Tối ưu hóa quy trình chụp ảnh cắt lớp điện toán hỗ trợ xạ trị ở bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt tại bệnh viện chợ rẫy

Tổng quan

Tổng quan về vật lý tia X trong phương pháp điều trị xạ trị

Bức xạ và bức xạ ion hóa

- Bức xạ hay phát xạ, là sự lan tỏa hoặc truyền dẫn năng lượng dưới dạng sóng hoặc hạt phân tử qua không gian hoặc qua môi trường dẫn

- Bức xạ ion hóa, là bức xạ có khả năng giải phóng electron từ một nguyên tử hay phân tử (ion hóa)

Tia X được phát hiện bởi nhà khoa học Wilhelm Conrad Roentgen vào năm 1895, trong bóng tia X của William David Coolidge (1913), các electron sinh ra từ âm cực bị hút bởi điện trường mạnh đập vào bia dương cực, là vật liệu có độ chịu nhiệt cao có số nguyên tử cao Sự hình thành tia X được giải thích dưới 2 hiệu ứng

Hiệu ứng bức xạ hãm:

Chùm electron tốc độ cao bị lệch hướng bởi hạt nhân mục tiêu (Target) do tương tác Coulomb, dẫn đến giảm tốc độ đột ngột Sự giảm tốc độ đột ngột này giải phóng năng lượng dưới dạng tia X bức xạ hãm (Bremsstrahlung X-ray).

Hiệu ứng bức xạ đặc trưng:

Trong quá trình va chạm của các electron với anot, những electron năng lượng cao có thể xuyên sâu vào nguyên tử, va chạm với electron lớp trong cùng, khiến electron này bật khỏi nguyên tử Sự kiện này tạo ra lỗ trống trên lớp vỏ electron Các electron ở lớp ngoài sẽ di chuyển vào để lấp đầy chỗ trống, đồng thời phát ra photon năng lượng đặc trưng (bức xạ tia X đặc trưng).

Hình 1.2- Bức xạ đặc trưng [13]

1.1.1 Tương tác của bức xạ với vật chất

Hiện tượng bức xạ tới giải thoát electron của nguyên tử, năng lượng của bức xạ tới chuyển cho electron vừa thoát ra Là hiệu ứng chủ đạo của chẩn đoán hình ảnh Nó thường xảy ra ở mức năng lượng thấp hơn 35kV và trong nguyên tử có số nguyên tử (Z) cao Do đó ở xương có số nguyên tử cao hơn mô mềm nên tia X bị hấp thụ bởi xương nhiều hơn mô mềm Hiệu ứng này cũng giải thích tại sao những kim loại có số nguyên tử cao có thể sử dụng để cản tia X và tia gammar [13]

Bức xạ tới tương tác với các electron vùng ngoài, dẫn đến sự tán xạ của cả photon và electron Trong quá trình tán xạ, một phần năng lượng của photon được truyền cho electron, tạo động lượng Photon bị tán xạ sẽ có năng lượng thấp hơn so với lúc ban đầu.

Hiệu ứng Compton là hiệu ứng chủ đạo trong xạ trị Hiệu ứng Compton không phụ thuộc vào số Z vật hấp thụ mà phụ thuộc mật độ electron của vật, do đó sự hấp thụ của bức xạ này là như nhau ở cả xương và mô mềm [13]

Tương đối hiếm hơn hai hiệu ứng trên

Một Photon tới chuyển thành dạng electron và positron ở khu vực gần nhân nguyên tử Năng lượng photon tới phải trên 1.02MeV, dưới mức này sự tạo cặp không xảy ra Hiệu ứng này xảy ra với tần suất cao hơn hiệu ứng Compton khi ở ngưỡng năng lượng trên 10MeV [13]

1.1.2 Tương tác của tia X với mô cơ thể

Tác động lý hóa của tia X:

Khi cơ thể tiếp xúc với bức xạ thì tế bào là đơn vị cơ bản nhất chịu ảnh hưởng, tất cả các phân tử trong tế bào đều chịu ảnh hưởng nhưng quan trọng nhất là DNA Trong đó, tác động của bức xạ đối với tế bào xảy ra theo hai cách là tác động trực tiếp và tác động gián tiếp

Bức xạ tác động trực tiếp vào phân tử DNA trong nhân tế bào, làm gãy vỡ cấu trúc phân tử Sự gãy vỡ của phân tử DNA xảy ra là do hiện tượng hấp thu năng lượng thông qua các hiệu ứng quang điện và hiệu ứng Compton

Các dạng tổn thương DNA:

 Gãy chuỗi đơn: thường cơ thể có thể sửa chữa được

 Gãy chuỗi đôi: cơ thể thường không thể sửa chữa được tổn thương này, dẫn đến chết tế bào

Thông qua phản ứng giữa các electron tự do và các gốc tự do (OH và H.) với các phân tử của mô

Trong cơ thể, phân tử nước là thành phần chiếm đa số (70%) Khi bức xạ tiếp xúc với tế bào, sẽ chủ yếu xảy ra tác động giữa bức xạ và phân tử nước (Phân tử nước bao gồm liên kết đơn giản giữa nguyên tử Hydro và Oxy

 Phân tử nước bị ion hóa bởi bức xạ tạo thành: electron tự do (e - ) và H20 +

 Sau đó, electron tự do này phản ứng với các phân tử nước khác: H20+ e - -

 H20 + và H20 - ở trạng thái không bền vững, rất phản ứng và nhanh chóng bị tách thành: H + , OH và H , OH -

H + và OH - : là những ion bền vững và nhanh chóng kết hợp trở lại thành những phân tử nước H20

Cuối cùng là tạo ra 2 gốc tự do: H và OH , các gốc tự do này ở trạng thái phản ứng mạnh và gây tổn thương tế bào.

Tổng quan về bệnh ung thư tuyến tiền liệt

1.2.1 Cấu trúc giải phẫu tuyến tiền liệt

Tuyến tiền liệt là một cơ quan của nam giới, vị trí nằm ngay phía dưới cổ bàng quang, nơi bắt đầu của niệu đạo Tiền liệt tuyến nặng khoảng 20g và góp phần trong việc sản sinh ra tinh dịch Ở người cao tuổi, nếu tuyến tiền liệt phát triển lớn sẽ gây triệu chứng bế tắc đường tiểu mà ta gọi là phì đại tiền liệt tuyến, hoặc đôi khi dẫn đến ung thư

Hình 1.3- Vị trí giải phẫu tuyến tiền liệt (Internet) 1.2.2 Bệnh ung thư tuyến tiền liệt

Ung thư tuyến tiền liệt hay còn gọi là ung thư tuyến tiền liệt Đây là căn bệnh chỉ gặp ở nam giới Bệnh ung thư tiền liệt tuyến là dạng ung thư khá nguy hiểm Tuy là một bệnh có sự phát triển chậm, đa số người mắc ung thư tiền liệt tuyến ở mức nhẹ có thể sống nhiều năm nếu được phát hiện kịp thời Xong nếu bệnh ở mức nặng sẽ lan ra rất nhanh chóng và có thể gây tử vong Ung thư tiền liệt tuyến có thể di căn sang các vùng khác đặc biệt là vào xương và các hạch bạch huyết, gây đau đớn và đi tiểu gặp khó khăn, khiến nam giới gặp vấn đề trong quan hệ tình dục, rối loạn chức năng cương dương [16].

Các chiến lược điều trị ung thư tuyến tiền liệt hiện nay

Có 3 phương pháp chính được sử dụng để điều trị ung thư tuyến tiền liệt tùy theo chiến lược điều trị dựa trên mức độ nguy cơ của bệnh [17]:

- Xạ trị ngoài hay xạ trị áp sát

Xạ trị là phương pháp dùng các bức xạ ion hóa vào điều trị các bướu ung thư Xạ trị có thể chia thành các loại như: dựa trên phương thức điều trị (xạ trị đơn thuần hay phối hợp), theo mục đích xạ trị (xạ trị triệt để hay tạm bợ), theo hình thức xạ trị (xạ trị ngoài hay xạ trị trong)

Mục đích của điều trị xạ trị là:

 Xạ trị tận gốc: dùng trong phương pháp phòng ngừa (vd: sau phẫu thuật), giảm thể tích bướu (vd trước phẫu thuật), hỗ trợ hóa trị hoặc phẫu thuật, hay xạ trị đơn thuần (vd xạ trị ung thư thanh quản sớm)

 Xạ trị tạm bợ, điều trị triệu chứng: Giảm đau, giải áp, cầm máu, giảm tổng khối bướu

Xạ trị ung thư tiền liệt tuyến: Xạ trị ung thư tiền liệt tuyến có 4 chỉ định là [17]:

 Xạ trị triệt căn: Ung thư tuyến tiền liệt giai đoạn sớm

 Xạ trị sau phẫu thuật: o Sau phẫu thuật nội soi, cắt tinh hoàn o Ung thư tuyến tiền liệt không mổ được, cắt tinh hoàn đơn thuần

 Xạ trị kết hợp điều trị nội tiết

 Xạ trị giảm nhẹ triệu chứng

Các kỹ thuật xạ trị ung thư tuyến tiền liệt hiện nay:

 Xạ trị ngoài (External Beam Radiation Therapy) o Xạ trị phù hợp mô đích 3D-CRT o Xạ trị điều biến liều: IMRT, VMAT o Xạ trị định vị lập thể: SBRT o Xạ trị Proton

 Xạ trị áp sát (BrachyTherapy)

Xạ trị dưới sự hướng dẫn hình ảnh (IGRT)

Sai số và biên trong điều trị xạ trị: Mục tiêu của xạ trị là đưa được liều điều trị chính xác vào thể tích bướu cần chiếu Tuy nhiên, có rất nhiều sai sót hay sự không chính xác xảy ra trong suốt quá trình điều trị theo nhiều nguyên nhân khác nhau Sai số có thể chia thành hai loại, sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Với sai số hệ thống mang ý nghĩa là sai số do khâu chuẩn bị trước khi điều trị (như sai số từ mô phỏng, sai số do xác định thể tích chiếu xạ, sai số do tái lập tư thế bệnh nhân) Sai số ngẫu nhiên chỉ đến các sai số xảy ra trong khi điều trị và có thể khác nhau giữa các ngày điều trị do nó không thể dự đoán một cách có quy luật Về mặt liều xạ, sai số hệ thống có thể dịch chuyển sự phân bố liều ra xa vị trí chiếu xạ trong khi sai số ngẫu nhiên gây nhòe sự phân bố liều xung quanh vị trí thể tích chiếu xạ [8]

Nên để đảm bảo sự tối ưu hóa liều vào vị trí cần chiếu, bác sĩ đã cộng một biên an toàn xung quanh thể tích chiếu xạ CTV tạo thành thể tích chiếu xạ mới CTV-PTV, để tạo nên một thể tích chiếu xạ lớn hơn, và độ lớn của biên được cộng thì phụ thuộc vào một số yếu tố như: vị trí giải phẫu, sự di động của các cơ quan, khả năng cố định của dụng cụ và người thực hiện, độ chính xác cơ khí của máy xạ [18] Do vậy nhu cầu về các thiết bị kiểm tra (kiểm tra hình ảnh), dụng cụ cố định hiện đại đảm bảo sự chính xác cao có ý nghĩa lớn trong việc giảm các biên an toàn và góp phần giảm thiểu liều xạ không cần thiết cho các cơ quan gần vùng điều trị

PTV= Biên di động của cơ quan giải phẫu (IM- Internal Margin) + Sai số sắp đặt bệnh nhân (SM- Setup Margin) [19]

Hình 1.5- Sơ đồ minh họa các biên trong thể tích xạ trị (theo ICRU-62) [19]

Xạ trị dưới hướng dẫn hình ảnh sử dụng hình ảnh y khoa cải thiện độ chính xác trong điều trị, giúp giảm thiểu sự khác biệt so với kế hoạch đã định Sự tiến bộ trong hình ảnh y học song hành với kỹ thuật lập kế hoạch xạ trị tạo ra kỹ thuật xạ trị hiện đại với độ chính xác cao, mang lại lợi ích như:

- Giảm biên điều trị: Nhờ sự can thiệp của các thiết bị chụp ảnh kiểm tra bệnh nhân hàng ngày trước xạ để hiệu chỉnh các sai số do tư thế bệnh nhân mang lại mà bác sĩ có thể giảm biên sai số do xếp đặt bệnh nhân trên thể tích điều trị Ngoài ra, các công nghệ hình ảnh xác định sự di động của khối u cũng cho phép thay đổi biên điều trị bám sát chính xác theo quỹ đạo di chuyển của khối u hơn

- Điều trị chính xác các kỹ thuật xạ trị phân liều thấp như Xạ trị định vị lập thể thân (SBRT) hay Xạ phẫu (SRS)

- Theo dõi sự thay đổi của các cấu trúc giải phẫu và có thể xạ trị đáp ứng theo sự thay đổi đó Nhờ chụp hình theo dõi hàng ngày mà có thể theo dõi sự thay đổi cấu trúc giải phẫu kèm theo sự thay đổi kích thước khối u để có thể điều chỉnh kế hoạch cho phù hợp nếu cần thiết

Hệ thống IGRT có nhiều loại tùy theo công nghệ và được sử dụng trong lâm sàng dựa trên mục đích và sự sẵn có của thiết bị Nhìn chung các hệ thống IGRT có thể chia thành hai loại là: Loại sử dụng bức xạ phóng xạ (kV, MV) và loại sử dụng thiết bị không phát phóng xạ (camera, sóng siêu âm, bức xạ điện từ hay MRI) [21]

Hình 1.6- Sơ đồ phân loại IGRT [21]

Các kỹ thuật xạ trị tiền liệt tuyến dưới sự hướng dẫn hình ảnh hiện nay

 Xạ trị dưới sự hướng dẫn của hình ảnh 2D (2D-MV, 2D-kV)

 Xạ trị dưới sự hướng dẫn của hình ảnh 3D (CBCT)

IGRT Bức xạ phóng xạ

Camera Bức xạ điện từ Sóng siêu âm

 Xạ trị dưới sự hướng dẫn của hệ thống thu nhận tín hiệu điện từ từ các hạt đánh dấu gắn trong mô tuyến tiền liệt (hệ thông Calypso)

 Xạ trị dưới sự hướng dẫn của hình ảnh MRI

Việc phân phối liều xạ vào đúng vị trí theo kế hoạch là khâu quan trọng cuối cùng của quy trình xạ trị, đặc biệt trong sự hiện đại và tiến bộ về kỹ thuật xạ trị hiện nay thì yêu cầu về sự chính xác, giảm thiểu sai số để đảm bảo tối thiểu hóa biên của thể tích xạ và gia tăng liều chiếu xạ đã đòi hỏi sự chính xác cao trong việc cố định và khả năng phát hiện sự không chính xác trong điều trị hàng ngày, do đó phương thức kiểm tra hình ảnh đóng vai trò quan trọng và then chốt cho sự chính xác đó

Có nhiều phương thức kiểm tra tư thế bệnh nhân bằng hình ảnh như:

- Sử dụng phim: sử dụng phim dùng trong X-quang để ghi nhận tia hình ảnh tư thế bệnh nhân từ nguồn phát ra từ máy xạ và được đem đi rửa để cho ra hình ảnh Phương pháp này thường tốn thời gian và không thể kiểm tra ngay khi bệnh nhân còn nằm trên bàn điều trị Sau này, ở các dòng máy xạ trị hiện đại hơn đã tích hợp tấm thu nhận ảnh trên máy, cho phép thu nhận và trả về hình ảnh ngay khi bệnh nhân đang nằm trên bàn điều trị, cho phép chỉnh sửa bệnh nhân về vị trí đúng ngay lập tức trước khi phát tia xạ

- Sử dụng hạt đánh dấu (Fiducial markers): Hình ảnh phim chụp được điều chỉnh vị trí của bệnh nhân dựa trên các mốc xương, tuy nhiên tuyến tiền liệt có thể thay đổi vị trí một cách tương đối so với các mốc xương sau một thời gian, nên để cho việc định vị chính xác hơn, người ta đã cấy các hạt kim loại vào trong tuyến tiền liệt nhờ đó nó có thể hiển thị rõ ràng hơn trên phim X- quang

- Sử dụng hình ảnh 3D- CBCT, hay hình ảnh mức năng lượng kV: Hình ảnh thu nhận được từ nguồn năng lượng MV của máy gia tốc cho chất lượng hiển thị kém về độ chi tiết, do đó một nguồn phát tia X với mức năng lượng kV được gắn thêm trên máy gia tốc hoặc gắn ở trong phòng xạ cho phép thu nhận được hình ảnh chất lượng hơn, liều tia thấp hơn Ngoài ra, đối với đầu bóng kV gắn trên máy gia tốc có thể chụp và tái tạo thành hình ảnh 3D, cho phép hiển thị các cấu trúc giải phẫu bên trong cơ thể, đối với ung thư tuyến tiền liệt nó cho phép người điều trị quan sát được tuyến tiền liệt, kích thước của bàng quang, hay tình trạng rỗng hay đầy của trực tràng có phù hợp với yêu cầu điều trị hay không

- Một số phương pháp khác như sử dụng máy siêu âm để xác định thể tích của bàng quang hay hệ thống Calypso theo dõi các hạt phát điện từ được gắn trong tuyến tiền liệt từ trước Ngày nay, máy MRI-Linac được phát triển để mang lại hình ảnh chụp có độ chi tiết về giải phẫu tốt hơn hình ảnh kV, không những thế còn giảm thiểu liều chiếu xạ so với các phương pháp chụp chiếu hình ảnh từ các nguồn tia X mang lại

Trong những phương pháp trên thì hiện nay hai phương pháp được sử dụng phổ biến nhất ở các trung tâm xạ trị Việt Nam cũng như các nước khác là sử dụng hình ảnh chụp 2D (MV hoặc KV) và 3D-CBCT vì sự tiện dụng, ít xâm lấn và nhanh chóng của chúng Trong khi hình ảnh 2D chỉ cho thông tin về các cấu trúc có mật độ cao như xương, các cấu trúc mô mềm hay tuyến tiền liệt và bàng quang, trực tràng không được nhìn thấy rõ, ở hai mặt phẳng chụp thường quy (hình thẳng và hình nghiêng) để xác định sự di lệch theo các hướng Trước-Sau (AP), Trên-Dưới (SI) và Trái-Phải (LR), thì hình ảnh từ 3D-CBCT cho ta biết thêm nhiều thông tin hơn như độ xoay theo các trục, và cấu trúc giải phẩu bên trong cơ thể.

Quy trình điều trị xạ trị ung thư tuyến tiền liệt tại bệnh viện Chợ Rẫy

Hình 1.7- Quy trình xạ trị ung thư tuyến tiền liệt tại bệnh viện Chợ Rẫy

Người bệnh chuẩn bị bàng quang và trực tràng, có thể sử dụng thuốc xổ nếu cần để đảm bảo kích thước trực tràng nhỏ theo quy định Sau khi đã làm trống bàng quang và nhịn tiểu 45 phút (hoặc cho đến khi bệnh nhân mắc tiểu), người bệnh uống 600ml nước cho đến khi quét CT.

 Bệnh nhân được cố định trên Prostep hoặc BlueBAG với tư thế nằm ngửa, hai tay trên ngực, bộc lộ da vùng hông-chậu để đánh dấu điểm đồng tâm (Isocenter) bằng hệ thống Laser Có 4 vị trí đánh dấu, 3 vị trí đánh dấu tâm mô phỏng trên da bệnh nhân ở các mặt trước và hai bên hông bệnh nhân (được dán viên bi cản quang để thể hiện được trên hình ảnh CT) và một vị trí đánh dấu để canh thẳng tư thế nằm của bệnh nhân Các vị trí này được ghi nhận lại và xăm đánh dấu lưu lại trên da bệnh nhân phỏng: Cố Mô định và chụp CT

Xác định Thể tích xạ và Cơ quan lành

Kiểm tra chất lượng kế hoạch

Tái lập tư thế bệnh nhân, chụp ảnh kiểm tra và phát tia điều trị

Hình 1.8- Tư thế mô phỏng bệnh nhân trên dụng cụ BlueBAG (Ảnh chụp tại khoa)

Hình 1.9- Tư thế mô phỏng bệnh nhân trên ProStep (Ảnh chụp tại khoa)

 Bệnh nhân được quét CT từ đốt sống thắt lưng L3-L4 đến dưới ụ ngồi 5cm với độ dày lát cắt 2mm Hình CT phải đảm bảo thấy được các viên bi đã đánh dấu Kích thước bàng quang và trực tràng được đo trên hình ảnh CT để kiểm tra kích thước đạt tiêu chuẩn mong muốn, bệnh nhân có thể được chụp lại nếu chưa đạt

Xác định thể tích xạ và cơ quan lành cần bảo vệ:

 Hình ảnh CT được chuyển sang phần mềm lập kế hoạch điều trị để bác sĩ xác định vùng khối u cần điều trị và các cơ quan xung quanh cần được bảo vệ Trong đó, thể tích xạ trị ban đầu được xác định từ khối u đại thể thấy được trên hình ảnh CT (GTV- Gross tumor volume), được mở rộng tạo thành một thể tích khác lớn hơn để bao gồm luôn cả phần tế bào vi thể không nhìn thấy xung quanh GTV được gọi là thể tích bia lâm sàng (CTV- Clinical Target Volume) Sự di động của khối thể tích giải phẫu và các sai số do sự tái lập tư thế hàng ngày của bệnh nhân luôn diễn ra nên một biên sai số được cộng thêm để tạo thành một thể tích xạ trị mới là thể tích kế hoạch xạ trị (PTV- Planning Target Volume) đảm bảo sự phân phối đủ liều cho vùng CTV Việc thực hiện và đánh giá kế hoạch điều trị cuối cùng dựa trên các vùng thể tích GTV-CTV-PTV

Lập kế hoạch điều trị:

 Kỹ sư lập kế hoạch điều trị dựa trên liều chỉ định và che chắn các cơ quan lành cần bảo vệ xung quanh dựa trên các tiêu chuẩn có sẵn Các ca trong mẫu nghiên cứu này được sử dụng kỹ thuật xạ trị điều biến liều theo cung quay- VMAT, là kỹ thuật xạ trị hiện đại cho phép phân phối liều với mật độ không đồng nhất trong một vòng quay của gantry, cho phép đưa liều cao vào khối thể tích điều trị và giảm nhanh liều xung quanh

Tiến hành kiểm tra chất lượng kế hoạch điều trị:

Các kỹ thuật điều trị xạ trị đòi hỏi kế hoạch phức tạp cao cần phải được đo liều trước khi thực hiện xạ trị lên bệnh nhân Nếu các kế hoạch không đáp ứng các chỉ tiêu được đặt ra, các bác sĩ sẽ phải lập kế hoạch điều chỉnh lại.

Tái lập tư thế cố định bệnh nhân, chụp ảnh kiểm tra tư thế bệnh nhân và phát tia xạ trị:

 Bệnh nhân được cho uống nước và chuẩn bị bàng quang trước xạ trị

 Bệnh nhân được tái lập lại tư thế điều trị như lần mô phỏng với bộ dụng cụ cố định, điều chỉnh sao cho các vị trí đánh dấu trên da bệnh nhân ở lần mô phỏng trùng khớp với hệ thống laser ở phòng xạ trị Tại vị trí này, bệnh nhân sẽ được dịch chuyển đến tâm xạ trị nếu có sự khác biệt giữa vị trí tâm xạ trị với tâm đánh dấu ở phòng mô phỏng

Hình 1.10- Tư thế bệnh nhân ở phòng xạ trị (ProStep-Trái, BlueBAG- Phải) (Ảnh chụp tại khoa)

 Tiến hành chụp hình kiểm tra tư thế bệnh nhân trước xạ bằng CBCT theo quy trình chung cho chụp ảnh kiểm tra trước xạ (Hình 1.11) Hình ảnh CBCT được chồng chập với hình CT ở lần mô phỏng sao cho các cấu trúc giải phẫu khớp với nhau, đặc biệt CBCT cho khả năng khảo sát được các cấu trúc mô mềm bên trong cơ thể nên điều đó rất có lợi trong việc chồng chập các cấu trúc vùng tuyến tiền liệt Các sai lệch giữa hai hình ảnh được ghi nhận và hiệu chỉnh về vị trí chính xác (Trường hợp các sai lệch không thể điều chỉnh được do sự sai lệch quá mức trong tư thế bệnh nhân, cần phải thực hiện lại bước tái lập tư thế bệnh nhân và tiến hành chụp phim kiểm tra lại trước khi điều trị)

 Tiến hành phát tia điều trị bệnh nhân sau khi đã hiểu chỉnh sai số.

Tổng quan tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu so sánh các bộ dụng cụ cố định trong xạ trị ung thư tuyến tiền liệt trước đây

Hiện nay, các bộ dụng cụ cố định vùng chậu có nhiều tên thương mại khác nhau nhưng khả năng cố định thường tập trung vào việc cố định vùng chân và chậu hông theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như bệnh nhân nằm thoải mái tự do, bệnh nhân được cố định chân vùng đầu gối và bàn chân (Dual Leg, Leg Immobilizer), bệnh nhân được cố định trên túi xốp hút chân không (Vak Lok, Alpha Cradle) Các nghiên cứu so sánh cho thấy rằng bộ cố định ProStep có hiệu quả tương đương với bộ Leg Immobilizer trong việc tái lập tư thế.

Dual Leg ở những nghiên cứu khác, BlueBAG tương đương với Vak Lok hay Alpha Cradle

Bảng 1.1 - Dữ liệu so sánh các bộ dụng cụ cố định từ một số nghiên cứu trước Tác giả Loại dụng cụ Nội dung nghiên cứu Kết quả

Sử dụng hình ảnh CBCT để so sánh khả năng tái lập của hai bộ dụng cụ cố định trong xạ trị tuyến tiền liệt giữa bộ dụng cụ cố định chân thông thường (LI-Leg Immobilizer) và bộ dụng cụ cố định chân có theo dõi vị trí tuyến tiền liệt trực tiếp (CIS-Clarity Immobilization System)

Không có sự khác biệt giữa hai bộ dụng cụ trong các chiều hướng Trái-Phải và Trước- Sau, sự khác nhau có ý nghĩa thống kê ở chiều hướng SI Đối với khảo sát sự thoải mái của bệnh nhân giữa hai bộ dụng cụ là không có sự khác biệt, nhân viên kỹ thuật làm việc thiên về lựa chọn sử dụng LI hơn CIS do yếu tố về sự tiện dụng và nhẹ gọn của dụng cụ

Sử dụng hình ảnh CBCT để so sánh khả năng tái lập của hai bộ dụng cụ cố định trong xạ trị tuyến tiền liệt giữa bộ dụng cụ cố

Kết quả nghiên cứu cho thấy Alpha Cradle giúp tái lập tư thế bệnh nhân tốt hơn so với Hipfix dựa trên giá trị độ lệch tổng quan của vùng TVE So sánh kỹ thuật định chậu sử dụng mặt nạ nhiệt dẻo (Hệ thống Hipfix) và túi xốp hút chân không (Hệ thống Alpha Cradle), kết quả cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa về phạm vi CTV-PTV giữa hai bộ dụng cụ (Hipfix: 5,1mm và Alpha Cradle: 2,8mm).

So sánh bộ dụng cụ cố định thông thường (Dual Leg) và dụng cụ cố định cá nhân (Vak- Lok) trong xạ trị tuyến tiền liệt bằng hình ảnh CBCT

Độ xoay cổ xương đùi tại Vak-Lok và Dual-Leg không khác biệt đáng kể, nhưng kết quả cho thấy độ xoay ảnh hưởng lớn đến độ dịch chuyển trước sau.

Sau trong sai số tư thế bệnh nhân

 Gối kê chân cao su

So sánh ba bộ dụng cụ cố định (Gối kê chân, Alpha Cradle, Hipfix) cho xạ trị ung thư tuyến tiền liệt bằng hình ảnh phim 2D

Dựa trên giá trị di lệch toàn bộ TVE, Hipfix cho giá trị tái lập tư thế bệnh nhân tốt hơn so với hai dụng cụ còn lại với sai số trung bình khoảng 1.9 – 2.6mm trên tất cả các hướng trong khi hai bộ dụng cụ còn lại là 2.7- 3.4mm Ngoài ra, kết quả còn cho thấy khả năng loại bỏ các sai số trên 10mm ở bộ dụng cụ Hipfix

Biên sai số PTV qua các nghiên cứu trước đây

Bảng 1.2 - Dữ liệu tính toán PTV từ các nghiên cứu trước

Tác giả Kỹ thuật xạ

Phương thức kiểm tra hình ảnh

Nội dung nghiên cứu Biên PTV

3D-CRT  CT Định lượng sự thay đổi của tuyến tiền liệt và túi

SI:10.3mm, LR: 5.6mm, AP: 12.4mm tinh trong suốt quá trình xạ trị ngoài

 Siêu âm Đo lường sai số trong các ca xạ trị điều biến liều tuyến tiền liệt bằng phim chụp và máy siêu âm

SI:10.4mm, LR: 5.3mm, AP: 10.4mm

 MVCBCT Đánh giá sai số giữa các ngày điều trị bệnh nhân xạ trị vùng đầu mặt cổ và tuyến tiền liệt bằng CBCT và MVCT

Biên đồng nhất cho tất cả các hướng:

7.8mm (chọn giá trị lớn nhất trong các hướng) White et al., 2014

VMAT  2D MV Sử dụng hình ảnh

CBCT được sử dụng để đánh giá khả năng tái tạo của hai hệ thống cố định trong xạ trị tuyến tiền liệt Hai hệ thống này bao gồm hệ thống cố định chậu sử dụng mặt nạ (Thermoplastic Hipfix System) và hệ thống túi xốp hút chân không (Alpha Cradle System) Nghiên cứu này cũng đề xuất biên CTV-PTV phù hợp cho ứng dụng lâm sàng dựa trên kết quả so sánh.

Dụng cụ Alpha Cradle SI: 8mm, LR: 3.9mm, AP: 7.8mm

Dụng cụ Hipfix SI:14.2mm, LR: 2.4mm, AP: 8.3mm

3D-CRT  kVCBCT Đánh giá sai số và tính toán biên an toàn bằng các phương pháp chụp hình trước xạ khác nhau trong xạ trị tuyến tiền liệt

SI: 6.6mm, LR: 6.7mm, AP: 7.9mm

 kVCBCT Định lượng và đánh giá sai số giữa các ngày xạ trị và xác định biên an toàn cho xạ trị ở các vùng điều trị khác nhau

SI: 8.4mm, LR: 9.2mm, AP: 10mm

Thiết bị, phương pháp và đối tượng nghiên cứu

Mô hình thiết bị

2.1.1 Thiết bị chụp cắt lớp điện toán mô phỏng (Simulation Computed

Hình 2.1- Máy chụp cắt lớp điện toán mô phỏng (Ảnh chụp tại khoa)

Máy CT mô phỏng là máy CT (Siemens SOMATOM Definition AS) đa lát cắt, có kích thước lồng ống Gantry rộng (đường kính 80cm) hơn máy chụp CT chẩn đoán thông thường để đủ không gian quét hết những bộ dụng cụ cố định cồng kềnh kích thước to Mặt bàn CT được trang bị là mặt bàn phẳng bằng chất liệu cacbon có các thông số giống như mặt bàn của máy xạ trị

Ngoài ra, phòng CT mô phòng còn được trang bị hệ thống Laser 3 chiều, được đặt phía trước lồng máy CT, để xác định tọa độ của vị trí đồng tâm Isocenter Vị trí đồng tâm Isocenter nằm trên trục xoay của đầu bóng CT Vị trí của các đèn Laser định vị này chiếu trên người bệnh nhân thể hiện điểm đồng tâm Isocenter tham chiếu lên bề mặt da

Lồng máy CT đường kính lớn

Mặt bàn phẳng bệnh nhân, đây là là vị trí sau này sẽ được đánh dấu bằng các viên bi cản quang và dấu xăm trên da bệnh nhân (được gọi tắt là tâm CT)

2.1.2 Máy gia tốc tuyến tính (Linear Accelerator)

Hình 2.2- Máy xạ trị gia tốc tuyến tính VersaHD-Elekta (Ảnh chụp tại khoa) Máy gia tốc tuyến tính (Linac, hãng Elekta), máy có khả năng phát tia Electron hay Photon với các mức năng lượng cao (MeV hay MV) Máy được trang bị bộ chuẩn trực sử dụng hệ thống đa lá-MLCs (Multileaf Colimator) với độ dày nhỏ (5mm) cho phép thực hiện được các kỹ thuật xạ trị hiện đại như IMRT, VMAT Xuất liều có thể thay đổi được và có khả năng cho ra chùm tia với xuất liều cao cho phép thực hiện được các kỹ thuật về xạ phẫu SRS hay xạ SBRT

Hệ thống bàn điều trị và dụng cụ cố định được trang bị giống các hệ thống và dụng cụ ở phòng CT mô phỏng để tạo điều kiện tái lập tối ưu tư thế xạ trị cho bệnh nhân Hệ thống Laser 3 chiều gắn ngoài máy gia tốc giúp xác định điểm đồng tâm Isocenter trong không gian Điểm đồng tâm Isocenter (điểm trong không gian cách nguồn phát tia X của máy gia tốc 100cm) là điểm giao của các trục như trục quay của Gantry, trục quay của bộ chuẩn trực (Collimator), trục quay của bàn điều trị, trục quay của hệ thống CBCT (trùng với trục quay của Gantry máy gia tốc) Điểm Isocenter được xem như gốc tọa độ của phòng xạ, trong thực hành tái lập tư thế xạ trị, tâm CT trên bệnh nhân được đưa đúng vào vị trí tâm Isocenter của phòng xạ và tiến hành dịch chuyển đến vị trí xạ trị (tâm xạ trị) theo các thông số được biết trước từ kế hoạch xạ trị

Hình 2.3- Tâm Isocenter phòng máy gia tốc [31]

Ngoài ra, máy gia tốc Linac được trang bị hệ thống chụp trước, trong xạ như chụp ảnh 2D MV và hệ thống chụp ảnh mức năng lượng kV là CBCT Hình ảnh 2D-MV, được chụp từ nguồn phát của máy gia tốc với mức năng lượng MV cho hình ảnh kém rõ nét hơn hình ảnh chụp với mức năng lượng kV Hình ảnh 2D, 3D mức năng lượng kV có chất lượng giải phẫu tốt hơn về độ chi tiết và sắc nét hơn được chụp từ đầu bóng X- quang gắn ngoài Gantry máy gia tốc, cho phép thu nhận được cả hình ảnh 2D và hình ảnh tái tạo 3D cho phép quan sát được các cấu trúc giải phẫu bên trong cơ thể nhưng chất lượng hình ảnh kém hơn hình ảnh CT chẩn đoán

Hình 2.4- Các hướng dịch chuyển trong xạ trị ung thư tuyến tiền liệt (Ảnh chụp màn hình Monaco) 2.1.3 Thiết bị Chụp cắt lớp điện toán chùm tia hình nón (Conebeam Computed Tomography- CBCT)

Sử dụng hình ảnh phim để kiểm tra tư thế bệnh nhân trên bàn điều trị là mục tiêu chính của phương pháp xạ trị IGRT Việc chụp ảnh bằng mức năng lượng thấp hơn năng lượng của chùm tia điều trị giúp giảm liều bức xạ cho bệnh nhân mà vẫn cung cấp thông tin hình ảnh chất lượng để xác định chính xác vị trí mục tiêu.

MV lại cho ra hình có độ tương phản khá kém (tương tác Compton đóng vai trò chủ đạo ở mức năng lượng MV với đặc tính không phụ thuộc vào mật độ mô nên khiến một số cơ quan gần nhau có cùng mật độ trên ảnh, giảm tương phản và độ chi tiết giữa các cấu trúc giải phẫu) vì vậy với nhu cầu cải thiện chất lượng hình ảnh cao hơn dẫn đến các thiết kế bố trí thêm đầu bóng phát tia X năng lượng kV (tương tác quang điện đóng vai trò chủ đạo ở mức năng lượng này, hình ảnh mang thông tin suy giảm cường độ khi qua các vùng cấu trúc giải phẫu có mật độ mô khác nhau)

Thiết bị cắt lớp điện toán chùm tia hình nón (CBCT) được thương mại hóa lần đầu năm 2001, với 3 dòng phổ biến hiện nay là Varian (Mỹ), Elekta (Thụy Điển) và Siemens (Đức) Trong nghiên cứu này, thiết bị khảo sát là Elekta XVI, bao gồm phần cứng với nguồn phát tia X, tấm nhận ảnh gắn trên thân máy xạ và phần mềm điều khiển, tái tạo ảnh XVI.

Hình 2.5- Hình minh họa máy gia tốc có gắn CBCT (tài liệu hướng dẫn của Elekta)

Tay cầm điều khiển XVI

Tấm cảm biến ảnh kV

Tấm cảm biến ảnh MV Đầu bóng phát tia X-kV

Hình 2.6- So sánh chùm tia CT hình nón và chùm tia hình cánh quạt [29] Đầu bóng phát tia của CBCT được bố trí trên mặt phẳng quay của đầu máy phát tia xạ do đó có thể quét được bệnh nhân một góc 360 0 , nhưng để cho được hình ảnh thể tích 3D của bệnh nhân thì không thể thiết kế các dãy detector để nhận ảnh như ở máy

CT chẩn đoán thông thường được vì bàn điều trị không có khả năng di chuyển trong lúc gantry đang quay, do đó cần phải thiết kế cửa sổ chùm tia ra là một vùng thể tích lớn và tấm nhận ảnh là một bản rộng để đảm bảo có thể quét đủ dữ liệu một vùng thể tích rộng của bệnh nhân trong một vòng xoay của gantry [30]

Chất lượng hình ảnh thu được từ thiết bị chụp cắt lớp điện toán chùm tia hình nón thì kém hơn hình ảnh của thiết bị cắt lớp điện toán chùm tia hình cánh quạt do các vấn đề liên quan đến xảo ảnh và sự suy giảm tương phản do kích thước vùng quét rộng [31]

Nguồn phát tia X tạo ra các tia X có mức năng lượng trong khoảng 30-140kV Bia nguồn phát tia X thường được đặt cách gốc trục quay gantry 100cm Các thiết kế máy khác nhau sẽ có phương thức làm mát bằng quạt hoặc bằng dầu Bộ chuẩn trực làm bằng chì để định hình chùm tia X đi ra, còn tấm lọc bằng nhôm hình nơ (Bowtie) là thành phần tùy chọn dùng để lọc tia tán xạ khi chiếu chụp các vùng cơ thể dày, đồng thời giúp cân bằng cường độ chùm tia đến tấm nhận ảnh.

Tấm cảm biến nhận ảnh (Flat Panel Imager): Cấu tạo dựa trên vật liệu bán dẫn vô định hình (a-Si:H) [30] Có khả năng ghi nhận trường ảnh với kích thước lên đến 40x40cm và cho ảnh ngay tức thì sau khi chụp Để có thể tái tạo được hình ảnh 3D- CBCT, cần quét góc quay ít nhất 200 0 để cho chất lượng hình ảnh đủ để khảo sát

Hình 2.7- Minh họa mô hình chụp ảnh CBCT và cấu tạo tấm nhận ảnh CBCT [29]

Đối tượng

Hình ảnh CBCT hàng ngày của 60 bệnh nhân xạ trị điều biến liều ung thư tuyến tiền liệt tại bệnh viện Chợ Rẫy từ năm 2018- 2022 (xem Phụ lục).

Phương pháp

Bằng phương pháp hồi cứu dữ liệu hình ảnh CBCT của những bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt đã xạ trị, tiến hành lập danh sách các ca xạ trị ung thư tuyến tiền liệt được điều trị triệt để (liều 60-78Gy), kỹ thuật xạ trị điều biến liều và có chụp hình ảnh CBCT hàng ngày trước điều trị (các ca xạ trị tuyến tiền liệt sử dụng phương thức xác minh hình ảnh khác hoặc các ca tuyến tiền liệt xạ trị triệu chứng sẽ được loại trừ)

Dữ liệu nghiên cứu bao gồm hai nhóm đối tượng: nhóm 1 sử dụng hệ thống cố định ProStep và nhóm 2 sử dụng túi hút chân không BlueBAG, mỗi nhóm có 30 bệnh nhân Mỗi bệnh nhân được chụp 10 hình ảnh CBCT, với tần suất chụp là 1 hình/2 ngày điều trị.

Sử dụng phần mềm XVI để thu thập thông số về sai số vị trí điều trị trước khi phát tia xạ đã được điều chỉnh sau khi chụp CBCT nhằm đánh giá sai số trong sắp đặt tư thế bệnh nhân trước khi xạ trị và đánh giá so sánh sai số giữa hai bộ dụng cụ thường dùng trong cố định bệnh nhân xạ trị UTTTL Đánh giá khả năng tái lập tư thế của bộ dụng cụ cố định

Việc chụp phim kiểm tra trước xạ trị giúp xác định thông số dịch chuyển sai lệch tư thế xạ trị dựa trên sự đối chiếu giữa vị trí tâm xạ trị thực tế và vị trí lý thuyết Sai lệch tư thế có thể biểu hiện dưới dạng dịch chuyển tịnh tiến (lệch Trên-Dưới, Trái-Phải, Trước-Sau) hoặc dịch chuyển xoay Những sai lệch này, nếu phát hiện, sẽ được điều chỉnh ngay trước khi điều trị để đảm bảo độ chính xác tối ưu trong quá trình xạ trị.

Trong khi dịch chuyển xoay có ảnh hưởng đến vị trí tâm xạ trị nhưng các nghiên cứu trước đây cho thấy dịch chuyển xoay của cơ thể có ảnh hưởng nhỏ hơn nhiều so với chuyển động tịnh tiến và xem như có thể bỏ qua [11] [26] Thông số về độ dịch chuyển giữa hình CBCT so với hình tham chiếu từ CT mô phỏng (CTMP) theo các chiều hướng: Trên-Dưới (SI), Trái-Phải (LR), Trước-Sau (AP) sẽ được ghi nhận lại Sau đó một giá trị vector dịch chuyển tổng (của cả ba hướng) được tính, giá trị này càng nhỏ thì mức độ tái lập tư thế của bộ dụng cụ càng cao Công thức tính giá trị này đã được ghi nhận và sử dụng rộng rãi [11] [23]

Công thức tính vector tổng [11]:

TVE = (SI 2 +LR 2 +AP 2 ) 1/2 (1) Trong đó:

TVE - vector tổng dịch chuyển

SI - giá trị dịch chuyển chiều Trên- Dưới

LR - giá trị dịch chuyển chiều Trái- Phải

AP -giá trị dịch chuyển chiều Trước- Sau

Giữa hai nhóm sử dụng bộ dụng cụ cố định khác nhau, để so sánh ta tính một giá trị trung bình của vec-tơ tổng của hai nhóm được so và giá trị độ lệch chuẩn để đánh giá tổng thể hai bộ cố định

Cụ thể, có 30 bệnh nhân ở mỗi nhóm, mỗi bệnh nhân được ghi nhận lại 10 hình CBCT và giá trị dịch chuyển Tính 10 giá trị TVE như công thức (1) trên, sau đó tính giá trị trung bình của 10 TVE ở mỗi bệnh nhân 30 giá trị trung bình TVE của mỗi nhóm sẽ được so sánh với nhau

Tính toán giá trị biên thể tích kế hoạch điều trị (CTV-PTV)

Dựa trên dữ liệu thu thập được ở trên ta có thể ước tính được giá trị biên an toàn được cộng vào thể tích điều trị theo công thức của Van Herk, công thức được ghi nhận và ứng dụng rộng rãi ở nhiều các trung tâm xạ trị trên thế giới [11]

[18] [24] [27] [28] [35] [36] bằng cách tính toán giá trị sai số hệ thống (Systematic error) và sai số ngẫu nhiên (Random error) của tất cả bệnh nhân để đề xuất biên sai số cộng thêm trong thể tích điều trị (Set-up error margin)

Biên PTV được tính theo công thức trên các hướng SI, LR, AP [11] :

PTV - biên thể tích kế hoạch điều trị

∑ - sai số hệ thống σ - sai số ngẫu nhiên

Với mỗi hướng dịch chuyển, sai số hệ thống được xác định bằng độ lệch chuẩn của giá trị trung bình, trong khi sai số ngẫu nhiên được tính bằng giá trị hiệu dụng trung bình của các sai số trong tất cả các bệnh nhân.

Sử dụng phần mềm SPSS để thống kê và đánh giá số liệu

Dữ liệu được phân tích trên phần mềm thống kê Statistical Package for Social Science (SPSS) phiên bản 22 Mức ý nghĩa thống kê được cài đặt là 0.05

Kiểm định phân phối chuẩn ở hai nhóm mẫu bằng phương pháp kiểm định Shapiro-Wilkes Nếu phép kiểm định cho thấy dữ liệu tuân theo phân phối chuẩn thì tiếp tục tiến hành so sánh trung bình giữa hai nhóm bằng phép kiểm Independent T-test, nếu không thì sử dụng phép kiểm Mann-Whitney để thay thế.