Nghiên cứu tối ưu hóa kế hoạch điều trị vmat trong điều trị ung thư vùng đầu cổ sử dụng chùm photon 6 MV FF và FFF

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 7Số 65 - Tháng 12/2020 1. MỞ ĐẦU Ngày nay, các máy gia tốc tuyến tính sử dung trong xạ trị tiên tiến đã được tích hợp thêm các thuật toán tính liều bên cạnh thuật toán đã có như AAA, AXB, PCB trong phần mềm Eclipse của hãng Varian, hay các loại đặc tính chùm tia NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA KẾ HOẠCH ĐIỀU TRỊ VMAT TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ VÙNG ĐẦU CỔ SỬ DỤNG CHÙM PHOTON 6 MV FF VÀ FFF Mục đích: So sánh, đánh giá phân bố liều và các đặc trưng vật lý của hai chùm tia Flattening Filter (FF) and Flattening Filter Free (FFF) trên kế hoạch bệnh nhân ung thư đầu – cổ bằng việc sử dụng phần mềm Eclipse v13.6. Đối tượng và phương pháp: Dữ liệu hình ảnh CT – mô phỏng của 31 bệnh nhân ung vùng đầu cổ đã được điều trị bằng kỹ thuật VMAT được sử dụng để lập lại kế hoạch trên phần Eclipse v13.6 bằng hai chùm photon là FF và FFF và thuật toán AAA trên máy Trubeam STx. Với tất cả các kế hoạch, các chỉ số độ bao phủ (Quality of Coverage – Q), chỉ số độ phù hợp (Conformity Index – CI), chỉ số độ đồng nhất (Homogeneity Index – HI) và giản đồ liều khối (Dose Volume Histograms – DVH) cho thể tích điều trị và các cơ quan nguy cấp (Organs at risk – OARs) được dùng để so sánh và đánh giá. Kiểm chuẩn chất lượng kế hoạch (Quality Assurance – QA) được thực hiện bằng cách sử dụng EPID (Electronic Portal Imaging Device) và phương pháp gamma index được sử dụng để phân tích phân bố liều giữa tính toán và đo đạc. Ngoài ra, số MU (Monitor Unit) và thời gian phát tia cũng được sử dụng nghiên cứu. Kết quả: Các chỉ số đánh giá về liều thu được từ các kế hoạch điều trị sử dung chùm tia FFF cho giá trị gần với giá trị lý tưởng hơn so với các kế hoạch sử dụng chùm tia FF. Về đặc trưng vật lý, các kế hoạch sử dụng chùm tia FFF cho số MU trung bình cao hơn các kế hoạch sử dụng chùm FF khoảng 17,39%. Tuy nhiên, thời gian phát tia của chùm FFF (1400MU/mins) thì lại giảm hơn 49,34% so với chùm FF (600MU/mins). Đối với liều dung nạp vào cơ quan nguy cấp, chùm tia FF cho giá trị liều dung nạp tại một số cơ quan nguy cấp sử dụng chùm tia 6 MV – FF cho giá trị liều thấp hơn so chùm tia 6 MV – FFF ở tủy sống (0,76%) và tuyến tai trong phải (0,24%). Tuy nhiên, chùm tia 6 MV – FFF lại cho giá trị liều thấp hơn chùm tia 6 MV – FF tại hầu hết các cơ quan nguy cấp còn lại như 0,36% ở thân não, 5,68% ở giao thoa thị, 12,18% ở thủy tinh thể trái, 14,77% ở thủy tinh thể phải, 1,01% ở tai trong trái, 3,07% ở tuyến thần kinh thị trái, 2,79% ở tuyến thần kinh thị phải, 1,15% ở tuyến nước bọt trái, 0,87% ở tuyến nước bọt phải và 4,44% liều trung bình dung nạp vào cơ thể. Vì vậy, các kết quả tính bởi chùm tia 6 MV – FFF có khác biệt và gần với giá trị lý tưởng hơn so với chùm tia 6 MV – FF. Kết luận: Các chỉ số phân bố liều thu được từ chùm tia FFF tốt hơn so với chùm tia FF trong ung thư đầu cổ. Vì thế việc áp dụng chùm tia FFF trong điều trị lâm sàng ung thư đầu – cổ thường quy là rất triển vọng. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 8 Số 65 - Tháng 12/2020 phát ra với photon FF, FFF tất cả đều nhằm mục đích nâng cao chất lượng và độ chính xác trong quá trình điều trị cho bệnh nhân [1]. Xu hướng xạ trị dùng suất liều lớn đang được ứng dụng rộng rãi [2],[3] cũng như nghiên cứu suất liều cực lớn như liệu pháp xạ trị FLASH [4][5][6]. Kể từ tháng 9 năm 2017, Khoa Xạ trị và Xạ phẫu – Bệnh viện Trung Ương Quân Đội 108 được trang bị hệ thống máy gia tốc TrueBeam STx và phần mềm lập kế hoạch Eclipse v13.6. Bệnh nhân ung thư đầu – cổ được chỉ định điều trị bằng phương pháp xạ trị trên máy gia tốc linac TrueBeam STx, sử dụng kỹ thuật VMAT với thuật toán tính liều AAA – một thuật toán chồng chập được sử dụng để tính toán phân bố liều bức xạ trong máy tính của hệ thống lập kế hoạch điều trị. Các kế hoạch điều trị được tính liều sử dụng chùm tia FF. Chùm photon FFF thường được sử dụng trong xạ phẫu (SRS) và xạ trị lập thể định vị thân (SBRT) nhằm cung cấp liều cao và giảm số phân liều [7]. Hiện nay, chưa có nghiên cứu về việc sử dụng chùm tia FFF trong xạ trị thường quy. Nghiên cứu này được thực hiện để chỉ ra ưu điểm và nhược điểm của hai đặc tính chùm tia FF và FFF về phân bố liều trên kế hoạch điều trị. Các chỉ số phân bố liều, đặc trưng vật lý và liều dung nạp cho các cơ quan nguy cấp, tiến hành lập kế hoạch với hai loại đặc tính chùm tia trên cùng một chuỗi hình ảnh CT được sử dụng để đánh giá, so sánh. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Dữ liệu CT – mô phỏng Chúng tôi tiến hành nghiên cứu hồi cứu dựa vào dữ liệu CT mô phỏng pha I của 31 bệnh nhân ung thư đầu – cổ đã được điều trị bằng kỹ thuật VMAT tại khoa Xạ trị - Xạ phẫu, Bệnh viện Trung Ương Quân đội 10 từ tháng 9/2017 đến tháng 12/2019. Trong 31 bệnh nhân có 23 nam và 8 nữ với độ tuổi từ 29 đến 80 tuổi. Thể tích điều trị PTV từ 16,7 cm3 đến 236,3 cm3. Bề dày mỗi lát cắt CT là 2,5 mm. Bệnh nhân nằm ngửa, đầu hướng vào trong, được cố định bằng mặt nạ 5 điểm nhằm hạn chế các cử động của bệnh nhân và được chụp mô phỏng bằng máy CT GE Optima 580. Các kế hoạch điều trị cho bệnh nhân ung thư vùng đầu – cổ sử dụng 3 cung đồng phẳng CW: 1790 – 1810 và CCW: 1810 – 1790 với góc tránh từ 80o – 110o và 250o – 280o nhằm hạn chế liều vào hai khớp chuyển động ở hai bên vai với thuật toán AAA để tính liều. Chùm photon có mức năng lượng 6 MV với đặc tính chùm tia FF có suất liều 600 MU/phút, liều chỉ định từ 69,96 Gy với số phân liều 33 buổi điều trị. Hình 1: Các cung chiếu của bệnh nhân ung thư đầu cổ. Bảng 1. Công thức của các chỉ số đánh giá kế hoạch *Dmax: liều lớn nhất, Dmin: liều bé nhất, DP: liều chỉ định, Dx: liều bao phủ x% thể tích lập kế hoạch điều trị, PTV: thể tích lập kế hoạch điều trị, PTV100: thể tích PTV nhận 100% liều chỉ định, TV: thể tích bia. Để so sánh ưu và nhược điểm giữa hai chùm pho- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 9Số 65 - Tháng 12/2020 ton FF và FFF. Chúng tôi tiến hành lập lại các kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV FFF (1400MU/ mins) sau đó sử dụng các chỉ số đánh giá về liều bao gồm: Độ bao phủ – Q [8], chỉ số độ trùng khớp – CI [9][10][11], chỉ số độ đồng nhất – HI [8][12] và đặc trưng vật lý là số MUs và thời gian phát tia đã được sử dụng. Bảng 1 trình bày các công thức tính toán của các chỉ số đánh giá về liều. Dựa vào giản đồ liều khối DVH (Dose Volume Histogram), chúng tôi so sánh, đánh giá giá trị liều dung nạp tại các cơ quan nguy cấp của các kế hoạch giữa hai loại đặc tính chùm tia. Các giới hạn liều cho từng cơ quan nguy cấp được khuyến cáo bởi The Radiation Therapy Oncology Group – RTOG 0623 [13], RTOG 0912 [14], RTOG 0225 [15]. Kiểm chuẩn chất lượng trước điều trị (Qual- ity assurance – QA) được thực hiện trên EPID (Electronic Portal Imaging Device) cho tất cả các kế hoạch VMAT (6 MV - FFF) và phương pháp gamma index được sử dụng để phân tích phân bố liều giữa tính toán và đo đạc. 2.2. Kết quả Giá trị trung bình các chỉ số về độ bao phủ – Q, chỉ số độ đồng nhất – HI, chỉ số độ trùng khớp – CI, số MU và thời gian phát tia 31 kế hoạch (6 MV FF) và 31 kế hoạch (6 MV FFF) điều trị ung thư đầu – cổ được thể hiện trong bảng 2. Bảng 2. Giá trị trung bình các chỉ số phân bố liều và các đặc trưng vật lý Bảng 2 trình bày các chỉ số đánh giá về liều và các đặc trưng vật lý trung bình của các kế hoạch ung thư đầu – cổ. Hầu hết các chỉ số đánh giá về liều thì chùm tia 6 MV – FFF cho kết quả gần với giá trị lý tưởng hơn so với chùm tia FF. Với số MU, các kế hoạch sử dụng chùm 6 MV – FF số MU trung bình phát ra trên mỗi kế hoạch là 638 ± 57 trong khi với chùm tia 6 MV – FFF là 749 ± 85. Ta thấy rằng số MU ở các kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV FFF lớn hơn nhiều so với các kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV FF và lớn hơn khoảng 17,39%. Thời gian phát tia trung bình đối với kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV FF để tính liều là 1,064 ± 0,095 phút trong khi với chùm tia 6 MV – FFF là 0,535 ± 0,061 phút. Ta thấy rằng, thời gian phát tia của các kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV – FFF giảm đáng kể so với các kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV – FF, giảm tới 49,34% mặc dù số MU ở các ở kế hoạch sử dụng chùm tia 6 MV – FFF phát ra nhiều hơn 17,39% vì suất liều của chùm FFF là 1400MU/mins lớn hơn 2,33 lần so với chùm 6 MV – FF. Với chùm photon FFF, việc loại bỏ bộ lọc làm phẳng làm giảm liều ở vùng bán rã, liều ở ngoài trường chiếu và tăng liều bề mặt. Bảng 3. Giá trị trung bình liều dung nạp vào các cơ quan nguy cấp Bảng 3 cho ta thấy các kế hoạch xạ trị được lập đều đạt các tiêu chuẩn đánh giá theo RTOG 0623 [13], RTOG 0912 [14] và RTOG 0225 [15]. Giá trị THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 10 Số 65 - Tháng 12/2020 liều dung nạp tại một số cơ quan nguy cấp khi sử dụng chùm tia 6 MV – FF cho giá trị liều thấp hơn so chùm tia 6 MV – FFF như tủy sống (0,76%) và tuyến tai trong phải (0,24%). Tuy nhiên, chùm tia 6 MV – FFF lại cho giá trị liều thấp hơn chùm tia 6 MV – FF tại hầu hết các cơ quan nguy cấp còn lại như 0,36% ở thân não, 5,68% ở giao thoa thị, 12,18% ở thủy tinh thể trái, 14,77% ở thủy tinh thể phải, 1,01% ở tai trong trái, 3,07% ở tuyến thần kinh thị trái, 2,79% ở tuyến thần kinh thị phải, 1,15% ở tuyến nước bọt trái, 0,87% ở tuyến nước bọt phải và 4,44% liều trung bình dung nạp vào cơ thể. Vì vậy, các kết quả tính bởi chùm tia 6 MV – FFF có khác biệt và gần với giá trị lý tưởng hơn so với chùm tia 6 MV – FF (bảng 3). Ta thấy rằng, ở các cơ quan nguy cấp như giao thoa thị giác, thủy tinh thể trái, thủy tinh thể phải và liều trung bình toàn thân có giá trị p < 0,05 nên có ý nghĩa thống kê. Còn các cơ quan còn lại thì p > 0,05 nên không có ý nghĩa thống kê. 3. BÀN LUẬN Đối với chùm tia FF và FFF, trên thế giới đã có một số các nghiên cứu trên các kế hoạch điều trị của các tác giả ở các vùng khác nhau trên cơ thể như của tác giả Maged Mohammed cùng các cộng sự năm 2016 [16], nghiên cứu này cho kết quả về việc loại bỏ bộ lọc làm phẳng làm giảm liều ở vùng bán rã, tán xạ ở đầu máy điều trị, liều ở ngoài trường chiếu và tăng suất liều và liều bề mặt. Suất liều của chùm tia không có tấm lọc phẳng cao gấp khoảng 2,46 lần so với chùm tia có tấm lọc phẳng từ đó giảm thời gian điều trị. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu và tính toán các số liệu thu được tại Khoa Xạ trị & Xạ phẫu – Bệnh viện Trung Ương Quân Đội 108, chúng tôi thấy rằng, hai đặc tính chùm tia FF và FFF đều có những ưu và nhược điểm riêng. Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa hai loại đặc tính chùm tia là suất liều tối đa phát ra. Chùm FFF nhờ được loại bỏ tấm lọc phẳng nên suất liều tối đa phát ra đối với chùm 6X – FFF là 1400 MU/ phút so với chỉ 600 MU/phút của chùm 6 MV – FF, tăng tới 2,33 lần [17]. Do đó, tuy số MU của các kế hoạch sử dụng chùm 6 MV – FFF cao hơn nhưng thời gian phát tia thì lại giảm gần một nửa so với các kế hoạch sử dụng chùm 6 MV – FF. Qua đó, nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân, giúp bệnh nhân thoải mái hơn trong điều trị. Nghiên cứu này mới chỉ được nghiên cứu với các kế hoạch điều trị bệnh nhân ung thư đầu cổ trên phần mềm lập kế hoạch. Chúng tôi sẽ tiếp tục kết hợp với các bác sỹ, thực hiện các nghiên cứu, đánh gia lâm sàng sâu hơn các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng chùm tia FFF và ứng dụng trong điều trị xạ trị thường quy. Qua đó, đưa ra các khuyến nghị về việc sử dụng chùm tia FFF vào áp dụng thực tế với xạ thường. 4. KẾT LUẬN Đối với các kế hoạch bệnh nhân ung thư vùng đầu – cổ, các chỉ số đánh giá khối u và cơ quan nguy cấp ta thấy chùm tia FFF cho giá trị gần với giá trị lý tưởng hơn. Đồng thời, do suất liều lớn nên ưu thế về thời gian điều trị cũng nên được xem xét sử dụng chùm FFF. Vì vậy, việc áp dụng chùm tia FFF vào điều trị lâm sàng cho xạ trị thường quy có triển vọng rất lớn. Điều này là phù hợp với nghiên cứu của Maged Mohammed [16]. Tuy nhiên, các kết luận trên chỉ mang tính tham khảo, việc sử dụng đặc tính chùm tia nào còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như trang bị của cơ sở, các hiệu ứng có thể có khi sử dụng chùm FFF mà chúng ta chưa nghiên cứu được, Hoàng Hữu Thái Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hoàng Đào Chinh, Phạm Quang Trung Khoa Xạ trị và Xạ phẫu, Bệnh viện Trung Ương Quân đội 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A. Fogliata et al., “Flattening filter free beams from TrueBeam and Versa HD units: Evaluation of the parameters for quality assurance,” Med. Phys., vol. 43, no. 1, pp. 205–212, 2016. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 11Số 65 - Tháng 12/2020 [2] C. W. Song, M. S. Kim, L. C. Cho, K. Dusen- bery, and P. W. Sperduto, “Radiobiological basis of SBRT and SRS,” Int. J. Clin. Oncol., vol. 19, no. 4, pp. 570–578, 2014. [3] M. Trager, A. Landers, Y. Yu, W. Shi, and H. Liu, “Evaluation of Elements Spine SRS Plan Quality for SRS and SBRT Treatment of Spine Metastases,” Front. Oncol., vol. 10, no. April, pp. 1–9, 2020. [4] P. Symonds and G. D. D. Jones, “FLASH Ra- diotherapy: The Next Technological Advance in Radiation Therapy?,” Clin. Oncol., vol. 31, no. 7, pp. 405–406, 2019. [5] J. D. Wilson, E. M. Hammond, G. S. Hig- gins, and K. Petersson, “Ultra-High Dose Rate (FLASH) Radiotherapy: Silver Bullet or Fool’s Gold?,” Front. Oncol., vol. 9, no. January, pp. 1–12, 2020. [6] Lempart MBlad BAdrian GBäck SKnöös TCe- berg CPetersson K, “Modifying a clinical linear accelerator for delivery of ultra-high dose rate ir- radiation,” Radiother. Oncol., no. 139, pp. 40–45, 2019. [7] B. M. Prendergast et al., “Flattening filter-free linac improves treatment delivery efficiency in stereotactic body radiation therapy,” J. Appl. Clin. Med. Phys., vol. 14, no. 3, pp. 64–71, 2013. [8] D. R. M. L. Shaw E, Kline R, Gillin M, Sou- hami L, Hirschfeld A, “Radiation Therapy Oncol- ogy Group: radiosurgery quality assurance guide- lines,” vol. 27, pp. 1231–1239, 1993. [9] D.Zentralbibliothek, “ICRU Report 62,” In- ternational Commission on Radiation Units and Measurements.” [10] H. G. Menzel, “The international commis- sion on radiation units and measurements,” J. ICRU, vol. 10, no. 2, pp. 1–35, 2010. [11] M. S. I. Paddick, “simple scoring ratio to index the conformity of radiosurgical treatment plans,” no. Suppl 3, vol. 93, pp. 219–222, 2000. [12] M. R. Wu Q, Algorithms and functionality of an intensity modulated radiotherapy optimiza- tion system. 2000. [13] R. Lilenbaum, R. Komaki, and M. K. Martel, Radiation Therapy Oncology Group Rtog 0623 a Phase Ii Trial of Combined Modality Therapy With Growth Factor. 2008. [14] C. Drug, P. Nsc, E. Sherman, and N. Lee, “Rtog 0912 A Randomized Phase II Study of Con- current Intensity Modulated Radiation Therapy ( Imrt ), Paclitaxel and Pazopanib ( Nsc 737754 )/ Placebo , for the Treatment of Anaplastic Thyroid Cancer,” no. Nsc 737754, 2010. [15] N. Lee, “Radiation Therapy Oncology Group Rtog 0225 a Phase Ii Study of Intensity Modulated Radiation Therapy ( Imrt ) + / - Chemotherapy for Nasopharyngeal Cancer,” Med. Oncol., 2005. [16] M. Mohammed, E. Chakir, H. Boukhal, S. Mroan, and T. El Bardouni, “Evaluation of the dosimetric characteristics of 6 MV flattened and unflattened photon beam,” J. King Saud Univ. - Sci., vol. 29, no. 3, pp. 371–379, 2017. [17] D. Georg, T. Knöös, and B. McClean, “Cur- rent status and future perspective of flattening fil- ter free photon beams,” Med. Phys., vol. 38, no. 3, pp. 1280–1293, 2011. [18] A. V. Krauze et al., “Re-irradiation for recur- rent glioma- the NCI experience in tumor con- trol, OAR toxicity and proposal of a novel prog- nostic scoring system,” Radiat. Oncol., vol. 12, no. 1, pp. 1–10, 2017.