Bài viết Thể tích lập kế hoạch xạ trị còn phù hợp trong xạ trị bằng chùm proton nữa hay không khảo sát việc sử dụng khái niệm PTV trong trường hợp các sai số hình học gây ra sự dịch chuyển của chùm tia so với bệnh nhân. Sự dịch chuyển này được mô phỏng bằng cách dịch chuyển isocenter.
XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ THỂ TÍCH LẬP KẾ HOẠCH XẠ TRỊ CÒN PHÙ HỢP TRONG XẠ TRỊ BẰNG CHÙM PROTON NỮA HAY KHÔNG? NGUYỄN THỊ CẨM THU1, NGUYỄN THÁI BÌNH2, MAI VĂN NHƠN1 TÓM TẮT Khái niệm thể tích lập kế hoạch xạ trị truyền thống PTV được sử dụng và chấp nhận rộng rãi xạ trị bằng chùm photon Trong đó, có rất nhiều khuyến cáo về việc sử dụng khái niệm này lập kế hoạch xạ trị bằng chùm proton[1, 2] chưa có công trình nào chỉ một cách đầy đủ vì PTV không còn phù hợp nữa Trong công trình này, chúng sẽ khảo sát việc sử dụng khái niệm PTV trường hợp các sai số hình học gây sự dịch chuyển của chùm tia so với bệnh nhân Sự dịch chuyển này được mô phỏng bằng cách dịch chuyển isocenter Phantom khảo sát được lựa chọn bao gồm phantom dạng hình hộp và hình cầu đồng nhất nước và không đồng nhất nước có khối xương bên để gây sai số lớn về hình dạng bề mặt và mật độ vật chất đường của chùm proton isocenter dịch chuyển Khối u tuyến tiền liệt với nhiều quan lành quan trọng xung quanh cũng được khảo sát một trường hợp lâm sàng cụ thể Để đánh giá việc sử dụng PTV còn phù hợp nữa hay không, phân bố liều của PTV được so sánh với phân bố liều của CTV ở các vị trí khác của isocenter Nguyên nhân vì PTV không thể hiện cho CTV về mặt liều lượng được giải thích dựa vào việc so sánh phân bố liều lập kế hoạch với phân bố liều tương ứng với các vị trí khác của isocenter sử dụng chỉ số gamma 2%/2mm Kết quả cho thấy, phân bố liều của thể tích lập kế hoạch xạ trị không còn đặc trưng cho phân bố liều của thể tích khối u lâm sàng trường hợp khối u tuyến tiền liệt và phantom không đồng nhất Từ khóa: Thể tích lập kế hoạch xạ trị, lập kế hoạch xạ trị proton, sự phù hợp ABSTRACT The traditional PTV concept is still used and accepted popularly in photon treatment planning While there have been many cautions about the use of this volume in proton treatment planning[1, 2] and there has not any article showing the validation of PTV concept completely In this work, we considered the PTV concept in cases of geometrical errors making the shift of the beam which was implemented by shifting the isocenter The homogeneous and inhomogeneous phantoms in cubic and sphere shapes were considered to create the large errors about the beam interface and the density while the isocenter shifted The prostate case with many important organs at risk was investigated as a clinical case To evaluate the use of PTV, the dose volume histogram of PTV was compared with the one of CTV at each isocenter position Additional, to see which voxel causing the large difference, the dose distribution of treatment plan was compared with the one of the patient at each isocenter position by gamma index 2mm/2% The results showed that the dose to PTV concept is not representative the dose to CTV in cases of prosate case and inhomogeneous phantoms Key words: Planning target volume, proton treatment planning, the validation GIỚI THIỆU Sai số hình học xảy suốt trình xạ trị cho bệnh nhân Để đảm bảo thể tích bia lâm sàng CTV nhận đủ liều định bác sĩ, kĩ sư vật lý sẽ định nghĩa PTV bao quanh CTV cách cộng thêm biên phù hợp bao quanh CTV Khi đó, kế hoạch chấp nhận PTV thỏa mãn tất điều kiện liều lượng Theo báo cáo ICRU 62, PTV có giá trị liều vào PTV thể liều vào CTV[3] Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Công ty Prowess, Concord, Hoa Kỳ TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 203 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Trong đó, PTV thể tích hình học tĩnh sử dụng lập kế hoạch Vậy liệu ngày xạ, sai số hình học xảy ra, vị trí CTV thay đổi so với vị trí chùm tia PTV cịn thể mặt liều lượng vào CTV hay không? Đặc biệt chùm proton lượng cực đại tiêu hao đỉnh Bragg (chỉ khoảng vài mili mét) nên sai lệch vị trí đỉnh Bragg gây phân bố liều vào CTV thay đổi đáng kể VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Có nhiều sai số hình học xảy trình xạ trị bao gồm chuyển động quan, thiết lập bệnh nhân, khơng xác mặt khí máy, khả thiết lập xác vị trí chùm tia dựa mốc đánh dấu ảnh CT…Trong cơng trình này, giả sử sai số hình học xảy dịch chuyển chùm tia CTV có nghĩa trường hợp dịch chuyển mà khối u nằm yên thể Sự dịch chuyển chùm tia mô cách dịch chuyển isocenter Độ dịch chuyển phụ thuộc vào kích thước biên CTV-PTV lớn kích thước biên Trong báo này, dựa vào đề nghị Simon J Thomas[4] khối u tuyến tiền liệt cho trường hợp chiếu chùm proton đối song vào hai bên hông bệnh nhân, biên CTV-PTV lấy rộng có giá trị 12mm để đảm bảo việc bao phủ CTV Đối với phantom, khối u giả định CTV tạo biên CTV-PTV chọn 12mm Như hai trường hợp khối u tuyến tiền liệt phantom, độ dịch chuyển chọn mm 12mm xảy theo phương vuông góc với chùm tia 95% liều định bác sĩ[6] PTV CTV so sánh Thuật tốn tính liều sử dụng báo thuật tốn chùm tia bút chì[7, 8] có hiệu chỉnh mật độ không đồng môi trường mà chùm proton qua Việc tính tốn đường cong liều hấp thụ theo độ sâu dựa vào liệu sở Những liệu sở bao gồm đường cong liều hấp thụ dọc theo trục đại lượng đặc trưng cho tán xạ theo phương ngang chùm proton mô từ Monte Carlo[9] (xem hình hình 2) Hình Phân bố liều theo độ sâu của chùm proton dọc theo trục chính của chùm tia ứng với các mức lượng a) 50 MeV b) 150 MeV c) 200 MeV d) 270 MeV Kế hoạch xạ trị khối u tuyến tiền liệt dựa PTV phải thỏa mãn điều kiện liều sinh học tương đương theo định bác sĩ 76Gy với hệ số sinh học tương đương 1,1 Liều PTV phải đạt giá trị từ 95% đến 107% liều định bác sĩ Liều vào quan lành bao gồm ruột bàng quang thỏa điều kiện liều tối thiểu hấp thụ 2% thể tích ruột bàng quang phải nhỏ liều sinh học tương đương 76Gy[5] Để đánh giá PTV đại diện cho CTV mặt liều lượng hay khơng trước tiên cần phải tính lại phân bố liều CTV ứng với từng dịch chuyển isocenter Việc tính lại dựa vào việc chiếu chùm tia với thông số lập kế hoạch dựa vào PTV vào vị trí isocenter Sau đó, giản đồ liều theo thể tích PTV, PTV DVH, so sánh với giản đồ liều theo thể tích CTV, CTV DVH, vị trí isocenter Để nhìn thấy chi tiết khác biệt này, thống kê liều liều cực đại, liều cực tiểu, độ đồng liều số liều tối thiểu 204 Hình Đại lượng đặc trưng cho sự tán xạ theo phương ngang của chùm tia ứng với các mức lượng a) 50 MeV b) 150 MeV c) 200 MeV d) 270 MeV Để tìm hiểu nguyên nhân gây khác biệt lớn phân bố liều PTV CTV cần tính số gamma phân bố liều isocenter dịch chuyển phân bố liều dựa vào giả thuyết bất TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ biến dịch chuyển Bởi PTV cịn giả thuyết bất biến dịch chuyển Giả thuyết giả sử trường hợp sai số hình học xảy CTV bị dịch chuyển phân bố liều cố định PTV lập kế hoạch Như isocenter dịch chuyển theo giả thuyết bất biến dịch chuyển, phân bố liều sẽ dịch chuyển theo hướng độ lớn Chỉ số gamma[10] chọn để so sánh hai phân bố liều 2mm/2% đồng Mơ hình bệnh nhân khối u tuyến tiền liệt chia thành voxel có kích thước 0,977x0,977x3 mm3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các kết mô dịch chuyển isocenter sẽ phân tích, đánh giá so sánh để kiểm tra khái niệm PTV cịn phù hợp hay khơng xạ trị chùm proton Vì tính đối xứng phantom nên phantom khảo sát vị trí isocenter dọc theo chiều âm trục Ox Khối u tuyến tiền liệt khảo sát theo trục Oy trục Oz, trục vng góc với chùm tia, trục vị trí bao gồm theo chiều dương chiều âm Vậy tổng cộng khảo sát vị trí isocenter phantom 12 vị trí isocenter khối u tuyến tiền liệt Các kết trình bày bên trường hợp tiêu biểu Việc thiết kế phantom lựa chọn ca bệnh cho kết khảo sát phản ánh khác biệt PTV DVH CTV DVH tốt Có nghĩa isocenter dịch chuyển tương tác chùm proton có thay đổi lớn Phantom nước hình hộp có kích thước 30x30x30cm3 khơng có có khối xương có kích thước 6x4x4cm3 Phantom nước hình cầu có bán kính 15cm khơng có có khối xương có kích thước tương tự Kích thước voxel 0,1x0,1x0,4cm3 phantom đồng 0,1x0,1x0,5cm3 phantom không Các giản đồ liều theo thể tích PTV giản đồ liều theo thể tích CTV ứng với dịch chuyển isocenter Hình PTV DVH lập kế hoạch CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều âm trục Ox: 9mm (bên trái) 12mm (ở giữa) của phantom hình cầu đờng nhất nước 9mm (bên phải) của phantom nước hình hợp có khới xương bên Hình PTV DVH lập kế hoạch và CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều âm trục Ox:12mm (bêntrái) của của phantom nước hình hộp có khối xương bên và 9mm (ở giữa) và 12mm (bên phải) của phantom nước hình cầu có khới xương bên TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 205 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Hình PTV DVH lập kế hoạch CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều âm trục Oy:12mm (bêntrái), 9mm (ở giữa) 6mm (bên phải) của khới u ở tún tiền liệt Hình PTV DVH lập kế hoạch CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều dương trục Oy:12mm (bêntrái), 9mm (ở giữa) 6mm (bên phải) của khối u ở tuyến tiền liệt Hình PTV DVH lập kế hoạch CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều âm trục Oz:12mm (bêntrái), 9mm (ở giữa) 6mm (bên phải) của khới u ở tún tiền liệt Hình PTV DVH lập kế hoạch CTV DVH isocenter dịch chuyển dọc theo chiều dương trục Oz:12mm (bêntrái), 9mm (ở giữa) 6mm (bên phải) của khối u ở tuyến tiền liệt 206 TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Các hình từ hình đến hình thể phân bố liều lượng theo thể tích PTV CTV từng dịch chuyển isocenter Liều lượng phân phát đến PTV tất trường hợp nằm khoảng cho phép từ 95% đến 107% liều định bác sĩ Trong liều lượng mà CTV nhận thay đổi lớn, liều cực tiểu Đường phân bố liều CTV DVH bị biến dạng đáng kể Ở hình 5, hình hình 7, đường cong phân bố liều CTV khối u tuyến tiền liệt tệ dịch chuyển lớn Đối với khối u tuyến tiền liệt, dịch chuyển theo hướng từ xuống (hình 8) theo hướng từ trước sau (hình 6) dọc theo thể bệnh nhân cho kết liều cực tiểu nhỏ so với hướng ngược lại Các trường hợp khảo sát cho thấy tất 12 vị trí isocenter tuyến tiền liệt vị trí isocenter phantom khơng đồng nhất, PTV DVH khơng cịn thể cho CTV DVH Để thấy chi tiết không đại diện mặt liều lượng PTV CTV, bảng thống kê liều thực bao gồm đại lượng liều cực đại, liều cực tiểu, số độ đồng liều số liều tối thiểu PTV CTV vị trí isocenter Ở chọn số vị trí isocenter làm CTV nhận liều tệ vào bảng thống kê Liều cực đại, liều cực tiểu, số độ đồng liều số liều tối thiểu 95% Bảng Liều cực tiểu, liều cực đại, chỉ số liều tối thiểu[9] và chỉ số độ đồng liều[9] của PTV và CTV ứng với các vị trí khác của isocenter Dịch chuyển Phantom nước hình hộp có khối xương Phantom nước hình cầu có khối xương Liều cực đại (%) Liều cực tiểu (%) Chỉ số liều tối thiểu 95% Chỉ số độ đồng liều PTV 102,5 97,5 0,05 CTV 112,5 22,5 1,25 0,39 -12mm dọc Ox -12mm dọc Ox PTV 102,5 97,5 0,04 CTV 112,5 27,5 1,28 0,44 -9mm dọc Oy PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 137,5 72,5 1,02 0,23 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 147,5 42,5 1,02 0,24 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 117,5 22,5 2,1 0,35 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 117,5 12,5 2,9 0,62 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 117,5 67,5 1,25 0,14 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 117,5 42,5 1,52 0,24 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 127,5 72,5 1,05 0,21 PTV 107,5 102,5 0,05 CTV 132.5 47.5 1,12 0,38 -12mm dọc Oy Khối u tuyến tiền liệt Thể tích +9mm dọc Oy +12mm dọc Oy -9mm dọc Oz -12mm dọc Oz +9mm dọc Oz +12mm dọc Oz Các giá trị in đậm giá trị tệ làm khối u liều, không đủ liều độ đồng liều thấp Giá trị độ đồng liều cho biết chênh lệch phần trăm liều D 5% với liều D95% liều trung bình Rõ ràng phân bố liều vào PTV tốt phân bố liều vào CTV vẫn tệ, ví dụ trường hợp khối u tuyến tiền liệt isocenter dịch chuyển +12mm dọc theo phương A-P, từ trước sau bệnh nhân, liều TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 207 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ tối thiểu cịn 12,5%, thể tích nhận liều cực tiểu 95% 1/3 thể tích CTV độ đồng liều lên tới 62%-sự chênh lệch liều thấp liều cao tính theo phần trăm liều trung bình Để tìm hiểu chất dịch chuyển isocenter PTV khơng đặc trưng cho CTV mặt liều lượng isocenter dịch chuyển, phân bố liều dựa vào giả thuyết bất biến dịch chuyển, tức PTV phân bố liều isocenter dịch chuyển so sánh dựa vào số gamma 2mm/2% Phần trình bày số gamma bên bao gồm trường hợp điển hình để giải thích ngun nhân bên mà PTV liều cho CTV Chỉ số gamma 2mm/2% Hình Phân bớ chỉ sớ gamma của phantom nước hình hợp chữ nhật (bên trái), phantom nước hình cầu (ở giữa) và phantom nước hình hợp chữ nhật có khới xương bên (bên phải) đới với dịch chuyển của isocenter - 12mm dọc theo trục Ox Hình 10 Phân bớ chỉ sớ gamma của phantom nước hình cầu có khới xương bên (bên trái) đới với dịch chuyển của isocenter - 12mm dọc theo trục Ox, của prostate đối với dịch chuyển của isocenter - 9mm (ở giữa) dịch chuyển của isocenter -12mm (bên phải) dọc theo trục Ox Hình 11 Phân bớ chỉ số gamma của prostate đối với dịch chuyển của isocenter -9 mm (bên trái) -12mm (bên phải) dọc theo trục Oz a) Trường hợp phantom nước đồng Đối với phantom nước đồng nhất, giá trị gamma cao 1,65 (xem hình 7) có voxel có giá trị nên khơng thể rõ hình Hầu hết liều voxel xác phantom cầu dù bề mặt có thay đổi độ cong lớn Điều 208 có nghĩa phân bố liều dựa giả thuyết bất biến dịch chuyển phạm phải sai số nhỏ Như PTV phù hợp để đại diện cho CTV mặt liều lượng b) Trường hợp phantom nước không đồng có khới xương bên TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ - Với phantom nước hình hộp có khối xương bên số gamma cao lên đến 35 tập trung đường chùm tia qua khối xương gần khối xương có độ dài tập trung số gần độ dài khối xương Nguyên nhân gây sai số vùng cao có khối xương nằm vùng Sai số phân bố liều lên đến 40,34% Như PTV liều cho CTV có dịch chuyển isocenter - Với phantom nước hình cầu có khối xương kết thu tương tự phantom hình hộp nước khơng đồng số gamma cao lên đến 43,1 sai số phân bố liều lên đến 53,06% Nguyên nhân thay đổi độ cong bề mặt tiếp xúc chùm tia phantom làm sai số tăng lên d) Trường hợp khối u tuyến tiền liệt Đối với khối u tuyến tiền liệt, sai số phân bố liều 50% cho tất vị trí isocenter số gamma thấp lớn 10 Trong hình 11, sai số lên đến 75,4% 83,8% dịch chuyển - 9mm -12mm dọc theo trục Oz Tỉ lệ gamma cao 43,4 % nằm tập trung voxel đường qua khối xương Có thể giải thích ngun nhân có thay đổi bề mặt da thay đổi lớn mật độ, cụ thể xương mô cơ, đường chùm tia trước sau dịch chuyển isocenter Theo khảo sát này, rõ ràng sử dụng PTV lập kế hoạch xạ trị cho chùm proton trường hợp khối u tuyến tiền liệt Phần phân tích số gamma bên cho thấy nguyên nhân thay đổi bề mặt da bệnh nhân thay đổi lớn mật độ vật chất đáng kể voxel đường chùm proton làm cho phân bố liều PTV đánh giá phân bố liều vào CTV KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu cơng trình cho thấy thể tích PTV khơng cịn phù hợp xạ trị chùm proton có thay đổi lớn bề mặt da mật độ vật chất voxel đường chùm proton Với dịch chuyển cực đại isocenter 12mm trường hợp khảo sát liều cực tiểu nhỏ 12,5% số độ đồng liều thấp, chênh lệch liều cực đại so với liều cực tiểu lên đến 62% giá trị liều trung bình Như cần có cơng cụ để đánh giá liều TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM vào CTV lập kế hoạch mà nhạy với sai số hình học xảy trình xạ trị TÀI LIỆU THAM KHẢO Albertini, F., E.B Hug, and A.J Lomax, Is it necessary to plan with safety margins for actively scanned proton therapy? Physics in Medicine and Biology, 2011 56(14): p 4399-4413 McGowan, S.E., N.G Burnet, and A.J Lomax, Treatment planning optimisation in proton therapy Br J Radiol, 2013 86(1021): p 20120288 ICRU (1999), ICRU Report 62: Prescribing, recording and reporting photon beam therapy, International Commission on Radiation Units and Measurements Thomas, S.J., Margins for treatment planning of proton therapy Phys Med Biol, 2006 51(6): p 1491-501 ICRU Report 78, Prescribing, Recording, and Reporting Proton-Beam Therapy, Journal of the ICRU, Oxford University Press, Vol No 2, 2007 Knöös, T., I Kristensen, and P Nilsson, Volumetric and dosimetric evaluation of radiation treatment plans: radiation conformity index International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 1998 42(5): p 1169-1176 Hong, L., et al., A pencil beam algorithm for proton dose calculations Physics in Medicine and Biology, 1996 41(8): p 1305-1330 Bortfeld, T., An analytical approximation of the Bragg curve for therapeutic proton beams Med Phys, 1997 24(12): p 2024-33 10 Schell, S., Dose delivery and treatment planning methods for efficient radiation therapy with laserdriven particle beams, in Advanced Technologies in Radiation Therapy 2011, Technical University of Munich 11 Low, D.A and J.F Dempsey, Evaluation of the gamma dose distribution comparison method Med Phys, 2003 30(9): p 2455-64 209 ...XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Trong đó, PTV thể tích hình học tĩnh sử dụng lập kế hoạch Vậy liệu ngày xạ, sai số hình học xảy ra, vị trí CTV thay đổi so với vị trí chùm tia PTV cịn thể mặt... phân bố liều vào CTV KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu cơng trình cho thấy thể tích PTV khơng cịn phù hợp xạ trị chùm proton có thay đổi lớn bề mặt da mật độ vật chất voxel đường chùm proton Với dịch chuyển... thể giải thích ngun nhân có thay đổi bề mặt da thay đổi lớn mật độ, cụ thể xương mô cơ, đường chùm tia trước sau dịch chuyển isocenter Theo khảo sát này, rõ ràng sử dụng PTV lập kế hoạch xạ trị