Respirační adaptivní počítačová tomografie: Studie proveditelnosti Gated 4DCT v reálném čase pro radioterapii rakoviny plic (REACT)

Čtyřrozměrná počítačová tomografie (4DCT) je považována za standard péče o moderní techniky vysoce přesné stereotaktické ablativní radioterapie těla (SABR). Klinické 4DCT funguje tak, že synchronně získává řezy CT a data dýchání, když se pacient pohybuje rotujícím rentgenovým zobrazovačem. Řezy CT jsou roztříděny do 5-10 „fázových obrazů“ (střední výdech, vrchol-výdech, střední nádech, vrcholný nádech atd.) a spojeny dohromady tak, aby vytvořily 3D+dýcháním indukovaný pohyb nádoru/orgánu nebo „4D“. ' znázornění anatomie dýchání. Současnou osvědčenou praxí v radiační terapii je, aby lékaři prováděli manuální vymezení nebo „konturování“ plicních nádorů na jednom nebo více 4DCT fázových snímcích, aby bylo zajištěno správné pokrytí léčebným paprskem i přes dýchací pohyby. V přítomnosti nepravidelného dýchání dochází k nesouladu mezi řezy CT, které jsou ve stejné fázi dýchání, ale jsou zobrazeny v různých polohách na lehátku. Výsledkem je, že vytvořené obrazy trpí různými druhy diskontinuit včetně zkrácení, duplikace nebo překrývání. Yamamoto zjistil, že nepravidelné dýchání způsobilo alespoň jednu chybu > 4 mm v 90 % (45 z 50) skenů břišních a hrudních pacientů. Hlavním důsledkem chyb obrazu 4DCT je to, že mohou mezi různými 4D fázovými zásobníky nebo různými pozorovateli zavést nejistotu objemu a polohy nádoru až 30 %.

To může potenciálně snížit pravděpodobnost kontroly nádoru až o jednu třetinu a vést ke zbytečnému ozařování zdravé plicní tkáně, což přispívá k hlavním vedlejším účinkům omezujícím dávku, jako je radiační pneumonitida, která je symptomatická až u 30 % pacientů a smrtelná u 2 %. Navrhovaným řešením je Real-Time Gated 4DCT využívající prospektivní vrátkování pravidelnosti, které bude poprvé implementováno u pacientů s rakovinou plic.

Metoda Real-Time Gated 4DCT detekuje a poté pozastaví paprsek CT během nepravidelného dýchání. Budeme analyzovat dechový vzor pacienta, abychom mohli prospektivně získat bránu v reálném čase. 4DCT s bránou v reálném čase zajišťuje, že rentgenový zobrazovač je zapnut pouze při pravidelném dýchání; jinak se skenování pozastaví. V předchozích studiích byly prokázány přínosy hradlování 4DCT skenu pro pacienta:

• snížení chyb dechového pohybu o 50 %
• snížení zobrazovací dávky. Vymezení nádorů a orgánů při CT vyšetřeních je prvním krokem na cestě radiační terapie pacienta s rakovinou plic. Přesné vymezení je stěžejní pro výsledky pacientů, protože chyby se šíří během léčby a mohou vést k tomu, že dávka záření chybí části nádoru nebo zbytečně ozařují zdravou tkáň nebo orgány. Bohužel nejdůležitější zobrazovací modalita používaná pro vymezení karcinomu plic, 4DCT, je náchylná k chybám. Radiační onkologové (RO) čelí obrovské výzvě a jsou povinni určit nádory, když 90 % klinických skenů trpí závažnými chybami zobrazení. Tyto chyby zatemňují skutečnou polohu/tvar nádoru a snižují šanci na kontrolu nádoru až o jednu třetinu.

Hlavním viníkem zobrazovacích chyb je nepravidelné dýchání: tj. přirozené odchylky dýchání, které jsou u pacientů s rakovinou plic zvýšené, ale klinické skenery je nezohledňují. Bylo navrženo řešení tohoto problému, kterým je hradlování CT skeneru (t.j. pozastavení paprsku), kdykoli dojde k dýchacímu stavu, který pravděpodobně způsobí obrazový artefakt.

Výzkumná otázka Primárním koncovým bodem je, že počet obrazových artefaktů využívajících skenování v reálném čase bude produkovat méně artefaktů než konvenční skenování.

Sekundární koncové body zahrnují zkoumání kvality obrazu a dopadu na plánování léčby s přínosy pro pacienta:

1. Konzistentní/předvídatelná kvalita obrazu: Konzistentní kvalita obrazu pomůže radiačním onkologům při identifikaci nádorových a orgánových rozhraní, a tím omezí chyby při vymezení.
2. Zlepšení léčebných plánů: Přesnější vymezení povede ke zlepšení léčebných plánů, a tím i ke zlepšení výsledků pacientů.

Tato klinická studie je první pilotní studií proveditelnosti na lidech a cílem je proto prokázat proveditelnost Real-Time Gated 4DCT s cílem vést ke zkoušce účinnosti. Snímky pacientů jako takové budou pořizovány napříč širokým spektrem respiračních stavů pacienta, aby se optimalizovala technika Gated v reálném čase a aby se naplánovala rozsáhlejší klinická studie fáze II založená na hypotézách, která bude následovat. Automatické vypnutí pro tyto nevyzpytatelné stopy dýchání bude zabudováno do softwaru Real-Time Gated 4DCT.

Odůvodnění současné studie Studie in-silico naznačují, že přístup real-Time Gated 4DCT může snížit chyby zobrazení až o 50 % a zároveň snížit dávku zobrazení o >20 %. Odhaduje se, že současná míra artefaktů využívajících konvenční 4DCT je nejméně 60 % a možná až 95 %. Snížení na maximálně 35 % (25 % snímků s méně artefakty) by bylo klinicky užitečné.