao tại thể tích bia và do đó giảm liều có hại cho các tổ chức lành xung quanh, qua đó sẽ làm giảm thiểu các hiệu ứng phụ hoặc biến chứng muộn, tăng xác suất kiểm soát khối u và cải thiện kết quả điều trị Để thực hiện được điều này, bệnh nhân cần phải trải qua một quá trình mô phỏng và lập kế hạch điều trị

2.3.1 Hệ thống lập kế hoạch điều trị TPS (Treatment planning system)

Mô phỏng và lập kế hoạch xạ trị thực chất là quá trình thiết kế, mô phỏng một

ca điều trị trước khi tiến hành điều trị thật Nhờ đó, các bác sỹ có thể kiểm soát được liều lượng bức xạ tới khối u, tới các tổ chức lành xung quanh của bệnh nhân, cũng như tiên lượng, đánh giá được khả năng đáp ứng của bệnh nhân trong quá trình điều trị

Cùng với sự phát triển của tin học, các hệ thống lập kế hoạch xạ trị cũng ngày càng phát triển, lập kế hoạch nhanh chóng và chính xác hơn Trong các hệ thống này, cả cơ thể bệnh nhân và máy điều trị cho bệnh nhân đó đều được mô phỏng trên phần mềm lập kế hoạch.Thông tin bệnh nhân được dùng trong quá trình mô phỏng chính là tập hợp dữ liệu ảnh cắt lớp vi tính (ảnh theo chuẩn DICOM) Ảnh cắt lớp vi tính không những được sử dụng để mô tả hình dáng, tư thế người bệnh, xác định vị trí khối u, các cơ quan cần bảo vệ mà nó còn cung cấp thông tin chính xác về mật

độ vật chất (cụ thể là mật độ electron), giúp ích cho việc tính toán liều lượng bức xạ hấp thụ Việc mô phỏng máy điều trị trên phần mềm được thực hiện bằng cách tạo

ra một máy ảo có các thông số kỹ thuật giống hệt với máy điều trị thực Phổ bức xạ phát ra từ máy điều trị thực cũng được mô phỏng chính xác trên phần mềm bằng cách nhập bộ dữ liệu đo đạc thực tế.Hiện nay trên Thế Giới có một số hệ thống lập

kế hoạch xạ trị như: Prowess, CMS, ADAC Pinacle…Tuy các hệ thống này có những điểm khác biệt, nhưng nhìn chung, các bước trong quá trình lập kế hoạch đều theo một quy trình

2.3.2 Quy trình thực hành lâm sàng kỹ thuật xạ trị 3D-CRT

Phần này đề cập nội dung thực hành lâm sàng của chương trình xạ trị theo CRT Có nhiều khâu kỹ thuật đòi hỏi phải thực hiện trong chương trình này Hình 2.4: Giới thiệu sơ đồ khối bao gồm các bước cơ bản của quy trình kỹ thuật 3D-CRT Nhiều chi tiết có thể khác nhau giữa các trung tâm, trong phần dưới đây chúng tôi trình bày quy trình kỹ thuật xạ trị 3D-CRT tại khoa Y học Hạt nhân, bệnh viện đa khoa Đồng Nai

3D-2.3.2.1 Đánh giá bệnh nhân và quyết định xạ trị

Bước đầu trong quy trình là đánh giá và quyết định xem bệnh nhân có thể được điều trị như thế nào Trong quá trình đánh giá tất cả các khâu chẩn đoán, xét nghiệm khác nhau được tiến hành để xác định tình trạng, cũng như giai đoạn bệnh Những yếu tố đó bao gồm chẩn đoán hình ảnh, các xét nghiệm cơ bản về sinh hóa hay những thông tin về mô bệnh để giúp xác định loại bệnh, giai đoạn bệnh cũng như mức độ xâm lấn của khối u Sau đó, tiểu ban chuyên môn đưa ra những quyết định điều trị cho bệnh nhân

Hình 2.4: Quy trình lập kế hoạch xạ trị 2.3.2.2 Cố định tư thế bệnh nhân

Trước khi đi đến quyết định điều trị, tiểu ban chuyên môn cần thống nhất tư thế bệnh nhân có thể áp dụng cho từng trường hợp và phương pháp cố định tư thế bệnh nhân sao cho thích hợp nhất

Đánh giá bệnh nhân

Cố định bệnh nhân

Mô phỏng

Khoanh vùng các tổ chức chỉ định liều

Việc áp dụng kỹ thuật 3D-CRT thường kết hợp với khả năng làm giảm các mép đường biên của thể tích khối u Phương pháp cố định hiệu quả có thể làm giảm thiểu sai số đặt tư thế bệnh nhân Do đó, việc sử dụng phương tiện cố định phù hợp, tạo sự thoải mái cho bệnh nhân và thao tác cho nhân viên kỹ thuật sẽ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình và kết quả điều trị bệnh nhân Mỗi một

cơ sở xạ trị cần trang bị đầy đủ những phương tiện, dụng cụ cố định phù hợp cho từng vị trí, từng loại bệnh Những dụng cụ này phải dễ dàng tái tạo chính xác tư thế bệnh nhân trong quá trình điều trị

2.3.2.3 Mô phỏng

Hình 2.5: Hệ thống máy CT mô phỏng tại bệnh viện đa khoa Đồng Nai

Hệ thống mô phỏng bao gồm máy mô phỏng và hệ thống máy tính điều khiển máy mô phỏng cũng như lưu trữ và xử lý dữ liệu mô phỏng Chức năng của máy mô phỏng là thu nhận dữ liệu ảnh phục vụ cho quá trình lập kế hoạch, đồng thời nó cũng được sử dụng để mô phỏng, kiểm tra việc điều trị và che chắn được tạo ra từ

hệ thống lập kế trước khi đưa bệnh nhân vào điều trị chính thức trên máy điều trị Tại khoa Y học Hạt nhân bệnh viện đa khoa Đồng Nai, hệ thống mô phỏng là hệ thống CT-SIM gồm 2 phần chính:Máy chụp CT có độ phân giải cao cùng máy tính

đi kèm và hệ thống laser mô phỏng

Nhờ hệ thống mô phỏng CT-SIM này, việc xạ trị trở nên đơn giản và chính xác hơn rất nhiều Hệ thống laser mô phỏng được gắn trong phòng chụp CT để định

vị chính xác vị trí, tư thế và tọa độ khi chụp ảnh Kết quả mô phỏng được gửi tới phần mềm điều khiển chùm laser và hệ thống lập kế hoạch ảo VPS (virtual planning systems) Trong hệ thống VPS, bác sỹ sẽ xác định vị trí, kích thước khối u trong cơ thể người bệnh Sau đó, tọa độ tâm khối u sẽ được truyền lại về phần mềm điều khiển của hệ thống laser Phần mềm này tự động tính ra khoảng cách giữa tâm khối

u với tọa độ gốc trên ảnh CT của bệnh nhân Sau đó, nó điều khiển tự động sự dịch chuyển của giường để đưa hệ laser về tâm khối u của bệnh nhân (bệnh nhân vẫn nằm cố định trên giường CT) và kỹ thuật viên sẽ đánh dấu vị trí tâm khối u trên bệnh nhân

2.3.2.4 Ghi nhận và xử lý hình ảnh bệnh nhân

a Chụp ảnh CT

Với nhiều loại vị trí khối u khác nhau, những hình ảnh chụp CT sẽ giúp cho việc xác định chính xác các thông số như kích thước cũng như vị trí của nó Những hình ảnh được thực hiện trên CT dùng cho quá trình lập kế hoạch điều trị phải sao cho càng sát thực tế càng tốt, nghĩa là phải đầy đủ những gì sẽ dùng trên máy điều trị Chẳng hạn các dụng cụ cố định, giá đỡ chân tay, khung trợ giúp tư thế bệnh nhân, hệ thống laser định vị, phải giống hệt nhau

b Chụp cộng hưởng từ-MRI

Trong xạ trị ung thư, MRI được dùng chủ yếu trong những trường hợp cần bổ xung những thông tin giải phẫu hoặc kết hợp với các phim CT để cải thiện sự đánh giá một cách chi tiết và rõ ràng hơn tình trạng khối u, nhất là những khối u tiền liệt tuyến và khối u hệ thần kinh

Trong hệ thống VPS, dữ liệu ảnh của bệnh nhân có thể được xử lý để giúp các bác sỹ quan sát khối u cũng như vùng cần bảo vệ rõ hơn Nhờ đó, sẽ vẽ chính xác các vùng này, nâng cao độ chính xác và kết quả của quá trình lập kế hoạch Một số thao tác xử lý ảnh hay được sử dụng như: Điều chỉnh độ sáng tối của dữ liệu ảnh, điền thêm một số thông tin cá nhân khác của bệnh nhân: Tiểu sử bệnh, năm sinh,…

2.3.2.5 Khoanh vùng điều trị và vùng bảo vệ

Quá trình lập kế hoạch xạ trị dựa vào hình ảnh được xác định theo thể tích khối u và các tổ chức nguy cấp liền kề Các vùng thể tích này được vẽ theo từng lát cắt dựa trên bộ dữ liệu của phim CT Thể tích khối u thường được vẽ chu vi bằng thủ công mặc dù những hệ thống phần mềm hiện đại có khả năng phân biệt cấu trúc giải phẫu khối u Công việc này có vẻ tốn thời gian nhưng bác sỹ xạ trị sẽ yên tâm hơn về độ chính xác của nó Khi vẽ các đường biên xác định thể tích khối u và các thể tích liên quan khác, bác sỹ xạ trị và kỹ sư vật lý cần phải tính đến những xê dịch

có thể xảy ra của bệnh nhân và của một số tổ chức Sau đây là một số hướng dẫn chi tiết giúp việc xác định các thể tích này

Cần phải hết sức cẩn trọng để xác định chính xác các vùng thể tích liên quan bằng kỹ thuật xạ trị 3D-CRT Như nội dung bản báo cáo số 50 và 62 của ICRU, hình 2.6 mô tả hướng dẫn việc xác định và mô tả một số vùng thể tích cũng như các

tổ chức nguy cấp liên quan

a Thể tích khối u thô GTV (gross tumor volume): Là phạm vi biểu hiện phát triển

tại chỗ của các tế bào ác tính mà qua đó có thể nhìn thấy, sờ nắn hoặc thăm khám trực tiếp

GTV thường được xác định bằng các phương tiện chẩn đoán hình ảnh như

CT, MRI, PET , bằng những thông tin từ mô bệnh học hay giải phẫu bệnh do thăm khám trực tiếp lâm sàng

b Thể tích bia lâm sàng CTV (clinical target volume): Là thể tích mô mà trong đó

bao gồm thể tích GTV và các tổ chức ác tính biểu hiện ở mức vi thể, khó phát hiện bằng lâm sàng nhưng cần phải loại bỏ Vì vậy, thể tích này cũng phải điều trị một cách đầy đủ về liều lượng cả trong trường hợp xạ trị triệu chứng hay triệt

để

Để xác định thể tích bia lâm sàng, cần phải tạo dựng một mép đường biên với sự trải rộng vi xâm lấn của các tế bào và những vùng liên quan khác được coi

là ác tính, cần phải điều trị (nghĩa là những hạch lympho dương tính) Thông tin,

dữ liệu của những tổ chức này cung cấp bằng xét nghiệm mô bệnh học được lấy

từ một số mẫu bệnh phẩm tại vùng có nghi ngờ Vùng thể tích bia lâm sàng sau phẫu thuật, chẳng hạn khối u vú thường được tính là toàn bộ tổ chức nguyên phát được cắt bỏ (GTV) Theo kinh nghiêm, khi xác định đường biên CTV thường được mở rộng thêm 1 cm (nghĩa là CTV=GTV+1 cm)

Hình 2.6: Các vùng thể tích khác nhau cần xác định theo ICRU

c Thể tích bia nội tại ITV (internal target volume): Là một khái niệm mới được giới

thiệu trong bản báo cáo số 62 của ICRU Để bù trừ cho những thay đổi về kích thước, hình dạng và vị trí của CTV Khi xác định ITV, điều quan trọng là phải tính đến sự bất đối xứng tự nhiên và sự thay đổi của tổ chức cụ thể Chẳng hạn,

sự thay đổi về hai phía bên của tuyến tiền liệt sẽ khác với sự thay đổi trước, sau

Sự thay đổi bên trong như vậy là do bản chất sinh lý của cơ thể, không dễ kiểm soát Để khắc phục những yếu tố này, đã có nhiều công trình nghiên cứu áp dụng

kỹ thuật khống chế, kiểm soát nhịp thở hoặc sự căng đầy của bàng quang, trực tràng

d Thể tích lập kế hoạch điều trị PTV (planning target volume): Là một khái niệm

về hình học, được xác định để lựa chọn sự phân bố các chùm tia một cách thích hợp, trong đó có tính đến ảnh hưởng thực tế của những thay đổi về mặt hình học lên thể tích CTV, để đảm bảo phân bố liều lượng theo đúng yêu cầu trên đó

Để đảm bảo rằng tất cả các mô bên trong thể tích bia lâm sàng nhận được một liều lượng đã chỉ định, về nguyên tắc chiếu xạ, ta phải lập kế hoạch để chiếu

xạ một thể tích hình học lớn hơn thể tích bia lâm sàng Thể tích bia lập kế hoạch được định nghĩa là khối thể tích bao gồm thể tích bia lâm sàng với một đoạn mép bao quanh thể tích bia lâm sàng Đoạn mép này được xác định dựa vào sự di chuyển khối u trong cơ thể bệnh nhân và những sai số liên quan đến sai số của máy móc Sự di chuyển của khối u trong cơ thể bệnh nhân có thể kể đến những nguyên nhân như: Sự đập của tim, sự thở, sự chứa nước không giống nhau của bàng quang Những sai số liên quan tới máy móc có thể là do sai số của giường, của hệ laser… Tuy nhiên, để xác định được đoạn mép từ CTV tới PTV, ta không được phép cộng dồn các sai số kể trên Đoạn mép bao quanh CTV này, bất kể về hướng nào, cũng phải đủ lớn để có thể bù đắp được những sai số trên Tức là sao cho theo bất kì hướng nào, CTV luôn luôn nằm gọn trong PTV trong quá trình điều trị Trong thực tế lập kế hoạch, ta phải cố gắng lập kế hoạch sao cho tối thiểu 95% thể tích bia lập kế hoạch PTV nhận 100% liều chỉ định

e Thể tích điều trị TV (treated volume): Thể tích điều trị thường lớn hơn thể tích

bia lập kế hoạch và phụ thuộc vào kỹ thuật điều trị cụ thể Khi lập kế hoạch, ta mong muốn một thể tích đồng liều nào nó bao trọn PTV Tuy nhiên, rất khó để thể tích đồng liều đó bằng đúng thể tích PTV mà nó thường lớn hơn PTV Người

ta gọi thể tích đồng liều đó là thể tích điều trị

f Thể tích chiếu xạ IV (irradiated volume): Là vùng thể tích nhận một lượng liều

đáng kể (thường là 50% liều chỉ định) Thể tích chiếu xạ lớn hơn thể tích điều trị

và cũng phụ thuộc vào kỹ thuật xạ trị được sử dụng Với kỹ thuật xạ trị 3D-CRT, thể tích chiếu xạ giảm khi sử dụng hệ thống máy gia tốc có ống chuẩn trực đa lá (MLC) và thể tích chiếu xạ tăng khi số trường chiếu tăng

2.3.2.6 Thiết lập trường chiếu và sử dụng các thiết bị hỗ trợ

Việc thiết lập trường chiếu là lựa chọn các hướng chiếu và mức năng lượng của từng chùm tia Việc này phụ thuộc vào vị trí, kích thước khối u trong từng trường hợp cụ thể và theo kinh nghiệm của từng người Sự lựa chọn mức năng lượng của từng chùm tia phụ thuộc vào bản chất của chùm tia bức xạ Với những khối u nằm trên da hoặc ở vị trí rất nông gần bề mặt da, người ta thường sử dụng chùm tia electron Do liều lượng do chùm tia electron bỏ lại lớn nhất ở gần bề mặt

da và suy giảm rất nhanh khi đi sâu vào cơ thể bệnh nhân Với những khối u nằm sâu trong cơ thể, ta có thể sử dụng các chùm tia photon Tùy thuộc vào mức độ sâu của khối u, mà ta quyết định lựa chọn chùm tia photon năng lượng thấp hay cao Với khối u sâu hơn thì nên sử dụng chùm photon có năng lượng cao hơn

Với từng trường hợp cụ thể, số lượng chùm tia và các hướng chiếu chùm tia hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí, kích thước khối u, cũng như kinh nghiệm của người lập kế hoạch

Song song với việc thiết lập các trường chiếu, ta phải sử dụng các thiết bị phụ trợ để tạo ra một kế hoạch tốt Để sử dụng các thiết bị phụ trợ một cách hiệu quả nhất, người lập kế hoạch cần phải hiểu rõ về bản chất của các thiết bị đó

2.3.2.7 Tính toán liều lượng và phân bố liều

Sau khi thiết lập các trường chiếu, và sử dụng các thiết bị phụ trợ cần thiết Người lập kế hoạch sẽ tiến hành tính toán liều Hiện nay, trong phần mềm Prowess panther, có hai phương pháp tính liều cho kỹ thuật xạ trị 3D-CRT Đó là: “Fast Photon” và “fast photon effective”

Sử dụng thuật toán “fast photon” để tính toán liều lượng cho những vùng điều trị là những vùng tương đối đồng nhất, hệ số mô của các vùng là tương đương nhau Trong thuật toán này không tính đến sự sai khác hệ số mô giữa các vùng điều trị Nhưng khi vùng điều trị là những vùng không đồng nhất, ví dụ như vùng ngực có nhiều không khí, hay vùng tiểu khung có nhiều xương (vì giữa mô mềm, không khí và xương, hệ số mô của chúng rất khác biệt) chúng ta sử dụng thuật toán

“fast photon effective”

2.3.2.8 Đánh giá kế hoạch

Sau khi tính toán liều lượng và xem phân bố liều, ta tiến hành đánh giá kế hoạch Đánh giá xem kế hoạch vừa thiết kế đã tốt và tối ưu chưa Khi kế hoạch này được chấp nhận thì nó sẽ được đưa vào điều trị thực tế Việc điều trị thực tế sẽ được thiết lập giống hệt như đã thiết kế trên phần mềm Nếu kế hoạch này chưa đáp ứng được các yêu cầu về phân bố liều lượng như bác sỹ đặt ra ban đầu, cần phải làm từ bước thiết lập trường chiếu và sử dụng các thiết bị phụ trợ

Hình 2.7: Đánh giá kế hoạc dựa trên lát cắt

Có hai tiêu chí được xét đến khi đánh giá kế hoạch, đó là liều lượng tới khối u

và liều lượng tới các tổ chức nguy cấp cần bảo vệ Một kế hoạch tốt là kế hoạch đảm bảo các điều kiện sau:

- Đủ liều bác sỹ chỉ định tới khối u, vùng nhận liều lớn nhất nằm trong khối u

và không vượt quá 107% liều chỉ định

- Liều tới các tổ chức nguy cấp cần bảo vệ nằm trong giới hạn liều cho phép

Để đánh giá một kế hoạch xạ trị trong phần mềm Prowess panther, ta có thể quan sát các đường đồng liều (isodose line) trên từng lát cắt (hình 2.7) và trên bản

đồ liều lượng-thể tích DVH (dose volume histogram - hình 2.8)

Hình 2.8: Đánh giá kế hoạch dựa trên biểu đồ DVH

Dựa trên lát cắt hình 2.7 ta thấy đường 95% liều bao hết toàn bộ khối u (100%), các đường liều cao tránh được tủy sống, tim, phổi Hình 2.8 mô tả liều hấp thụ trong một quá trình điều trị của khối u và các cơ quan cần bảo vệ Dựa vào hình này ta có nhận xét: Các cơ quan cần bảo vệ đều nhận liều dưới mức liều giới hạn cho phép, và khối u nhận được 95% liều chỉ định Vậy kế hoạch này đạt được yêu cầu của bác sỹ đưa ra

2.3.2.9 Tiến hành điều trị

Sau khi kế hoạch đã được chấp nhận, các thông số liên quan đến kế hoạch điều trị được chuyển sang phòng máy gia tốc thông qua hệ thống mạng LAN Hệ thống máy tính và phần mềm sẽ điều khiến máy gia tốc phát tia điều trị mỗi ngày cho bệnh nhân

Như vậy, kỹ thuật xạ trị 3D-CRT phân bố liều hấp thụ cao tại thể tích bia và giảm liều có hại cho các tổ chức lành xung quanh nhờ việc sử dụng khối che chắn chì (block) hoặc ống chuẩn trực đa lá (MLC) Hơn nữa, nhờ có các dụng cụ lọc nêm (wedge), các khối bù mô (bolus) thì phân bố liều đã được tối ưu để đạt được yêu cầu của bác sỹ đưa ra

Tuy nhiên, kỹ thuật này có một vài hạn chế như sau:

- Gây hiện tượng cháy da cho bệnh nhận

- Chi phí cho việc cắt xốp làm khuôn chì, đúc chì khá tốn kém và độc hại, nguyên hiểm

- Mất thời gian tháo lắp phụ kiện che chắn cho bệnh nhân với từng trường chiếu: Khối chì che chắn, lọc nêm

- Với những ca ung thư phức tạp, khối u có hình dạng phức tạp và nằm ngày cạnh các cơ quan nguy cấp cần bảo vệ thì với kỹ thuật 3D-CRT khó có thể đưa ra được một phân bố liều tối ưu

Để khắc phục những hạn chế trên, người ta đươc ra một kỹ thuật xạ trị mới

Đó là kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ (IMRT) Những chương tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày cụ thể hơn về kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ và ứng dụng trong lâm sàng

CHƯƠNG 3

KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ JO-IMRT

Những tiến bộ trong công nghệ máy tính đã làm tăng khả năng quá độ từ lập

kế hoạch phân bố liều lượng theo 2D cho đến kỹ thuật phức tạp hơn, hiện đại hơn

đó là phân bố liều lượng theo không gian 3D, phù hợp với hình dạng khối u CRT) Một kỹ thuật mới, hiện đại đang phát triển là kỹ thuật điều biến cường độ IMRT (intensity modulated radiation therapy) sẽ làm tối ưu sự phân bố liều theo hình dạng khối u không đều [2]

(3D-Xạ trị điều biến cường độ IMRT là một kỹ thuật hiện đại trong điều trị ung thư, liều xạ được phân bố tối đa theo hình dạng khối u đồng thời liều được hạn chế tối thiểu ở các tổ chức lành xung quanh Nhờ việc tối ưu hoá liều tại khối u và giảm thiểu ở các cơ quan lành mà kỹ thuật IMRT hạn chế được biến chứng do tia xạ đồng thời nâng cao hiệu quả điều trị Ở các nước phát triển, đối với các khối u gần các cơ quan nhạy cảm, khối u có hình dạng phức tạp, kỹ thuật này được thực hiện một cách thường quy với các máy gia tốc tuyến tính có ống chuẩn trực đa lá (MLC) Ở Việt Nam, do điều kiện khí hậu nóng ẩm, việc dùng máy gia tốc với MLC gặp rất nhiều khó khăn trong vận hành, bảo dưỡng Tuy nhiên với phần mềm Prowess panther của

Mỹ, kỹ thuật IMRT vẫn có thể thực hiện được với máy gia tốc không có MLC qua

hệ thống ống chuẩn trực với các ngàm (jaws) chuyển động độc lập Kỹ thuật này được thực hiện qua việc đồng thời chia các trường chiếu (beams) ở nhiều góc độ khác nhau thành nhiều phân đoạn hình chữ nhật (segments) với các trọng số khác nhau (weights) nhằm tối ưu hoá liều cao nhất theo hình dạng khối u và liều cho phép giới hạn ở tổ chức lành Như vậy, IMRT cũng có thể thực hiện tại Việt Nam trên máy gia tốc chỉ với các ngàm chuyển động độc lập mà không có MLC Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong điều kiện nước ta còn nhiều khó khăn, việc trang bị các máy gia tốc với MLC rất tốn kém Mặt khác, khí hậu Việt Nam nóng ẩm, việc vận hành và bảo dưỡng máy gia tốc với MLC rất phức tạp Do vậy, việc nghiên cứu

và ứng dụng triển khai kỹ thuật xạ trị JO-IMRT thật sự có ý nghĩa cả mặt y tế lẫn kinh tế

3.1 Nguyên lý của kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ IMRT

3.1.1 Kỹ thuật xạ trị IMRT là gì?

Kỹ thuật xạ trị IMRT xuất hiện trong điều trị lâm sàng như là kết quả của sự phát triển kỹ thuật xạ trị thích ứng ba chiều (3D-CRT) trong những năm 1980 Đến những năm 1990, IMRT đã được thừa nhận và ứng dụng tại Mỹ Về mặt vật lý, tính năng chung của IMRT là cố gắng tăng cường việc kiểm soát phân bố liều ba chiều thông qua sự chồng chập của các trường chiếu nhỏ độc lập nhau trong một hướng của chùm tia Nói cách khác, trong kỹ thuật này, cường độ chùm tia chiếu ra được điều biến, không đồng nhất (hình 3.1)

Hình 3.1: So sánh phân bố liều lượng giữa kế hoạch 3D (trái) và IMRT (phải)

Hình 3.1 cho ta thấy, liều bức xạ tại kế hoạch 3D phân bố đồng đều trong khi tại kế hoạch IMRT liều bức xạ phân bố theo hình dạng và mật độ tế bào u: Chỗ đậm, chỗ nhạt khác nhau

3.1.2 Vì sao IMRT lại tốt hơn 3D-CRT ?

Như đã đề cập ở chương 2, kỹ thuật xạ trị 3D-CRT gồm các hướng chiếu, mỗi hướng chiếu được che chắn sao cho tránh được cơ quan bảo vệ và không làm che khuất khối u Kỹ thuật xạ trị IMRT được phát triển từ kỹ thuật 3D-CRT, kỹ thuật này có thêm một bậc tự do nữa là sự điều biến cường độ chùm tia để lập kế hoạch điều trị Chính vì thế, kỹ thuật này tạo ra phân bố liều tốt hơn (hình 3.2)

Hình 3.2 là ảnh CT của bệnh nhân đã được các bác sỹ xác định thể tích khối u

và các cơ quan cần bảo vệ như tủy sống, tuyến mang tai Thể tích khối u thường được chiếu xạ từ phía trước và hai bên vào, đường đồng liều bao trùm khối u đồng thời bao trùm cả tủy sống và tuyến mang tai (hình 3.2) Do đó, các cơ quan cần bảo

vệ nhận một liều tương đương với liều mà khối u nhận được Nhưng với kỹ thuật IMRT thì vùng liều cao bao khít theo hình dạng khối u và tránh được tủy sống Kỹ thuật 3D-CRT khó có thể làm được điều này

Hình 3.2: Phân bố liều của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT và IMRT

3.1.3 Làm thế nào để điều biến cường độ chùm tia ?

Kỹ thuật IMRT đã được thừa nhận rộng rãi là có thể thực hiện trên những máy gia tốc có ống chuẩn trực đa lá, tuy nhiên IMRT cũng có khả năng thực hiện với máy gia tốc có các ngàm chuyển động độc lập Trong kỹ thuật này, chùm tia được chia nhỏ thành nhiều chùm tia đơn vị, trọng số của các chùm tia đơn vị được tối ưu hóa để tạo nên bản đồ phân bố cường độ cho mỗi chùm tia Từ bản đồ phân bố cường độ, máy tính sẽ tính toán để thiết lập chùm tia đó thành các trường chiếu liên tiếp theo một trình tự nhất định của máy gia tốc dựa trên việc di chuyển vị trí của các lá ngàm Kết quả là hàng loạt các trường chiếu nhỏ có hình dạng bất kì đối với máy có MLC hoặc các trường hình vuông, hình chữ nhật đối với máy chỉ sử dụng jaws (hình 3.3) được hình thành từ mỗi hướng của chùm tia được chồng chập lên nhau để tạo ra các mô hình liều lượng (cường độ) phức hợp (hình 3.4)