Kontinuální sledování polohy prostaty během radioterapie (KIM Gating)

Rakovina prostaty nyní představuje jednu třetinu všech nových diagnóz rakoviny u mužů a přibližně 30 % mužů bude mít jako primární lokální terapii externí radioterapii. Pohyb prostaty při radioterapii lze rozdělit na interfrakční a intrafrakční pohyb. Interfrakční pohyb byl dobře zaveden a byl z velké části překonán každodenní online verifikací obrazu buď pomocí ultrazvuku, online CT nebo implantovaných referenčních markerů, avšak pohyb během paprsku záření na čas (intrafrakční pohyb) není korigován a může být příčinou významných chyb při dodání dávky záření.

Intrafrakční pohyb: Pohyb prostaty po počátečním nastavení léčby se nazývá intrafrakční pohyb. Odhady velikosti a frekvence tohoto pohybu byly zpočátku prováděny pomocí kontinuálního zobrazování magnetickou rezonancí (MR). Padhani et al uvedli, že 16 % pacientů mělo > 5 mm předozadní pohyb při zobrazení po dobu 7 minut s podobnými výsledky hlášenými v následných studiích MR filmu. Pohyb intrafrakce může být sekundární k pohybu orgánů, jako je plnění močového měchýře, dýchání nebo pohyb rektálních plynů, nebo může být způsobeno fyzickým pohybem pacienta. Díky dostupnosti sledování prostaty v reálném čase jsou k dispozici klinická data pro kvantifikaci velikosti a frekvence pohybu. Dřívější zpráva od Kupeliana et al. používající kontinuální určování polohy radiotranspondérem7 popisovala 41 % frakcí s > 3 mm pohybu a 15 % > 5 mm pohybu po dobu > 30 sekund. Bylo zaznamenáno, že riziko pohybu se zvyšuje s delší dobou léčby.

Naše vlastní data využívající offline autosegmentaci polohy fiduciálního markeru u 10 pacientů ukázala 38 % frakcí > 1 mm, 4,7 % frakcí > 3 mm a 1,7 % frakcí > 5 mm okamžitě během podávání léčby přibližně 2,5 minuty 8.

Význam korekce pro pohyb:

Pokud je dávka záření přepočítána pro každou jednotlivou frakci a upravena pro intrafrakční pohyb, je možné odhadnout skutečnou dávku dodanou do cíle a porovnat ji s požadovanou dávkou. Toto srovnání poskytuje robustní model potenciálního přínosu pro sledování v reálném čase a přizpůsobení pohybu. Přehled kilovoltážního intrafrakčního monitorování (KIM): Kilovoltážní intrafrakční monitorování je nová modalita lokalizace nádoru v reálném čase. Zahrnuje jeden kV rentgenový zobrazovač namontovaný na portále (který je široce dostupný na většině linaků), který získává 2D projekce implantovaných referenčních markerů. Jak se léčebný portál během léčby otáčí kolem pacienta, kV imager získává 2D projekce prostaty. Základní značky jsou segmentovány pomocí vlastního softwarového balíku. 3D pozice jsou určeny pomocí maximálního odhadu pravděpodobnosti (MLE) 3D hustoty pravděpodobnosti.

V předchozí práci (Ng et al, 2012) jsme použili metodu KIM s offline segmentací pro výpočet 3D trajektorie prostaty po léčbě. V této studii využíváme online segmentaci markerů, abychom umožnili vytvoření živé trajektorie během aplikace léčby s dobou zpracování kratší než 1 sekunda. S trajektoriemi přibližně v reálném čase jsme schopni ohraničit dodávku tak, abychom maximalizovali dávku do nádoru, nebo sledovat pohyb prostaty pomocí Multi-Leaf Collimators (MLC). Posledně jmenovaný zahrnuje komplexní interakci se systémem dodávání paprsku a není součástí této studie. Léčbu lze hradit na základě předem nastavené tolerance. S využitím našich dřívějších dat jsme modelovali několik kritérií hradlování 3mm/5s, 3mm/10s a 3mm/15s na základě odchylek podél jednotlivých os a také radiální odchylky. U 10 pacientů se ukázalo, že tolerance 3 mm/5 s je účinná, zavádí pouze 24 vtokových událostí (z 268 ošetření) a je bezpečná, s nejmenší dobou pro exkurzi (5 s).

Metoda KIM přináší pacientovi extra dávku záření přibližně 65 mSv na léčbu lokalizovanou v prostatě 8. Standardní léčebné dávky pro radioterapii prostaty jsou 80 Gy. Množství zobrazovací dávky bude záviset na velikosti zobrazovacího pole, snímkové frekvenci získaných snímků, velikosti léčebného pole, použité kV energii a způsobu aplikace léčby (Volumetric Modulated Arc Therapy [VMAT], Intensity Modulated Arc Therapy [IMRT], Stereotaktický Boost Radioterapie [SBRT]).9 Zobrazovací dávku z naší předchozí studie 8 minimalizujeme:

• zmenšení velikosti pole tak, aby zahrnovalo pouze referenční značky a malou rezervu na pacienta tak, aby zobrazovací dávka byla dodána uvnitř léčebného objemu (očekávejte 20-40% úsporu dávky);
• kvalita paprsku je maximalizována na 125 kV;
• rozměry pacientů jsou omezené, protože větší pacienti vytvářejí více rozptýleného záření (které snižuje kvalitu obrazu) a absorbují více záření. To v kombinaci s velikostí léčebného pole, jak je uvedeno níže, nám může umožnit použít nižší snímkovou frekvenci pro získávání obrazu, z 10 snímků za sekundu na 5 snímků za sekundu, což bude mít úměrný účinek na dávku;
• pacienti s uzlovými oblastmi pro léčbu jsou vyloučeni, protože léčebná pole jsou větší a to snižuje kvalitu obrazu. Vyloučením těchto větších pacientů můžeme použít snímkování 5 snímků za sekundu namísto 10 snímků za sekundu v kombinaci s rozměrem pacienta, jak je uvedeno výše;
• Ukázalo se, že VMAT vyžaduje kratší dobu léčby než podávání IMRT a ukázalo se, že SBRT vyžaduje méně celkového času než konvenční frakcionace (kde je celková doba léčby úměrná dávce zobrazované). Očekáváme snížení dávky u protokolu VMAT-SBRT ve srovnání s VMAT o 20–40 %.

Společně se zobrazovací dávkou musíme zvážit a zvážit zisky z intrafrakčního monitorování a hradlové léčby. Mezi tyto přínosy patří zlepšení přesnosti podané dávky, takže plánovaná léčebná dávka je do nádoru aplikována efektivně, a geometrická přesnost, která by umožnila snížení bezpečnostní rezervy zavedené pro kompenzaci léčby. Prokázali jsme signifikantní zlepšení v dávce nádoru z 60 % na 95 % zamýšlené distribuce dávky pomocí hradlování s tolerancí 3 mm/5s, jak je znázorněno na obrázku 1.

Ověření přesnosti klinické dynamické lokalizace KIM pomocí kV/MV triangulace:

Aby bylo možné vyhodnotit přesnost dynamické lokalizace metody KIM, lze 3D polohy určené KIM porovnat s triangulací kV/MV. kV/MV triangulace. Triangulace poskytuje nezávislé měření umístění prostaty.

Protokol analýzy režimu a důsledků selhání (FMEA) a zajištění kvality (QA) Byla provedena FMEA, která identifikuje potenciální režimy selhání v rámci dalšího pracovního postupu KIM. Standardní pracovní postup zavedl opatření pro zajištění kvality. Všechny způsoby selhání KIM byly v mnoha vrstvách zmírněny opatřeními pro zajištění kvality, jasným návrhem uživatelského rozhraní, jasným určením rolí personálu, vzděláváním personálu a kritérii vyloučení pro výběr pacientů.