Độ chính xác về liều là một trong những yếu tố quyết định đến kết quả xạ trị đối với bệnh nhân. Để đảm bảo được yếu tố này thì độ chính xác của các thuật toán tính liều được sử dụng trên các hệ thống lập kế hoạch là vô cùng quan trọng. Chính vì vậy bài viết này tiến hành tìm hiểu sự khác biệt về phân bố liều khi sử dụng thuật toán tính liều AAA và Acuros XB của phần mềm Eclipse so với đo đạc trong vùng có mật độ không đồng nhất trên máy truebeam STX tại Bệnh viện 108.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ĐÁNH GIÁ SỰ KHÁC BIỆT VỀ PHÂN BỐ LIỀU KHI SỬ DỤNG THUẬT TỐN TÍNH LIỀU AAA VÀ ACUROS XB CỦA PHẦN MỀM ECLIPSE SO VỚI ĐO ĐẠC TRONG VÙNG CÓ MẬT ĐỘ KHÔNG ĐỒNG NHẤT TRÊN MÁY TRUEBEAM STX TẠI BỆNH VIỆN 108 Độ xác liều yếu tố định đến kết xạ trị bệnh nhân Để đảm bảo yếu tố độ xác thuật tốn tính liều sử dụng hệ thống lập kế hoạch vô quan trọng Kết số nghiên cứu rằng, thuật tốn với khả hiệu chỉnh khơng đồng mật độ thể bệnh nhân mang lại độ xác cao Đối với hệ thống máy TrueBeam STx Bệnh viện TƯQĐ 108, để đánh giá độ xác hai thuật tốn có AAA AXB, vùng có mật độ không đồng nhất, nghiên cứu thực hệ phantom thiết kế tương đương vùng ngực bệnh nhân Qua so sánh phân bố liều theo độ sâu thu từ tính tốn thuật toán AAA AXB hệ thống lập kế hoạch Eclipse 13.6 hãng Varian với phân bố liều thu từ đo đạc hệ phantom hai vị trí: trục trung tâm biên trường chiếu Kết nghiên cứu cho thấy, trung tâm trường chiếu, AXB đánh giá thấp liều vùng có mật độ thấp so với đo đạc, nhỏ 20% AAA đánh giá cao liều vùng này, lên tới 60%, đặc biệt với trường chiếu nhỏ lượng cao Thuật toán AXB cho kết phân bố liều theo độ sâu thấp thực tế gần với giá trị đo đạc thuật toán AAA 12 MỞ ĐẦU toán phải nằm khoảng từ 1% đến 2% [1] Xạ trị phương pháp sử dụng điều trị ung thư dựa vào khả tiêu diệt tế bào ung thư xạ ion hoá Trong xạ trị, để đảm bảo kết điều trị tối ưu độ xác q trình tính tốn liều lượng thể bệnh nhân vô quan trọng phụ thuộc chủ yếu vào thuật tốn tính liều với khả hiệu chỉnh không đồng chúng Theo ủy ban quốc tế đơn vị đo lường xạ (ICRU), sai số liều quy trình tổng thể đề xuất từ 3% đến ± 3,5%, vậy, độ xác phân bố liều tính Các thuật tốn tính liều phần hệ thống lập kế hoạch đóng vai trị trung tâm thực hành lâm sàng xạ trị Các thuật tốn tính liều cho chùm photon lượng cao phát triển Schoknecht vào năm 1967 thực phantom nước đồng để xác định thông số cần thiết [6] Tuy nhiên, thể người không đồng mà bao gồm nhiều quan có mật độ khác với bệnh nhân khác nhau, đó, tính tốn thực tế cần có can thiệp yếu tố hiệu chỉnh để đảm bảo độ xác liều Số 65 - Tháng 12/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN lượng Đối với hệ thống lập kế hoạch điều trị, kỹ sư vật lý người trực tiếp sử dụng thuật toán tính liều, cần nắm ưu, nhược điểm thuật toán cụ thể kèm với hệ thống máy tư vấn cho bác sĩ xạ trị độ xác phân bố liều tính tốn tình khác liên quan đến lâm sàng Từ đó, tuỳ vào khu vực điều trị định điều trị định, thuật tốn tính liều phù hợp lựa chọn để mang đến kết tính tốn tối ưu Trên giới có nhiều nghiên cứu tập trung so sánh khác biệt ưu, nhược điểm thuật tốn tính liều trung tâm xạ trị Về bản, nghiên cứu rằng, thuật tốn có khả hiệu chỉnh không đồng thể bệnh nhân mang lại độ xác cao Tuy nhiên nước ta, chưa có nghiên cứu thực để xác định mức độ khác biệt Do đó, nghiên cứu thực hệ phantom với thiết kế tương đương vùng ngực bệnh nhân, khu vực có thay đổi lớn mật độ nhằm mục đích đánh giá khác biệt phân bố liều theo độ sâu thuật toán (cụ thể thuật tốn AAA AXB) vùng có mật độ khơng đồng hệ thống máy TrueBeam STx Bệnh viện TƯQĐ 108 Qua đó, kỹ sư vật lý đưa định lựa chọn thuật tốn tính liều phù hợp giải thích cho bác sỹ trường hợp phân bố liều không mong muốn khu vực kể sử dụng rộng rãi thuật toán AAA AXB Hình Phương pháp so sánh Thuật tốn AAA Tiến sĩ Waldemar Ulmer Wolfgang Kaissl giới thiệu vào năm 1995, thuật tốn tích chập / chồng chất chùm bút chì 3D sử dụng mơ hình EGSnrc Monte Carlo để mơ hình hố cho photon sơ cấp, photon tán xạ trục electron tán xạ từ thiết bị chuẩn trực chùm tia [6] Hiệu chỉnh không đồng thực thông qua phép chia tỷ lệ AAA cho thấy độ xác cải thiện so với thuật toán trước tốc độ tính tốn đủ nhanh cho hầu hết trường hợp lâm sàng Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp chia tỷ lệ để hiệu chỉnh cho không đồng không đủ để xử lý nhiễu loạn liều mạnh trường hợp có yếu tố mật độ cao Thuật toán Acuros XB trực tiếp giải thích cho tác động khơng đồng lên phân bố liều thông qua việc giải phương trình vận chuyển Bolzmann tuyến tính (LBTE) [8] Acuros XB NỘI DUNG tích hợp vào Eclipse dạng thuật tốn 2.1 Đối tượng Phương pháp tính liều sử dụng mơ hình nguồn có nguồn gốc Trên phần mềm Eclipse 13.6 hãng Varian từ AAA Acuros XB phương có số thuật tốn sử dụng pháp tính liều đạt độ xác tiệm để tính tốn phân bố liều photon, đó, cận với mô Monte Carlo mà đảm bảo Số 65 - Tháng 12/2020 13 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN thời gian tính tốn nằm ngưỡng chấp nhận được, nhiên thời gian tính tốn dài so với AAA Việc ưu tiên lựa chọn thuật toán lập kế hoạch điều trị phụ thuộc vào trường hợp lâm sàng nên nghiên cứu có quy trình cụ thể cho trung tâm xạ trị sử dụng thuật tốn Phân bố liều tính theo trường chiếu khác gồm 2x2 , 4x4 , 6x6 , 8x8 , 10x10 với mức lượng có hệ thống máy Truebeam Stx trục trung tâm biên trường chiếu Đối với hệ đo thực nghiệm, Đầu đo buồng ion hoá CC13 đưa vào để đo đạc phantom rắn khơng khí (nhờ bệ đỡ xốp tương đương khơng khí) độ sâu : ; ; ; 4,5 ; 5,5 ; 6,5 ; 7,5 ; 8,5 ; 9,5 ; 11 cm ghi nhận vị trí trục trung tâm biên trường chiếu Vị trí trục trung tâm với trường chiều Vị trí biên trường chiếu với trường chiếu khác khác Hình Sơ đồ thiết lập hệ phantom tính tốn đo đạc Trong nghiên cứu này, độ xác thuật tốn tính liều AAA AXB so sánh dựa khác biệt liều sâu phần trăm (Percent Depth Dose – PDD so với đo đạc thực tế hệ phantom (hình 2) Hình Hệ đo thực nghiệm Trường chiếu 2x2: vị trí 0,4 cm từ trục trung tâm Hệ phantom gồm phantom rắn khí thiết lập hình Hệ bao gồm 12 lớp thể tích Trường chiếu 4x4: vị trí cm từ trục trung tâm dày cm, rộng 30 x 30 Trong đó, lớp phanTrường chiếu 6x6: vị trí cm từ trục trung tâm tom rắn tương đương mơ lớp khơng khí Trường chiếu 8x8: vị trí cm từ trục trung tâm xốp tương đương khí Trường chiếu 10x10: vị trí cm từ trục trung tâm Hình Mơ hình thực tế hệ đo Hình Mơ hình thiết kế tính tốn đo đạc 14 Số 65 - Tháng 12/2020 Đầu đo buồng ion hoá CC13 kết nối với điện kế Dose1 đề ghi nhận giá trị điện tích Các THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN giá trị sau chuẩn hố liều tương đối dựa vào liều độ sâu đạt giá trị cực đại Đo đạc thực điều kiện nhiệt độ 23oC độ ẩm 60% KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết cho thấy, đo đạc thực tế, với trường chiếu nhỏ, giảm liều vùng không đồng tỷ lệ thuận với lượng chùm tia, lượng cao, giảm liều lớn Tương tác xạ bị ảnh hưởng từ vùng có mật độ cao (nước) sang vùng có mật độ thấp (khí), làm giảm liều khu vực này, đồng thời làm tăng liều vùng liền kề có mật độ cao (xương) Tại độ sâu cm phantom rắn, với trường chiếu x 2, lượng MV, PDD giảm 31,64 % so với liều tối đa xuống đến độ sâu 7,5 cm khơng khí với lượng 15 MV, PDD giảm đạt 27,9 % (hình 6) Việc giảm liều hấp thụ vùng phổi rõ rệt với trường chiếu nhỏ quãng chạy điện tử vùng có mật độ thấp lớn bán kính trường chiếu, dẫn đến điện tử vận chuyển bên ngồi trường khơng đóng góp vào liều hấp thụ khu vực khảo sát Năng lượng cao, quãng chạy hạt điện tử lớn, mức độ đóng góp vào liều hấp thụ giảm Hình PDD trục trung tâm, trường chiếu x cm2 Hình PDD trục trung tâm, trường chiếu 10 x 10 cm2 Số 65 - Tháng 12/2020 15 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Đối với tính tốn hệ thống lập kế hoạch, thuật toán AXB phản ánh giảm liều với kết PDD 11,56 % liều tối đa 7,5 cm với lượng MV 16,9 % liều tối đa với lượng 15 MV, gần với giá trị đo đạc Từ thấy, với lượng cao, thuật tốn AXB cho kết xác Trong đó, thuật tốn AAA cho kết PDD 76,15 % liều tối đa 7,5 cm với lượng MV 86,17 % liều tối đa với lượng 15 MV, cao nhiều so với thực tế Kết không phản ánh giảm liều rõ rệt vùng có mật độ thấp mà với lượng cao, cịn có tăng lên so PDD đo đạc thuật tốn AAA khơng trực tiếp mơ hình hố q trình vận chuyển điện tử thứ cấp AXB mà thông qua phương pháp chia tỷ lệ tính gần nên kết chưa phản ánh xác phân bố liều thực tế vùng Tại trục trung tâm trường chiếu lớn, theo đo đạc, vùng có mật độ thấp, lượng cao, mức độ sụt liều Mức độ sụt liều tỷ lệ thuận với trường chiếu, trường chiếu nhỏ, sụt liều vùng có mật độ thấp rõ rệt Cụ thể, với trường 10 x 10 , lượng MV có PDD độ sâu 7,5 cm 66,74 % liều tối đa, 15 MV 72,14 % Với trường x , lượng MV 63,18 % lượng 15 MV 65,32 % Rõ ràng, có can thiệp phương (hình 7) pháp hiệu chỉnh khơng đồng nhất, Hình PDD trục trung tâm biên trường chiếu x cm2 Hình PDD trục trung tâm biên trường chiếu 10 x 10 cm28 16 Số 65 - Tháng 12/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tại biên trường chiếu lớn, mức độ giảm liều rõ rệt so với vị trí trục trung tâm, nhiên khơng thay đổi đáng kể với thay đổi lượng trường chiếu Cụ thể, PDD độ sâu 7,5 cm với trường chiếu 10 x 10 lượng MV, 59,34 %, lượng 15 MV 63,07 % Với trường chiếu x , lượng MV 56,79 % lượng 15 MV 57,79 % (hình 8) Do cạnh chùm tia, đóng góp thành phần sơ cấp thứ cấp bị giảm nằm gần vùng bán rạ, dẫn đến giảm liều bị ảnh hưởng thay đổi lượng trường chiếu Trong phân bố liều thu từ hệ thống lập kế hoạch, thuật toán AXB cho kết phù hợp so với kết đo đạc thực tế đáp ứng với thay đổi liều mật độ môi trường thay đổi Cụ thể, với trường chiếu 10 x 10 , PDD độ sâu 7,5 cm 48,85 % với lượng MV 57,86 % với lượng 15 MV Với trường chiếu x , PDD độ sâu 7,5 cm 45,23 % với lượng MV 53,95 % với lượng 15 MV Thuật toán AAA cho kết giảm nhe, khác biệt không đáng kể vùng, với trường chiếu 10 x 10 , PDD độ sâu 7,5 cm 80,73 % với lượng MV 89,11 % với lượng 15 MV Với trường chiếu x , PDD độ sâu 7,5 cm 79,89 % với lượng MV 89,5 % với lượng 15 MV chuyển hạt điện tử vật chất [13] AAA đánh giá thấp liều so với thực tế vùng có mật độ cao (phantom rắn tương đương nước) đánh giá cao liều so với thực tế, vào vùng có mật độ thấp (khơng khí) Tuy nhiên, khoảng cách xa vùng không đồng nhất, AAA cho kết tương đương với AXB nằm giới hạn chấp nhận KẾT LUẬN Qua nghiên cứu nhận thấy, trung tâm trường chiếu, AXB đánh giá thấp liều vùng có mật độ thấp so với đo đạc, nhỏ 20% AAA đánh giá cao liều vùng này, lên tới 60%, đặc biệt với trường chiếu nhỏ lượng cao Trong lâm sàng, với liều định cho khối u nằm trong vùng có mật độ thấp, kế hoạch sử dụng thuật toán AAA để điều trị thực tế đưa đến phân bố liều tốt kế hoạch, nhiên hụt liều nhiều thực tế, làm giảm khả kiểm soát khối u dẫn đến hậu điều trị tiêu cực Thuật toán AXB cho kết phân bố liều theo độ sâu thấp thực tế gần với giá trị đo đạc thuật toán AAA Do đó, với trường hợp bệnh nhân tích điều trị nhỏ, khoảng từ 2-4 cm, nằm vùng có thay đổi mật độ lớn vùng ngực, xoang khí (hốc mũi…) bắt Kết cho thấy, vùng ngồi khoang khí, buộc áp dụng thuật tốn tính liều AXB để mang vị trí nằm phantom rắn, PDD lại kết tính tốn xác điều cần tính tốn với thuật toán cho kết tốt, thiết tương đương với sai số nằm ngưỡng Đối với khối u có kích thước lớn nằm chấp nhận được, thấp 5% Ở trung vùng có mật độ thấp, cần sử dụng trường chiếu tâm khoang khí, liều tính với thuật toán lớn nên sử dụng thuật toán AXB để tính tốn trục trung tâm độ sâu 7,5 cm có độ lệch so q trình lập kế hoạch điều trị Tuy nhiên, với đo đạc AAA cao 44,51% trường hợp này, mục đích điều trị AXB thấp 20,1% Từ cho thấy, AXB cho giảm nhẹ, cần thời gian lập kế hoạch điều trị kết có độ xác cao hiệu chỉnh gấp rút, cân nhắc sử dụng thuật tốn AAA, độ khơng đồng nhờ mơ vận với lượng thấp (