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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu phƣơng pháp đo tái tạo liều 3D đánh giá chất lƣợng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dị MatrixX/Dolphin Lê Văn Tình Ngành K thuật Hạt nh n Giảng viên hƣớng dẫn: Viện: TS Nguyễn Văn Thái V t l K thu t HÀ NỘI, 10/2022 Chữ k GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: LÊ VĂN TÌNH Đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp đo tái tạo liều 3D đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin” Chuyên ngành: K thu t Hạt nhân Mã số HV: 20202112M Cán hƣớng dẫn: TS Nguyễn Văn Thái Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm lu n văn xác nh n tác giả sửa chữa, bổ sung lu n văn theo biên họp Hội đồng ngày13/10/2022 với nội dung sau:  Bổ sung danh mục k hiệu tốn học  Giảm số lượng trích dẫn khơng cần thiết  Sắp xếp lại hợp l vị trí hình vẽ bảng biểu  Sửa đổi lại bố cục trình bày cho hợp l , dễ hiểu  Biện lu n giải thích chi tiết kết lu n văn  Rút nhược điểm nghiên cứu  Chỉnh sửa lại lỗi đánh máy tả Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2022 Ngƣời hƣớng dẫn Tác giả luận văn TS Nguyễn Văn Thái Lê Văn Tình CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Trần Kim Tuấn THƢ VIỆN TẠ QUANG BỬU Xác nh n nh n lại lu n văn sau sửa chữa mã số ………………… Ngày……tháng……năm 2022 (Ký ghi rõ họ tên) ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài tiếng Việt: Nghiên cứu phương pháp đo tái tạo liều 3D đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dò MatrixX/Dolphin Tên đề tài tiếng Anh: A study on dose measurement and 3D reconstruction method in TPS QA using MatrixX/Dolphin Detector Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên TS Nguyễn Văn Thái LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan: Lu n văn “Nghiên cứu phương pháp đo tái tạo liều 3D đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị sử dụng hệ thống đầu dị MatrixX/Dolphin” cơng trình nghiên cứu riêng học viên hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Thái, môn K thu t Hạt nhân V t l Môi Trường, Viện V t l K thu t, Đại học Bách Khoa Hà Nội Lu n văn có tham khảo nghiên cứu tài liệu khác nước, tất trích dẫn đầy đủ Các số liệu lu n văn sử dụng trung thực, kết trình bày lu n văn chưa tác giả công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Cao học Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Ký ghi rõ họ tên TS Nguyễn Văn Thái LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành lu n văn này, tơi xin bày t lịng cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Thái t n tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện giúp đ hồn thành lu n văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện V t l K thu t, c ng thầy môn K thu t Hạt nhân V t l Môi trường t n tình giảng dạy giúp đ hỗ trợ tơi suốt q trình học t p thực lu n văn Cuối c ng xin bày t lịng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè ln bên động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho học t p tốt Hà Nội, ngày tháng Tác giả lu n văn K ghi rõ họ tên năm 2022 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Ung thư loại bệnh phổ biến mà tiêu diệt với xạ ion hóa mà gọi xạ trị Với khối u năm gần tổ chức nguy cấp, Xạ trị điều biến liều (IMRT) xạ trị điều biến thể tích cung trịn (VMAT) sử dụng ngày phổ biến lâm sàng Những kĩ thu t cho phép tạo phân bố liều cao ph hợp thể tích u giảm liều nhanh chóng với thể tích phức tạp nằm gần tổ chức nguy cấp Theo Hiệp hội V t l Y học M (AAPM), trước đưa kĩ thu t vào thực hành lâm sàng (IMRT commissioning), việc cần thực phải xác định định lượng giới hạn tin c y (CL: Confidence limits), tiêu chí kiểm định IMRT cho bệnh nhân sau Sau đó, bệnh nhân có định điều trị IMRT, trước điều trị cần tiến hành kiểm định so sánh kết tính tốn mơ ph ng điều trị với kết thực tế đo đạc Tuy nhiên, sau tính tốn mơ ph ng bệnh nhân, tồn thơng số hệ thống máy điều trị chuyển sang thực phantom để biết phân bố liều phantom, phân bố liều đo đạc vài điểm, mặt phẳng (2D) phantom Sở dĩ có việc kiểm định tính tốn mô ph ng việc thực thực tế máy IMRT, VMAT điều trị phức tạp, tổng liều phát lớn (MU: Monitor Units), việc tính tốn mô ph ng thực sở liệu ban đầu máy (baseline) có sai khác cách hệ thống (có xu hướng rõ rệt theo thời gian) sai khác ngẫu nhiên (liên quan đến tính ổn định hệ thống máy), tính đến thời điểm Hiện nay, thị trường có nhiều thiết bị thương mại sử dụng kiểm tra kế hoạch trước điều trị để đảm bảo khả thực thi máy gia tốc với phương pháp đo liều 1D, 2D, 3D sử dụng phổ biến QA kế hoạch trước điều trị Các thiết bị đo thu th p xử l số liệu dựa cơng cụ phân tích phân tích Gamma (đánh giá qua tiêu chí gamma index gamma pass rate) Một vấn đề cần đặt là: Với thiết bị đo liệu có cho kết số gamma gamma pass rate giống thực c ng phương pháp đo liều? khơng giống đúng?, sai? Người thực chấp nh n kết kiểm tra kế hoạch trước điều trị? Chúng ta biết, thiết bị thương mại đo liều, QA trước điều trị mua cấp phép sử dụng xạ trị V y lí lại có khác biệt v y Điều tài liệu hướng dẫn hiệp hội Y V t l M (AAPM) báo cáo 119 ( TG119) việc thực commissioning hay thiết l p kiểm tra thiết bị đo liều dung QA kế hoạch nhằm xác định giới hạn tin c y thiết bị ( the local confidence limit) so sánh với confidence limit đưa TG119 đưa mức xử trí ( action level) sử dụng loại thiết bị kiểm tra kế hoạch trước điều trị Tác giả nh n thấy tính cấp thiết việc thực kiểm tra khảo sát sử dụng thiết bị đo liều trước đưa vào sử dụng Khoa thực bệnh nhân, để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu đặt lu n văn thực nghiên cứu phương pháp đo tái tạo liều 3D sử dụng đầu dò mảng khoa V t l Xạ trị, Bệnh viện K (Dolphin) với 30 kế hoạch xạ trị 30 bệnh nhân v ng: đầu cổ, v ng thân, v ng khung ch u thực hệ thống l p kế hoạch xạ trị Monaco v5.11.01 lựa chọn ngẫu nhiên từ sở liệu lâm sàng Kết so sánh phân bố liều 2D thực so với thiết bị matrixx có khoa để đưa giới hạn tin c y hướng xử trí dùng thiết bị Dolphin lâm sàng, Kết đo đạc 3D đánh giá so sánh với phân bố liều tính toán hệ thống TPS, mặt khác sử dụng làm liệu đầu vào phần mềm COMPASS để tái tạo phân bố liều 3D so sánh đối chiếu với phân bố tính tốn hệ thống TPS phần mềm COMPASS thông qua thông số tiêu chí đánh giá Các kết cho thấy khả áp dụng tiêu chí khuyến cáo nhóm công tác AAPM TG 218 ph hợp áp dụng sở Nghiên cứu thực mục tiêu đề Qua kết nghiên cứu cho thấy thiết bị Dolphin thực kiểm định 2D hồn tồn dựa theo nghiên cứu giới ESTRO 2008 AAPM TG119 kiểm định 2D kế hoạch IMRT, VMAT, thiết bị tham chiếu với thiết bị có khoa phương pháp đo liều 1D với buồng ion hóa FC-65, 2D MatriXX Thiết bị Dolphin với ưu điểm vượt trội việc thực kiểm định kế hoạch IMRT, VMAT với khối u nh Bởi buồng ion hóa ph hợp với việc đo đạc trường chiếu nh với độ xác cao thiết bị khác có khoa (theo TRS 483 thực đo liều trường chiếu nh ) Tuy nhiên, việc tái tạo phân bố liều 3D thường nhiều thời gian cho trường hợp nên thực hành thường quy thiết bị đo liều 2D sử dụng phổ biến Đối với trường hợp khó, khối u nh , hay xạ trị giảm phân liều việc sử dụng thiết bị Dolphin ưu để đánh giá kế hoạch xạ trị Từ khoá: COMPASS, tranmission detector, Dolphin, Matrixx… MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT 10 DANH MỤC CÁC HÌNH V , ĐỒ THỊ 11 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 12 MỞ Đ U 13 CHƢƠNG TỔNG QUAN 16 1.1 K thu t xạ trị đánh giá chất lượng kế hoạch xạ trị 16 1.2 Phương pháp tái tạo liều 3D dựa kết đo đạc 2D 30 1.3 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu lu n văn 32 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Thu t toán tính tốn liều 3D hệ thống COMPASS 34 2.2 Phương pháp tái tạo liều 3D 44 2.3 Bài toán nghiên cứu 49 CHƢƠNG K T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Kết 2D 55 3.2 Kết 3D 57 K T LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT Từ viết tắt 3D-CRT AAPM AL BEV CC CR CT CL COMPASS D95 D2 DVH GPR IMRT LINAC MU MLC OAR QA TERMA TPS VMAT Tiếng Anh Three Dimension Conformal Radiation Therapy American Association of Physicists in Medicine Action level Beam Eye View Compass Computed Compass Reconstructed Computed Tomography Confidence limit Tiếng Việt Xạ trị tương thích ba chiều Hiệp hội Y V t l M Mức xử trí Trường nhìn Tính liều Compass Tái tạo liều Compass Chụp cắt lớp vi tính Giới hạn tin c y Tên phần mềm Dose of 95% volume 95% thể tích nh n liều Dose of 2% volume 2% thể tích nh n liều Dose Volume Histogram Giản đồ liều lượng thể tích Gamma pass rate Phần trăm gamma đạt Intensity Modulated Xạ trị điều biến liều Radiation Therapy Linear Accelerator Máy gia tốc tuyến tính xạ trị Monitor Unit Đơn vị liều máy Multi-leaf Collimator Hệ chuẩn trực đa Organs At Risk Cơ quan cần bảo vệ có nguy nh n liều cao Quality Assurance Đảm bảo chất lượng Total Energy Released to Tổng lượng thoát Media chiếu xạ Treatmeant Planning Hệ thống l p kế hoạch xạ trị System Volumetric Modulated Xạ trị điều biến thể tích cung Arc Therapy trịn 10 Sau thực đo đạc, hệ thống COMPASS thực đánh giá so sánh chế độ sau:  So sánh kết tính tốn đáp ứng đầu đo COMPASS với kết đo đạc: Hình 12 Lưu đồ tính tốn  So sánh kết tính tốn liều COMPASS với kết tính tốn từ hệ thống TPS : Hình 13 Lưu đồ tính tốn 53  So sánh kết tính tốn tái tạo liều COMPASS với kết tính tốn từ hệ thống TPS : Hình 14 Lưu đồ tính tốn  So sánh kết tính tốn tái tạo liều COMPASS với kết tính tốn liều COMPASS : Hình 15 Lưu đồ tính tốn 54 CHƢƠNG K T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết 2D 3.1.1 So sánh kết đo đạc MatriXX/Dolphin với TPS Kết so sánh đánh giá trình bày chi tiết bảng Đánh giá chung (30 cases cho v ng): kết đánh giá GPR trung bình với tiêu chí 3%/3mm kế hoạch thiết bị Dolphin 98,25% lớn so với thiết bị MatriXX 96,19% thêm vào độ lệch chuẩn nh so với giá trị thu MatriXX 1,42 2,99 Do đó, kế hoạch đánh giá với thiết bị Dolphin nên chấp nh n GPR >95% với tiêu chí 3%/3mm Bảng Đánh giá giá trị GPR với v ng khác Tiêu chí MatriXX Tổng hợp vùng 96,19 ± 2,9 V ng đầu cổ 95,99 ± 3,4 Dolphin 98,25 ± 1,4 97,94 ± 1,1 86,50 ± 5,9 56,70± 8,5 Vùng thân 96,16 ± 2,9 94,11 ± 2,3 73,60 ± 10,7 86,41 ± 5,5 56,33 ± 10,8 Vùng tiểu khung 96,46 ± 2,9 96,0 ± 3,7 78,47 ± 16,8 86,07 ± 5,8 55,45 ± 8,4 94,69 ± 2,1 72,33 ± 10,3 98,73 ± 1,9 98,23 ± 1,0 Nhận xét kết so sánh vùng đầu cổ: với v ng cụ thể đầu cổ giá trị GPR trung bình cho thiết bị Dolphin đánh giá phân bố liều 2D 97,94% cao so với thực thiết bị MatriXX 95,99% độ lệch chuẩn 1,1 cho Dolphin thấp so với thiết bị MatriXX 3,4 Do đó, kế hoạch thực kiểm chuẩn với thiết bị Dolphin nên chấp nh n 55 GPR >95% với tiêu chí 3%/3mm cho v ng đầu cổ Các trường hợp khác cần đánh giá thêm Nhận xét kết so sánh vùng th n: với v ng thân, giá trị GPR trung bình với thiết bị Dolphin 98,73% cao 2,57% so với giá trị thu thiết bị MatriXX tương đồng với giá trị độ lệch chuẩn cao so với thiết bị Dolphin Do đó, kế hoạch thực kiểm chuẩn với thiết bị Dolphin nên chấp nh n GPR >96% với tiêu chí 3%/3mm cho v ng bụng Nhận xét kết qủa so sánh vùng tiểu khung: đánh giá riêng cho v ng tiểu khung giá trị thu tương tự v ng khác kết GPR trung bình thu thiết bị MatriXX 96,46% thấp so với thực thiết bị Dolphin 98,23%, thêm vào giá trị độ lệch chuẩn ngược lại thiết bị Dolphin thấp thiết bị MatriXX Do đó, kế hoạch thực kiểm chuẩn với thiết bị Dolphin nên chấp nh n GPR >96% với tiêu chí 3%/3mm Nhận xét kết so sánh chung: đánh giá GPR với tiêu chí 2%/2mm 1%1mm thiết bị Dolphin ln cho giá trị tốt so với MatriXX Ngồi ra, với tiêu chí 2%/2mm GPR trung bình Dolphin đạt >90% theo tiêu chí chấp nh n kế hoạch theo Estro 2008 TG218 Điều ngược lại kế hoạch có GPR trung bình