Tổng quan về kĩ thuật xạ trị IMRT

Chùm chiếu trong kỹ thuật xạ trị này không cho mức độ phù hợp tốt đối với hình dạng thể tích bia, sự phân bố liều không đồng nhất và nhiều mô lành được chiếu xạ với liều lượng tương tự n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN

TP HỒ CHÍ MINH - 2011

LỜI CÁM ƠN

Thông qua Khóa luận Tốt Nghiệp này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô bộ môn Vật Lý Hạt Nhân đã nhiệt tình giảng dạy truyền đạt cho tôi những kiến thức căn bản để tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi cũng xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hòa đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm khóa luận

Thầy Lê Công Hảo đã đọc và góp ý cho Khóa Luận của tôi hoàn chỉnh hơn

Qua đây tôi cũng xin cảm ơn những người bạn đã luôn ủng hộ và giúp tôi hoàn thành Khóa Luận sớm nhất có thể

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình đã bên tôi suốt thời gian sống và học tập vừa qua

Sinh viên thực hiện khóa luận Trần Quang Duy

MỤC LỤC

Trang

Lời cám ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình vẽ iiii

Ký hiệu viết tắt vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1:LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT XẠ TRỊ 2

1.1 Xạ trị với máy Linac đầu tiên năm 1960 2

1.2 Kỹ thuật xạ trị sử dụng các khối che chắn (năm 1970) 3

1.3 Phương pháp điều trị sử dụng hệ chuẩn trực MLC được điều khiển bằng tay năm 1980 5

1.4 Kỹ thuật xạ trị sử dụng hệ chuẩn trực MLC được điều khiển tự động bằng máy tính năm 1990 6

1.5 Kỹ thuật xạ trị IMRT 7

1.6 Kỹ thuật IGRT 12

1.7 Mô tả bộ chuẩn trực đa lá động (MLC) 13

1.8 MLC của hãng Siemens 14

1.9 MLC của hãng Elekta 15

1.10 MLC của hãng Varian 15

CHƯƠNG 2:CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH XẠ TRỊ TRONG KỸ THUẬT XẠ TRỊ IMRT 17

2.1.Mô phỏng 18

2.1.1 Cố định bệnh nhân 18

2.1.2 Thực hiện mô phỏng 21

2.2 Hệ thống lập kế hoạch xạ trị 24

2.3 Cấp liều 26

2.3.1 Kỹ thuật trường tĩnh đa lá để chuyển liều trong imrt 26

2.3.2 Kỹ thuật sử dụng các lá chuẩn trực động để chuyển liều

trong imrt 28

2.3.3 Sử dụng NOMOS MINIC và liệu pháp cắt lớp 33

2.3.4 Sử dụng các thanh quét suy giảm 34

2.3.5 Kỹ thuật JO-IMRT 34

2.4 Chương trình QA/QC cho imrt 35

2.4.1 Kiểm soát chất lượng của máy gia tốc 35

2.4.1.1 Bảo vệ bức xạ 35

2.4.1.2 Dosimetry cơ bản 35

2.4.1.3 Máy gia tốc tuyến tính với hiệu suất Mus thấp 36

2.4.1.4 Vị trị chính xác của MLC 36

2.4.1.5 Sự rò rỉ lá trong MLC và các thông số mô hình TPS 37

2.4.2 Một số thiết bị được sử dụng để kiểm tra các thông số cho phần mềm lập kế hoạch 37

2.4.2.1 Thiết bị MapCheck TM model 1175 37

2.4.2.2 Thiết bị EPID 38

2.4.3 IMRT phantom 39

PHẦN KẾT LUẬN 41

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Xạ trị với máy Linac đầu tiên năm 1960 2

Hình 1.2: Trường chiếu hình chữ nhật được tạo bởi collimator 2

Hình 1.3: Mô tả hình dạng chùm chiếu của kỹ thuật xạ trị sử dụng máy Linac đầu tiên 3

Hình 1.4: Khối che chắn được sử dụng trong xạ trị 3

Hình 1.5: Đặt các khối che chắn phía dưới collimator 4

Hình 1.6: Tray đã được gắn chì che chắn 5

Hình 1.7: Hình dạng trường chiếu được tạo ra bằng hệ chuẩn trưc MLC 5

Hình 1.8: Ảnh 3D trong kỹ thuật xạ trị 3D-CRT 6

Hình 1.9: Ảnh mô tả một trường chiếu trong kỹ thuật xạ trị 3D-CRT 7

Hình1.10: Máy gia tốc sử dụng trong kỹ thuật xạ trị MLC 8

Hình1.11: MLC dùng trong kỹ thuật xạ trị IMRT 8

Hình 1.12: Mô tả quá trình cấp liều trong IMRT 9

Hình 1.13: mô tả chùm tia xạ trị của kỹ thuật xạ trị IMRT 9

Hình1.14: Bên phải mô tả kỹ thuật IMRT còn hình bên trái mô tả kỹ thuật trước IMRT 10

Hình 1.15: Vùng không gian được định dạng của kỹ thuật 3D-CRT 11

Hình 1.16: Vùng không gian được định dạng bằng kỹ thuật xạ trị IMRT 11

Hình 1.17: Kỹ thuật xạ trị IMRT đối với các cơ quan chuyển động 12

Hình 1.18: Kỹ thuật xạ trị IMRT kết hợp với IGRT 13

Hình 1.19: Bộ chuẩn trực đa lá động MLC 14

Hình 1.20: Ảnh MCL của hãng Siemens 14

Hình 1.21: Ảnh MLC của Elekta 15

Hình 1.22: MLC của hãng Varian 15

Hình 2.1: Quy trình của hệ thống xạ trị IMRT 17

Hình 2.2: Vật liệu nhựa dẻo rắn được sử dụng để cố định khung chậu và các chi 18

Hình 2.3: Vật liệu nhựa nhiệt dẻo được đục lỗ được sử dụng để tạo thành

một cái yếm để cố định ngực giúp cho việc điều trị những

bệnh ở vú 18

Hình 2.4: Thiết bị cố định bằng nhựa dẻo để điều trị cho bệnh nhân bị ung thư tuyến tiền liệt 19

Hình 2.5: Dụng cụ định vị tay cho bệnh nhân 19

Hình 2.6: Thao tác tạo mặt nạ cho một bệnh nhân 20

Hình 2.7: Gối tựa đầu đi kèm với mặt nạ cố định bệnh nhân 20

Hình 2.8: Các thiết bị cố định cho việc mô phỏng các khối u 21

Hình 2.9: Máy mô phỏng CT-SIM 22

Hình 2.10: Ảnh CT não 22

Hình 2.11: Định vị bằng hệ thống đèn laser và được đánh dấu lại 23

Hình 2.12: Cố định bệnh nhân bằng hệ thống laser 24

Hình 2.13: Lập kế hoạch nghịch đảo 25

Hình 2.14: Hình ảnh lập kế hoạch trong kỹ thuật xạ trị IMRT 25

Hình 2.15: Kỹ thuật trường tĩnh đa lá để chuyển liều trong IMRT 26

Hình 2.16: Vị trí thứ nhất 27

Hình 2.17: Vị trí thứ 2 27

Hình 2.18: Vị trí thứ 3 28

Hình 2.19: Vị trí thứ 4 29

Hình 2.20: Kỹ thuật sử dụng các lá chuẩn trực động để chuyển liều trong IMRT 29

Hình 2.21: Vị trí chiếu động thứ 1 30

Hình 2.22: Vị trí chiếu động số 2 31

Hình 2.23:Vị trí chiếu động thứ 3 31

Hình 2.26: Kỹ thuật chiếu quét dùng các thanh tạo suy giảm

để chuyển liều cho chùm tia điều biến 1D 34

Hình 2.27: Thiết bị Mapcheck 37

Hình 2.28: Ảnh từ thiết bị EPID 39

Hình 2.29: Phantom IMRT 40

Hình 2.30: Chiếu xạ lên phantom để thu thập dữ liệu cho hệ thống lập kế hoạch 40

Bảng 1- Bảng tổng quan về MLC của các hãng 16

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

IMRT (Intesive Modulate Radiation Therapy): kỹ thuật xạ trị điều biến liều

IGRT (Dynamic Targeting Image-Guided Radiation Therapy): xạ trị dưới hướng dẫn của hình ảnh

EPID (Electronic Portal Imaging Devices): Thiết bị điện tử silic vô định hình cổng thông tin

TPS (Treatment Planning System): hệ thống lập kế hoạch

MLC (Multi Leaf Collimator): hệ thống chuẩn trực đa lá động

QA ( Quality Assuranace) : đảm bảo chất lượng

QC ( Quality Controler) : kiểm tra chất lượng

LỜI MỞ ĐẦU

Từ những năm 1960 cho đến thời điểm hiện nay, kỹ thuật xạ trị được hình thành và phát triển trải qua 6 giai đoạn Mỗi giai đoạn phát triển đều có những cải tiến quan trọng tạo nền tảng cho sự hình thành những kỹ thuật xạ trị hiện đại như ngày nay Nhìn chung sự phát triển của kỹ thuật xạ trị đều nhằm mục đích giảm liều cho các

mô lành xung quanh và tạo sự phân bố liều đồng điều cho khối u Hiện tại, một số bệnh viện trong nước đang dần tiếp cận kỹ thuật xạ trị tiên tiến trên thế giới Một trong những kỹ thuật xạ trị mà các bệnh viện đang tìm hiều và nghiên cứu, chính là

kỹ thuật xạ trị IMRT ((intensity modulated radiation theraphy)

Qua khóa luận này, tôi xin trình bày đề tài tổng quan về kỹ thuật xạ trị IMRT Nghĩa là trình bày quá trình lịch sử hình thành nên kỹ thuật xạ trị IMRT và sơ lược

về các bước tiền hành xạ trị trong kỹ thuật xạ trị IMRT

Nội dung của bài khóa luận này có tất cả hai chương:

Chương 1: Lịch sử phát triển của kỹ thuật xạ trị

Chương 2: Các bước tiến hành trong kỹ thuật xạ trị IMRT

Tóm lại, kỹ thuật xạ trị IMRT là một kỹ thuật mới mà các bệnh viện nước ta đang tiếp cận nên tôi đã chọn đề tài này

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT XẠ TRỊ

Sau khi Henri Becquerel lần đầu tiên phát hiện ra hiện tượng phóng xạ thì các nhà khoa học bắt đầu tìm hiểu và ứng dụng phóng xạ trong nhiều lĩnh vực như sinh học, công nghiệp, nông nghiệp… đặc biệt trong lĩnh vực sinh học do tác dụng tiêu diệt tế bào nên ứng dụng để tiêu diệt khối u

Lịch sử phát triển của kỹ thuật xạ trị có thể chia làm 5 giai đoạn như sau

1.1 Xạ trị với máy Linac đầu tiên năm 1960

Đây là phương pháp xạ trị đầu tiên với những trường chiếu đơn có độ mở collimator tạo ra hình dạng chùm chiếu hình chữ nhật tương đối phù hợp với kích thước khối u để xạ trị

Hình 1.1: Xạ trị bằng máy Linac

đầu tiên

Chùm chiếu trong kỹ thuật xạ trị này không cho mức độ phù hợp tốt đối với hình dạng thể tích bia, sự phân bố liều không đồng nhất và nhiều mô lành được chiếu xạ với liều lượng tương tự như đối với khối u Sự quá liều này được khắc phục bằng việc sử dụng các nêm làm thay đổi sự phân bố liều để bù đắp cho những

mô bị thiếu, độ nhấp nhô đường nét của cơ thể hoặc độ nghiêng của thể tích bia và

có thể tạo ra kết quả đồng nhất hơn

Hình 1.3: Mô tả hình dạng chùm chiếu của kỹ thuật xạ trị sử dụng máy Linac

đầu tiên

1.2 Kỹ thuật xạ trị sử dụng các khối che chắn (năm 1970)

Đây là kỹ thuật xạ trị sử dụng các khối che chắn nhằm mục đích tạo hình dạng chùm chiếu phù hợp với hình dạng của khối u Các khuôn che chắn này được gắn trên một cái tray và được đặt phía dưới collimator

Hình 1.4: Khối che chắn được sử dụng trong xạ trị

Hình 1.5: Đặt các khối che chắn phía dưới collimator

Đúc khuôn che chắn

Sau khi phim mô phỏng được scan vào máy tính trong quá trình lập kế hoạch, máy tính sẽ xử lý hình ảnh này bằng một phần mềm chuyên dụng Phần che chắn được các bác sỉ vẽ lên phim sẽ được xử lý để tạo ra một hình dạng phù hợp hơn cho trường chiếu Do đó, ảnh thu được trên máy tính chính là hình ảnh phim mô phỏng thể hiện hình dạng trường chiếu, hình ảnh phần che chắn đã được chỉnh sửa sẽ được lưu vào bộ nhớ của máy cắt Khi làm việc, máy cắt sẽ cắt trên một miếng xốp, phần

bị khoét trên miếng xốp có hình dạng tương tự như phần được che chắn trong phim

Hình 1.6: Tray đã được gắn chì che chắn Kết quả chiếu xạ: tạo ra những chùm tia phù hợp với hình dạng khối u hơn Tuy nhiên, kỹ thuật này sử dụng khá nhiều chì, nhiều tray trong quá trình điều trị Điều này dẫn đến mất nhiều thời gian trong quá trình xạ trị

1.3 Phương pháp điều trị sử dụng hệ chuẩn trực MLC (Multi Leaf Collimator) được điều khiển bằng tay năm 1980

Trong giai đoạn này, để giải quyết vấn đề về thời gian và số lượng chì dùng nhiều Người ta đã nãy ra ý tưởng thay thế các khay che chắn bằng cách sử dụng các thanh có hình dạng như chiếc đũa đặt đối xứng nhau, khi di chuyển các thanh này sẽ tạo ra các hình dạng như mong muốn Điều này dẫn đến sự ra đời của hệ thống chuẩn trực đa lá động MLC sau này

Hình 1.7: Hình dạng trường chiếu được tạo ra bằng hệ chuẩn trưc MLC

Kỹ thuật xạ trị này không cần phải tiêu tốn chì trong việc đúc các khối che

chắn nên tiết kiệm được nhiều thời gian hơn

1.4 Kỹ thuật xạ trị sử dụng hệ chuẩn trực MLC đƣợc điều khiển tự động bằng máy tính năm 1990

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong giai năm 1990 Lúc này, hệ chuẩn trực MLC được điều khiển tự động bằng máy tính

Sự phát triển về kỹ thuật xử lý hình ảnh những năm 1990 trong giai đoạn này, người ta có thể quan sát khối u trên hình ảnh 3 chiều

Sự kết hợp hình ảnh 3 chiều và hệ chuẩn trực MLC được điều khiển tự động dẫn đến sự hình thành kỹ thuật 3D-CRT

Kỹ thuật xạ trị 3D-CRT

Nhờ việc kết hợp với hình ảnh CT 3D với máy gia tốc tuyến tính để tạo ra dạng chùm tia trong không gian với dạng hình học xác định Trong phương pháp này thể tích bia được chiếu xạ bằng một số trường chiếu có hình dạng phù hợp với khối u

Hình 1.8: Ảnh 3D trong kỹ thuật

xạ trị 3D-CRT

Kết quả chùm tia

Hình 1.9: Ảnh mô tả một trường chiếu trong kỹ thuật xạ trị 3D-CRT

Từ giai đoạn ra đời hệ chuẩn trực MLC năm 1980 cho đến kỹ thuật 3D-CRT đều tạo ra hình dạng của chùm chiếu phù hợp với hình dạng của khối u nhằm mục

đích giảm liều tại các mô lành nhưng liều tối đa tại các khối u

1.5 Kỹ thuật xạ trị IMRT

Dựa trên nguyên tắc chia nhỏ vùng không gian chiếu thành các điểm chiếu (là các pixel trong không gian 2D và voxel trong không gian 3D) nhằm chuyển liều mong muốn lên các điểm chiếu này, các tổ chức nguy hiểm (organs-at-risk OARs)

sẽ có liều chiếu thấp, trong khi đó thể tích bia lập kế hoạch (planning target PTV) sẽ có liều cao

volume-Hình1.10: Máy gia tốc sử dụng trong kỹ thuật xạ trị MLC

Hình1.11: MLC dùng trong kỹ thuật xạ trị IMRT

Hình 1.12: Mô tả quá trình cấp liều trong IMRT

Kêt quả chùm tia

Hình 1.13: Mô tả chùm tia xạ trị của kỹ thuật xạ trị IMRT

So sánh kỹ thuật xạ trị IMRT và các kỹ thuật xạ trị trước

Hình1.14: Bên phải mô tả kỹ thuật IMRT còn hình bên trái mô tả kỹ thuật

trước IMRT Trong kỹ thuật xạ trị IMRT cường độ phân bố là không đồng điều do cường

độ khi đi qua một thể tích có chiều dày x sẽ bị suy giảm ta thấy thể tích các mô lành( hình màu nâu) bao xung quanh khối u (màu đỏ) thì lồi lõm không điều.kỹ thuật xạ trị IMRT phân bố cường độ không điều mục đích tạo ra sự phân bố đồng liều trên khối u

Trong kỹ thuật thông thường để tạo ra sự phân bố đồng điều trên khối u, thì lúc này người ta dùng miêng nêm Mục đích tạo dùng miếng nêm để làm cho thể tích bao trên vùng cần chiếu gần đồng điều nhau Điều này giúp tạo ra sự phân bố đồng liều trên khối u

Để thể hiện chính xác giá trị cường độ liều chiếu ta quan sát hai hình dưới đây

Hình 1.15: Vùng không gian được định dạng của kỹ thuật 3D-CRT

Hình 1.16: Vùng không gian được định dạng bằng kỹ thuật xạ trị IMRT

Ở hình 1.15 vùng không gian được định dạng bằng kỹ thuật 3D-CRT có cường

độ liều đồng nhất Còn hình 1.16 vùng không gian định dạng kỹ thuật xạ trị IMRT

có các ô vuông với độ đậm khác nhau Những ô nào càng đậm chứng tỏ cường độ tại đó càng lớn và ngược lại, là những ô nhận mức cường độ liều mà nó nhận được càng thấp

Sự thay đổi vị trí tổng thể của cơ thể trong suốt quá trình điều trị có thể được theo dõi bằng việc sử dụng các thiết bị hình ảnh, và dùng các điểm đánh dấu trên

da Để tránh sử chuyển động do hô hấp, việc điều trị có thể được thực hiện khi bệnh nhân có thể giữ được hơi thở của mình bằng cách sử dụng các thiết bị cố định Điều

đó chỉ có thể thực hiện được khi bệnh nhân chịu hợp tác và sẽ rất khó khăn đối với bệnh nhân bị bệnh phổi

thay đổi theo thời gian để từ đó có thể thực hiện phép chiếu xạ chính xác hơn lên thể tích bia

Ta thấy đối với các cơ quan động thị kỹ thuật IMRT không thể đạt được sự mong muốn Vì khi xạ trị IMRT không có chỉ dẫn hình ảnh, ta không biết cơ quan chuyển động như thế nào để chiếu đúng lúc

Hình 1.18: Kỹ thuật xạ trị IMRT kết hợp với IGRT Xem hình cho ta thấy, khi có sự kết hợp giữa kỹ thuật xạ trị IMRT và IGRT thì tất cả các chùm chiếu điều trúng đích Vì lúc này ta quan sát được sự chuyển động của cơ quan, lúc này, ta xác định được thời điểm chiếu chùm tia Và kết quả các chùm chiếu tập trung tại điểm mong muốn

Đây là một kỹ thuật mới, nhưng trong khóa luận này tôi chỉ trình bày về kỹ thuật xạ trị IMRT

1.7 Mô tả bộ chuẩn trực đa lá động (MLC)

MLC bao gồm khá nhiều loại khoảng tư 80 đến 120 lá với chiều dày từ 0.4

mm đến 1 cm, những lá này được gắn bên trong máy gia tốc, sau ống chuẩn trực và được đính kèm vào động cơ, các lá hoặc khối lá có thể điều khiển tự động và độc lập với nhau để tạo ra các hình dạng bất kỳ thiết bị MLC được điều khiển bằng một

hệ thống máy tính bên ngoài

 Tốc độ lá 20cm/s

1.9 MLC của hãng Elekta

Hình 1.21: Ảnh MLC của Elekta Một số thông số kỹ thuật MLC của hãng Elekta

Một số thông số kỹ thuật MLC của hãng Varian

CHƯƠNG 2 : CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH XẠ TRỊ TRONG KỸ THUẬT XẠ TRỊ IMRT

Cũng như các kỹ thuật xạ trị khác Các bước tiến hành xạ trị trong kỹ thuật xạ trị IMRT được chia làm 3 giai đoạn

Hình 2.1: Quy trình của hệ thống xạ trị IMRT