Nghiên cứu ảnh hưởng của dị ảnh artifacts trên ảnh ct mô phỏng đến chất lượng kế hoạch xạ trị vmat cho bệnh nhân ung thư đầu cổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng dị ảnh Artifacts ảnh CT mô đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh ung thư đầu cổ VŨ THỊ LỆ levt09893@gmail.com Ngành Kỹ thuật Hạt nhân Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tất Thắng Viện: Vật lý Kỹ thuật HÀ NỘI, 10/2022 Chữ ký 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: VŨ THỊ LỆ Đề tài luận văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng dị ảnh Artifacts ảnh CT mô đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh ung thư đầu cổ” Chuyên ngành: Kỹ thuật Hạt nhân Mã số HV: 20202101M Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Tất Thắng Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2022 với nội dung sau:  Chỉnh sửa lại đồ thị;  Cần nói rõ so sánh kết trường hợp bốn cung (QA-Quadruple Arc)    Tương thích số liệu bảng biểu đồ; Chỉnh sửa cách thức thích tài liệu tham khảo; Biện luận giải thích chi tiết kết luận văn; Hà Nội, ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2022 Tác giả luận văn TS Nguyễn Tất Thắng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Văn Thái Vũ Thị Lệ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài tiếng Việt: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DỊ ẢNH ARTIFACTS TRÊN ẢNH CT MÔ PHỎNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KẾ HOẠCH XẠ TRỊ VMAT CHO BỆNH UNG THƯ ĐẦU CỔ Tên đề tài tiếng Anh: EVALUATION OF THE EFFECT OF ARTIFACTS IN CT SIMULATION IMAGES TO THE VMAT PLAN QUALITY FOR HEAD AND NECK CANCER Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên TS Nguyễn Tất Thắng LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng dị ảnh Artifacts ảnh CT mô đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh ung thư đầu cổ” cơng trình nghiên cứu riêng học viên hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Tất Thắng, môn Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi Trường, Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn có tham khảo nghiên cứu tài liệu khác nước, tất trích dẫn đầy đủ Các số liệu luận văn sử dụng trung thực, kết trình bày luận văn chưa tác giả cơng bố cơng trình khác Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên TS Nguyễn Tất Thắng Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Cao học Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Tất Thắng tận tình bảo, hướng dẫn tạo điều kiện cho em suốt thời gian thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS Nguyễn Văn Kiên giúp đỡ trình thu thập số liệu Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Thái, TS Trần Kim Tuấn, PGS.TS Phạm Đình Khang Thầy, Cô môn Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý Môi trường, Viện Vật lý Kỹ thuật tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên ngành suốt trình học tập Em xin cảm ơn TS Trần Ngọc Toàn, TS Đàm Ngun Bình, Thầy Cơ Hội đồng xem xét, đánh giá kỹ lưỡng luận văn đưa nhận xét, góp ý q báu, mang tính xây dựng giúp nâng cao chất lượng luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới trưởng khoa Ths.KS Lê Văn Tình, tồn thể kỹ sư, kỹ thuật viên khoa Vật lý xạ trị - Bệnh viện K tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, người sẵn sàng chia sẻ giúp đỡ em công việc, học tập sống Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận văn Ký ghi rõ họ tên TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng dị ảnh (Artifacts) ảnh CT mô đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh ung thư đầu cổ Tác giả luận văn: Vũ Thị Lệ Mã sinh viên: 20202101M Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tất Thắng, Bộ môn Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý Môi trường - Viện Vật lý Kỹ thuật - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Từ khóa (Keyword): Artifacts, CT images, VMAT Nội dung tóm tắt: Trong quy trình xạ trị VMAT, cơng đoạn chụp CT mơ cơng đoạn góp phần khơng nhỏ việc lập kế hoạch điều trị Chất lượng ảnh mơ tốt gia tăng độ xác đánh giá lập kế hoạch Tuy nhiên, chất lượng ảnh chụp CT mô phụ thuộc vào nhiều yếu tố thiết bị, kỹ thuật chụp, Đặc biệt, chất lượng ảnh suy giảm đáng kể có bất thường xuất ảnh phận kim loại gắn vào bệnh nhân Trong liệu chụp CT mô phỏng, tái tạo ảnh cho phép loại bỏ kim loại để tạo chất lượng hình ảnh tốt Tuy nhiên, số tác nhân, chúng khơng thể triệt tiêu hồn tồn, dẫn đến dị ảnh vệt sáng tối mỏng từ kim loại Dị ảnh xuất nhiều có chuyển động vật thể có mật độ cao Mặc dù vùng đầu cổ có khả cố định tốt, q trình chụp CT mơ phỏng, bệnh nhân nuốt cử động hàm, dị ảnh dạng vệt bị khuyếch đại có xu hướng phát từ chất hàn kim loại Do việc nghiên cứu ảnh hưởng dị ảnh (artifacts) ảnh CT mô đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cần thiết Có số phương pháp xác định xử lý dị ảnh nhiều tác giả giới sử dụng nghiên cứu Cụ thể, tác giả Yusung Kim cộng (2006) [1] sử dụng phương pháp hiệu chỉnh tất điểm ảnh (mô mềm, xương, kim loại) đơn vị HU tương đương nước Phương pháp chưa thực cho kết sát với thực tế gộp mô mềm, xương, kim loại hiệu chỉnh giá trị HU Những năm tiếp theo, tác giả Chun-I Lin cộng (2018) [2], Kenta Kitagawa cộng (2020) [3], sử dụng phương pháp xử lý dị ảnh cách hiệu chỉnh giá trị HU/ED khơng xác giá trị HU/ED nước Tuy nhiên, giá trị CT nước mơ mềm có khác biệt, đó, phương pháp khắc phục tác giả nêu cho kết chưa sát với thực tế lâm sàng Chính vậy, nghiên cứu đưa phương pháp xác định vị trí vùng dị ảnh, tiến hành tính tốn giá trị Relative ED, sau hiệu chỉnh cách gán giá trị vừa tìm cho quan lành mơ mềm nhằm đem lại kết tính tốn phân bố liều xác Trong nghiên cứu này, vùng có dị ảnh xác định hiệu chỉnh sử dụng phần mềm Monaco Cụ thể vùng dị ảnh hiệu chỉnh theo cách đưa giá trị HU/ED giá trị hợp lý sử dụng công cụ FORCE ED Để đánh giá ảnh hưởng điều chỉnh, ảnh trước sau hiệu chỉnh đưa vào lập kế hoạch xạ trị VMAT tương ứng với trường hợp cung (SA-Single Arc), hai cung (DA-Double Arc), ba cung (TA-Triple Arc), bốn cung (QA-Quadruple Arc) Kết nghiên cứu ra, việc khắc phục dị ảnh chức FORCE ED phần mềm lập kế hoạch cho thấy hiệu việc tính tốn phân bố liều thơng qua kết phân bố liều kế hoạch số Gamma Passrate So với kế hoạch lập CT gốc kế hoạch lập CT hiệu chỉnh cho phân bố liều tốt số Gamma Passrate cao (~4%) Kết kế hoạch cung SA có khác biệt lớn liều lượng (~5%) kế hoạch hai cung DA, ba cung TA có ảnh hưởng nhỏ Trên thực tế lâm sàng, hiệu chỉnh dị ảnh phần mềm lập kế hoạch không phương pháp tối ưu phần giảm thiểu sai số khơng đáng có tính tốn, đem lại chất lượng kế hoạch tốt cải thiện chất lượng sống cho người bệnh MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .vi ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG DỊ ẢNH TRONG CT MÔ PHỎNG 1.1 Kỹ thuật xạ trị VMAT chụp ảnh CT mô .4 1.2 Dị ảnh ảnh CT .6 1.2.1 Hiệu ứng làm cứng chùm tia Beam Hardening [4] 1.2.2 Dị ảnh dạng vệt Streak Artifacts [4] .8 1.2.3 Dị ảnh dạng cưa View Aliasing [4] 1.2.4 Nguyên nhân dị ảnh [5] .10 1.2.5 Một số vấn đề cần giải 10 1.3 Các phương pháp khắc phục ảnh hưởng dị ảnh 12 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .16 2.1 Xác định đối tượng nghiên cứu 16 2.2 Xử lý dị ảnh 16 2.3 Kiểm chứng kết hiệu chỉnh 19 2.3.1 Chỉ số trùng khớp CI [11] 21 2.3.2 Chỉ số đồng HI [12] 22 2.3.3 Chỉ số Gamma Pass Rate 22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Kết hình ảnh CT sau hiệu chỉnh 24 3.2 Kết hiệu chỉnh ảnh CT tới phân bố liều xạ trị 24 3.2.1 Phân bố liều tới PTV 26 3.2.2 Phân bố liều OAR 30 i 3.2.3 Chỉ số CI HI .35 3.2.4 Chỉ số Gamma Pass Rate 36 KẾT LUẬN 39 PHỤ LỤC 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 LÝ LỊCH KHOA HỌC 49 ii