khảo sát các thông số vật lý trong tính toán liều xạ trị

1  TNG QUAN V X TR 1.1. X tr là gì? X tr là mt u tr bnh bng cách s dng các tia bc x ion hóa chiu vào vùng t  nhm hn ch s phát trit khi  [1]. Ngày nay, x tr t c bit quan trng trong vic u tr . Mc tiêu ca x tr  - u tr cha tru tr nhm tiêu dit tri các t  ng hp các t ng b phn khác tron th. - u tr h tr: là áp d tr cùng vi m ly kh ra, hoc cùng vi thuc hoá tr. - u tr kim soát triu chu tr nhm kim ch s phát trin ca nhng t i u nh ln các t bàp , làm gii vi nhng khi u ln chèn ép các dây thn kinh, khí qun hoc thc qua s hu  sng bnh nhân. - X tr u tr hoc kim ch h thng min dch c  c khi thay ghép tu hoc thay máu vì h thng min dch có th không chp nhn hay loi b tu và thanh huyt l . X tr ng thi có th tiêu dit nhng t  bnh nhân. 1.2. Các p   khác nhau.      chia thành hai        x tr ngoài và x tr trong[1]. 2 1.2.1.          1.2.2.                                          1.3. Qu tr x tr u tr x tr gm 8 c chính: - Quyu tr. - C  bnh nhân. - CT mô phng. - D liu hình u tr. - nh vùng th u tr. - Lp k hoch u tr và tính toán liu. -  hoch. - Tin hành x tr. 3 1.3.1. Quyu tr Các bc phát hin có các khi u hay các khi u  c tiên s a chn  u tr phù hp. Trong quá trìnt c các khâu chc tin  nh tình trn bnh. Nhng yu t m chnh, các xét nghin v sinh hóa hay nhng thông tin v mô b nh loi bn b xâm ln ca khi u. Cui cùng, ting quyu tr cho bnh nhân. 1.3.2. C  bnh nhân Mt bu tr x tr trong nhiu ngày, d th bnh nhân cc thit lp giu tr. Vì th vic c  bnh nhân là công vic rt quan trng, nh vic chiu x  trí u tr  Hình 1.1: Dng c  c  bnh nhân  nh hiu qu có th làm gim thiu sai s  bnh nhân, dn gim các bin chng hay tác dng ph cho bnh nhân. Khi c nh bnh nhân, tu u tr n, dng c, c nh phù hp s 4 c s dng. S thoi mái ca b c nh là mt yu t quan trng n toàn b quy trình và kt qu u tr bnh nhân. Mi m x tr c trang b  nhn, dng c c nh phù hp cho tng v trí, tng loi bnh mà h u tr. 1.3.3. CT mô phng H thng mô phng bao gm máy CT (Computed Tomography) và máy tính u khin máy mô ph và x lý d liu mô phng. Ch ca máy CT mô phng là thu nhn d liu hình nh phc v cho quá trình lp k hoch. Tu Bnh vin Ch Ry, h thng mô phng bao gm máy CT-SIMULATION  phân gii cao và b nh v. Hình 1.2:Máy PET/CT có chp nh CT mô phng ti Bnh vin Ch Ry Nh h thng mô phng CTSIMULATION này, vic x tr tr n t nhiu. H thng laser mô phc gn trong phòng chp  nh v chính xác v  và t khi chp nh. Kt qu mô phng c gi ti phn mu khin chùm laser và h thng lp k hoch o VPS 5 (Virtual Planning Systems). Trong h thng VPS, bác  s  nh v trí, kích c kh i b tâm khi u s c truyn li v phn mu khin ca h thng laser. Phn mm này t ng tính ra khong cách gia tâm khi u vi t  gc trên nh CT ca bnh nhân. H thng mô phng CT-SIMULATION s u khin t ng s dch chuyn c  h laser v tâm khi u ca bnh nhân (bnh nhân vn nm c ng CT) và k thut viên s u v trí tâm kh bnh nhân. Ngoài ra d liu hình  c gi v h thng lp k ho thc hin vic tính toán s phân b liu tr cho bnh nhân. 1.3.4. D liu hình u tr 1.3.4.1. Chp nh CT Hình nh chp CT s giúp cho vi trí ca kh bnh nhân. nh CT là hình n nhc s dng trong h thng lp k hoch và tính toán liu. Hình nh CT cho vic lp k hoch phc chc yêu cu ca công vic lp k hoch v b dày lát ct. 1.3.4.2. Chp cng t - MRI Trong x tr MRI (Magnetic Resonance Ic dùng ch yu trong nhng hp cn b sung nhng thông tin gii phu hoc kt hp vi các  ci thin s t cách chi ting khi u, nht là nhng khi u tin lit tuyn và khi u h thn kinh. Trong h thng lp k hoch, d liu nh ca bnh nhân có th c x  giúp các bác  quan sát khn bo v   v        chính xác và kt qu ca quá trình lp k hoch. 6 1.3.5. nh vùng th u tr Vinh các vùng th u tr c thc hin trong h thng lp k hoch và tuân th theo các ch dn ca t chc quc t ICRU (International Commission on Radiation Units). Các bác s s v các vùng th u tr quan quan tr t lý lp k hoch s h tr v các cu trúc ít quan trn 1.3.6. Lp k hou tr và tính toán ling Vic thit lng chiu là la chng chiu và mng ca tng chùm tia. Vic này ph thuc vào v   c khi u trong tng ng hp c th và theo kinh nghim ca t i. S la chn m  ng ca tng chùm tia ph thuc vào bn cht ca chùm tia bc x. Vi nhng khi u nm trên da hoc  v trí rt nông gn b mng s dng chùm tia electron. Do ling chùm tia electron b li ln nht  gn b mt da và suy gim r bnh nhân. Vi nhng khi u nm sâu , ta có th s dng các chùm tia photon. Tùy thuc vào m sâu ca khi u, mà ta quynh la chng thp hay cao. Vi khi  dTrong tng ng hp c th, s ng chiu chùm tia hoàn toàn ph thuc vào v c khm ci lp k hoch. Song song vi vic thit lng chiu, ta phi s dng các thit b ph tr  to ra mt k hoch t s dng các thit b ph tr mt cách hiu qu nhi lp k hoch cn phi hiu rõ v bn cht ca các thit b  Sau khi thit lng chiu và s dng các thit b ph tr cn thit, i lp k hoch s tin hành tính toán liu tr  i ng là nhng nht, ví d c có nhiu không khí, hay vùng tiu khung có nhia mô mm, không kh s 7 mô ca chúng rt khác bit). Vì th ta s chn thut toán tính toán phân b liu phù hp nh có th áp dng vào viu tr cho nhng hp khác nhau. 1.3.7.  hoch Sau khi tính toán ling và xem phân b liu, ta tin  ho xem xét k hoch va thit k t và t Khi k hoch này c chp nhn thì nó s u tr thc t. Viu tr thc t s c thit lp ging ht k trên phn mm. Nu k hoáp ng c các yêu cu v phân b li u, cn phi làm t c thit lng chiu và s dng các thit b ph tr.  hong ti khi u và ling ti các t chc nguy cp cn bo v. Mt k hoch tt là k hoch m bu kin sau: -  liu bác  ch nh ti khi u, vùng nhn liu ln nht nm trong khi u t quá 107% liu ch nh [4]. - Liu ti các t chc nguy cp cn bo v nm trong gii hn liu cho phép. 1.3.8. Tiu tr Sau khi k hoc chp nhn, các thông s n k hou tr c chuyn sang phòng máy gia tc thông qua h thng mng LAN. H thng máy tính và phn mm s u khin máy gia t u tr mi ngày cho bnh nhân. c tranh tng quan v x tr, bao g tr u tr x tr. Trong phn trình bày tip theo c tài, chúng tôi s u v các thut toán tính toán liu và các thông s vc s d tính liu x tr. 8  2  LÝ THUYT CA TÍNH TOÁN LIU X TR  t, mc tiêu ca x tr là cung cp mt liu tr thích h   u cho khi ung thi gim liu hp th ti thiu cho nhng y thc hin các mc tiêu này, h thng máy tính vi các phn mm lp k hoch tính toán lic s d tính toán s phân b lic la chn. Các phn mm s s dng các thut toán tính toán liu khác nhau. Tuy mi thut toán s dng mt h thc u da trên các thông s vt lý n cc thc nghim, t  thuc tính toán c xây dng b d liu tính toán trên mô hình bnh nhân. 2.1. Các thut toán tính toán liu hin nay Thut toán tính toán liu cho k hou tr c phát trin t gia nh n các thut toán chia làm ba loi [6]: Thut toán da trên s hiu chnh (correction-based), thut toán da trên mô hình hoá (model-based), và thut toán Monte Carlo (direct Monte Carlo). Thut toán da trên mô hình hoá là mt trong nh c s dng cho vic tính toán s phân b liu trong các k hou tr 3-Dm là kh ng s vn chuyn trong không gian ba chi   liu kin mt cân bng hn, có th xy ra trong các mô m thi. Tuy nhiên các thui kh x lý ca các h thng máy tính phi mnh, ngày nay vi s phát trin ca h thng máy tính và b vi x o thun li cho vic áp dng các thut toán này cho thc t. 2.1.1. Thut toán da trên s hiu chnh Thut toán da trên s hiu chnh là thut toán bán thc nghim. Thut toán này ch yu da trên các d lic, thu thp trong phantom c  ph li  sâu (percentage depth dose - PDD), s phân b liu theo mt phng ngang (beam profile), h s li ra (output factor). nó s hiu chnh 9 s khác bit gia u kiu tr u ki ng thông qua các hàm phân  tính toán s phân b liu cho bu king thc t. S hiu chnh ng bao gm: hiu chnh s suy gim cho ng vin bng; hiu chnh tán x  mt hàm ca phân tán khng, ng, hình dng và khong cách xuyên tâm; hiu chnh hình hc t ngum tính toán theo lut t l nghng cách; hiu chnh s suy gim cho b u chnh  chùm tia  b lc, nêm, bù, khi, và hiu chnh s suy gim do ng nht. Thut toán da trên s hiu chnh bao gm mt lo nhau, t nhn nht là áp dng trc tip các tham s c c bng phép tính ni suy, hay s dng  hiu chnh các tham s u kinh. Liu ti mm bc phân tích thành các thành php và tán xc tính riêng bit và ng h c tng liu. Thuc áp dng cho h thng lp k hoch u c n. 2.1.2. Thut toán da trên mô hình hoá Thut toán da trên mô hình hoá là thut toán tính toán s phân b ling vi mt mô hình vt lý mô phng s vn chuyn ca bc x trong thc t. Do kh ng s  ca ng ca chùm photon p ti mm và s phân b ng c ti s  ca các photon p, thut toán theo mô hình hoá có th mô phng s vn chuyn ca photon tán x và electron ra xa t m khác. Mt nhóm các k thut tính toán cho thut toán da trên mô hình là k thut tính toán tích chp,  c phát trin t gia thp niên 1980, và hic áp dng và phát tri thut toán Convolution/SuperPosition, thut toán Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)  tính toán liu   Dr thông qua công thc [5]: 10     33 pp μ D r = Ψ r' A(r-r')d r'= T (r')A(r-r')d r' ρ  (2.1)  μ ρ là h s suy gim khng   p Ψ r' là s ng photon p p T (r') là tng photon p phóng thích trên m khng A(r-r') là nhân tích chp ca s phân b ng ca photon và electron th cp. Thut toán da trên mô hình hoá s dng các thông s vt lý   PDD hoc t s mô phantom (Tissue Phantom Ratios  TPR), beam profile, các h s tán x collimator (Collimator Scatter Factor - S C ), tán x phantom (Phantom Scatter Factor - S P ) xây da chùm tia bc x vng tm hoc ti mt vùng th tích, t c s phân b liu cho mt vùng th tích hoc ti mm. 2.1.3. Thut toán Monte Carlo Thut toán Monte Carlo (MC) là mt thut toán mô phng s vn chuyn ca hàng triu photon và các ht electron ng vt cht. Nó s dng nh lun ca vt lý  nh phân b xác sut ca các  riêng l ca các photon và các ht. Khi s ng ht mô phng càng l chính xác ca các phân phi d  Tuy nhiên, khi s ng ca các ht mô phng c  thì thi gian tính toán ca MC tr nên rt dc áp dng các thut toán tính toán MC i các máy tính ph mnh, và thi gian tính toán phân b liu da i gian tính toán khi áp dng các thut toán tính toán khác. Thut toán tính toán da n s dng các thông s vt lý c c trên phantom  xây dng mô hình tính toán cho phù hp vu kiu tr   t toán trên, các thut toán mà MC s [...]...dụng vẫn là các thông số vật lý PDD hoặc TPR, beam profile, các hệ số tán xạ collimator SC, tán xạ phantom SP 2.2 Các thông số vật lý cơ bản trong tính toán liều xạ trị Như đã phân tích ở trên, tuy có nhiều thuật toán tính toán khác nhau nhưng một số các thông số vật lý liên quan đến các giá trị liều lượng vẫn cần phải sử dụng để từ đó xây dựng nên các mô hình tính toán như beam profile,... 3.4 Các khảo sát tính toán liều trên hệ thống lập kế hoạch XiO Hệ thống lập kế hoạch XiO là hệ thống phần mềm tính toán liều, nó sử dụng các thông số cơ bản như PDD, beam profile… để tính toán liều cần cung cấp cho khối bướu Hệ thống lập kế hoạch XiO sử dụng các thuật toán tính toán liều như: Convolution/SuperPosition, Clarkson Trong phần này chúng ta sẽ đi khảo sát việc sử dụng các thông số vật lý. .. đó, nhưng chúng vẫn sử dụng các thông số vật lý cơ bản đo đạc từ thực tế để tạo cơ sở dữ liệu cho việc xây dựng mô hình tính toán Do đó trong chương ba sẽ tiếp tục đi khảo sát các vấn đề sau đây: - Đo đạc các thông số vật lý cơ bản - Khảo sát việc tính toán liều trên hệ thống lập kế hoạch XiO - Đo đạc các thông số và so sánh chúng với kết quả tính toán trên hệ thống XiO Các phép đo đạc được thực hiện... trị Để làm sáng tỏ chúng, tác giả sẽ tiến hành khảo sát chúng thông qua hệ thống máy gia tốc tuyến tính xạ trị và trên phần mềm tính liều XiO 21 CHƢƠNG 3 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ TRÊN HỆ THỐNG TÍNH TOÁN LIỀU XIO VÀ TRÊN HỆ THỐNG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH XẠ TRỊ Như đã trình bày trong chương trước, ta biết rằng các thuật toán tính toán liều dù khác nhau tuỳ thuộc vào hệ thống lập kế hoạch và công ty... ) cách f’R , cho chùm tia bị chặn bởi nêm với chùm tia hở 19 Hình 2.9: Mô hình xác định hệ số nêm trong kĩ thuật SSD 2.3 Tính toán liều xạ trị Đối với các hệ thống lập kế hoạch khác nhau thì sẽ có các thuật toán khác nhau để tính liều hấp thụ Vì thế các tham số tính toán liều nêu trên sẽ được áp dụng khác nhau tuỳ vào trường hợp cụ thể Các tham số đó có thể tham gia trực tiếp vào công thức tính toán. .. mẫu tính toán liều của thuật toán Convolution Sau đó chúng ta sẽ thực hiện một số tính toán các liều điểm với các điều kiện điều trị khác nhau và tiến hành đo đạc liều tuyệt đối của các tính toán này để kiểm tra sự tính toán của phần mềm XiO 3.4.1 Xây dựng mẫu tính toán liều trên hệ thống lập kế hoạch XiO Như đã thảo luận ở trên, hệ thống lập kế hoạch XiO dựa trên thuật toán mô hình hoá với thuật toán. .. giá trị liều hấp thụ D'  z,c,f'R  có thể được tính bởi công thức: • D'  z,c,f'R ,w  =U×D 'R ×O'R  c ×k'w  z,c × PR  z,c,f'R  100 (2.14) • Với D 'R là liều của mỗi MU trong điều kiện chuẩn Tóm lại trong chương này, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý thuyết một số thuật toán và các thông số vật lý liên quan được sử dụng trong tính liều xạ trị Để làm sáng tỏ chúng, tác giả sẽ tiến hành khảo sát. .. dụng là Convolution/Super Position Việc xây dựng các mô hình hoá tính toán liều này phải được thực hiện trước khi có thể sử dụng phần mềm này để tính toán liều cho bệnh nhân Các thông số vật lý cơ bản như PDD, beam profile, SCP, SC phải được nhập vào phần mềm tính toán liều XiO để lập thành bộ dữ liệu Từ đó phần mềm sẽ tính toán và xây dựng mẫu tính toán liều của riêng nó 36 ... số các thông số cơ bản đã được đo tại khoa Ung Bướu, Bệnh viện Chợ Rẫy cho mục đích tính toán liều trên hệ thống lập kế hoạch XiO 3.3.1 Phần trăm liều độ sâu PDD Như đã trình bày trong chương trước, PDD là thông số cơ bản để tính liều theo độ sâu của sự phân bố liều trong một vùng thể tích được chiếu xạ trên bệnh nhân Kết quả đo đạc PDD được trình bày dưới đây: Phần trăm liều độ sâu là sự phân bố liều. .. hệ số tán xạ này và tính toán chúng trong kết quả tính toán liều lượng cần cung cấp để điều trị Hệ số này được gọi là hệ số tán xạ tổng SCP, được xác định bằng cách đo suất liều chiếu từ buồng ion hoá và bao gồm hai loại tán xạ: tán xạ sơ cấp là do chùm tia tán xạ với collimator và tán xạ thứ cấp được tạo ra do tán xạ sơ cấp tác động vào môi trường điều trị Gọi D(z R ,c) là liều đo được từ kích thước . gian tính toán khi áp dng các thut toán tính toán khác. Thut toán tính toán da n s dng các thông s vt lý c c trên phantom  xây dng mô hình tính toán. ng ca các ht mô phng c  thì thi gian tính toán ca MC tr nên rt dc áp dng các thut toán tính toán MC i các máy tính ph mnh, và thi gian tính toán.  thuc tính toán c xây dng b d liu tính toán trên mô hình bnh nhân. 2.1. Các thut toán tính toán liu hin nay Thut toán tính toán liu cho k hou