Medical Physics

Tài liệu này là báo cáo của một nhóm công tác thuộc AAPM và được chuẩn bị chủ yếu để tư vấn cho các nhà vật lý y tế tham gia vào phương pháp điều trị bức xạ bằng tia bên ngoài cho những bệnh nhân có khối u ở ngực, bụng và vùng chậu bị ảnh hưởng bởi chuyển động hô hấp. Báo cáo này mô tả quy mô của chuyển động hô hấp, thảo luận về các vấn đề cụ thể trong xạ trị do chuyển động hô hấp gây ra, giải thích các kỹ thuật quản lý rõ ràng chuyển động hô hấp trong quá trình xạ trị và đưa ra các khuyến nghị về việc áp dụng những kỹ thuật này trong chăm sóc bệnh nhân, bao gồm các hướng dẫn đảm bảo chất lượng (QA) cho các thiết bị này và việc sử dụng chúng trong xạ trị định hình và xạ trị điều biến cường độ. Các công nghệ được đề cập trong báo cáo này bao gồm các phương pháp bao trùm chuyển động, các kỹ thuật bế hơi có nhịp thở, các kỹ thuật giữ hơi, các phương pháp thở nông cưỡng bức và các kỹ thuật đồng bộ hô hấp. Kết quả chính của báo cáo này là một hướng dẫn quy trình lâm sàng để quản lý chuyển động hô hấp. Trong hướng dẫn này có khuyến nghị rằng chuyển động của khối u nên được đo (nếu có thể) cho mỗi bệnh nhân mà chuyển động hô hấp là mối quan tâm. Nếu chuyển động của mục tiêu lớn hơn , có sẵn một phương pháp quản lý chuyển động hô hấp, và nếu bệnh nhân có thể chịu đựng được quy trình, công nghệ quản lý chuyển động hô hấp là phù hợp. Quản lý chuyển động hô hấp cũng phù hợp khi quy trình sẽ tăng cường bảo tồn mô bình thường. Quản lý chuyển động hô hấp liên quan đến các nguồn lực, giáo dục thêm và việc phát triển và tuân thủ các quy trình đảm bảo chất lượng.

Nhóm Nhiệm vụ 101 của AAPM đã chuẩn bị báo cáo này dành cho các nhà vật lý y tế, bác sĩ lâm sàng và các nhà trị liệu nhằm phác thảo các hướng dẫn thực hành tốt nhất cho kỹ thuật liệu pháp bức xạ bên ngoài được gọi là liệu pháp bức xạ định vị cơ thể (SBRT). Báo cáo của nhóm nhiệm vụ bao gồm một đánh giá tài liệu để xác định các phát hiện lâm sàng đã được báo cáo và các kết quả dự kiến cho phương thức điều trị này. Thông tin được cung cấp để thiết lập một chương trình SBRT, bao gồm các quy trình, thiết bị, tài nguyên và quy trình đảm bảo chất lượng. Ngoài ra, các đề xuất cho việc phát triển tài liệu nhất quán để kê đơn, báo cáo và ghi chép việc thực hiện điều trị SBRT cũng được cung cấp.

Trong nghiên cứu này, một nền tảng tối ưu hóa kế hoạch điều trị mới được trình bày, nơi liệu pháp được thực hiện một cách hiệu quả và chính xác trong một quỹ đạo quay điều chế động duy nhất. Những cải tiến trong chăm sóc bệnh nhân đạt được thông qua việc định vị hình ảnh và điều chỉnh kế hoạch đã dẫn đến sự gia tăng thời gian điều trị tổng thể. Liệu pháp bức xạ điều biến cường độ (IMRT) cũng đã làm tăng thời gian điều trị bằng cách yêu cầu một số lượng lớn hơn các hướng chùm tia, làm tăng đơn vị giám sát (MU), và, trong trường hợp tomotherapy, việc cung cấp theo từng lát cắt. Để duy trì một mức độ lưu lượng bệnh nhân tương tự, cần thiết phải tăng cường hiệu quả trong việc cung cấp điều trị. Giải pháp được đề xuất ở đây là một thuật toán dựa trên khe hở mới cho tối ưu hóa kế hoạch điều trị, nơi liều được cung cấp trong một vòng quay gantry duy nhất lên đến 360 độ. Kỹ thuật này tương tự như tomotherapy ở chỗ có sẵn 360 độ hướng chùm tia cho tối ưu hóa nhưng hoàn toàn khác ở chỗ toàn bộ khối lượng liều được cung cấp trong một lần quay nguồn duy nhất. Kỹ thuật mới này được gọi là liệu pháp quay điều biến thể tích (VMAT). Chuyển động của lưỡi lá chặn đa lá (MLC) và số lượng MU trên mỗi độ quay của gantry bị hạn chế trong quá trình tối ưu hóa nhằm đảm bảo rằng tốc độ quay của gantry, tốc độ dịch chuyển của lá chặn và mức độ liều tối đa không làm hạn chế quá mức hiệu quả cung cấp. Trong quá trình lập kế hoạch, các nhà nghiên cứu mô hình hóa chuyển động gantry liên tục bằng cách lấy mẫu thô các vị trí gantry tĩnh và các bản đồ độ chiếu hoặc hình dạng khe hở MLC. Kỹ thuật được trình bày ở đây là độc đáo ở chỗ việc lấy mẫu vị trí gantry và MLC được tăng dần trong suốt quá trình tối ưu hóa. Việc sử dụng phạm vi gantry đầy đủ sẽ lý thuyết cung cấp tính linh hoạt nhiều hơn trong việc tạo ra các kế hoạch điều trị vừa khít. Trong thực tế, tính linh hoạt bổ sung được phần nào làm giảm bởi các ràng buộc bổ sung đặt ra cho lượng chuyển động lá chặn MLC giữa các mẫu gantry. Một loạt các nghiên cứu được thực hiện để đặc trưng hóa mối quan hệ giữa việc lấy mẫu gantry và MLC, độ chính xác của mô hình hóa liều, và thời gian tối ưu hóa. Kết quả cho thấy rằng góc gantry và khoảng cách mẫu MLC thấp tới 1 độ và 0,5 cm, tương ứng, là điều mong muốn cho mô hình hóa liều chính xác. Cũng cho thấy rằng việc giảm khoảng cách mẫu làm giảm đáng kể khả năng tối ưu hóa đạt được giải pháp. Những lợi ích cạnh tranh của việc có khoảng cách mẫu nhỏ và lớn được nhận thức lẫn nhau bằng cách sử dụng kỹ thuật lấy mẫu tiến bộ được mô tả ở đây. Các kết quả sơ bộ cho thấy các kế hoạch được tạo ra với tối ưu hóa VMAT thể hiện phân bố liều tương đương hoặc tốt hơn so với IMRT gantry tĩnh. Các nghiên cứu về thời gian đã cho thấy rằng kỹ thuật VMAT rất phù hợp cho xác minh và điều chỉnh trực tuyến với thời gian cung cấp được giảm xuống dưới cho một phần liều 200 cGy.

Các hệ thống lập kế hoạch điều trị hiện đại cho lập kế hoạch điều trị ba chiều cung cấp phân bố liều chính xác ba chiều cho từng bệnh nhân riêng lẻ. Những dữ liệu này mở ra những khả năng mới cho việc báo cáo và phân tích chính xác hơn về liều lượng thực tế được cung cấp cho các cơ quan và khối lượng quan tâm bị chiếu xạ. Một phương pháp mới để tổng hợp và báo cáo các phân bố liều không đồng nhất được trình bày ở đây. Khái niệm về liều đồng nhất tương đương (EUD) giả định rằng bất kỳ hai phân bố liều nào là tương đương nếu chúng gây ra cùng một hiệu ứng bức xạ sinh học. Trong bài báo này, khái niệm EUD dành cho các khối u được trình bày, trong đó xác suất kiểm soát cục bộ được cho là được xác định bởi số lượng kỳ vọng của các clonogen sống sót, theo thống kê Poisson. EUD có thể được tính toán trực tiếp từ các điểm tính toán liều hoặc từ các phân bố liều-thể tích tương ứng (đường biểu diễn histogram). Phân số các clonogen sống sót sau một liều 2 Gy (SF₂) được chọn là tham số hoạt động chính để mô tả độ nhạy bức xạ của các clonogen. Ứng dụng của khái niệm EUD được chứng minh trên một tập dữ liệu lâm sàng. Nguyên nhân làm phẳng các đường cong liều-phản ứng quan sát được trở nên rõ ràng vì khái niệm EUD tiết lộ cấu trúc tinh vi hơn của nhóm bệnh nhân được phân tích liên quan đến các thể tích và liều thực tế nhận được. Các mở rộng của khái niệm EUD cơ bản để bao gồm mật độ không đồng nhất của các clonogen, hiệu ứng liều trong mỗi lần chiếu, sự tái sinh của các clonogen và tính không đồng nhất của quần thể bệnh nhân được thảo luận và so sánh với công thức cơ bản.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi chứng minh nguyên tắc về việc sửa chữa suy giảm dựa trên CT của dữ liệu chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) 3D bằng cách sử dụng hình ảnh chụp của các phantom tương đương xương và mô mềm cũng như hình ảnh chụp của con người. Phương pháp sửa chữa suy giảm này dự kiến được sử dụng trong một máy quét duy nhất kết hợp chụp PET 3D với chụp cắt lớp vi tính (CT) để mục đích cung cấp vị trí giải phẫu được đăng ký chính xác của các cấu trúc nhìn thấy trong hình ảnh PET. Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định xem chúng tôi có thể thực hiện sửa chữa suy giảm dữ liệu phát xạ PET bằng cách sử dụng thông tin suy giảm CT được căn chỉnh chính xác hay không. Chúng tôi thảo luận về các phương pháp tiềm năng để tính toán bản đồ suy giảm PET ở 511 keV dựa trên thông tin truyền dẫn CT thu được từ 40 keV đến 140 keV. Dữ liệu được thu thập trên các máy quét CT và PET tách biệt và được căn chỉnh bằng các quy trình đăng ký hình ảnh tiêu chuẩn. Kết quả được trình bày dựa trên ba phương pháp tính toán suy giảm: phân đoạn, tỉ lệ hóa và phương pháp kết hợp phân đoạn/tỉ lệ hóa mà chúng tôi đề xuất. Các kết quả được so sánh với những kết quả sử dụng phương pháp sửa chữa suy giảm PET 3D tiêu chuẩn như một tiêu chuẩn vàng. Chúng tôi chứng minh hiệu quả của phương pháp kết hợp được đề xuất của chúng tôi trong việc chuyển đổi bản đồ suy giảm CT từ năng lượng photon CT hiệu quả 70 keV sang năng lượng photon PET 511 keV. Chúng tôi kết luận rằng việc sử dụng thông tin CT là một cách khả thi để có được các yếu tố sửa chữa suy giảm cho PET 3D.

Xạ trị điều biến cường độ (IMRT) đại diện cho một trong những tiến bộ kỹ thuật quan trọng nhất trong lĩnh vực xạ trị kể từ khi xuất hiện máy gia tốc tuyến tính y học. Nó cho phép thực hiện lâm sàng các phân phối liều hình dạng phiconvex có độ phù hợp cao. Mặc dù phức tạp nhưng phương pháp điều trị hứa hẹn này đang phát triển nhanh chóng trong cả môi trường học thuật và thực hành cộng đồng. Tuy nhiên, những tiến bộ này không đến mà không có rủi ro. IMRT không chỉ là một phần bổ sung vào quy trình xạ trị hiện tại; nó đại diện cho một hình thái mới đòi hỏi kiến thức về hình ảnh đa phương thức, độ không chắc chắn trong thiết lập và chuyển động của các cơ quan nội tạng, xác suất kiểm soát khối u, xác suất biến chứng mô bình thường, tính toán và tối ưu hóa liều ba chiều (3-D), và việc cung cấp chùm tia động với cường độ chùm không đồng nhất. Do đó, mục đích của báo cáo này là hướng dẫn và hỗ trợ bác sĩ vật lý y khoa lâm sàng trong việc phát triển và thực hiện một chương trình IMRT khả thi và an toàn. Phạm vi của chương trình IMRT khá rộng, bao gồm các hệ thống cung cấp IMRT dựa trên chùm tia đa lá, lập kế hoạch điều trị ngược dựa trên mục tiêu, và thực hiện lâm sàng IMRT với đảm bảo chất lượng theo từng bệnh nhân. Báo cáo này, mặc dù không quy định các quy trình cụ thể, cung cấp khuôn khổ và hướng dẫn để giúp các nhà vật lý xạ trị lâm sàng đưa ra những quyết định sáng suốt trong việc thực hiện một chương trình IMRT an toàn và hiệu quả tại các phòng khám của họ.