Nghiên cứu tối ưu hóa kế hoạch xạ trị vmat cho ung thư vú trái kèm các hạch vùng

UNG THƯ V Ú VÀ K Ỹ THU Ậ T X Ạ TR Ị ĐIỀ U BI Ế N THEO

K ỹ thu ậ t x ạ tr ị điề u bi ế n theo th ể tích cung tròn VMAT

Trước khi khám phá kỹ thuật điều biến thể tích cung tròn VMAT, chúng ta cần tìm hiểu về kỹ thuật xạ ba chiều theo hình dạng khối u (3D).

Kỹ thuật xạ trị ba chiều theo hình dạng khối u (3D-CRT) và xạ trị điều biến cường độ liều (IMRT) là hai phương pháp quan trọng trong điều trị ung thư, giúp tối ưu hóa liều lượng phóng xạ Kỹ thuật VMAT (Xạ trị điều biến thể tích) nổi bật với khả năng cung cấp liều xạ chính xác hơn, giảm thiểu tác động đến mô lành xung quanh và nâng cao hiệu quả điều trị.

Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT là phương pháp xạ trị chiếu ngoài dựa trên dữ liệu từ hình ảnh chụp cắt lớp vi tính mô phỏng, cho phép tạo ra các trường chiếu hình dạng riêng biệt phù hợp với khối u Hệ thống chuẩn trực đa lá MLC giúp điều chỉnh chùm bức xạ theo hình dạng bất kỳ, nhằm bao khít khối u từ nhiều hướng khác nhau Lập kế hoạch cho kỹ thuật 3D-CRT có thể được coi như một bài toán xuôi, đảm bảo hiệu quả trong điều trị Hình 1.2 minh họa các bước thực hiện quy trình lập kế hoạch theo kỹ thuật này.

CRT, bao gồm các bước như Contour xác định các thể tích điều trị, thiết lập các trường chiếu, tính toán liều, đánh giá kế hoạch và điều trị

Hình 1.2 Quy trình lập kế hoạch theo kỹ thuật 3D-CRT b) Kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT

Xạ trị điều biến cường độ (IMRT) là một kỹ thuật tiên tiến trong xạ trị từ bên ngoài, sử dụng nguồn photon để tối ưu hóa liều lượng Mục tiêu chính của IMRT là tiêu diệt hoàn toàn khối u trong khi giảm thiểu liều xạ cho mô lành xung quanh Bằng cách chiếu tia từ nhiều hướng khác nhau, kỹ thuật này điều chỉnh thông lượng tia phù hợp với kích thước và bề dày của từng khối u, mang lại hiệu quả điều trị cao hơn.

Kỹ thuật IMRT (Intensity-Modulated Radiation Therapy) là một sự cải tiến vượt trội so với kỹ thuật 3D-CRT, đặc biệt hiệu quả trong việc điều trị các khối u có bề mặt phức tạp và lồi lõm Điểm khác biệt chính của IMRT so với 3D-CRT là việc sử dụng chương trình lập kế hoạch ngược (Inverse planning), cho phép xác định liều lượng cần phân bố trong một vùng thể tích cụ thể Thông qua các thuật toán tối ưu hóa, máy tính sẽ tính toán ngược để đảm bảo liều lượng được phân phối chính xác tại khối u, đồng thời bảo vệ các mô lành xung quanh khỏi tác động của bức xạ.

Kế hoạch ngược phân bố liều sử dụng máy tính để tính toán cường độ và hình dạng chùm tia nhằm đạt được phân bố liều tối ưu mà không cần điều chỉnh trực tiếp từ người lập kế hoạch Nếu kế hoạch tối ưu không đạt yêu cầu, người lập kế hoạch cần thay đổi giới hạn thể tích liều và bắt đầu lại quá trình tối ưu hóa Trong khi kế hoạch thuận mang tính quan sát trực quan, kế hoạch ngược hoàn toàn dựa vào thuật toán máy tính để xác định phân bố liều tối ưu Các hàm mục tiêu trong thuật toán kế hoạch ngược dựa trên tiêu chuẩn liều, thể tích liều và tiêu chuẩn sinh học Sự khác biệt giữa hai phương pháp này được thể hiện rõ qua các giản đồ trong Hình 1.2 và Hình 1.3.

Hình 1.3 Giản đồ lập kế hoạch xạ trị theo phương pháp lập kế hoạch ngược

Kỹ thuật IMRT sử dụng các lá MLC di chuyển không đồng nhất theo hai chế độ chính là step and shoot và dynamic, giúp tối ưu hóa phân bố liều cho khối u Mặc dù IMRT mang lại sự phân bố liều tương đối đồng nhất, nhưng thời gian điều trị kéo dài và số lượng MU phát ra cao đã dẫn đến sự phát triển của kỹ thuật VMAT Kỹ thuật VMAT không chỉ cải thiện chất lượng điều trị mà còn giảm thiểu thời gian điều trị đáng kể.

Hình 1.4 Các lá MLC dịch chuyển tạo ra phân bố liều không đồng nhất [7] c) Kỹ thuật Xạ trị điều biến thể tích cung tròn (VMAT)

Kỹ thuật xạ trị điều biến liều theo thể tích cung tròn (VMAT) được phát triển từ kỹ thuật xạ trị điều biến liều (IMRT) nhằm nâng cao chất lượng liều chiếu, rút ngắn thời gian điều trị và giảm số lượng MU phát ra Trong VMAT, đầu máy gia tốc xạ trị quay liên tục quanh bệnh nhân theo một cung tròn, kết hợp với chuyển động liên tục của các cặp lá MLC và thay đổi suất liều phát Điều này giúp giảm đáng kể thời gian chiếu xạ so với IMRT thông thường Kế hoạch xạ trị VMAT được thiết lập tùy thuộc vào hình dạng, kích thước và vị trí của khối u, có thể quét một nửa vòng tròn hoặc cả một vòng tròn.

Hình 1.5 Các điểm kiểm soát dọc theo cung điều trị khi tính toán liều [8]

VMAT khác biệt với IMRT ở khả năng cung cấp liều bức xạ liên tục trong khi đầu máy điều trị quay quanh bệnh nhân, cho phép liều được phân phối theo một cung đã xác định Khái niệm điểm kiểm soát (control point) giúp người lập kế hoạch quản lý và mô tả quy trình xạ trị VMAT Việc điều chỉnh suất liều, tốc độ gantry và kích thước trường chiếu được thực hiện thông qua phần mềm máy tính để tối ưu hóa sự điều biến khi thay đổi góc chiếu Cung điều trị có thể đạt đến 360 độ, với một khoảng trống nhỏ phía dưới giường để tránh ảnh hưởng đến các tổ chức quan trọng Lập kế hoạch cho VMAT phức tạp hơn do yêu cầu nhiều góc chiếu và dữ liệu bệnh nhân, cùng với việc xây dựng công thức và tối ưu hóa kế hoạch cũng gặp nhiều khó khăn Hơn nữa, chuyển động liên tục của gantry yêu cầu cập nhật các hạn chế liên quan đến thông số máy tại các điểm kiểm soát, và sự thay đổi tốc độ gantry cần phù hợp với giới hạn tăng tốc và giảm tốc của máy, tránh chênh lệch diện tích quá lớn.

Nguyên lý điều biến cường độ chùm tia trong VMAT

VMAT áp dụng nguyên lý điều biến cường độ chùm tia tương tự như IMRT Phương pháp IMRT điều chỉnh cường độ chùm tia được thực hiện trên máy gia tốc sử dụng MLC đa lá, giúp tối ưu hóa liều lượng bức xạ cho bệnh nhân.

Hình 1.6 Hệ chuẩn trực đa lá MLC

Máy gia tốc tuyến tính với MLC, được điều khiển bằng máy tính, di chuyển xung quanh bệnh nhân khi phát tia xạ Thiết bị này chia các trường chiếu thành nhiều phân đoạn với trọng số khác nhau, tạo ra sự chênh lệch về liều lượng ngay trên một trường chiếu Mục tiêu là tối ưu hóa liều cao nhất theo hình dạng khối u, đồng thời đảm bảo liều cho phép đến các mô lành cần được bảo vệ.

T ố i ưu h óa trong k ế ho ạ ch x ạ tr ị VMAT

Trong kế hoạch xạ trị VMAT, quá trình tối ưu hóa nhằm mục tiêu tối ưu hóa sự bao phủ liều cho khối u, đồng thời nâng cao các chỉ số liều tới thể tích điều trị Bên cạnh đó, cần hạn chế tối đa ảnh hưởng của bức xạ đến các cơ quan nguy cấp, thể hiện qua việc giảm các chỉ số liều giới hạn mà các cơ quan này nhận được, bao gồm liều cực đại và liều trung bình.

Tối ưu hóa kế hoạch điều trị là quá trình tạo ra các trường chiếu nhỏ từ nhiều hướng của chùm tia, nhằm xây dựng các mô hình liều lượng phức tạp Mức độ phức tạp của các vùng liều được tối ưu hóa ảnh hưởng đến kết quả tính toán, cho thấy sự tương đương trong hiệu quả điều trị.

Để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc điều trị bằng hệ MLC, cần sử dụng từ 4-40 phân đoạn trường chiếu, với thời gian phát tia tăng từ 2-5 lần tương ứng Máy tính áp dụng phương pháp lặp để xác định mô hình tối ưu dựa trên các đặc điểm kỹ thuật của tối ưu hóa Nhiều thuật toán tối ưu hóa đã được phát triển, trong đó tối ưu hóa được tính toán như một hàm mục tiêu nhằm giảm thiểu liều tối đa Công thức 1.1 thể hiện sự khác biệt giữa liều mong muốn và liều tính toán cho khối u, cũng như sự vượt quá giới hạn liều đến các mô lành.

Công thức S = ∑(dT - DT)² + ∑PN * (dN – DN)² * H(dN, DN) (1.1) dùng để đánh giá kết quả hàm S, trong đó dT và DT lần lượt là liều chỉ định và liều tính toán cho các thể tích bia, còn dN và DN là liều giới hạn và liều tính toán cho các thể tích OAR.

PN: liều vượt định mức cho mô lành (là giá trị quan trọng đối với OARs);

H(dN, DN) = 0 nếu dN ≤ DN

Khi dN > DN, các thuật toán tối ưu hóa sử dụng phương pháp vòng lặp để giảm thiểu giá trị S Trường chiếu lớn được chia thành các beamlet kích thước từ 0,2 đến 1,0 cm theo hướng chuyển động của các lá MLC, với chiều rộng tương ứng là bề rộng của lá Theo hướng chiếu, các beamlet đi sâu vào cơ thể sẽ tạo ra các voxel, mỗi voxel này sẽ nhận được liều lượng đã chỉ định nếu thuộc thể tích bia, hoặc liều giới hạn nếu là cơ quan lành Mỗi voxel có thể nhận liều từ một hoặc nhiều beamlet khác nhau Mục tiêu là xây dựng bản đồ thông lượng chùm tia tối ưu bằng cách tìm trọng số cho từng beamlet, sao cho tổng liều trong mỗi voxel phù hợp với liều chỉ định Hình ảnh CT của bệnh nhân được chia thành các voxel nhỏ, và bước đầu tiên trước khi tối ưu hóa là tính toán sự phân bố liều trên mỗi beamlet trong từng voxel.

Bằng cách giả định rằng tổng liều chỉ định được chia đều cho tất cả các hướng chiếu, mỗi hướng chiếu sẽ có giá trị bản đồ thông lượng chùm tia ban đầu, với mỗi beamlet có giá trị tương ứng.

24 một trọng sốban đầu) Tổng liều tại voxel i có j beamlet chiếu qua là sự tích hợp tuyến tính các cường độbeamlet và được tính theo công thức (1.2) như sau:

𝐷𝐷 𝑖𝑖 =∑ 𝐽𝐽 𝑖𝑖=1 𝑎𝑎 𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑤𝑤 𝑖𝑖 (1.2) Trong đó: aij là sốđơn vịthông lượng trong voxel i của beamlet thứ j; wj là trọng số của beamlet thứ j

Hình 1.7 Hình ảnh một trường chiếu nguyên tố và liều trong voxel [10]

Bước tiếp theo là sử dụng các hàm đánh giá để so sánh liều lượng tính toán với liều chỉ định, nhằm điều chỉnh trọng số của các beamlet một cách tối ưu Qua việc tổng hợp trọng số của các beamlet, chúng ta sẽ có được bản đồ thông lượng tối ưu cho một trường chiếu Bản đồ này sẽ được áp dụng trong bước tiếp theo để tính toán chuyển động của MLC.

Hình 1.8 Phân chia trường chiếu thành các beamlet và bản đồ thông lượng [11]

Sự tính toán chuyển động của các lá MLC nhằm mục đích thiết lập phân bố liều xạ một cách hiệu quả.

Để đạt được thông lượng tối ưu theo bản đồ, cần xem xét nhiều giải pháp khác nhau Tuy nhiên, các yếu tố như vị trí lá, tốc độ lá và việc giảm thiểu rò rỉ bức xạ là rất quan trọng trong quá trình này.

Bước tính toán liều cuối cùng từ hệ thống lập kế hoạch TPS có thể dựa trên hai lựa chọn: tính liều trong quá trình tối ưu bản đồ thông lượng hoặc theo thông lượng thực tế do chuyển động của MLC phân bố Mục tiêu của bước này là chuyển đổi dữ liệu liên tục thành các phân đoạn trường chiếu không bị biến đổi cường độ một cách chính xác Các thông số liên tiếp và ràng buộc vật lý cho hình học và chuyển động của MLC sẽ hình thành mỗi phân đoạn, như được chỉ ra trong Hình 1.9 với phân bố lý thuyết và thực tế.

Liều cho mỗi voxel được tính dựa trên trọng số của chùm tia, chia thành các beamlets ảnh hưởng đến khối u và mô lành xung quanh Kích thước beamlets thay đổi theo hệ thống phân phối liều, và trọng số của từng beamlet có thể điều chỉnh để tối ưu hóa kế hoạch điều trị Quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được hàm mục tiêu tối ưu Kết quả là một kế hoạch phân bố liều đồng nhất, phù hợp với số lượng mục tiêu và các cơ quan quan trọng Nếu phân bố liều đạt yêu cầu, mô hình beamlet sẽ được chuyển sang hệ thống cấp liều để điều khiển Gantry và MLC trong quá trình điều trị bệnh nhân.

Hình 1.9 Bản đồ thông lượng (a) Phân bố lý tưởng và (b) phân bố thực tế (c)[11]

Quy trình k ỹ thu ậ t x ạ tr ị VMAT

Trong điều trị ung thư bằng xạ trị, hiệu quả và giảm thiểu biến chứng phụ thuộc vào toàn bộ quy trình từ khi bệnh nhân được chỉ định xạ trị, lập kế hoạch xạ trị cho đến khi xuất viện Quy trình xạ trị VMAT bao gồm các bước chính như sau:

Bước 1: Đánh giá bệnh nhân và quyết định xạ trị

Khi bệnh nhân nghi ngờ mắc bệnh, việc thăm khám và chẩn đoán sẽ được thực hiện thông qua sự kết hợp giữa thiết bị chẩn đoán hình ảnh và kinh nghiệm lâm sàng Sau khi chẩn đoán, bệnh nhân sẽ nhận được phác đồ điều trị hợp lý và tối ưu Đối với những bệnh nhân được chỉ định xạ trị, kỹ thuật phù hợp sẽ được lựa chọn dựa trên loại bệnh, tình trạng sức khỏe và khả năng tài chính của họ.

Bước 2: Mô phỏng xạ trị

Hệ thống mô phỏng bao gồm máy mô phỏng CT, hệ thống laser và máy tính điều khiển, lưu trữ và xử lý dữ liệu Máy mô phỏng thu nhận dữ liệu ảnh để lập kế hoạch điều trị và kiểm tra quá trình điều trị trước khi bệnh nhân được điều trị chính thức Với độ phân giải cao, hệ thống CT sim và laser giúp định vị chính xác vị trí và tư thế khi chụp ảnh Kết quả mô phỏng được gửi tới hệ thống lập kế hoạch TPS, nơi bác sĩ xác định vị trí và kích thước khối u Tọa độ khối u sẽ được truyền về phần mềm điều khiển laser, tự động tính khoảng cách giữa tâm khối u và tọa độ gốc trên ảnh CT, từ đó điều khiển giường để đưa laser đến tâm khối u trong khi bệnh nhân vẫn nằm cố định Kỹ thuật viên sau đó sẽ đánh dấu vị trí khối u trên bệnh nhân.

Bước 3: Ghi nhận và xử lý hình ảnh bệnh nhân

Trong hệ thống lập kế hoạch xạ trị, dữ liệu hình ảnh của bệnh nhân được xử lý để điều chỉnh các mức tương phản phù hợp, giúp bác sĩ dễ dàng quan sát và phân tích khối u.

Việc kết hợp dữ liệu ảnh MRI/PET của bệnh nhân giúp nâng cao độ chính xác trong việc xác định và vẽ contour các vùng cần bảo vệ Bằng cách so sánh và chồng ảnh lên nhau, quá trình lập kế hoạch được cải thiện đáng kể Ngoài ra, trong bước này, có thể bổ sung thêm thông tin cá nhân của bệnh nhân như tiểu sử bệnh để hỗ trợ cho việc điều trị hiệu quả hơn.

Bước 4: Xác định (contour) các thể tích điều trị và cơ quan cần bảo vệ

Sau khi hoàn tất xử lý ảnh bệnh nhân, bác sĩ sẽ thực hiện việc contour cho vùng cần điều trị và vùng bảo vệ Để đảm bảo contour chính xác, cần hiểu rõ các khái niệm về thể tích trong xạ trị, được mô tả chi tiết trong hình 1.5.

Thể tích khối u (GTV - Gross Tumor Volume) là thể tích của khối u có thể quan sát được qua các phương pháp hình ảnh như CT, MRI, PET và SPECT GTV bao gồm các khối u chính, hạch di căn và các di căn khác Sau khi khối u được phẫu thuật cắt bỏ, mặc dù có thể xác định thể tích khối u dựa trên hình ảnh trước và sau phẫu thuật, nhưng GTV không còn được xác định rõ ràng.

Thể tích bia lâm sàng (CTV - Clinical Target Volume) bao gồm cả thể tích khối u (GTV) và các mô cận lâm sàng cần xem xét trong điều trị Kinh nghiệm lâm sàng cho thấy, xung quanh khối u thường có các tế bào ác tính và những đám tế bào nhỏ khó phát hiện Mật độ tế bào u cao thường nằm gần mép khối u, giảm dần ra phía ngoại vi CTV được xác định bởi thể tích khối u và các mô liên quan tại chỗ, thường được gọi là thể tích bia lâm sàng bậc 1.

Các thể tích phụ, bao gồm các hạch vùng, được xem là sự lan tỏa cận lâm sàng và cần được điều trị Những thể tích này được định nghĩa là thể tích cận lâm sàng và được phân loại thành thể tích bia lâm sàng bậc 1 và bậc 2.

Thể tích bia nội bộ (ITV - Internal Target Volume) là khái niệm quan trọng trong xạ trị, phản ánh sự thay đổi về kích thước, hình dạng và vị trí của CTV (Clinical Target Volume) do ảnh hưởng từ nhịp thở hoặc nhu động ruột ITV được xác định thông qua việc đánh giá chuyển động bằng các thiết bị cố định, giúp tối ưu hóa quá trình điều trị và nâng cao hiệu quả xạ trị.

Thể tích bia lập kế hoạch (PTV) là khái niệm hình học quan trọng trong xạ trị, được xác định để lựa chọn kích thước và phân bố chùm tia hiệu quả nhất, nhằm đảm bảo liều lượng chỉ định được hấp thụ trong thể tích bia lâm sàng Để đảm bảo tất cả mô bên trong thể tích bia lâm sàng nhận đủ liều, cần lập kế hoạch chiếu xạ một thể tích lớn hơn, bao gồm CTV với một đoạn mép bao quanh Đoạn mép này được xác định dựa vào sự di chuyển của khối u và các sai số liên quan đến thiết bị Sự di chuyển của khối u có thể do nhịp tim, hô hấp, hoặc sự thay đổi thể tích bàng quang, trong khi sai số thiết bị có thể đến từ giường xạ trị hoặc hệ thống laser Đoạn mép phải đủ lớn để bù đắp những sai số này, đảm bảo CTV luôn nằm trong PTV trong suốt quá trình điều trị Trong thực tế, mục tiêu là ít nhất 95% thể tích PTV nhận 100% liều chỉ định.

Hình 1.10 Các thể tích chiếu xạ theo ICRU [13]

Thể tích điều trị (TV - Treated Volume) thường lớn hơn thể tích bia lập kế hoạch và phụ thuộc vào kỹ thuật điều trị cụ thể Khi lập kế hoạch điều trị, mục tiêu là đạt được một thể tích đồng liều bao trọn vùng khối u (PTV).

29 khó để thểtích đồng liều đó bằng đúng thểtích PTV mà nó thường lớn hơn PTV

Và người ta còn gọi thểtích đồng liều đó là thể tích điều trị

Thể tích chiếu xạ (IV - Irradiated Volume) là khu vực nhận một liều lượng bức xạ đáng kể, thường là khoảng 50% Thể tích này thường lớn hơn thể tích điều trị và phụ thuộc vào kỹ thuật xạ trị được áp dụng.

Bước 5: Lập kế hoạch xạ trị

Trong lập kế hoạch điều trị, các công việc chính bao gồm thiết kế trường chiếu, tính toán liều lượng và tối ưu hóa phân bố liều để đáp ứng các yêu cầu đặt ra Khi áp dụng kỹ thuật VMAT hoặc IMRT, quy trình sẽ sử dụng thuật toán tối ưu hóa ngược để thực hiện các bước cần thiết Điều quan trọng là xác định tâm điều trị, nhập liều lượng chỉ định, lựa chọn thuật toán phù hợp, xác định số cung sử dụng và giới hạn liều cho các cơ quan lành Phần mềm lập kế hoạch sẽ tiến hành tối ưu hóa dựa trên các thông số đã được nhập vào.

Kỹ thuật VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy) sử dụng các lá MLC (Multileaf Collimator) di chuyển đến các vị trí mới theo các bước dịch chuyển đều nhau, với mỗi bước tương ứng với một điểm điều biến (control point) để tạo ra các trường con Khi các bước dịch chuyển gần nhau hơn, số lượng điểm điều biến sẽ tăng lên, dẫn đến thời gian tính toán lâu hơn, nhưng đồng thời cũng cải thiện độ chính xác trong phân bố liều Độ dài và cường độ của mỗi bước dịch chuyển cũng như số lượng cung được chỉ định sẽ phụ thuộc vào độ phức tạp của khối u cần điều trị.

Bước 6: Đánh giá kế hoạch

CÁC CH Ỉ S Ố Đ ÁNH GIÁ CH ẤT LƯỢ NG K Ế HO Ạ CH VÀ

Các ch ỉ s ố đ ánh giá ch ất lượ ng k ế ho ạ ch x ạ tr ị VMAT

Quá trình lập kế hoạch xạ trị cho bệnh nhân bắt đầu sau khi hoàn tất chụp cắt lớp vi tính mô phỏng, với dữ liệu hình ảnh 3 chiều được chuyển vào phần mềm lập kế hoạch Bác sĩ xạ trị sẽ xác định các thể tích điều trị và cơ quan lành, sau đó kỹ sư vật lý sẽ thực hiện lập kế hoạch dựa trên chỉ định của bác sĩ Đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị là bước quan trọng để đảm bảo rằng kế hoạch đã được thiết kế tốt, tối ưu và đạt tiêu chuẩn chấp thuận để đưa vào điều trị thực tế cho bệnh nhân.

Các công việc chính trong quá trình điều trị bao gồm đánh giá phân bố liều vào thể tích điều trị, giới hạn liều vào các cơ quan nguy cấp, số đơn vị giám sát (MU) và thời gian phát tia Để đánh giá kế hoạch điều trị, công cụ đầu tiên được sử dụng là giản đồ liều thể tích (DVH) và phân bố liều trên từng lát cắt ảnh.

Đồ thị DVH (Dose-Volume Histogram) thể hiện mối liên hệ giữa thể tích của cơ quan cần quan tâm và liều bức xạ nhận được sau khi thiết kế và điều chỉnh trường chiếu Thông qua DVH, người dùng có thể xác định tỷ lệ phần trăm thể tích của cơ quan nhận được liều bức xạ cụ thể, đồng thời đánh giá xem liều giới hạn đến các thể tích quan tâm có nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn quốc tế hay không.

Hình 2.1 Biểu đồ Liều – Thể tích (DVH)

Dựa vào các đường đồng liều trên từng lát cắt ảnh CT, có thể xác định rằng 95% liều chỉ định đã bao phủ đủ 100% thể tích PTV với kỹ thuật VMAT Đồng thời, cũng có thể kiểm tra xem các cơ quan nguy cấp cần bảo vệ có nằm trong các đường đồng liều cao hay không.

Việc đánh giá kế hoạch xạ trị chỉ dựa vào giản đồ DVH và phân bố liều trên các lát cắt ảnh CT là chưa đầy đủ, vì chúng chỉ mang tính chất trực quan Giản đồ DVH không cung cấp thông tin không gian và không xem xét đến giải phẫu của bệnh nhân, cũng như không thể hiện mối tương quan giữa thể tích điều trị và các cơ quan nguy cấp.

Để đánh giá một kế hoạch, cần xem xét các chỉ số quan trọng như V95, D5, độ bao phủ Q, chỉ số độ phù hợp CI, chỉ số độ đồng nhất HI, số MU, thời gian phát tia và liều lượng tới các cơ quan nguy cấp.

2.1.1 Phân bố liều tới thể tích điều trị (PTV)

Khi lập kế hoạch điều trị, mục tiêu lý tưởng là đảm bảo 100% thể tích khối u nhận được liều chỉ định Tuy nhiên, điều này rất khó đạt được, đặc biệt trong xạ trị ung thư vú trái kèm hạch vùng, nơi thể tích điều trị lớn và phức tạp Thông thường, các kế hoạch xạ trị chỉ đạt được 95%-98% liều chỉ định cho 95% thể tích khối u Nhiều tài liệu nghiên cứu đã đề xuất các tiêu chuẩn đánh giá liều tới PTV, cho phép mức liều mà 95% (V95) thể tích khối u được đáp ứng.

PTV nhận được chỉ cần đạt từ 90-95% đối với các kế hoạch xạ trị VMAT [15] và mức liều cao mà không quá 5% PTV nhận được (D5) dưới 110% liều chỉđịnh

Khi lập kế hoạch điều trị, yêu cầu quan trọng là đảm bảo toàn bộ vùng thể tích điều trị nằm trong vùng đường đồng liều 100% Tuy nhiên, việc đạt được điều này trong thực tế là rất khó khăn, vì trong vùng thể tích điều trị thường xuất hiện những điểm có giá trị liều thấp hơn liều chỉ định Để đánh giá sự bao phủ liều, công thức (2.1) sử dụng độ bao phủ Q để so sánh giá trị liều nhỏ nhất (Dmin) với liều chỉ định (DP).

Giá trị Q trong khoảng 0,8 < Q < 0,9 được xem là độ lệch nhỏ, trong khi Q < 0,8 là độ lệch lớn, với giá trị lý tưởng Q = 1 Đối với các kế hoạch VMAT cho ung thư vú, giá trị Q thường cho thấy độ lệch lớn.

2.1.3 Chỉ sốđộ phù hợp (CI)

Chỉ số phù hợp CI là công cụ quan trọng để đánh giá mức độ bao phủ liều so với thể tích điều trị Tỷ lệ bao phủ cao cho thấy nhiều vùng trong thể tích điều trị nhận đủ liều Nghiên cứu áp dụng công thức tính chỉ số CI theo định nghĩa của Paddick (2000), nhằm đánh giá mức độ bao phủ liều 95% trong vùng thể tích điều trị, được thể hiện qua công thức (2.2).

V95: Thể tích được bao phủ bởi đường đồng liều (95%)

TV95: Thể tích PTV được bao phủ bởi đường đồng liều 95%

Chỉ số đồng nhất HI theo định nghĩa của Wu (2000) được xác định bằng sự chênh lệch giữa liều tại 5% và 95% của thể tích PTV Chỉ số này được sử dụng để đánh giá mức độ phân bố liều đồng đều trong vùng thể tích điều trị, giúp cải thiện hiệu quả điều trị.

Giá trị HI(Wu) nhỏ cho thấy sự phân bố liều trong vùng thể tích bia đồng đều hơn Công thức tính độ đồng nhất HI được trình bày như sau: (2.3).

Trong đó: D5%: Là giá trị liều tới 5% thể tích PTV

D95%: là giá trị liều tới 95% thể tích PTV

Dp: là giá trị chỉđịnh

Chỉ số độ đồng nhất HI phản ánh sự phân bố đồng đều của liều hấp thụ trong quá trình xạ trị Chỉ số HI càng gần 0 thì chất lượng xạ trị càng cao, cho thấy hiệu quả điều trị tốt nhất.

MU là đơn vị đo liều bức xạ từ máy gia tốc tuyến tính, với một MU tương ứng với điện tích ghi nhận từ buồng ion hóa Liều hấp thụ đạt 1 cGy trong phantom nước tại khoảng cách SSD 100 cm và độ sâu Dmax tương ứng với kích thước trường chiếu.

Liều hiệu chỉnh 10×10 cm² được gọi là 1 MU, và số MU lớn có thể làm tăng nguy cơ tác dụng phụ cho bệnh nhân cũng như ảnh hưởng đến hao mòn máy Do đó, số MU phát ra nên được giữ ở mức thấp nhất có thể, đồng thời vẫn đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của kế hoạch điều trị Suất liều chiếu (MU/phút) thể hiện lượng MU mà máy phát ra trong một phút.

2.1.6 Thời gian phát tia BOT (Beam on time)

Thời gian phát tia được tính bởi công thức (2.4) như sau:

H ệ th ố ng máy gia t ố c TrueBeam STx

Luận văn được thực hiện trên hệ thống máy gia tốc TrueBeam STx và phần mềm lập kế hoạch Eclipse phiên bản 13.6 của hãng Varian (Mỹ) tại khoa

Xạ trị và xạ phẫu tại Bệnh viện TƯQĐ 108 được thực hiện với hệ thống trang thiết bị hiện đại, trong đó nổi bật là máy gia tốc TrueBeam STx Máy này có những đặc điểm kỹ thuật tiên tiến, hỗ trợ tối ưu trong việc điều trị và nghiên cứu y học.

Máy gia tốc tuyến tính TrueBeam STx của Varian (Mỹ) là thế hệ máy gia tốc hiện đại nhất, được thiết kế với nhiều tính năng ưu việt nhằm tối ưu hóa quá trình điều trị Máy cung cấp chùm photon năng lượng cao từ 6MV đến 15MV với suất liều truyền thống 600 MU/phút, đồng thời hỗ trợ các chế độ suất liều cao đặc biệt như 6MV-FFF và 10MV-FFF với suất liều tối đa lần lượt là 1400 MU/phút và 2400 MU/phút, giúp giảm đáng kể thời gian điều trị cho bệnh nhân Đặc biệt, TrueBeam STx nổi bật với độ chính xác cao trong các chuyển động cơ học và điều khiển chùm tia, sử dụng công nghệ kỹ thuật số hoàn toàn để kết hợp xạ trị với hướng dẫn bằng hình ảnh, mang lại chất lượng xạ trị tốt nhất với thao tác đơn giản.

- Có 4 mức năng lượng photon với bộ lọc phẳng (FF): 6, 8, 10, 15 MV suất liều tối đa 600 MU/phút

- Có 2 mức năng lượng photon không có bộ lọc phẳng (FFF): 6 MV (suất liều tối đa 1400 MU/phút), 10 MV (suất liều tối đa 2400 MU/phút)

- Có 7 mức electron: 6, 9, 12, 15, 18, 20, 22 MeV, suất liều tối đa: 1000 MU/phút

- Hệ thống HDMLC 120 lá, độ dày 32 cặp lá trung tấm siêu mỏng 2.5mm và 8 cặp lá bên ngoài với độ dày 5 mm

- Kích thước trường chiếu tối đa 22 cm x 32 cm (trục X; trục Y)

- Hệ thống ghi nhận hình ảnh EPID công nghệ bán dẫn aS1000

- Hệ thống ghi nhận hình ảnh ba chiều OBI (Conebeam CT)

- Hệ thống bàn điều trị có khảnăng dịch chuyển 6 bậc tự do

- Hệ thống giám sát bề mặt quang học: Optical Surface Monitoring System (OSMS)

Hình 2.2 Máy gia tốc TrueBeam STx.

Hệ thống ghi nhận hình ảnh EPID của TrueBeam STx, sử dụng công nghệ bán dẫn aS1000, là phiên bản mới nhất từ hãng Varian, mang lại độ phân giải cao nhất cho quá trình điều trị.

1024 x 768 pixel, và kích thước ghi nhận ảnh lớn nhất 30,1 cm x 40,1 cm

Hệ thống ghi nhận hình ảnh ba chiều OBI của TrueBeam STx mang lại chất lượng hình ảnh Conbeam CT với độ phân giải cao 2048 x 1536 pixel, giúp đánh giá sai số trước xạ trị một cách chính xác Đây là một trong những thiết bị có độ phân giải cao nhất trong dòng máy gia tốc của hãng Varian, với kích thước thu nhận hình ảnh lớn nhất lên đến 39,7cm x 29,8cm.

Hệ thống bàn điều trị 6 bậc tự do của TrueBeam STx là tính năng nổi bật, cho phép tự động điều chỉnh các sai lệch trước khi điều trị, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình điều trị.

38 chính xác nhất Trên hình 2.3 miêu tả 6 hướng chuyển động của bàn điều trị và các thiết bị như EPID, OBI.

Hình 2.3 Các thiết bị trên hệ thống TrueBeam STx

Hệ thống MLC với lá siêu mỏng 2.5 mm ở trung tâm là ưu điểm nổi bật của TrueBeam, giúp tối ưu hóa việc chiếu xạ cho các thể tích điều trị nhỏ và bảo vệ tối đa các mô xung quanh khối u Tuy nhiên, máy gia tốc TrueBeam STx lại gặp hạn chế với kích thước trường chiếu tối đa chỉ 22cm x 32cm, gây khó khăn trong việc xạ trị cho các khối u lớn hơn 20 cm khi áp dụng kỹ thuật 1 tâm (Isocenter) Việc thiết lập che chắn cho các cơ quan xung quanh thể tích điều trị trở nên thách thức do kích thước MLC không đủ để bao phủ hoàn toàn, đặc biệt khi sử dụng collimator (MLC) ở góc 0 độ.

Hình 2.4 Ảnh hệ MLC trong máy gia tốc TrueBeam STx

Nghiên cứu của tác giả Eeva Boman và cộng sự năm 2018 đã so sánh các kế hoạch VMAT FullArc với độ dài cung khác nhau với kế hoạch VMAT SplitArc Nghiên cứu được thực hiện trên hệ thống máy gia tốc Clinac iX của hãng Varian, có cấu tạo phần cứng MLC khác biệt so với hệ thống TrueBeam.

Kích thước lá MLC ở trung tâm là 5mm với trường chiếu tối đa 40cmx30cm, cho phép thiết lập che chắn hiệu quả cho các khối u lớn từ 22-30cm Hệ thống lập kế hoạch Eclipse nổi bật với các tính năng hỗ trợ này.

Hệ thống lập kế hoạch của hãng Varian là một giải pháp hiện đại và đa năng, tích hợp nhiều tính năng quan trọng như quản lý thông tin bệnh nhân qua bệnh án điện tử, đăng ký dữ liệu hình ảnh từ PET/CT/MRI, và thiết lập kế hoạch xạ trị cho cả phương pháp xạ trị áp sát và xạ trị ngoài (bao gồm photon và electron) Hệ thống còn hỗ trợ đánh giá và kiểm chuẩn kế hoạch điều trị, lên lịch điều trị, cùng với việc theo dõi và kiểm soát liều xạ hàng ngày.

Trong Eclipse v13.6, có hai thuật toán tính liều cho chùm photon là AAA (Anisotropic Analytical Algorithm) và AXB (Acurus External Beam), được sử dụng để tính toán liều cho các vùng không đồng nhất với mật độ thay đổi lớn, chẳng hạn như vùng ngực hoặc các khu vực có xoang khí.

Hình 2.5 Hệ thống lập kế hoạch Eclipse v13.6

Eclipse kết hợp độ chính xác cao của thuật toán AXB với tốc độ nhanh của thuật toán AAA, đảm bảo phân phối liều chính xác cho đúng mục tiêu Hệ thống này giúp các bác sĩ lâm sàng lập kế hoạch điều trị cho bệnh nhân, bất kể sự thay đổi về mật độ mô xung quanh, đồng thời tuân thủ liều lượng quy định.

Eclipse là một công cụ phân tích linh hoạt với 40 chức năng, giúp người dùng tối ưu hóa và phát triển kế hoạch xạ trị nhanh chóng và hiệu quả Nó hỗ trợ nhiều kỹ thuật xạ trị tiên tiến, bao gồm lập kế hoạch xạ trị 3 chiều (3D - CRT), trường trong trường (FiF), điều biến liều theo cường độ (IMRT), xạ trị điều biến liều thể tích cung tròn (VMAT), xạ trị lập thể (SBRT) và xạ phẫu (SRS).

Thi ế t l ậ p các k ế ho ạ ch VMAT FullArc và SplitArc cho ung thư v ú trái kèm h ạ ch vùng

Bài viết này trình bày các thiết lập trong kế hoạch xạ trị VMAT FullArc với độ dài cung khác nhau và VMAT SplitArc cho ung thư vú trái kèm hạch vùng, sử dụng hệ thống máy gia tốc TrueBeam STx và phần mềm lập kế hoạch xạ trị Eclipse phiên bản 13.6.

2.3.1 Thiết lập các kế hoạch VMAT FullArc (FA)

Khái niệm VMAT FullArc đề cập đến một vòng cung liên tục có độ dài tối đa 360 độ, xoay quanh bệnh nhân trong quá trình xạ trị Các góc quay trong xạ trị VMAT được xác định như sau: góc 180 độ bên dưới (tương ứng với 6 giờ), góc 90 độ bên phải (tương ứng với 3 giờ), góc 270 độ bên trái (tương ứng với 9 giờ) và góc 0 độ ở trên (tương ứng với 12 giờ).

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các hướng quay của cung Cụ thể, các cung quay theo chiều kim đồng hồ (Clockwise) bắt đầu từ 181 độ, di chuyển sang bên trái qua góc 0 độ và dừng lại ở 179 độ Ngược lại, các cung quay ngược chiều kim đồng hồ (Counter Clockwise) bắt đầu từ 179 độ, di chuyển sang bên phải qua góc 0 độ và tới 181 độ.

Trong điều trị xạ trị cho bệnh nhân ung thư vú trái, kế hoạch VMAT được thiết lập dựa trên hình dạng vòng cung, không sử dụng toàn bộ 360 độ với 180 điểm điều biến Điều này là do hạn chế về góc quay của máy gia tốc, khi dịch chuyển tâm điều trị sang bên phải có thể gây va chạm với thân bệnh nhân Hơn nữa, việc tránh các điểm điều biến chiếu trực tiếp vào mô lành bên phải như vú phải và phổi phải cũng là cần thiết để hạn chế tác động của bức xạ Do đó, vòng cung tối đa trong xạ trị ung thư vú trái được thiết lập là 240 độ, từ 179 độ đến 299 độ hoặc ngược lại.

Hình 2.6 Thiết lập kế hoạch VMAT 240 độ trên phần mềm Eclipse 13.6

- Kế hoạch VMAT FullArc 240 độ (FA240):

Trong nghiên cứu này, độ dài cung được lựa chọn là VMAT FullArc 240 độ, bao gồm hai vòng cung 240 độ: từ 299 đến 179 độ và từ 179 đến 299 độ Hai vòng cung này được thiết lập theo chiều ngược nhau, cho phép di chuyển liên tiếp, giúp tối ưu hóa quá trình điều trị và giảm thời gian vận hành cho bệnh nhân.

Hình 2.7 Hình ảnh thiết lập góc MLC 0 độ và 90 độ trên phần mềm Eclipse 13.6

Lựa chọn góc MLC là yếu tố quan trọng trong điều trị với thể tích điều trị (PTV) lớn, bao gồm cả vùng ngực và vùng hạch Đặc điểm kích thước trường chiếu của hệ thống máy gia tốc TrueBeam STx (22cm x 32cm) cũng ảnh hưởng đến quyết định này.

Trong trường hợp góc MLC được chọn ở 90 độ, nó sẽ giúp mở rộng trường chiếu, đảm bảo rằng toàn bộ thể tích điều trị được bao phủ, mặc dù ở 0 độ, MLC không thể bao phủ hết được PTV như hình 2.7.

Năng lượng 6MV được áp dụng cho tất cả các kế hoạch VMAT với suất liều 600 MU/phút Thuật toán AAA được sử dụng cho mọi thiết lập kế hoạch, trong khi các kế hoạch FA đều sử dụng một tâm điều trị duy nhất (1 Isocenter).

- Kế hoạch VMAT FullArc 180 độ (FA180)

Nghiên cứu này thiết lập các kế hoạch VMAT FullArc 180 độ với hai vòng cung dài 180 độ, từ 299 tới 119 độ và từ 119 tới 299 độ, nhằm đảm bảo độ dài vòng cung có đủ điểm điều biến để bao phủ toàn bộ thể tích điều trị Mục tiêu là hạn chế các điểm điều biến để giảm liều cho các cơ quan lành, như thể hiện trong hình 2.8 Các vòng cung được thiết lập theo hai chiều ngược nhau, cho phép di chuyển liên tiếp, từ đó thuận tiện trong điều trị và giảm thời gian vận hành cho người bệnh.

Hình 2.8 Thiết lập kế hoạch VMAT 180 độ trên phần mềm Eclipse 13.6

Góc MLC được thiết lập giống như FA240 với độ nghiêng 90 độ, năng lượng 6MV và suất liều 600MU/phút Tất cả các thiết lập đều áp dụng thuật toán AAA.

43 kế hoạch FA180 Trong các kế hoạch FA180 cũng đều sự dụng một tâm điều trị duy nhất (1 Isocenter)

- Kế hoạch VMAT FullArc 120 độ (FA120)

VMAT FullArc 120 độ là thiết kế có chiều dài cung ban đầu giống FA180, bao gồm hai cung chiếu liên tục từ 119 độ đến 299 độ Trong thiết kế này, các điểm điều biến vuông góc với PTV từ 1 độ đến 59 độ không phát tia, do đó thực tế chỉ sử dụng 120 độ với các điểm điều biến Kế hoạch FA120 còn được gọi là VMAT Avoid, và các thiết lập về góc MLC, năng lượng, cũng như suất liều tương tự như FA180.

Hình 2.9 Thiết lập kế hoạch VMAT FullArc 120 độ trên phần mềm Eclipse 13.6

2.3.2 Thiết lập kế hoạch VMAT SplitArc (SPA)

Kế hoạch xạ trị VMAT SplitArc được xác định là việc chia nhỏ các đoạn cung chiếu liên tiếp từ một vòng cung lớn, mang lại lợi ích cho bệnh nhân trong quá trình xạ trị kiểm soát nhịp thở (DIBH) Mỗi đoạn cung có độ dài cấp liều tương ứng từ 20-25 giây, phù hợp với từng chu kỳ thở của bệnh nhân, giúp tối ưu hóa hiệu quả điều trị.

Thiết lập kế hoạch SPA trong nghiên cứu với một tâm duy nhất (1 Iso center) giúp giảm thời gian điều trị so với việc sử dụng hai tâm điều trị (2 Iso center) Việc di chuyển từ tâm thứ nhất đến tâm thứ hai thường tốn thời gian và cần chú ý đến sự ổn định vị trí cũng như sai số trong quá trình chuyển dịch giữa hai tâm.

Hình 2.10 Kế hoạch VMAT FullArc (a) và VMAT SplitArc (b)

Các kế hoạch SPA trong nghiên cứu được chia thành hai phần cung, mỗi phần dài 120 độ, từ 119 đến 59 độ và từ 59 độ đến 299 độ, như mô tả trong hình 2.9 Sự lựa chọn này tương ứng với thời gian dịch chuyển 20-25 giây cho mỗi đoạn cung, phù hợp với chu kỳ nín thở 20-25 giây, với tốc độ dịch chuyển của đầu máy là 4.8-6 độ/giây Chuyển động của MLC có thể gây thiếu hụt ở một số vùng không được phủ đủ thể tích điều trị, điều này được khắc phục bằng cách chồng lặp 4cm của hai phần cung trong thiết lập jaw, như thể hiện trong hình 2.11 Tất cả các kế hoạch VMAT sử dụng năng lượng 6MV, với suất liều 600MU/phút và kích thước trường chiếu dưới 16cm theo hướng chuyển động của MLC, trong khi góc trực chuẩn MLC được thiết lập ở 90 độ ±10 độ.

Hình 2.11 Thiết lập trong kế hoạch VMAT SplitArc trên phần mềm Eclipse 13.6.

CHƯƠNG 3.ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CÁC KẾ HOẠCH

XẠ TRỊ VMAT FULL ARC VÀ SPLIT ARC

Sự phát triển của ngành xạ trị đã dẫn đến việc sản xuất và áp dụng các thiết bị giám sát bề mặt (OSMS) và kiểm soát nhịp thở (RPM) trong xạ trị VMAT cho các khối u ở vùng ngực bụng, như phổi và vú, nhằm nâng cao chất lượng điều trị Tuy nhiên, không phải trung tâm xạ trị nào ở Việt Nam cũng có đủ điều kiện trang bị những thiết bị này Do đó, nghiên cứu và so sánh chất lượng các kế hoạch VMAT trong điều trị ung thư vú trên bệnh nhân với phương pháp chụp mô phỏng thở tự do và thở có kiểm soát nhịp thở trên hệ thống máy gia tốc TrueBeam STx là cần thiết Nghiên cứu này không chỉ cung cấp khuyến cáo cho các đơn vị xạ trị về kỹ thuật điều trị phù hợp mà còn tạo ra dữ liệu để so sánh với các hệ thống xạ trị khác.

Đ ÁNH GIÁ, SO SÁNH CH ẤT LƯỢ NG CÁC K Ế HO Ạ CH