I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Kích Thước Ô Lưới IMRT VMAT
Kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT/VMAT ngày càng được sử dụng rộng rãi trong điều trị ung thư đầu mặt cổ. Điều này xuất phát từ tính chất phức tạp của các thể tích điều trị và sự hiện diện của nhiều tổ chức nhỏ nhạy xạ trong vùng này. Việc tính toán mô phỏng xạ trị IMRT/VMAT thường dựa trên hai pha: tối ưu hóa trọng số trường chiếu nhỏ sử dụng thuật toán chùm tia bút chì (Pencil beam) với kích thước hữu hạn, và tối ưu hóa trọng số segment sử dụng thuật toán Monte Carlo. Toàn bộ không gian tính toán được chia thành lưới 3 chiều (voxel grid). Kết quả tính toán phụ thuộc vào kích thước ô lưới (voxel size hay grid size).
1.1. Lịch Sử Phát Triển Của Kỹ Thuật IMRT và VMAT
Kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT bắt nguồn từ nhà toán học Brahme, người đưa ra khái niệm lập kế hoạch ngược vào năm 1982. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự phân bố liều đồng nhất trong một thể tích hình học với một tổ chức nguy cấp tại trung tâm có thể đạt được bằng cách xoay các trường chiếu và cường độ không đồng nhất. Đến năm 1988, Brahmeet và cộng sự tiếp tục giải quyết vấn đề lập kế hoạch ngược bằng cách áp dụng phương pháp tích chập. Yair Censoret và cộng sự đưa ra ý tưởng về giới hạn liều cho các cơ quan và phát triển phương pháp nghiên cứu tính khả thi, đồng thời đưa ra khái niệm ma trận ảnh hưởng.
1.2. Ưu Điểm và Nhược Điểm Của IMRT và VMAT
IMRT mang lại sự cải thiện chất lượng kế hoạch, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm. Kế hoạch IMRT tiêu chuẩn thường yêu cầu nhiều chùm bức xạ góc cố định, làm tăng thời gian điều trị. Lượng MU lớn hơn có thể dẫn đến tăng lượng bức xạ liều thấp cho phần còn lại của cơ thể. VMAT khắc phục những hạn chế này bằng cách sử dụng vòng cung, phân phối liều bức xạ từ nhiều góc khác nhau, cải thiện hiệu quả điều trị và giảm thời gian điều trị.
II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Của Kích Thước Ô Lưới Đến Độ Chính Xác Liều
Trong thực tế, người lập kế hoạch thường sử dụng một "grid size" nhất định khi tính toán. Điều này có thể dẫn đến phân bố liều theo kế hoạch không hoàn toàn phù hợp với hình dạng và kích thước khối u. Do đó, việc đánh giá sai khác phân bố liều ứng với các kế hoạch xạ trị khi thay đổi các thông số về kích thước ô lưới là cần thiết. Phân bố liều trên bệnh nhân được tính theo các ô lưới có kích thước, chứ không phải là các điểm. Đồng thời, đặc điểm của các kỹ thuật IMRT/VMAT là dùng rất nhiều beamlet nhỏ tạo nên độ không đồng nhất về phân bố liều trong mỗi tổ chức cần xạ trị.
2.1. Sai Số Tính Toán Liều và Độ Phân Giải Không Gian
Việc lựa chọn kích thước ô lưới ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải không gian của quá trình tính toán liều. Ô lưới quá lớn có thể bỏ qua các chi tiết nhỏ trong cấu trúc giải phẫu, dẫn đến sai số trong tính toán liều tại các vùng có độ dốc liều cao. Ngược lại, ô lưới quá nhỏ có thể làm tăng thời gian tính toán và yêu cầu phần cứng mạnh hơn.
2.2. Ảnh Hưởng Đến Tối Ưu Hóa Kế Hoạch Xạ Trị
Kích thước ô lưới cũng ảnh hưởng đến quá trình tối ưu hóa kế hoạch xạ trị. Thuật toán tối ưu hóa dựa trên việc điều chỉnh cường độ chùm tia để đạt được phân bố liều mong muốn. Nếu kích thước ô lưới không phù hợp, thuật toán có thể không hội tụ hoặc tạo ra các kế hoạch không tối ưu.
2.3. Kiểm Tra Chất Lượng Xạ Trị và Đánh Giá Phân Bố Liều
Trong quá trình kiểm tra chất lượng xạ trị, phân bố liều tính toán được so sánh với phân bố liều đo được. Kích thước ô lưới ảnh hưởng đến độ chính xác của phép so sánh này. Các chỉ số đánh giá phân bố liều như Gamma index và Dose Volume Histogram (DVH) cũng phụ thuộc vào kích thước ô lưới.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thay Đổi Kích Thước Ô Lưới và Đánh Giá
Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước ô lưới tới kế hoạch xạ trị IMRT/VMAT cho ung thư đầu mặt cổ qua việc thay đổi các kích thước ô lưới tính toán và đánh giá các kế hoạch sau khi đã thực hiện tối ưu hóa nhằm lựa chọn ô lưới thích hợp trong tính toán liều lượng. Luận văn đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước ô lưới tính toán tới kế hoạch IMRT/VMAT trong ung thư đầu mặt cổ. Thông qua việc khảo sát, thu thập, phân tích số liệu về việc chia lại kích thước ô lưới trong tính toán lập kế hoạch điều biến liều cho thấy đây hoàn toàn là phương pháp có thể thực hiện được tại tất cả các cơ sở có xạ trị điều biến liều.
3.1. Thiết Lập Các Kế Hoạch Xạ Trị Với Kích Thước Ô Lưới Khác Nhau
Nghiên cứu tiến hành lập các kế hoạch xạ trị cho cùng một bệnh nhân ung thư đầu mặt cổ, sử dụng các kích thước ô lưới khác nhau (ví dụ: 2mm, 3mm, 4mm, 5mm). Các thông số khác của kế hoạch xạ trị (ví dụ: năng lượng chùm tia, góc chiếu, số lượng phân đoạn) được giữ nguyên để đảm bảo tính so sánh.
3.2. Đánh Giá Phân Bố Liều Trên Thể Tích Bia PTV và Cơ Quan Nguy Cấp OAR
Phân bố liều trên thể tích bia (PTV) và các cơ quan nguy cấp (OAR) được đánh giá bằng các chỉ số như D95 (liều tối thiểu bao phủ 95% thể tích), V100 (thể tích nhận 100% liều chỉ định), Dmax (liều tối đa), và liều trung bình. Các chỉ số này được so sánh giữa các kế hoạch xạ trị với kích thước ô lưới khác nhau.
3.3. Sử Dụng Các Chỉ Số Đánh Giá Kế Hoạch Xạ Trị HI CI và Thời Gian Tính Toán
Các chỉ số đánh giá kế hoạch xạ trị như Homogeneity Index (HI), Conformity Index (CI), và thời gian tính toán cũng được sử dụng để so sánh các kế hoạch xạ trị. HI đánh giá độ đồng nhất của liều trong PTV, CI đánh giá mức độ bao phủ của liều chỉ định trên PTV, và thời gian tính toán cho biết hiệu năng tính toán của phần mềm lập kế hoạch.
IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Đến Liều Lượng và Thời Gian Tính Toán
Nghiên cứu cũng đã tiến hành so sánh kết quả trong trường hợp thay đổi và không thay đổi thông số trong quá trình tối ưu hóa lại các kế hoạch khi chia lại kích thước ô lưới tính toán. Kết quả thu được không cho thấy sự chênh lệch đáng kể khi thể tích PTV rất lớn so với kích thước ô lưới. Nhưng trong trường hợp PTV nhỏ, đã nhận thấy có sự thay đổi đáng kể giá trị liều cực đại và liều trung bình ở PTV. Kích thước ô lưới ảnh hưởng tới giá trị cực đại của các cơ quan, đặc biệt là các tổ chức có thể tích nhỏ như thủy tinh thể, cầu mắt. Về giá trị trung bình của các tổ chức thì không có sự khác biệt đáng kể giữa ô lưới 3mm và 4mm, sự khác biệt chỉ xảy ra khi so sánh với ô lưới kích thước 5mm.
4.1. Ảnh Hưởng Đến Phân Bố Liều Trên Thể Tích Bia PTV
Kết quả cho thấy, khi thể tích PTV lớn, sự thay đổi kích thước ô lưới không ảnh hưởng nhiều đến phân bố liều. Tuy nhiên, khi PTV nhỏ, sự thay đổi kích thước ô lưới có thể dẫn đến sự khác biệt đáng kể về liều cực đại và liều trung bình trong PTV.
4.2. Ảnh Hưởng Đến Liều Lượng Trên Các Cơ Quan Nguy Cấp OAR
Kích thước ô lưới ảnh hưởng đến liều lượng trên các cơ quan nguy cấp, đặc biệt là các cơ quan có thể tích nhỏ như thủy tinh thể và cầu mắt. Việc lựa chọn kích thước ô lưới phù hợp có thể giúp giảm thiểu liều lượng trên các cơ quan này.
4.3. Ảnh Hưởng Đến Thời Gian Tính Toán và Hiệu Năng Tính Toán
Thời gian tính toán tăng lên khi kích thước ô lưới giảm xuống. Do đó, cần cân nhắc giữa độ chính xác của tính toán liều và hiệu năng tính toán khi lựa chọn kích thước ô lưới.
V. Ứng Dụng Thực Tiễn Lựa Chọn Kích Thước Ô Lưới Phù Hợp Trong IMRT VMAT
Ô lưới với kích thước 2mm cho kết quả tốt nhất khi đánh giá kế hoạch xạ trị. Tuy nhiên, kết quả trong nghiên cứu chỉ dừng lại với các ô lưới tính toán là 2mm, 3mm, 4mm, 5mm để thấy được xu hướng chung. Qua kết quả đã đạt được, trong thời gian tới có thể thực hiện nghiên cứu trên các ô lưới với kích thước nhỏ hơn hoặc độ chia của các ô lưới là nhỏ hơn. Khi thực hiện chia theo thể tích bia thì các kế hoạch có thể tích bia dưới 100cm3 có sự thay đổi liều ảnh hưởng khi sử dụng ô lưới 2mm. Trong thực tế lâm sàng khi xét đến thời gian trong một lần tối ưu hóa và thể tích bia thì việc lựa chọn các ô lưới 3mm, 4mm có thể được cân nhắc.
5.1. Hướng Dẫn Lựa Chọn Kích Thước Ô Lưới Dựa Trên Thể Tích Bia PTV
Khi thể tích PTV lớn, có thể sử dụng kích thước ô lưới lớn hơn (ví dụ: 4mm hoặc 5mm) để giảm thời gian tính toán. Khi PTV nhỏ, nên sử dụng kích thước ô lưới nhỏ hơn (ví dụ: 2mm hoặc 3mm) để đảm bảo độ chính xác của tính toán liều.
5.2. Cân Nhắc Giữa Độ Chính Xác Liều và Thời Gian Tính Toán
Việc lựa chọn kích thước ô lưới cần cân nhắc giữa độ chính xác của tính toán liều và thời gian tính toán. Trong các trường hợp cần độ chính xác cao (ví dụ: xạ trị áp sát), nên ưu tiên sử dụng kích thước ô lưới nhỏ, ngay cả khi thời gian tính toán tăng lên.
5.3. Đề Xuất Các Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Kích Thước Ô Lưới
Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới đến các kỹ thuật xạ trị tiên tiến khác như xạ trị proton hoặc xạ trị bằng hạt nặng. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ giữa kích thước ô lưới và độ bất định trong tính toán liều.
VI. Kết Luận Tối Ưu Hóa Kích Thước Ô Lưới Để Nâng Cao Chất Lượng IMRT VMAT
Luận văn đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước ô lưới tính toán tới kế hoạch IMRT/VMAT trong ung thư đầu mặt cổ. Thông qua việc khảo sát, thu thập, phân tích số liệu về việc chia lại kích thước ô lưới trong tính toán lập kế hoạch điều biến liều cho thấy đây hoàn toàn là phương pháp có thể thực hiện được tại tất cả các cơ sở có xạ trị điều biến liều. Nghiên cứu cũng đã tiến hành so sánh kết quả trong trường hợp thay đổi và không thay đổi thông số trong quá trình tối ưu hóa lại các kế hoạch khi chia lại kích thước ô lưới tính toán.
6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Chính Về Ảnh Hưởng Của Kích Thước Ô Lưới
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng kích thước ô lưới ảnh hưởng đến phân bố liều trên PTV và OAR, thời gian tính toán, và các chỉ số đánh giá kế hoạch xạ trị. Việc lựa chọn kích thước ô lưới phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng kế hoạch xạ trị.
6.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Hoàn Thiện Quy Trình
Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp tự động lựa chọn kích thước ô lưới dựa trên đặc điểm của bệnh nhân và kế hoạch xạ trị. Ngoài ra, cần nghiên cứu về ảnh hưởng của kích thước ô lưới đến độ chính xác của các thuật toán tính toán liều khác nhau.
