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.