Phương pháp đánh giá kế hoạch xạ trị điều biến cường độ trong ung thư vòm họng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN – KỸ THUẬT HẠT NHÂN


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾ HOẠCH XẠ TRỊ
ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ TRONG UNG THƯ
VÒM HỌNG

SVTH: Nguyễn Thị Hồng Trang
CBHD: ThS. Dương Thanh Tài
CBPB: ThS. Nguyễn Tấn Châu

TP. Hồ Chí Minh - 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy đã hướng dẫn
em Th.S. Dương Thanh Tài. Nếu không có sự tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo em trong
từng bước đi suốt thời gian vừa qua thì khóa luận không hoàn thành như mong đợi.
Thầy đã luôn nhắc nhở, động viên, tin tưởng và tạo điều kiện cho em hoàn thành
khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn tới quý Thầy Cô trong Bộ môn vật lý hạt nhân- Kỹ
thuật hạt nhân, Đại học Khoa học tự nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh, đã luôn tạo
cho em môi trường học tập tốt, đã cho lời khuyên, truyền đạt kiến thức khoa học và
hết lòng giúp đỡ em và luôn hỗ trợ em mỗi khi có bất kì vấn đề gì trong suốt 2 năm
vừa qua cũng như trong quá trình làm khóa luận.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể các Kỹ sư, Bác sĩ, Khoa Y học Hạt
nhân, Bệnh viện Đa Khoa Đồng Nai đã tạo điều kiện tốt nhất cho em tìm hiểu và
sử dụng phần mềm Prowess Panther 4.6 trong quá trình lập kế hoạch xạ trị tại
Bệnh viện.
Em xin chân thành cảm ơn cán bộ phản biện đã đọc, góp ý và hướng dẫn em
chỉnh sửa để hoàn thiện tốt hơn khóa luận này.
Quan trọng nhất, em xin cảm ơn Bố mẹ đã luôn luôn ở bên cạnh em, luôn
khuyến khích, cho em những lời khuyên, ủng hộ em hằng ngày. Tình yêu và sự ủng
hộ của Bố mẹ đã hỗ trợ em trong suốt thời gian đại học, đó là một động lực rất lớn
giúp em.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Thị Hồng Trang


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................v
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XẠ TRỊ .................................................................3
1.1. Vai trò của xạ trị ...............................................................................................3
1.2. Các mục tiêu của xạ trị .....................................................................................3
1.3. Một số khái niệm về liều ..................................................................................4
1.4. Cơ sở xạ trị ung thư ..........................................................................................6
1.4.1. Cơ sở sinh học của xạ trị ...........................................................................6
1.4.2. Cơ sở vật lý ...............................................................................................8
1.4.2.1. Tương tác giữa photon với vật chất ...................................................8
1.4.2.2. Những khái niệm cơ bản về vật lý trong xạ trị.................................10
1.5. Một số kỹ thuật xạ trị .....................................................................................13

CHƯƠNG 2. XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ (IMRT) .....................................17
2.1. Nguyên lý của kỹ thuật xạ trị điều biến cường độ IMRT ..............................18
2.1.1. Kỹ thuật xạ trị IMRT ..............................................................................18
2.1.2. IMRT tối ưu hơn 3D-CRT ......................................................................19
2.1.3. Điều biến cường độ chùm tia ..................................................................19
2.2. Quy trình lập kế hoạch xạ trị IMRT ...............................................................21
2.2.1. Nhập dữ liệu ảnh vào hệ thống lập kế hoạch xạ trị .................................22
2.2.2. Vẽ thể tích khối u và các cơ quan trọng yếu ...........................................23
2.2.3. Định nghĩa các trọng số (constraint) theo ICRU 50 ...............................25
2.2.4. Sự khác nhau giữa phương pháp lập kế hoạch thuận và kế hoạch ngược
...........................................................................................................................26
2.2.5. Chỉ định liều, phân liều ...........................................................................27
2.2.6. Chọn mức năng lượng và thiết lập trường chiếu ....................................27
2.2.7. Tối ưu hóa phân bố liều ..........................................................................28

i


CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KẾ HOẠCH XẠ TRỊ ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ .........31
3.1. Phân tích định lượng ......................................................................................32
3.1.1. Đánh giá kế hoạch dựa vào biểu đồ phân bố liều lượng - thể tích (Dose
Volume Histogram - DVH)...............................................................................32
3.1.1.1. Đánh giá phân bố liều tới khối u ......................................................32
3.1.1.2. Đánh giá liều vào cơ quan lành xung quanh ....................................33
3.1.2. Đánh giá phân bố liều trong kế hoạch JO-IMRT ....................................34
3.2. Phân tích định tính .........................................................................................37
3.3.1. Dựa trên chỉ số tương quan liều (COIN) ................................................39
3.3.2. Dựa trên chỉ số đồng nhất (HI) ...............................................................40
3.3.3. Chỉ số Gradient liều-độ chênh lệch liều (GI- gradient index) ................41
3.3. So sánh JO-IMRT và 3D-CRT của một nhóm bệnh nhân .............................41

3.4. Hiệu suất cấp liều xạ trị..................................................................................44
KẾT LUẬN ...............................................................................................................46
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................47

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3D-CRT

Three dimensional conformal

Xạ trị thích ứng ba chiều

radiotherapy
CT

Computed tomography

Chụp cắt lớp điện toán

CTV

Clinical target volume

Thể tích bia lâm sàng

DAO

Direct aperture optimization

Tối ưu hóa độ mở trực tiếp

DVH

Dose volume histogram

Biểu đồ liều lượng - thể tích

EUD

Equivalent Uniform Dose

Liều tương đương

GTV

Gross tumor volume

Thể tích khối u nguyên phát

ICRU

International commission on

Ủy ban Quốc tế về đơn vị và đo

radiation units

lường bức xạ

Image guided radiation therapy

Xạ trị theo hướng dẫn của

IGRT

hình ảnh
IMRT

Intensity modulated radiation

Xạ trị điều biến cường độ

therapy
IV

Irì
GI là công cụ bổ sung dùng để đánh giá trong trường hợp đó [9]. GI được định
nghĩa là tỉ số giữa thể tích của 1/2 đường đồng liều chỉ định và thể tích của đường
đồng liều chỉ định. Ví dụ, đối với một kế hoạch chuẩn hóa đường đồng liều là 50%
liều chỉ định thì GI là tỉ số giữa thể tích của 25% đường đồng liều chỉ định và thể
tích của 50% đường đồng liều chỉ định. GI sẽ phân biệt được các kế hoạch có độ

tương quan tương tự nhưng với các gradient liều phải khác nhau và cho thấy được
các đường đồng liều chỉ định sẽ suy giảm liều cao nhất ở bên ngoài thể tích bia,
đồng thời GI là một công cụ nhằm để đo lường một cách khách quan sự suy giảm
liều bên ngoài khối u và được sử dụng để minh họa đường đồng liều chỉ định tối ưu.
Qua đó, để tạo ra một kế hoạch với phân bố liều phù hợp, cần nhiều điểm đồng
liều phải nằm trong thể tích bia đã được vẽ trước. Nếu quá nhiều điểm đồng liều
chồng chất lên nhau, sẽ tạo ra nhiều điểm liều cao - “hot spot” không mong muốn.
Liều ở những chỗ đó sẽ cao đáng kể so với bất kì chỗ nào trong cả kế hoạch xạ trị.
3.3. So sánh JO-IMRT và 3D-CRT của một nhóm bệnh nhân
Với ba bệnh nhân DTM, PKT, LCTT sẽ có tổng cộng 3 kế hoạch JO-IMRT, 3 kế
hoạch cùng sử dụng 7 trường chiếu giống nhau với 7 phân đoạn trên mỗi trường
chiếu và 3 kế hoạch 3D-CRT tương ứng. Bảng 3.5 tóm tắt dữ liệu liều lượng cho
các kế hoạch.

41


Bảng 3.5. Tổng hợp liều lượng và các thông số kế hoạch 3D-CRT và JO-IMRT
LCTT
BN1
JO3DIMRT
CRT

JOIMRT

3DCRT

JOIMRT

3DCRT

65,80

66,21

65,80

65,19

69,79

66,74

40,31

46,40

43,87

44,79

44,20

45,36

60,20

61,74

56,33

58,15

55,09

56,49

32,64

63,45

27,67

31,50

42,37

57,45

30,23

58,37

33,89

33,94

44,17

61,40

GTV COIN

0,84

0,66

0,83

0,39

0,92

0,40

HI

0,095

0,118

0,091

0,102

0,102

0,106

Bệnh nhân

GTV95% (Gy)
Tủy sống (Dmax)
(Gy)
Thân não (Dmax)
(Gy)
Tuyến mang tai trái
(Dmean) (Gy)
Tuyến mang tai
phải (Dmean) (Gy)

DTM
BN2

PKT
BN3

Dựa trên bảng 3.5:
Liều tới khối u: 95% thể tích khối u trong các kế hoạch JO-IMRT, 3D-CRT
đều đã nhận được > 95% liều chỉ định. => Liều tới khối u đạt mục tiêu đề ra ở cả
hai kế hoạch.
Liều tới các cơ quan trọng yếu:
Tủy sống: Liều đến tủy của các kế hoạch JO-IMRT đều thấp hơn giới hạn liều
cho phép (< 45 Gy), nhưng với kế hoạch 3D-CRT, liều đến tủy của BN1 và BN4 đã
vượt ngưỡng cho phép.
Thân não: Liều đến thân não của các kế hoạch JO-IMRT đều thấp hơn so với
các kế hoạch 3D-CRT.
Tuyến mang tai: Liều mà tuyến mang tai nhận được của các kế hoạch 3D-CRT cao
hơn JO-IMRT rất nhiều ở tất cả bệnh nhân. Trong đó, liều trung bình tại một hoặc
cả hai bên của tuyến mang tai của bệnh nhân 1 và 4 trong 2 kế hoạch đã vượt quá
ngưỡng cho phép 42 Gy. Do kế hoạch 3D-CRT chiếu 2 trường 90o và 270o nên hai

tuyến mang tai sẽ nằm trọn trong vùng trường chiếu và phải nhận liều tương đương

42


khối u. Điều đó dẫn tới việc bệnh nhân thường bị khô miệng, cứng hàm và thường
đau rát họng (do mất chức năng bài tiết nước bọt) sau kế hoạch 40Gy.
 JO-IMRT giúp liều tối thiểu tới các cơ quan trọng yếu hơn các kế hoạch
3D-CRT

Hình 3.8. So sánh chỉ số COIN giữa kế hoạch 3D-CRT và JO-IMRT của 3 bệnh
nhân DTM, LCTT, PKT. Mỗi đường song song trong biểu đổ hộp tương ứng là
giá trị tối thiểu, 25%, 50%, 75%, giá trị tối đa, chấm bên trong hộp là giá trị trung
bình

Hình 3.9. So sánh chỉ số HI giữa kế hoạch 3D-CRT và JO-IMRT của 3 bệnh nhân
DTM, LCTT, PKT

43


Khi so sánh với độ phù hợp của kế hoạch, giá trị COIN trung bình (± độ lệch
chuẩn) cho các kế hoạch 3D-CRT, JO-IMRT tương ứng là 0,48 ± 0,07, 0,87 ± 0,05
và với chỉ số đồng nhất (HI) trung bình lần lượt là 0,109, 0,096. Như đã thấy trong
hình 3.9, 3.10, kế hoạch JO-IMRT đã đạt độ phù hợp tốt hơn đáng kể, cùng với độ
lệch chuẩn nhỏ hơn so với kế hoạch 3D-CRT.
3.4. Hiệu suất cấp liều xạ trị
Hiệu suất cấp liều xạ trị cho các kế hoạch IMRT phụ thuộc vào phương pháp cấp
liều của từng hãng máy gia tốc tuyến tính. Nhờ hệ thống cấp liều tự động, máy gia
tốc tuyến tính Siemens có thể cấp liều tự động từ trường chiếu này sang trường

chiếu khác mà không cần tới sự can thiệp của con người. Đối với phương pháp cấp
liều ngắt quãng (step and shoot), máy gia tốc phải mất khoảng 12 giây để di chuyển
từ cuối trường chiếu này sang đầu trường chiếu kế tiếp. Trong cùng một trường
chiếu thời gian dừng xạ giữa các phân đoạn trung bình khoảng 4 giây với các phần
mềm cấp liều mới nhất. Với 1 máy Siemens nguồn photon 6 MV, 200 MU/phút thì
thời gian cấp liều tính theo giây, xấp xỉ như công thức [8]:
Thời gian cấp liều (giây) = (Ng−1)×12+(Ns−Ng)×4+(MUT/200MU/phút)×60 (3.3)
Với Ng là tổng số trường chiếu, Ns là tổng số phân đoạn của kế hoạch, MUT là tổng
số MU trên mỗi phân đoạn.

Hình 3.10. So sánh số MU trung bình trên mỗi phân đoạn giữa kế hoạch 3D-CRT
và JO-IMRT của 3 bệnh nhân DTM, LCTT, PKT

44


(s)

Thời
gian
cấp
liều

Hình 3.11. So sánh số thời gian cấp liều xạ giữa kế hoạch 3D-CRT và JO-IMRT
của 3 bệnh nhân DTM, LCTT, PKT
Hình 3.12 cho thấy số MU trung bình trên mỗi phân đoạn của 2 kế hoạch JOIMRT và 3D-CRT. MU trung bình trên mỗi phân đoạn của JO-IMRT (753 MU) cao
hơn kế hoạch 3D-CRT (378 MU) rất nhiều. Sử dụng phương trình (3.3) thời gian
cấp liều xạ trị cho từng kế hoạch JO-IMRT, 3D-CRT tương ứng là 466 giây, 125,4
giây như hình 3.13. Nhìn chung, thời gian cấp liều xạ của JO-IMRT dài hơn đáng
kể so với 3D-CRT. Tuy nhiên, trên thực tế thời gian cấp liều cho các kế hoạch 3DCRT dài hơn thời gian ước lượng trên vì với kế hoạch 3D-CRT thì phải mất thêm

thời gian kỹ thuật viên vào thay chì, Wedge,…

45


KẾT LUẬN
Nội dung của khóa luận này đã đạt được các mục tiêu ban đầu là lập kế hoạch
xạ trị điều biến cường độ JO-IMRT và đánh giá kế hoạch xạ trị cho một số bệnh
nhân ung thư vòm họng. Những kết quả đã đạt được từ khóa luận:
1. Tìm hiểu tổng quan về xạ trị: các khái niệm, định nghĩa, vai trò, sự cần thiết của
xạ trị, cơ sở sinh học và các phương pháp xạ trị hiện nay.
2. Tìm hiểu rõ quy trình lập kế hoạch xạ trị điều biến cường độ - IMRT. Sử dụng
phần mềm Prowess Panther 4.6 tại Bệnh viện Đa khoa Đồng Nai để tiến hành lập kế
hoạch IMRT cho một số ca ung thư vòm họng.
3. Nhận thấy được phân bố liều tới khối u và các cơ quan của kỹ thuật xạ trị JOIMRT tối ưu hơn hẳn so với kỹ thuật xạ trị 3D-CRT. Đồng thời, với JO-IMRT liều
tại tuyến mang tai được giảm đáng kể so với dùng 3D-CRT. Từ các chỉ số đánh giá
COIN, HI một lần nữa khẳng định chất lượng kế hoạch JO-IMRT tốt hơn hẳn 3DCRT. Ngoài ra, kỹ thuật xạ trị IMRT không tạo ra các electron, photon tán xạ từ
việc sử dụng các dụng cụ như lọc nêm, khối che chắn chì, do đó sẽ giảm được hiện
tượng cháy da cho bệnh nhân.
KIẾN NGHỊ
Đánh giá các kế hoạch xạ trị không chỉ dừng lại ở việc sử dụng DVH, chỉ số
COIN, HI, MU để so sánh mà cần tiếp tục nghiên cứu thêm nhiều chỉ số khác như:
Chỉ số gradient tương quan (Conformity Gradient Index - CGI), chỉ số khoảng cách
tương quan (conformity distance index - CDI),…nhằm đánh giá các kế hoạch một
cách toàn diện hơn.
Dựa trên các kết quả đạt được, đề nghị tiến hành so sánh, đánh giá giữa các kế
hoạch 3D-CRT, JO-IMRT, MLC-IMRT hay giữa các kế hoạch JO-IMRT và MLCIMRT với sự biến đổi số phân đoạn với dữ liệu bệnh nhân nhiều hơn dựa vào các
chỉ số tương quan liều COIN và chỉ số đồng nhất HI, số MU nhằm để tìm ra kế
hoạch với số phân đoạn tối ưu nhất, đảm bảo phân bố liều xạ hợp lý và hiệu quả.

46


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Tấn Châu (2015), Giáo trình Cơ sở Vật lý trong Xạ trị, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (lưu hành nội bộ).
[2] Phạm Thị Mai (2014), Tối ưu hóa phân bố liều trong xạ trị bằng phương pháp
JO-IMRT, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM.
[3] Dương Tấn Phúc (2015), Lập kế hoạch xạ trị trên máy gia tốc tuyến tính theo
phương pháp 3D - CRT, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQG-HCM.
[4] Nguyễn Đông Sơn (2014), Giáo trình ứng dụng bức xạ và kỹ thuật hạt nhân
trong Y tế, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (lưu hành nội bộ).
[5] Dương Thanh Tài (2012), Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật xạ trị điều biến
cường độ (JO-IMRT), Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQG-HCM.
Tiếng Anh
[6] Claus A. Kristensen, Flemming Kjær-Kristoffersen, Wendy Sapru, Anne
K.Berthelsen, Annika Loft and Lena Specht (2007), “Nasopharyngeal carcinoma.
Treatment planning with IMRT and 3D conformal radiotherapy”, Acta Oncologica,
Vol.46, 214-220.
[7] Faiz M. Khan (2010), Physics of Radiation Therapy, the 4th Edition, Lippincott
Williams and Wilkins, University of Minnesota Medical School, Minneapolis,
Minnesota.
[8] G Mu and P Xia (2009), “A feasibility study of using conventional jaws to
deliver complex IMRT plans for head and neck cancer”, Phys. Med. Biol, Vo.54,
5613-5623.
[9] Ian Paddick and Bodo Lippitz (2006), “A simple dose gradient measurement
tool to complement the conformity index”, J Neurosurg (Supply), Vo.105, 194-201.

[10] ICRU Report 62: Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy
(Supplement to ICRU Report 50).

47


[11] Lucullus Hing Tong Leung, Monica Wai Kwan Kan, Ashley Chi Kin Cheng,
Wicger King Hang Wong and Chun Chung Yau (2007), “A new dose-volume-based
Plan Quality Index for IMRT plan comparison”, Radiotherapy and Oncology,
Vo.85, 407-417.
[12] Yang-Kyun Park, Soyeon Park, Hong-Syun Wu and Siyong Kim (2014), “A
new plan quality index for dose painting radiotherapy”, Journal of Applied Clinical
Medical Physics, Vo.15, 316-325.

48