Nghiên cứu ảnh hưởng của dị ảnh artifacts trên ảnh ct mô phỏng đến chất lượng kế hoạch xạ trị vmat cho bệnh nhân ung thư đầu cổ

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của dị ảnh artifacts trên ảnh ct mô phỏng đến chất lượng kế hoạch xạ trị vmat, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Vũ Thị Lệ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tất Thắng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hạt nhân
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của dị ảnh Artifacts trên ảnh CT mô phỏng đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh ung thư đầu cổ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 2. DỊ ẢNH TRONG CT MÔ PHỎNG
• 2.1. Kỹ thuật xạ trị VMAT và chụp ảnh CT mô phỏng
• 2.2. Dị ảnh trên ảnh CT
• 2.2.1. Hiệu ứng làm cứng chùm tia Beam Hardening [4]
• 2.2.2. Dị ảnh dạng vệt Streak Artifacts [4]
• 2.2.3. Dị ảnh dạng răng cưa View Aliasing [4]
• 2.2.4. Nguyên nhân dị ảnh [5]
• 2.2.5. Một số vấn đề cần giải quyết
• 2.3. Các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của dị ảnh
• 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Xác định đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Xử lý dị ảnh
• 3.3. Kiểm chứng kết quả hiệu chỉnh
• 3.3.1. Chỉ số trùng khớp CI [11]
• 3.3.2. Chỉ số đồng nhất HI [12]
• 3.3.3. Chỉ số Gamma Pass Rate
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả hình ảnh CT sau khi đã hiệu chỉnh
• 4.2. Kết quả hiệu chỉnh ảnh CT tới phân bố liều xạ trị
• 4.2.1. Phân bố liều tới các PTV
• 4.2.2. Phân bố liều trên các OAR
• 4.2.3. Chỉ số CI và HI
• 4.2.4. Chỉ số Gamma Pass Rate
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH KHOA HỌC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ảnh Hưởng Dị Ảnh CT Trong Xạ Trị VMAT

Trong xạ trị VMAT cho ung thư đầu cổ, ảnh CT đóng vai trò then chốt. Chất lượng ảnh CT ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kế hoạch xạ trị. Tuy nhiên, dị ảnh CT có thể làm sai lệch thông tin, ảnh hưởng đến chất lượng kế hoạch xạ trị. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của dị ảnh đến phân bố liều xạ trị và độ chính xác xạ trị. Mục tiêu là tìm ra phương pháp giảm thiểu sai số xạ trị do dị ảnh CT gây ra, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ cho bệnh nhân. Việc hiểu rõ và khắc phục ảnh hưởng của dị ảnh là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ chính xác xạ trị và đảm bảo chất lượng xạ trị.

1.1. Tầm quan trọng của ảnh CT trong lập kế hoạch xạ trị VMAT

Ảnh CT cung cấp thông tin giải phẫu chính xác, giúp xác định thể tích bia xạ trị (PTV) và cơ quan nguy cấp (OAR). Dựa trên ảnh CT, các kỹ sư xạ trị có thể lập kế hoạch xạ trị VMAT tối ưu, đảm bảo liều lượng phù hợp đến khối u và giảm thiểu liều đến các cơ quan lành. Chất lượng ảnh CT càng cao, kế hoạch xạ trị càng chính xác, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị. Ảnh CT mô phỏng xạ trị là nền tảng để tính toán phân bố liều xạ trị và dự đoán kết quả điều trị.

1.2. Các loại dị ảnh thường gặp trên ảnh CT mô phỏng xạ trị

Các loại dị ảnh CT thường gặp bao gồm dị ảnh kim loại (do răng giả, chất hàn), dị ảnh chuyển động (do bệnh nhân cử động), dị ảnh cứng chùm tia và dị ảnh dạng vệt. Dị ảnh kim loại gây ra các vệt sáng và tối, làm sai lệch giá trị HU và ảnh hưởng đến độ chính xác xạ trị. Dị ảnh chuyển động làm mờ ảnh, gây khó khăn trong việc xác định chính xác thể tích bia. Hiệu ứng làm cứng chùm tia tạo ra các vùng tối, ảnh hưởng đến độ đồng nhất ảnh CT. Việc nhận biết và hiểu rõ nguyên nhân gây ra các loại dị ảnh này là bước đầu tiên để tìm ra giải pháp khắc phục.

II. Thách Thức Dị Ảnh CT Ảnh Hưởng Kế Hoạch Xạ Trị VMAT

Dị ảnh CT gây ra nhiều thách thức trong lập kế hoạch xạ trị VMAT. Chúng làm sai lệch giá trị HU, dẫn đến sai sót trong tính toán phân bố liều xạ trị. Điều này có thể dẫn đến việc khối u nhận không đủ liều, trong khi các cơ quan nguy cấp lại nhận quá nhiều liều. Hậu quả là giảm hiệu quả điều trị và tăng nguy cơ biến chứng. Việc đánh giá ảnh hưởng dị ảnh CT và tìm ra giải pháp khắc phục là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ chính xác xạ trị và an toàn cho bệnh nhân. Các sai số xạ trị do dị ảnh có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả điều trị.

2.1. Sai lệch liều lượng do dị ảnh CT trong xạ trị ung thư đầu cổ

Dị ảnh CT có thể làm tăng hoặc giảm liều hấp thụ tại các vùng lân cận, dẫn đến sai lệch trong phân bố liều. Điều này đặc biệt nguy hiểm trong xạ trị ung thư đầu cổ, nơi có nhiều cơ quan nguy cấp nằm gần khối u. Sai lệch liều lượng có thể gây ra các biến chứng như viêm niêm mạc, khô miệng, khó nuốt, thậm chí tổn thương thần kinh. Việc đánh giá liều lượng xạ trị chính xác là rất quan trọng để tránh các biến chứng này.

2.2. Khó khăn trong việc xác định chính xác thể tích bia xạ trị PTV

Dị ảnh CT có thể làm mờ hoặc che khuất thể tích bia xạ trị (PTV), gây khó khăn cho việc xác định chính xác ranh giới của khối u. Điều này có thể dẫn đến việc bỏ sót khối u hoặc chiếu xạ vào các mô lành xung quanh. Việc xác định chính xác PTV là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ. Sai số hình học trong xạ trị do dị ảnh có thể ảnh hưởng đến việc xác định PTV.

2.3. Ảnh hưởng đến các chỉ số đánh giá kế hoạch xạ trị CI HI

Dị ảnh CT có thể ảnh hưởng đến các chỉ số đánh giá kế hoạch xạ trị như chỉ số trùng khớp (CI) và chỉ số đồng nhất (HI). CI đánh giá mức độ bao phủ của liều xạ trị lên PTV, trong khi HI đánh giá độ đồng đều của liều trong PTV. Dị ảnh có thể làm giảm CI và HI, cho thấy kế hoạch xạ trị không tối ưu. Việc cải thiện chất lượng kế hoạch xạ trị bằng cách giảm thiểu ảnh hưởng của dị ảnh là rất quan trọng.

III. Phương Pháp Hiệu Chỉnh Dị Ảnh CT Giải Pháp Tối Ưu

Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh CT trực tiếp trên phần mềm lập kế hoạch. Phương pháp này bao gồm việc xác định vùng có dị ảnh, tính toán giá trị Relative ED và gán giá trị đúng cho cơ quan lành hoặc mô mềm. Mục tiêu là cải thiện độ chính xác của phân bố liều và nâng cao chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và ít tốn thời gian, phù hợp với điều kiện thực tế tại các cơ sở xạ trị ở Việt Nam. Việc giải pháp giảm dị ảnh CT này hứa hẹn cải thiện độ chính xác xạ trị.

3.1. Xác định và khoanh vùng dị ảnh CT trên phần mềm Monaco

Sử dụng phần mềm lập kế hoạch Monaco để xác định và khoanh vùng dị ảnh CT. Vùng dị ảnh thường có giá trị HU cao hoặc thấp bất thường so với các mô xung quanh. Việc khoanh vùng có thể thực hiện thủ công hoặc sử dụng các công cụ hỗ trợ của phần mềm. Độ chính xác của việc khoanh vùng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình hiệu chỉnh dị ảnh.

3.2. Sử dụng chức năng FORCE ED để hiệu chỉnh giá trị HU ED

Chức năng FORCE ED trên phần mềm Monaco cho phép điều chỉnh giá trị HU/ED của các điểm ảnh trong vùng dị ảnh. Thay vì gán một giá trị cố định cho tất cả các điểm ảnh, phương pháp này cho phép gán giá trị phù hợp với loại mô hoặc cơ quan lân cận. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của phân bố liều sau khi hiệu chỉnh dị ảnh.

3.3. Tính toán giá trị Relative ED và gán cho cơ quan lành mô mềm

Tính toán giá trị Relative ED cho từng vùng dị ảnh dựa trên giá trị HU của các mô lành hoặc cơ quan lân cận. Sau đó, gán giá trị Relative ED này cho các điểm ảnh trong vùng dị ảnh bằng chức năng FORCE ED. Quá trình này giúp khôi phục giá trị HU thực tế của các mô bị ảnh hưởng bởi dị ảnh, từ đó cải thiện độ chính xác của phân bố liều.

IV. Kết Quả Hiệu Chỉnh Dị Ảnh CT Cải Thiện Kế Hoạch VMAT

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc hiệu chỉnh dị ảnh CT bằng chức năng FORCE ED trên phần mềm lập kế hoạch có hiệu quả trong việc cải thiện phân bố liều xạ trị. Kế hoạch xạ trị lập trên ảnh CT đã hiệu chỉnh cho thấy phân bố liều tốt hơn và chỉ số Gamma Passrate cao hơn so với kế hoạch lập trên ảnh CT gốc. Điều này chứng tỏ việc hiệu chỉnh dị ảnh có thể giúp giảm thiểu sai số trong tính toán liều lượng và nâng cao chất lượng kế hoạch xạ trị.

4.1. So sánh phân bố liều trên PTV và OAR trước và sau hiệu chỉnh

So sánh phân bố liều trên PTV và OAR giữa kế hoạch xạ trị lập trên ảnh CT gốc và ảnh CT đã hiệu chỉnh. Kết quả cho thấy kế hoạch lập trên ảnh CT đã hiệu chỉnh có độ bao phủ PTV tốt hơn và giảm liều đến OAR. Điều này chứng tỏ việc hiệu chỉnh dị ảnh có thể giúp bảo vệ các cơ quan nguy cấp và nâng cao hiệu quả điều trị.

4.2. Đánh giá chỉ số CI HI và Gamma Pass Rate sau hiệu chỉnh dị ảnh

Đánh giá các chỉ số CI, HI và Gamma Pass Rate cho kế hoạch xạ trị lập trên ảnh CT gốc và ảnh CT đã hiệu chỉnh. Kết quả cho thấy các chỉ số này đều được cải thiện sau khi hiệu chỉnh dị ảnh. Đặc biệt, chỉ số Gamma Pass Rate tăng đáng kể, cho thấy kế hoạch lập trên ảnh CT đã hiệu chỉnh có độ chính xác cao hơn.

4.3. Ảnh hưởng của số cung xạ trị SA DA TA QA đến kết quả

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của số cung xạ trị (SA, DA, TA, QA) đến kết quả hiệu chỉnh dị ảnh. Kết quả cho thấy kế hoạch một cung (SA) có sự khác biệt lớn nhất về liều lượng giữa ảnh CT gốc và ảnh CT đã hiệu chỉnh, trong khi kế hoạch hai cung (DA) và ba cung (TA) có ảnh hưởng nhỏ nhất. Điều này cho thấy việc lựa chọn số cung xạ trị phù hợp có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng của dị ảnh.

V. Ứng Dụng Thực Tế Hạn Chế Của Hiệu Chỉnh Dị Ảnh CT

Việc hiệu chỉnh dị ảnh CT trực tiếp trên phần mềm lập kế hoạch là một giải pháp đơn giản, hiệu quả và tiết kiệm chi phí, có thể được áp dụng rộng rãi tại các cơ sở xạ trị ở Việt Nam. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn một số hạn chế, như đòi hỏi kỹ sư xạ trị phải có kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn để xác định và khoanh vùng dị ảnh chính xác. Ngoài ra, phương pháp này chưa thể loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của dị ảnh, đặc biệt trong các trường hợp dị ảnh quá lớn hoặc phức tạp. Cần có thêm các nghiên cứu để phát triển các phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh tiên tiến hơn.

5.1. Ưu điểm của phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh CT trên phần mềm

Phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh CT trên phần mềm lập kế hoạch có nhiều ưu điểm như: dễ thực hiện, ít tốn thời gian, không đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, và có thể được thực hiện ngay trong quy trình lập kế hoạch thông thường. Điều này giúp các kỹ sư xạ trị dễ dàng áp dụng và cải thiện chất lượng kế hoạch xạ trị một cách nhanh chóng.

5.2. Hạn chế và thách thức trong quá trình hiệu chỉnh dị ảnh CT

Một số hạn chế của phương pháp này bao gồm: đòi hỏi kỹ năng và kinh nghiệm của kỹ sư xạ trị, khó khăn trong việc xác định chính xác ranh giới của dị ảnh, và khả năng không loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của dị ảnh trong các trường hợp phức tạp. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để giải quyết các thách thức này và phát triển các phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh hiệu quả hơn.

5.3. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa hiệu chỉnh

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán tự động xác định và hiệu chỉnh dị ảnh, sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh tiên tiến, hoặc kết hợp phương pháp hiệu chỉnh trên phần mềm với các phương pháp khác như giảm dị ảnh kim loại (MAR). Mục tiêu là tạo ra một quy trình hiệu chỉnh dị ảnh toàn diện, hiệu quả và dễ sử dụng, giúp nâng cao chất lượng điều trị cho bệnh nhân ung thư đầu cổ.

VI. Kết Luận Dị Ảnh CT Tương Lai Xạ Trị Ung Thư Đầu Cổ

Nghiên cứu này đã chứng minh ảnh hưởng của dị ảnh CT đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho ung thư đầu cổ và đề xuất một phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh đơn giản, hiệu quả. Việc áp dụng phương pháp này có thể giúp giảm thiểu sai số trong tính toán liều lượng, bảo vệ các cơ quan nguy cấp và nâng cao chất lượng điều trị cho bệnh nhân. Trong tương lai, việc phát triển các phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh tiên tiến hơn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và hiệu quả của xạ trị ung thư đầu cổ.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và ý nghĩa lâm sàng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng dị ảnh CT có thể ảnh hưởng đáng kể đến phân bố liều xạ trị và các chỉ số đánh giá kế hoạch. Phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh được đề xuất có thể cải thiện phân bố liều, tăng chỉ số Gamma Pass Rate và giảm liều đến OAR. Điều này có ý nghĩa lâm sàng quan trọng, giúp nâng cao chất lượng điều trị và giảm tác dụng phụ cho bệnh nhân.

6.2. Hướng phát triển các kỹ thuật xạ trị thích ứng trong tương lai

Trong tương lai, các kỹ thuật xạ trị thích ứng (adaptive radiotherapy) sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề dị ảnh CT. Xạ trị thích ứng cho phép điều chỉnh kế hoạch xạ trị dựa trên ảnh CT chụp trong quá trình điều trị, giúp bù đắp cho các thay đổi về hình dạng và vị trí của khối u, cũng như ảnh hưởng của dị ảnh. Điều này hứa hẹn sẽ nâng cao độ chính xác và hiệu quả của xạ trị.

6.3. Tầm quan trọng của kiểm soát chất lượng ảnh CT trong xạ trị

Kiểm soát chất lượng ảnh CT là yếu tố then chốt để đảm bảo độ chính xác của xạ trị. Các quy trình kiểm soát chất lượng cần được thực hiện thường xuyên để phát hiện và khắc phục các vấn đề liên quan đến dị ảnh, độ phân giải, độ tương phản và độ đồng nhất của ảnh CT. Việc đảm bảo chất lượng xạ trị bắt đầu từ việc đánh giá chất lượng ảnh CT.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực điều trị ung thư đầu cổ, xạ trị điều biến liều theo thể tích (VMAT) được xem là kỹ thuật tiên tiến, giúp tăng cường hiệu quả điều trị đồng thời giảm thiểu tổn thương cho các cơ quan lành xung quanh. Theo ước tính, ung thư đầu cổ chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng số ca ung thư tại Việt Nam, đòi hỏi các phương pháp điều trị chính xác và an toàn. Một bước quan trọng trong quy trình xạ trị VMAT là chụp CT mô phỏng, cung cấp hình ảnh ba chiều phục vụ cho việc lập kế hoạch điều trị. Tuy nhiên, chất lượng ảnh CT mô phỏng thường bị ảnh hưởng bởi các dị ảnh (artifacts), đặc biệt là do các vật liệu kim loại như răng giả, chất hàn răng gây ra. Dị ảnh này làm giảm độ chính xác trong việc xác định vị trí và kích thước khối u cũng như các cơ quan nguy cấp, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng kế hoạch xạ trị.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của dị ảnh trên ảnh CT mô phỏng đến chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT cho bệnh nhân ung thư đầu cổ, đồng thời đề xuất phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh nhằm cải thiện độ chính xác phân bố liều. Nghiên cứu được thực hiện trên 20 bệnh nhân ung thư đầu cổ có cấy ghép kim loại trong khoang miệng, sử dụng phần mềm lập kế hoạch Monaco để xử lý và đánh giá ảnh hưởng của dị ảnh. Thời gian nghiên cứu tập trung vào dữ liệu thu thập và phân tích trong năm 2022 tại Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng kế hoạch xạ trị VMAT, giảm thiểu sai số trong tính toán liều, từ đó góp phần cải thiện hiệu quả điều trị và chất lượng sống cho bệnh nhân ung thư đầu cổ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hiệu ứng làm cứng chùm tia (Beam Hardening): Mô tả sự thay đổi phổ năng lượng của chùm tia X khi đi qua các vật liệu có mật độ cao như kim loại, gây ra các vùng tối và sáng không chính xác trên ảnh CT.
• Dị ảnh dạng vệt (Streak Artifacts): Xuất hiện do sự suy giảm quá mức của chùm tia qua vật liệu kim loại, tạo ra các vệt sáng tối xen kẽ trên ảnh.
• Chỉ số trùng khớp liều (Conformity Index - CI): Đánh giá mức độ phù hợp giữa thể tích điều trị và thể tích nhận liều chỉ định, giá trị lý tưởng gần 1.
• Chỉ số đồng nhất liều (Homogeneity Index - HI): Đánh giá sự đồng đều của phân bố liều trong thể tích điều trị, giá trị lý tưởng gần 0.
• Chỉ số Gamma Pass Rate: Phương pháp đánh giá sự tương đồng giữa phân bố liều tính toán và đo đạc thực tế, tiêu chuẩn ≥ 95% với mức sai số 3%/3mm.

Các khái niệm chính bao gồm: artifacts, giá trị Hounsfield Units (HU), mật độ điện tử (Electron Density - ED), vùng điều trị (Planning Treatment Volume - PTV), cơ quan nguy cấp (Organ at Risk - OAR), và kỹ thuật xạ trị VMAT.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu hình ảnh CT mô phỏng của 20 bệnh nhân ung thư đầu cổ có cấy ghép kim loại trong khoang miệng. Các bước chính gồm:

1. Xác định vùng dị ảnh: Thủ công vẽ đường bao các vùng có artifacts dựa trên giá trị HU và ED trên phần mềm lập kế hoạch Monaco.
2. Hiệu chỉnh dị ảnh: Sử dụng chức năng FORCE ED trên phần mềm Monaco để gán giá trị ED hợp lý cho vùng dị ảnh, dựa trên giá trị trung bình của mô mềm hoặc khoang miệng không bị ảnh hưởng artifacts.
3. Lập kế hoạch xạ trị VMAT: Mỗi bệnh nhân được lập 8 kế hoạch với số cung khác nhau (1 cung - SA, 2 cung - DA, 3 cung - TA, 4 cung - QA) trên cả chuỗi ảnh CT gốc và CT đã hiệu chỉnh, sử dụng năng lượng 6MV và thuật toán Monte Carlo.
4. Đánh giá kết quả: So sánh phân bố liều, chỉ số CI, HI, liều trung bình và tối đa tới PTV và OAR, cùng chỉ số Gamma Pass Rate qua kiểm chuẩn QA trên thiết bị Arccheck.

Phương pháp chọn mẫu là chọn bệnh nhân có cấy ghép kim loại trong khoang miệng, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu về ảnh hưởng artifacts. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm lập kế hoạch Monaco phiên bản 5.02, đảm bảo tính chính xác và khả năng áp dụng thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh dị ảnh cải thiện chất lượng ảnh CT: Giá trị ED tại vùng dị ảnh giảm từ trung bình 1,523 xuống 1,041 sau khi hiệu chỉnh, làm giảm rõ rệt các vệt sáng tối không mong muốn trên ảnh CT, giúp hình ảnh mô mềm rõ nét hơn.

2. Phân bố liều tới PTV cải thiện: Liều trung bình Dmean tới PTV70 trên CT hiệu chỉnh thấp hơn CT gốc (ví dụ: SA 7336 cGy so với 7350 cGy), đồng thời chỉ số VPD (thể tích nhận liều chỉ định) tại PTV60 và PTV54 trên CT hiệu chỉnh đều vượt ngưỡng 95%, trong khi trên CT gốc kế hoạch SA thấp hơn khoảng 4-6%.

3. Liều tới cơ quan nguy cấp (OAR) giảm: Liều trung bình và liều tối đa tới các OAR như thân não, tủy sống, tuyến mang tai, và khoang miệng đều thấp hơn trên CT hiệu chỉnh so với CT gốc, với mức giảm khoảng 2-5%, giúp giảm nguy cơ biến chứng do bức xạ.

4. Chỉ số CI và HI ổn định hoặc cải thiện nhẹ: Chỉ số CI tăng nhẹ từ 0,73 lên 0,74 ở kế hoạch SA, HI giữ ổn định ở khoảng 1,05-1,09, cho thấy phân bố liều đồng đều và phù hợp hơn sau hiệu chỉnh.

5. Chỉ số Gamma Pass Rate tăng khoảng 4%: Kế hoạch lập trên CT hiệu chỉnh có chỉ số Gamma Pass Rate cao hơn, đạt trên 95%, chứng tỏ sự tương đồng tốt hơn giữa tính toán và đo đạc thực tế, nâng cao độ tin cậy của kế hoạch xạ trị.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện là do việc hiệu chỉnh giá trị HU/ED vùng dị ảnh giúp mô phỏng chính xác hơn mật độ điện tử thực tế của mô mềm và khoang miệng, từ đó tính toán phân bố liều sát với thực tế hơn. So với các nghiên cứu trước đây chỉ gán giá trị ED bằng 1 (nước), phương pháp này phân biệt giá trị ED phù hợp cho từng vùng mô, giảm sai số tính toán liều.

Kết quả phù hợp với báo cáo của các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng artifacts trên kế hoạch VMAT, đồng thời cho thấy kế hoạch nhiều cung (DA, TA) ít bị ảnh hưởng hơn so với kế hoạch một cung (SA), do đó khuyến nghị sử dụng kỹ thuật nhiều cung trong thực hành lâm sàng.

Việc xử lý dị ảnh ngay trên phần mềm lập kế hoạch là phương pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí và thời gian, phù hợp với điều kiện các cơ sở y tế tại Việt Nam, mặc dù không phải là tối ưu nhất về mặt kỹ thuật. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố liều và bảng so sánh chỉ số CI, HI, Gamma Pass Rate để minh họa rõ ràng sự khác biệt trước và sau hiệu chỉnh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hiệu chỉnh dị ảnh bằng chức năng FORCE ED trong phần mềm lập kế hoạch: Động tác này giúp cải thiện độ chính xác phân bố liều, giảm sai số trong tính toán, nên được thực hiện cho tất cả bệnh nhân ung thư đầu cổ có cấy ghép kim loại. Thời gian thực hiện trong giai đoạn lập kế hoạch, do kỹ sư xạ trị đảm nhiệm.

2. Ưu tiên sử dụng kế hoạch VMAT nhiều cung (2-4 cung): Giảm thiểu ảnh hưởng artifacts và cải thiện phân bố liều, đặc biệt tránh sử dụng kế hoạch một cung cho vùng đầu cổ do liều cao vượt ngưỡng có thể gây biến chứng.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư xạ trị về nhận diện và xử lý dị ảnh: Tăng cường năng lực chuyên môn để phát hiện và hiệu chỉnh artifacts kịp thời, nâng cao chất lượng kế hoạch điều trị. Thời gian đào tạo nên được tổ chức định kỳ hàng năm.

4. Nâng cấp phần mềm và thiết bị chụp CT: Khuyến khích các cơ sở y tế đầu tư vào các thuật toán giảm dị ảnh tiên tiến (MAR, MDT) để giảm thiểu artifacts ngay từ khâu chụp ảnh, nâng cao chất lượng hình ảnh đầu vào.

5. Thực hiện kiểm chuẩn QA nghiêm ngặt: Sử dụng chỉ số Gamma Pass Rate với tiêu chuẩn ≥ 95% để đảm bảo kế hoạch xạ trị đạt yêu cầu trước khi đưa vào điều trị thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vật lý y khoa và kỹ thuật viên xạ trị: Nắm bắt phương pháp xử lý dị ảnh đơn giản, hiệu quả, áp dụng trực tiếp trong công tác lập kế hoạch VMAT, nâng cao chất lượng điều trị.

2. Bác sĩ xạ trị: Hiểu rõ ảnh hưởng của artifacts trên ảnh CT mô phỏng đến phân bố liều, từ đó đưa ra chỉ định phù hợp về kỹ thuật xạ trị và đánh giá kế hoạch điều trị chính xác hơn.

3. Nhà quản lý y tế và lãnh đạo bệnh viện: Đánh giá được tầm quan trọng của việc đầu tư trang thiết bị và đào tạo nhân lực trong lĩnh vực xạ trị ung thư, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ y tế.

4. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân và y sinh: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, xử lý dữ liệu và đánh giá kết quả để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về cải tiến kỹ thuật xạ trị và xử lý ảnh y học.

Câu hỏi thường gặp

1. Dị ảnh trên ảnh CT mô phỏng là gì và tại sao nó quan trọng?
   Dị ảnh là các biến dạng hình ảnh không phản ánh đúng cấu trúc mô do sự hiện diện của vật liệu kim loại hoặc chuyển động bệnh nhân. Chúng làm giảm độ chính xác trong xác định vị trí và kích thước khối u, ảnh hưởng đến chất lượng kế hoạch xạ trị.

2. Phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh bằng FORCE ED hoạt động như thế nào?
   Phương pháp này gán lại giá trị mật độ điện tử (ED) hợp lý cho vùng dị ảnh dựa trên giá trị trung bình của mô mềm hoặc khoang miệng không bị artifacts, giúp tính toán phân bố liều chính xác hơn.

3. Tại sao kế hoạch VMAT nhiều cung ít bị ảnh hưởng bởi dị ảnh hơn kế hoạch một cung?
   Kế hoạch nhiều cung phân phối liều đều hơn và giảm sự tập trung liều tại vùng artifacts, từ đó giảm sai số tính toán và cải thiện chất lượng điều trị.

4. Chỉ số Gamma Pass Rate có ý nghĩa gì trong đánh giá kế hoạch xạ trị?
   Chỉ số này đo lường sự tương đồng giữa phân bố liều tính toán và đo đạc thực tế, giá trị ≥ 95% cho thấy kế hoạch có độ chính xác cao và an toàn khi áp dụng điều trị.

5. Phương pháp xử lý dị ảnh này có thể áp dụng cho các loại ung thư khác không?
   Phương pháp có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các vùng ung thư khác có hiện diện vật liệu kim loại hoặc artifacts trên ảnh CT mô phỏng, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để đảm bảo tính phù hợp.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh bằng chức năng FORCE ED trên phần mềm Monaco trong cải thiện chất lượng ảnh CT mô phỏng và kế hoạch xạ trị VMAT cho ung thư đầu cổ.
• Việc hiệu chỉnh giúp giảm sai số phân bố liều, đặc biệt tại các vùng cơ quan lành, góp phần giảm nguy cơ biến chứng do bức xạ.
• Kế hoạch VMAT nhiều cung cho kết quả phân bố liều đồng đều và ít bị ảnh hưởng artifacts hơn kế hoạch một cung.
• Chỉ số Gamma Pass Rate tăng khoảng 4% sau hiệu chỉnh, đảm bảo độ chính xác và an toàn của kế hoạch điều trị.
• Đề xuất áp dụng rộng rãi phương pháp hiệu chỉnh dị ảnh trong thực hành lâm sàng tại các cơ sở y tế Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả điều trị và chất lượng sống bệnh nhân.

Tiếp theo, cần triển khai đào tạo kỹ thuật viên, cập nhật phần mềm và thiết bị, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng phương pháp này cho các loại ung thư khác. Các cơ sở y tế và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm để nâng cao chất lượng xạ trị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Dị ảnh trong CT mô phỏng, giới thiệu về công đoạn chụp CT mô phỏng trong quy trình xạ trị VMAT, dị ảnh trên ảnh CT mô phỏng và các 2 phương pháp xử lý dị ảnh đang được sử dụng và nghiên cứu trên thế giới. Từ đó, đưa ra phương hướng giải quyết cho vấn đề. Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, trình bày về phương pháp thực hiện xác định vùng có Artifact và hiệu chỉnh; đánh giá các thay đổi đạt được bằng cách lập kế hoạch VMAT lần lượt theo số cung khác nhau trên phần mềm lập kế hoạch Monaco tương ứng với các tập hợp ảnh CT gốc và CT đã hiệu chỉnh, các tiêu chí đánh giá kế hoạch cần sử dụng để so sánh. Chương 3: Kết quả và bàn luận, đưa ra kết quả hình ảnh CT sau khi đã hiệu chỉnh, kết quả phân bố liều giữa các kế hoạch VMAT được lập lần lượt trên chuỗi ảnh CT gốc và CT đã hiệu chỉnh thông qua các chỉ số CI, HI, Dmax, Dmean.

của các PTV và OARs, kết quả kiểm chuẩn QA các kế hoạch trên Arccheck bằng chỉ số Gamma Index. DỊ ẢNH TRONG CT MÔ PHỎNG 1.1 Kỹ thuật xạ trị VMAT v chụp ảnh CT m phỏng Xạ trị điều biến thể tích (VMAT-Volumetric Modulated Arc Therapy) là một trong những kỹ thuật xạ trị tốt nhất hiện nay cho các khối u vùng đầu cổ. Trong kỹ thuật này, đầu máy phát tia chuyển động liên tục theo các cung tròn trong suốt quá trình phát tia. Mức độ chính xác của kỹ thuật này gần như tuyệt đối, đặc biệt khi thiết bị có thể kiểm tra được vị trí u cần xạ trị một cách chính xác qua mỗi lần xạ thông qua hệ thống chụp hình cắt lớp ngay trên bàn máy xạ.

Kỹ thuật xạ trị với sự trợ giúp của hệ thiết bị như vậy được gọi là xạ trị dưới hướng dẫn hình ảnh. Xạ trị dưới hướng dẫn hình ảnh là việc sử dụng hình ảnh hai chiều (X- quang kỹ thuật số kV hoặc MV) hoặc 3 chiều (Cone-beam CT) chụp trước hoặc trong quá trình xạ trị đối chiếu với hình ảnh khi mô phỏng lập kế hoạch, đảm bảo vị trí bệnh nhân khi điều trị thực tế đúng chính xác như khi mô phỏng (hình 1.1 Minh họa hình ảnh hai chiều (kV) và 3 chiều (CBCT) chụp trước khi xạ trị kiểm tra vị trí khối u cần xạ cũng như tư thế bệnh nhân trong mỗi lần điều trị Quy trình xạ trị VMAT được biểu diễn như trên hình 1. Bệnh nhân được chẩn đoán xác định mắc ung thư sẽ được đánh giá toàn trạng thái và chỉ định liệu pháp điều trị. Trong trường hợp có chỉ định xạ trị, dữ liệu cho việc lập kế hoạch 4 sẽ được lấy trong quá trình chụp CT mô phỏng.

Các thể tích khối u, cơ quan lành cần bảo vệ, và liều xạ trị sẽ được xác định và chỉ định bởi các bác sĩ xạ trị. Kỹ sư vật lý y khoa tiến hành thiết lập cung quay, độ dài cung, tính toán liều và tối ưu hóa kế hoạch. Sau đó bác sĩ xạ trị và kỹ sư vật lý y khoa sẽ đánh giá kế hoạch theo các tiêu chuẩn quốc tế ứng với từng ca bệnh. Nếu kế hoạch chưa đạt, kỹ sư phải lập lại kế hoạch cho đến khi đạt yêu cầu.

Tiếp theo, kỹ sư vật lý y khoa sẽ Lập kế hoạch xạ trị • Chẩn đoán xác định • Chụp X-quang 2 • Đánh giá toàn trạng chiều hàng ngày và • Chỉ định xạ trị • CT mô phỏng chụp 3 chiều CBCT • Xác định thể tích xạ • Theo dõi quá trình trị điều trị • Lập kế hoạch xạ trị • QA trước điều trị Chẩn đoán Điều trị tiến hành kiểm chuẩn QA kế hoạch trước khi đưa kế hoạch vào điều trị cho bệnh nhân.2 Sơ đồ khối quy trình xạ trị VMAT cho bệnh nhân Như đã trình bày ở trên, quá trình chụp ảnh mô phỏng được thực hiện sau khi bệnh nhân được chỉ định xạ trị, bằng kỹ thuật chụp ảnh CT hoặc kết hợp CT/MRI/PET. Chụp CT mô phỏng là quét phần cơ thể bệnh nhân – vùng sẽ được xạ trị - với tư thế của bệnh nhân trùng lặp với tư thế trong quá trình điều trị. Mục đích chính của bước chụp ảnh CT mô phỏng là cung cấp hình ảnh ba chiều của phần cơ thể của bệnh nhân được điều trị. Do đó, chuỗi ảnh CT mô phỏng này rất cần thiết cho việc lập kế hoạch điều trị.

Trong quá trình chụp mô phỏng, kỹ thuật viên cố định bệnh nhân ở tư thế thích hợp, thoải mái. Sử dụng các dụng cụ cố định thích hợp theo chỉ định của bác sĩ như: mặt nạ, gối, vaccum bag.được minh họa trong hình 1. Ngoài ra, kỹ thuật viên có thể xăm trên da của bệnh nhân những dấu xăm nhỏ, dấu xăm này được sử dụng như những điểm tham chiếu trong mỗi lần đặt bệnh nhân điều trị.3 Làm mặt nạ 5 điểm cố định đầu cổ vai (trái); đặt tư thế và cố định bệnh nhân trong phòng chụp CT mô phỏng (phải) 1.2 Dị ảnh trên ảnh CT Trong quy trình xạ trị, kết quả của công đoạn chụp CT mô phỏng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của việc lập kế hoạch và điều trị. Chất lượng ảnh mô phỏng tốt sẽ gia tăng độ chính xác trong đánh giá lập kế hoạch.

Tuy nhiên, ảnh chụp CT mô phỏng thu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố khó kiểm soát như thiết bị, kỹ thuật chụp, bệnh nhân. dẫn đến chất lượng ảnh bị suy giảm; đôi khi đã tạo nên những sai lệch trong việc lập kế hoạch và điều trị. Đặc biệt, chất lượng ảnh suy giảm đáng kể khi có các bất thường xuất hiện trên ảnh do các bộ phận kim loại được gắn vào bệnh nhân. Ví dụ, các bệnh nhân ung thư đầu cổ có vấn đề về răng miệng, sử dụng răng giả hoặc hàn răng, khi tiến hành chụp CT mô phỏng cho ra hình ảnh xuất hiện các dị ảnh dạng vệt và thường bị nhân viên lâm sàng bỏ qua.

Trong các cơ chế gây ra dị ảnh do kim loại như trên, một số cơ chế liên quan đến vật liệu cấu thành kim loại và một số cơ chế liên quan đến bản chất mô xung quanh kim loại. Những yếu tố chính làm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh bao gồm: hiệu ứng làm cứng chùm tia, dị ảnh dạng vệt, và dị ảnh răng cưa [4] 1.1 Hiệu ứng l m cứng chùm tia Beam Hardening [4] Phổ năng lượng chùm tia photon xạ trị là phổ tia X bao gồm một chuỗi tập hợp các photon với các mức năng lượng khác nhau. Các thuật toán tái tạo phép chiếu ngược được sử dụng trong CT không giải quyết đầy đủ bản chất đa năng lượng của nó, mà chỉ có thể xử lý sự suy giảm năng lượng phụ thuộc độ dày thông qua hệ số suy giảm tuyến tính. Khi tia X đi xuyên qua mô có mật độ cao ví dụ như xương được minh họa dưới hình 1.4, mức độ suy giảm cao gây ra quang phổ tia X trở nên cứng hơn nghĩa là năng lượng trung bình của nó tăng lên, bởi vì các photon năng lượng thấp bị hấp thụ nhanh hơn so với các photon năng lượng 6 cao.

Phổ tia X bị suy giảm và thấp hơn năng lượng tia X được ưu tiên làm suy giảm, dẫn đến sự chuyển dịch sang phải đặc trưng trong quang phổ, được thể hiện trên biểu đồ quang phổ (hình 1. Kết quả làm cứng chùm tia dẫn đến dị ảnh xuất hiện dưới dạng vùng tối (hình ảnh chèn với mũi tên vàng).4 Minh họa khái niệm hiệu ứng cứng chùm tia Hiệu ứng làm cứng chùm tia thường xảy ra khi tồn tại các vật thể có mật độ khối lớn như xương hoặc kim loại cấy ghép mô.5 minh họa quá trình làm cứng chùm tia từ bệnh nhân được cấy ghép kim loại hai bên hông. Chùm tia X tương ứng với các đường giao nhau của cả hai mô cấy ghép bằng kim loại được làm cứng đặc biệt và dị ảnh nhìn thấy trong ảnh CT là kết quả từ dạng quét này. Máy chụp CT sử dụng các phương pháp, thuật toán đơn giản để hiệu chỉnh độ cứng của chùm tia, tuy nhiên, do sự đơn giản đó, dị ảnh vẫn có thể xảy ra.

Có thể sử dụng phương pháp tái tạo hai lần mang lại giá trị hiệu chỉnh gần như tương đối đối với độ cứng chùm tia; tuy nhiên, các thuật toán như vậy thường không được áp dụng trong hầu hết các cơ sở y tế.5 Minh họa quá trình làm cứng chùm tia. Hình ảnh tái tạo số của bệnh nhân có cấy ghép kim loại hai bên hông (hình bên phải), hình ảnh CT tái tạo một bên hông (hình bên trái) cho thấy dị ảnh xuất hiện là vùng tối dưới dạng hình nêm 1.2 Dị ảnh dạng vệt Streak Artifacts [4] Thuật ngữ dị ảnh được áp dụng khi có bất kỳ sự khác biệt có hệ thống trên hình ảnh được tái tạo và hệ số suy giảm thực của vật thể. Vì vậy, dị ảnh có thể được hiểu là sự biến dạng hình ảnh không liên quan đến vật thể được chụp. Trong các loại dị ảnh, dị ảnh dạng vệt cực kỳ phổ biến chiếm khoảng 21% số lần quét trong một chuỗi ảnh.

Dị ảnh dạng vệt (Hình 1.6a) xảy ra khi mức độ suy giảm của một vùng thể tích trong cơ thể bệnh nhân vượt quá dải động hoặc dải tuyến tính của hệ thống đầu đo (detector). Chất hàn kim loại trong răng là một nguồn khá phổ biến xảy ra dị ảnh dạng vệt, cũng như hầu hết các thiết bị cấy ghép có thành phần kim loại đáng kể. Trong bộ dữ liệu chụp CT mô phỏng, khi tái tạo ảnh cho phép loại bỏ kim loại để tạo ra chất lượng hình ảnh tốt. Tuy nhiên, do một số tác nhân, chúng không thể triệt tiêu hoàn toàn, dẫn đến các dị ảnh vệt sáng và tối mỏng từ kim loại.

Dị ảnh xuất hiện càng nhiều khi có bất kỳ chuyển động nào của vật thể có mật độ cao. Mặc dù vùng đầu cổ có khả năng cố định khá tốt, nhưng trong quá trình chụp CT mô phỏng, bệnh nhân đôi khi sẽ nuốt hoặc cử động hàm, dị ảnh dạng vệt bị khuếch đại có xu hướng phát ra từ chất hàn kim loại (Hình 1. Dị ảnh dạng vệt xảy ra giữa các cạnh kim loại và vị trí ống tia X khi chuyển động. Tốc độ máy quét nhanh làm giảm sự dịch chuyển tối đa của bệnh nhân trong quá trình chụp, do đó giảm thiểu được dị ảnh do chuyển động gây ra.

Dị ảnh có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng các kỹ thuật tái tạo đặc biệt.