TỐI ƯU HÓA PHÂN BỐ LIỀU TRONG XẠ TRỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP JOIMRT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
PHẠM THỊ MAI
TỐI ƯU HÓA PHÂN BỐ LIỀU TRONG XẠ TRỊ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP JO-IMRT
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
TP. Hồ Chí Minh – 2014
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
1.1. Ung thư và các phương pháp điều trị
Ung thư là một thuật ngữ được sử dụng cho các bệnh trong đó các tế bào bất
thường phân chia không có kiểm soát, xâm lấn vùng không gian lân cận và gây ảnh
hưởng nghiêm trọng tới các mô lành xung quanh. Tế bào ung thư có thể lan ra các
phần khác của cơ thể qua máu và hệ thống bạch huyết.
Hiện nay có ba phương pháp điều trị ung thư chính đó là: phẫu thuật, xạ trị,
và hóa trị [1]. Ngoài ra có thể điều trị kết hợp các phương pháp để đạt hiệu quả
mong muốn. Việc lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp là hoàn toàn phụ thuộc
vào đặc điểm từng loại và từng giai đoạn ung thư khác nhau. Mục đích của các
phương pháp này là tiêu diệt được nhiều nhất các tế bào ung thư mà làm tổn thương
ít nhất có thể cho các tế bào bình thường ở xung quanh.
Phẫu thuật: là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất công hiệu
đặc biệt là với ung thư khu trú gọn. Khi phẫu thuật, tế bào ung thư được lấy đi càng
nhiều càng tốt. Ðôi khi những tế bào lành bao xung quanh khối u cũng được cắt bỏ
để chắc chắn rằng tế bào ung thư lẫn vào đó sẽ được loại hết. Phương pháp này
dùng hiệu quả nhất với các khối u lành tính hoặc không di căn. Thông thường sau
khi phẫu thuật có thể dùng kết hợp với các phương pháp khác như xạ trị, hóa trị…
Xạ trị: là phương pháp sử dụng bức xạ ion hoá để tiêu diệt các khối u. Thông
thường xạ trị được dùng cho trường hợp ung thư mà không thể áp dụng được bằng
phẫu thuật hoặc khi đã phẫu thuật nhưng vẫn còn e ngại ung thư tái phát, nghĩa là xạ
trị sẽ giúp phẫu thuật tiêu diệt tận gốc các tế bào ung thư. Về cơ bản, xạ trị được

chia ra làm hai loại chủ yếu: xạ trị chiếu ngoài (External Radiotherapy) và xạ trị áp
sát (Brachytherapy).
2
Hóa trị: là phương pháp sử dụng hoá chất (các loại thuốc đặc hiệu chống ung
thư) để điều trị ung thư. Nó được dùng khi ung thư đã lan ra ngoài vị trí ban đầu,
khi có di căn ở nhiều địa điểm hoặc khối u đã quá lớn.
Các phương pháp kết hợp: ngoài các phương pháp độc lập, để điều trị ung
thư hiệu quả hơn, còn có thể kết hợp các phương pháp với nhau. Ví dụ, phẫu thuật
kết hợp với xạ trị; phẫu thuật kết hợp với hoá trị; xạ trị kết hợp với hoá trị
Trong luận văn này, chúng tôi sẽ đi sâu vào phương pháp điều trị ung thư
bằng xạ trị.
1.2. Cơ sở xạ trị ung thư
1.2.1. Cơ sở vật lý
1.2.1.1. Liều hấp thụ
Sự ion hóa và kích thích các đại phân tử vật chất hữu cơ của bức xạ có thể sẽ
dẫn đến những phản ứng hóa sinh làm thay đổi tính chất sinh học của các tế bào
sống hay làm chết tế bào. Việc thay đổi tính chất sinh học của các tế bào được hiểu
là tác dụng sinh học của bức xạ lên tế bào đó. Những nghiên cứu sinh học bức xạ
cho thấy tác dụng sinh học này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng yếu tố quan
trọng nhất là lượng năng lượng mà bức xạ bỏ lại trong một đơn vị vật chất. Đại
lượng này được gọi là liều hấp thụ [10].
Liều hấp thụ được tính theo công thức
ht
E
D
m
∆
=
∆
(1.1)

Trong đó, ∆E[J] là năng lượng của bức xạ mất đi do sự ion hóa trong đối
tượng bị chiếu xạ; ∆m[kg] là khối lượng của đối tượng bị chiếu xạ.
Đơn vị của liều hấp thụ là J/kg hoặc erg/g.
Đơn vị ngoại hệ là rad: 1 rad = 100 erg/g.
Ngày nay người ta thường dùng đơn vị Gray (Gy) 1Gy = 100 rad
3
Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ tính trong một đơn vị thời gian
ht
ht
D
P
t
∆
=
∆
(1.2)
Trong đó,
ht
D
∆
là liều hấp thụ trong khoảng thời gian
t
∆
.
Đơn vị là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s.
Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian, khi đó liều hấp thụ sẽ được tính
thông qua công thức
t
ht ht
0

D P (t).dt
=
∫
(1.3)
1.2.1.2. Quá trình truyền năng lượng của bức xạ tới vật chất
Hai quá trình cơ bản của sự truyền năng lượng là sự tương tác của hạt tích
điện với nguyên tử của vật chất và sự tạo ra các hạt ion hoá bởi sự biến đổi tức thời
của hạt nhân. Năng lượng được truyền δε trong các quá trình cơ bản trong sự truyền
năng lượng được cho bởi [4]
b a,i
i
T Q T
δε = + −
∑
(1.4)
Ở đây T
b
là động năng (T
b
= E - m
o
c
2
) của những bức xạ ion hóa trước khi tương
tác,
a,i
i
T
∑
là tổng động năng của các hạt ion hóa được tạo ra trong quá trình (bao

gồm cả động năng còn lại của bức xạ ion hóa sơ cấp, nếu nó vẫn còn là hạt ion hoá
sau tương tác) và Q là tổng năng lượng nghỉ được sinh ra trong quá trình biến đổi
hạt nhân.
Sự ion hóa có thể xảy ra trực tiếp thông qua sự tương tác của bức xạ với các
electron của nguyên tử (những quá trình sơ cấp) hoặc gián tiếp thông qua phản ứng
hạt nhân (chẳng hạn như sự bắt neutron hoặc sự phân rã meson-π).
 Quá trình truyền năng lượng sẽ khác nhau trên cơ sở Q = 0 ; Q > 0 ; Q < 0.
4
• Trường hợp Q = 0
Va chạm của bức xạ với những electron của nguyên tử gây ra sự kích thích
hoặc ion hoá là những quá trình chủ yếu. Với Q = 0 thì năng lượng truyền δε trong
quá trình cơ bản được cho bởi
b a,i
i
T Tδε = −
∑
(1.5)
Năng lượng truyền δε là phần động năng của hạt tương tác biến đổi thành những
dạng năng lượng khác hơn động năng của những hạt ion hoá.
• Trường hợp Q < 0
Giá trị âm của Q có nghĩa là một phần động năng của hạt tương tác mất đi để
chuyển thành khối lượng nghỉ của hạt nhân. Năng lượng truyền δε được viết
b a,i
i
T T Q
δε = − −
∑
(1.6)
Động năng của những hạt ion (năng lượng bức xạ) mất đi để làm gia tăng khối
lượng của những hạt nhân là không được tính cho năng lượng truyền δε. Năng

lượng truyền được định nghĩa theo những định luật bảo toàn của năng lượng bức xạ
chỉ liên quan tới những thay đổi về cấu trúc electron. Hầu hết những hiệu ứng vật
lý, hóa học, sinh học do bức xạ phụ thuộc vào những thay đổi như thế. Định nghĩa
này là quan trọng và cần thiết để phân biệt “năng lượng truyền” và “năng lượng hấp
thụ” theo ý nghĩa năng lượng bức xạ được hấp thụ.
• Trường hợp Q > 0
Giá trị dương của Q có nghĩa là năng lượng nghỉ của hạt nhân được giải
phóng dưới dạng năng lượng khác. Để đơn giản chúng ta có thể viết năng lượng
truyền
δε
của quá trình với Q > 0 dưới dạng
b a,i
i
T T Q
δε = − +
∑
(1.7)
5
Trong đó
b a,i
i
T T
−
∑
là một phần của năng lượng nghỉ được giải phóng. Q xuất hiện
như động năng hoặc năng lượng lượng tử của những hạt ion hoá. Năng lượng
truyền
δε
là phần còn lại của Q mà không biến đổi thành động năng của những hạt
ion hoá.

 Năng lượng truyền cho vật chất trong thể tích
Năng lượng truyền ε cho vật chất trong thể tích nào đó bằng tổng năng lượng
truyền của tất cả các quá trình i xảy ra trong thể tích đó, trong khoảng thời gian
khảo sát
i
i
ε= δε
∑
(1.8)
Chúng ta hãy khảo sát hạt ion hóa có động năng T
in
đi vào thể tích V, như
trong hình 1.1. Khi hạt đi vào thể tích V, nó gây ra các quá trình cơ bản trong thể
tích. Cùng với tương tác của những hạt ion hóa, sự phân rã của các hạt nhân phóng
xạ được tạo ra bởi những quá trình trước đó phải được khảo sát. Những hạt ion
chuyển động tự do được diễn tả bởi những đường có mũi tên chỉ chiều chuyển động
của nó.
Hình 1.1. Quá trình tương tác của hạt ion hóa với môi trường vật chất
6
Những hạt ion hóa trong thể tích sinh ra từ các quá trình cơ bản trước được
diễn tả bởi đường thẳng nối hai điểm, trong khi những hạt ion hóa được tạo ra bên
trong thể tích và thoát ra khỏi nó được diễn tả bởi những đường đi ra khỏi thể tích.
Còn những hạt ion hoá thoát ra khỏi thể tích sau khi bị một vài lần tương tác bên
ngoài có thể quay trở lại thể tích được xem như hạt tới mới. Nếu có K hạt ion hóa đi
vào tương tác với môi trường và N hạt nhân phóng xạ tồn tại trước đó trong môi
trường thì năng lượng truyền cho vật chất trong thể tích được cho bởi
j j
n n
K N K N
ij b a,k

j 1 i 1 j 1 i 1 k
K L M
in, j out,m n
j 1 m 1 n 1
T T Q
T T Q
+ +
= = = =
= = =
   
 
ε= δε = − +
 
 ÷  ÷
 
   
= − +
∑ ∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑
(1.9)
n
j
là tổng số những quá trình cơ bản được tạo ra ban đầu trong thể tích V bởi hạt tới
(hoặc hạt nhân phân rã thứ j).
K
in,j
j 1
T
=
∑

là tổng động năng của tất cả những hạt ion hóa
tương tác trong thể tích V, số hạng thứ hai
L
out,m
m 1
T
=
∑
là tổng động năng của tất cả các
hạt ion hóa được tạo thành do các quá trình cơ bản, và thoát ra khỏi thể tích mà
không gây ra các tương tác tiếp theo, và số hạng cuối cùng
M
n
n 1
Q
=
∑
là tổng năng lượng
nghỉ của các hạt trong các quá trình cơ bản xảy ra bên trong thể tích.
Hạt ion hoá có thể đi vào và rời khỏi thể tích mà không gây tương tác trong
nó, những hạt này không đóng góp cho ε bởi vì động năng của chúng mang vào
bằng với động năng chúng mang ra khỏi thể tích. Bằng cách cộng thêm động năng
của những hạt không tương tác vào cả
in,j
j
T
∑
và
out,m
m

T
∑
trong (1.9) ta sẽ có được
định nghĩa ε phù hợp với công thức được đưa ra bởi ICRU (1980) là
in out n
n
R R Q
ε= − +
∑
(1.10)
7
trong đó
j
j
R T
=
∑
là tổng động năng của các hạt ion hóa.
1.2.1.3. Mối liên hệ giữa năng lượng truyền và liều hấp thụ
Khi vật có kích thước lớn bị chiếu xạ, cần chú ý rằng có sự thay đổi năng
lượng truyền theo vị trí của vật bị chiếu xạ. Chúng ta chia vật bị chiếu xạ ra thành
từng yếu tố thể tích nhỏ và xác định năng lượng truyền cho những yếu tố thể tích
này như một hàm của vị trí. Do bản chất ngẫu nhiên của sự phát các hạt ion hóa từ
nguồn bức xạ, cũng như bản chất ngẫu nhiên của quá trình tương tác, do đó ε là đại
lượng ngẫu nhiên, nó có thể có những giá trị khác nhau trong cùng điều kiện chiếu
xạ. Giá trị của nó tuân theo thăng giáng thống kê phụ thuộc vào số và loại các quá
trình cơ bản xảy ra. Tuy nhiên, trong quá trình tính toán không thể tổng hợp chính
xác tất cả các sự kiện. Vì thế người ta dùng một giá trị trung bình
ε
để thay thế

cho sự thăng giáng năng lượng truyền trong thể tích. Liều hấp thụ D được tính theo
giá trị năng lượng truyền trung bình cho khối vật chất m trong thể tích V [4]
m 0 V 0
D lim lim
m V
→ →
ε ε
= =
ρ
(1.11)
Liều hấp thụ là giá trị trung bình của năng lượng truyền trên một đơn vị khối
lượng. Nó lấy giá trị ở mỗi điểm của môi trường bị chiếu xạ và là đại lượng diễn tả
sự phân bố không gian của năng lượng truyền. Những phép đo vật lý liên quan đến
việc xác định của đại lượng ngẫu nhiên
ε
truyền cho vật chất trong thể tích hữu
hạn. Việc xác định liều hấp thụ tại một điểm là không thể thực hiện thông qua một
phép đo duy nhất, mà đòi hỏi phải thực hiện việc lấy trung bình hoặc phương pháp
ngoại suy. Giá trị
ε/m
là giá trị trung bình của những phép đo lặp lại. Thường
trong thực tế giá trị liều hấp thụ được xem như là hằng số trong khắp thể tích hữu
hạn. Trong trường hợp này, giá trị liều hấp thụ có thể được xác định trong một phép
đo duy nhất miễn là năng lượng truyền trung bình
ε
có thể đại diện để bỏ qua
thăng giáng thống kê của
ε
.
1.2.2. Cơ sở sinh học

8
Quá trình phân chia tế bào được diễn tiến qua một số giai đoạn (còn gọi là
pha), được kích hoạt bởi một số tác nhân sinh hoá từ bên ngoài (các yếu tố tăng
trưởng, các kích tố, các phức hợp kháng thể…) và được điều hoà bởi hệ thống kiểm
soát từ bên ngoài lẫn bên trong tế bào để tránh sự dư thừa hay thiếu hụt số tế bào
cần thiết cho các hoạt động của cơ thể. Quá trình phân chia này có thể được chia ra
các giai đoạn như sau (Hình 1.2) [5]
Hình 1.2. Quá trình phân chia tế bào
Pha G1: tạo RNA (Ribonucleic Acid - một loại Amino acid dùng để tổng
hợp các protein) và protein. Trong pha này diễn ra sự gia tăng của tế bào chất, hình
thành thêm các bào quan khác nhau, sự phân hóa về cấu trúc và chức năng của tế
bào (tổng hợp protein) và chuẩn bị các tiền chất, các điều kiện cho sự tổng hợp
DNA (Deoxyribonucleic acid - một phân tử acid nucleic mang thông tin di truyền
mã hóa cho hoạt động sinh trưởng và phát triển của các vật chất hữu cơ).
Pha S: những diễn biến cơ bản trong pha này là sự sao chép DNA và nhân
đôi nhiễm sắc thể. Khi kết thúc pha S, nhiễm sắc thể từ thể đơn chuyển sang thể kép
gồm hai sợi cromatit giống hệt nhau, dính với nhau ở tâm động và chứa hai phân tử
DNA giống nhau tạo ra hai bộ thông tin di truyền hoàn chỉnh để truyền lại cho hai
tế bào con.
9
Pha G2: tiếp tục tổng hợp protein có vai trò đối với sự hình thành thoi phân
bào. Nhiễm sắc thể ở pha này vẫn giữ nguyên trạng thái như ở cuối pha S. Sau pha
G2, tế bào diễn ra quá trình nguyên phân.
Pha M: tế bào ngưng đột ngột việc tổng hợp protein và RNA, các đôi nhiễm
sắc thể tách rời nhau, theo các vi ống chạy về hai cực của thoi vô sắc, nhân tế bào
chia đôi và tế bào tách thành hai tế bào con. Sau khi hoàn tất việc phân bào, các tế
bào sẽ được lập trình để giữ các nhiệm vụ đặc biệt trong các mô hay vào pha G1 để
tiếp tục một chu kỳ tế bào khác.
Dưới tác động của bức xạ, khi tập trung vào vùng khối u, bức xạ phá hỏng
DNA hoàn toàn hoặc một phần. Điều này gây ra các hậu quả:

- Kìm hãm hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào
- Sai xót DNA gây đột biến, biến đổi chức năng
- Gây chết tế bào
1.2.3. Khái niệm các thể tích trong xạ trị
Bức xạ là một dạng "thuốc" đặc biệt mà không thể luôn luôn đưa vào cơ thể
theo cách thông thường như uống, tiêm, đặc biệt là lĩnh vực xạ ngoài. Với xạ ngoài,
bức xạ chỉ được đưa vào từng vị trí nhất định, nơi mà các bác sĩ chuyên khoa xác
định rằng tại đó có các tế bào ung thư, vì thế việc đưa ra một kế hoạch xạ trị phải
luôn được thực hiện. Kế hoạch này nhằm xác định các thông số điều trị tối ưu trong
việc điều trị bệnh của bệnh nhân. Trong đó, các thông số này bao gồm: thể tích mục
tiêu, liều giới hạn, liều chỉ định, liều lượng phân đoạn, Phân bố liều - thể tích, vị trí
bệnh nhân, cài đặt máy điều trị, các liệu pháp đi kèm [8]
Bước đầu tiên là xác định vị trí khối u và mức độ của nó. Ủy ban Quốc tế về
đơn vị và đo lường bức xạ (International Commission on Radiation Units - ICRU)
cung cấp nhiều hướng dẫn cho công việc này. Các báo cáo 50 và 62 của ICRU đưa
ra các thể tích khác nhau rất hữu ích cho việc lập kế hoạch xạ trị, nó được coi như
một điểm tham chiếu mà liều lượng phải được tính toán dựa trên các thể tích này.
10
GTV - Tổng thể tích khối u nguyên phát (Gross Target Volume)
GTV là thể tích gồm các khối u có thể nhìn thấy hoặc phát hiện trên lâm
sàng thông qua việc thăm khám trực tiếp của bác sĩ chuyên khoa và hình ảnh cắt
lớp. Phần thể tích này thường chỉ cho thấy một phần của khối u không bao gồm các
hạch di căn. Thông thường, thể tích này được các bác sĩ xác định qua thăm khám và
hình ảnh CT, MRI, PET, siêu âm [8]
CTV - Thể tích mục tiêu lâm sàng (Clinical Target Volume)
Các CTV là thể tích đã được xác định để yêu cầu điều trị bức xạ. Thể tích
này bao gồm GTV cộng với các vùng rủi ro lâm sàng - như các hạch bạch huyết và
khu vực xâm lấn của GTV có thể nhìn thấy qua kính hiển vi. Tùy thuộc vào từng
loại bệnh, mức độ bệnh các bác sĩ có thể khoanh vùng các khu vực nghi ngờ. Quá
trình đánh giá CTV là không chính xác tuyệt đối vì nó là chủ quan và phụ thuộc rất

nhiều vào đánh giá lâm sàng của bác sĩ chuyên khoa. Tuy nhiên CTV được coi là
vùng thể tích cần được điều trị triệt để vì thế các CTV cần phải được xác định trong
mỗi kế hoạch[8].
PTV - Thể tích lập kế hoạch (Planning Target Volume)
PTV là thể tích tập trung chủ yếu của kế hoạch điều trị. Liều lượng đủ cung
cấp cho PTV ở mỗi lần điều trị là liều lượng để đảm bảo điều trị đáp ứng tiêu diệt
toàn bộ CTV như mong muốn. Các PTV được mở rộng từ ITV (Internal Target
Volume) một khoảng bằng với dung sai thiết lập sai vị trí bệnh nhân. Điều này có
thể khác nhau dựa trên các bộ phận và các vị trí điều trị - ví dụ tại Canberra chúng
ta có sai số điều trị 7 mm cho phương pháp điều trị các vùng trên cơ thể và 3 mm
cho đầu mặt cổ. Khoảng cách này là lề bên ngoài (External Margin - EM hay Setup
Margin - SM) mục đích là bù vào các yếu tố bên ngoài dẫn đến việc không chính
xác trong điều trị. Có thể làm giảm sai số này và cho phép mở rộng PTV nhỏ hơn
nếu việc thiết lập bệnh nhân có các thiết bị hiện đại hỗ trợ [8].
11
Hình 1.3. Các thể tích điều trị theo ICRU 50
Trong đó PTV - thể tích quan trọng nhất cần đánh giá trong quá trình lập kế
hoạch - được miêu tả chi tiết như sau:
Hình 1.4. Chi tiết cách tạo ra thể tích lập kế hoạch theo ICRU 62
với IM: (Internal Margin) vùng mở rộng do sai số nội tại (ví dụ như sự tự chuyển
động của cơ quan).
SM: (Setup Margin) vùng mở rộng do sai số thiết lập bệnh nhân.
Trong đó, IM được tạo ra từ ITV là thể tích mục tiêu có tính đến sự tự
chuyển động nội tại. ITV là thể tích mà có sự cộng dồn biên độ dao động sinh lý
của cơ quan vào CTV để tạo PTV. Các dao động này có thể bao gồm các chuyển
12
động của ruột, đập của tim hoặc hô hấp. Biên độ cho các dao động này được gọi là
biên độ nội tại (IM) và có thể thay đổi chiều cao, chiều rộng và chiều sâu dựa trên
từng vị trí trong cơ thể.
ITV là một khái niệm mới để phân chia các sai số trong điều trị thành các sai

số theo yếu tố nội tại trong bệnh nhân và yếu tố bên ngoài. Nếu có một phương
pháp để làm giảm tác dụng của các di chuyển nội tại được sử dụng (ví dụ: mặt nạ
gating) thì ITV có thể được giảm đáng kể.
Thể tích được điều trị (Treated Volume)
Được định nghĩa là đường đồng liều bao hết PTV. Chênh lệch giữa PTV và
thể tích được điều trị chính là thông số để đánh giá kế hoạch điều trị.
Thể tích nhận bức xạ (Irradiated Volume)
Được định nghĩa là thể tích nhận 50% liều chỉ định.
OAR - Cơ quan cần bảo vệ có nguy cơ nhận liều cao (Organ At Risk)
OAR là thể tích được vẽ bao quanh các cơ quan quan trọng nhạy bức xạ nằm
gần khối u. Tạo ra các cơ quan này nhằm đặt lại các ràng buộc trên sự sắp xếp chùm
tia và giới hạn liều lượng có thể nhận cho cả khối u và các cơ quan quan trọng. Mỗi
OAR có thể có dung sai bức xạ khác nhau dựa trên từng loại mô của cơ thể.
1.2.4. Thiết bị cần thiết cho một trung tâm xạ trị
Các trung tâm có điều trị bằng phóng xạ yêu cầu có các thiết bị như sau [8]:
 Máy phát tia bức xạ và các thiết bị phụ trợ
Có rất nhiều dạng năng lượng được sử dụng hiện nay vào mục đích xạ trị
ngoài như electron, neutron, proton, photon Trong đó electron và photon là hai
dạng năng lượng được sử dụng nhiều nhất vì nhiều mặt lợi thế như khả năng đâm
xuyên tốt, thiết kế máy móc không quá cồng kềnh và tốn kém. Tuy nhiên với mỗi
mức năng lượng photon khác nhau lại chỉ thích hợp cho những ca bệnh hay những
phương thức xạ trị khác nhau. Các mức năng lượng photon dùng cho điều trị xạ
13
ngoài được kể đến có thể bắt đầu từ khoảng 1,173MeV của máy Cobalt tới khoảng
18MeV của máy gia tốc tuyến tính.
Máy xạ trị Cobalt là loại máy sử dụng chùm bức xạ gamma phát ra do sự
phân rã của đồng vị phóng xạ Co-60 để điều trị. Nguồn Co-60 phát bức xạ gamma
(γ) với hai mức năng lượng là 1,173MeV và 1,332MeV, năng lượng trung bình là
1,25MeV, có thời gian bán rã 5,27 năm. Nguồn Co-60 được sản xuất có dạng đồng
xu (đường kính 2cm) được ghép lại thành hình trụ. Hoạt độ ban đầu thường là 6500

Ci. Thời gian sử dụng khoảng 5 đến 7 năm (khoảng một chu kỳ bán rã của đồng vị).
Loại máy này không được đề nghị để thực hiện cho phương pháp IMRT [3].
Máy gia tốc tuyến tính là máy được thiết kế để tạo ra các mức năng lượng
electron và photon lớn và phong phú hơn máy Cobalt nhằm khắc phục các yếu điểm
mà máy Cobalt gặp phải. Máy gia tốc được ứng dụng trong lâm sàng từ đầu những
năm 1950, bằng các chùm electron hoặc các chùm tia X và đã trở thành thiết bị chủ
yếu tại nhiều trung tâm xạ trị. Về nguyên tắc, không có giới hạn trong công nghệ
chế tạo máy gia tốc để tạo các mức năng lượng của electron, ngoại trừ bản thân cấu
trúc chiều dài tăng tốc của thiết bị. Giới hạn năng lượng chùm electron hiệu dụng
đạt được trong thực tế lâm sàng nằm trong phạm vi từ 4 tới 40MeV [3]. Hiện nay ở
Việt Nam thường thấy các mức electron từ 5 tới 24MeV và mức photon từ 6 tới
18MV.
 Các máy chụp chẩn đoán hình ảnh (CT, MRI, PET/CT, X-quang, )
Tại các trung tâm xạ trị hiện nay đa số được trang bị máy CT, nó là thiết bị
không thể thiếu để ghi nhận hình ảnh bệnh nhân, phục vụ cho việc lập kế hoạch xạ
trị từ 3D trở lên. Ngoài ra nhiều cơ sở đã trang bị được các máy như MRI, cao cấp
hơn, tại các bệnh viện tuyến trung ương, máy PET/CT phục vụ rất tốt trong quá
trình chẩn đoán cũng như khoanh vùng các vị trí ung thư trên cơ thể bệnh nhân.
 Các thiết bị mô phỏng, cố định bệnh nhân. Thường được nhắc tới là
mặt nạ thông minh, gối đầu, gối chân
14
 Máy tính lập kế hoạch điều trị, quản lý thông tin bệnh nhân. Gồm
nhiều máy tính được cài đặt các phần mềm chuyên dụng cho việc lập
kế hoạch, quản lý thông tin bệnh nhân, kiểm chuẩn liều lượng
 Thiết bị đo liều.
Một trung tâm xạ trị cần được trang bị đầy đủ các thiết bị phục vụ cho đo
liều lượng, máy đo liều cầm tay, thiết bị đo liều cá nhân, hệ thống phantom nước,
phantom plastic
1.2.5. Nhân sự cho một trung tâm xạ trị, vai trò và trách nhiệm của nhà vật lý
y học

Bảng 1.1 là hướng dẫn mang tính tham khảo về số lượng tối thiểu các nhà
vật lý y học cần có cho một trung tâm xạ trị. Số lượng các nhà vật lý y học cần thiết
trong một tổ chức xạ trị không chỉ phụ thuộc vào số lượng bệnh nhân điều trị mỗi
năm mà còn tính trên sự phức tạp của các dịch vụ xạ trị được cung cấp. Ví dụ, thủ
tục đặc biệt như xạ trị Stereotactic, xạ trị điều biến liều IMRT, xạ trị theo hướng
dẫn của hình ảnh IGRT, và xạ phẫu là những thủ tục vật lý chuyên sâu và do đó đòi
hỏi các nhà vật lý nhiều hơn số lượng khuyến cáo. Theo Hiệp hội các nhà vật lý y
học của Mỹ (AAPM), một nhà Vật lý y học liên quan đến dịch vụ y tế phải có bằng
thạc sĩ khoa học hoặc tiến sĩ và được chứng nhận trong các khóa đào tạo có liên
quan mà trong trường hợp này là nhà vật lý y học cho ung thư học (Radiation
oncology physics).
Theo tiêu chuẩn ACR (American College of Radiology) thì một trung tâm
điều trị bằng phóng xạ buộc phải có các nhân sự tối thiểu sau:
15
Bảng 1.1. Nhân sự tối thiểu cho một trung tâm xạ trị [8]
Nhân sự Số lượng
Bác sĩ trưởng khoa 1 người cho 1 trung tâm
Bác sĩ xạ trị 1 người cho 25 đến 30 bệnh nhân (BN)
Nhà vật lý y học 1 người cho 1 trung tâm 400 BN
Nhân viên lập kế hoạch điều trị
Người đo liều hoặc trợ lý vật lý 1 người cho 300 BN điều trị hằng năm
Nhà vật lý kỹ thuật 1 người cho 600 BN điều trị hằng năm
Kỹ thuật viên xạ trị
Kỹ thuật viên trưởng 1 người cho 1 trung tâm
Nhân viên điều trị (Kỹ thuật viên) 2 người cho 1 máy phát năng lượng điều trị
25 BN mỗi ngày
4 người cho 1 máy phát năng lượng điều trị
50 BN mỗi ngày
Nhân viên mô phỏng 2 người cho 500 BN mô phỏng mỗi năm
Kỹ sư bảo dưỡng máy 1 người cho 2 máy phát năng lượng hoặc 1

người cho 1 máy phát năng lượng và 1 máy
mô phỏng
Y tá 1 người cho 300 BN điều trị mỗi năm
Đặc biệt trong kế hoạch điều trị, các nhà vật lý có trách nhiệm chung đảm
bảo rằng kế hoạch điều trị là chính xác và có giá trị khoa học. Điều đó có nghĩa rằng
các nhà vật lý có trách nhiệm kiểm tra các phần mềm máy tính và đưa vào sử dụng
lâm sàng. Người đó cũng chịu trách nhiệm cho việc giải thích tính đúng đắn của kế
hoạch điều trị có liên quan đến phân bố liều - thể tích và tính toán thời gian điều trị.
16
Một vai trò quan trọng của nhà vật lý y học thường bị bỏ qua là vai trò của
một nhà tư vấn cho bác sĩ ung bướu bức xạ (Radiation oncologists) trong việc thiết
kế các kế hoạch điều trị. Việc phối hợp cùng các bác sĩ của nhà vật lý y học là điều
vô cùng cần thiết để có được một kế hoạch điều trị tối ưu nhất về cả việc đánh giá
các thể tích, phân bố liều - thể tích và phương pháp nên tiến hành cho từng trường
hợp bệnh. Nhà vật lý y học phải là người có trình độ, chuyên nghiệp trong nhóm xạ
trị, là người hiểu rõ các thuật toán lập kế hoạch điều trị và có thể xác thực giá trị
khoa học của một kế hoạch điều trị trên máy tính. Điều quan trọng là người đó tham
gia tích cực với quá trình lập kế hoạch điều trị và kế hoạch cuối cùng phải nhận
được sự xem xét cẩn thận nhất có thể. Vì xu hướng của một số bác sĩ là dễ bỏ qua
các nhà vật lý y học, một số tổ chức đã phát triển các chính sách phải có mặt nhà vật
lý trong mô phỏng và làm việc với các dosimetrist trong việc tạo ra và tối ưu hóa
các kế hoạch điều trị.
1.3. Một số kỹ thuật xạ ngoài cho điều trị ung thư bằng bức xạ hiện nay
1.3.1. Kỹ thuật xạ trị thích ứng 3D-CRT (Three Dimensional Conformal
Radiotherapy)
Mục tiêu của xạ trị là chiếu xạ tiêu diệt khối u nhưng vẫn duy trì tốt các cấu
trúc bình thường. Cụ thể, phương pháp xạ trị 3D-CRT mong muốn cung cấp một
liều bức xạ đủ lớn để tiêu diệt tế bào ung thư ở mức xác suất đủ cao để kiểm soát
bệnh ác tính, trong khi tại cùng một thời gian đó thì giới hạn liều đến các mô lành
xung quanh được giữ ở mức tối thiểu. Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT là cách dùng các

hình ảnh CT, MRI, PET kết hợp với phần mềm chuyên dụng trên máy vi tính
(trong luận văn này chúng tôi sử dụng phần mềm Prowess Panther 5.1 của hãng
Prowess) để xác định chính xác vị trí của khối u trong không gian ba chiều và tính
toán phân bố liều. Chùm tia xạ phù hợp với hình dạng khối u được đưa đến khối u
từ nhiều hướng khác nhau. Cách xạ trị này giúp làm giảm lượng phóng xạ đi qua
những mô bình thường của cơ thể [7], [8].
+ Ưu điểm của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT:
17
•Phân bố liều tập trung vào khối u và giảm thiểu khá tốt liều vào các cơ
quan lành xung quanh. Hầu hết các khối u là đa giác lồi đều đáp ứng
phân bố liều tốt mà không ảnh hưởng nhiều đến các cơ quan xung
quanh.
•Đánh giá được phân bố liều qua từng lát cắt CT.
•Số trường chiếu cho một vị trí u thấp hơn IMRT.
•Hiện tại đang là kỹ thuật xạ trị được sử dụng phổ biến nhất tại Việt
Nam.
+ Nhược điểm của kỹ thuật xạ trị 3D-CRT:
•Khó đạt được yêu cầu cho khối u là đa giác lõm.
•Cần các thiết bị phụ trợ như Wedge, Block chì
1.3.2. Kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT (Intensity Modulated Radiation
Therapy)
Xạ trị điều biến liều IMRT là một dạng cải tiến hơn nữa của cách xạ trị từ
bên ngoài dùng nguồn photon. Giống như 3D-CRT, chương trình chuyên dụng trên
máy vi tính được sử dụng để xác định chính xác khối u trong không gian ba chiều.
Nhưng cùng với việc phóng các tia photon từ nhiều hướng khác nhau, thông lượng
của tia được điều chỉnh để phù hợp với bề dày khác nhau của từng vị trí của khối u.
Điều này cho phép kiểm soát nhiều hơn nữa bằng cách giảm lượng phóng xạ tiếp
xúc với mô lành trong khi đưa lượng phóng xạ cao hơn đến khối u [7], [8].
+ Ưu điểm của kỹ thuật xạ trị IMRT:
•Kế hoạch đạt phân bố liều tốt hơn hẳn 3D-CRT do có sử dụng việc tối

ưu hóa phân bố liều của chùm tia.
•Lập kế hoạch với liều chỉ định cao hơn mà mô lành vẫn trong giới hạn
an toàn.
•Đạt ưu thế vượt trội so với 3D-CRT trong việc tạo phân bố liều cho các
khối u dạng đa giác lõm.
•Giảm thiểu các thao tác bằng tay của kỹ thuật viên trong quá trình xạ trị,
từ đó giảm đáng kể liều bức xạ tới kỹ thuật viên.
•Không cần các thiết bị phụ trợ như wedge hay block chì.
18
+ Nhược điểm của kỹ thuật xạ trị IMRT:
•Cần đánh giá kế hoạch qua kiểm chuẩn liều lượng kế hoạch.
•Thời gian lập kế hoạch dài hơn.
1.3.3. Kỹ thuật xạ trị theo hướng dẫn của hình ảnh IGRT (Image Guided
Radiation Therapy)
Như các phương pháp khác, mục tiêu của phương pháp xạ trị IGRT là cải
thiện tính chính xác vào khối u và giảm sự tiếp xúc với bức xạ của các mô khỏe
mạnh trong quá trình xạ trị. Trong những kỹ thuật trước đó, PTV đã được sử dụng
để bù đắp cho các lỗi tự chuyển động của các cơ quan trong cơ thể trong khi điều
trị. Điều này dẫn đến các mô khỏe mạnh không cần thiết phải chịu chiếu xạ trong
quá trình điều trị cũng bị coi là mô bệnh. Tạo ra thể tích PTV là phương pháp sử
dụng rộng rãi nhất để giải thích cho sự không chắc chắn hình học. Bằng cách cải
thiện độ chính xác thông qua sự hướng dẫn của hình ảnh trực tiếp, bức xạ được
giảm xuống xung quanh các mô khỏe mạnh, cho phép tăng bức xạ vào khối u để
kiểm soát một cách chặt chẽ và có hiệu quả. IGRT được sử dụng để phát hiện các
"điểm chuẩn" vàng được đánh dấu trong khối u trước khi điều trị được đưa ra, để
đảm bảo mục tiêu hoàn hảo [8].
IGRT có thể hiểu là sự cải tiến của IMRT khi tăng thêm việc ghi nhận sự di
chuyển của khối u và hướng dẫn cho máy gia tốc phát tia theo một chu kỳ nhất định
theo sự di chuyển đó. Vì thế ngoài việc mang theo các ưu điểm của IMRT nó còn
chính xác hóa vị trí khối u hơn rất nhiều. Từ đó có thể thấy, với phương pháp này,

PTV sẽ được co nhỏ lại hơn so với PTV được vẽ trong phương pháp IMRT hay 3D-
CRT bằng cách trừ đi phần dịch chuyển nội tại của khối u.
Trên đây là toàn bộ phần giới thiệu tổng quan về các kiến thức y học hạt
nhân cho xạ trị và các phương pháp lập kế hoạch điều trị hiện đang được dùng phổ
biến trên thế giới. Với mong muốn phát triển các phương pháp điều trị tốt nhất cho
bệnh nhân ung thư trong điều kiện cơ sở vật chất còn khó khăn của ngành y tế nước
nhà, chúng tôi thực hiện đề tài tối ưu hóa các thông số kế hoạch xạ trị bằng phương
pháp IMRT cho hai trường hợp ung thư đầu mặt cổ và tiền liệt tuyến chỉ với bốn lá
ngàm thay vì hệ thống MLC đa lá.
19
CHƯƠNG 2
ĐÁNH GIÁ KẾ HOẠCH XẠ TRỊ
2.1. Những yêu cầu cơ bản về kỹ thuật IMRT
Như đã giới thiệu ở chương 1, IMRT là kỹ thuật được hướng đến phục vụ
cho quy trình xạ trị tại Việt Nam trong thời gian tới. Kỹ thuật này được đưa ra
không nằm ngoài mục tiêu chung là cải thiện tốt hơn khả năng cấp liều tối đa vào
khối u theo chỉ định và giảm liều tới mức thấp nhất vào mô lành nhờ đó nâng cao
hiệu quả điều trị, mặt khác hạn chế các biến chứng do tia xạ gây ra.
IMRT là một kỹ thuật tinh vi và phức tạp mà trong đó tạo ra phân bố liều
không đồng nhất vì thế nó đòi hỏi phải được hợp tác rất chặt chẽ trong đội ngũ cán
bộ chuyên môn được đào tạo bài bản và có trình độ cao bao gồm các bác sĩ xạ trị,
kỹ sư vật lý và các kỹ thuật viên vận hành thiết bị. Những yêu cầu cơ bản về kỹ
thuật IMRT bao gồm [2]:
• Lựa chọn một số loại ung thư phù hợp với phương pháp
• Thiết bị chẩn đoán hình ảnh với đầy đủ chức năng
• Dụng cụ, thiết bị cố định tư thế bệnh nhân
• Nắm vững kiến thức giải phẫu sinh lý cũng như bản chất mô bệnh học
• Xác định vị trí khối u và các tổ chức xung quanh
• Phần mềm lập kế hoạch tiên tiến có hỗ trợ thực hiện kế hoạch IMRT
• Quy trình Acceptance test và commissioning hệ thống máy xạ trị và các thiết

bị phụ trợ kèm theo
• Triển khai đầy đủ, nghiêm túc các hoạt động trong chương trình đảm bảo
chất lượng xạ trị
• Nguyên tắc phân tích, đánh giá tính tối ưu của kế hoạch được lựa chọn
• Thực hiện điều trị thực tế một cách chính xác và an toàn.
20
Như vậy, khi đánh giá phương pháp này so với phương pháp 3D-CRT ta dễ
dàng nhận thấy một số nhược điểm trước mắt khi chưa tính đến kết quả phân bố liều
như sau:
• Chi phí tăng cao hơn hẳn so với điều trị 3D-CRT (khảo sát hiện tại cho thấy
chi phí có thể tăng gấp 2 lần)
• Cường độ và kỹ thuật làm việc của kỹ sư vật lý cần cao hơn
• Nguy cơ phát sinh biến chứng nếu có sai sót (do tổng liều cao hơn, hầu hết
dùng suất liều cao hơn)
Tuy nhiên, IMRT vẫn là kỹ thuật đang được hướng tới rất mạnh mẽ hiện nay
nguyên nhân là do những lợi thế không thể tranh cãi về vấn đề phân bố liều của một
kế hoạch IMRT so với 3D-CRT.
Các ứng dụng lâm sàng nên được thực hiện với IMRT
• Ung thư đầu mặt cổ: dễ dàng cố định, có quá nhiều cơ quan nhạy bức xạ với
mức chịu đựng bức xạ thấp như tủy, tuyến mang tai
• Ung thư tiền liệt tuyến: nhiều cơ quan nằm liền kề như trực tràng, bàng
quang, ruột non, kết quả bảo vệ thành trực tràng được coi là kinh điển so với
3D-CRT
• Hạch trung thất: dễ cố định, vùng cơ thể lồi lõm không bằng phẳng, gần phổi
và tủy
• Ung thư thực quản: dễ ảnh hưởng tới phổi nếu điều trị bằng phương pháp
3D-CRT
• Ung thư vú trái: điều trị bằng phương pháp 3D-CRT ảnh hưởng liều lên tim
và phổi với thể tích khá lớn
• Ung thư vùng tiểu khung: vùng có nhiều cơ quan liền kề như ruột, trực tràng,

bàng quang
21
2.2. Quy trình lập kế hoạch xạ ngoài
Hình 2.1. Quy trình lập kế hoạch xạ trị ngoài
22
(1) Nhập chuỗi ảnh vào hệ thống
(2) Vẽ khối u và các cơ quan
(3) Chỉ định liều, phân liều
(4) Chọn năng lượng và tạo các hướng chiếu
(5) Tối ưu hóa
phân bố liều
(7) Kiểm chuẩn
kế hoạch
(6) Đánh giá
kế hoạch
(8) Chấp nhận kế hoạch
Đạt
Đạt
Đạt
Chưa đạt
Chưa đạt
Chưa đạt
2.2.1. Nhập chuỗi ảnh vào hệ thống
Khi thực hiện lập kế hoạch xạ trị cho bệnh nhân, người ta buộc phải dùng tới
hình ảnh CT hoặc tốt hơn là MR/CT hay PET/CT. Lý giải cho điều này khá đơn
giản vì xạ trị gia tốc là dùng tia photon xạ trị ngoài, việc tính toán phân bố liều trên
các phần mềm mô phỏng phải sử dụng tới mật độ electron của cơ thể bệnh nhân.
Hiện nay, chỉ có ảnh CT hoặc ảnh kết hợp có kèm CT mới có thể đáp ứng được yêu
cầu này. Ngoài ra việc tính toán độ sâu chùm tia bức xạ đi vào cơ thể là vô cùng
quan trọng và khắt khe. Bất kỳ một sai sót nào trong việc tính toán độ sâu này đều

gây ra việc điều trị sai lệch mục tiêu cần điều trị. Hình ảnh CT, MR/CT hoặc
PET/CT cho phép chúng ta thấy rõ giải phẫu các cơ quan có mật độ mô cao như
xương hay các điểm đánh dấu bằng chì (Pb) và cả giải phẫu mô mềm. Những hình
ảnh khác như siêu âm hay MRI không làm được điều này do nguyên lý ghi hình
hoàn toàn khác và hình ảnh không đủ chức năng để có thể tính toán chính xác độ
sâu cũng như cố định bệnh nhân.
Hình 2.2. Lát cắt CT chứa các điểm đánh dấu bằng chì
23
2.2.2. Vẽ thể tích khối u và các cơ quan nhạy xạ xung quanh
Vẽ, tạo đường bao để tạo ra các thể tích bia làm mục tiêu cho các tia bức xạ
đi tới. Việc vẽ đầy đủ các thể tích khối u và cơ quan nhạy xạ xung quanh một cách
chính xác và đầy đủ đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá phân bố liều, giúp
cho quá trình lập kế hoạch, tối ưu liều lượng thuận lợi và chính xác. Đây cũng là
yêu cầu quan trọng đối với kế hoạch IMRT.
Hình 2.3. Tạo đường bao khối u và các cơ quan
2.2.3. Chỉ định liều, phân liều
2.2.3.1. Chỉ định liều
Ngoài việc chỉ định liều cho khối u, bác sĩ còn phải chỉ định liều giới hạn cho
các cơ quan lành nhạy xạ gần kề khối u. Việc chỉ định này là hết sức quan trọng
trong cả kể hoạch 3D-CRT lẫn IMRT. Tuy nhiên, khi đánh giá một kế hoạch IMRT,
việc lưu ý không còn chỉ nằm ở phía "đáp ứng khối u" mà còn rất khắt khe trong
việc bảo vệ cơ quan lành vì khả năng tối ưu phân bố liều của nó.
2.2.3.2. Phân liều
Qua nhiều nghiên cứu và khảo sát người ta thường chọn giá trị phân liều
xung quanh giá trị 2Gy/ngày (1,8 - 2,2 Gy). Sự lựa chọn này dựa vào đường cong
sống sót của tế bào trên 1 ngày điều trị với tần suất 5 ngày/tuần[8].
24
Hình2.4. Đường cong sống sót của mô ung thư và mô lành
Với các liều vượt quá 4Gy, tỉ lệ sống sót của các mô ung thư cao hơn các mô
lành trong xạ trị gia tốc. Với giá trị xấp xỉ 2Gy, nghiên cứu cho thấy đáp ứng mô

ung thư tốt hơn và tỉ lệ sống xót của mô lành cao hơn.
2.2.4. Chọn mức năng lượng và tạo phân bố hướng chiếu
Bắt đầu từ công đoạn này, nhà vật lý sẽ phải tự xác định một mô hình các
trường chiếu phù hợp cho từng ca bệnh cụ thể. Với kỹ thuật xạ trị 3D-CRT, hầu hết
đã có những quy trình chuẩn về hướng chiếu, số trường chiếu và năng lượng tương
ứng vì thế chúng tôi chỉ đi sâu vào việc chọn các thông số này cho kỹ thuật IMRT.
Khi lập kế hoạch IMRT, người kỹ sư vật lý phải có ít nhất 2 năm kinh
nghiệm với việc lập kế hoạch 3D-CRT để đảm bảo sẽ hình dung sơ bộ được việc
khi đặt một hướng chiếu i nào đó thì các mối nguy cơ cho các cơ quan xung quanh
sẽ như thế nào hay phân bố liều thường đạt được sẽ ra sao. Theo quy tắc, không
chọn các góc mà chùm tia đi trực tiếp qua các cơ quan quan trọng, vùng xương dày,
hay đối song với một chùm tia khác trong kế hoạch.
25