Ứng dụng sự tối ưu liều của kĩ thuật xạ trị điều biến cường độ (imrt) trên máy gia tốc tuyến tính trong điều trị ung thư

TÓM TẮT LUẬN VĂN Qua việc tìm hi u tổng quan về c c phương ph p xạ trị thích ứng ba chiều 3 RT và điều biến liều IMRT, nội dung luận văn đã trình bày chi tiết về cơ s vật l , kỹ thuật th

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

PHAN THANH LIÊM

ỨNG DỤNG SỰ TỐI ƯU LIỀU CỦA KĨ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (IMRT) TRÊN MÁY GIA TỐC

TUYẾN TÍNH TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

Chuyên ngành: Vật Lý Kĩ Thuật

Mã số: 60520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Huỳnh Quang Linh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lý Anh Tú

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Trần Thị Ngọc Dung

Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Tp

Hồ Chí Minh; ngày 30 tháng 08 năm 2014

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Cẩn Văn Bé

2 PGS.TS Trần Minh Thái

3 TS Lý Anh Tú

4 TS Trần Thị Ngọc Dung

5 TS Huỳnh Quang Linh

Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn được sữa chữa

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

_

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHAN THANH LIÊM MSHV: 11124636 Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1988 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Vật Lý Kĩ Thuật Mã số: 60520401

I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG SỰ TỐI ƯU LIỀU CỦA KỸ THUẬT XẠ TRỊ ĐIỀU

BIẾN CƯỜNG ĐỘ (IMRT) TRÊN MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Lý thuyết:

- Tổng quan về máy gia tốc tuyến tính, cơ sở y học hạt nhân

- Khảo sát phần mềm lập kế hoạch Prowess Panther

- Tổng quan về kĩ thuật xạ trị 3D CRT và kĩ thuật JO IMRT

 Thực hành:

- Khảo sát phần mềm lập kế hoạch Prowess Panther trong thực tế

- Thực hiện lập kế hoạch điều trị điều biến cường độ chùm tia JO IMRT trên máy gia tốc Primus- Seimen, tối ưu hóa của phương pháp bằng phần mềm lập kế hoạch Prowess Panther cho một số trường hợp cụ thể

- Nhận xét và đánh giá kết quả

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/07/2014

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Huỳnh Quang Linh

Tp HCM, ngày… tháng … năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới

thầy hướng dẫn khoa học TS h g i h – Trư ng khoa Khoa Vật l K

thuật sinh trư ng ại Học ch Khoa TP H M Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện cho tôi trong suốt th i gian thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới an Gi m ốc, Trư ng khoa và tập th nhân viên Trung tâm Ung ướu ệnh Viện Nhân ân đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn an Lãnh đạo và toàn th c c thầy cô gi o trư ng

ại Học ch Khoa, an chủ nhiệm đã dìu dắt tôi trong suốt th i gian học tập uối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn bên động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tôi học tập tốt

Tp HCM , ngày tháng năm 2014

ọc viê

Phan Thanh Liêm

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Qua việc tìm hi u tổng quan về c c phương ph p xạ trị thích ứng ba chiều

3 RT và điều biến liều IMRT, nội dung luận văn đã trình bày chi tiết về cơ s vật l , kỹ thuật thiết bị và quy trình vận hành c c phần mềm lên kế hoạch điều trị của c c phương ph p trên, đặc biệt kỹ thuật JO IMRT nhằm x c định ưu thế của phương ph p JO IMRT so với phương ph p 3 RT làm được điều đó, đề tài

đã thực hiện lên kế hoạch điều trị lâm sàng bằng hai k thuật 3D CRT và JO IMRT cho nhiều ca bệnh với nhiều bệnh l kh c nhau trên phần mềm lập kế hoạch Prowess Panther như ung thư vòm họng, ung thư thực quản, ung thư hạch trung thất, ung thư tuyến tiền liệt, và đã thực hiện so s nh đ nh gi kết quả phân bố liều thu được c kết quả thực nghiệm đã cho thấy được sự tối ưu đ ng k về ứng dụng k thuật JO IMRT so với k thuật 3 RT, tạo cơ s x c đ ng cho việc phát tri n ứng dụng k thuật xạ trị IMRT trong tương lai gần

ABSTRACT

Through overview of the 3-dimensional conformal radiation therapy technique (3D CRT) and the intensity modulated radiation therapy technique (IMRT), the thesis content introduces in detail physical basis, equipment techniques and operating procedures of treatment planning software of above mentioned methods, particularly JO IMRT technique to evaluate and determine the advantages

of JO IMRT versus 3D CRT To persuasively demonstrate that, treatment planning has been performed with two 3D CRT and JO IMRT techniques for many pathological cases with Prowess Panther software such as throat cancer, esophageal cancer, prostate cancer etc and dose distribution results have been compared and evaluated Mentioned clinical results showed that the JO IMRT technique has considerable dose optimization versus 3D CRT technique, based of which IMRT technique should be widely used in radiotherapy in the near future

Ờ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của thầy TS Hu nh Quang Linh c số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa t ng được ai công bố trong bất kì công trình nào

ọc viê

Phan Thanh Liêm

DANH MỤC CÁC CH VI T TẮT

3D CRT : 3 Dimension Conformal Radiation Therapy

CTV : Clinical Target Volume

DAO : Direct Aperture Optimization

DNA : Deoxyribonucleic Acid

DVH : Dose Value Histograms

GTV : Gross Target Volume

ICRU : International Commission on Radiation Units and Measurement

JO IMRT : Jaw Only Intensity Modulated Radiation Therapry

MRI : Magnetic Resonance Imaging

OAR : Organ At Risk

PET : Positron Emission Tomography

PTV : Planning Target Volume

SPECT : Single-Photon Emission Computed Tomography

TAR : Tissue Air Ratio

Ụ

Hình 2: Phân bố liều trên lớp cắt dọc a và lớp cắt ngang b 19

Hình Sự phụ thuộc liều sâu phần trăm theo năng lượng 20 Hình Liều phần trăm trên mặt ph ng vuông góc với trục 21

trung tâm Hình Sơ đ đo đạc liều trên mặt ph ng vuông góc với trục 21

Hình 1.16: Hướng chiếu trong xạ trị khối u vòm và hạch cổ cao 28 Hình 1.17: Ứng dụng lọc nêm đ tạo ra phân bố liều tối ưu 30 Hình : Hướng chiếu được che chắn và đư ng liều trong không 30

gian ba chiều Hình : Hướng chiếu không được che chắn và đư ng liều trong không 30

gian ba chiều

Hình 2.2: Phân bố cư ng độ chùm tia của k thuật 3 CRT và IMRT 34

Hình 2.5: Chùm tia được chia thành nhiều phần nhỏ và cơ th bệnh nhân 39

được chia thành nhiều hình khối nhỏ hơn Hình c hàm mục tiêu về liều giới hạn max và min cho khối u 42

Hình c hàm mục tiêu về liều tới hạn OAR cho tổ chức lành 43

Hình Hàm mục tiêu về liều-th tích cho tổ chức lành 44

Hình Giao diện trọng số giới hạn trên phần mềm Prowess Panther 46

Hình 3.2: Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của MT 56

Hình 3.3: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật JO IMRT của MT 56

Hình 3.4: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật 3 RT của MT 56

Hình 3.5: i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của MT 57

Hình 3.6: Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan NVH 59

Hình 3.7: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật JO IMRT của NVH 59

Hình 3.8: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật 3 RT của NVH 60

Hình 3.9: i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của NVH 60

Hình 3.10: Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của PKT 62

Hình 3.11: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật JO IMRT của PKT 62

Hình 3.12: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật 3 RT của PKT 63

Hình 3.13: i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của PKT 63

Hình 3 : Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của T 65

Hình 3 : Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật JO IMRT của T 65

Hình 3 6: Phân bố liều tại khối u và hạch dùng k thuật 3 RT của T 66

Hình 3 : i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của T 66

Hình 3 8: Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của LTT 70

Hình 3 : Phân bố liều tại khối u dùng k thuật JO IMRT của LTT 70

Hình 3 : Phân bố liều tại khối u dùng k thuật 3 RT của LTT 70 Hình 3.21: i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của LTT 71 Hình 3 : Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của TTH 74 Hình 3 3: Phân bố liều tại khối u dùng k thuật JO IMRT của TTH 74 Hình 3 : Phân bố liều tại khối u dùng k thuật 3 RT của TTH 75 Hình 3 : i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của TTH 75 Hình 3 : Vị trí khối u và c c tổ chức lành liên quan của LVH 79 Hình 3 : Phân bố liều tại khối u dùng k thuật JO IMRT của LVH 79 Hình 3 : Phân bố liều tại khối u dùng k thuật 3 RT của LVH 79 Hình 3 : i u đ liều-th tích của k thuật JO IMRT và 3 RT của LVH 80

D Ụ Ả

nâng cao hiệu quả xạ trị, ngày càng có nhiều k thuật xạ trị mới ra đ i nhằm tạo ra phân bố liều tối ưu trên khối u và c c vùng tế bào lành xung quanh

ên cạnh đó, việc lập kế hoạch giúp mô phỏng chính x c qu trình điều trị trước khi điều trị thật đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra một qui trình điều trị tối ưu Kế hoạch sau khi được lập có th được đưa vào hệ thống điều khi n m y gia tốc xạ trị và bệnh nhân sẽ được điều trị đúng như qui trình lập đã lập

Và hiện nay k thuật xạ trị thích ứng ba chiều (Three Dimensional Conformal Radiotherapy - 3D CRT sử dụng trên m y gia tốc là một k thuật được sử dụng phổ biến tại c c trung tâm xạ trị trong nước Tuy kỹ thuật rất cải tiến, hiệu quả và tối ưu hơn rất nhiều so với kỹ thuật xạ thư ng sử dụng m y cobalt, nhưng k thuật này hiện nay vẫn gặp phải một số hạn chế nhất định, nhất là với những trư ng hợp khối u có hình dạng phức tạp hình l m , bao s t c c vùng cơ quan lành cần bảo vệ rất khó cho việc tối ưu liều lượng như mong muốn vào u cũng như bảo vệ được c c

tổ chức lành gây ra nhiều khó khăn trong việc điều trị bệnh

o đó mục tiêu của đề tài này sẽ trình bày về việc tối ưu hóa liều trong việc lập kế hoạch xạ trị bằng phương ph p điều biến cư ng độ (Intensity Modulated Radiation Therapy-IMRT) và ứng dụng vào xạ trị ung thư Với mục đích tạo lập được c c kế hoạch xạ trị với phân bố liều tối ưu hơn mà đó k thuật xạ 3 RT còn chưa khắc phục được, và t đó giúp cho việc tìm hi u và học tập của c c sinh viên được thuận lợi cũng như sự lựa chọn của c c b c s trong việc điều trị cho ngư i bệnh đ đạt được kết quả điều trị tốt nhất, tối ưu nhất

Với c c mục đích nêu trên, luận văn đã được hoàn thành với bố cục chia làm 3 chương như sau

Chương 1 - Giới thiệu tổng quan xạ trị ng gia t tu n t nh: Giới

thiệu tổng quan về c c phương ph p xạ trị hiện nay, c c cơ s vật lí tạo phân bố liều trong xạ trị và k thuật xạ trị 3 RT bằng m y gia tốc tuyến tính

Chương 2 – thu t xạ tri i u i n ư ng (IMRT): Giới thiệu lí thuyết

tổng quan, cơ s lâm sàng và nguyên lí k thuật xạ trị điều biến cư ng độ (IMRT)

Chương 3 – ng ng thu t xạ trị i u i n ư ng -JO IMRT tr ng

s ng Tạo lập c c kế hoạch xạ trị của c c loại bệnh lí ung thư hiện nay ung thư

vòm, ung thư hạch trung thất và so s nh với k thuật 3 RT qua đó đ nh gi sự tối ưu về phân bố liều của k thuật IMRT

Với việc giành nhiều th i gian, công sức và sự cố gắng, tập trung cao đ có th hoàn thiện luận văn này, nhưng do th i gian, l nh vực nghiên cứu rộng và khả năng

có hạn nên luận văn này không th tr nh khỏi có những sai sót Rất mong được sự góp xây dựng của qu thầy cô và đ ng nghiệp đ có th hoàn chỉnh nghiên cứu trong th i gian tới

y học hiện đại Ngày nay, cùng với các phương thức điều trị phẫu thuật cắt bỏ khối

u và tổ chức di căn), hóa học (dùng thuốc diệt tế bào ung thư), miễn dịch (dùng thuốc kích thích hệ thống miễn dịch đ chống lại sự phát tri n của khối u ung thư), việc điều trị bằng phóng xạ đã góp phần to lớn trong việc chữa trị và cứu sống bệnh nhân ung thư

ạ trị là một l nh vực chuyên sâu của y học, cơ s của phóng xạ điều trị là hiệu ứng sinh học của các bức xạ ion hóa lên cơ th sống Hiệu ứng sinh học của bức xạ gây ra tại cơ quan bị chiếu xạ tùy thuộc vào liều hấp thụ tại cơ quan đó, hiệu ứng sinh học tương đối còn gọi là hệ số chất lượng của chùm tia Khi tiến hành chiếu xạ lên các tổ chức tế bào khác nhau thì hiệu quả sinh học thu được cũng kh c nhau do tính nhạy cảm phóng xạ khác nhau của chúng Nhìn chung, độ nhạy cảm phóng xạ của tế bào tuân theo định luật Bergonie và Tribondeau, định luật phát

bi u như sau: “độ nhạy cảm của tế bào trước bức xạ ion hóa tỉ lệ thuận với khả năng sinh sản và tỷ lệ nghịch với mức độ biệt hóa của chúng” Các tế bào ung thư

có khả năng sinh sản mạnh và mức độ biệt hóa chức năng kém so với tổ chức lành tương đương Vì vậy, độ nhạy phóng xạ cao của tế bào ung thư là một thuận lợi cơ bản của phóng xạ điều trị

1.2 Vai c i g i u g h [1][3]

iều trị bằng tia xạ có liên quan đến việc phá hủy các tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát tri n hơn nữa của nó Tế bào ung thư phát tri n nhanh ngoài sự ki m soát bình thư ng của cơ th con ngư i và do đó dẫn đến một số bệnh ung thư, các

bệnh ung thư ác tính chứa các tế bào có khả năng di căn ngh a là có th phát tri n lan tràn t vị trí ban đầu sang các vị trí khác Có nhiều loại tế bào ung thư và nhiều cách điều trị khác nhau phụ thuộc vào tốc độ phát tri n và xu hướng chúng tạo thành u cứng hay vẫn tiếp tục phát tán

Phương ph p xạ trị và phương ph p phẫu thuật là hai phương pháp điều trị ung thư phổ biến nhất cho bệnh nhân ung thư ạ trị đơn thuần có th chữa khỏi nhiều loại ung thư khi còn giai đoạn khu trú, nhất là trong c c bệnh ung thư hạch bạch huyết, ung thư da, ung thư vòm họng và một số ung thư vùng đầu cổ…

ạ trị kết hợp với phẫu thuật thư ng được áp dụng trong nhiều trư ng hợp khi ung thư đã phát tri n tương đối lớn Có khi tiến hành xạ trị trước nhằm giảm bớt th tích khối u đ dễ mổ, hạn chế di căn trong lúc mổ hoặc có khi xạ trị sau khi mổ nhằm diệt nốt những tế bào ung thư còn sót lại hoặc có khi xạ trị cả trước và sau khi

mổ, kết hợp với điều trị hóa chất đ tăng khả năng diệt tế bào ung thư tại một khu vực mà điều trị bằng hóa chất không th diệt hết được

Khi sử dụng phương ph p xạ trị cần phải xác định mục đích của việc xạ trị Có hai loại mục đích:

iều trị tận gốc là loại tr tất cả c c tế bào ung thư tại u nguyên phát, tại các

tổ chức xung quanh mà khối u lan tới và những hạch tại vùng có th bị xâm lấn iều trị tận gốc thư ng là liều xạ cao, có th gây ra một số biến chứng phụ, th i gian kéo dài với sự chấp nhận của bệnh nhân

iều trị tạm th i đ nâng cao chất lượng đ i sống như chống đau, chống tắc

do chèn ép, chống chảy máu iều trị tạm th i thư ng là liều thấp và th i gian chiếu xạ ngắn

iết r những đặc đi m bệnh l của khối u

họn lựa những phương ph p thích hợp là chỉ dùng xạ trị hay phối hợp với phẫu thuật, hóa chất… hay chọn phối hợp với cả hai phương ph p, chọn loại tia thích hợp, chiếu t ngoài hay đặt tại khối u

Qui định liều tối ưu và th tích chiếu dựa trên vị trí giải phẫu, loại bỏ tổ chức học, độ lành dữ của khối u và những cấu trúc lành trong vùng chiếu c s không bao gi do dự trong việc thay đổi những điều đã quy định với những điều kiện mới ph t sinh

ảm bảo liều điều trị phải phù hợp, th i gian điều trị cho mỗi đợt phải liên

tục không ngắt quãng Hệ thống m y xạ trị phải ph t liều ổn định trong mọi

th i đi m và độ chính x c cao

nh gi t ng giai đoạn về thực lực của bệnh nhân, sự đ p ứng của khối u và

th trạng của tổ chức lành trong khu vực điều trị

c s điều trị phải kết hợp chặt chẽ với đội ngũ k sư vật l y học, kỹ sư hệ thống m y trong việc lên phương n và lập ph c đ điều trị, không th nhầm lẫn những đ nh gi lâm sàng, hi u sai về những quan niệm vật l , không hoàn hảo về

ph c đ điều trị và thực hiện ph c đ iều này sẽ ảnh hư ng rất lớn đến tính mạng cũng như là tiến độ h i phục của bệnh nhân

1.4 c h g h i g i [1][3]

1.4.1 g i Teletherapy)

ạ trị ngoài là một phương ph p phổ biến nhất trong k thuật xạ trị Ngư i ta thư ng tiến hành với chùm photon, thông thư ng đó là c c tia mang năng lượng cao được tạo ra t m y gia tốc tuyến tính, nhưng ngư i ta cũng dùng chùm tia gamma tạo ra t máy Cobalt-60 và các tia X mang năng lượng trong khoảng 50-300

KV Thêm vào đó, việc sử dụng chùm electron năng lượng megavolt đ điều trị những khối u tương đối nông sẽ cải thiện được độ chính xác hình học hơn các photon Do đó phương pháp xạ trị bằng chùm electron cũng được sử dụng rộng rãi ngày nay ạ trị ngoài với các loại bức xạ khác cũng được đưa vào sử dụng, ch ng hạn như chùm neutron, chùm hạt tích điện như proton có th dùng trong điều trị lâm sàng Tuy nhiên các thiết bị đ tạo ra chúng rất đắt đỏ, vì vậy các loại bức xạ này ít được sử dụng

Một số phát tri n mới đây trong k thuật xạ trị ngoài đã được đẩy mạnh do khả năng tính toán của các hệ thống máy tính hiện nay tăng lên Hệ thống máy tính không chỉ có khả năng giúp lập kế hoạch tính toán trong không gian 3 chiều mà còn

có khả năng điều khi n các thiết bị điều trị sao cho vùng nhận liều cao có th biến đổi cho phù hợp với th tích bia trong không gian 3 chiều Sự phát tri n này song

song với k thuật tạo ảnh như chụp cắt lớp điện toán (Computed Tomography – CT), chụp ảnh cộng hư ng t (Magnetic Resonance Imaging – MRI), … cho phép các nhà điều trị có th xác định th tích bia một cách chính xác hơn Các k thuật này đóng một vai trò quan trọng trong việc phác họa th tích khối u Ngoài ra máy tính còn có vai trò giúp tính toán liều và mô phỏng liều chiếu khi chiếu với các trư ng chiếu khác nhau hoặc có th giúp tính được các khu vực nhận liều chiếu cao nhất đ có th vạch ra phương án và th i gian điều trị hiệu quả nhất cho bệnh nhân Các thiết bị được sử dụng cho xạ trị ngoài bao g m các máy phát tia X, máy phát chùm tia gamma, máy gia tốc điện tử và máy phát neutron Tất cả những thiết

bị xạ trị này đều đòi hỏi phải có các thiết bị bảo vệ bức xạ khác nhau và cần phải xử

lý theo các nguyên tắc riêng của nó đ đảm bảo mức an toàn liều lượng bức xạ cho phép

ạ trị ngoài là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất đ điều trị khối u, hạch nằm sâu trong cơ th Bên cạnh những máy phát chùm tia gamma, máy phát neutron, máy X-quang thì hiện nay máy gia tốc điện tử được lựa chọn hầu hết cho các khoa xạ trị Các máy gia tốc có th tạo ra được những chùm tia X, chùm điện tử với hệ thống collimator đ tạo các dạng trư ng chiếu bức xạ không đối xứng, có th điều khi n được bằng máy tính, có các hệ thống ki m tra và lưu trữ, các hệ thống collimator động

1.4.2 X trong (Brachytherapy)

ạ trị trong hay còn gọi là xạ trị áp sát là k thuật điều trị sử dụng các ngu n

đ ng vị phóng xạ đặt trong th tích khối u đ đưa ra một liều rất cục bộ nhằm tối thi u hóa liều xạ tới các mô lành bao quanh Có th sử dụng một trong 3 cách sau:

áp vào, đặt vào khe h hoặc gài vào bên trong cơ th tùy t ng loại khối u mà ngư i

ta có th có cách cụ th như: đặt bề mặt khối u trong các khuôn sáp nhựa đối với ung thư da, dặt vào các hốc tự nhiên của cơ th như tử cung, xoang hoặc cắm vào

mô, tổ chức phần mềm mang ung thư

ạ trị áp sát bị hạn chế khi th tích khối u nhỏ, sự ph t tri n trong l nh vực này bao g m việc sử dụng các ngu n phóng xạ có suất liều cao, các ngu n này có th được đưa qua các ống thông đ đặt vào các vị trí khối u

I) hoặc thay đổi bệnh lý (khối ung thư hấp thụ những phân tử hữu cơ đặc hiệu , ngư i ta cho các đ ng vị phóng xạ đến các vùng mô (target tissue) bị bệnh đ

điều trị

1.5 C ở v ý h g h i g gi c h [5][6]

Trong quy trình xạ trị ung thư bằng m y gia tốc nói chung hình ) thì đ hoàn thành một ph c đ xạ trị thì đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt mọi khâu của quy trình t chuẩn bị bệnh nhân ban đầu cho đến khi xạ trị xong một ph c đ Và một quy trình xạ trị nói chung là một mảng rộng và có rất nhiều vấn đề cần phải thảo luận và xem x t chi tiết Riêng đối với khâu tạo lập kế hoạch tính liều xạ trị, phần này tôi xin trình bày cơ s vật l hình thành phân bố liều hình cũng như những kh i niệm cơ bản nhất cần nắm trong tính liều xạ trị

Hình Phân bố liều trên lớp cắt dọc a và lớp cắt ngang (b) [5][6]

 i â h e ce e h e-PDD): là liều hấp thụ tại một

đi m nằm tại độ sâu nào đó được bi u thị bằng phần trăm so với liều hấp thụ tại

đi m tham khảo thư ng là đi m có liều lượng cực đại) nằm trên trục trung tâm của chùm tia hình 3 , được đo đạc hình và x c định theo công thức

Hình Sơ đ đo đạc liều sâu phần trăm [5][6]

Liều sâu phần trăm phụ thuộc vào những yếu tố sau năng lượng bức

xạ, độ sâu, kích thước trư ng chiếu và khoảng c ch t ngu n đến đi m khảo

s t Và sự thay đổi liều theo độ sâu thì rất quan trọng trong việc lập kế hoạch

Hình Sự phụ thuộc của liều sâu phần trăm theo năng lượng

 h g i ch i e fi e : là thông tin về phần trăm liều trên mặt

ph ng vuông góc và đi qua trục chùm tia

Hình Liều phần trăm trên mặt ph ng vuông góc với trục trung tâm [5][6]

Hình Sơ đ đo đạc liều trên mặt ph ng vuông góc với trục trung tâm

 -kh g kh i e i R i -TAR): là tỉ số của liều lượng tại một

đi m nào đó trong môi trư ng nước hoặc tương đương mô so với liều lượng tại một đi m nào đó trong không khí hình và được x c định theo công thức

d

fs

DTAR(d,r)=

ra một phân bố liều theo chỉ định ban đầu của b c s

Hình Sự hình thành phân bố liều Với việc nắm r c c cơ s vật l và sự phân bố liều thì tùy thuộc vào t ng loại bệnh lí, vị trí bệnh mà ta có th tạo ra một phân bố liều xạ trị như mong muốn thông qua việc tạo ra c c trư ng chiếu, c c hướng chiếu với c c mức năng lượng và trọng số hợp lí

Hình Tạo phân bố liều thông qua việc thay đổi trư ng chiếu [5][6]

1.6 h 3 R [2][5][6]

3 RT 3 imenson onformal Radiation Therapy là thuật ngữ sử dụng

đ mô tả kỹ thuật ph c thảo và thực hiện một kế hoạch xạ trị được dựa trên c c dữ

liệu t phim T theo 3 cùng c c trư ng chiếu được tạo theo hình dạng khối u [5]

Kỹ thuật xạ trị 3 RT là một kỹ thuật xạ ngoài So với kỹ thuật xạ trị thông thư ng trước đây, c c chùm tia bức xạ được ph t ra chỉ có dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông, thì kỹ thuật này ưu việc hơn rất nhiều Với sự có mặt của c c tấm che chắn chì, ống chuẩn trực đa l ML , chùm bức xạ ph t ra có th được điều chỉnh với hình dạng bất kì có th bao khít khối u nhất theo t ng hướng chiếu và đó chính là đi m ưu việc của kỹ thuật xạ trị 3 RT so với kỹ thuật xạ hình 2

Hình Kỹ thuật xạ trị thông thư ng và thích ứng ba chiều [5]

1.6.1 ở â g c k h [2]

a) hữ g ê câ i hi c khi i kh i kỹ h 3 R

c trang thiết bị phục vụ điều trị theo kỹ thuật kinh đi n

ầy đủ thiết bị phục vụ chuẩn đo n và phân loại giai đoạn bệnh

ược trang bị m y T Sim phục vụ lập kế hoạch điều trị

Số lượng bệnh nhân có nhu cầu xạ trị triệt căn

ầy đủ phương tiện, dụng cụ cố định bệnh nhân

hương trình ki m so t, đảm bảo chất lượng xạ trị QA-QC)

b) hữ g ê c ọ g g i kh i kỹ h 3 R

ội ngũ c n bộ chuyên môn được đào tạo cơ bản, chuyên sâu, có kinh nghiệm lâm sàng, đặc biệt đội ngũ b c s xạ trị và kỹ sư vật l

c trang thiết bị phụ trợ theo đúng yêu cầu chuyên môn

ội ngũ kỹ sư vật l có khả năng đảm tr ch về quy trình kỹ thuật commissoning cho hệ thống lập kế hoạch xạ trị theo 3 RT

ó chương trình hướng dẫn thực hành lâm sàng cho đội ngũ kỹ thuật viên hương trình ki m tra đảm bảo chất lượng xạ trị cho kỹ thuật

Hình 1.13: Sơ đ hoạt động và hệ thống định vị bằng laser của T-Sim

Nh hệ thống mô phỏng T­Sim này, việc xạ trị tr nên đơn giản và chính x c hơn rất nhiều Hệ thống laser mô phỏng được gắn trong phòng chụp T đ định vị chính x c vị trí, tư thế và tọa độ khi chụp ảnh Kết quả mô phỏng được gửi tới phần mềm điều khi n chùm laser và hệ thống lập kế hoạch ảo VPS – Virtual Planning

Systems Trong hệ thống VPS, b c sỹ sẽ x c định vị trí, kích thước khối u trong cơ

th ngư i bệnh Sau đó, tọa độ tâm khối u sẽ được truyền lại về phần mềm điều khi n của hệ thống laser Phần mềm này tự động tính ra khoảng c ch giữa tâm khối

u với tọa độ gốc trên ảnh T của bệnh nhân Sau đó, nó điều khi n tự động sự dịch chuy n của giư ng đ đưa hệ laser về tâm khối u của bệnh nhân bệnh nhân vẫn nằm cố định trên giư ng T và kỹ thuật viên sẽ đ nh dấu vị trí tâm khối u trên bệnh nhân

b) k h ch ê h

h h v g i v v g ả v

Sau khi xử l ảnh bệnh nhân, b c sỹ sẽ tiến hành vẽ khoanh vùng cần điều trị

và vùng bảo vệ (hình 1.14) khoanh vùng điều trị được chính x c cần nắm được

r một số kh i niệm sau

Th tích khối u GTV­Gross Tumor Volume là th tích khối u thô, có th nhìn thấy, s thấy hoặc quan s t thấy trên hình ảnh ảnh T, MRI, PET,SPE T…

Th tích này có th bao g m c c khối u chính, c c hạch di căn và c c di căn kh c

Th tích bia lâm sàng TV­ linical Target Volume là th tích tế bào và

mô g m cả th tích khối u GTV và c c tổ chức rất nhỏ cận lâm sàng phải x t đến khi điều trị cụ th , thư ng được bi u diễn như một th tích bia lâm sàng bậc TV­ Những th tích phụ kh c được xem như là sự lan tỏa cận lâm sàng ngh a

là c c hạch vùng cũng cần phải được điều trị húng cũng được định ngh a là c c

th tích cận lâm sàng và gọi là th tích bia lâm sàng bậc , bậc

Th tích bia lập kế hoạch PTV­ Planning Target Volume là một kh i niệm hình học, được x c định đ lựa chọn kích thước chùm tia và phân bố chùm tia một

c ch thích hợp, có tính đến hiệu quả cao nhất của tất cả c c thay đổi hình học có th

có, sao cho đảm bảo liều lượng đã chỉ định được hấp thụ thực bên trong th tích bia lâm sàng

Th tích điều trị TV­ Treated Volume Th tích điều trị thư ng lớn hơn th tích bia lập kế hoạch và phụ thuộc vào k thuật điều trị cụ th Khi lập kế hoạch, ta mong muốn một th tích đ ng liều nào nó bao trọn PTV Tuy nhiên, rất khó đ th tích đ ng liều đó bằng đúng th tích PTV mà nó thư ng lớn hơn PTV Và ngư i ta

còn gọi th tích đ ng liều đó là th tích điều trị

Th tích chiếu xạ IV­ Irradiated Volume là vùng th tích nhận một lượng liều đ ng k thư ng là đư ng % Th tích chiếu xạ lớn hơn th tích điều trị và cũng phụ thuộc vào k thuật xạ trị được sử dụng

Hình 1.14: Sơ đ mình họa c c khối th tích trong xạ trị theo I RU

hi ờ g chi v ử dụ g c c hi hụ

Với mục đích chính là tạo ra một kế hoạch tốt nhất dựa trên chỉ định của b c

s Việc thiết lập trư ng chiếu là lựa chọn c c hướng chiếu và mức năng lượng của

t ng chùm tia Việc này phụ thuộc vào vị trí, kích thước khối u trong t ng trư ng hợp cụ th và theo kinh nghiệm của t ng ngư i Sự lựa chọn mức năng lượng của

t ng chùm tia phụ thuộc vào bản chất của chùm tia bức xạ

Với những khối u nằm trên da hoặc vị trí rất nông gần bề mặt da, ngư i ta thư ng sử dụng chùm tia electron o liều lượng do chùm tia điện tử sinh ra lớn nhất gần bề mặt da và suy giảm rất nhanh khi đi sâu vào cơ th bệnh nhân

Với những khối u nằm sâu trong cơ th , ta có th sử dụng c c 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 hình

Hình 1.15: Phân bố liều theo độ sâu của chùm photon Với t ng trư ng hợp cụ th , số lượng chùm tia và c c hướng chiếu chùm tia hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và kích thước khối u hình 16

Hình 1.16: Hướng chiếu trong xạ trị khối u vòm và hạch cổ cao

Song song với việc thiết lập c c trư ng chiếu, ta phải sử dụng c c thiết bị

ộ sâu Liều hấp thụ

phụ trợ đ tạo ra một kế hoạch tốt sử dụng c c thiết bị phụ trợ một c ch hiệu quả nhất, ngư i lập kế hoạch cần phải hi u r về bản chất của c c thiết bị đó Hình , hình và 1.19 cho thấy r t c dụng của việc sử dụng nêm và c c khối che chắn chì

Hình 1.17: Ứng dụng lọc nêm đ tạo ra phân bố liều tối ưu

Hình 1.18: Hướng chiếu được che chắn và đư ng liều trong không gian ba chiều

Hình 1.19: Hướng chiếu không che chắn và đư ng liều trong không gian ba chiều

Khi vùng điều trị là những vùng tương đối đ ng nhất, hệ số mô của c c vùng

là tương đương nhau, thì ta có th sử dụng thuật toán Fast Photon đ tính to n liều lượng

Nhưng khi vùng điều trị là những vùng không đ ng nhất, ví dụ như vùng ngực có nhiều không khí, hay như vùng ti u khung có nhiều xương, ta không th sử dụng thuật to n Fast Photon được Vì giữa mô mềm, không khí và xương, hệ số mô của chúng rất kh c biệt iều này th hiện r trên ảnh T qua thông số mức x m của ảnh o đó, trong tính to n liều lượng, ta cần tính đến hệ số mô của chúng Và thuật to n Fast Photon Effective nên được sử dụng trong trư ng hợp này, vì nó là thuật to n có tính đến sự kh c biệt về hệ số mô

c) h gi k h ch v i h h

Sau khi tính to n liều lượng và xem phân bố liều, b c s và k sư sẽ tiến hành

đ nh gi kế hoạch 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 đ p ứng được c c yêu cầu về phân bố liều lượng như

b c sỹ đặt ra ban đầu, cần phải làm t bước bốn thiết lập trư ng chiếu và sử dụng

c c thiết bị phụ trợ

ó hai tiêu chí được x t đến khi đ nh gi kế hoạch, đó là liều lượng tới khối

u và liều lượng tới c c tổ chức nguy cấp cần bảo vệ Một kế hoạch tốt là kế hoạch đảm bảo c c điều kiện sau đủ liều b c sỹ chỉ định tới khối u, vùng nhận liều lớn nhất nằm trong khối u và không vượt qu % liều chỉ định, liều tới c c tổ chức nguy cấp cần bảo vệ xung quanh nằm trong giới hạn cho ph p

Sau khi đã đ nh gi và chọn được một kế hoạch điều trị, những thông số được tạo lập sẽ chuy n qua hệ thống m y gia tốc đ xạ trị Sau đó những thông số này sẽ được tiến hành ki m trong buổi đầu xạ trị Việc ki m tra tập trung những

khâu chính ki m tra vị trí trên bệnh nhân nhằm đảm bảo đúng vị trí như mô phỏng ban đầu, chụp hình phim ki m tra vị trí tâm xạ trị, ki m tra c c thông số lập kế hoạch trên phần mềm hướng chiếu, trư ng chiếu, năng lượng, th i gian ph t tia Sau đó cho m y ph t tia xạ trị

1.6.3 hữ g h ch c kỹ h 3 R

3 RT là một bước cải tiến rất lớn trong kỹ thuật xạ trị, nó tối ưu hơn rất nhiều so với kỹ thuật xạ thông thư ng trước đây như mô phỏng được đư ng

đ ng liều, phân bố liều trên c c th tích chiếu xạ cũng như có những thiết bị phụ trợ

đ tối ưu phân bố liều Tuy nhiên nó cũng có một số hạn chế như sau gây hiện tượng ch y da cho bệnh nhân khi dùng khuôn che chắn chì, chi phí cho việc cắt xốp làm khuôn, đúc chì kh tốn k m nhưng hạn chế được quan tâm nhất chính là những khối u có hình dạnh phức tạp hình l m nằm gần c c cơ quan lành thì liều phân bố còn ít tập trung và bao s t c c vùng xạ trị, c c cơ quan lành còn chịu liều cao hình

Hình 1.20: Phân bố liều của ca ung thư vòm

khắc phục những hạn chế trên, ngư i ta đã đưa ra một kỹ thuật mới ó

là kỹ thuật xạ trị điều biến cư ng độ – IMRT (Intensity Modality Radiation Therapry) Phần tiếp theo sẽ trình bày cụ th hơn về kỹ thuật này

Ư 2

Ỹ Ậ Ạ RỊ ƯỜ -IMRT 2.1 g

K thuật xạ trị IMRT xuất hiện trong điều trị lâm sàng như là kết quả của sự phát tri n k thuật xạ trị thích ứng ba chiều trong những năm ến những năm

1990, IMRT đã được th a nhận và ứng dụng tại Mỹ Về mặt vật l , tính năng chung của IMRT là cố gắng tăng cư ng việc ki m so t phân bố liều ba chiều thông qua sự

ch ng chập của c c trư ng chiếu nhỏ độc lập nhau trong một hướng của chùm tia (hình ) Nói cách kh c, trong k thuật này, cư ng độ chùm tia chiếu ra được điều biến, không đ ng nhất [4] (hình 2.2 Nh đó, việc lập kế hoạch điều trị có nhiều kết quả tốt hơn khi tạo ra phân bố liều bao s t được những khối u có hình dạng phức tạp

Hình 2.1: Sự ch ng chập c c trư ng chiếu nhỏ

Hình 2.2: Phân bố cư ng độ chùm tia của k thuật 3 CRT và IMRT

2.2 ở â g v dụ g kỹ h R [2]

Những nghiên cứu gần đây nhấn mạnh đến những lợi thế về phân bố liều lượng của kỹ thuật IMRT so với 3 RT, đó là sự phân bố liều lượng cao tại th tích bia và tr nh được những tổn hại cho c c mô lành liền kề Khi th tích c c mô liền kề được làm giảm liều hấp thụ thì có th tăng phân bố liều cao hơn bình thư ng tại th tích u mà không làm tăng thêm độc tố tế bào và sẽ cải thiện x c suất ki m

so t khối u Những loại bệnh với đặc tính giải phẩu thư ng được chọn điều trị IMRT là ung thư đầu mặt cổ, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi, ung thư vú

hương trình IMRT cần được xây dựng trên cơ s thành thạo về chuyên môn

và kinh nghiệm lâm sàng trong kỹ thuật xạ trị kinh đi n , 3 RT o đó cũng

có những yêu cầu quan trọng trong việc tri n khai kỹ thuật

2.2.1 Nhữ g ê c i hi i kh i kỹ h R

c trang thiết bị phải bố trí tại khu vực của kỹ thuật 3 RT t trước đó Trang thiết bị chuẩn đo n hình ảnh

Trang thiết bị mô phỏng T-Sim phục vụ cho việc lập kế hoạch

Số lượng bệnh nhân cần thiết cho chỉ định xạ trị triệt đ

n bộ chuyên môn có kinh nghiệm ít nhất năm về 3 RT

2.2.2 hữ g ê c ọ g g k h IMRT

Hội đ ng chuyên môn ki m duyệt

ó trang thiết bị m y móc ki m chuẩn, c c hệ thống phần mềm lập kế hoạch

ào tạo kiến thức đầy đủ cho đội ngũ c n bộ chuyên môn

2.3 g ê ý i c kỹ h R [2][4]

2.3.1 Bài to k h ch g c g kỹ h R

Thông thư ng với bài to n lập kế hoạch thuận sử dụng trong kỹ thuật xạ trị

3 RT ta phải thực hiện qua c c bước t khâu thiết lập trư ng chiếu, sử dụng thiết

bị phụ trợ, tính to n liều lượng đến khâu đ nh gi kế hoạch cho đến khi đạt được yêu cầu điều trị Khi thiến hành đ nh gi kế hoạch, nếu kế hoạch đ p ứng đ p ứng được c c yêu cầu điều trị ban đầu đề ra thì kế hoạch đó được chấp nhận Nếu kế hoạch chưa đ p ứng được yêu cầu, ngư i lập kế hoạch sẽ tiếp tục làm làm lại kế hoạch theo c c bước trên hình 3)

Hình 2.3 ài to n lập kế hoạch thuận iều này gây ra những hạn chế nhất định như tốn nhiều công sức, mất nhiều

th i gian làm việc, đặc biệt khó đạt đến một kế hoạch tối ưu theo yêu cầu điều trị về mặt liều lượng và bảo vệ c c cơ quan lành

Ý tư ng về bài to n ngược lần đầu tiên được đưa ra b i rahme năm khi ông đưa ra câu hỏi “ iết trước phân bố liều mục tiêu, làm sao điều chỉnh c c thông số đ đạt được phân bố liều đó?”[4]

Về mặt l thuyết, hoàn toàn có th tạo được một kế hoạch điều trị sao cho % liều lượng được chiếu vào khối u và % liều được chiếu vào phần khỏe mạnh

kế bên, tức là phần khỏe mạnh bên cạnh hoàn toàn không chịu liều bằng c ch đưa dần vào c c trọng số cho c c trư ng chiếu

Tuy nhiên, điều này trên thực tế là không th làm được, khi chiếu một bức xạ vào một khối u, c c vùng lân cận sẽ phải chịu một liều chiếu nhất định Liều chiếu vào phần khỏe mạnh bên cạnh là ít hay nhiều phụ thuộc vào hướng chiếu chùm tia cũng như c c kỹ thuật che chắn… mà kỹ thuật viên sử dụng trong qu trình lập kế hoạch xạ trị Như vậy việc dùng bài to n ngược đ giải quyết bài to n đưa % liều vào khối u và % liều vào phần khỏe mạnh bên cạnh là không khả thi o đó phương ph p thực hiện đ đưa ra được một phương n tốt nhất trong trư ng hợp này chính là một qu trình tối ưu hóa mà mục tiêu của nó chính là đưa ra được một

kế hoạch điều trị gần đúng nhất so với yêu cầu ban đầu của c c b c s , dựa trên một

số c c tùy chọn mang tính thỏa thuận về liều vào phần khối u và phần khỏe mạnh xung quanh Như vậy bài to n ngược cũng gần giống như bài to n thuận trong việc

sử dụng một qu trình lặp đi lặp lại nhằm tìm ra một phương n là tối ưu nhất, tuy nhiên bài to n ngược phức tạp hơn so với bài to n thuận, c c bước thực hiện của bài

to n ngược được thực hiện một c c tự động và có sự hỗ trợ của m y tính nên qu trình thực hiện nhanh hơn rất nhiều so với bài to n thuận hình 2.4)

Hình 2.4 ài to n lập kế hoạch ngược Trong tư ng về bài to n ngược, c c thông số g m số lượng chùm tia, hướng chiếu chùm tia, năng lượng chùm tia và cư ng độ chùm tia cần được tối ưu

đ tạo được phân bố liều lượng như yêu cầu đặt ra ban đầu Trong bốn thông số trên, số lượng chùm tia, hướng chiếu và năng lượng chùm tia được đưa vào trước khi thực hiện bài to n Việc lựa chọn số lượng và hướng chiếu, năng lượng chùm tia hoàn toàn dựa trên cơ s những hi u biết của c c k sư vật l xạ trị về cấu trúc sinh học cũng như yêu cầu liều lượng ban đầu cho mỗi cơ quan Thông số duy nhất được tối ưu hóa trong bài to n ngược chính là bản đ phân bố cư ng độ của mỗi chùm tia được sử dụng Vậy có th nói, mục tiêu của bài to n ngược này chính là tối ưu phân

bố cư ng độ chùm tia Và việc tối ưu phân bố cư ng độ chùm tia được thực hiện thông qua c c tiêu chí sau

Sự ch ng chập của hàng loạt trư ng chiếu nhỏ có hình dạng bất kì khi dùng

ML , hoặc c c hình vuông, hình chữ nhật khi dùng hệ l ngàm đ tạo ra sự không đ ng nhất về cư ng độ

ảm bảo c c tiêu chí về liều vào vùng điều trị cũng như tr nh c c tổ chức lành liên quan c c mô hình tối ưu về liều, liều th tích

Hai tiêu chí này được xây dựng trên phương ph p AO irect Aperture