intTypePromotion=1
ADSENSE

Đánh giá 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

Chia sẻ: La Thăng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

38
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đánh giá 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

  1. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ĐÁNH GIÁ 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 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. Kết quả của một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các thuật toán với khả năng hiệu chỉnh sự không đồng nhất về mật độ trong cơ thể bệnh nhân sẽ mang lại độ chính xác cao hơn. Đối với hệ thống máy TrueBeam STx tại Bệnh viện TƯQĐ 108, để đánh giá độ chính xác của hai thuật toán hiện có là AAA và AXB, trong vùng có mật độ không đồng nhất, nghiên cứu đã được thực hiện trên hệ phantom được thiết kế tương đương như vùng ngực của bệnh nhân. Qua đó so sánh phân bố liều theo độ sâu thu được từ tính toán bởi thuật toán AAA và AXB trên hệ thống lập kế hoạch Eclipse 13.6 của hãng Varian với phân bố liều thu được từ đo đạc trên cùng một hệ phantom tại hai vị trí: trục trung tâm và biên trường chiếu. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại trung tâm trường chiếu, trong khi AXB đánh giá thấp liều ở vùng có mật độ thấp so với đo đạc, nhỏ hơn 20% thì AAA đánh giá cao liều trong vùng này, có thể lên tới 60%, đặc biệt với các trường chiếu nhỏ và năng lượng cao. Thuật toán AXB cho kết quả phân bố liều theo độ sâu thấp hơn thực tế và gần với giá trị đo đạc hơn thuật toán AAA. 1. MỞ ĐẦU toán phải nằm trong khoảng từ 1% đến 2% [1]. Xạ trị là một trong những phương pháp chính Các thuật toán tính liều là một phần trong hệ được sử dụng trong điều trị ung thư hiện nay dựa thống lập kế hoạch và đóng vai trò trung tâm vào khả năng tiêu diệt tế bào ung thư của bức xạ trong thực hành lâm sàng của xạ trị. Các thuật ion hoá. Trong xạ trị, để đảm bảo kết quả điều trị toán tính liều cho chùm photon năng lượng cao tối ưu thì độ chính xác của quá trình tính toán đã được phát triển đầu tiên bởi Schoknecht vào liều lượng trên cơ thể bệnh nhân là vô cùng quan năm 1967 được thực hiện trong phantom nước trọng và phụ thuộc chủ yếu vào các thuật toán đồng nhất để xác định các thông số cần thiết [6]. tính liều với khả năng hiệu chỉnh sự không đồng Tuy nhiên, cơ thể con người không đồng nhất mà nhất của chúng. Theo ủy ban quốc tế về các đơn bao gồm nhiều cơ quan có mật độ khác nhau và vị và đo lường bức xạ (ICRU), sai số về liều trong với mỗi bệnh nhân là khác nhau, do đó, khi tính quy trình tổng thể được đề xuất là từ 3% đến ± toán trên thực tế cần có sự can thiệp của các yếu 3,5%, vì vậy, độ chính xác của phân bố liều tính tố hiệu chỉnh để đảm bảo độ chính xác về liều 12 Số 65 - Tháng 12/2020
  2. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN lượng. sử dụng rộng rãi hơn cả là 2 thuật toán AAA và AXB. Đối với mỗi hệ thống lập kế hoạch điều trị, kỹ sư vật lý là người trực tiếp sử dụng các thuật toán tính liều, cần nắm được các ưu, nhược điểm của từng thuật toán cụ thể đi kèm với hệ thống máy và tư vấn cho các bác sĩ xạ trị về độ chính xác của phân bố liều được tính toán trong các tình huống khác nhau liên quan đến lâm sàng. Từ đó, tuỳ vào từng khu vực điều trị và chỉ định điều trị nhất định, các thuật toán tính liều phù hợp nhất sẽ được lựa chọn để mang đến kết quả tính toán tối ưu. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều nghiên cứu tập trung so sánh sự khác biệt cũng như ưu, nhược điểm của các thuật toán tính liều tại các trung tâm Hình 1. Phương pháp so sánh xạ trị. Về cơ bản, các nghiên cứu đều chỉ ra rằng, càng các thuật toán có khả năng hiệu chỉnh sự Thuật toán AAA được Tiến sĩ Waldemar Ulmer không đồng nhất trong cơ thể bệnh nhân sẽ mang và Wolfgang Kaissl giới thiệu vào năm 1995, là lại độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên tại nước ta, thuật toán tích chập / chồng chất chùm bút chì hiện chưa có nghiên cứu nào được thực hiện để 3D sử dụng mô hình EGSnrc Monte Carlo để mô xác định mức độ khác biệt này. Do đó, nghiên hình hoá cho các photon sơ cấp, photon tán xạ cứu đã được thực hiện trên hệ phantom với thiết ngoài trục và electron tán xạ từ các thiết bị chuẩn kế tương đương như vùng ngực của bệnh nhân, là trực chùm tia [6]. Hiệu chỉnh sự không đồng khu vực có sự thay đổi lớn về mật độ nhằm mục nhất được thực hiện thông qua các phép chia tỷ đích đánh giá sự khác biệt về phân bố liều theo lệ. AAA đã cho thấy độ chính xác được cải thiện độ sâu của các thuật toán (cụ thể ở đây là 2 thuật so với các thuật toán trước đây và tốc độ tính toán toán AAA và AXB) trong vùng có mật độ không đủ nhanh cho hầu hết các trường hợp lâm sàng. đồng nhất trên hệ thống máy TrueBeam STx tại Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp chia tỷ lệ Bệnh viện TƯQĐ 108. Qua đó, các kỹ sư vật lý có để hiệu chỉnh cho sự không đồng nhất là không thể đưa ra quyết định lựa chọn các thuật toán tính đủ để xử lý nhiễu loạn liều mạnh trong trường liều phù hợp và giải thích cho các bác sỹ trong hợp có các yếu tố mật độ cao. trường hợp phân bố liều không như mong muốn Thuật toán Acuros XB trực tiếp giải thích cho các trong khu vực kể trên. tác động của sự không đồng nhất lên phân bố liều thông qua việc giải phương trình vận chuyển Bolzmann tuyến tính (LBTE) [8]. Acuros XB 2. NỘI DUNG được tích hợp vào Eclipse dưới dạng thuật toán 2.1. Đối tượng và Phương pháp tính liều và sử dụng mô hình nguồn có nguồn gốc Trên phần mềm Eclipse 13.6 của hãng Varian từ AAA. Acuros XB là một trong những phương hiện có một số thuật toán có thể được sử dụng pháp tính liều có thể đạt được độ chính xác tiệm để tính toán phân bố liều photon, trong đó, được cận với mô phỏng Monte Carlo mà vẫn đảm bảo Số 65 - Tháng 12/2020 13
  3. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN thời gian tính toán nằm trong ngưỡng chấp nhận Phân bố liều sẽ được tính theo các trường chiếu được, tuy nhiên thời gian tính toán vẫn dài hơn khác nhau gồm 2x2 , 4x4 , 6x6 , 8x8 , 10x10 với so với AAA. Việc ưu tiên lựa chọn thuật toán mỗi mức năng lượng hiện có của hệ thống máy khi lập kế hoạch điều trị sẽ phụ thuộc vào từng Truebeam Stx tại trục trung tâm và biên trường trường hợp lâm sàng và nên được nghiên cứu và chiếu. có các quy trình cụ thể cho từng trung tâm xạ trị Đối với hệ đo thực nghiệm, Đầu đo buồng ion hiện đang sử dụng 2 thuật toán này. hoá CC13 được đưa vào để đo đạc giữa các tấm phantom rắn và trong không khí (nhờ bệ đỡ bằng xốp tương đương không khí) ở các độ sâu lần lượt là : 1 ; 2 ; 3 ; 4,5 ; 5,5 ; 6,5 ; 7,5 ; 8,5 ; 9,5 ; 11 cm và được ghi nhận tại 2 vị trí là trục trung tâm và biên trường chiếu. Vị trí trục trung tâm là như nhau với mọi trường chiều. Vị trí biên trường chiếu với các trường chiếu khác nhau sẽ khác nhau. Hình 2. Sơ đồ thiết lập hệ phantom trong tính toán và đo đạc Trong nghiên cứu này, độ chính xác của các thuật toán tính liều AAA và AXB được so sánh dựa trên sự khác biệt về liều sâu phần trăm (Percent Depth Dose – PDD so với đo đạc thực tế trên cùng một Hình 4. Hệ đo thực nghiệm hệ phantom (hình 2). Trường chiếu 2x2: vị trí 0,4 cm từ trục trung tâm. Hệ phantom gồm phantom rắn và khí sẽ được thiết lập như hình 2. Hệ bao gồm 12 lớp thể tích Trường chiếu 4x4: vị trí 1 cm từ trục trung tâm. dày 1 cm, rộng 30 x 30 . Trong đó, 6 lớp là phan- Trường chiếu 6x6: vị trí 2 cm từ trục trung tâm. tom rắn tương đương mô và 6 lớp là không khí và xốp tương đương khí. Trường chiếu 8x8: vị trí 3 cm từ trục trung tâm. Trường chiếu 10x10: vị trí 4 cm từ trục trung tâm. Hình 5. Mô hình thực tế hệ đo Đầu đo buồng ion hoá CC13 được kết nối với Hình 3. Mô hình thiết kế tính toán và đo đạc điện kế Dose1 đề ghi nhận giá trị điện tích. Các 14 Số 65 - Tháng 12/2020
  4. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN giá trị này sau đó sẽ được chuẩn hoá về liều tương tăng liều trong vùng liền kề có mật độ cao hơn đối dựa vào liều tại độ sâu đạt giá trị cực đại. Đo (xương). Tại độ sâu 2 cm trong phantom rắn, với đạc được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ 23oC trường chiếu 2 x 2, năng lượng 6 MV, PDD giảm và độ ẩm 60%. chỉ còn 31,64 % so với liều tối đa khi xuống đến độ sâu 7,5 cm trong không khí và với năng lượng 15 MV, PDD giảm chỉ đạt 27,9 % (hình 6). 2. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Việc giảm liều hấp thụ ở vùng phổi rõ rệt hơn Kết quả cho thấy, trong đo đạc thực tế, với trường với trường chiếu nhỏ do quãng chạy của điện chiếu nhỏ, sự giảm liều trong vùng không đồng tử trong vùng có mật độ thấp lớn hơn bán kính nhất tỷ lệ thuận với năng lượng chùm tia, năng trường chiếu, dẫn đến điện tử vận chuyển ra bên lượng càng cao, sự giảm liều càng lớn. Tương tác ngoài trường và không đóng góp vào liều hấp thụ của bức xạ bị ảnh hưởng khi đi từ vùng có mật tại khu vực khảo sát. Năng lượng càng cao, quãng độ cao (nước) sang vùng có mật độ thấp (khí), và chạy của các hạt điện tử càng lớn, mức độ đóng làm giảm liều trong khu vực này, đồng thời làm góp vào liều hấp thụ càng giảm. Hình 6. PDD tại trục trung tâm, trường chiếu 2 x 2 cm2 Hình 7. PDD tại trục trung tâm, trường chiếu 10 x 10 cm2 Số 65 - Tháng 12/2020 15
  5. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Đối với tính toán trên hệ thống lập kế hoạch, thuật thuật toán AAA không trực tiếp mô hình hoá quá toán AXB phản ánh được sự giảm liều này với kết trình vận chuyển các điện tử thứ cấp như AXB quả PDD là 11,56 % liều tối đa tại 7,5 cm với năng mà thông qua phương pháp chia tỷ lệ được tính lượng 6 MV và 16,9 % liều tối đa với năng lượng gần đúng nên kết quả vẫn chưa phản ánh được 15 MV, gần với giá trị đo đạc hơn. Từ đó có thể chính xác phân bố liều thực tế trong vùng này. thấy, với năng lượng càng cao, thuật toán AXB Tại trục trung tâm trường chiếu lớn, theo đo đạc, càng cho kết quả chính xác. Trong khi đó, thuật trong vùng có mật độ thấp, năng lượng càng cao, toán AAA cho kết quả PDD là 76,15 % liều tối mức độ sụt liều càng ít. Mức độ sụt liều cũng tỷ đa tại 7,5 cm với năng lượng 6 MV và 86,17 % lệ thuận với trường chiếu, trường chiếu càng nhỏ, liều tối đa với năng lượng 15 MV, cao hơn nhiều sự sụt liều trong vùng có mật độ thấp càng rõ rệt. so với thực tế. Kết quả này không những không Cụ thể, với trường 10 x 10 , năng lượng 6 MV có phản ánh được sự giảm liều rõ rệt trong vùng có PDD tại độ sâu 7,5 cm là 66,74 % liều tối đa, 15 mật độ thấp mà với năng lượng cao, còn có sự MV là 72,14 %. Với trường 8 x 8 , năng lượng 6 tăng lên so PDD đo đạc. MV là 63,18 % và năng lượng 15 MV là 65,32 % Rõ ràng, mặc dù đã có sự can thiệp của các phương (hình 7). pháp hiệu chỉnh không đồng nhất, nhưng do Hình 8. PDD tại trục trung tâm và biên trường chiếu 8 x 8 cm2 Hình 9. PDD tại trục trung tâm và biên trường chiếu 10 x 10 cm28 16 Số 65 - Tháng 12/2020
  6. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tại biên trường chiếu lớn, mức độ giảm liều rõ rệt chuyển các hạt điện tử trong vật chất [13]. AAA hơn so với vị trí trục trung tâm, tuy nhiên không đánh giá thấp liều so với thực tế ở vùng có mật thay đổi đáng kể với sự thay đổi của năng lượng độ cao (phantom rắn tương đương nước) và đánh và trường chiếu. Cụ thể, PDD tại độ sâu 7,5 cm giá cao liều cũng so với thực tế, khi đi vào vùng với trường chiếu 10 x 10 và năng lượng 6 MV, có mật độ thấp hơn (không khí). Tuy nhiên, ở là 59,34 %, năng lượng 15 MV là 63,07 %. Với khoảng cách xa các vùng không đồng nhất, AAA trường chiếu 8 x 8 , năng lượng 6 MV là 56,79 % cho kết quả tương đương với AXB và nằm trong và năng lượng 15 MV là 57,79 % (hình 8). Do tại giới hạn chấp nhận được. cạnh chùm tia, đóng góp của thành phần sơ cấp cũng như thứ cấp bị giảm do nằm gần vùng bán rạ, dẫn đến sự giảm liều cũng như ít bị ảnh hưởng 3. KẾT LUẬN hơn bởi sự thay đổi năng lượng cũng như trường Qua nghiên cứu nhận thấy, tại trung tâm trường chiếu. chiếu, trong khi AXB đánh giá thấp liều ở vùng Trong phân bố liều thu được từ hệ thống lập kế có mật độ thấp so với đo đạc, nhỏ hơn 20% thì hoạch, thuật toán AXB cho kết quả phù hợp hơn AAA đánh giá cao liều trong vùng này, có thể so với kết quả đo đạc thực tế và đáp ứng với sự lên tới 60%, đặc biệt với các trường chiếu nhỏ và thay đổi liều khi mật độ môi trường thay đổi. Cụ năng lượng cao. Trong lâm sàng, với liều được chỉ thể, với trường chiếu 10 x 10 , PDD tại độ sâu định cho khối u nằm trong trong vùng có mật độ 7,5 cm là 48,85 % với năng lượng 6 MV và 57,86 thấp, kế hoạch sử dụng thuật toán AAA để điều % với năng lượng 15 MV. Với trường chiếu 8 x trị trong thực tế sẽ đưa đến phân bố liều tốt trên 8 , PDD tại độ sâu 7,5 cm là 45,23 % với năng kế hoạch, tuy nhiên hụt liều rất nhiều trên thực lượng 6 MV và 53,95 % với năng lượng 15 MV. tế, làm giảm khả năng kiểm soát khối u và dẫn Thuật toán AAA cho kết quả giảm nhe, khác biệt đến các hậu quả điều trị tiêu cực. không đáng kể giữa các vùng, với trường chiếu 10 Thuật toán AXB cho kết quả phân bố liều theo độ x 10 , PDD tại độ sâu 7,5 cm là 80,73 % với năng sâu thấp hơn thực tế và gần với giá trị đo đạc hơn lượng 6 MV và 89,11 % với năng lượng 15 MV. thuật toán AAA. Do đó, với các trường hợp bệnh Với trường chiếu 8 x 8 , PDD tại độ sâu 7,5 cm là nhân có thể tích điều trị nhỏ, trong khoảng từ 2-4 79,89 % với năng lượng 6 MV và 89,5 % với năng cm, nằm trong vùng có sự thay đổi mật độ lớn lượng 15 MV. như vùng ngực, các xoang khí (hốc mũi…) bắt Kết quả cho thấy, ở vùng ngoài khoang khí, những buộc áp dụng thuật toán tính liều AXB để mang vị trí nằm trong phantom rắn, các PDD được lại kết quả tính toán chính xác hơn là điều cần tính toán với cả 2 thuật toán đều cho kết quả tốt, thiết. tương đương nhau với sai số nằm trong ngưỡng Đối với các khối u có kích thước lớn và nằm trong có thể chấp nhận được, thấp hơn 5%. Ở trung vùng có mật độ thấp, cần sử dụng các trường chiếu tâm khoang khí, liều tính được với các thuật toán lớn hơn nên sử dụng thuật toán AXB để tính toán tại trục trung tâm tại độ sâu 7,5 cm có độ lệch so trong quá trình lập kế hoạch điều trị. Tuy nhiên, với đo đạc lần lượt là AAA cao hơn 44,51% và đối với các trường hợp này, nếu mục đích điều trị AXB thấp hơn 20,1%. Từ đó cho thấy, AXB cho là giảm nhẹ, cần thời gian lập kế hoạch và điều trị kết quả có độ chính xác cao hơn trong hiệu chỉnh gấp rút, có thể cân nhắc sử dụng thuật toán AAA, độ không đồng nhất nhờ mô phỏng được sự vận nhưng với năng lượng thấp (
  7. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN sai số có thể xảy ra. Trong những vùng đồng nhất, [7] J. Van Dyk, The Modern Technology of Radia- việc lựa chọn thuật toán tính liều tuỳ thuộc hoàn tion Oncology. cảnh lâm sàng (cân nhắc đến thời gian tính toán [8] M. Alber, “Validation of the Acuros XB dose và chỉ định của bệnh nhân) vì kết quả tính toán calculation algorithm versus Monte Carlo for của 2 thuật toán AAA và AXB so với đo đạc gần clinical treatment plans.” như tương đương. [9] H. G. Menzel, “The international commission Nguyễn Thị Vân Anh on radiation units and measurements,” J. ICRU, Khoa Xạ trị-Xạ phẫu, vol. 10, no. 2, pp. 1–35, 2010. Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 [10] L. Rock et al., AAPM Report 85. Tissue In- homogeneity Corrections for Megavoltage Pho- ton Beams, vol. 65, no. 85. 2004. [11] Varian Medical Systems, “Eclipse Photon TÀI LIỆU THAM KHẢO and Electron Algorithm Reference Guide,” no. [1] “Handbook of Radiotherapy Physics - Theory April, pp. 263–348, 2017. and Practice.pdf.” . [12] D. Robinson, “Inhomogeneity correction [2] I. Samy Hanna, PhD, PE. – Consultant, Altair and the analytic anisotropic algorithm,” Journal Technologies, “Role Of The Linear Accelerator of Applied Clinical Medical Physics, vol. 9, no. 2, (LINAC) In Cancer Radiation Therapy.” [Online]. pp. 112–122, 2008. Available: http://www.altairusa.com/role-of-the- [13] Y. L. Woon, S. P. Heng, J. H. D. Wong, and linear-accelerator-linac-in-cancer-radiation- N. M. Ung, “Comparison of selected dose calcu- therapy/. lation algorithms in radiotherapy treatment plan- [3] W. H. Choi and J. Cho, “Evolving Clinical ning for tissues with inhomogeneities,” J. Phys. Cancer Radiotherapy : Concerns Regarding Nor- Conf. Ser., vol. 694, no. 1, pp. 1-5, 2016. mal Tissue Protection and Quality Assurance,” 2016. [4] T. U. G. S. of medicine Department of Ra- diation Oncology, “Division of Medical Phys- ics.” [Online]. Available: http://www.radiol.med. tohoku.ac.jp/medical-physics/english/research. html. [5] J. of M. P.-M. Pham Hong Lam, Nguyen Thi Van Anh, Pham Quang Trung, “Evaluate Dose Distribution of IMRT and VMAT Technique in Radiotherapy for Head and Neck Cancer Using TrueBeam Stx Linear Accelerator,” pp. 180–187. [6] L. Lu, “Dose calculation algorithms in exter- nal beam photon radiation therapy,” vol. 1, no. 2, pp. 1–4, 2013. 18 Số 65 - Tháng 12/2020
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=38

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2