Přizpůsobení plánů dozimetrie rakoviny hlavy a krku během léčby pomocí nového softwaru Cone-beam CT a softwaru řízeného AI

Tato studie se zaměřuje na úpravu plánu léčby zobrazováním a radioterapií u pacientů s rakovinou hlavy a krku pomocí vysoce výkonného systému navádění obrazu CT s kuželovým paprskem (CBCT) (HyperSight) a adaptivního plánovacího softwaru řízeného umělou inteligencí. Zobrazovací systém HyperSight je připravovanou součástí platformy léčby radiační terapie (RT), nazývané Ethos (Varian Medical Systems).

RT se používá k léčbě přibližně 75 % všech nádorů hlavy a krku (H&N) s kurativním nebo paliativním záměrem. Externí radiační terapie se typicky dodává po dobu 5-7 týdnů v 25-35 denních ošetřeních (nebo "frakcích"). Obrazem řízená radioterapie (IGRT) je nyní standardem péče o zevní radioterapii. Během léčebného sezení IGRT se používá zobrazovací systém CBCT vestavěný do léčebné jednotky k pořízení 3D snímků anatomie pacienta bezprostředně před, a je-li to požadováno, v několika časových bodech během denní dodávky záření. CBCT obrazová data používá léčebný tým k pečlivému srovnání pacienta se snímky plánování léčby pomocí fan-beam CT (FBCT), které byly pořízeny 1-2 týdny před zahájením léčby a které byly použity k vytvoření dozimetrického plánu. která určuje denní dodávku záření. Ověření polohy pacienta a zarovnání se snímky plánování léčby zvyšuje přesnost dodání záření.

Denní zobrazování je zvláště důležité pro přesné nastavení pacientů léčených pro rakovinu hlavy a krku (H&N), protože tito pacienti často pociťují ztrátu hmotnosti a změny cílového objemu v průběhu léčby. Tyto změny objemu mohou změnit očekávanou distribuci dávek, protože rizikové orgány (OAR) migrují do oblastí s vysokou dávkou nebo se u cílových objemů vyvinou nehomogenity. Když léčebný tým zjistí, že změny objemu mají významný dopad na dodávku záření, mohou být pacienti posláni na druhou plánovací FBCT a nechat si vytvořit nový plán léčby pro zbytek léčby. Tento proces se nazývá offline přeplánování nebo offline adaptace. Radiační onkolog se musí rozhodnout, zda přerušit léčbu nebo pokračovat v původním léčebném plánu, dokud nebude vytvořen nový plán. V obou případech může mezi okamžikem, kdy je problém identifikován, a okamžikem, kdy je připraven k dodání nový plán, trvat několik dní. Offline přeplánování není pravidelně plánovanou součástí klinického pracovního postupu a způsobuje narušení rutinního zobrazování, konturování a plánovacích úkolů pro ostatní pacienty. Tyto úkoly musí být přesunuty stranou, aby se uvolnily potřebné zdroje k vytvoření nového plánu pro pacienta, který již dostává léčbu, a aby léčebný tým mohl začít s plněním nového plánu co nejdříve.

CBCT snímky pořízené vysoce výkonným zobrazovacím systémem HyperSight CBCT prokázaly přesnost Hounsfieldovy jednotky dostatečnou pro přesné dozimetrické výpočty ve fantomech. Tyto snímky lze proto potenciálně použít k plánování nebo přeplánování dodávky radiační léčby. Schopnost používat zobrazení, která je získána jako součást každodenního poskytování léčby pro přeplánování, by mohla snížit potřebu posílat pacienty na další snímkování a mohla by také zkrátit čas a zdroje potřebné k přeplánování poskytování léčby v polovině kurzu. To je velmi důležité pro kohortu pacientů, o kterých je již známo, že jsou zranitelní vůči potřebě přeplánování.

Kromě problémů spojených s přeplánováním v polovině léčby je dalším problémem, se kterým se běžně setkávají pacienti s H&N, přítomnost zobrazovacích artefaktů z kovových předmětů s vysokou hustotou v jejich ústní dutině, jako jsou zubní výplně a implantáty. Tyto artefakty mohou způsobit potíže při vizualizaci cílových objemů a OAR při plánování CT a také narušení výpočtu dávky, zejména u rakoviny v dutině ústní. Kovové artefakty mohou také způsobit významné snížení kvality CBCT obrazu, což omezuje užitečnost IGRT pro polohování pacienta.

Zobrazovací systém HyperSight CBCT zahrnuje několik hardwarových a softwarových změn, které mají potenciál poskytovat kvalitnější CBCT snímky, včetně vylepšené vizualizace změn objemu a vylepšené redukce kovových artefaktů.

S minimálním narušením pro zúčastněné pacienty tato studie umožní srovnání (i) pacientova plánování léčby FBCT a (ii) pacientova konvenčního CBCT na stávající léčebné jednotce (Truebeam CBCT) s (iii) CBCT snímky pacienta na systému HyperSight . Kvalita obrazu vysoce výkonného CBCT tak bude porovnána jak se standardem nejlepšího případu (FBCT), tak s konvenčním CBCT pro IGRT (Truebeam CBCT), aby bylo možné identifikovat potenciální zlepšení snímků HyperSight CBCT. Kvalita obrazu bude kvantifikována z hlediska poměru kontrastu k šumu (CNR), rozlišení, přesnosti Hounsfieldovy jednotky (HU) a redukce artefaktů se zaměřením na anatomii související s úlohou navádění obrazu. Kvalitativní hodnocení různých obrazových datových souborů bude také provedeno prostřednictvím zpětné vazby od více pozorovatelů (radiačních onkologů a radiačních terapeutů). Dávky záření na klíčové cíle a ohrožené orgány budou vypočteny z vysoce výkonných CBCT a porovnány s dávkami vypočítanými v léčebném plánu subjektu, aby se určila vhodnost CBCT snímků pro dozimetrické plánování RT. Budou také zkoumány různé scénáře přeplánování, aby se určilo potenciální zvýšení efektivity při použití zobrazovacího systému HyperSight CBCT pro přeplánování.

Soubory snímků (i) a (ii) výše jsou již pořízeny jako součást standardní péče o radiační léčbu. Dva další CBCT, odebrané v den pacientova plánování léčby FBCT a znovu v den, kdy pacienti dostanou svou 21. léčebnou frakci (přibližně dvě třetiny léčby), budou pro tuto studii získány od každého subjektu na zobrazovacím systému HyperSight CBCT. Ne každý pacient bude vyžadovat přeplánování v polovině léčby, ale na základě předchozích údajů z instituce, pokud je nutné přeplánování, by měly být indikace pro přeplánování zřejmé u většiny této populace v době, kdy budou 2/3 jejich léčby doručeno. Pokud ošetřující tým rozhodne, že pacient během léčby vyžaduje druhou plánovanou FBCT, bude pacientovi naplánována třetí CBCT HyperSight ve stejný den, kdy obdrží druhou plánovanou FBCT.

Plánování a poskytování radiační léčby se nezmění kvůli účasti pacientů v této studii. Pacienti budou dostávat radioterapii podle aktuálních postupů oddělení a na stávajících platformách oddělení lineárních urychlovačů. Rozhodnutí získat druhé plánovací CT a vytvořit nový plán střední léčby nebude ovlivněno účastí subjektu ve studii.

HyperSight CBCT získané v této studii umožní prozkoumat několik strategií přeplánování. Proces přeplánování uprostřed léčby lze simulovat pro všechny subjekty pomocí HyperSight CBCT získaného ve frakci 21. Efektivita načasování a pracovního toku může být vyhodnocena v těchto simulovaných procesech přeplánování a porovnána s institucionálními normami (např. průměrná doba od identifikace potřeby přeplánování do zahájení poskytování nového léčebného plánu). V podskupině subjektů studie, které vyžadují přeplánování jako součást své léčby, budou HyperSight CBCT získané v den druhého FBCT také použity k vytvoření léčebného plánu a dozimetrie přeplánování založeného na HyperSight CBCT bude být porovnán s dozimetrií přeplánování v polovině léčby vytvořené pro tyto subjekty pomocí současných offline metod přeplánování.

Kromě simulace současných offline metod přeplánování pomocí snímků HyperSight CBCT bude tato studie hodnotit online adaptivní pracovní postup, který je dostupný prostřednictvím systému Ethos Radiotherapy. Online adaptivní pracovní postup využívá nástroje pro konturování anatomické struktury založené na umělé inteligenci a nástroje pro optimalizaci plánu k úpravě denního poskytování radiační léčby. Namísto poskytování stejné léčby v každé frakci je plán léčby definovaný před zahájením léčby optimalizován na základě anatomie zachycené v CBCT získaném na začátku denní frakce. Nezávisle na pacientově klinickém léčebném plánu bude komponenta adaptivního plánování Ethos řízená AI použita k simulaci online adaptace léčebného plánu. Tato studie vyhodnotí potenciální dozimetrické přínosy každodenního online adaptivního plánování u rakoviny hlavy a krku a potenciál online adaptace ke snížení potřeby offline přeplánování. Čas a zdroje potřebné k implementaci online adaptivního pracovního postupu budou porovnány se standardním poskytováním IGRT.