Mới đây, các nhà khoa học đã phát triển thiết bị ứng dụng kỹ thuật xạ trị proton chính xác sử dụng synchrocyclotron siêu dẫn đến từng điểm chiếu bằng thuật toán phân phối lớp lặp. Với nguyên lý hoạt động đó, các nhà khoa học bắt đầu xác định một tham số mới về thời gian chuyển đổi (BST) trong tổng thời gian phân phối chùm tia (BDT) mà trước đây chưa từng được nghiên cứu.
Để phát triển kỹ thuật mới này, các nhà khoa học đã tiến hành các thử nghiệm và kế hoạch điều trị lâm sàng để điều tra từng tham số phân phối chùm tia ảnh hưởng đến BDT. Các tệp số liệu thu thập được phân tích hồi cứu để mô hình hóa định lượng thời gian chuyển đổi lớp năng lượng (ELST), thời gian chuyển đổi điểm (SSWT), thời gian tràn điểm (SSPT) và BST. Hiệu ứng tương tác cũng được đánh giá như một tác động về mặt lâm sàng bằng cách so sánh mô hình hệ thống phân phối mới này với mô hình máy gia tốc cyclotron thông thường.
Kỹ thuật quét chùm tia dạng bút chì (PBS) đã trở thành phương thức điều trị phổ biến trong lĩnh vực xạ trị proton hiện nay. So với liệu pháp proton tán xạ thụ động, kỹ thuật này cung cấp sự phân bố liều phù hợp cho mục tiêu và khả năng bảo vệ mô lành tốt hơn. Tuy nhiên, kỹ thuật PBS nhạy cảm với hiệu ứng tương tác giữa trình tự phân phối điểm proton và chuyển động do hô hấp. Hiện tượng này dẫn đến thiếu hoặc quá liều trong một số trường hợp ung thư phổi và gan. Các phương pháp tính liều 4D (chẳng hạn như phương pháp liều động 4D) thường được sử dụng để đánh giá hiệu ứng tương tác do hơi thở gây ra bằng cách đồng bộ hóa kiểu thở cụ thể của bệnh nhân với trình tự phân phối tại chỗ của máy proton. Để tính toán liều lượng 4D, điều quan trọng là phải hiểu cấu trúc của chùm tia và trình tự phân phối chùm tia. Do đó, mô hình dự đoán thời gian phân phối chùm tia (BDT) của hệ thống proton đóng vai trò chính để ước tính chính xác hiệu ứng tương tác thông qua tính toán và mô phỏng liều động 4D.
Thời gian chiếu tia của một trị liệu bằng proton là yếu tố rất quan trọng. Việc dự đoán chính xác về phương pháp điều trị BDT sẽ giúp ước tính số lượng bệnh nhân được điều trị hàng ngày, điều này rất quan trọng đối với hoạt động lâm sàng trong trị liệu bằng proton. Sự gia tăng nhu cầu về liệu pháp chùm tia proton trên toàn thế giới dẫn tới việc cần phải giảm chi phí đầu tư cho trung tâm trị liệu proton mới. Xu hướng trong liệu pháp proton đã hướng tới việc lắp đặt hệ thống trị liệu proton trong các phòng nhỏ hơn, gọn hơn và xa các trung tâm điều trị lớn. Các hệ thống giàn và máy gia tốc mới với diện tích nhỏ hơn đã được đưa vào thị trường. Những hệ thống nhỏ gọn này phù hợp với các cơ sở hiện có, đặc biệt quan trọng đối với số lượng bệnh viện bị giới hạn ở các thành phố. Một trong những hệ thống trị liệu bằng proton phổ biến là IBA ProteusONE® sử dụng một máy gia tốc synchrocyclotron siêu dẫn nhỏ gọn (S2C2). Kể từ khi ra mắt vào năm 2014, hệ thống trị liệu bằng proton mới này đã được hơn 20 cơ sở lắp đặt. Máy gia tốc mới này không chỉ tạo ra chùm tia cường độ cao duy nhất mà còn cung cấp điểm trong mỗi lớp năng lượng thông qua vụ nổ bức xạ. Cơ chế như vậy dẫn đến một tham số chùm tia mới: thời gian chuyển chùm tia (BST).
Sơ đồ trình tự phân phối của IBA ProteusONE®: a) Mẫu truyền qua ba vụ nổ bức xạ trên mỗi lớp năng lượng; b) Các hình chữ nhật là thời gian tràn và khoảng cách giữa chúng là thời gian chuyển đổi. Khoảng cách giữa các cụm liên tiếp thể hiện thời gian chuyển và khoảng cách giữa các lớp biểu thị thời gian chuyển đổi lớp; c) Ví dụ về thuật toán phân phối lớp lặp của IBA. Thuật toán này chia mỗi lớp năng lượng thông thường thành ba đợt bức xạ sao cho sai số trong tổng điện tích được phân phối tới mỗi điểm sẽ không vượt quá dung sai lâm sàng.
Từ các đánh giá thử nghiệm cho thấy, BST phụ thuộc vào lượng dữ liệu được truyền giữa hai đợt chiếu xạ liên tiếp, bao gồm dữ liệu chiếu xạ của đợt trước và dữ liệu lệnh cho hệ thống proton chiếu xạ đợt tiếp theo. Các trường điều trị lâm sàng cho thấy độ chính xác từng thành phần của BDT phù hợp giữa dữ liệu từ hệ thống và mô hình dự đoán BDT. Cụ thể hơn, sự khác biệt của ELST, SSWT, SSPT và BST lần lượt là (- 3,1 ± 5,7)%, (5,9 ± 3,9)%, (2,6 ± 8,7)% và (- 2,3 ± 5,3)%. Tổng BDT trung bình chênh lệch khoảng (2,1 ± 3,0)% so với các dữ liệu điều trị, cải thiện đáng kể so với dự đoán từ các hệ thống proton thương mại hiện nay (58 ± 15)%. So với hệ thống cyclotron thông thường, kỹ thuật từ synchrocyclotron đã giảm sự tác động lẫn nhau trong điều trị khối u di động.
Trình tự quét điểm của IBA ProteusONE®. Chùm proton quét từng điểm, từng dòng và khoảng cách ngắn hơn trong quá trình chuyển đổi dòng.
IBA ProteusONE® được trang bị giàn chiếu nhỏ gọn 220độ, synchrocyclotron siêu dẫn với đầu PBS chuyên dụng để quét điểm rời rạc. S2C2 này cung cấp chùm proton xung cường độ cao với tần số 1 kHz trong khi thời lượng chùm tia trong một xung là 7 µs. Đây là một thách thức kỹ thuật để đảm bảo đồng thời cả độ ổn định của chùm tia và hiệu quả phân phối liều lượng. Đối với chùm tia liên tục truyền thống, trình tự phân phối bức xạ là từng điểm và từng lớp.
Từ khóa: synchrocyclotron; cyclotron; xạ trị; proton;
– CMD&DND –
