Sử dụng phần mềm GAMOS để tính liều trong điều trị ung thư gan

Với giả sử sự phân bố thuốc phóng xạ Y-90 trong gan là đồng nhất, các giá trị S được tính toán cho gan và một số vùng cơ quan, áp dụng cho phantom voxel ICRP nam và nữ, thực hiện bởi phần mềm GAMOS, được tính toán dựa trên code Geant4. Sau đó, thực hiện việc so sánh giá trị S tự chiếu cho gan của phantom voxel ICRP và phantom hình học tính bởi phần mềm OLINDA/EXM.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TẠP CHÍ KHOA HỌC HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY ISSN: 1859-3100 Tập 16, Số (2019): 92-98 Vol 16, No (2019): 92-98 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vn SỬ DỤNG PHẦN MỀM GAMOS ĐỂ TÍNH LIỀU TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ GAN Nguyễn Thị Phương Thảo1, Trương Trường Sơn2* Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: Trương Trường Sơn – Email: sontt@hcmue.edu.vn Ngày nhận bài: 11-12-2018; ngày nhận sửa: 04-01-2019; ngày duyệt đăng: 15-4-2019 TÓM TẮT Với giả sử phân bố thuốc phóng xạ Y-90 gan đồng nhất, giá trị S tính tốn cho gan số vùng quan, áp dụng cho phantom voxel ICRP nam nữ, thực phần mềm GAMOS, tính tốn dựa code Geant4 Sau đó, thực việc so sánh giá trị S tự chiếu cho gan phantom voxel ICRP phantom hình học tính phần mềm OLINDA/EXM Cuối cùng, giá trị S hiệu chỉnh cho người Việt Nam nước châu Á dựa khối lượng gan trung bình theo thơng số khảo sát IAEA Kết cho thấy có khác biệt lớn việc tính giá trị S cho đối tượng khác Sai khác lớn xảy với người Ấn Độ (trên 60%) Với người Việt Nam, sai khác 30% Từ cho thấy cần phải tính liều riêng biệt cho đối tượng bệnh nhân cụ thể Từ khóa: GAMOS, phantom, gan, giá trị S Mở đầu Ung thư biểu mô tế bào gan (HCC) loại ung thư phổ biến người trưởng thành, nguyên nhân phổ biến gây tử vong bệnh nhân xơ gan (Forner, 2012) Bệnh có liên quan chặt chẽ đến tình trạng viêm gan mãn tính, viêm gan B C hay tiếp xúc với chất độc rượu aflatoxin (Kumar, 2015) Ngoài ra, dịch béo phì góp phần làm tăng viêm gan nhiễm mỡ, cuối tiến triển thành xơ hóa, xơ gan HCC (Axelrod, 2018) Axelrod von Leeuwen cho tỉ lệ mắc HCC “tăng gấp đơi, từ 2,6 đến 5,2 100.000 dân” vòng 20 năm qua, với tỉ lệ tử vong tăng từ 2,8 đến 4,7 100.000 (Axelrod, 2018) Phần lớn HCC xảy châu Á châu Phi cận Sahara, quốc gia mà bệnh viêm gan B bệnh đặc hữu nhiều người bị nhiễm bệnh sinh Tỉ lệ mắc HCC Hoa Kì nước phát triển khác gia tăng gia tăng virus viêm gan C “Độ tuổi trung bình người bệnh chẩn đốn ung thư gan 63 Khoảng 95% người chẩn đoán độ tuổi từ 45 trở lên Khoảng 3% người chẩn đốn bệnh độ tuổi 35-44, 2% bệnh nhân trẻ 25 tuổi Ung thư phổ biến nam so với nữ khơng rõ lí Điều nguy hiểm bệnh triệu chứng điển hình, khó phân biệt mệt mỏi, chán ăn hay sốt nhẹ, làm bệnh nhân bác sĩ dễ bỏ qua Chuyển sang thời kì tồn phát, bệnh nhân có gần đầy đủ 92 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Thị Phương Thảo tgk triệu chứng mệt mỏi, sụt cân, vàng da, gan to, xuất huyết niêm mạc, rối loạn nội tiết Đến giai đoạn di căn, bệnh nhân ho máu, đau nhức có hạ đường huyết Tùy vào tình trạng bệnh, phương pháp điều trị phẫu thuật, tiêm cồn hay acid vào khối u, đốt nhiệt sóng cao tần, hay vi cầu phóng xạ” (Hội gan mật TPHCM, 2018) Theo Dezarn (2011) Kennedy (2007), việc sử dụng vi cầu gắn với hạt nhân phóng xạ, Y-90, nghiên cứu Hoa Kì từ năm 2000 Phương pháp điều trị Y-90 đưa chất phóng xạ trực tiếp vào mạch máu ni khối u Các hạt vi cầu phóng xạ theo nhánh động mạch nhỏ phân bố khắp khối u, làm tắc mạch máu nuôi khối u gan Cách điều trị không chữa khỏi bướu gan, giúp cho việc kìm hãm thu nhỏ khối u Khi sử dụng phương pháp điều trị thuốc phóng xạ, việc tính tốn liều lượng phóng xạ mà quan nhận nhiệm vụ quan trọng, giúp đánh giá hiệu điều trị Với phương pháp tính liều mà tổ chức MIRD (Ủy ban xạ chiếu trong Y học) đưa (Snyder, 1975), để tính liều hấp thụ cho quan, cần có thơng tin hoạt độ tích lũy giá trị S Giá trị S hiểu liều hấp thụ mà quan bia nhận phân rã phát từ quan nguồn tính tốn dựa phương pháp Monte Carlo Trong năm gần đây, nhiều loại phantom máy tính đời phục vụ cho nhiều mục đích khác Phantom ICRP (Menzel, 2008) Hình 1a tạo thành dựa liệu y tế người thật, gồm 53 loại vật liệu 143 vùng cấu trúc, đặc biệt có vùng cấu trúc chi tiết da, mắt, mạch máu Kích thước voxel 2,137x2,137x8,0 mm3 (nam) 1,775x1,775x4,84 mm3 (nữ) giúp mô tả chi tiết cấu trúc giải phẫu người, nhằm phục vụ cho công việc liên quan đến an toàn xạ Trong báo này, giả sử phân bố thuốc phóng xạ Y-90 đồng gan, chúng tơi tính giá trị S cho gan số vùng quan, áp dụng cho phantom voxel CT ICRP nam nữ, thực phần mềm GAMOS (Pedro, 2018), dựa code Geant4 Sau đó, so sánh liều tự chiếu cho gan phantom voxel ICRP phantom hình học tính phần mềm OLINDA/EXM (Stabin, 2005) Cuối cùng, khối lượng gan hiệu chỉnh theo thơng số trung bình người Việt Nam nước châu Á dựa khảo sát IAEA năm 1998 Qua đó, đánh giá tác động cấu trúc giải phẫu, khác biệt giới thể trạng người châu Á da trắng ảnh hưởng đến giá trị S Phương pháp Trong báo này, chúng tơi tính giá trị S cho đối tượng nam nữ trưởng thành, sử dụng đồng vị Y-90 Với giả sử quan nguồn gan đồng với phân bố hoạt độ Y-90, chúng tơi tính giá trị S cho gan quan khác thể Việc tính giá trị S dựa phương pháp Monte Carlo Trong đó, lượng phát từ quan nguồn hấp thụ quan bia ghi nhận Giá trị S cặp quan “nguồn_bia” định nghĩa liều hấp thụ trung bình quan bia phân rã phát từ quan nguồn (Snyder, 1975): 93 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM S(bia←nguồn)=∑ ∆∅( ← Tập 16, Số (2019): 92-98 ) Trong đó, ∆ lượng xạ ∅ tỉ lệ hấp thụ lượng quan bia Giá trị S xem yếu tố “vật lí” đóng vai trò quan trọng việc xác định tổng liều mà bệnh nhân nhận Dựa vào thông tin nguồn bia, giá trị S tính phần mềm dựa phương pháp Monte Carlo Cụ thể sau: 2.1 Tính giá trị S cho phantom voxel ICRP 110 phần mềm GAMOS Dữ liệu phantom cung cấp dạng file text, trước hết phải chuyển đổi sang kiểu định dạng ảnh CT (g4dcm) GAMOS Sau đó, với giả sử phân bố thuốc phóng xạ quan nguồn đồng nhất, tạo file ảnh PET (petg4dcm) Tiếp theo, tạo file hình học (geom) cho biết môi trường đặt phantom giả sử phantom đặt mơi trường khơng khí Cuối cùng, tạo file input (in) chứa đường dẫn đến file chứa thông tin nguồn, bia, mơ hình vật lí, số lịch sử mơ Việc tính liều thực thi thơng qua “command line” 2.2 Tính giá trị S cho phantom hình học phần mềm OLINDA/EXM Đây phần mềm cho phép tính liều với thao tác đơn giản Người sử dụng cần sử dụng tùy chọn sẵn có giao diện như: loại phantom, nhân phóng xạ Trung tâm RADAR phát triển hệ phantom thay cho hệ cũ stylized' ORNL năm 1980-1990 Phantom hình học có dạng Hình 1b (b) (a) Hình Phantom voxel CT ICRP (a) phantom hình học phần mềm OLINDA/EXM (b) 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Thị Phương Thảo tgk Với chức “modify input data”, người sử dụng thay đổi khối lượng quan cho phù hợp với đặc điểm bệnh nhân Chức dùng để tính giá trị S tự chiếu gan cho người Việt Nam người châu Á Dữ liệu thể trạng trung bình người Việt Nam nước châu Á thu thập IAEA chương trình nghiên cứu phối hợp giải phẫu (ICRP) phương pháp khám nghiệm tử thi (Bảng 1) (IAEA, 1998) Các cá thể chọn người chết đột ngột, khơng có bệnh lí quan viêm, thiếu máu, có khối u… tất nguyên nhân có xu hướng gây thay đổi trọng lượng bình thường quan Nghiên cứu thực với mục đích an tồn xạ có liên quan đến đặc điểm sinh học Việt Nam nước châu Á Bảng Khối lượng gan (gam) phantom OLINDA/EXM người trung bình nước châu Á Nam 1910,00 1417,82 1356,70 1135,00 1155,60 1598,90 1863,90 1472,00 Đối tượng Phantom OLINDA/EXM Việt Nam Trung Quốc Ấn Độ Indonesia Nhật Bản Hàn Quốc Philippines Nữ 1400,00 1319,00 1272,40 1051,00 1114,70 1345,20 1610,90 1361,00 Kết 3.1 Giá trị S (Gy) số quan phantom voxel CT ICRP Giá trị S tính cho số quan cho thấy hai giới, giá trị S lớn gan, nguồn bia trùng Giá trị S cho quan khác nhỏ giá trị S gan nhiều, lí Y-90 đồng vị phát 99,99% beta, phần lớn lượng hấp thụ nơi phát Các vùng có vị trí xa gan nhận lượng nhỏ Trong quan trên, so sánh giới, ta thấy phantom phụ nữ có giá trị S hầu hết quan (trừ tuyến tụy) lớn phantom nam giới Riêng với gan, giá trị S phantom phụ nữ lớn 22% so với phantom nam giới Bảng Giá trị S (Gy) số quan Cơ quan Nam Nữ Gan Thành dày Dạ dày Tuyến tụy Thành túi mật Túi mật 7,95.10-14 1,15.10-15 3,00.10-16 5,41.10-16 1,98.10-14 4,08.10-15 1,02 10-13 3,27 10-15 3,96 10-16 4,45 10-16 2,29.10-14 5,19.10-15 95 Khác biệt (%) S ữ −S S ữ 22,1 64,8 24,2 -21,6 13,5 21,4 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số (2019): 92-98 3.2 Giá trị S (tự chiếu) (Gy) cho gan tính cho phantom hình học, người Việt Nam người châu Á trung bình Từ kết tính giá trị S cho gan so sánh loại phantom người châu Á trung bình, ta thấy giá trị S tính cho nữ ln lớn nam Khác biệt lớn giá trị S tính cho người Ấn Độ trung bình lệch phantom ICRP 66% (nam) 39,2 % (nữ) Giá trị S tính cho người Việt Nam trung bình lệch phantom ICRP 32% (nam) 12 % (nữ) Nguyên nhân gây khác biệt phantom ICRP xây dựng dựa thể trạng người phương Tây có cấu trúc giải phẫu khác biệt với người châu Á Bảng Giá trị S (tự chiếu) (Gy) cho gan Nam Đối tượng Phantom OLINDA/EXM Việt Nam Trung Quốc Ấn Độ Indonesia Nhật Bản Hàn Quốc Philippines Giá trị S Nữ Độ lệch với phantom ICRP (%) 7,83.10-14 -13 1,05.10 1,10.10-13 1,32.10-13 1,29.10-13 9,35.10-14 8,02.10-14 1,02.10-13 Giá trị S Độ lệch với phantom ICRP (%) 1,07.10-13 -1,5% 32,1% 38,4% 66,0% 62,3% 17,6% 0,9% 28,3% -13 1,14.10 1,18.10-13 1,42.10-13 1,34.10-13 1,11.10-13 0,92.10-13 1,10.10-13 4,9% 11,8% 15,7% 39,2% 31,4% 8,8% -9,8% 7,8% Kết luận Giá trị S xem yếu tố vật lí quan trọng việc xác định liều hấp thụ, từ kết tính S thấy chênh lệch kết tính cho người Việt Nam lệch so với phantom ICRP phantom OLINDA lớn, đặc biệt nam giới (hơn 30%) Ở nước châu Á khác, khác biệt lớn, đặc biệt Ấn Độ (trên 60%) Như vậy, sử dụng tiêu chuẩn liều nước phương Tây phương pháp cấp liều cố định để áp dụng cho đối tượng bệnh nhân Việt Nam nước châu Á khác Trong Y học hạt nhân, để tính liều hấp thụ cho quan quan tâm, ngồi giá trị S phải tính đến khác biệt yếu tố sinh học thể qua thời gian lưu trú hay hoạt độ tích lũy phóng xạ quan nguồn, hình học phức tạp quan nguồn bia, đặc biệt quan mỏng da hay niêm mạc Với cấu trúc giải phẫu phản ứng sinh hóa thể sống khác chi phối lớn đến kết tính liều hấp thụ, làm ảnh hưởng đến hiệu điều trị Do đó, để đạt hiệu điều trị cao 96 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Thị Phương Thảo tgk cải thiện sức khỏe bệnh nhân, cần phải tính liều riêng biệt cho bệnh nhân, điều mà chưa thực nước ta nhiều nước giới Tuy phần mềm OLINDA/EXM cho phép thay đổi khối lượng quan cho phù hợp với đặc điểm bệnh nhân hơn, lại khơng thể thay đổi hình dạng quan tỉ lệ hấp thụ lượng, nên khắc phục khác biệt mặt khối lượng quan chưa thể tiến đến việc tính liều xác cho bệnh nhân Để tính liều cho bệnh nhân, cần phải có thơng tin đặc điểm cấu trúc mơ phân bố thuốc phóng xạ vùng cấu trúc nhỏ thể bệnh nhân Với phát triển ảnh cắt lớp y tế, sử dụng phần mềm GAMOS để tính liều hấp thụ mức voxel (như với phantom voxel ICRP) cho vùng cấu trúc khác bệnh nhân Trong thời gian chúng tơi triển khai tốn này, đó, phát triển công cụ vận hành song song với GAMOS, nhằm xác định voxel thuộc cấu trúc tính liều cho cấu trúc quan tâm  Tuyên bố quyền lợi: Các tác giả xác nhận hồn tồn khơng có xung đột quyền lợi TÀI LIỆU THAM KHẢO Forner, A., Llovet, J M., & Bruix, J (2012) Hepatocellular carcinoma The Lancet, 379(9822), 551245 doi: 10.1016/S0140-6736(11 61347-0 Kumar, V., Fausto, N., & Abbas, A (2015) Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease doi: 10.1097/01.pap.0000155072.86944.7d Dezarn, W A., Cessna, J T., DeWerd, L A., Feng, W., Gates, V L., & Halama, J (2011) Recommendations of the American Association of Physicists in Medicine on dosimetry, imaging, and quality assurance procedures for 90Y microsphere brachytherapy in the treatment of hepatic malignancies Med Phys, 38(8), 4824-45 doi:10.1118/1.3608909 Kennedy, A., Nag, S., Salem, R., Murthy, R., McEwan, A J., Nutting, C., et al (2007) Recommendations for radioembolization of hepatic malignancies using yttrium-90 microsphere brachytherapy: a consensus panel report from the radioembolization brachytherapy oncology consortium Int J Radiat Oncol Biol Phys, 68(1), 13-23 doi: 10.1016/j.ijrobp.2006.11.060 Snyder, W S., Ford, M R., Warner, G G., & Watson, S B (1975) Absorbed Dose per Unit Cumulated Activity for Selected Radionuclides and Organs Retrieved from https://www.scienceopen.com/document?vid=a0909e6e-4b0b-469b-b9c7-09c8dac3fc37 Menzel, H G., Clement, C., & DeLuca, P (2008) Realistic reference phantoms: an ICRP/ICRU joint effort A report of adult reference computational phantoms ICRP, 110, 39(2), 1-164 doi: 10.1016/j.icrp.2009.09.001 Stabin, M G., Sparks, R B., & Crowe, E (2005) OLINDA/EXM: the second-generation personal computer software for internal dose assessment in nuclear medicine J Nucl Med, 46(6), 1023-7 97 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số (2019): 92-98 IAEA-TECDOC (1998) Compilation of anatomical, hysiological and metabolic characteristics for a Reference Asian Man Retrieved from https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications Pedro, A D (2018) “GAMOS 5.2.0 user’s guide” Madrid Spain, GAMOS Collaboration Axelrod, D A., & Leeuwen D J (2018) Hepatocellular carcinoma Retrieved from http://emedicine.medscape.com/article/197319-overview Hội gan mật Thành phố Hồ Chí Minh (2018) Thắc mắc thường gặp ung thư gan Khai thác từ http://hasld.org/thong-tin-chuyen-muc/thac-mac-thuong-gap-ve-ung-thu-gan-323.html USE OF GAMOS FOR CALCULATING RADIATION DOSE IN TREATMENT OF LIVER CANCER Nguyen Thi Phuong Thao1, Truong Truong Son2* Vietnam Atomic Energy Institute (VINATOM) Ho Chi Minh City University of Education * Corresponding author: Truong Truong Son – Email: sontt@hcmue.edu.vn Received: 11/12/2018; Revised: 04/01/2019; Accepted: 15/4/2019 ABSTRACT Assuming the distribution of Y-90 in the liver to be homogeneous, the S values for the liver and some other structures, applying to Adult Male and Female Reference Computational Phantoms (ICRP Publication 110) were calculated The process is performed by GAMOS software, based on the Geant4 code Then comparing the S values for self absorbed dose to the liver of the ICRP phantom to those of the mathematical phantom by the OLINDA / EXM software was applied Finally, the S values for Vietnamese and other Asian people based on average liver mass according to IAEA were adjusted Compared to the S values of phantom ICRP, the biggest difference is Indian (over 60%) With Vietnameses ones, the difference is more than 30% These results show that it is necessary to calculate the absorbed dose for each specific patient Keywords: GAMOS, phantom, liver, S value 98 ... sử mơ Việc tính liều thực thi thơng qua “command line” 2.2 Tính giá trị S cho phantom hình học phần mềm OLINDA/EXM Đây phần mềm cho phép tính liều với thao tác đơn giản Người sử dụng cần sử dụng. .. hiệu điều trị Với phương pháp tính liều mà tổ chức MIRD (Ủy ban xạ chiếu trong Y học) đưa (Snyder, 1975), để tính liều hấp thụ cho quan, cần có thơng tin hoạt độ tích lũy giá trị S Giá trị S... Y-90 đồng gan, chúng tơi tính giá trị S cho gan số vùng quan, áp dụng cho phantom voxel CT ICRP nam nữ, thực phần mềm GAMOS (Pedro, 2018), dựa code Geant4 Sau đó, so sánh liều tự chiếu cho gan phantom