Tài liệu Nghiên cứu phương pháp đo và tái tạo liều 3d trong đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò matrixxdolphin

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu phƣơng pháp đo và tái tạo liều 3D trong đánh giá chất lƣợng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin Lê Văn Tình Ngành K thuật Hạt nh n Giảng viên hƣớng dẫn: Viện: TS. Nguyễn Văn Thái V t l K thu t HÀ NỘI, 10/2022 1 Chữ k của GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: LÊ VĂN TÌNH Đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp đo và tái tạo liều 3D trong đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin” Chuyên ngành: K thu t Hạt nhân Mã số HV: 20202112M Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thái Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm lu n văn xác nh n tác giả đã sửa chữa, bổ sung lu n văn theo biên bản họp Hội đồng ngày13/10/2022 với các nội dung sau:  Bổ sung danh mục các k hiệu toán học  Giảm số lượng các trích dẫn không cần thiết  Sắp xếp lại hợp l vị trí các hình vẽ và bảng biểu  Sửa đổi lại bố cục trình bày sao cho hợp l , dễ hiểu  Biện lu n và giải thích chi tiết hơn về kết quả lu n văn.  Rút ra những nhược điểm của nghiên cứu  Chỉnh sửa lại lỗi đánh máy và chính tả Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2022 Ngƣời hƣớng dẫn Tác giả luận văn TS. Nguyễn Văn Thái Lê Văn Tình CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS. Trần Kim Tuấn THƢ VIỆN TẠ QUANG BỬU Xác nh n đã nh n lại lu n văn sau sửa chữa mã số …………………. Ngày……tháng……năm 2022 (Ký ghi rõ họ tên) 2 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài tiếng Việt: Nghiên cứu phương pháp đo và tái tạo liều 3D trong đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin Tên đề tài tiếng Anh: A study on dose measurement and 3D reconstruction method in TPS QA using MatrixX/Dolphin Detector Giáo viên hướng dẫn Ký và ghi rõ họ tên TS. Nguyễn Văn Thái 3 LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan: Lu n văn “Nghiên cứu phương pháp đo và tái tạo liều 3D trong đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin” là công trình nghiên cứu của riêng học viên dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Văn Thái, tại bộ môn K thu t Hạt nhân và V t l Môi Trường, Viện V t l K thu t, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Lu n văn có tham khảo các nghiên cứu và tài liệu khác nhau trong và ngoài nước, tất cả đều đã được trích dẫn đầy đủ. Các số liệu trong lu n văn được sử dụng trung thực, kết quả được trình bày trong lu n văn chưa từng được bất kỳ tác giả nào công bố trong các công trình khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Cao học Giáo viên hướng dẫn Ký và ghi rõ họ tên Ký và ghi rõ họ tên TS. Nguyễn Văn Thái 4 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành lu n văn này, tôi xin bày t lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Văn Thái đã t n tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đ tôi hoàn thành lu n văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện V t l K thu t, c ng các thầy trong bộ môn K thu t Hạt nhân và V t l Môi trường đã t n tình giảng dạy và giúp đ hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học t p và thực hiện lu n văn. Cuối c ng tôi xin bày t lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn ở bên động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tôi học t p tốt. Hà Nội, ngày tháng Tác giả lu n văn K và ghi rõ họ tên 5 năm 2022 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Ung thư là một loại bệnh phổ biến mà có thể được tiêu diệt với bức xạ ion hóa cái mà được gọi là xạ trị. Với những khối u năm gần các tổ chức nguy cấp, Xạ trị điều biến liều (IMRT) và xạ trị điều biến thể tích cung tròn (VMAT) được sử dụng ngày càng phổ biến trong lâm sàng. Những kĩ thu t này cho phép tạo phân bố liều cao ph hợp tại thể tích u và giảm liều nhanh chóng với các thể tích phức tạp nằm gần tổ chức nguy cấp. Theo Hiệp hội V t l Y học M (AAPM), trước khi đưa kĩ thu t vào thực hành lâm sàng (IMRT commissioning), việc cần thực hiện đầu tiên là phải xác định định lượng được các giới hạn tin c y (CL: Confidence limits), là tiêu chí kiểm định IMRT cho mỗi bệnh nhân sau này. Sau đó, đối với mỗi bệnh nhân có chỉ định điều trị IMRT, trước khi điều trị cần tiến hành kiểm định và so sánh giữa kết quả tính toán mô ph ng điều trị với kết quả thực tế đo đạc. Tuy nhiên, sau khi tính toán mô ph ng trên bệnh nhân, toàn bộ các thông số của hệ thống máy điều trị sẽ được chuyển sang thực hiện trên phantom để biết được phân bố liều trên phantom, và phân bố liều cũng được đo đạc tại một vài điểm, hoặc trên một mặt phẳng (2D) trên chính phantom này. Sở dĩ có việc kiểm định giữa tính toán mô ph ng và việc thực hiện thực tế của máy vì IMRT, VMAT là một điều trị phức tạp, tổng liều phát lớn (MU: Monitor Units), việc tính toán mô ph ng được thực hiện trên cơ sở dữ liệu ban đầu của máy (baseline) có thể có sai khác một cách hệ thống (có xu hướng rõ rệt theo thời gian) hoặc sai khác ngẫu nhiên (liên quan đến tính ổn định của hệ thống máy), tính đến thời điểm hiện tại. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều các thiết bị thương mại sử dụng trong kiểm tra kế hoạch trước điều trị để đảm bảo khả năng thực thi của máy gia tốc với các phương pháp đo liều 1D, 2D, 3D được sử dụng phổ biến trong QA kế hoạch trước điều trị. Các thiết bị này đo và thu th p xử l số liệu dựa trên công cụ phân tích là phân tích Gamma (đánh giá qua tiêu chí gamma index và gamma pass rate). Một vấn đề cần đặt ra là: Với mỗi thiết bị đo liệu có cho ra kết quả về chỉ số gamma và gamma pass rate là giống nhau khi thực hiện c ng một phương pháp đo liều? nếu không giống nhau thì cái nào là đúng?, cái nào sai? Người thực hiện sẽ chấp nh n kết quả nào khi kiểm tra kế hoạch trước điều trị?. Chúng ta vẫn biết, các thiết bị thương mại đo liều, QA trước và trong điều trị khi chúng ta mua 6 đều được cấp phép sử dụng trong xạ trị. V y lí do tại sao lại có sự khác biệt như v y. Điều này được chỉ ra trong tài liệu hướng dẫn của hiệp hội Y V t l M (AAPM) trong báo cáo 119 ( TG119) về việc thực hiện commissioning hay thiết l p kiểm tra thiết bị đo liều dung trong QA kế hoạch nhằm xác định giới hạn tin c y của thiết bị đó ( the local confidence limit) so sánh với confidence limit được đưa ra trong TG119 và đưa ra mức xử trí ( action level) khi sử dụng từng loại thiết bị trong kiểm tra kế hoạch trước điều trị. Tác giả nh n thấy tính cấp thiết của việc thực hiện kiểm tra khảo sát sử dụng thiết bị đo liều trước khi đưa vào sử dụng tại Khoa cũng như thực hiện trên các bệnh nhân, do đó để đáp ứng được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra lu n văn đã thực hiện nghiên cứu phương pháp đo và tái tạo liều 3D sử dụng đầu dò mảng khoa V t l Xạ trị, Bệnh viện K (Dolphin) với 30 kế hoạch xạ trị đối với 30 bệnh nhân tại các v ng: đầu cổ, v ng thân, v ng khung ch u thực hiện trên hệ thống l p kế hoạch xạ trị Monaco v5.11.01 được lựa chọn ngẫu nhiên từ cơ sở dữ liệu lâm sàng. Kết quả so sánh phân bố liều 2D được thực hiện so với thiết bị matrixx hiện có trong khoa để đưa ra giới hạn tin c y và hướng xử trí khi dùng thiết bị Dolphin trong lâm sàng, Kết quả đo đạc 3D được đánh giá so sánh với phân bố liều tính toán bởi hệ thống TPS, mặt khác sử dụng làm dữ liệu đầu vào phần mềm COMPASS để tái tạo phân bố liều 3D và so sánh đối chiếu với các phân bố tính toán bởi hệ thống TPS và phần mềm COMPASS thông qua các thông số và tiêu chí đánh giá. Các kết quả cho thấy khả năng áp dụng các tiêu chí được khuyến cáo bởi nhóm công tác AAPM TG 218 là ph hợp và áp dụng được tại cơ sở. Nghiên cứu đã thực hiện được các mục tiêu đề ra. Qua các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy thiết bị Dolphin khi thực hiện kiểm định 2D có thể hoàn toàn dựa theo các nghiên cứu của thế giới như ESTRO 2008 và AAPM TG119 về kiểm định 2D các kế hoạch IMRT, VMAT, đây có thể là thiết bị tham chiếu với các thiết bị hiện có trong khoa cũng như các phương pháp đo liều 1D với buồng ion hóa FC-65, 2D như MatriXX. Thiết bị Dolphin với ưu điểm vượt trội trong việc thực hiện kiểm định các kế hoạch IMRT, VMAT với các khối u nh . Bởi các buồng ion hóa của nó ph hợp với việc đo đạc các trường chiếu nh với độ chính xác cao hơn các thiết bị khác hiện có trong khoa (theo TRS 483 về thực hiện đo liều các trường chiếu nh ). 7 Tuy nhiên, việc tái tạo phân bố liều 3D thường mất nhiều thời gian cho một trường hợp nên trong thực hành thường quy thì các thiết bị đo liều 2D vẫn được sử dụng phổ biến. Đối với các trường hợp khó, khối u nh , hay xạ trị giảm phân liều thì việc sử dụng thiết bị Dolphin là một ưu thế để đánh giá kế hoạch xạ trị. Từ khoá:. COMPASS, tranmission detector, Dolphin, Matrixx… 8 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT ................................................................... 10 DANH MỤC CÁC HÌNH V , ĐỒ THỊ ........................................................... 11 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... 12 MỞ Đ U .............................................................................................................. 13 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 16 1.1 K thu t xạ trị và đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị................................. 16 1.2 Phương pháp tái tạo liều 3D dựa trên kết quả đo đạc 2D ............................. 30 1.3 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu của lu n văn .......................................... 32 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................. 34 2.1 Thu t toán tính toán liều 3D trong hệ thống COMPASS ............................. 34 2.2 Phương pháp tái tạo liều 3D ......................................................................... 44 2.3 Bài toán nghiên cứu ...................................................................................... 49 CHƢƠNG 3. K T QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................... 55 3.1 Kết quả 2D .................................................................................................... 55 3.2 Kết quả 3D .................................................................................................... 57 K T LUẬN ......................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 65 9 DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT Từ viết tắt 3D-CRT AAPM AL BEV CC CR CT CL COMPASS D95 D2 DVH GPR IMRT LINAC MU MLC OAR QA TERMA TPS VMAT Tiếng Anh Three Dimension Conformal Radiation Therapy American Association of Physicists in Medicine Action level Beam Eye View Compass Computed Compass Reconstructed Computed Tomography Confidence limit Tiếng Việt Xạ trị tương thích ba chiều Hiệp hội Y V t l M Mức xử trí Trường nhìn Tính liều trên Compass Tái tạo liều trên Compass Chụp cắt lớp vi tính Giới hạn tin c y Tên phần mềm Dose of 95% volume 95% thể tích nh n liều Dose of 2% volume 2% thể tích nh n liều Dose Volume Histogram Giản đồ liều lượng thể tích Gamma pass rate Phần trăm gamma đạt Intensity Modulated Xạ trị điều biến liều Radiation Therapy Linear Accelerator Máy gia tốc tuyến tính xạ trị Monitor Unit Đơn vị liều máy Multi-leaf Collimator Hệ chuẩn trực đa lá Organs At Risk Cơ quan cần bảo vệ có nguy cơ nh n liều cao Quality Assurance Đảm bảo chất lượng Total Energy Released to Tổng năng lượng thoát ra do Media chiếu xạ Treatmeant Planning Hệ thống l p kế hoạch xạ trị System Volumetric Modulated Xạ trị điều biến thể tích cung Arc Therapy tròn 10 DANH MỤC CÁC HÌNH V , ĐỒ THỊ Hình 1. Kế hoạch xạ trị boost liều đồng thời vào u và hạch [2]. .................... 17 Hình 2. K thuật xạ trị VMAT. ......................................................................... 20 Hình 3. Lƣới tính toán TERMA ........................................................................ 35 Hình 4. Đƣờng cong hệ số suy giảm tuyến tính của nƣớc ............................... 36 Hình 5. Mô tả 3D Sphere point kernel .............................................................. 40 Hình 6. Tính toán TERMA ................................................................................ 43 Hình 7. Lƣu đồ tái tạo liều ................................................................................. 44 Hình 8. Thiết bị đo liều MatriXX và Dolphin .................................................. 47 Hình 9. Biểu đồ thể tích liều .............................................................................. 48 Hình 10. Bố trí hệ đo .......................................................................................... 49 Hình 11. Biểu đồ thể tích liều ............................................................................ 51 Hình 12. Lƣu đồ tính toán 1. ............................................................................. 53 Hình 13. Lƣu đồ tính toán 2. ............................................................................. 53 Hình 14. Lƣu đồ tính toán 3. ............................................................................. 54 Hình 15. Lƣu đồ tính toán 4. ............................................................................. 54 11 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Cơ sở dữ liệu đo đạc IMRT QA đã công bố [24] ............................... 27 Bảng 2. Thông số thiết bị đo MatriXX/Dolphin .............................................. 45 Bảng 3. Thông số kế hoạch xạ trị ...................................................................... 50 Bảng 4. Các chế độ đo ........................................................................................ 51 Bảng 5. Đánh giá giá trị GPR với các vùng khác nhau ................................... 55 Bảng 6. Kết quả so sánh tính toán liều (CC) với TPS ..................................... 57 Bảng 7. Kết quả so sánh giá trị Gamma tái tạo (CR) trong COMPASS với TPS........................................................................................................ 58 Bảng 8. So sánh sự chênh lệch các cơ quan vùng ngực ................................... 59 Bảng 9. So sánh sự chênh lệch của một số cơ quan giữa đo đạc thực tế và tính toán TPS vùng khung chậu (cGy). ............................................. 59 Bảng 10. So sánh tính toán ph n bố liều 3D trong COMPASS với tái tạo 3D trong COMPASS và TPS vùng đầu cổ .............................................. 60 Bảng 11. So sánh tính toán ph n bố liều 3D trong COMPASS với tái tạo 3D trong COMPASS và TPS vùng ngực bụng ....................................... 61 Bảng 12. So sánh tính toán ph n bố liều 3D trong COMPASS với tái tạo 3D trong COMPASS và TPS vùng khung chậu ..................................... 62 12 MỞ Đ U Ung thư là một loại bệnh phổ biến mà có thể được tiêu diệt với bức xạ ion hóa cái mà được gọi là xạ trị. Với những khối u năm gần các tổ chức nguy cấp, Xạ trị điều biến liều (IMRT) và xạ trị điều biến thể tích cung tròn (VMAT) được sử dụng ngày càng phổ biến trong lâm sàng. Những kĩ thu t này cho phép tạo phân bố liều cao ph hợp tại thể tích u và giảm liều nhanh chóng với các thể tích phức tạp nằm gần tổ chức nguy cấp. Theo Hiệp hội V t l Y học M (AAPM), trước khi đưa kĩ thu t vào thực hành lâm sàng (IMRT commissioning), việc cần thực hiện đầu tiên là phải xác định định lượng được các giới hạn tin c y (CL: Confidence limits), là tiêu chí kiểm định IMRT cho mỗi bệnh nhân sau này. Sau đó, đối với mỗi bệnh nhân có chỉ định điều trị IMRT, trước khi điều trị cần tiến hành kiểm định và so sánh giữa kết quả tính toán mô ph ng điều trị với kết quả thực tế đo đạc. Tuy nhiên, sau khi tính toán mô ph ng trên bệnh nhân, toàn bộ các thông số của hệ thống máy điều trị sẽ được chuyển sang thực hiện trên phantom để biết được phân bố liều trên phantom, và phân bố liều cũng được đo đạc tại một vài điểm, hoặc trên một mặt phẳng (2D) trên chính phantom này. Sở dĩ có việc kiểm định giữa tính toán mô ph ng và việc thực hiện thực tế của máy vì IMRT, VMAT là một điều trị phức tạp, tổng liều phát lớn (MU: Monitor Units), việc tính toán mô ph ng được thực hiện trên cơ sở dữ liệu ban đầu của máy (baseline) có thể có sai khác một cách hệ thống (có xu hướng rõ rệt theo thời gian) hoặc sai khác ngẫu nhiên (liên quan đến tính ổn định của hệ thống máy), tính đến thời điểm hiện tại. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều các thiết bị thương mại sử dụng trong kiểm tra kế hoạch trước điều trị để đảm bảo khả năng thực thi của máy gia tốc với các phương pháp đo liều 1D, 2D, 3D được sử dụng phổ biến trong QA kế hoạch trước điều trị. Các thiết bị này đo và thu th p xử lý số liệu dựa trên công cụ phân tích là phân tích Gamma (đánh giá qua tiêu chí gamma index và gamma pass rate). Một vấn đề cần đặt ra là: Với mỗi thiết bị đo liệu có cho ra kết quả về chỉ số gamma và gamma pass rate là giống nhau khi thực hiện c ng một phương pháp đo liều? nếu không giống nhau thì cái nào là đúng?, cái nào sai? Người thực hiện sẽ chấp nh n kết quả nào khi kiểm tra kế hoạch trước điều trị?. Chúng ta vẫn biết, các thiết bị thương mại đo liều, QA trước và trong điều trị khi chúng ta mua 13 đều được cấp phép sử dụng trong xạ trị. V y lí do tại sao lại có sự khác biệt như v y. Điều này được chỉ ra trong tài liệu hướng dẫn của hiệp hội Y V t l M (AAPM) trong báo cáo 119 ( TG119) về việc thực hiện commissioning hay thiết l p kiểm tra thiết bị đo liều dung trong QA kế hoạch nhằm xác định giới hạn tin c y của thiết bị đó ( the local confidence limit) so sánh với confidence limit được đưa ra trong TG119 và đưa ra mức xử trí ( action level) khi sử dụng từng loại thiết bị trong kiểm tra kế hoạch trước điều trị. Tại bệnh viện K, việc thực hiện các kế hoạch IMRT, VMAT ngày càng phổ biến, việc QA trước điều trị được thực hiện theo phương pháp đo liều 1D (sử dụng buồng ion hóa), và 2D (sử dụng Matrix, IBA), cũng như mong muốn chuẩn hóa các quy trình kĩ thu t đặc biệt ngay từ những thiết bị mới trang bị. Thiết bị đo liều MatriXX/Dolphin được trang bị trong dự án các máy gia tốc mới d ng trong đảm bảo chất lượng trước và trong xạ trị sắp được đưa vào sử dụng. Đặc biệt tại bệnh viện K sử dụng hệ thống COMPASS có tích hợp tính năng tái tạo liều 3D thông qua kết quả đo đạc 2D sử dụng đầu dò mảng mới được trang bị (MatriXX và Dolphin). Vì v y việc đánh giá và đề xuất các tiêu chuẩn và tiêu chí về giới hạn tin c y (Confidence Limit) và cấp độ hành động (Action level) áp dụng tại Bệnh viện K cho việc đánh giá kế hoạch xạ trị cho từng v ng (đầu cổ, thân, khung ch u) là rất cần thiết; đồng thời cũng là nguồn cơ sở dữ liệu hữu ích trong việc xây dựng các tiêu chuẩn và tiêu chí áp dụng chung cho tất cả các cơ sở điều trị lâm sàng. Tác giả nh n thấy tính cấp thiết của việc thực hiện kiểm tra khảo sát sử dụng thiết bị đo liều trước khi đưa vào sử dụng tại Khoa cũng như thực hiện trên các bệnh nhân, do đó để đáp ứng được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, nội dung lu n văn gồm 3 chương như sau: Chƣơng 1. Tổng quan. Chương này giới thiệu tổng quan về k thu t xạ trị và đánh giá kế hoạch xạ trị t p trung phân tích ưu nhược điểm của phương pháp truyền thống, mô tả phương pháp tái tạo liều 3D hiện đại dựa trên kết quả đo đạc liều 2D, phân tích các vấn đề còn tồn tại về tiêu chuẩn và tiêu chí áp dụng từ đó đưa ra được mục tiêu và nội dung nghiên cứu của lu n văn. Chƣơng 2. Phương pháp nghiên cứu. 14 Chương này trình bày chi tiết về phương pháp và thu t toán tái tạo liều 3D dựa trên kết quả đo đạc 2D sử dụng đầu dò mảng về các chỉ số đánh giá chất lượng kế hoạch VMAT, từ đó thiết l p bài toán nghiên cứu với các thông số lựa chọn để đánh giá . Chƣơng 3. Kết quả. Chương này trình bày kết quả nghiên cứu, so sánh chất lượng của các kế hoạch l p trên hệ thống TPS với các kết quả tính toán, tái tạo liều dựa trên dữ liệu đo đạc thực nghiệm, từ đó phân tích số liệu và đưa ra các đề xuất đáp ứng mục tiêu nghiên cứu. 15 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 K thuật xạ trị và đánh giá chất lƣợng kế hoạch xạ trị 1.1.1. Tổng quan về kỹ thuật xạ trị Thách thức lớn nhất đối với xạ trị hoặc bất kỳ liệu pháp điều trị ung thư nào là đạt được xác suất chữa kh i cao nhất với ít di chứng nhất. Cách đơn giản nhất về l thuyết để tăng tỷ lệ điều trị thành công là bao phủ tất cả các tế bào ung thư với đủ liều bức xạ trong mỗi phân đoạn, đồng thời giảm thiểu tối đa liều chiếu tới các mô lành xung quanh. Sự phát triển của k thu t xạ trị trong những năm qua luôn đi theo hướng tối ưu hóa việc phân bố liều chiếu này. Giai đoạn phát triển ban đầu của xạ trị sử dụng k thu t chiếu ch m tia 2 chiều với một ch m tia chiếu theo 4 hướng trong đó các ch m tia được phát ra chỉ có dạng hình chữ nh t hoặc hình vuông (gọi là box-field). K thu t xạ trị này mới chỉ đáp ứng được mục tiêu cung cấp liều đến khối u nhưng chưa đảm bảo được liều đủ nh cho các cơ quan lành xung quanh. Việc đưa k thu t chụp cắt lớp CT vào ứng dụng trong lĩnh vực xạ trị vào những năm 1980 cho phép thực hiện l p kế hoạch điều trị dựa trên thông tin giải phẫu ba chiều của khối u và các mô lành xung quanh, từ đó tạo điều kiện thu n lợi cho việc hình thành phương pháp xạ trị tương thích không gian 3 chiều (3D-CRT: three-dimensional conformal radiotherapy). Tính năng nổi b t của phương pháp l p kế hoạch xạ trị 3D-CRT là khả năng thiết l p trường tia xạ ba chiều sử dụng k thu t hiển thị trực quan BEV(beam‟s eye view) cho phép tìm ra hướng ch m tia có thể chiếu xạ khối u mà không đi qua các cơ quan quan trọng xung quanh khối u. K thu t 3D – CRT ra đời c ng với sự phát triển của hệ thống chuẩn trực đa lá MLC (Multi-Leaf Collimator) cho phép chùm tia xạ phát ra có thể được điều chỉnh với hình dạng bất kỳ nhằm bao khít khối u theo từng hướng chiếu [1]. Ngoài ra biểu đồ thể tích liều (DVH: Dose-volume histograms) và phân bố đường đồng liều trở thành công cụ thiết yếu để đánh giá kế hoạch. C ng với sự phát triển trong lĩnh vực xử l hình ảnh 3D, thông tin thể tích 3D từ k thu t chụp cắt lớp CT giúp tính toán liều lượng chính xác hơn bằng cách sử dụng phương pháp chồng ch p, cho phép tính tới sự phân bố không đồng nhất của các mô. Tuy nhiên, do k thu t 3D-CRT chỉ khai thác khả năng tương thích của cấu trúc trường tia xạ để cải thiện mức độ ph hợp của liều chiều tới thể tích l p kế 16 hoạch điều trị, các cơ quan cấp (OAR: Organ at Risk) nằm trong v ng rãnh của thể tích l p kế hoạch điều trị có dạng lõm sẽ chịu liều chiếu lớn như thể hiện trong Hình 1 [2]. Nhằm khắc phục hạn chế này, k thu t xạ trị điều biến cường độ (IMRT: Intensity Modulated Radiation Therapy) cho phép điều chỉnh cường độ của từng ch m tia bức xạ, mỗi trường có thể có một hoặc nhiều v ng bức xạ cường độ cao và có thể có nhiều v ng bức xạ cường độ thấp trong c ng một trường, do đó cho phép kiểm soát tốt hơn sự phân bố liều lượng tới thể tích l p kế hoạch điều trị PTV từ nhiều hướng. Nghĩa là trong k thu t 3D-CRT thông thường, hình dạng trường chiếu tia xạ tr ng với hình dạng của thể tích PTV theo hướng tới của ch m bức xạ, trong khi với k thu t IMRT, cường độ ch m tia xạ được điều chỉnh dựa trên vị trí của thể tích l p kế hoạch xạ trị PTV và các cơ quan xung quanh. Do đó, cường độ của chùm tia xạ đi qua các cơ quan nguy cấp OAR được giảm xuống, trong khi cường độ của chùm tia xạ đi qua thể tích mục tiêu được tăng lên (Hình 1B). Tính không đồng nhất gây ra bởi "cường độ không đồng nhất có chủ " của ch m tia được b đắp bằng ch m tia từ các hướng khác. Về mặt v t l , tính năng cải tiết quan trọng của k thu t IMRT là tăng cường khả năng kiểm soát phân bố liều 3D thông qua sự chồng chất của một số lượng lớn các trường được phân đoạn độc l p, từ một số hướng cố định hoặc từ các hướng trải dài trên một hoặc nhiều cung. Ngoài ra, IMRT giúp dễ dàng tạo ra các phân bố liều hấp thụ không đồng nhất nếu cần để điều trị một thể tích trong một thể tích xác định khác (k thu t tăng liều đồng thời). Hình 1. Kế hoạch xạ trị boost liều đồng thời vào u và hạch [2]. 17 Mặc d có những ưu điểm khá rõ ràng, k thu t xạ trị IMRT vẫn có một số nhược điểm như quy trình l p kế hoạch và đảm bảo chất lượng (QA) phức tạp hơn và tốn nhiều thời gian hơn so với các k thu t xạ trị 3D-CRT thông thường, có thể có tác động đáng kể đến các nguồn lực của khoa xạ trị [3]. Một kế hoạch IMRT tiêu chuẩn thường yêu cầu nhiều ch m bức xạ chiếu ở các góc cố định có thể làm tăng thời gian điều trị, do đó ảnh hưởng đến sự thoải mái của bệnh nhân trên ghế điều trị, khả năng lặp lại của vị trí điều trị và di chuyển giữa các phân đoạn chiếu. Cũng có một số lo ngại về thời gian điều trị tăng lên có thể có ảnh hưởng về sinh học phóng xạ do khả năng tăng cường sửa chữa và tái sản xuất tế bào khối u trong khoảng thời gian cần thiết phải bổ sung vào thời gian điều trị [4]. Các kế hoạch IMRT sử dụng số lượng đơn vị liều giám sát (MU) lớn hơn so với các kế hoạch 3D-CRT thông thường, dẫn đến sự gia tăng lượng bức xạ liều thấp cho phần còn lại của cơ thể. Đơn vị liều giám sát MU là đơn vị phóng xạ mà máy phát ra đối với mỗi mức năng lượng bức xạ khác nhau, trong đó MU của một mức năng lượng bức xạ được quy chuẩn về liều lượng hấp thụ như sau: 1MU tương ứng với liều lượng 1cGy (10-2Gy) đo trong phantom nước tại độ sâu liều cực đại (dmax) của mức năng lượng đó với khoảng cách từ nguồn đến bề mặt SSD = 100cm và trường chiếu chuẩn 10x10 cm2. Số lượng MU được sử dụng trong IMRT trường cố định, ở một mức độ nào đó, phụ thuộc vào k thu t IMRT; thường yêu cầu nhiều MU hơn k thu t sử dụng cửa sổ trượt (SW: Sliding Window) hoặc k thu t IMRT động [5]. Trong k thu t này, mỗi ch m bức xạ được điều biến cường độ bằng các ống chuẩn trực đa lá chuyển động liên tục (MLC). Điều này trái ngược với k thu t chiếu theo bước (SS: Step and Shoot) hoặc k thu t chiếu tĩnh, trong đó mỗi ch m tia được chia thành nhiều phân đoạn với các hình dạng MLC khác nhau và ch m tia ngừng phát giữa các phân đoạn. Sự gia tăng về lượng MU và bức xạ liều thấp đã dẫn đến những lo ngại về việc tăng nguy cơ mắc các khối u ác tính thứ phát do bức xạ, đặc biệt liên quan đến bệnh nhân nhi hoặc bệnh nhân có kỳ vọng sống lâu [6]. Có một số nghiên cứu đánh giá cho thấy số lượng MU trong một kế hoạch IMRT cao hơn 23 lần so với một kế hoạch xạ trị thông thường [7] với sự gia tăng tỷ lệ mắc các khối u ác tính thứ phát do bức xạ từ 1 -1,75% cho bệnh nhân duy trì sự sống từ 10 năm trở lên [6]. 18 Để khắc phục một số hạn chế liên quan đến trường chiếu cố định của k thu t IMRT, khái niệm xạ trị quay hoặc vòng cung được đề xuất trong đó ch m bức xạ được phát ra từ nguồn phát quay liên tục cho phép bệnh nhân được điều trị bởi ch m bức xạ được sắp xếp theo một cung 3600. Phương pháp cải tiến này có thể giúp đạt được phân bố liều trên khối u có độ tương thích cao và từ đó sử dụng thay thế k thu t IMRT. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của phương pháp này so với k thu t IMRT là cải thiện hiệu quả điều trị do giảm thời gian điều trị và số lượng MU chiếu, đồng nghĩa với việc giảm liều bức xạ tới phần còn lại của cơ thể [8]. Xạ trị vòng cung có hai k thu t chính là k thu t Tomotherapy và k thu t xạ trị điều biến liều theo thể tích cung tròn (VMAT: volumetric modulated arc therapy). Thiết bị Tomotherapy (gọi là “xạ trị cắt lớp: slice therapy”) được coi là sự kết hợp của máy quét CT và máy gia tốc tuyến tính có thể phát chùm bức xạ theo phân bố hình quạt (fan-shaped), tương tự như chụp cắt lớp CT với nguồn bức xạ quay liên tục, trong khi bệnh nhân được di chuyển qua thiết bị. K thu t VMAT lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 2007 và được mô tả là một k thu t bức xạ mới cho phép biến đổi đồng thời ba thông số trong quá trình điều trị gồm: 1) tốc độ quay của đầu máy phát (Gantry), 2) hình dạng khẩu độ phát ch m tia xạ thông qua chuyển động của các lá MLC và 3) suất liều chiếu [9]. Thực ra phương pháp xạ trị vòng cung Yu mô tả lần đầu tiên vào năm 1995 với tên gọi là k thu t điều biến cường độ vòng cùng (IMAT: intensity modulated arc therapy) với yêu cầu sử dụng nhiều vòng cung chồng lên nhau để đạt được sự phân bố liều lượng phù hợp [10]. K thu t VMAT về cơ bản được mô tả như một dạng của k thu t IMAT một vòng cung nhằm thay đổi suất liều chiếu. Trong k thu t xạ trị VMAT, đầu máy gia tốc xạ trị sẽ được quay xung quanh bệnh nhân một cách liên tục theo một cung tròn nào đó, các cặp lá MLC cũng được chuyển động liên tục, đồng thời suất liều phát cũng được thay đổi liên tục. Do đó thời gian chiếu xạ được giảm đáng kể so với k thu t xạ trị IMRT thông thường. T y thuộc vào hình dạng, kích thước và vị trí khối u mà kế hoạch xạ trị VMAT được thiết l p cho đầu máy quét một nửa vòng tròn hay cả một vòng tròn. Hiện nay một số hệ thống thiết bị VMAT thương mại có mặt trên thị trường dưới nhiều tên khác nhau t y theo hãng sản xuất (RapidArc, Varian; SmartArc, Phillips; và Elekta VMAT, Elekta). 19 Hình 2. K thu t xạ trị VMAT. Các bước chính trong một quy trình xạ trị IMRT hoặc VMAT gồm các bước lần lượt như sau: 1) đánh giá bệnh nhân và quyết định xạ trị; 2) mô ph ng xạ trị; 3) ghi nh n và xử l hình ảnh bệnh nhân; 4) xác định (contour) các thể tích điều trị và cơ quan cần bảo vệ; 5) l p kế hoạch xạ trị; 6) đánh giá kế hoạch; và 7) kiểm tra chất lượng kế hoạch (QA: quality assurance). 1.1.2. Phương pháp đánh giá kế hoạch xạ trị và các tiêu chí chấp nhận Chương trình đảm bảo chất lượng (QA) được thiết kế gồm một t p hợp các chính sách và thủ tục đặt ra cho quy trình xạ trị ung thư nhằm duy trì chất lượng chăm sóc bệnh nhân. Các tiêu chí chung hay tiêu chuẩn chất lượng thường do tổ chức nghề nghiệp đặt ra. Hội đồng Liên Hiệp hội về Xạ trị ung thư (InterSociety Council for Radiation Oncology ) nêu rõ các mục tiêu của chương trình đảm bảo chất lượng trong Sách Xanh năm 1991 [11]: Mục đích của chương trình đảm bảo chất lượng là giám sát một cách khách quan, có hệ thống về chất lượng và mức độ ph hợp của quá trình chăm sóc và điều trị bệnh nhân. Chương trình đảm bảo chất lượng cần dựa trên các yếu tố cơ bản như: cơ sở v t chất (gồm nhân viên, phương tiện và trang thiết bị); quy trình (gồm các đánh giá trước và sau điều trị và áp dụng điều trị thực tế ); và kết quả điều trị (tần suất hoàn thành các mục tiêu đã nêu, thường là mức độ kiểm soát khối u và mức độ nghiêm trọng của các di chứng do điều trị gây ra). Tại Hoa Kỳ, các chương trình QA cho xạ trị ung thư đã được đề xuất bởi các tổ chức chuyên nghiệp như Hiệp hội Điện quang Hoa Kỳ (ACR: American College of Radiology), Hiệp hội Xạ trị Ung thư Hoa Kỳ (ASTRO: American Society for Radiation Oncology) và Hiệp hội Các nhà V t l Y khoa Hoa Kỳ (AAPM: American Association of Physicists in Medicine). Các chương trình này 20