Đánh giá phân bố liều lượng và tính hiệu quả của kỹ thuật xạ trị nửa chùm tia trong điều trị một số bệnh ung thư Đánh giá phân bố liều lượng và tính hiệu quả của kỹ thuật xạ trị nửa chùm tia trong điều trị một số bệnh ung thư luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
TỔNG QUAN
Tình hình bệnh ung thư trên thế giới và ở Việt Nam
Theo Tổ chức Ung thư Mỹ, năm 2007 có khoảng 7,6 triệu người chết vì ung thư, trong khi trên toàn thế giới có khoảng 12 triệu người đang sống với căn bệnh này Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết, năm 2005, tỉ lệ tử vong do ung thư chiếm 13% trong tổng số 58 triệu người chết, với hơn 70% số ca tử vong xảy ra ở các nước có thu nhập thấp và trung bình Dự báo, số người chết vì ung thư sẽ tăng lên khoảng 9 triệu vào năm 2015 và 11,4 triệu vào năm 2030.
Theo nghiên cứu của GS Nguyễn Bá Đức và cộng sự, ung thư vẫn là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong, với khoảng 150.000 ca mắc mới và 75.000 ca tử vong mỗi năm Riêng trong năm 2010, có ít nhất 126 ca ung thư được ghi nhận.
307 ca mắc ung thư mới.[2]
Hình 1.1 Tỷ lệ các bệnh nhân ung thư được xạ trị tai khoa
Từ ngày 12/7/2013 đến 24/9/2013, khoa Xạ Tổng Hợp Tam Hiệp đã lập kế hoạch xạ trị cho 221 bệnh nhân bằng máy gia tốc Trong số đó, có 74 bệnh nhân mắc ung thư vùng đầu cổ, 78 bệnh nhân bị ung thư vùng ngực, 45 bệnh nhân ở vùng tiểu khung, 7 bệnh nhân vùng bụng, và 17 bệnh nhân thuộc các vùng khác.
Các phương pháp điều trị ung thư
Tùy thuộc vào loại bệnh và giai đoạn, phương pháp điều trị ung thư có thể bao gồm phẫu thuật, hóa trị, xạ trị đơn thuần và miễn dịch trị liệu, hoặc kết hợp nhiều phương pháp Xạ trị được áp dụng với ba mục đích chính: điều trị khỏi bệnh cho ung thư giai đoạn sớm, điều trị triệu chứng khi bệnh ở giai đoạn muộn để ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư, và điều trị giảm đau nhằm cải thiện chất lượng sống cho bệnh nhân ung thư giai đoạn muộn và di căn.
Xạ trị đơn thuần được áp dụng cho các khối u nhỏ, ung thư nhạy cảm với tia xạ và những trường hợp không thể phẫu thuật Kết hợp xạ trị với phẫu thuật như xạ tiền phẫu, xạ trị trong mổ và xạ trị hậu phẫu nhằm điều trị u và hạch, với mục đích khác nhau: phẫu thuật điều trị u nguyên phát, trong khi xạ trị tập trung vào hệ thống hạch Việc kết hợp xạ trị và hóa trị, bao gồm xạ trị sau hóa trị, hóa xạ đồng thời và hóa bổ trợ cho xạ, giúp cải thiện hiệu quả điều trị, kiểm soát tại chỗ và phòng ngừa di căn xa Như vậy, vai trò của xạ trị trong điều trị ung thư là rất quan trọng.
Qui trình xạ trị bao gồm các bước chuẩn đoán xác định, mô phỏng, tính phân bố liều và chiếu xạ Trước khi điều trị, các kỹ sư Vật lý phải kiểm tra và hiệu chuẩn máy gia tốc xạ trị theo thông số của nhà sản xuất Ngoài ra, việc tính phân bố tối ưu liều hấp thụ và kiểm tra chất lượng (QA) trước buổi xạ trị đầu tiên là rất quan trọng Đặc biệt, việc chuẩn liều cần chính xác, vì các giá trị này sẽ được sử dụng trong chương trình tính phân bố liều cho khối u Nếu giá trị chuẩn không chính xác, có thể dẫn đến việc không tiêu diệt hoàn toàn mô bệnh hoặc gây hại cho các mô lành xung quanh.
Cả hai trường hợp đều rất nguy hiểm cho bệnh nhân, vì vậy tổng sai số trong xạ trị cần được kiểm soát chặt chẽ Theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), tổng sai số cho tất cả các bước trong quá trình xạ trị không được vượt quá ± 5%.
Tác d ụ ng sinh h ọ c c ủ a tia x ạ
1.3.1 Cấu tạo tế bào của cơ thểngười
Cơ thể người được cấu tạo từ các mô như mô mỡ, da và xương, trong đó các mô này lại được hình thành từ các tế bào Tế bào, đơn vị sống cơ bản với kích thước khoảng 20 micromet, có mặt trong cơ thể với số lượng từ 10^13 đến 10^14 Sự tương tác giữa bức xạ và cơ thể sống có thể gây ra những thay đổi trong tế bào, dẫn đến đột biến và hoạt động bất thường, ví dụ như sự phát triển nhanh chóng không kiểm soát, gây ra ung thư.
Tế bào được cấu tạo bởi một nhân ở giữa, bao quanh là bào tương, và được bảo vệ bởi màng tế bào Mỗi bộ phận của tế bào đảm nhận những chức năng riêng biệt, góp phần vào sự sống và hoạt động của tế bào.
Hình 1.2 Cấu tạo tế bào của cơ thể người
- Màng tế bào thực hiện trao đổi chất với môi trường ngoài.
Bào tương là môi trường chính diễn ra các phản ứng hóa học trong tế bào, nơi mà các phân tử phức tạp được phân hủy thành các phần tử đơn giản để giải phóng năng lượng (dị hóa), đồng thời cũng là nơi tổng hợp các phân tử cần thiết cho sự sống của tế bào.
- Trong nhân có ADN là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng để thực hiện sự tổng hợp chất.
- ADN cũng chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào.
Tác dụng của sinh học chính của bức xạ là sự phá hỏng ADN của tế bào.[14]
1.3.2 Cơ sở sinh học của xạ trị
Tổ chức ung thư bao gồm nhiều tế bào, với kích thước khoảng 1 cm³ tương đương 10^9 tế bào Sự teo nhỏ của tổ chức ung thư sau khi điều trị bằng tia xạ là kết quả của quá trình chết tế bào diễn ra nhanh chóng, cho thấy tổ chức này nhạy cảm với tia xạ.
Mặt khác người ta thấy có một số yếu tốảnh hưởng đến mức độ nhạy cảm của tế bào và của tổ chức ung thư đối với tia xạ
Cách đây trên 70 năm (1943), tác giả Albert Bechem đã xuất bản cuốn sách
"Các nguyên tắc liều lượng Radium, và Tia X", được xem là cơ sở của sinh học phóng xạ :
- Vùng tế bào có tỷ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn.
- Các tế bào cơ thể trong giai đoạn phân chia nhạy cảm tia xạ nhất.
Hiện nay, phương pháp xạ trị được cải tiến bằng cách tăng cường oxy và nhiệt độ tại vùng điều trị Do đó, liều lượng được chia thành nhiều buổi chiếu để đạt hiệu quả tối ưu Các kỹ thuật xạ trị được phát triển dựa trên các giai đoạn phân chia của tế bào và phản ứng của các chất gian bào, nhằm bảo vệ các tổ chức lành mạnh.
Tất cả các phương pháp điều trị bằng tia xạ đều tập trung vào việc tối đa hóa liều lượng tại khối u trong khi giảm thiểu liều cho các mô lành xung quanh Để đạt được điều này, cần dựa vào sự khác biệt về độ nhạy cảm với tia xạ giữa các tế bào u và tế bào lành, cũng như loại tế bào cụ thể.
1 Tế bào biệt hóa kháng tia hơn loại không biệt hóa.
2 Phân bố hợp lý tổng liều điều trị và liều lượng mỗi lần chiếu.
Chu kỳ sinh sản của tế bào:
Hình 1.3: Chu kì sinh sản của tế bào [14]
+ S : Phase này kéo dài từ 1,5÷36 h , trung bình 8 h , kháng tia
Tương tác củ a b ứ c x ạ ion hoá v ới cơ th ể s ố ng
Khi bức xạ tác động lên cơ thể, nó chủ yếu gây ra ion hóa, tạo ra các cặp ion có khả năng phá hủy cấu trúc phân tử của tế bào, dẫn đến biến đổi hoặc chết tế bào Hơn 85% cơ thể con người là nước (H2O), và khi bị chiếu xạ, các phân tử H2O trong tế bào bị phân chia thành H+ và OH- Các cặp H+ và OH- này tạo ra bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, làm chậm hoặc dừng quá trình phân chia tế bào.
Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự làm chết tế bào chỉ vào khoảng 20% Còn lại chủ yếu là do tác dụng gián tiếp.
Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người và sinh vật khác bị giảm do sự hấp thụ năng lượng của tế bào Quá trình này thường dẫn đến hiện tượng ion hóa các nguyên tử trong vật chất sống, gây ra sự phá hủy tế bào.
Năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion được tạo ra càng nhiều Các hạt mang điện có năng lượng tương đồng thường tạo ra số cặp ion tương đương, nhưng mật độ ion hóa có thể khác nhau tùy thuộc vào vận tốc của hạt Tia alpha có vận tốc thấp hơn tia beta nhưng lại có khả năng ion hóa mạnh hơn Trong khi đó, tia gamma và tia roentgen tạo ra mật độ ion hóa tương đối nhỏ nhưng có độ thâm nhập lớn, cho phép chúng tác động lên các tế bào sâu bên trong cơ thể, không chỉ giới hạn ở lớp ngoài cùng như tia alpha và beta.
Nước là thành phần chính trong tế bào cơ thể người, chiếm phần lớn năng lượng tích lũy, trong khi chỉ một phần nhỏ được lưu trữ trong các phân tử sinh học khác Các phân tử nước khi bị ion hóa và kích thích sẽ dẫn đến nhiều phản ứng khác nhau.
Electron có thể bị các phân tử nước khác hấp thụ để tạo ra ion âm của nước.
Các ion H2O + và H2O - đều không bền và phân hủy ngay sau đó:
Quá trình này tạo ra hai gốc tự do H • và OH •, cùng với hai ion bền H + và OH - có khả năng kết hợp để hình thành phân tử nước Ngoài ra, còn có thể xảy ra các phản ứng khác.
HO2 •là gốc tự do peroxy được tạo ra với sự có mặt của oxy
Các gốc tự do, với một electron lẻ và không có cấu hình bền, là những tác nhân phản ứng mạnh mẽ, có thời gian sống chỉ khoảng microgiây Chúng tác động trực tiếp lên các phân tử sinh học như protein, lipid và DNA, gây hỏng hóc về cấu trúc và hóa học Những hỏng hóc này có thể dẫn đến việc ngăn cản phân chia tế bào, sai sót nhiễm sắc thể, đột biến gen và thậm chí làm chết tế bào Trong khi quá trình hấp thụ năng lượng diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn (khoảng 10^-10 giây hoặc ít hơn), thì các hiệu ứng sinh học có thể xuất hiện trong vài giây hoặc kéo dài nhiều năm.
Các quá trình sinh học quan trọng liên quan đến sự phân chia tế bào và ảnh hưởng của bức xạ đến cơ thể sống Sự ngăn cản phân chia tế bào có thể xảy ra khi bức xạ gây tổn thương, làm suy yếu chức năng tế bào và cơ thể Bức xạ cũng có thể gây ra sai sót của nhiễm sắc thể, dẫn đến mất mát hoặc sắp xếp lại vật chất di truyền, ảnh hưởng đến khả năng sống sót và chức năng của tế bào Những sai sót này có thể được sử dụng như liều lượng kế sinh học do mối tương quan với liều lượng bức xạ Cuối cùng, đột biến gen, hay sự thay đổi thông tin trong gen, cũng là một hệ quả quan trọng từ những tổn thương do bức xạ.
Sự hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể gây ra đột biến gen Quá trình chiếu xạ có thể dẫn đến sự chết của tế bào, đây là yếu tố quan trọng trong điều trị ung thư, thường được thể hiện qua tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi nhận một liều chiếu xạ nhất định Hiệu ứng – liều ảnh hưởng đến tỷ lệ sống sót của tế bào, với đường cong thể hiện sự suy giảm chậm ở mức liều thấp, phản ánh khả năng tự phục hồi của tế bào khi bị tổn thương.
Ở liều cao, khả năng sửa chữa của tế bào đạt mức bão hòa, dẫn đến tỷ lệ sống sót giảm nhanh theo quy luật hàm mũ Hình 1.5 minh họa sự phụ thuộc của độ sai sót nhiễm sắc thể vào liều lượng, và các mối tương quan hiệu ứng - liều tương tự cũng được quan sát đối với hiệu ứng đột biến.
Liều lượng bức xạ mà cơ thể hấp thụ ảnh hưởng đến khả năng phục hồi của các biến đổi sinh lý, với tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc Nếu cùng một liều lượng bức xạ được hấp thụ nhiều lần, khả năng xảy ra các biến đổi bệnh lý sẽ thấp hơn so với việc hấp thụ trong một lần duy nhất, do khả năng tự phục hồi của tế bào trong cơ thể sống.
Hình 1.4 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và tỷ lệ sống sót của tế bào
Hình 1.5 Mối tương quan giữa liều hấp thụ và số sai sót của nhiễm sắc thể
Cơ sở sinh học bức xạ của tế bào lành và tế bào u
1.5.1 Ý nghĩa Điều cần thiết cho việc tính toán chính xác sự phân chia liều lượng trong một kế hoạch điều trị là phải hiểu được một cách đầy đủ nhất về cơ chế đáp ứng sinh học phóng xạ của tế bào Mục đích của xạ trị là làm sao đưa được một liều lượng vừa đủ để tiêu diệt các tế bào ung thư, trong khi đó lại phải giảm thiểu mối nguy hại cho các tế bào lành xung quanh Yêu cầu cơ bản để đảm bảo rằng điều đó có thể đạt được là phải tạo ra sự phân bố theo không gian vùng liều lượng cao đối với một thể tích mà trong đó không chỉ gồm có khối u mà phải tính đến mép đường biên với những xâm lấn của các tế bào ác tính Điều khá may mắn là bằng việc phân chia tổng liều thành những liều nhỏ trong quá trình điều trị, nên các tế bào u sẽ bị tiêu diệt nhiều hơn, các tế bào lành có cơ may hồi phục hơn Với sự kết hợp việc chia nhỏ liều cùng phân bố liều lượng trong không gian và khả năng tiêu diệt các tế bào u nổi trội hơn, nên việc điều trị tia xạ rất có hiệu quả Tuy nhiên, phác thảo một quy trình điều trị tối ưu theo ý nghĩa về sinh học phóng xạ không thể đạt được bằng việc phân bố liều lượng mà thôi Trong phần này sẽ đề cập đến sự biến đổi của liều lượng theo những yếu tố thích hợp hơn về mặt sinh học Chẳng hạn như tỷ lệ sống sót của các tế bào, liều hiệu ứng sinh học - BED (Biologically Effective Dose), xác suất kiểm soát khối u - TCP (Tumor Control Probability) và xác suất biến chứng của các mô lành - NTCP (Normal Tissue Complication Probability), cùng với hiệu quả của sự phân nhỏ liều trong quá trình điều trị. Điều không kém phần quan trọng cần lưu ý là thành công của xạ trị đôi khi cũng phụ thuộc vào sự may mắn Chẳng hạn như liều lượng yêu cầu để có xác suất (có thể đến 60%) tiêu diệt được các tế bào của nhiều loại khối u thường vào khoảng 65 Gy Nhưng liều lượng 65 Gy này cũng không phảilà một ngưỡng màu nhiệm để tiêu diệt tất cả các tế bào ung thư Đó là liều lượng được coi là hợp lý mà tất cả các tế bào ung thư có thể bị tiêu diệt Xác suất sống sót của loại tế bào đặc biệt nào đó(khi liều lượng 65 Gy được đưa vào khối u) là rất nhỏ (chỉ khoảng
Mặc dù có thể điều trị một số bệnh nhân khỏi ung thư với liều lượng 55 Gy, nhưng vẫn có những khối u phát triển ngay cả khi áp dụng liều lượng cao tới 75 Gy Việc kiểm soát hoàn toàn khối u là không chắc chắn, chỉ có thể dựa vào khái niệm “xác suất” Xác suất biến chứng ở các mô lành tăng theo liều lượng và phạm vi chiếu xạ, điều này cần được cân bằng với xác suất kiểm soát khối u (TCP) Do đó, khi tăng liều lượng để giảm tỷ lệ tái phát, xác suất biến chứng ở mô lành (NTCP) cũng gia tăng đến mức không thể chấp nhận được.
Lý tưởng là có khả năng dự đoán chính xác liều lượng chiếu xạ vào khối u và duy trì NTCP ở mức độ chấp nhận được Việc xác định liệu liều lượng có thể phân bổ không đồng đều trong khối u mà không làm giảm TCP xuống mức khó chấp nhận sẽ rất có lợi Điều này cho phép giảm đáng kể NTCP thông qua việc điều chỉnh cường độ hoặc hướng của các chùm tia Một số mô hình tính toán, mặc dù không hoàn toàn chính xác, vẫn hữu ích trong việc dự đoán sự thay đổi tương đối của TCP và NTCP khi thay đổi các thông số của chùm tia và đặc tính khối u.
1.5.2 Sự phát triển của khối u
Trong quá trình tăng sinh của tế bào bình thường, sự cân bằng giữa sự sinh và chết của chúng rất quan trọng Khi cơ thể cần tăng số lượng tế bào hoặc thay thế các tế bào đã mất, nhu cầu này thường xuất phát từ sự thiếu hụt hoặc yêu cầu chức năng của mô Tất cả các yếu tố liên quan đến sự phát triển tế bào bình thường cũng xuất hiện trong sự phát triển của tế bào ung thư Tuy nhiên, sự thất bại của các cơ chế phát triển bình thường chính là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành và phát triển của các khối u ung thư.
Một quan niệm sai lầm phổ biến về ung thư là cho rằng các tế bào ung thư tái tạo nhanh hơn tế bào bình thường Thực tế, nhiều khối u phát triển chậm hơn so với các tế bào lành mạnh, như tế bào biểu mô và tế bào tủy xương Không phải tất cả tế bào ung thư đều tăng sinh vô hạn, nhưng mỗi khối u đều chứa các tế bào khó tồn tại lâu dài do hạn chế trong sự tăng trưởng Sự phát triển này vượt ra ngoài giới hạn thông thường, chèn ép các tổ chức khác và góp phần vào khả năng xâm lấn của tế bào ung thư đối với các cấu trúc lân cận.
1.5.3 Cơ chế tiêu diệt tế bào
Bức xạ ion hóa để lại năng lượng trong môi trường mà nó đi qua, gây ra sự phá hủy tế bào khi electron mất động năng Các phân tử DNA có thể bị đứt do tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của các gốc tự do, trong đó gốc Hydroxyl (OH-) là gốc quan trọng nhất, được tạo ra từ sự ion hóa nước Tác động trực tiếp yêu cầu ion hóa xảy ra bên trong phân tử DNA, trong khi tác động gián tiếp xảy ra trong khoảng cách 100 A° (A° - 10 m).
Vị trí tương tác bên trong DNA đóng vai trò quan trọng trong việc gây ra biến đổi sinh học của tế bào Tổn thương do bức xạ trong DNA có thể tạm thời không ổn định và có khả năng hồi phục về trạng thái ban đầu, không bị biến đổi.
Số lượng tế bào bị tiêu diệt phụ thuộc vào tổng liều, tỷ lệ năng lượng mất trên đường đi của ion và suất liều Mỗi tế bào có xác suất sống sót nhất định, được biểu diễn như một hàm của liều lượng Xác suất sống sót của tế bào có thể được mô tả bằng phương trình mũ đơn giản.
S = e - α D (1.1) Ở đây: - α là độ nhạy cảm bức xạ của tế bào
D là tổng liều lượng bức xạ có thể thu được từ mỗi thể tích bia đơn lẻ, điều này có thể được chứng minh khi xem xét khối u ban đầu chứa một lượng tế bào sống Khi khối u bị chiếu xạ, tế bào sẽ chết do tác động của bức xạ Số lượng tế bào sống còn lại để tiêu diệt sẽ giảm khi có một số tế bào chết đi, và tỷ lệ tế bào bị chết phụ thuộc vào liều lượng bức xạ được phân bố Tỷ lệ sống sót của các tế bào còn lại sẽ liên quan trực tiếp đến liều lượng bức xạ.
Số tế bào sống sót sau một liều lượng D được biểu diễn qua phương trình N, trong đó α là hằng số tỷ lệ Bằng cách biến đổi phương trình này, chúng ta có thể xác định mối quan hệ giữa số lượng tế bào và liều lượng đã áp dụng.
Một yếu tố quan trọng trong xạ trị là tỷ lệ tế bào chết là hằng số, nhưng khi số lượng tế bào ban đầu tăng lên cùng với liều lượng, xác suất toàn bộ tế bào bị tiêu diệt lại giảm Điều này có nghĩa là khối u lớn, khi nhận cùng một liều lượng như khối u nhỏ, sẽ có khả năng sống sót cao hơn Đặc biệt, vùng ít cong ở mức liều lượng thấp chỉ bị chiếu xạ một lần, và chỉ với một hạt bức xạ ion hóa cũng đủ để phá hủy DNA.
Công thức N = Noexp (-αD) mô tả quá trình tiêu diệt tế bào, trong đó sự gia tăng số lần gãy DNA khi liều lượng tăng dẫn đến sự thay đổi lớn về độ dốc trên đường cong sống sót của tế bào Điều này cho thấy rằng, ở mức liều thấp, khả năng hồi phục của DNA khác biệt so với mức liều cao Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET) cao và suất liều cao của bức xạ có khả năng gây đứt DNA nhiều hơn, từ đó làm giảm khả năng hồi phục của tế bào.
1.5.4 Khái niệm “4 liều lượng” (4dose- 4d) trong xạ trị
1.5.4.1 Sự hình dung về liều lượng
Các công cụ thể hiện liều lượng rất quan trọng để đảm bảo rằng thể tích khối u được bao trùm bởi sự phân bố liều lượng cao và đồng đều Nhiều cải tiến đã được thực hiện trong lĩnh vực này thông qua việc phát triển các chương trình đồ họa, cung cấp nhiều góc nhìn khác nhau về sự phân bố liều lượng trên thể tích bia Ví dụ, phần mềm máy tính đã được sử dụng để hỗ trợ trong việc này.
“Hướng nhìn của chùm tia” giúp bác sĩ quan sát sự phân bố liều lượng và cấu trúc giải phẫu theo phối cảnh chùm tia Các “biểu đồ thể tích liều lượng” cho biết thể tích của tổ chức hoặc khối u nhận được từng mức độ liều lượng, từ đó giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố này một cách định lượng.
Không có đảm bảo rằng liều lượng hiển thị trên máy tính là chính xác cho bệnh nhân Tính toán qua máy tính thường được đơn giản hóa để tiết kiệm thời gian, nhằm tái tạo nhiều chùm tia và tối ưu hóa phân bố liều trên vùng cần quan tâm Phương pháp Monte Carlo, mặc dù chính xác cao nhờ các thuật toán tích phân, nhưng lại tốn nhiều thời gian Phương pháp này sẽ trở nên phổ biến hơn khi công nghệ máy tính phát triển với tốc độ tính toán nhanh hơn Việc tính toán chính xác phân bố liều và đơn vị MU/cGy là rất quan trọng để xác định thời gian chiếu xạ tương ứng.
Các thông số vật lý trong xạ trị
1.6.1 Đơn vị liều chiếu (MU) và hệ số công suất ra (OPF) của máy [13]
Chùm bức xạ từ máy gia tốc xạ trị có dạng xung và tín hiệu có thể dao động theo thời gian Để kiểm soát liều lượng phân bố cho bệnh nhân, các máy gia tốc thường được trang bị bộ đầu đo theo dõi chùm tia tại đầu máy, với đơn vị đo là MU (monitor unit) Khi thiết lập sẵn liều phân bố MU, máy gia tốc sẽ tự động phát ra liều lượng bức xạ tương ứng Liều lượng thực tế đến bệnh nhân phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước trường chiếu và hệ số công suất phát ra (OPF), thường được sử dụng để xác định liều phân bố tại một điểm cụ thể trong phantom nước với số MU đã cho.
MU là đơn vị đo liều chiếu phát ra từ máy gia tốc Mối liên hệ giữa liều chiếu và liều hấp thụ (đơn vị Gy) được xác định như sau: Khi máy gia tốc phát ra 1MU, liều hấp thụ đo được trong phantom nước tại trục chùm tia ở độ sâu có liều cực đại là 10 -2 Gy, với khoảng cách từ nguồn đến bề mặt nước là 100cm và kích thước trường chiếu là 10x10cm.
Hình 1.6 Bố trí hình học chiếu xạ trong việc xác định OPF Với khoảng cách SAD = 100 cm, kích thước trường chiếu trong hình (A) là 10 x 10 cm 2 và hình (B) là W x L
Là tỉ số giữa liều lượng đo được tại điểm dmax và số MU phát ra với kích thước trường chiếu là 10 x 10 cm 2 Hình 1.6 (A)
Hệ số công suất cho một truờng kích thước bất kỳ W x L thể hiện trên hình 1.6(B) được tính theo công thức sau:
OPF (WxL) = OPF (dmax, 10x10) x D (dmax, WxL) / D (dmax, 10x10) (1.5)
Hệ số công suất OPF xác định mối quan hệ giữa liều hấp thụ tại điểm liều cực đại trong phantom nước và các kích thước trường chiếu khác nhau.
1.6.2 Liều sâu phần trăm D% (PDD)
Là tỷ số của liều hấp thụ (Dx) tại điểm khảo sát ởđộ sâu X nào đố so với liều hấp thụ cực đại (Dmax) trên trục của chùm tia
Phantom là vật chất có tỷ trọng tương đương với mô cơ thể, được sử dụng để mô phỏng các bộ phận như đầu, thân hoặc toàn bộ cơ thể con người Có nhiều loại phantom, bao gồm phantom rắn làm từ nhựa hữu cơ, phantom chất dẻo (plastic) và phantom nước, sử dụng nước làm thành phần chính.
Cơ sở dữ liệu về phân bố liều của các máy gia tốc xạ trị chủ yếu được đo trong phantom nước, nơi mà liều hấp thụ bức xạ và đặc tính tán xạ gần giống với cơ và mô mềm Nước được lựa chọn làm vật liệu phantom vì tính sẵn có và dễ chế tạo Tuy nhiên, một hạn chế khi sử dụng phantom nước với buồng ion hóa và các đầu đo khác là ảnh hưởng của nước tới đầu đo, trừ khi chúng được thiết kế chống thấm nước.
Nếu đầu đo không thể đặt trong nước, chúng ta cần sử dụng phantom rắn để đo liều Phantom lý tưởng được làm từ vật liệu tương đương mô trong cơ thể con người, với số nguyên tử, số điện tích trên một gam và mật độ khối lượng tương tự Do đó, các vật liệu nhẹ như parafin, nhựa tổng hợp (Polystyrene) và nước thường được sử dụng để chế tạo phantom.
1.6.4 Đường đồng liều - bản đồđồng liều
Để xác định phân bố liều lượng trong chùm tia, cần đo liều trong chùm tia và xác định các điểm có liều lượng tương tự Kết nối những điểm này sẽ tạo thành đường đồng liều, từ đó hình thành bản đồ đồng liều.
Như hình 1.8 minh họa bản đồđồng liều
Để vẽ bản đồ đồng liều, trước tiên cần đo liều cực đại và các giá trị liều lượng tại các độ sâu tương ứng như 90%, 80%, 70%, Sau đó, di chuyển đầu dò trong phantom để xác định các điểm có cùng liều lượng và nối lại với nhau Kết quả thu được là bộ đường cong đồng liều cơ bản trong môi trường nước Để có bộ đường cong đồng liều trong cơ thể người, cần hiệu chỉnh bộ đường cong cơ bản này.
Lọc nêm là dụng cụ hấp thụ bức xạ, có tác dụng làm biến dạng chùm tia theo hướng xác định Thường được chế tạo từ chì, lọc nêm có hình dạng với các góc nghiêng khác nhau, giúp điều chỉnh chính xác hướng của bức xạ.
Góc nêm được xác định liên quan đến đường cong đồng liều, không phải là góc thực của nêm Theo quy ước, góc này được hình thành giữa đường vuông góc với trục trung tâm chùm tia và đường tiếp tuyến với đường đồng liều 50% Thông thường, các nêm góc được thiết kế với các giá trị 15 độ, 30 độ và 45 độ.
Hình 1.9 Đường đồng liều trước khi có nêm (a) và sau khi có nêm (b)
Hệ số truyền qua nêm là tỷ số suất liều trên trục trung tâm của chùm tia khi có và không có nêm Hình 1.9 minh họa đường đồng liều trước (1.9 a) và sau khi có nêm (1.9 b) Góc nêm được xác định bởi đường vuông góc với trục trung tâm chùm tia và đường đồng liều 50%, tại điểm giao nhau của chúng trên trục trung tâm.
Kích thước trường chiếu hình học là phép chiếu lên mặt phẳng vuông góc với trục của chùm bức xạ từ ống định hướng (Collimator), được quan sát từ tâm của nguồn sáng Định nghĩa này áp dụng cho trường chiếu khi nguồn sáng được đặt ở tâm của nguồn bức xạ.
Trường chiếu là giới hạn 50% đường cong liều chuẩn trên mặt phẳng vuông góc với trục chùm bức xạ, xác định tại một khoảng cách cụ thể từ nguồn đến bề mặt phantom.
Về kích thước, trường chiếu xác định bằng hình học phải bằng với trường chiếu xác định bằng phương pháp đo liều.
1.6.7 Kích thước vùng bán dạ (vùng nửa tối-penumbra)
Tương tựnhư chùm ánh sáng, sự giảm liều mà ta quan sát được ở biên chùm tia được gọi là vùng bán dạ
Trong một trường chiếu xạ, liều lượng tại tâm trường đạt 100%, trong khi vùng bán dạ dao động từ 20% đến 0% Các máy gia tốc thẳng thường có kích thước vùng bán dạ khoảng 5 – 7 mm.
Giá trị của đường đồng liều 50% được gọi là giới hạn hình học của trường chiếu xạ
Có hai loại vùng bán dạ:
1.6.7.1.Vùng bán dạ do kích thước nguồn (vùng bán dạ hình học)
Kích thước của nguồn, khoảng cách từ nguồn đến collimator (SCD) và khoảng cách từ nguồn đến bề mặt da (SSD - Source Skin Distance) hay bề mặt phantom (SSD – Source Surface Distance) đều ảnh hưởng đến việc xác định vùng bán dạ Công thức có thể được sử dụng để tính toán vùng này.
Các vùng th ể tích liên quan trong x ạ tr ị
Trong quá trình lập kế hoạch điều trị tia xạ cho bệnh ung thư, việc xác định các loại thể tích là rất quan trọng để lựa chọn kỹ thuật điều trị tối ưu Hình 1.11 minh họa các vùng thể tích trong xạ trị.
Hình 1.11 Các vùng thể tích liên quan cần xác định
1.7.1 Thể tích khối u thô (GTV)
Thể tích khối u thô là chỉ số thể hiện sự lan rộng của tế bào ác tính có thể quan sát hoặc cảm nhận được qua thăm khám Nó bao gồm khối u nguyên phát, các hạch di căn và những di căn khác Thể tích này thường phản ánh giai đoạn phát triển của bệnh, nơi mà mật độ tế bào u đạt mức cao nhất.
Hình dạng, kích thước và vị trí của khối u có thể được xác định qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm kiểm tra lâm sàng như khám và sờ nắn, cũng như sử dụng các kỹ thuật hình ảnh như chụp X-quang.
X, cắt lớp vi tính CT, hay cộng hưởng từ-MRI, siêu âm v.v )
1.7.2 Thể tích bia lâm sàng (CTV)
Thể tích tế bào và mô chứa khối u thô là yếu tố quan trọng, bên cạnh đó cũng cần xem xét các tổ chức nhỏ liên quan khi tiến hành điều trị triệt để khối u.
Kinh nghiệm lâm sàng cho thấy rằng thể tích khối u thô thường có các tổ chức liên quan, bao gồm tế bào ác tính và các đám tế bào nhỏ khó phát hiện Mật độ tế bào u lớn thường tập trung quanh khối u, nhưng giảm dần khi đi về phía mép ngoại vi, thường khoảng 1 cm Thể tích khối u thô cùng với giới hạn bao quanh được gọi là thể tích bia lâm sàng (CTV), cần được xem xét trong điều trị triệt căn Thực tế có thể có từ một đến hai thể tích bia lâm sàng, được phân loại thành bậc 1, bậc 2 Trong một số trường hợp, như điều trị ung thư vú bảo tồn, khối u và các hạch vùng có thể được minh họa riêng biệt về mặt giải phẫu.
Các định nghĩa về thể tích khối u thô và thể tích bia lâm sàng dựa trên nguyên tắc chung của ung thư học, không chỉ áp dụng cho kỹ thuật điều trị bằng chùm tia ngoài Đường biên an toàn quanh thể tích khối u cần được tính toán theo quy định lâm sàng, đồng thời phải hiểu đúng về thể tích bia lâm sàng trong điều trị bằng chùm tia ngoài Khi điều trị tia xạ tại chỗ, các thể tích điều trị được xác định và khái niệm thể tích bia lâm sàng vẫn giữ nguyên Ngoài ra, khái niệm này cũng áp dụng cho các phương thức điều trị khác như hóa chất, điều trị tăng nhiệt, hay quang đông Các thể tích này là cơ sở cho việc chỉ định điều trị và phải được xác định trước khi chỉ định liều lượng.
1.7.3 Thể tích bia lập kế hoạch (PTV)
Thể tích bia lập kế hoạch là khái niệm hình học quan trọng để xác định kích thước chùm tia phù hợp, nhằm tối ưu hóa việc phân bố liều lượng bên trong thể tích bia lâm sàng Để đảm bảo tất cả mô trong thể tích này nhận được liều lượng đã chỉ định, cần lập kế hoạch chiếu xạ cho một thể tích hình học lớn hơn Vị trí, kích thước và hình dạng của thể tích bia lâm sàng và các chùm tia cần có mối quan hệ tọa độ cố định trong một phương, nhưng thực tế điều này thường khó đạt được Sự khác biệt trong các đợt phân chia liều lượng và thời gian có thể xuất phát từ nhiều yếu tố khác nhau.
1 Sự chuyển động của các thể tích bia (chẳng hạn sự hít thở, cử động của bệnh nhân).
2 Những khác nhau về kích thước hình dạng của các tổ chức chứa bia lâm sàng (chẳng hạn sự chứa đầy hay vơi của bàng quang ).
3 Những sự khác nhauvề tính chất hình học của chùm tia (chẳng hạn kích thước, hướng của (các) chùm tia
Tùy thuộc vào lâm sàng như vị trí và kích thước khối u, thể tích bia lập kế hoạch có thể trùng với thể tích bia lâm sàng, đặc biệt là đối với các khối u nhỏ trên da hoặc khối u tuyến yên Ngược lại, trong một số trường hợp như khối u phổi, thể tích lập kế hoạch có thể lớn hơn.
Thể tích bia lập kế hoạch trong điều trị ung thư có thể vượt quá biên giới giải phẫu bình thường, bao gồm cả các cấu trúc xương không ảnh hưởng lâm sàng, và trong một số trường hợp, có thể mở rộng ra ngoài cơ thể bệnh nhân, như trong điều trị các trường chiếu tiếp tuyến cho ung thư vú.
Khi xác định thể tích bia trong kế hoạch điều trị, cần đánh giá kỹ lưỡng các yếu tố như sự phân bố chùm tia, cấu trúc giải phẫu và việc sử dụng dụng cụ cố định bệnh nhân để đảm bảo hiệu quả tối ưu cho thể tích bia lâm sàng đã cho.
Thể tích điều trị là không gian được xác định bởi đường đồng liều trên bề mặt, được các chuyên gia tia xạ lựa chọn và xác định nhằm đạt được hiệu quả điều trị tối ưu.
Liều lượng lý tưởng nên được phân bố trên thể tích bia lập kế hoạch, nhưng do hạn chế kỹ thuật điều trị, điều này khó thực hiện hoàn toàn Kết quả là, cần xác định một thể tích điều trị Khi đã chọn liều lượng tối thiểu cho thể tích bia lập kế hoạch một cách phù hợp, trong một số trường hợp, thể tích điều trị có thể gần tương đương với thể tích bia lập kế hoạch Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp khác, thể tích điều trị lại lớn hơn nhiều so với thể tích bia lập kế hoạch.
Để nhận biết thể tích điều trị, kích thước và hình dạng của nó là những thông số quan trọng Sự tái phát thường xảy ra trong thể tích điều trị nhưng lại nằm ngoài thể tích bia lập kế hoạch Thực tế cho thấy, tái phát trong trường chiếu là do liều lượng không đủ được chỉ định do thể tích đã xác định chưa phù hợp.
1.7.5 Thể tích chiếu xạ (IV)
Thể tích chiếu xạ là khối lượng mà các mô nhận được liều lượng có ý nghĩa, liên quan đến tổng liều mà các mô khỏe mạnh có thể chịu đựng.
So sánh thể tích điều trị và thể tích chiếu xạ cho các phân bố chùm tia khác nhau là một yếu tố quan trọng trong quá trình lập kế hoạch điều trị.
1.7.6 Các tổ chức nguy cấp (OAR)
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Máy gia tốc xạ trị VARIAN D-2300
2.1.1 Cấu tạo chung của máy gia tốc VARIAN D-2300
Hình ảnh của máy gia tốc xạ trịVarian được thể hiện trên hình 2.1
Hình 2.1 Máy gia tốc VARIAN D-2300 [5,10]
2.1.1.1 Sơ đồ khối của máy gia tốc tuyến tính:
Sơ đồ khối của tổ hợp máy gia tốc thể hiện các chức năng chính và sự tương tác giữa các bộ phận Các electron được sinh ra từ súng điện tử, được điều chế thành các xung thích hợp và phun vào buồng tăng tốc Năng lượng cấp cho electron được lấy từ bộ phát sóng siêu cao tần Varian D-2300 với tần số khoảng 3000 MHz, sử dụng "van" Klystron Trong buồng tăng tốc, electron được điều khiển bằng hệ thống hội tụ từ trường và lái tia, sau đó được dẫn ra đầu máy điều trị để phát chùm tia phục vụ cho quá trình điều trị.
Hình 2.2 Sơ đồ khối minh họa các bộ phận khác nhau của máy gia tốc [4]
Máy gia tốc bao gồm nhiều bộ phận phụ trợ quan trọng như tổ hợp điều khiển, hệ thống khóa liên động, hệ thống làm nguội và hệ thống chân không, giúp đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Hình 2.3 minh họa sơ đồ cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính, trong đó ống dẫn sóng gia tốc được bố trí song song với các trục của cần máy trong dàn quay.
Hình 2.3 : Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính dùng trong y tế
2.1.1.2 Sơ đồ chi tiết các bộ phận trong máy gia tốc tuyến tính
Hình 2.4 xác định các thành phần chính chứa trong khung đỡ và dàn quay của máy gia tốc
Hình 2.4: Sơđồ mặt cắt một máy gia tốc Varian D-2300 dùng trong xạ trị [10]
Các bộ phận chính của máy gia tốc gồm có:
• Súng điện tử: cung cấp nguồn electron đưa vào ống dẫn sóng
• Ống dẫn sóng: mang nguồn công suất vi sóng này tới cấu trúc gia tốc.
• Klystron (hoặc magnetron): cung cấp một nguồn vi sóng để gia tốc các electron.
Circulator là một thiết bị quan trọng được sử dụng trong ống dẫn sóng gia tốc, với chức năng chính là cách ly klystron khỏi các sóng vi ba phản xạ từ cấu trúc gia tốc.
Hệ thống làm mát nước giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho các thành phần trong cấu trúc gia tốc bằng cách giải phóng năng lượng nhiệt.
• Cấu trúc gia tốc: gồm một loạt các khoang vi sóng được cấp năng lượng bởi klystron qua ống dẫn sóng
Từ trường uốn là quá trình uốn cong các electron phát ra từ cấu trúc gia tốc quanh một đường vòng, nhằm hội tụ chùm electron vào bia để tạo ra tia X hoặc sử dụng trực tiếp chùm electron cho mục đích điều trị.
• Đầu điều trị: bao gồm thiết bị định dạng và theo dõi chùm tia.
Giường điều trị được điều khiển bằng tay điều khiển bởi nhà trị liệu, cho phép điều chỉnh vị trí bệnh nhân trên giường theo ba chiều Hầu hết các giường này xoay quanh trục đứng qua điểm đồng tâm, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình chăm sóc bệnh nhân.
Bàn điều khiển là trung tâm hoạt động của máy gia tốc, cung cấp xung định thời để khởi động mỗi xung bức xạ và theo dõi các hoạt động chính, bao gồm liều điều trị cho từng bệnh nhân Việc điều trị chỉ được thực hiện khi các thông số điều trị nằm trong giới hạn đã được thiết lập trước.
2.1.2 Ống dẫn sóng gia tốc Ống dẫn sóng là cấu trúc kim loại được hút chân không, có dạng ống với mặt cắt của nó hình chữ nhật được sử dụng để truyền sóng vi ba Ống dẫn sóng gia tốc đã được phát triển cho máy gia tốc của hãng Varian là: cấu trúc sóng đứng Chúng được minh họa trên hình 2.5 Trong cấu trúc sóng đứng, tại mỗi đầu cuối của ống dẫn sóng gia tốc được giới hạn bằng một đĩa dẫn để phản hồi công suất vi sóng với sựthay đổi pha , kết quả là có sự tập hợp sóng đứng trong ống dẫn sóng Trong cấu trúc này, tất cả các thời điểm, mọi khoang chẵn đề không mang điện nên không tạo nên sự khuếch đại năng lượng điện tử.Do đó, các khoang này chỉ làm việc như các khoang nối ghép và có thể chuyển dịch ra khỏi mép của ống dẫn sóng nên làm giảm đáng kể kích thước ống dẫn sóng (khoảng 50%).
Đường kính ngoài của ống gia tốc sóng khoảng 15cm, bao gồm cả vỏ chứa nước làm nguội Chiều dài của ống tăng tốc dao động từ 1-3 m, tùy thuộc vào năng lượng của electron.
Hình 2.5 Ống dẫn sóng gia tốc sóng đứng [19]
2.1.3 Nguồn cung cấp sóng cao tần
Một “van” điều biến tốc độ, gồmkhoang tạo thành những bó điện tử, một không gian dẫn và một bộ bắt electron được gọi là Klystron.
Hình 2.6 Sơ đồ của klystron
Klystron hoạt động như một bộ khuếch đại công suất vô tuyến, sử dụng sự tăng và giảm tốc của electron để tạo ra sóng vi ba với công suất đỉnh từ 5 đến 30 MW Các electron được sinh ra từ sợi cathode nung nóng và được gia tốc về phía các khoang tiếp đất bằng cách áp dụng một xung điện áp âm vào cathode, sau đó đi qua hai khoang cộng hưởng.
Khoang đầu tiên là khoang vào, nơi tạo ra bó electron, được kích thích bởi bộ tạo dao động công suất thấp (RF driver) Khoang thứ hai là khoang bẫy electron, nơi phát ra nguồn RF công suất cao từ klystron.
Hình 2.7: Đầu điều trị của một máy gia tốc tuyến tính
Đầu máy của máy giátốc tuyến tính trong y tế, như hình 2.7, bao gồm một bia tia X có thể rút vào, các bộ lọc phẳng chùm tia, cuộn lái chùm tia electron, cùng với các collimator sơ cấp và thứ cấp Thiết bị này còn có các buồng ion hóa cho phép truyền qua, đèn xác định trường chiếu, bộ đo xa, và các nêm có thể lắp vào tùy mục đích sử dụng Chùm electron điều trị được tạo ra từ việc thu bia vào và bộ lọc phẳng từ chùm tia hình bút chì, với các applicator dùng để định dạng chùm tia.
Hình 2.8 trình bày các thành phần chính của đầu điêu trị máy gia tốc tuyến tính với hai loại chùm: (a) chùm photon và (b) chùm electron Mỗi loại chùm này đều có sự kết hợp giữa bộ lọc phẳng và bộ lọc tán xạ tương ứng, điều này giúp tối ưu hóa năng lượng của chùm photon hoặc electron trong quá trình điều trị.
Collimator sơ cấp đóng vai trò quan trọng trong việc giới hạn kích thước trường cực đại cho xạ trị bằng chùm tia X Kích thước của trường điều trị được xác định bởi collimator thứ cấp, bao gồm bốn khối kim loại dày, thường được chế tạo từ vonfram.
Quy trình ứ ng d ụ ng k ỹ thu ậ t n ử a chùm tia trong x ạ tr ị
Bệnh nhân được xạ trị sẽ lần lượt theo các quy trình được thể hiện như trên hình 2.10 [14]
Hình 2.10 Mô hình hệ thống đồng bộ các thiêt bị xạ trị
Bằng các biện pháp CT scanner, siêu âm, X-quang,…để biết thể tích bia cần chiếu.Biết rõ những đặc điểm bệnh lý của khối u.
Khi lựa chọn phương pháp điều trị, cần xác định phương pháp phù hợp như chỉ sử dụng xạ trị, phối hợp phẫu thuật và hóa trị, hoặc áp dụng cả hai phương pháp Đồng thời, cần chọn loại tia xạ thích hợp, có thể chiếu từ bên ngoài hoặc sử dụng xạ áp sát tại khối u.
Liều tối ưu và thể tích chiếu xạ cần được xác định dựa trên vị trí giải phẫu, loại mô học, độ ác tính của khối u, cũng như các cấu trúc lành tính trong vùng điều trị.
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch điều trị TPS
Hệ thống phần mềm lập kế hoạch điều trị TPS
Khuôn chắn tia nhiều lá giúp định vị bệnh nhân chính xác, đánh giá từng giai đoạn và thể lực của họ Điều này cho phép theo dõi sự đáp ứng của khối u cũng như tình trạng của tổ chức lành trong khu vực điều trị.
Việc điều trị ung thư bằng tia xạ cần chú ý đến kỹ thuật chi tiết để giảm thiểu nguy cơ tái phát và bảo vệ mô lành Để kiểm soát hiệu quả vùng điều trị, việc phân bố liều chính xác là rất quan trọng, nhằm hạn chế tối đa các biến chứng có thể xảy ra.
2.2.2 Trục tọa độ trong lập kế hoạch xạ trị
Hình 2.11 Trục tọa độ quy ước trên người bệnh
Trục tọa độ ba chiều X, Y, Z trên bệnh nhân được bố trí quy ước với các hướng của trục tọa độnhư sau:
Trục X theo chiều ngang của bệnh nhân từ phải sang trái của bệnh nhân
Trục Y theo chiều dọc bệnh nhân chiều từchân lên đầu
Trục Z theo chiều dày của bệnh nhân khi nằm ngửa điều trị từsau lên trước
Việc hiểu rõ hướng của các trục tọa độ trên bệnh nhân trong quá trình xạ trị là rất quan trọng để xác định tọa độ của bất kỳ điểm nào trên cơ thể bệnh nhân Các điểm gốc ban đầu (0;0;0) được đánh dấu bằng chì trong quá trình chụp mô phỏng, cùng với điểm tâm điều trị isocenter và các vị trí mốc biên của các trường chiếu, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của liệu pháp điều trị.
Hình 2.11 thể hiện các trục tọa độquy ước trên người bệnh nhân
Kỹ thuật nửa chùm tia được áp dụng cho các bệnh nhân ung thư amidan, vòm, lưỡi, hạ họng, sàn miệng, cũng như ung thư vùng đỉnh phổi, vú, thực quản cổ và toàn bộ hạch cổ thấp Phương pháp này cũng được xem xét cho những bệnh nhân có khả năng cao di căn hạch cổ Sau khi xác định đối tượng, quá trình mô phỏng sẽ được tiến hành để xác định chính xác vị trí của khối u và vùng hạch cổ.
2.2.3 Phương pháp phân bốtrường chiếu xạ
2.2.3.1 Các phương pháp thông thường
Dưới đây diễn tả các phương pháp sắp xếp trường chiếu xạ cho các vùng liền kề theo cách cổđiển
Hình 2.12 Ghép hai trường chiếu có đường biên giáp nhau
Hình 2.12 minh họa cách ghép hai trường chiếu có biên liền kề trên bề mặt da bệnh nhân, dẫn đến vùng bị quá liều do tính phân kỳ của các trường chiếu, gây chồng trường tại độ sâu dưới bề mặt da Để giảm thiểu quá liều tại vị trí dưới da, người ta áp dụng phương pháp ghép hai trường chiếu liền kề với khoảng cách nhất định trên bề mặt da, như thể hiện trong hình 2.13 Tuy nhiên, cách làm này lại tạo ra một vùng nông dưới da bị thiếu liều tại khoảng cách đó.
Tại khoa xạ bệnh viện K, một kỹ thuật đã được áp dụng trong nhiều năm nhằm giảm thiểu tác động của chùm tia phân kỳ Kỹ thuật này bao gồm việc quay giường điều trị tại các trường chiếu phía hai bên và quay thân máy cho trường hạch cổ thấp thẳng trước, với giường được quay ngang 90 độ Mục tiêu chính của tiến trình này là đảm bảo biên của chùm tia thẳng không bị xiên tại mặt phẳng tiếp giáp Khi sử dụng kỹ thuật này trong xạ trị, cần tránh chọn mặt phẳng tiếp giáp tại vị trí có tổn thương để không làm thiếu liều tại đó Việc áp dụng kỹ thuật này cũng dẫn đến trường chiếu xạ lớn hơn do biên phía xa của trường chiếu bị xiên hơn do thân máy quay.
Hình 2.13 Ghép hai trường chiếu có khoảng cách với nhau
Kỹ thuật này giúp hạn chế sự chồng chéo và thiếu liều do tính phân kỳ của chùm tia, nhưng phương pháp này thường phức tạp và tốn thời gian, dẫn đến khả năng gặp sai số trong việc thiết lập điều trị cho bệnh nhân Để đảm bảo phân bố liều đồng đều, độ chính xác trong việc thiết lập tư thế bệnh nhân và các thông số của máy của kỹ thuật viên là yếu tố rất quan trọng, nhưng độ tin cậy lại không cao.
Hình 2.14 Ghép trường chiếu bằng cách xoay bệnh nhân [4]
2.2.3.2 Những vấn đềthường gặp trong phân bốtrường chiếu
Xạ trị cho bệnh nhân ung thư đầu cổ tại khoa Xạ Bệnh Viện K Hà Nội diễn ra thường xuyên hơn so với các loại ung thư khác Khối u ở vùng đầu cổ thường được điều trị bằng phương pháp chiếu xạ với hai trường chiếu đối bên.
Sự phân bố chiếu xạ mang lại nhiều lợi thế, bao gồm khả năng bao phủ khối u nguyên phát và vùng hạch cổ trong cùng một trường Kỹ thuật này cho phép chiếu xạ đồng đều cả bên cùng và đối bên khi khối u gần đường trung tâm hoặc có tổn thương ở vùng trải rộng đối bên Tuy nhiên, vùng cổ thấp và thượng đòn không thể được bao phủ do vướng vai của bệnh nhân, và cần sử dụng thêm trường thẳng trước sau khi chiếu xạ những vùng này Một ưu điểm là có thể che chắn thanh quản nếu biên dưới của trường bên được đặt đủ cao, giúp tránh quá liều tại tủy sống khi trường chiếu thượng đòn che chắn ở vùng giữa Đối với những khối u trải rộng tới hạ hầu hoặc gần thực quản, cần điều trị với độ rộng cần thiết để không làm thiếu hụt liều tại u.
Có nhiều kỹ thuật được áp dụng để khớp hai trường chiếu tại đầu cổ với trường chiếu thượng đòn, nhưng tất cả đều gặp phải vấn đề về “điểm lạnh” và “điểm nóng” ở vị trí tiếp giáp Vấn đề này rất quan trọng trong điều trị hạch hoặc khối u nguyên phát “Điểm lạnh” dẫn đến thiếu liều tại vị trí tổn thương, khiến tế bào ác tính không được kiểm soát, có thể gây ra bệnh kéo dài hoặc di căn Ngược lại, “điểm nóng” có thể gây viêm, sơ hóa hoặc hoại tử, ảnh hưởng đến mô lành và tạo ra nguy cơ chồng liều ở tủy sống Do đó, cần có khối chì bảo vệ tủy, nhưng vẫn phải đảm bảo hiệu quả trong điều trị hoặc kiểm soát khối u.
Trong lập kế hoạch xạ trị cho bệnh nhân ung thư đầu cổ, vấn đề phân kỳ của chùm tia và sự chồng chéo hay thiếu liều ở các trường chiếu tiếp giáp là rất quan trọng Kỹ thuật xạ trị thường được áp dụng cho khối u nguyên phát và tầng hạch cổ cao là sử dụng hai trường đối bên, trong khi xạ cổ thấp thường dùng một trường thẳng trước khi không có hạch cổ Đối với trường hợp có hạch cổ, kỹ thuật chiếu xạ hai trường thẳng trước-sau có che tủy ở trường dưới (góc 180 độ) được khuyến nghị Tuy nhiên, sự không đồng nhất của liều xạ ở mặt phẳng giáp ranh là một thách thức lớn trong điều trị thông thường, do chùm tia có sự phân kỳ Nếu biên của hai trường được kết hợp liền kề nhau trên bề mặt da, sẽ tạo ra vùng quá liều ở độ sâu dưới da, trong khi nếu có khoảng cách giữa các trường, sẽ xuất hiện vùng thiếu liều tại khu vực đó.
Kỹ thuật nửa chùm tia (half beam) được áp dụng để cải thiện liều lượng không đồng nhất tại khu vực giáp ranh trong điều trị ung thư đầu cổ, mang lại hiệu quả tốt hơn so với các phương pháp điều trị thông thường.
Khi áp dụng kỹ thuật điều trị này, khối u nguyên phát và vùng hạch lân cận được chiếu bằng hai trường, trong khi nửa trường dưới được đóng lại Vùng hạch cổ thấp được điều trị bằng trường chiếu thẳng trước hoặc hai trường chiếu trước-sau, với nửa phía trên đóng và nửa phía dưới mở Kỹ thuật nửa trường chiếu tạo ra một mặt phẳng thông thường tại trục trung tâm của hai trường, giúp ngăn ngừa tình trạng quá liều hoặc thiếu liều do sự chồng chéo hoặc khoảng cách giữa các trường chiếu.