Nghiên cứu quy trình kỹ thuật điều trị xạ trị điều biến liều IMRT Intensity modulated radiation therapy

Nghiên cứu quy trình kỹ thuật điều trị xạ trị điều biến liều IMRT Intensity modulated radiation therapy Nghiên cứu quy trình kỹ thuật điều trị xạ trị điều biến liều IMRT Intensity modulated radiation therapy luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG THỊ HỒNG VÂN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH KỸ THUẬT

ĐIỀU TRỊ XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN LIỀU IMRT

(INTENSITY MODULATED RADIATION THERAPY)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT Y SINH

Người hướng dẫn khoa học:

TS NGUYỄN THÁI HÀ

Hà Nội, năm 2016

1

LỜI MỞ ĐẦU

Xạ trị điều biến cường độ chùm tia (IMRT) là một cách tiếp cận mới của xạ trị ung thư về kỹ thuật lập kế hoạch và phân phối liều lượng IMRT là một kỹ thuật tiên tiến phát triển từ kỹ thuật xạ trị theo ba chiều phù hợp với hình dạng khối u, nó

sử dụng mô hình chùm tia có cường độ không đồng đều với máy tính hỗ trợ tính toán tối ưu hóa để đạt được phân bố liều cao, từ đó có thể cải thiện khả năng kiểm soát khối u và làm giảm độc tính cho các mô lành IMRT là một quy trình có nhiều bước và liên quan đến tất cả các thành viên của trung tâm xạ trị, để đảm bảo sự thành công c ủa nó, các bác sĩ xạ trị, kỹ sư vật lý và kỹ thuật viên vận hành thiết bị

phải hợp tác chặt chẽ trong suốt toàn bộ quy trình

Mục đích của luận văn thạc sĩ này là để cung cấp những thông tin, kiến thức tổng quan về những bước quan trọng trong quy trình kỹ thuật IMRT Nó có thể được xem như là một nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư vật lý tại các trung tâm xạ trị trong nước và những ai quan tâm đến lĩnh vực này

ABSTRACT Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) represents a fundamentally new approach to the planning and delivery of radiation therapy IMRT is an advanced 3D conformal treatment that uses nonuniform beams intensity patterns with computer-aided optimization to achieve superior dose distribution, which may improve tumor control probablyand reduce normal tissue toxicity It should be thought of as a multistep process involving every member of radiation oncology center, including radiation oncologists, medical physicists as well as radiation therapists to cooperate throughout the entire process to ensure its success

The purpose of this master thesis is to provide an overview of the important steps in the IMRT process.It could also be a helpful reference information for medical physicists in radiotherapy centers in the country and for those who are interested in this field

1.2.1 Khái niệm chung về xạ trị 12

1.2.3 Nghiên cứu thực hành tại BV K Hà Nội 13 1.3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 14

CHƯƠNG 2: Xạ trị bằng chùm tia ngoài (External Beam Radiation Therapy)

2.1 Cơ sở vật lý và quy trình lập kế hoạch kỹ thuật chiếu xạ ngoài bằng chùm

2.1.1 Các thông số đặc trưng của chùm Photon năng lượng cao và tính toán phân bố

2.1.2 Các bước cơ bản của quy trình lập kế hoạch xạ trị 23

2.2 Các kỹ thuật lập kế hoạch xạ ngoài theo các dòng máy gia tốc tương ứng 26

2.2.3Xạ trị 3 chiều, phù hợp với hình dạng khối u(3D-CRT) 28 2.2.4Xạ trị điều biến liều IMRT – Intensity Modulated Radiation Therapy 29 2.2.5 Xạ trị có hướng dẫn ảnh thời gian thực IGRT 30 2.2.6 Xạ trị cắt lớp: Tomotherapy 31 2.2.7Xạ trị quay điều biến theo thể tích VMAT-Volumetric Modulated Arc Therapy

32

3

2.2.8 Xạ trị đáp ứng sinh học: BioART (Biological Adaptive Radiation Therapy 33

2.2.9 Xạ trị bằng chùm hạt Proton 34

CHƯƠNG 3: Nguyên lý chung về xạ trị điều biến liều (IMRT) 37

3.1 Khái niệm chung về IMRT 37

3.1.1Khái niệm IMRT 37

3.1.2 Lịch sử phát triển IMRT 38

3.1.3Vai trò của IMRT 39

3.1.4Những yêu cầu quan trọng khi triển khai kỹ thuật IMRT 41

3.2 Lý thuyết cơ bản về IMRT 42

3.2.1 Quy trình lập kế hoạch IMRT và lý thuyết điều biến liều 42

3.2.2 Kỹ thuật lập kế hoạch IMRT phát tia với thân máy (gantry) cố định, sử dụng MLC 50

3.2.3 IMRT chỉ sử dụng các Jaw (IMRT - Jaw Only) 58

3.3Kiểm tra đảm bảo chất lượng của kế hoạch đã lập và chất lượng điều trị 63

3.3.1 Quy trình QA-QC chung cho xạ trị 64

3.3.2 Kiểm tra hệ thống máy móc cùng phần mềm được sử dụng để lập kế hoạch và phân bố liều trong IMRT 65

3.3.3 Kiểm tra từng kế hoạch IMRT trước khi điều trị 73

3.3.4Kiểm tra việc triển khai chiếu xạ theo điều biến liều trên bệnh nhân 79

CHƯƠNG 4: Kết quả triển khai ứng dụng kỹ thuật IMRT tại BV K Hà Nội 82 4.1 Quy trình triển khai trong ứng dụng lâm sàng tại bệnh viện K Hà Nội 82

4.2 Quy trình lập kế hoạch xạ trị IMRT cho bệnh nhân ung thư vòm họng 91

4.3 Quy trình lập kế hoạch xạ trị IMRT cho bệnh nhân ung thư hạ họng 96

4.4 Quy trình lập kế hoạch xạ trị IMRT cho bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt 101

4.5 Đánh giá so sánh hai kỹ thuật IMRT và 3D-CRT 105

Kết luận 106

Tài liệu tham khảo 107

ART Adaptive Radiation Therapy Xạ trị đáp ứng

BEV Beam Eye View Trường chiếu được nhìn từ

hướng của chùm tia

Therapy

Xạ trị đáp ứng sinh học

CTV Clinical target volume Thể tích bia lâm sang

DAO Direct Aperture Optimization Thuật toán tối ưu hóa trực tiếp

DVH Dose – Volume Histogram Đồ thị liều xạ/ thể tích

sổ/ phát tia động

Devices

Thiết bị chụp X-quang điện tử

EUD Equivalent Uniform Dose Liều sinh học tương đương

GTV Gross Tumor Volume Thể tích khối u thô

các ngàm của bộ chuẩn trực

KTV Kỹ thuật viên xạ trị

tính thấp

MU Monitor Unit Đơn vị theo dõi liều phóng xạ

và thời gian phát tia

Probably

Xác suất biến chứng của các

mô lành xung quanh

OAR Organ At Risk Thể tích các mô nguy cấp

PDD Percentage Depth Dose Liều sâu phần tram

PTV Plan target volume Thể tích bia lập kế hoạch điều

trị

QA Quality Assurance Kiểm chuẩn chất lượng

SAD source of axis distance Khoảng cách từ nguồn đến

6

nhịp/ phát tia tĩnh

TCP tumor control probability Xác suất kiểm soát khối u

TLD ThermoLuminescence

Dosimetry

Đầu đo quang – nhiệt

TMR tissue-maximum ratio tỷ số mô cực đại

TPS Treatment Planning System Hệ thống lập kế hoạch điều trị

Therapy

Kỹ thuật xạ trị hình cung, điều biến liều theo thể tích

7

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 2.1: Đường cong PDD của một số mức năng lượng MV 17 Hình 2.2: Phân bố liều 2D của chùm photon 15MV 18 Hình 2.3: Bản đồ đường đồng liều của chùm tia 15MV trong nước 19 Hình 2.4: Phân bố đường đồng liều trong nước khi kết hợp hai chùm tia 19 Hình 2.5 Phân bố đường đồng liều theo mặt phẳng coronal và sagittal 20 Hình 2.6: Đồ thị DVH tổ ng hợp và bảng phân tích liều lượng của một kế hoạch xạ

Hình 2.7: Sơ đồ dạng chuỗi các bước cơ bản của quá trình điều trị xạ trị 23

Hình 2.9: Xác định đường bao các thể tích bia và OAR 25 Hình 2.10: Lược đồ phát triển các kỹ thuật xạ ngoài qua các thập kỷ 27 Hình 2.11: Một kế hoạch xạ trị bằng kỹ thuật 2D 28 Hình 2.12: Hình ảnh các hệ thống gia tốc và CT- sim của một số nhà sản xuất nổi

Hình 2.13: Thiết kế các lá của MLC của 3 hãng Elekta, Siemens và Varian 30 Hình 2.14: Trường chiếu CRT và trường chiếu IMRT 30 Hình 2.15: Hình ảnh so sánh kỹ thuật lập kế ho ạch nghịch đ ảo với kỹ thuật lập kế

Hình 2.16: Một trong những hệ thống xạ trị theo kỹ thuật IGRT 32

8

Hình 3.2: Các kỹ thuật phát tia IMRT 38 Hình 3.3: So sánh kỹ thuật IMRT với 3D-CRT khi xạ trị tuyến tiền liệt 41 Hình 3.4: Kỹ thuật IMRT, sử dụng 9 trường chiếu, xạ trị ung thư vòm 42 Hình 3.5: Quy trình lập kế hoạch xạ trị IMRT 44 Hình 3.5: Biểu đồ DVH dùng để thiết lập các tiêu chí liều lượng đầu ra 44 Hình 3.6: Lựa chọn hướng chiếu và kích thước trường chiếu theo BEV 45 Hình 3.7: Ví dụ về một tiêu chí giới hạn DVH 45 Hình 3.8: Bước lựa chọn tiêu chí tối ưu bằng các hàm giá trị 46 Hình 3.9: Đồ thị DVH kết quả kèm theo các cột yêu cầu giới hạn liều 47 Hình 3.10: Một trường chiếu nguyên tố 49 Hình 3.11: Chia trường chiếu thành các beamlet và bản đồ thông lượng 49 Hình 3.12: Phân bố liều lý tưởng và phân bố liều thực tế 50 Hình 3.13: So sánh hai kỹ thuật: step and shoot và dMLC 51

Hình 3.15: Các cường độ cực đại và cực tiểu cục bộ củabản đồ thông lượng 53 Hình 3.16: Đồ thị cường độ - vị trí lá 53 Hình 3.17: Chia đều các cường độ thành các mức và các phân đoạn 54 Hình 3.18: Minh họa chuyển động của một cặp lá theo thời gian 55 Hình 3.19: Một phương pháp biến đổi từ thông lượng 1D thành quỹ đạo chuyển

Hình 3.20: Bộ chuẩn trực MLC và Jaw only 59

Hình 3.23 Xạ trị ung thư đầu tụy bằng kỹ thuật IMRT MLC và JO-DAO 63 Hình 3.24 xạ trị ung thư tuyến tiền liệt bằng IMRT MLC và JO-DAO 63 Hình 3.25: Đồ thị DVH so sánh hai kế hoạch IMRT MLC và JO-DAO 63 Hình 3.26: Những sai số thường gặp trong xạ trị 64 Hình 3.27 Sơ đồ công việc – trách nhiệm QA của các nhân viên xạ trị 65

9

Hình 3.28: Đồ thị độ bằng phẳng và tính đối xứng của chùm tia 66 Hình 3.29: Hệ thống phantom nước và máy quét 67

Hình 3.31: Các buồng ion hóa hình trụ và buồng ion hóa phẳng 69 Hình 3.32: Máy đo liều và buồng ion hóa hình trụ của hãng PTW 69 Hình 3.33: Các loại máy đo bức xạ khu vực dùng detector khí hiếm 71

Hình 3.43: Phần mềm QA - EPIDose TM dựa trên EPID 80 Hình 3.44: Các loại đầu đo điốt bán dẫn 81 Hình 4.1: Quy trình các bước lập kế hoạch xạ trị theo kỹ thuật IMRT 82 Hình 4.2: Kế hoạch IMRT đã được bác sỹ phê duyệt 84 Hình 4.3: Bố trí thí nghiệm QA kế hoạch được duyệt 85 Hình 4.4: Hiệu chỉnh các thông số đo trên phần mềm QA 85 Hình 4.5: Phát tia lần lượt từng trường chiếu ở góc 00 để đo tổng liều 86 Hình 4.6: Kết quả đo QA của một hàng trên detector 86 Hình 4.7: Kết quả tổng hợp của tất cả các hàng trên mảng detector 87 Hình 4.8: Kết quả đo lần 2 sau khi đã hiệu chỉnh 87 Hình 4.9: Bản đồ đường đồng liều theo kế hoạch QA và đo được 87 Hình 4.10: Xác định tâm điều trị theo kế hoạch 88 Hình 4.11: Kiểm tra tránh va chạm giữa các bộ phận máy gia tốc 88

10

Hình 4.12: Chụp EPID trước mỗi buổi điều trị 89 Hình 4.13: Set-up thông số chùm tia theo kế hoạch 89 Hình 4.14: Hệ thống gia tốc tự động phát tia điều trị 90 Hình 4.15: Hệ thống máy tính điều khiển hiển thị các thông số máy 90 Hình 4.16: Các gối đầu và Mặt nạ dẻo cố định đấu trong xạ trị UTVH 91 Hình 4.17: Bố trí các góc chiếu UTHV- IMRT 94 Hình 4.18: Đặt các hàm giá trị theo đúng thứ tự ưu tiên 94

Hình 4.20: Hình ảnh phân bố đường đồng liều trên các lát cắt ngang 95 Hình 4.21: Xác định các thể tích u và hạch cổ của UT hạ họng 98 Hình 4.22: 7 góc chiếu đối với UT hạ họng 98 Hình 4.23: Phân bố liều của kế hoạch IMRT cho UT hạ họng 99 Hình 4.24: Cố định tư thế trong xạ trị ung thư tuyến tiền liệt 100 Hình 4.25: Xác định CTV1 và PTV1 đối với UT TTL 101 Hình 4.26: Kế hoạch xạ UTTTL 7 trường chiếu 102 Hình 4.27: Phân bố liều vào thể tích u TTL và hạch chậu 102 Hình 4.28: Kế hoạch xạ UTTTL 5 trường chiếu 102 Hình 4.29: Phân bố liều của kế hoạch xạ UTTTL theo kỹ thuật 3D-CRT 103

11

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Kết quả đo sự trùng khít giữa trường sáng và trường xạ 67 Bảng 3.2: Kết quả đo sự chính xác cơ khí của collimator và gantry 68 Bảng 3.3: Kết quả đo suất liều chùm photon hàng tuần 70 Bảng 3.4: Kết quả so sánh liều tính toán và liều đo được 78 Bảng 4.1: Thống kê các kế hoạch IMRT đầu cổ tại BV K- HN 101 Bảng 4.2: Thống kê các kế hoạch IMRT - TTL tại BVK – HN 104

tổ chức lành xung quanh, giảm nhẹ các tác dụng phụ

Bên cạnh xạ trị áp sát, y học thế giới đã phát triển các kỹ thuật xạ trị ngoài bằng máy gia tốc như IMRT, IGRT, VMAT, Trong khi đó, hơn 30 máy gia tốc tại VN thì có đến 20 máy vẫn chỉ thực hiện kỹ thuật xạ trị 3D, 3D CRT Cơ sở đầu ngành như BV K Hà Nội cũng chỉ mới áp dụng kỹ thuật xạ trị điều biến liều - IMRT với

lý có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn cao Một thực trạng là cho đến nay, ở nước ta vẫn chưa có trường, chưa có chương trình đào t ạo kỹ sư vật lý xạ trị một cách cơ bản và chính quy, cho nên hầu hết các trung tâm xạ trị khi có chương trình mua máy gia tốc thì mới cử các bác sĩ xạ trị và kỹ sư vật lý (đa số là các kỹ sư hoặc

cử nhân mới tốt nghiệp ngành công nghệ hạt nhân) đi đào tạo thực tế vài tháng tại các cơ sở xạ trị uy tín Nhưng với lượng bệnh nhân rất đông, hầu như các cơ sở đầu ngành ung bướu này vẫn chỉ áp dụng kỹ thuật đơn giản là 3D-CRT, do vậy các kỹ

sư vật lý ở nước ta hầu như không được đào tạo về IMRT một cách bài bản

Là một kỹ sư vật lý xạ trị đã có kinh nghiệm 5 năm về kỹ thuật 3D-CRT, tôi làm luận văn nghiên cứu quy trình kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT với mong muốn

13

phát triển trình độ chuyên môn của bản thân, tìm hướng áp dụng kỹ thuật này trong lâm sàng tại bệnh viện mình, đồng thời hy vọ ng luận văn này sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích cho các kỹ sư vật lý xạ trị muốn tìm hiểu về IMRT

1.2 Lịch sử nghiên cứu:

1.2.1 Khái niệm chung về xạ trị:

Điều trị xạ trị là dùng các bức xạ ion hóa để tiêu diệt tế bào ung thư Để đưa liều bức xạ tối ưu vào khối u có các phương pháp như xạ trị áp xát (đưa nguồn đồng

vị phóng xạ rắn vào các khoang tự nhiên trong cơ thể đến vị trí khối u) và xạ trị bằng chùm tia ngoài (dùng các bức xạ photon hoặc electron chiếu từ bên ngoài hướng vào vị trí u trong cơ thể), hoặc kết hợp chọn lọc hai phương pháp này

Hiện nay ở Việt Nam đã triển khai một số kỹ thuật xạ trị bằng chùm tia ngoài như xạ trị trực áp với mức năng lượng vài trăm kV(cho khối u nông), xạ trị bằng nguồn cobalt 60, xạ trị gia tốc bằng cách gia tốc các chùm electron, photon đạt đến năng lượng cao MV, xạ phẫu bằng các máy Gamma knife, Cyber knife…

Đối với xạ trị gia tốc lại có các kỹ thuật lập kế hoạch từ cổ điển đến hiện đại như: hai chiều (2D), ba chiều (3D), xạ trị ba chiều phù hợp hình thái khối u (3D-CRT), xạ trị điều biến liều lượng chùm tia (IMRT) và các kỹ thuật cao phát triển trên nền tảng lý thuyết của IMRT Sự phát triển các kỹ thuật lập kế hoạch này đều

vì một mục đích chung là tăng khả năng kiểm xoát khối u, giảm xác xuất biến chứng mô lành để cải thiện chất lượng điều trị và chất lượng cuộc sống cho các bệnh nhân ung thư Trong chương 2, tôi sẽ trình bày cụ thể hơn về các khái niệm xạ trị bằng chùm tia ngoài này

1.2.2 Nghiên cứu lý thuyết

Trước khi nghiên cứu về IMRT, tôi xin giới thiệu chung về xạ trị, trình bày lý thuyết sơ lược về xạ trị bằng chùm tia ngoài (chương 2.1), quy trình cơ bản của việc lập kế hoạch xạ trị áp dụng cho mọi kỹ thuật xạ ngoài Ngoài ra, tôi cũng nghiên cứu về lịch sử phát triển các kỹ thuật xạ ngoài để cập nhật kiến thức về những tiến

bộ trên thế giới ngày nay và xu hướng phát triển của lĩnh vực xạ trị trong tương lai (chương 2.2)

14

Sau kỹ thuật 3D-CRT, tất cả các kỹ thuật hiện đại đều sử dụng phân bố điều biến liều IMRT, chỉ khác nhau về công nghệ phát tia hay bản chất chùm tia Do vậy tôi nghiên cứu sâu về bản chất lý thuyết của IMRT, lịch sử phát triển IMRT và những ưu điểm khi ứng dụng trong lâm sàng của nó (chương 3.1) Phần mềm lập kế hoạch điều trị đã có đ ầy đủ các thuật toán tính toán phân bố liều, kỹ sư vật lý chỉ cần lựa chọn thiết kế chùm tia, đặt các thông số đầu vào và đánh giá chỉnh sửa kết quả do phần mềm tính ra như công việc của một kỹ sư đồ họ a Nhưng muốn thiết

kế, chỉnh sửa tốt thì cần phải hiểu về các thuật toán tính, xử lýbên trong của phần mềm do vậy tôi cũng nghiên cứu sơ lược về một số kỹ thuật IMRT cơ bản (chương 3.2)

Phần cuối cùng của việc nghiên cứu lý thuyết là công việc thể hiện rõ rất vai trò quan trọng của kỹ sử vật lý xạ trị trong quy trình lập kế hoạch IMRT là đ ảm bảo chất lượng -QA (Quality Assurance) kế hoạch bằng cách đo liều chiếu xạ trên phantom và so sánh với những kết quả đã tính toán trên hệ thống lập kế hoạch – TPS (Treatment Planning System) hoặc bằng đo liều xạ trực tiếp trên bệnh nhân (in-vivo) Vì kỹ thuật IMRT phân bố liều rất phức tạp so với 3D-CRT nên việc đo đạc đánh giá thực tế một kế hoạch ảo do phần mềm tính ra là rất quan trọng, đòi hỏi trang thiết bị QA chuyên biệt dành riêng cho IMRT Để hiểu và sử dụng các thiết bị này đúng quy trình kỹ thuật cũng là một nghiên cứu công phu (chương 3.3)

1.2.3 Nghiên cứu thực hành tại BV K Hà Nội

Sau khi nghiên cứu lý thuyết dựa vào các tài liệu e-book của một số tác giả trên thế giới, tôi tiến hành nghiên cứu quy trình điều trị IMRT thực tế tại bệnh viện K

Hà Nội Đầu tiên là nghiên cứu các kế hoạch IMRT đã và đang áp dụng điều trị cho bệnh nhân dựa vào các file số liệu lập kế hoạch gốc (Plan source) lưu trữ trong phần mềm TPS, mỗi loại bệnh ung thư sẽ chọn ra từ 5 đến 10 bệnh nhân khác nhau Từ

đó chích ra thông tin về vị trí, thể tích u, biểu đồ mật độ thể tích bia, các tổ chức lành liên quan, cách phân bố hướng trường chiếu, thiết kế hình dạng trường chiếu (BEV-Beam Eye View) và trọng số các chùm tia, thuật toán tối ưu được lựa chọn,

15

cuối cùng là kết quả phân bố đường đồng liều và DVH Sau đó lập bảng thống kê để rút ra kinh nghiệm lập kế hoạch IMRT cho từng loại bệnh ung thư khác nhau Khi có “ca” mới được chỉ định dùng kỹ thuật IMRT, tôi được quan sát thực tế quy trình hoàn chỉnh từ bước cố định bệnh nhân, chụp CT mô phỏ ng - CT sim, đến bước lập kế hoạch trên TPS và QA đánh giá kế hoạch trên phantom trước khi triển khai chiếu xạ điều trị trên bệnh nhân hàng ngày Từ đó tôi đã học hỏi được kinh nghiệm làm việc phối hợp nhịp nhàng hiệu quả của đội ngũ bác s ỹ, kỹ sư và kỹ thuật viên xạ trị khi triển khai điều trị kỹ thuật IMRT phức tạp Đồng thời, tôi cũng

có những nhận xét, đánh giá bước đầu về sự cải thiện chất lượng điều trị qua tìm hiểu thực tế của những bệnh nhân có chỉ định áp dụng kỹ thuật IMRT so với những bệnh nhân (cùng loại bệnh) được điều trị bằng kỹ thuật 3D-CRT

1.3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu:

Mục đích tôi chọn làm luận văn này là nghiên cứu lý thuyết và thực hành kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT để áp dụng triển khai thường quy kỹ thuật này tại bệnh viện đa khoa tỉnh Phú Thọ (trong năm sau – 2016) và những cơ sở khác được trang bị máy gia tốc xạ trị có c ấu hình và phần mềm phù hợp Do vậy mục đích của

luận văn này cũng là “nghiên cứu ứng dụng, chuyển giao kỹ thuật IMRT”

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm của luận văn này là lý thuyết điều biến liều theo hình thái khối u trên từng BEV, từ đó tìm hiểu quy trình chuẩn của việc lập kế hoạch theo kỹ thuật IMRT và quy trình thực tế triển khai điều trị cho bệnh nhân ung thư trong lâm sàng tại bệnh viện K Hà Nội

Phạm vi nguyên cứu lý thuyết là các tài liệu tham khảo e-book, các bài báo cáo khoa học của các chuyên gia xạ trị trên thế giới Ngoài ra, còn có các bài gi ảng của các khóa đào tạo tập huấn về xạ trị và văn bản hướng dẫn về an toàn bức xạ của IAEA P hạm vi nghiên cứu thực hành là cơ sở dữ liệu về các hồ sơ xạ trị bệnh nhân ung thư của hệ thống máy tính lập kế hoạch xạ trị TPS tại bệnh viện K Hà Nội

16

CHƯƠNG 2: XẠ TRỊ BẰNG CHÙM TIA NGOÀI

2.1Cơ sở vật lý và quy trình lập kế hoạch của chiếu xạ ngoài bằng chùm photon năng lượng cao:

2.1.1 Các thông số đặc trưng của chùm Photon năng lượng cao và tính toán phân bố liều hấp thụ của mô cơ thể

Điều trị xạ trị là dùng các bức xạ ion hóa để tiêu diệt tế bào ung thư với mục đích là tăng khả năng kiểm xoát khối u, giảm xác xuất biến chứng mô lành để cải thiện chất lượng điều trị và chất lượng cuộc sống cho các bệnh nhân ung thư Hiện nay ở Việt Nam đã triển khai một số kỹ thuật xạ trị bằng chùm tia ngoài như

xạ trị trực áp với mức năng lượng vài trăm kV(cho khối u nông), xạ trị bằng nguồn cobalt 60, xạ trị gia tốc bằng cách gia tốc các chùm electron, photon đạt đến năng lượng cao MV, xạ phẫu bằng các máy Gamma knife, Cyber knife…

Đối với xạ trị gia tốc các thông số điều kiện chính khi khảo sát chùm photon năng lượng cao là: (a) độ sâu điều trị; (b) kích thước trường chiếu; (c) khoảng cách

từ nguồn đến bề mặt – SSD (source to skin distance); và (d) năng lượng chùm photon

Cơ sở dữ liệu về các chùm tia của phần mềm lập kế hoạch được xác định sau quá trình commissioning gồm có các hồ sơ là: liều sâu phần trăm, phân bố liều 2D – 3D, bản đồ đường đồng liều

Liều sâu phần trăm (Percentage Depth Dose - PDD): là phân bố liều trên trục

trung tâm chùm tia bên trong bệnh nhân hoặc phantom, thường được chuẩn hóa cho Dmax = 100% ở độ sâu có liều tối đa dmax Theo đồ thị PDD ta thấy: kích thước của vùng tích tụ tăng theo năng lượng chùm tia và liều bề mặt giảm theo năng lượng chùm tia

17

Hình 2.1: Đường cong PDD của một số mức năng lượng MV

PDD của chùm tia xạ thường được máy quét đo với trường chiếu hình vuông Tuy nhiên, phần lớn các trường được sử dụng trong xạ trị có hình chữ nhật hoặc hình dạng bất thường, do đó khái niệm hình vuông tương đương được sử dụng Hình chữ nhật có kích thước a x b sẽ có hình vuông tương đương có cạnh ae q được xác định theo công thức 2.1

(2.1)

Phân bố liều trên chùm trục trung tâm theo độ sâu (PDD) chỉ cung cấp một phần

thông tin cần thiết để mô tả chính xác liều bên trong bệnh nhân Phân bố liều trong 2-D và 3-D được xây dựng dựa trên dữ liệu trục trung tâm kết hợp với hồ sơ liều ngoài trục (off - axis) Phân bố liều 3D thường được đo bằng một máy quét dọc theo trung tâm của cả hai trục chính X – Y với độ sâu Z khác nhau trong một phantom nước Từ đó định lượng được hai thông số định về tính đồng nhất của chùm tia là:

độ bằng phẳng và tính đối xứng

18

Hình 2.2: Phân bố liều 2D của chùm photon 15MV với các kích thước trường chiếu khác nhau

Bản đồ đường đồng liềulà tập hợp các điểm có cùng liều lượng Bản đồ đường

đồng liều của một chùm tia đơn là một dạng biểu diễn ngược lại của phân bố liều nhìn theo hướng chiếu của chùm tia nên nó cũng được đo trực tiếp trong phantom nước theo các thông số điều kiện tiêu chuẩn để làm cơ sở dữ liệu

Hình 2.3: Bản đồ đường đồng liều của chùm tia 15MV trong nước, FS = 10x10cm, không nêm (A) và có nêm 45 0 (B)

Hình 2.5 Phân bố đường đồng liều theo mặt phẳng coronal (a) và sagittal (b)

Tính toán liều hấp thụ của mô cơ thể khi chiếu xạ bằng chùm photon:

Đơn vị liều hấp thụ là: 1 Gy = 1 J/kg = 100 cGy = 100 rad

Đơn vị đo liều output của buồng ion hóa đặt tại đầu máy gia tốc là MU Kỹ sư vật lý phải chuẩn liều cho máy gia tốc để khi máy phát ra liều 1MU thì tại độ sâu có liều cực đại (dmax) trong nước hấp thụ 1cGy (điều kiện tiêu chuẩn: FS = 10x10cm, SSD = 100cm)

20

Trong thực tế lâm sàng chùm tia có thể chiếu xiên vào bệnh nhân và bề mặt da của bệnh nhân thì có hình dạng cong không đều, đòi hỏi phải tính toán hiệu chỉnh đường bao Ngoài ra, một số các mô, chẳng hạn như phổi và xương, có mật độ khác nhau đáng kể so với nước, đòi hỏi phải có sự điều chỉnh sự không đồng nhất mô Đối với những hệ thống TPS đời đầu, bác sỹ xạ trị phải vẽ đường bao của tất cả các

tổ chức mô khác nhau và khai báo hệ số mô của từng tổ chức này để phần mềm tính toán liều hấp thụ của chúng Các phần mềm TPS hiện đại ngày nay có khả năng tự động hiệu chỉnh sự không đồng nhất mô dựa vào mức xám trên ảnh CT

Khi bác sĩ chỉ định liều đặt vào tâm khối u (thường trùng với tâm điều trị - isocenter) là TD – tumor dose (thường là 200cGy/ ngày), nhiệm vụ của kỹ sư vật lý

là phải tính ra được số MU tương ứng mà máy gia tốc phải phát tia Phần mềm lập

kế hoạch sẽ trợ giúp kỹ sư toàn bộ việc tính toán, tôi sẽ trình bày ở phần sau, nhưng tôi xin đưa ra hai công thức cho thấy mối tương quan giữa TD và MU phụ thuộc vào độ sâu d của khối u trong cơ thể và dmax của chùm tia (phụ thuộc vào mức năng lượng MV)

Công thức tính MU dựa theo tỉ số mô cực đại TMR (tissue-maximum ratio)

(2.2) Trong đó:

TDiso là liều u hấp thụ tại điểm đồng tâm -isocenter

TMR(d, rd) là tỷ số mô cực đại tại độ sâu d

TF và WF là hệ số khay và nêm (nếu có)

rc là kích thước mở của collimator

rd là kích thước trường chiếu hiệu dụng tại độ sâu d

Sc , Sp là hệ số tán xạ collimator và phatom SCD = SAD (source of axis distance) + dmax

21

Công thức tính MU dựa theo liều sâu phần trăm (PDD) tại độ sâu d, FS = r :

(2.3)

Đồ thị liều xạ/ thể tích – DVH (Dose – Volume Histogram): Khi bác sỹ vẽ

đường bao của thể khối u thô - GTV (Gross Tumor Volume) và các tổ chức lành liên quan, phần mềm TPS sẽ tính toán nội suy được thể tích của các tổ chức này từ các ảnh lát cắt CT Ngoài việc tính toán ra số MU cần thiết để tâm thể tích bia nhận được liều xạ chỉ định của bác sỹ, phần mềm lập kế hoạch xạ trị còn tính được liều hấp thụ của từng vị trí mô nằm bên trong đường bao cơ thể, từ đó dựng được bản đồ đường đồng liều trên từng lát cắt CT và đồ thị DVH phục vụ cho việc phân tích đánh giá kế hoạch Đồ thị DVH là đồ thị biểu diễn tương quan giữa phần trăm thể tích cần quan tâm và liều xạ mà thể tích đó nhận được Bác sỹ và kỹ sư vật lý xạ trị

sử dụng đồ thị này để đánh giá xem bao nhiêu phần trăm thể tích bia nhận được liều chỉ định và bao nhiêu phần trăm thể tích từng tổ chức lành xung quanh vượt quá giới hạn liều cho phép Thông thường một kế hoạch tốt phải có trên 95% thể tích bia nhận được liều chỉ định nhưng liều cục bộ cực đại không được quá 120% liều chỉ định, ngoài ra phải đáp ứng giới hạn liều của các tổ chức nguy c ấp - OAR (Organ At Risk),mỗi tổ chức mô lành khác nhau l ại có giới hạn chịu đựng liều xạ khác nhau

a

22

b

Hình 2.6: Đồ thị DVH tổng hợp (a) và bảng phân tích liều lượng (b) của một kế hoạch xạ trị ung thư vùng đầu cổ2 pha, có chỉ định liều vào CTV1 và PTV1 là 50Gy, tổng liều vào GTV, CTV2 và PTV2 là 70Gy, giới hạn tổng liều vào tủy sống phải nhỏ hơn 45Gy

2.1.2 Các bước cơ bản của quá trìnhlập kế hoạch điều trị xạ trị

Hình 2.7: Sơ đồ dạng chuỗi các bước cơ bản của quá trình điều trị xạ trị

Trên hình 2.7 là mười bước cơ bản của quá trình điều trị, trong đó một số bước sẽ được trình bày cụ thể ở chương sau Ở nội dung phần này, tôi xin trình bày sơ lược một số bước liên quan trực tiếp đến quy trình lập kế hoạch xạ trị, từ bước tạo ảnh 3D đến bước QA kiểm tra đảm bảo chất lượng điều trị

23

Tạo ảnh mô phỏng 3D bằng CT-sim (do KTV thực hiện) gồm các bước sau:

Hình 2.8: Hệ thống CT-sim

1 - Cố định tư thế bệnh nhân bằng các thiết bị phụ trợ

2 - Dựa vào hệ thống laser mô phỏng để đánh dấu hệ tọa độ tham chiếu trên bệnh

nhân

3 - Chụp CT và chuyển ảnh sang hệ thống lập kế hoạch điều trị

Định vị thể tích bia và các tố chức nguy cấp liền kề -OAR (do bác sỹ thực hiện ):

Các vùng thể tích này được vẽ theo từng lát cắt dựa trên bộ dữ liệu ảnh CT-sim nhưng cần phải tính đến những cử động tự nhiên của một số tổ chức nội tạng Báo cáo số 50 và 62 của ICRU đã hướng dẫn việc xác định các vùng thể tích như sau:

4 - Thể tích khối u thô (GTV- Gross tumor volume): là phạm vi biểu hiện tại chỗ của

các tế bào ác tính có thể nhìn thấy trên ảnh CT, sờ nắn hoặc thăm khám trực tiếp

5 - Thể tích bia lâm sàng (CTV- Clinical target volume): là thể tích bao gồm GTV và

các tổ chức ác tính vi thể khó phát hiện bằng lâm sàng nhưng cần phải loại bỏ

6 - Thể tích bia lập kế hoạch điều trị (PTV- Plan target volume): là một khái niệm

hình học, được xác định để lựa chọn sự phân bố các chùm tia một cách thích hợp để đảm bảo phân bố đúng và đủ liều lượng lên thể tích CTV

7 - Thể tích các mô nguy cấp (OAR- Organ at risk): là các tổ chức mô lành nằm xung

quang khối u hoặc trên đường đi c ủa chùm tia bức xạ Trong tài liệu ICRU62 đã nêu

a b

Hình 2.9: Xác định đường bao các thể tích bia và OAR và chỉ định liều xạ trên ảnh CT-sim (b), dựa vào hình ảnh PET – CT (a)

Lập kế hoạch xạ trị (do kỹ sư vật lý thực hiện): Là công việc sử dụng phần

mềm lập kế ho ạch để tính toán phối hợp các trường chiếu với mục đích đưa liều tối

đa vào thể tích bia và tối thiểu liều vào OAR Lựa chọn loại bức xạ (photon/electron), mức năng lượng chùm tia dựa vào độ sâu thể tích bia Chọn điểm đồng tâm isocenter (thường chọn trùng với tâm bia) Lựa chọn trường chiếu: góc gantry, góc collimator, kích thước trường chiếu, che chắn OAR, .Phối hợp các trường chiếu đồng tâm: khi đặt hai hay nhiều trường chiếu có các hướng khác nhau vào một thể tích bia để giảm liều cho OAR, thường phải sử dụng nêm để giảm hiệu ứng chồng liều tại vùng gần mặt da và đẩy liều vào sâu cơ thể Đặt trọng số liều lượng cho từng trường chiếu sao cho tổng liều đúng bằng chỉ định của bác sỹ Dựa vào các thông số đầu vào này, phần mềm lập kế ho ạch sẽ tính toán được liều hấp

25

thụ cho các mô trong cơ thể, kết quả là hình ảnh trực quan của các đường đồng liều

và sô MU cần cho mỗi trường chiếu Dựa vào hình ảnh 2D, 3D của đường đồng liều

và các công cụ phân tích (ví dụ DVH - dose -volume histogram) và các công c ụ tự động tối ưu (nếu có) để xem kế hoạch này có đạt yêu cầu so với chỉ định của bác sỹ hay không Nếu chưa đạt yêu cầu thì phải điều chỉnh một hoặc một số trường chiếu, nếu cần phải lập kế hoạch mới với cách phối hợp trường chiếu khác

Đánh giá chấp nhận kế hoạch: bác sỹ đánh giá lại kế hoạch, nếu đạt yêu cầu thì

chấp nhận cho triển khai điều trị trên bệnh nhân Nếu chưa thấy hài lòng thì bác sỹ

và kỹ sư phải cùng phối hợp làm việc để lập kế hoạch sao cho cân đối giữa lợi ích chữa trị và tác dụng phụ của tia xạ Những thông tin quan trọng cần có của kế hoạch

để nhập vào bộ điều khiển máy gia tốc khi triển khai điều trị thực tế là:

8 - Tọa độ tâm isocenter trên hệ tọa độ tham chiếu của bệnh nhân

9 - Các thông số đầu vào của trường chiếu: mức năng lượng, các góc đầu máy, độ mở

- X-Y của collimator, lọc nêm, che chắn

10 - Số MU của mỗi trường chiếu

Định vị tâm điều tâm điều trị: Khi kế hoạch được chấp nhận, kỹ sư phải định vị

tâm điều trị thực tế cho bệnh nhân đúng vào tâm isocenter của kế hoạch này

11 - Tái tạo lại tư thế chụp mô phỏng của bệnh nhân

12 - Dịch chuyển bàn điều trị theo các hướng X, Y Z để đưa isocenter của máy gia tốc

về gốc 0 của hệ tọa độ tham chiếu đánh dấu trên da bệnh nhân

13 - Dịch chuyển bàn lần nữa để isocenter của máy gia tốc từ gốc 0 này đến tâm

isocenter của kế hoạch

14 - Đánh dấu vị trí tâm isocenter trên da bệnh nhân để KTV tái tạo được tâm điều trị

hàng ngày

Kiểm tra đánh giá kế hoạch và chất lƣợng điều trị: công việc này gồm có hai

phần là kiểm tra về phân bố liều có đúng với kế hoạch và kiểm tra về việc định vị bệnh nhân và các thiết bị che chắn OAR Thông thường với kế hoạch từ 2D đến 3D-CRT thì chỉ cần kiểm tra việc định vị bệnh nhân và các thiết bị che chắn OAR là có thể đảm bảo được chất lượng điều trị Nhưng từ kế hoạch IMRT trở đi yêu c ầu phải

26

đo liều kiểm tra trên phantom chuyên dụng tương đương mô và đo liều trực tiếp trên

da bệnh nhân Đây là công việc phức tạp cần kỹ sư vật lý phải có kiến thức chuyên môn cao Phần này sẽ được trình bày cụ thể trong chương 3.3

2.2Các kỹ thuật lập kế hoạch xạ trị ngoài theo các dòng máy gia tốc tương ứng

Hình 2.10: Lược đồ phát triển các kỹ thuật xạ ngoài qua các thập kỷ

Ở chương 2.1.2 đã nêu lên các bước cơ bản của quy trình xạ trị dùng chùm tia ngoài Dựa trên quy trình cơ bản này, trong năm thập kỷ qua, một số phương pháp mới đã được phát triển nhằm cải thiện khả năng kiểm soát bệnh, đồng thời giảm thiểu biến chứng Hầu hết những công nghệ này mới được phát minh và thử nghiệm

ở những nước phát triển vì chi phí lớn Trong phần này, tôi xin giới thiệu qua một vài công nghệ mới hấp dẫn đó

2.2.1 Kỹ thuật lập kế hoạch xạ trị 2D

Trong những năm 1960 đến 1980, khi chưa có chuẩn truyền thông tin hình ảnh

y tế DICOM (Digital Imaging Communication Medicine)giữa máy CT và TPS, kỹ thuật lập kế hoạch xạ trịchỉ dựa trên hình ảnh đường bao của một hoặc một vài ảnh lát cắt CT Bác sỹ phải sử dụng máy quét phim (film scanner)số hóa để vẽ lại một

27

cách thủ công đường bao cơ thể, đường biên khối u và một số tổ chức OAR để đưa vào TPS Do TPS chỉ có thông tin c ủa một lát cắt nên bác s ỹ cũng phải đo đạc ước lượng vị trí tâm u và kích thước trường chiếu trên da bệnh nhân Việc tính toán liều lượng cũng rất thô sơ, dựa vào các điểm tham chiếu của ICRU, chỉ sử dụng các chùm tia đồng phẳng Kỹ thuật 2D này rất đơn giản và độ chính xác của phân bố liều lượng rất thấp

hạn chế liều tối thiểu vào các mô lành liên quan

Sự ra đời và ứng dụng của bộ chuẩn trực đa lá (MLC) trong kỹ thuật xạ trị CRT là một mốc lớn của ngành xạ trị Mỗi nhà sản xuất gia tốc đều có thiết kế các

3D-lá và cách bố trí MLC trên đầu máy khác nhau Các thiết kế này lại có ưu điểm khác nhau đã được các kỹ sư vật lý so sánh đánh giá như sau:

1 - MLC của Elekta có độ tán xạ nhỏ nhất

2 - MLC của Varian có vùng bán dạ sắc nét nhất

3 - MLC của Siemens có bức xạ dò nhỏ nhất

29

Hình 2.13: Thiết kế các lá của MLC và cách bố trí MLC trên bộ chuẩn trực của đầu máy gia tốc của 3 hãng Elekta, Siemens và Varian

2.2.4 Xạ trị điều biến liều IMRT – Intensity Modulated Radiation Therapy

Kỹ thuật IMRT là bước phát triển mở rộng của 3D-CRT, trong đó chúng ta sử dụng các chùm tia bức xạ với cường độ không đồng đều dựa trên các kỹ thuật khác nhau được tối ưu hóa bằng hệ thống máy tính

Bước tiến quan trọng thứ 2 của IMRT là lập kế hoạch điều trị ngược: chọn sự tối ưu hóa liều rồi mới tính ra các thông số chùm tia Kết quả của lập kế hoạch điều trị ngược (inverse planning)là sự phân bố dòng photon một cách lý tưởng (tối đa liều vào thể tích bia và tối thiểu liều đi qua OAR) cho chùm tia đã chọn với các hướng chiếu khác nhau

Hình 2.14: Trường chiếu CRT có cường độ đồng nhất (a), trường chiếu IMRT (b)

2.2.5 Xạ trị có hướng dẫn ảnh (IGRT- Image Guided Radiation Therapy)

Kỹ thuật IGRT cần có một hệ thống lý tưởng cho phép theo dõi khối u trong thời gian thực (xác định thể tích bia theo 4D) t ại từng phân liều của xạ trị và có khả năng cung cấp một liều lượng phù hợp thông qua kỹ thuật IMRT

IGRT có ưu điểm nổi bật trong việc điều trị khối u có ảnh hưởng c ủa chuyển động hô hấp ở ngực và khoang bụng trên: một hệ thống thu lại các hình ảnh mô mềm sẽ xác định thời điểm bệnh nhân hít vào và thở ra, và máy gia tốc sẽ chỉ phát tia trong thì thở ra cựa đại, khi đó vị trí khối u sẽ là nông nhất

Kỹ thuật IGRT được thực hiện đ ầy đủ đã dẫn đến khái niệm về xạ trị đáp ứng – Adative Radiation Therapy (ART) Trong ART phân bố liều cho các phân đoạn của một quá trình xạ trị có thể được sửa đổi để bù đắp cho những sự thiếu chính xác trong suốt quá trình điều trị bao gồm: khối u co rút lại, bệnh nhân bị sút cân, khối u tăng, giảm hấp thụ oxy

Với Tomotherapy, người ta có thể:

1 - Dựa trên những hình ảnh trực tiếp hàng ngày của CT để lấy thông tin giải phẫu

của bệnh nhân, thay vì sử dụng những thông tin có từ tuần trước, tháng trước…

2 - Phân bố liều bức xạ quanh thể tích bia với độ chính xác cao từ mọi góc độ và khác

nhau cho mỗi bệnh nhân

3 - Giảm thiểu liều có hại cho các mô lành bao quanh

4 - Có thể chỉnh, sửa kế hoạch xạ trị tại bất kỳ vị trí nào khi cần thiết

Thiết kế này cho phép tạo dựng đầy đủ những hình ảnh 3D thực hàng ngày trên máy CT scanner để đảm bảo định vị chính xác tư thế bệnh nhân trước mỗi lần phát tia và ngay sau đó sẽ thực hiện xạ trị theo những kỹ thuật phức tạp, hiện đại nhất kể cả IMRT

Thiết kế này cho phép tạo dựng đầy đủ những hình ảnh 3D thực hàng ngày trên máy CT scanner để đảm bảo định vị chính xác tư thế bệnh nhân trước mỗi lần phát tia và ngay sau đó sẽ thực hiện xạ trị theo những kỹ thuật phức tạp, hiện đại nhất kể cả IMRT

32

2.2.7 Kỹ thuật xạ trị hình cung, đi ều biến liều theo thể tích -VMAT (Volumetric – Modulated Arc Therapy)

Thuật ngữ xạ trị hình cung, điều biến liều theo thể tích được sử dụng khác

nhau giữa một số nhà sản xuất Chẳng hạn, tên gọi thương mại của hãng Elekta là

VMAT (Volumetric-Modulated Arc Therapy), hãng Varian dùng khái niệm RapiArc, trong khi đó hãng Siemens s ử dụng là Cone-Beam-Therapy (CBT) Hệ

thống phần mềm thực thi kỹ thuật này cũng có đôi chút khác nhau giữa các nhà sản xuất tuy nhiên, nội dung cơ bản của thuật toán thì đều được dựa trên những nguyên tắc chung

VMAT sử dụng phương pháp phát chùm tia liên t ục khi quay thân máy qua một hay nhiều cung Trong khi quay như vậy, rất nhiều thông số kỹ thuật được điều chỉnh và thay đổi Chẳng hạn:

1 - Hệ MLC chuyển động, tạo hình dạng chùm tia;

2 - Suất liều máy “dose rate” thay đổi liên tục;

3 - Tốc độ quay của thân máy thay đổi

4 - Góc nghiêng của hệ MLC cũng thay đổi…

Kỹ thuật này được bắt nguồn từ ý tưởng xạ trị theo hình cung, biến liều lượng – IMAT (Intensity Modulated Arc Therapy) của Cedric Yu, năm 1995 nhưng VMAT

đã bổ sung thêm 3 yếu tố thay đổi (ii), (iii) và (iv) nên đã gi ảm được việc sử dụng nhiều cung phát tia để tạo ra số lượng lớn các trường chiếu, do đó giảm thời gian điều trị/1 buổi chiếu xạ rất nhiều so với kỹ thuật IMRT.Tuy rằng tốc độ quay thân máy có thể thay đổi một cách liên tục nhưng người ta cũng không yêu cầu phải liên tục thay đổi suât liều của máy theo từng độ Suất liều tối thiểu và tốc độ tối đa của thân máy xác định việc hạn chế suất liều tối thiểu trên từng độ Khi đạt được suất liều tối đa và tốc độ quay tối thiểu của thân máy thì sẽ xác định được suất liều tối đa trên từng độ Kỹ thuật VMAT đã được Art Boyer hoàn thiện và triển khai từ 2001

Xạ trị đáp ứng sinh học- BioART áp dụng kỹ thuật điều chỉnh sự phân bố liều

bức xạ tại từng vùng thể tích (nhỏ) của khối u tùy theo sự khác nhau về mức độ nhạy cảm tia xạ, hay sự thiếu oxy v.v… của tế bào

Ngày nay, nhiều kỹ thuật hình ảnh hiện đại chẳng hạn cộng hưởng từ (MRI),

cộng hưởng từ phổ ký (MRSi) hay chụp cắt lớp bằng đồng vị phát positron (PET)

đang được áp dụng rộng rãi và rất hữu hiệu trong cung cấp thông tin trung thực về hình thái sinh học của khối u, giúp cho việc lập kế hoạch xạ trị có thể điều chỉnh, tăng giảm cường độ chùm tia, nhằm tối ưu hóa sự phân bố liều bức xạ Đồng thời với khả năng tăng cường xác suất kiểm soát khối u (tumour control probability) –TCP bằng cách tăng liều lượng tại những vùng khối u giảm (thiếu) oxy Hiện nay, việc điều chỉnh sự phân bố liều lượng là rất khả thi với những kỹ thuật hiện đại, như

xạ trị điều biến liều – IMRT, xạ trị áp sát 3D suất liều cao (3D-HDR)…

và tạo dạng cho phù hợp với thể tích điều trị Để thu được các mức xuyên sâu theo ý muốn của chùm tia, người ta cần mức năng lượng cực đại của proton tới 200 MeV Các thiết bị như Cyclotrons, Synchrotrons và Synchrocyclotrons được sử dụng để tạo ra các chùm tia có đặc tính như vậy

trên hình 2.21 Y học tiên tiến ngày nay đang phát tri ển đến kỹ thuật Proton IMRT (viết tắt là IMPT)

Hình 2.21: Ưu điểm đâm xuyên sâu vào khối u nhưng lại bảo vệ tối đa OAR của

kỹ thuật xạ trị bằng chùm hạt proton Hình a- xạ xoang mũi nhưng bảo vệ được hai mắt và não, hình b – xạ túi mật nhưng bảo vệ được gan lành bao quanh

36

Hình 2.22: Máy xạ trị bằng gia tốc chùm hạt Proton

Ngoài hạt proton, người ta cũng tiến hành nghiên cứu thử nghiệm xạ trị bằng các hạt nặng khác như neutron, các ion nặng như helium, carbon, neon, silicon argon

Hình 2.23: Tổ hợp gia tốc tại trung tâm xạ trị hạt nặng Loma Linda

37

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ IMRT

3.1 Khái niệm IMRT(Intensity Modulated Radiation Therapy):

3.1.1 Khái ni ệm chung:

IMRT là kỹ thuật xạ trị điều biến liều lượng theo hình thái khối u, đang được sử dụng phổ biến trong lâm sàng Kỹ thuật IMRT có khả năng tạo ra sự chênh lệch về liều lượng ngay trên một trường chiếu, qua đó có thể phân bố liều lượng theo hình thái khối u và giảm thiểu liều lượng đối với các tổ chức lành liền kề

IMRT sử dụng tất cả các công cụ của 3D-CRT và còn thêm những đặc trưng mới khác tạo thành rất nhiều kỹ thuật sử dụng, và thực tế đã có nhiều công nghệ phát tia khác nhau như sơ đồ minh họa dưới đây:

Hình 3.1: Các phương pháp xạ trị sử dụng kỹ thuật IMRT

Hình 3.2: Phát tia khi gantry cố định (a), và phát tia khi gantry quay: đồng thời nhiều chùm tia hình quạt song song (b), tomotherapy (c), chùm tia hình nón (d)

Trong nội dung luận văn này, tôi xin trình bày hai kỹ thuật IMRT cơ bản có thể

áp dụng cho các máy gia tốc hiện nay ở Việt Nam là IMRT sử dụng MLC (dành cho

38

các máy gia tốc đã được trang bị MLC) và IMRT – Jaw only (chỉ sử dụng các ngàm của bộ chuẩn trực, dành cho các máy gia tốc chưa có MLC) (chương 3.2)

3.1.2 Lịch sử phát triển kỹ thuật IMRT

Từ những năm 1960 của thế kỷ trước, trong thực tế lâm sàng, người ta đã sử dụng một vài phương pháp điều trị IMRT đơn giản như dùng “nêm” cơ học (physical wedges) hoặc các bộ lọc (hay còn gọi là bù-trừ mô), bằng những vật liệu tương đương mô (tissue equivalent compensator )

1984 Lần đầu tiên sản xuất MLC thương mại tại Hoa-Kỳ

1988 Brahme công bố bài báo đầu tiên về phép toán dùng trong quy trình l ập kế hoạch nghịch đảo (inverse planning)

1989 Webb, Mageras và Mohan phát triển mô phỏng để lập kế hoạch nghịch đảo

1991 Nguyên tắc điều trị phân đoạn-trường chiếu được Boyer và Webb phát triển

1992 Convery cho thấy kỹ thuật dMLC là khả thi

1994 Bortfeld và Boyer đã tiến hành thí nghiệm kỹ thuật nhiều tĩnh-trường đ ầu tiên (MSF multiple-static-fields)

Cuối những năm 1990, các kỹ thuật IMRT hiện đại trở nên khả thi với sự phát triển tổng hợp của những yếu tố căn bản như:

• Tính toán vi phân liều lượng theo 3-D và quá trình phân liều

• Kỹ thuật tạo ảnh cho các phân đoạn

• Thuật toán lập kế hoạch điều trị nghịch đảo

• Kỹ thuật đảm bảo chất lượng phân bố liều (QA)

2004 Các nhà s ản xuất máy gia tốc xạ trị hiện đại trên thế giới đã đưa ra số lượng lớn hệ thống máy tính và phần mềm đặc biệt tương ứng trong lập kế ho ạch IMRT

và có sức cạnh tranh

3.1.3 Vai trò của IMRT:

IMRT có ưu điểm là tối đa hóa khả năng (xác suất) kiểm soát khối u – Tumour Control Probably (TCP) và giảm thiểu xác suất biến chứng của các mô lành xung

39

quanh – Normal Tissue Complication Probably (NTCP) K ỹ thuật này là tiến bộ vì

có những ưu việt trong phân bố liều bức xạ như sau:

• Bù cho những mấp mô đường viền quanh thể tích u

• Bù cho sự không đồng nhất mô

• Bù cho những thể tích bia có hình dạng bất thường

• Tránh liều cao đi qua các tổ chức lành liền kề

Do vậy những loại bệnh thường được chọn điều trị bằng kỹ thuật IMRT là:

- Ung thư đầu cổ thường có thể tích bia liền kề tủy sống và tuyến nước bọt

- Ung thư phổi có thể tích bia gần tim, tủy sống, thực quản

- Ung thư vú trái, ung thư thực quản 1/3 giữa, 1/3 dưới thường gần tim, phổi

- Ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phụ khoa – khoang chậu thường gần bàng quang, trực tràng

Hiện nay, các công trình nghiên cứu về vai trò – tính ưu việt của IMRT vẫn chỉ tập trung vào 3 loại bệnh phổ biến là: ung thư đầu cổ, ung thư tuyến tiền liệt (UT TTL) và ung thư cổ tử cung

Với ung thư vùng đ ầu cổ thì IMRT có khả năng bảo vệ tuyến nước bọt và giảm chứng khô miệng Với ung thư tuyến tiền liệt thì việc bảo vệ được thành trực tràng, giảm viêm bàng quang là lợi thế lớn nhất của IMRT, từ đó làm tăng đáng kể kết quả điều trị Với ung thư cổ tử cung thì ưu điểm nổi trội của IMRT là bảo vệ được ruột non và tủy xương.Khi những mô lành liền kề được bảo vệ thì có thể cho phép tăng liều vào thể tích u, từ đó sẽ cải thiện được xác suất kiểm soát khối u