บทท 2 ทฤษฎพนฐาน

2.1 การฉายรงสเทคนคปรบความเขม

รงสรกษาเปนวธการรกษาโรคมะเรงทส าคญวธหนง รงสรกษาวธด งเดมจะอาศยภาพเอกซเรยในการก าหนดขอบเขตและทศทางล ารงสโดยอาศยความสมพนธระหวางต าแหนงของรอยโรคและกายวภาคของกระดก เมอมการพฒนาเอกซเรยคอมพวเตอร (computed tomography, CT) แพทยรงสรกษาจงเรมใชขอมลภาพถายรงสตดขวาง ในการวางแผนรงสรกษาโดยอาศยการใชเทคโนโลยในการสรางภาพสามมตและการจ าลองการฉายรงสเสมอนจรงในคอมพวเตอรทเรยกวา virtual simulation เพอใหไดทศทางและขอบเขตของล ารงสทจะฉายรงสใหผปวย โดยมเปาหมายเพอใหการฉายรงสบรเวณรอยโรคมความไดแมนย าขน ในขณะเดยวกนสามารถลดปรมาณรงสตออวยวะส าคญขางเคยง เรยกการฉายรงสโดยอาศยขอมลจากภาพเอกซเรยคอมพวเตอรในการวางแผนรงสรกษาวาการฉายรงสสามมต (Ling and Fuks, 1995)

การฉายรงสสามมตจะอาศยภาพถายทางรงส เชน ภาพเอกซเรยคอมพวเตอรและภาพถายคลนแมเหลกไฟฟา (MRI) ในการชวยวางแผนรงสรกษาค านวณปรมาณรงสและเพมความแมนย าในการฉายรงสไปยงบรเวณทมรอยโรค (gross tumor) และบรเวณทมความเสยงตอการลกลามของมะเรง (subclinical disease)

แมวาจะมภาพถายทางรงสหลากหลายตามทไดกลาวขางตน การฉายรงสสามมตยงมขอจ ากดบางประการ เชน ตองอาศยประสบการณของผวางแผนในการวางทศทางล ารงส ซงตองอาศยเวลาและความช านาญในการเปลยนทศทางล ารงส (beam configuration) การเปลยนปรมาณการใชลมปรบความเขมรงส (wedge) เพอใหการกระจายปรมาณรงส (dose distribution) เปนแบบทตองการ ซงหากประเมนแลวไมเหมาะสมจะตองมกลบไปวางแผนซ าและประเมนซ าจนกวาจะไดการกระจายรงสซงเปนทนาพอใจ เรยกการวางแผนดงกลาววา การวางแผนรงสรกษาแบบไปขางหนา (forward planning) ซงเปนวธทใชเวลาในการวางแผนคอนขางมาก นอกจากนยงไมสามารถก าหนดปรมาณรงสบรเวณรอยโรค บางต าแหนงเพอเลยงภาวะแทรกซอนตออวยวะส าคญขางเคยงไดแก รอยโรคทมลกษณะเปนรปรางโคงเวาลอมรอบอวยวะส าคญ เชน มะเรงหลงโพรงจมก ซงอยใกลเคยงกบตอมน าลาย ไขสนหลง และกานสมอง เปนตน รอยโรคทอยชดกบอวยวะส าคญหรอผปวยทเคยไดรบรงสรกษาแลว แตมความจ าเปนตองฉายรงสซ าในต าแหนงเดมซงอาจ

8

ท าใหอวยวะส าคญขางเคยงเกดภาวะแทรกซอนจากการฉายรงส การฉายรงสเทคนคปรบความเขม (intensity modulated radiation therapy, IMRT) เปน

เทคโนโลยของรงสรกษาทไดมการพฒนา ตอมาจากเทคนคการฉายรงสสามมต (3 dimensional conformal radiation therapy, 3D CRT) โดยมความกาวหนาในระบบการค านวณปรมาณรงส วางแผนการใหรงสทท าไดสมบรณแบบมากขน และมวตถประสงคทจะเพมผลการรกษาในกลมทมปญหาของการควบคมรอยโรคเฉพาะท โดยอาศยหลกการปรบความเขมของล ารงสตามความหนาบางของรอยโรคในแตละทศทางของล ารงส เพอใหเกดความเขมของรงสทแตกตางกน ซงในแตละล ารงส โดยจะแบงการกระจายรงสออกเปนพนทรงสขนาดเลก (beam segments) ในแตละล ารงสดวยซจ ากดล ารงส (multileaf collimator, MLC) การก าหนดความเขมปรมาณรงสโดยการค านวณจากเครองคอมพวเตอรวางแผนรงสรกษาดวยวธการวางแผนแบบยอนกลบ (inverse planning) ซงจะใหความเขมสงบรเวณทรอยโรคหนาและความเขมของรงสจะลดลงบรเวณทรอยโรคบาง ท าใหล ารงสในแตละทศทางมความเขมทแตกตางกน เมอน าความเขมของแตละทศทางมาค านวณปรมาณรงสรวมกน ดงนนการฉายรงสเทคนคปรบความเขมถกน ามาใชเพอตองการเพมปรมาณรงสสงขนในรอยโรค โดยการกระจายของรงสจะมความกระชบเขารปตามรปรางของรอยโรคมากขน และมความเขมของปรมาณรงสทผนแปรตามความหนารอยโรค เพยงพอตอการควบคมโรคและการกลบเปนซ าของโรค ขณะเดยวกนเนอเยอปกตและอวยวะส าคญขางเคยงไดรบปรมาณรงสในระดบต าทสด หรอระดบทสามารถทนตอรงสได เพอลดโอกาสเกดผลขางเคยงและอาการแทรกซอนของการไดปรมาณรงสทงในระยะเฉยบพลนและระยะยาว

รป 2.1 แสดงล ารงสยอย (beam segments) ในแตละล ารงสของการฉายรงสเทคนคปรบ

ความเขม (http://nucleus.iaea.org/HHW/MedicalPhysics/Radiotherapy/Treatmentplanning/IMRT/index.html)

9

รป 2.2 แสดงชดซจ ากดล ารงส (MLC)

(http://medphys365.blogspot.com/2012/04/multileaf-collimators.html)

2.2 การฉายรงสเทคนคปรบความเขมส าหรบผปวยมะเรงหลงโพรงจมก เนองจากกายวภาคของอวยวะบรเวณศรษะและล าคอมความซบซอน รอยโรคบรเวณน เชน

มะเรงหลงโพรงจมก มกจะอยใกลกบอวยวะส าคญไดแก ตอมน าลาย ไขสนหลง กานสมอง เปนตน ซงในการฉายรงสแบบดงเดม (conventional radiation therapy) และ 3D CRT ไมสามารถเลยงอวยวะดงกลาว ท าใหอาจเกดภาวะแทรกซอนระยะยาว เชน น าลายแหง (chronic xerostomia) หรอไมสามารถใหปรมาณรงสสงเพยงพอทจะท าลายเซลสมะเรงท าใหเกดการก าเรบเฉพาะท (local recurrent) และน าไปสการเสยชวตได การฉายรงสเทคนคปรบความเขมมขอไดเปรยบกวาการฉายรงส 3D CRT กลาวคอการกระจายปรมาณรงสครอบคลมและกระชบกบรอยโรค (dose conformity) ดขน ท าใหสามารถปองกนอวยวะส าคญขางเคยงได นอกจากนยงสามารถก าหนดความเขมในจดตาง ๆ ของกอนมะเรงใหไดรบปรมาณรงสตางๆ กน ซงเรยกวา dose painting หรอ simultaneous integrated boost (SIB) เพอใหปรมาณรงสตอรอยโรคไดสงขน (dose escalation)

อยางไรกตามขนตอนในการฉายรงสเทคนคปรบความเขม มความยงยากและใชทรพยากรมาก การเลอกใชในมะเรงทอยใกลอวยวะส าคญ เชน มะเรงหลงโพรงจมก ซงอยใกลไขสนหลงและประสาทตา หรอมะเรงศรษะและล าคอบรเวณอนซงตองฉายรงสบรเวณ ตอมน าเหลองทงหมด (whole neck radiation) และอาจมปรมาณรงสตกกระทบตอมน าลาย โรคมะเรงดงกลาวนจะไดประโยชนจากการฉายรงสเทคนคปรบความเขม

10

รกษาผปวยตามแผนรงสรกษา

ผปวย

ถายภาพทางรงส (imaging and registration)

CT simulation, image fusion

แพทยก าหนดขอบเขตรอยโรค บรเวณทมความเสยงตอการลกลามและ

อวยวะส าคญขางเคยง (target delineation)

แพทยและนกฟสกสการแพทย

วางล ารงสและก าหนดปรมาณรงส

คอมพวเตอรค านวณการกระจาย ปรมาณรงส

แพทยและนกฟสกสการแพทย

ประเมนผลการค านวณ (plan evaluation)

ไมยอมรบ

ยอมรบ

รป 2.3 แสดงกระบวนวางแผนการฉายรงสเทคนคปรบความเขม

11

2.2.1 การท าอปกรณยดตรงผปวยขณะฉายรงส (Patient immobilization) มะเรงบรเวณศรษะและล าคอเปนบรเวณทสามารถฉายรงสเทคนคปรบความเขมไดด

เนองจาก setup error และ organ motion มนอยมาก โดยผปวยจะไดรบการ immobilization ดวย thermoplastic mask ครอบคลมตงแตศรษะถงหวไหล และใช head rest ทเหมาะสมผปวยนอนราบแขน 2 ขางแนบล าตว (Lee et al., 2007) ตามรป

รป 2.4 ตวอยางเครองมอยดผปวย (immobilization device)

(http://www.chulacancer.net/newpage/education/IMRT-of-head-and-neck-cancer.html)

2.2.2 การถายภาพรงส (Image acquisition) หลงจากแพทยและผปวยตดสนใจรวมกนทจะใชการฉายรงสเทคนคปรบความเขมในการ

รกษาแลว ขนตอนตอไปคอการถายภาพรงสตดขวาง เมอไดภาพเอกซเรยคอมพวเตอรแลว จงน าขอมลภาพถายรงสตดขวางมาสรางภาพสามมต แพทยรงสรกษามหนาทก าหนดขอบเขตของรอยโรค โดยอาศยขอมลทางคลนกของผปวยมาชวยพจารณา ทงนอาจใชภาพถายรงสชนดอนเชน MRI, positron emission tomography (PET) มาประกอบในการตดสนใจ นอกจากนเทคโนโลยในการซอนทบภาพ (image fusion) ในคอมพวเตอรชวยใหแพทยตดสนใจไดดขนวาบรเวณใดมความเสยงตอการลกลามของโรคมากหรอนอย

รป 2.5 แสดงการซอนทบภาพเอกซเรยคอมพวเตอร และPET ในผปวยรายเดยวกน ท าให เหนต าแหนงรอยโรคชดเจนขน

(http://www.chulacancer.net/newpage/education/IMRT-of-head-and-neck-cancer.html)

12

2.2.3 การก าหนดขอบเขตของเปาหมายในมะเรงศรษะและล าคอ (Target volume definition)

International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) รายงานท 50 แบง target volume เปน 3 ขอบเขต ไดแก

- Gross tumor volume (GTV) ไดแก กอนมะเรงซงสามารถเหนหรอตรวจไดจากการตรวจรางกายและถายภาพทางรงสซงอาจแบงไดเปน GTV-primary (GTV-P) คอ กอนมะเรงปฐมภม และ GTV-lymph node (GTV-N) ไดแก ตอมน าเหลองทตรวจไดวามการลกลามทงนขนกบเกณฑในการวนจฉยทางรงส

- Clinical target volume (CTV) ไดแก การเพมขอบเขตของ GTV-primary เพอครอบคลม microscopic tumor spread ซงไม สามารถมองเหนหรอตรวจไดดวยภาพถายทางรงสเรยกวา CTV-primary (CTV-P) นอกจากนยงหมายรวมถงตอมน าเหลองทมความเสยงตอ การลกลามของมะเรง (subclinical spread) เรยกวา CTV-lymph node (CTV-N)

- Planning target volume (PTV) ไดแกการเพมขอบเขตของ CTV และ/หรอ GTV เพอครอบคลมความเปลยนแปลงของขนาด รปรางและต าแหนง ซงเกดจากการเคลอนไหวของอวยวะ เชน รอยโรคทเคลอนตามหายใจ เปนตน ซง ICRU รายงานท 62 เรยกการเพมขอบเขตของ CTV เพอชดเชยการเคลอนไหวของ CTV นวา internal margin (IM) นอกจากน PTV ยงครอบคลมความไมแนนอนของการจดทาผปวยในระหวางวน (setup error) และความไมแนนอนจากเครองฉายรงส เรยกวา setup margin (SM) ICRU รายงานท 62 ก าหนดให internal target volume (ITV) เทากบ CTV+IM ในขณะท PTV เทากบ CTV+IM+SM โดยปกต GTV และ CTV มกจะเคลอนทอยในขอบเขตของ PTV และการเปดขอบเขตของล ารงส (beam aperture) ตองค านงถงพลงงานของรงสและความกวางของ penumbra ของล ารงสนน ๆ เพอใหการกระจายปรมาณรงสครอบคลม PTV จรง ๆ และ ICRU เรยกขอบเขตซงแพทยรงสรกษาสงการรกษา (isodose surface prescription) เชน สงการรกษาท 95 เปอรเซนต isodose line ซงครอบคลม PTV วา treated volume ในขณะทเรยกขอบเขตซงปรมาณรงสครอบคลมอวยวะส าคญวา irradiated volume

ส าหรบอวยวะส าคญขางเคยงทมความเสยงจากการฉายรงสเรยกวา organ at risk (OAR) ในมะเรงศรษะและล าคอ ไดแก ตอมน าลาย ไขสนหลง กานสมอง เปนตน

ICRU รายงานท 62 ก าหนดใหเพมขอบเขตอนเกดจากการเคลอนไหวของอวยวะส าคญนนๆดวยเรยกวา planning organ at risk volume (PRV)

13

ก. ข. ก. ข.

รป 2.6 แสดงการก าหนดปรมาตรเปาหมาย ก) ICRU รายงานท 50 ข) ICRU รายงานท 62

2.2.4 การสงปรมาณรงส (Prescription dose) ในการสงการรกษาดวยรงส (prescription dose) สามารถแบงปรมาณรงสตามความเสยง

ของการก าเรบของรอยโรค โดยทวไปสามารถแบงได 3 ระดบ (ชวลต เลศบษยานกล, 2551) กลาวคอ

- PTV-high risk (PTV-HR) ไดแก GTV-P และ GTV-N ไดรบปรมาณรงส 66-70 เกรย - PTV-intermediate risk (PTV-IR) ไดแก CTV-P และ CTV-N ซงรวมบรเวณทเปน

PTV-high risk อยดวย ใหไดรบปรมาณรงส 60-63 เกรย - PTV-low risk (PTV-LR) ไดแก elective nodal irradiation ใหถอเอาตอมน าเหลองกลม

ทมความเสยงตอการลกลามของมะเรง มากกวา 5% ใหไดรบปรมาณรงส 50-54 เกรย การสงการรกษามกจะสงรกษาตาม PTV ซงไดแก CTV และขอบเขตเพมเตมจาก set up

error และ internal organ motionโดยขอบเขตเพมเตมใหพจารณาจากต าแหนงของ CTV เชน ลน และกลองเสยง มการเคลอนทเมอผปวยกลนน าลาย เปนตน ส าหรบ setup error นนขนอยกบความพถพถนของเจาหนาทรงสรกษา และอปกรณ immobilization ซงมคลาดเคลอนประมาณ 5 มลลเมตร (Naiyanet et al., 2007)

เนองจากขอจ ากดของการฉายรงสแบบดงเดม หรอแมแตการฉายรงสสามมตซงไมสามารถใหการกระจายปรมาณรงสทเขารปกบรปรางรอยโรคท าใหมการพฒนาการฉายรงสเทคนคปรบความเขม ทใหการกระจายรงสครอบคลมและเขารปมากขน ท าใหสามารถสงปรมาณรงสตอ PTV ไดสงขนและลดปรมาณรงสตออวยวะปกต โดยมการน าการฉายรงสเทคนคปรบความเขม มาใชหลายวธเชนใชเทคนคนตลอดระยะเวลาการฉายรงส แตอาศยขอไดเปรยบเทคนครงสปรบ ความเขมในการก าหนดความเขมของล ารงสแบงฉายบรเวณตางๆ ของ PTV-HR, PTV-IR, PTV-LR

14

ใหไดรบปรมาณรงสตางๆ กน ในแผนการรกษาเดยวกนเรยกวา การระบายปรมาณรงส (dose painting technique) หรอ simultaneous integrated boost (SIB) ขอดของวธนคอนกฟสกสการแพทยใชเวลาในการวางแผนการรกษาและการวดปรมาณรงสกอนการรกษาเพยงครงเดยว และอาศยความแตกตางของ radiobiology ในการก าหนดปรมาณรงสรวม (total dose) และปรมาณรงสทฉายในแตละวน (dose/fraction) ตอ PTV หนง ๆ 2.3 การวางแผนรงสรกษายอนกลบ (Inverse planning)

การวางแผนรงสรกษาดวยแบบยอนหลง inverse planning การวางแผนรงสรกษาเรมจากความตองการทางคลนกของการรกษาทงในรอยโรคและอวยวะส าคญขางเคยง โดยจะตองก าหนดปรมาณรงสและบรเวณทตองการใหมการกระจายของรงสตามทตองการแลวระบบจะก าหนดจดตางๆ ทจะค านวณแลวเรมการค านวณและปรบแตงไปเรอยๆ โดยจะตองคนหาพารามเตอรตางๆในการรกษาใหไดผลออกมาใกลเคยงกบความตองการ โดยปรมาณรงสทมความเขมตางๆ กนในแตละล ารงสโดยใชล ารงสจากหลายทศทางเพอใหไดการกระจายปรมาณรงสตามทแพทยตองการ โดยขอมลจากแผนการฉายรงสสามารถสงตรงผานระบบเครอขายไปยงเครองฉายรงสและสามารถควบคมการปดเปดของซจ ากดล ารงส ซงอยทหวเครองฉายรงสไดโดยอตโนมตเพอใหไดล ารงสทมความเขมเชนเดยวกบทค านวณได

การฉายรงสเทคนคปรบความเขม ขนตอนในการท า forward planning จะถกทดแทนดวยเครองคอมพวเตอร โดยแพทยรงสรกษาจะเปนผก าหนดปรมาณรงสรอยโรคหรอปรมาตรเปาหมายและอวยวะส าคญขางเคยงเรยกวา dose constraint ตวอยางเชนก าหนดใหกอนมะเรงหลงโพรงจมกไดรบปรมาณรงส 70 เกรย (Gy) โดยใหไขสนหลงไดรบปรมาณรงสสงสดไมเกน 45 เกรย และตอมน าลายไดรบปรมาณรงสเฉลยไมเกน 26 เกรย เปนตน และเรยงล าดบความส าคญของแตละปรมาตรเพอใหคอมพวเตอรค านวณความเขมของปรมาณรงสในแตละล ารงส คาตวแปรใน dose constraintจะเปนขอมลทนกฟสกสการแพทยใชสอสารกบคอมพวเตอรเพอใหคอมพวเตอรน าขอมลนไปเขาสมการทางคณตศาสตร (objective function) เพอใหไดความเขมของรงสทเหมาะสม (optimal fluence) ในแตละล ารงส

15

รป 2.7 กระบวนการค านวณปรมาณรงสทเหมาะสม (optimization)

2.3.1 การก าหนดคาปรมาณรงสและ dose constraint การก าหนดปรมาณรงสและปรมาณรงสตอปรมาตรหนง ๆ ของรอยโรค และอวยวะส าคญ

ขางเคยงเปนขนตอนส าคญในการสงใหเครองคอมพวเตอรค านวณความเขมของล ารงส (dose fluence) โดยสามารถแบงชนดของปรมาตรทสนใจไดดงน (ชวลต เลศบษยานกล, 2551)

2.3.1.1 รอยโรค แบงเปน PTV-HR, PTV-IR และ PTV-LR การก าหนดปรมาณรงสตอPTV มกจะก าหนด

ปรมาณรงสต าสดและสงสด (Dmin และ Dmax) ทแตละ PTV จะไดรบโดยแนะน าใหก าหนดปรมาณรงสต าสดท prescribed dose และปรมาณรงสสงสดประมาณ 105-111% ของ prescribed dose

2.3.1.2 อวยวะส าคญขางเคยง (organ at risk) แบงออกตามการท างาน เปน 2 ชนด คอ - Serial organ คออวยวะทเมอมการสญเสยการท างานสวนใดสวนหนงจะท าใหอวยวะ

ทงหมดสญเสยการท างาน เชน ไขสนหลง เปนตน ปรมาณรงสสงสด (maximal dose) เปนจดส าคญ

Keep optimization result

Accept, save and exit

ก าหนด structures used in the optimization

ก าหนด leaf sequencer

Run optimization

ก าหนด dose constrains and penalties

Reset optimization result

Check status and results

16

ทพงระวงไมใหตกกระทบในอวยวะดงกลาว เพอปองกนไมใหเกดภาวะแทรกซอนระยะยาวตอผปวย ตวอยางเชน ปรมาณรงสสงสดตอไขสนหลงไมควรเกน 45 เกรย เปนตน

- Parallel organ คออวยวะทเมอมการสญเสยการท างาน สวนใดสวนหนงอวยวะนนยงสามารถท างานตอไปไดแตอาจมประสทธภาพลดลงเชน ตอมน าลาย เปนตน ปรมาณรงสตอปรมาตรหนง ๆ ของอวยวะนน เปนสงทท านายการสญเสยการท างานของอวยวะนน ตวอยางเชน ตอมน าลาย อยางนอย 50% ควรไดรบปรมาณรงสไมเกน 26 เกรย (V26 <50%) การก าหนด dose constraint ของอวยวะปกตขนอยกบชนดของอวยวะนน ๆ วาเปนแบบ serial หรอ parallel organ โดยพจารณาวาอวยวะนน ๆ อยใกล PTV มากนอยเทาใด และจะมโอกาสเกดภาวะแทรกซอนทมนยส าคญตอคณภาพชวตของผ ปวย อยางไรกตามการก าหนด dose constraint จะตองไมท าใหการกระจายปรมาณรงสตอ PTV แยลง ซงอาจมผลใหเกดการก าเรบของมะเรงได

ในระยะเรมตนแพทยรงสรกษาและนกฟสกสการแพทยจะตองเรยนรรวมกนในการก าหนด dose constraint และผลของการก าหนด dose constraint ตอการกระจายปรมาณรงส หลงจากเรยนรระยะหนงจะชวยใหสามารถก าหนดรปแบบของ dose constraint ตอมะเรงแตละชนดและแตละระยะโรคได ส าหรบการรกษามะเรงหลงโพรงจมกใชเทคนค simultaneous integrated boost ในการฉายรงส 33 ครงตาม protocol ของ Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) รายงานท 0225 (ตารางท 2.1 )

ตาราง 2.1 แสดงตวอยางปรมาณรงสของรอยโรค และปรมาณรงสจ ากดของอวยวะส าคญ

ขางเคยง (protocol RTOG 0225)

Target Prescription dose (เกรย) Organ at risk Dose constraints (เกรย) PTV-HR 70 Parotid ≤ 26 PTV-IR 59.4 Spinal cord ≤ 45 PTV-LR 54 Brain stem ≤ 54

การก าหนด dose constraint ในเครองวางแผนรงสรกษานกฟสกสการแพทย อาจตอง

ก าหนด dose constraint ใหดกวาสงทตองการเชน ก าหนดปรมาณรงสสงสด (Dmax) ของไขสนหลง เทากบ 40-42 เกรย เนองจากขนตอนการ optimization ในแตละเครองวางแผนรงสรกษามความ

17

เทยงตรงไมเทากน บางครงหลงจากการค านวณการเคลอนตวของซจ ากดล ารงส (leaf sequencing calculation) อาจไมไดปรมาณรงสอยางทตองการท าใหตองเสยเวลา optimization อกครงหนง นอกจากน การใหความส าคญ (weighting) ตอ PTV หรออวยวะส าคญขางเคยงในเครองวางแผนรงสรกษาตางบรษทกนอาจใหผลในการค านวณการกระจายรงสไมเทากน นกฟสกสการแพทยและแพทยรงสรกษาจะตองคอยๆ เรยนรและปรบเทคนคในการก าหนด dose constraint เพอใหไดแผนการรกษาทเหมาะสมในรอยโรคมะเรงชนดนน ๆ

2.3.2 การค านวณปรมาณรงส (Dose calculation model) การค านวณปรมาณรงสดวยเครองวางแผนรงสรกษาส าหรบงานวจยนเปนการค านวณแบบ

pencil beam (Bortfeld et al., 1993) ซงถอวาเปนการค านวณทมความแมนย าสงแบบหนง ผลลพธของการกระจายปรมาณรงสสามารถแสดงผลไดในทกระนาบสามมตซงเปนผลมาจากการค านวณดวย algorithm แบบสามมต เปนวธการรวมรงสปฐมภม (primary radiation) กบรงสกระเจง (scatter radiation) ทไดจากล ารงสทตกกระทบในปรมาตรตวกลางทสนใจ โดยรงสปฐมภมหมายถงรงสทเกดจากแหลงก าเนด (radiation source) และเดนทางมายงจดทค านวณหรอจดทสนใจโดยไมเกดอนตรกรยาใดๆกบตวกลางระหวางเดนทาง ในสวนของรงสกระเจงคอรงสทเดนทางไปยงจดทสนใจโดยทางออมผานการเกดอนตรกรยากบตวกลางระหวางทเดนทางผาน ในความเปนจรงจะพบรงสกระเจงทซบซอนมากกวานเนองจากล ารงสทใชมลกษณะพลงงานเปน spectrum คอประกอบดวยพลงงานหลายคามากนอยแตกตางกนในแตละชนดของรงส และสามารถกระเจงเขาหาจดทสนใจไดจากหลายทศทางรอบจดนน ดงนนปรมาณรงสและการกระจายปรมาณรงสทค านวณไดในรางกายผปวยจงตองใชการค านวณอยางซบซอน ใชทรพยากรระบบของเครองวางแผนรงสรกษามาก ทงนความถกตองของการค านวณยงขนอยกบเวลา กลาวคอหากตองการความแมนย าสงตองใชเวลาในการค านวณมาก หากใชเวลาในการค านวณนอยความแมนย ากอาจนอยลงไดเชนกน

การกระจายพลงงานเนองจากการกระเจงของรงสในตวกลาง (pattern of spread of energy) นยามเปนคา kernel ปรมาณรงสทจดสนใจจะเปนผลของ kernel รอบๆจดทสนใจนน โดยสามารถเขยนเปนสมการปรมาณรงสทจดสนใจ ดงสมการ 2.1

dxdy)yy,xx(w)y,x(F ),y,x(dD )d,y,x(D ppii

ipprregi

1

(2.1)

18

)d,y,x(D = ปรมาณรงสทจดสนใจ D’i (d) = depth dose profile Ψ(x,y) = energy fluence of the specific accelerator F (x,y) = transmission factor of the beam modifying มคาตงแต 0-1 Wi (x,y) = the pencil beam kernel ค านวณไดจาก Monte-Carlo calculation โดยทวไป kernel ทแตละจด ในตวกลางเนอเยอสม าเสมอ ทมารวมตวกนเพอเกดเปน

ปรมาณรงส )d,y,x(D จะมคาเทากน ลกษณะเชนนเรยกวา invariant การค านวณลกษณะนเรยกวาวธ convolution สวนการค านวณปรมาณรงสในตวกลางทมความหนาแนนไมสม าเสมอเชนรางกายผปวย primary fluence จะมคาเปลยนแปลงไปตามลกษณะตวกลาง เชนเดยวกบ kernel ทเกดจากการกระเจงของรงสพลงงานทแตกตางกนในตวกลางทมความหนาแนนแตกตางกน การค านวณวธนเรยกวา superposition

2.3.3 อลกอรธมการปรบความเขมของล ารงส (Optimization algorithm) การปรบแตงความเขมของล ารงส เพอใหไดผลลพธการกระจายปรมาณรงสตาม

วตถประสงคทก าหนดไว หมายถงการหาความเขมของล ารงสทเหมาะสม ส าหรบเครองวางแผนรงสรกษาทใชในงานวจยน (Siements, 2006) มวธการหาคาตามสมการ 2.2

2

1

)D)X(D(PL P

iii

N

i

(2.2)

L = ความสมพนธของวตถประสงคและผลลพธ (objective function)

N = จ านวนของ voxel )X(D i

= ปรมาณรงสทค านวณไดใน voxel ท i P

iD = ปรมาณรงสวตถประสงคทก าหนดไวใน voxel ท i Pi = ระดบความส าคญของอวยวะทสนใจ

การปรบแตงเพอหาความเขมของล ารงสทเหมาะสมจะมลกษณะทท าแบบวนกลบ จนกวา

จะไดตามวตถประสงคหรอความแตกตางของ L และ L+1 ในสมการ 2.2 มคานอยกวา 0.1% หรอจนกวาจ านวนการวนกลบถงจ านวนทก าหนดไวเชน 99 ครง ตอจากการปรบแตงความเขมล ารงส เปนการประเมนแผนรงสรกษาโดยดจากการกระจายปรมาณรงสกราฟ dose volume histogram

19

หรอคาเชงสถตของปรมาณรงส (dose statistics) บางครง optimal fluence ทไดจากการค านวณในขนตอน inverse planning ไมสามารถทจะน ามาฉายรงสไดจรง เนองจากขอจ ากดของการเคลอนทของซจ ากดล ารงส จงตองมการท า leaf sequencing เพอชวยค านวณต าแหนงและการเคลอนทของ ซจ ากดล ารงสเพอใหไดพนทการฉายรงส และเวลาในการฉายรงส ผลลพธจากการค านวณ leaf sequencing นคอความเขมของล ารงสจรง (actual fluence) ซงจะน าไปค านวณการกระจายปรมาณรงสและกราฟแสดงความสมพนธระหวางปรมาณรงสตอรอยโรคและอวยวะส าคญขางเคยง

2.3.4 เครองมอประเมนแผนรงสรกษา แผนรงสรกษาทกแผนยอมมวตถประสงคเพอใหปรมาณรงสกระจายตวครอบคลม

สม าเสมอทรอยโรคหรอปรมาตรเปาหมายและหลกเลยงปรมาณรงสทอวยวะส าคญขางเคยงอยางไรกตาม ในการประเมนแผนรงสรกษาตองมเครองมอทสามารถแสดงถงคณภาพของแผนรงสรกษาทเขาใจงาย ชวยในการตดสนใจส าหรบผวางแผนและแพทยรงสรกษา อกทงยงมประโยชนในแงการเปรยบเทยบแผนรงสรกษาของการฉายรงสทเทคนคแตกตางกน เครองมอประเมนแผนรงสรกษาไดแก

2.3.4.1 แผนภาพการกระจายปรมาณรงส (Isodose distribution) ดวยความกาวหนาของเทคโนโลยการสรางภาพท าใหการประเมนและเปรยบเทยบแผนการ

รกษามประสทธภาพมากขน วธหนงทนยมกนอยางแพรหลายในการแสดงการกระจายปรมาณรงสแบบสองมต คอแผนภาพการกระจายปรมาณรงสลงบนภาพกายวภาคบนระนาบตางๆ เชน transverse, sagittal หรอ coronal ดงรป 2.8 โดยทวไปการกระจายปรมาณรงสมกจะแสดงดวยรป แบบของเสนปรมาณรงสซงไมไดแสดงคาปรมาณรงสเปนตวเลข แผนภาพการกระจายปรมาณรงสอาจจะท าใหดงายขนดวยการระบายสลงบนแผนภาพซงแตละปรมาณรงสกจะแสดงดวยส ทแตกตางกน

รป 2.8 แผนภาพการกระจายปรมาณรงสบนภาพกายวภาคบนระนาบตาง ๆ

(หนวยรงสรกษาและมะเรงวทยา ม. เชยงใหม, 2012)

20

2.3.4.2 กราฟปรมาณรงส (Dose volume histogram, DVH) Dose volume histogram (DVH) คอ กราฟแสดงความสมพนธระหวางปรมาณรงสและ

ความถปรมาตรเนอเยอทไดรบปรมาณรงสนน dose volume histogram เปนเครองมอทใชประเมนแผนการรกษาในการวางแผนรงสรกษาแบบสามมตทไดรบความนยมมากทสด ซง dose volume histogram จะสรปขอมลปรมาณรงสของแตละบรเวณทสนใจลงในกราฟเดยวกน โดยทวไป DVH จะแบงเปน differential DVH และ cumulative DVH (Podgorsak and Hendry, 2005)

Differential DVH จะแสดงเสนกราฟของปรมาตรทไดรบรงสในแตละปรมาณรงสตงแตปรมาณรงสต าสดจนถงสงสด แสดงดงรป 2.9 ส าหรบ cumulative DVH จะแสดงเสนกราฟของปรมาตรของ VOI ทไดรบปรมาณรงสทระบหรอสงกวา ในความเปนจรง cumulative DVH จะไมมลกษณะของกราฟแทงเลย แตจะเปนกราฟเสนตอเนองซงแสดงการกระจายความถของ volume กบปรมาณรงสต าสดทปรมาตรไดรบ แสดงดงรป 2.10 cumulative DVH จะมประโยชนและใชกนโดยทวไปมากกวา differential DVH

เมอใช dose volume histogram ในการเปรยบเทยบแผนการรกษา บอยครงท dose volume histogram ของแผนการรกษาทน ามาเปรยบเทยบกนนนจะมการตดกนอยางนอย 1 จด ท าใหยากในการตดสนใจวา dose volume histogram ของแผนการรกษาใดดกวากน จงมความจ าเปนในการใชการวเคราะหทแสดงคาเปนตวเลขแทน

(ก) (ข) รป 2.9 แสดง differential DVH ของปรมาตรตาง ๆ (ก) รอยโรค (ข) อวยวะส าคญขางเคยง

(Podgorsak and Hendry, 2005)

21

รป 2.10 แสดง cumulative DVH ของปรมาตรรอยโรคและอวยวะส าคญขางเคยง (หนวยรงสรกษาและมะเรงวทยา ม. เชยงใหม, 2012)

2.3.4.3 คาเชงสถตของปรมาณรงส (Dose statistics) Dose statistics หรอคาเชงสถตของปรมาณรงส จะแสดงคาของปรมาตรเปาหมายหรอ

อวยวะส าคญขางเคยงทไดรบรงส และปรมาณรงสทปรมาตรใด ๆ ไดรบจากปรมาณรงสทปรมาตรแตละ voxel ในอวยวะไดรบจะสามารถค านวณคาเชงสถตของปรมาณรงสตางๆ ได ดงน

- ปรมาณรงสต าสดในปรมาตร (minimum dose, Dmin) - ปรมาณรงสสงสดในปรมาตร (maximum dose, Dmax) - ปรมาณรงสเฉลยในปรมาตร (mean dose, Dmean) - ปรมาณรงสท 95 เปอรเซนตของปรมาตรไดรบ (D95)

รป 2.11 ตวอยางแสดงตารางคาเชงสถตของปรมาณรงส (dose statistic)

(หนวยรงสรกษาและมะเรงวทยา ม. เชยงใหม, 2012)

22

2.3.4.4 คาดชนความเขารป (Conformity index) คาดชนความเขารป (conformity index, CI) คอคาดชนทบอกความเขารปของปรมาณรงสท

แพทยรงสรกษาก าหนดกบเปาหมาย โดยคาดชนความเขารปทดควรมคาเทากบ 1 หรอเขาใกลมากทสด คาดชนความเขารปถอเปนเครองมอทใชประเมนคณภาพของแผนรงสรกษาอยางหนงทสามารถบอกระดบของแผนรงสรกษาวามประสทธภาพเพยงใดหรอใชเปรยบเทยบแผนรงสรกษากบเทคนคอนทแตกตางกน คาดชนความเขารป ประเมนคณภาพของแผนรงสรกษาจะหาไดจากสมการ 2-3 (Loic et al., 2006)

Conformity index = TVRI (2-3) TV เมอ TVRI = ปรมาตรของอวยวะทครอบคลมดวยเสนปรมาณรงสทก าหนด TV = ปรมาตรทงหมดของอวยวะเปาหมายทสนใจ

2.3.4.5 คาดชนความสม าเสมอ (Homogeneity index) คาดชนความสม าเสมอ (homogeneity index, HI) คอคาดชนแสดงลกษณะการกระจาย

ปรมาณรงสในปรมาตรเปาหมาย (target volume) ซงควรมการกระจายปรมาณรงสทสม าเสมอ โดยพจารณาจากปรมาณรงสท 5 เปอรเซนตของปรมาตรเปาหมายไดรบกบคาปรมาณรงส ท 95 เปอรเซนตของปรมาตรเปาหมายไดรบ (Sheng et al., 2007)โดยคาดชนความสม าเสมอมคานอยแสดงการกระจายรงสสม าเสมอทด (Lee et al., 2008)

Homogeneity index = D5 (2-4)

D95 เมอ D5 = ปรมาณรงสท 5 เปอรเซนตของปรมาตรเปาหมายไดรบ D95 = ปรมาณรงสท 95 เปอรเซนตของปรมาตรเปาหมายไดรบ