Radii Lập kế hoạch Tính toán kế hoạch Kiểm tra kế hoạch Định vị bệnh nhân Kiểm tra các vị trí Thực hiện điều trị Định vị lại, đổi góc Tháo khung
− Dựa vào hình ảnh chẩn đoán có thương tổn ban đầu, chúng tôi xác định vị trí của thương tổn, nằm ở vùng nào của cấu trúc não.
− Đặt hộp chỉ thị MRI vào khung định vị Leksell.
− Đặt vị trí của thương tổn trong não vào trung tâm của hộp chỉ thị MRI.
− Gây tê tại chỗ và sử dụng 4 đinh vít cố định vào 4 vị trí đầu bệnh nhân.
− Kiểm tra độ chắc chắn khung định vị Leksell mang trên đầu của bệnh nhân.
Hình 2.3 Đặt khung định vị Leksell [10] Những sai sót trong giai đoạn đặt khung định vị:
− Khoảng tọa độ điều trị nằm trong giới hạn (X: 50 − 150 mm, Y: 27 – 170 mm, Z: 40
− 166 mm) nên việc đặt thương tổn lệch khỏi trung tâm của hộp chỉ thị MRI dẫn đến điều trị không hiệu quả. Nghiêm trọng hơn là không thể điều trị và phải đặt lại khung định vị lần nữa cho bệnh nhân.
− Đối với thương tổn ở vùng xoang hay vùng thái dương của não, việc ép sát hộp MRI sẽ gây biến dạng nó, dẫn tới thu nhận những hình ảnh mô phỏng MRI có sai số lớn. Từ đó, việc lập kế hoạch cung cấp liều phóng xạ cho thương tổn không chính xác.
Giải pháp giảm sai sót:
− Phải tuyệt đối tuân thủ nguyên tắc đặt khung định vị.
− Sau khi việc đặt khung hoàn thành, phải kiểm tra độ chắc chắn của khung định vị trên đầu của bệnh nhân.
− Kiểm tra định kì khung định vị bằng thước đo và bằng phương pháp khớp bốn chân đinh của dụng cụ kiểm tra vào bốn lỗ của khung (xem Hình 2.4).
Hình 2.4 Kiểm tra khung định vị Leksell [25] Ảnh hưởng của điểm đánh dấu trên MRI
Những điểm đánh dấu trên ảnh MRI có vai trò quan trọng trong định vị tọa độ khung và thương tổn trong đầu bệnh nhân. Những điểm đánh dấu không hiển thị do sự tồn tại của bọt khí trong hộp chỉ thị MRI, sinh ra sai số khi định nghĩa hình ảnh MRI và định vị thương tổn trong đầu bệnh nhân (xem Hình 2.5). Sai số định nghĩa hình ảnh trung bình và cực đại là 0,1 và 1,4 mm gây ra sai số định vị thương tổn trung bình là 0,2 mm [24].
Hình 2.5 Ảnh hưởng của điểm đánh dấu vào định vị thương tổn [24] Giải pháp giảm sai số:
Hàng ngày, chúng ta kiểm tra sự tồn tại của bọt khí trong hộp chỉ thị MRI nếu có thì chúng ta bơm dung dịch CuSO4 vào hộp chỉ thị MRI.
Bọt khí Định nghĩa ảnh MRI
2.2.2. Mô phỏng dữ liệu bằng hình ảnh
Sau khi khung định vị được gắn cố định vào đầu của bệnh nhân. Chúng ta sử dụng các kỹ thuật hình ảnh học: MRI, CT, DSA để thu thập dữ liệu hình ảnh mô phỏng của não bệnh nhân (xem Hình 2.6).
Hình 2.6 Mô phỏng hình ảnh não bằng MRI
Mục tiêu: Giúp xác định kích thước, hình dạng, thể tích và vị trí của thương tổn trên
hình ảnh mô phỏng MRI bằng phần mềm lập kế hoạch LGP..
Phương pháp: Tiến hành chụp MRI sọ não với khung định vị Leksell
− Đặt đúng tư thế, cố định đầu bệnh nhân trong máy MRI.
− Quét chọn trường chiếu chứa thương tổn trên ảnh MRI định vị.
− Chụp ảnh MRI thỏa yêu cầu theo hướng chuẩn của hình ảnh: Hướng Axial (hướng trên − xuống), hướng Coronal (hướng trước − sau), hướng Sagital (hướng từ trái −
phải).
− Xác định tham số chuẩn của xung MRI cho ảnh T1, T2, TOF 3D, CISS 3D …
Matrix: 256 256,
Trường chụp FOV: hình vuông có chu vi 240 mm.
Độ dày mỗi lát cắt: ≤ 2,0 mm.
− Kiểm tra 6 vị trí mốc định vị (fudicial) trên những lớp cắt ảnh MRI, đo độ lệch giữa 2 fudicial kế nhau thỏa điều kiện không lớn hơn 1 mm.
Những sai sót trong mô phỏng MRI:
− Bệnh nhân:
Để quên vật dụng bằng kim loại hay có mảnh kim khí trong đầu trong quá trình chụp MRI
Bệnh nhân không giữ cố định đầu trong quá trình chụp MRI
− Kỹ thuật chụp MRI:
Tham số chụp không đúng yêu cầu kỹ thuật.
Hộp chỉ thị MRI có những bọt khí không chứa dung dịch CuSO4.
Tất cả các sai sót trên dẫn đến hình ảnh MRI không đảm bảo chất lượng.
Giải pháp giảm sai sót Do bệnh nhân gây ra:.
− Thực hiện chụp định vị thử vài hình ảnh trước khi thực hiện quá trình chụp thực. Loại sai lệch gây ra bởi bệnh nhân thường xuất hiện ở vùng đầu trong khi đây là vùng đòi hỏi độ chính xác của hình học rất cao.
− Khi có sự nghi ngờ về các sai lệch do bệnh nhân gây ra phải hỏi ý kiến nhân viên vận hành máy MRI. Chụp bổ sung MRI lần hai giúp tăng độ chính xác về hình học cho lập kế hoạch điều trị và tăng độ chính xác của giai đoạn thực hiện xạ phẫu.
Do bản chất của kỹ thuật MRI
− LGP sẽ cảnh báo những sai lệch về hình học trong dữ liệu hình ảnh MRI nếu sai lệch vượt quá một ngưỡng đặt trước. LGP không chấp nhận hình ảnh này.
+ Kiểm tra điểm đánh dấu trên tất cả lớp cắt không thay đổi. Vì khoảng cách chuẩn giữa những điểm đánh dấu đã biết trước (chiều dài 19,0 mm; chiều rộng 12,0 mm; chiều chéo 22,5 mm) nên ta xác định được những sai lệch bằng cách so sánh giá trị này với các giá trị đo trực tiếp trên màn hình (xem Hình 2.7). Các giá trị đo được không được khác quá 1 mm so với giá trị chuẩn đã biết.
+ Đảm bảo độ dày mỗi lớp cắt không quá 2 mm và kích thước của pixel không lớn hơn 1 mm. Độ chính xác của việc xác định một điểm nào đó tỉ lệ nghịch với kích thước của voxel.
Hình 2.7 Đo những mốc định vị trên ảnh MRI Đo đạc số liệu mô phỏng cho đầu bệnh nhân:
Hình dạng của đầu bệnh nhân (contour) được mô phỏng dựa vào 24 điểm đo da đầu, sử dụng quả cầu bằng Plastic và thanh thước đo (xem Hình 2.8). Từ những điểm đo này tới độ sâu tại đó liều hấp thụ được xác định cho mỗi tia gamma. LGP tính toán liều hấp thụ tại điểm ở độ sâu nào đó trong não bằng tổng phân bố liều của 201 tia gamma. Tia gamma với hệ số suy giảm tuyến tính (µ = 0,063 cm-1 ) được sử dụng để hiệu chỉnh sự suy giảm của tia phóng xạ đi qua độ dày mô não bệnh nhân [4].
Hình 2.8 Mô phỏng da đầu của bệnh nhân [4]
19.0 mm 22,6 mm
Việc giới hạn số điểm đo đạc mô phỏng hình dạng của đầu bệnh nhân sinh ra một sự sai số đáng kể giữa liều hấp thụ tính toán với hình dạng da đầu mô phỏng và liều hấp thụ cho hình dạng thật của bệnh nhân (xem Hình 2.9) dẫn tới thời gian điều trị sai khác ∼ 5 % [4].
Hình 2.9 Hình dạng da đầu mô phỏng và sau khi hiệu chỉnh Giải pháp giảm sai sót:
− Hiệu chỉnh những giá trị đo đạc trên phần mềm LGP để thu nhận hình dạng mô phỏng của đầu bệnh nhân gần đúng nhất.
− Xây dựng phần mềm lập kế hoạch LGP nội suy được một số lượng lớn những điểm đo còn lại trên da đầu bệnh nhân để thu nhận hình dạng da đầu chính xác hơn.
2.2.3. Lập kế hoạch xạ phẫu
Sau khi thu thập dữ liệu hình ảnh, đội ngũ nhân viên (Bác sĩ thần kinh, Vật lý Y khoa) xây dựng một kế hoạch điều trị bằng phần mềm lập kế hoạch LGP. Các bước lập kế hoạch được tóm tắt trong quy trình lập kế hoạch.
Không bao giờ có hai kế hoạch điều trị giống nhau vì mỗi kế hoạch điều trị được xây dựng riêng cho các đặc tính về mặt y học của từng bệnh nhân. Việc lập kế hoạch xạ phẫu phải thỏa mãn một số yêu cầu:
− Sử dụng hình ảnh MRI có sai số ≤ 1 mm để lập kế hoạch xạ phẫu.
Hình 2.10 Định nghĩa dữ liệu hình ảnh [28]
− Xác định vị trí thương tổn nằm ở vùng chức năng quan trọng như: Giao thoa thị, ốc tai, thân não, cuống tiểu não…
− Đặt không gian ma trận (Matrix) phủ hết thương tổn với kích thước phù hợp với thể tích của thương tổn.
− Cung cấp liều hấp thụ D chỉ định(Gy) cho tổn thương ứng với đường đồng liều chuẩn 50 %.
− Đặt những shot (isocenter) với tọa độ XYZ vào thương tổn sao cho đường đồng liều 50 % phủ hết thương tổn nhưng giảm thiểu ảnh hưởng của tia xạ đến mô lành. Hình 2.11 mô tả phương pháp đặt những isocenter của phần mềm lập kế hoạch LGP vào thương tổn trên hình MRI.
Hình 2.11 a. Đặt shot vào thương tổn b. Lập kế hoạch bằng phần mềm LGP [3]
Định nghĩa không
gian ảnh Ảnh hướng Axial Ảnh hướng Coronal
Thương tổn “shot
" Cấp liều hấp thụ cho thương tổn
- Sử dụng các loại collimator và các trọng số khác nhau
− Đo đạc tham số tối ưu tương quan giữa liều hấp thụ D với thể tích thương tổn V để tính tỉ lệ thể tích vùng tổn thương được nhận đúng liều điều trị và phần thể tích thương tổn không nhận liều điều trị.
Hình 2.12 Định nghĩa các thể tích trong xạ phẫu Gamma knife [43]
+ Phần trăm Thể tích VT nhận liều xạ D TC (Target coverage)
, T pi T V TC V = (2.1)
+ Chỉ số đồng nhất liều lượng CI (Conformity index):
, T pi pi V CI V = (2.2)
+ Chỉ số độ dốc phân bố liều GI (Gradient index):
, /2 T T pi V GI V = (2.3)
Bảng 2.2 là bảng giá trị các chỉ số TC, CI, GI thể hiện mối tương quan giữa liều điều trị D và thể tích thương tổn V nhân liều D, thể tích mô lành chịu liều D.
Bàng 2.2 Đánh giá kết quả lập kế hoạch LGP [31] Tốt Chấp nhận Không chấp nhận
TC 0,95 − 1 0,9 − 0,95 <0,9
CI 1 1 − 1,05 >1,05
GI 3 3 − 3,2 >3,2
Sau đây là một ví dụ tính toán ước lượng sai số hình học trong lập kế hoạch xạ phẫu
TThể tích thưong tổn: VT
Thể tích đường đồng liều chỉ định:Vpi
Thể tích thưong tổn nhận liều: VT,pi
Nguồn sai số Sai số hình học (mm)
Ảnh MRI 0,5
Ảnh CT 0,05
Ảnh DSA 0,1 (5)
Truyền ảnh qua Scanner 0,1 (1)
Đo skull mô phỏng da đầu 0,5 (2)
Định nghĩa ảnh 0,5 (1,5)
Phân bố liều 0,2
Từ bảng 2.3, ta có sai số hình học của mỗi giai đoạn trong lập kế hoạch như sau:
− Sai số hình học của hình ảnh từ kỹ thuật MRI: δA = 0,5 (mm).
− Sai số hình học của định nghĩa hình ảnh MRI: δB = 0,5 (mm).
− Sai số hình học của mô phỏng đầu bệnh nhân: δC = 0,5 (mm).
− Sai số của đường phân bố đồng liều: δD = 0,2 (mm).
Do đó, ta có thể ước lượng sai số của việc lập kế hoạch xạ phẫu:
2 2 2 2 2 2 2 2
0,5 0,5 0,5 0, 2 0,9
A B C D
δ∆ = δ +δ +δ +δ = + + + ≈ (mm).
Sai số không gian của giai đoạn lập kế hoạch là 0,9 mm.
2.2.4. Thực hiện xạ phẫu:
Giai đoạn cuối cùng là thực hiện điều trị cho bệnh nhân theo quy trình thực hiện xạ phẫu (xem Hình 2.13).
Hình 2.13 Quy trình thực hiện xạ phẫu [31]
Sau đây là các bước chi tiết trong cho giai đoạn thực hiện xạ phẫu mà nhân viên Vật lý phải thực hiện để đảm bảo hiệu quả điều trị tốt nhất:
− Dữ liệu của kế hoạch phải được truyền sang hệ thống điều khiển xạ phẫu
− Kiểm tra các tham số: vị trí, liều lượng, thời gian chiếu xạ
− Đặt bệnh nhân nằm đúng tư thế xạ phẫu.
− Kiểm tra khả năng va chạm giữa khung định vị Leksell của đầu bệnh nhân và mũ
Máy lập kế hoạch Kiểm tra tham số: Liều, vị trí… Cố định bệnh nhân – trên bàn điều trị Kiểm tra các vị trí Va chạm Kiểm tra Plug (nếu sủ dụng) Thực thi các RUN điều trị Điều chỉnh vị trí tọa dộ Tháo khung định vị Chuyển dữ liệu điều trị Hoàn thành các RUN
− Kiểm tra các bộ phận của thiết bị xạ phẫu LGK như: nắp đậy của mũ chuẩn trực, vật cản trở chuyển động của giường điều trị.
− Theo dõi quá trình điều trị qua màn hình biểu thị tiến trình xạ phẫu.
Trong quá trình điều trị, thiết bị xạ phẫu LGK sẽ dừng chiếu xạ cho bệnh nhân nếu phát hiện khoảng tiếp xúc của mũ chuẩn trực và kênh chùm tia phóng xạ vượt quá 0,1 mm. Chúng ta thực hiện chỉnh lại 2 microswitch của mũ chuẩn trực để xử lý vấn đề trên.
Hình 2.14 Kiểm tra microswitch của mũ chuẩn trực KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương này đã trình bày những thông tin cần thiết về quy trình xạ phẫu Gamma knife đồng thời phân tích những yếu tố ảnh hưởng của các thiết bị cơ khí của thiết bị xạ phẫu Leksell Gamma knife đến hiệu quả của mỗi giai đoạn trong quy trình xạ phẫu. Qua phân tích và thực hiện các giai đoạn, chúng tôi nhận thức rõ không có một quy trình xạ phẫu Gamma knife hoàn hảo nhưng chúng tôi có những biện pháp nhằm giảm thiểu sai sót nhằm đảm bảo chất lượng cho quy trình xạ phẫu Gamma knife, nâng cao hiệu quả điều trị cho người bệnh. `
0,1 mm
CHƯƠNG 3 − ĐẢM BẢO LIỀU LƯỢNG PHÓNG XẠ TRONG XẠ PHẪU GAMMA KNIFE
3.1. Giới thiệu
Độ chính xác trong xạ phẫu Gamma knife là sự sai khác giữa một kết quả theo kế hoạch (lý thuyết) và kết quả từ thực nghiệm. Độ chính xác mô phỏng dữ liệu hình ảnh MRI; độ chính xác trong định nghĩa hình ảnh MRI và xác định thương tổn; độ chính xác lập kế hoạch xạ phẫu (xem lại chương 2); độ chính xác về mặt liều lượng và vị trí phân bố chùm tia phóng xạ của thiết bị xạ phẫu LGK. Qua thời gian, các hệ thống cơ khí sẽ không đảm bào “độ chính xác cơ học” (Mechanical accuracy) và thiết bị xạ phẫu Gamma knife không đảm bảo “độ chính xác của các chùm tia phân bố phóng xạ” (Radiological accuracy). Tổng của hai loại độ chính xác trên được gọi là độ chính xác bệnh học (Clinical accuracy như hình 3.1 bên dưới [6].
Hình 3.1 Độ chính xác trong xạ phẫu Gamma knife [9]
Do đặc thù sinh học về liều lượng phóng xạ của tế bào não, các thương tổn trong não được chỉ định liều lượng điều trị rất lớn (10 – 25) Gy. Vì vậy, đặc điểm nổi bật của
Độ chính xác nhận được: 0,48 mm Hình ảnh Xác định thương tổn Lập kế hoạch Độ chính xác cơ học <0,3 mm Độ chính xác định vị Helmet <0,1 mm Độ định vị Trunnion <0,2 mm Độ chính xác phóng xạ Helmet <0.5 mm Độ chính xác cơ học: Tổng của các độ chính xác trong các giai đoạn lập kế hoạch.
Độ chính xác phóng xạ: Độ chính xác cơ học + độ chính phân bố chùm tia phóng xạ.
kỹ thuật xạ phẫu Gamma knife là cung cấp một giá trị liều hấp thụ lớn, chính xác cho thương tổn có kích thước nhỏ trong não và giảm ảnh hưởng của tia xạ đến các mô lành xung quanh thương tổn. Để việc xạ phẫu đạt hiệu quả cao, chúng ta cần phải tính toán liều hấp thụ chính xác về mặt độ lớn và xác định chính xác về mặt hình học cho việc phân bố chùm tia phóng xạ cho thương tổn trong não.
Việc tính liều hấp thụ tại một vị trí của thương tổn trong não bệnh nhân cần số lượng lớn dữ liệu phóng xạ trong phần mềm lập kế hoạch LGP. Chúng phải mô tả đặc tính vật lý của các kênh chùm tia phóng xạ. Do đó, một thiết bị với thiết kế riêng biệt như một kênh phóng xạ thực được dùng để đo đạc. Những tham số vật lý được đo theo phương tia xạ chiếu tới nằm ngang để thuận tiện và có độ chính xác cao. Suất liều hấp thụ của một kênh phóng xạ được đo bằng phương pháp phim ảnh [30].
Hình 3.2 Thiết bị đo liều lượng cho một kênh phóng xạ [30]