Ventilace pomocí radiografického vyšetření: Funkční plicní zobrazovací techniky pro snížení toxicity ve funkční vyhýbavé radiační terapii (VENTURE)

Rakovina plic je celosvětově hlavní příčinou úmrtí na rakovinu, přičemž nemalobuněčný karcinom plic (NSCLC) představuje přibližně 85 % všech diagnostikovaných karcinomů plic. Chirurgie, imunoterapie, chemoterapie, cílená terapie a radiační terapie mohou být použity samostatně nebo v kombinaci pro léčbu rakoviny plic v závislosti na stagingu rakoviny. Radiační terapie je primární složkou léčby rakoviny plic, přičemž 77 % pacientů s rakovinou plic má v určité fázi své léčebné cesty indikaci pro externí radioterapii založenou na důkazech.

Radioterapie je spojena s toxicitou vyvolanou zářením, jako je radiační pneumonitida a fibróza, které nepříznivě ovlivňují kvalitu života pacienta a omezují dávku, kterou lze bezpečně aplikovat. Radiační pneumonitida je zánět plicní tkáně s příznaky, jako je dušnost, kašel a horečka, projevující se 4 až 12 týdnů po ukončení kurzu radioterapie. Symptomatická pneumonitida, definovaná jako stupeň 2 nebo vyšší, má při konvenční radioterapii celkovou incidenci 29,8 %.

Současné plánování radioterapie předpokládá, že funkce plic je homogenní v celém orgánu a nebere v úvahu regionální rozdíly ve funkci plic. Tyto regionální rozdíly mohou vzniknout ze samotného růstu rakoviny prostřednictvím komprese plicních struktur nebo z již existujících, často kouřením vyvolaných faktorů, které mohou také ovlivnit zdraví plic pacientů s rakovinou. Mezi již existující stavy, které mohou ovlivnit zdraví plic, patří chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN), fibróza a ztluštění lymfatických uzlin v plicích, emfyzém, azbestóza a částečný kolaps plic nebo vedlejší účinky předchozí léčby rakoviny, jako je tekutina v plicích, zánět a pneumonitida nebo dokonce částečné odstranění plic. Aby byla zajištěna co nejlepší kvalita života pacientů po radioterapii, je klíčové zachovat během léčby co nejvíce zdravých plic.

Plánování funkčního plicního vyhýbání se léčbě pro radioterapii má potenciál snížit plicní toxicitu minimalizací ozařování zdravé plicní tkáně na základě funkčních map plic. Funkční snímky plic v nukleární medicíně byly již dříve začleněny do plánování léčby radioterapií za účelem snížení středních dávek na funkční plíce, a tedy radiací indukované toxicity. Modely pravděpodobnosti normálních tkáňových komplikací (NTCP) také předpověděly celkové snížení o 6 % a 3 % pro radiační pneumonitidu stupně 2+ a 3+, v daném pořadí, s funkčním plánováním při respektování dávkových omezení pro cíl a ohrožené orgány.

Skenování nukleární medicíny je drahé, časově náročné a není dostupné ve všech institucích. CT ventilační zobrazování bylo vyvinuto jako levnější a dostupnější alternativa k nukleární medicíně pro mapování zdravých oblastí plic v rámci rutinní akvizice CT před léčbou.

Klíčové kroky při zobrazování CT ventilace jsou:

1. Získejte CT snímky plic při výdechu a nádechu pomocí 4DCT nebo CT se zadržením dechu (BHCT). 4DCT je technologie, která tvoří standard péče o radiační terapii rakoviny plic po celém světě. 4DCT pořizuje sadu 8 až 10 CT snímků od vrcholného nádechu po vrcholný výdech ukazující pohyb plic, když pacient dýchá, zatímco BHCT získává statické obrazy plic na konci nádechu a konce výdechu, když pacient zadržuje dech přibližně 10 sekundy.
2. Deformovatelná registrace obrazu se používá k určení prostorového mapování (mapy deformace) mezi různými CT obrazy (od vrcholného nádechu po vrcholový výdech).
3. Aplikace ventilační metriky ke kvantifikaci vysoce a nízkofunkčních plic, která zahrnuje kvantitativní analýzu založenou na informacích z registrace deformovatelného obrazu.

Výsledný obraz z ventilace je superponován přímo na anatomický obraz, což poskytuje další rozměr funkčních informací, které jsou snadno srozumitelné a mohou být přímým přínosem pro plánování radioterapie.

Existují komerční produkty, software CT Lung Ventilation Analysis Software a XV Technology Lung Ventilation Analysis Software (4DMedical Limited, Melbourne), pro vytváření ventilačních map z CT skenů a sekvencí skiaskopického zobrazování. Na rozdíl od CT, které vytváří jeden nebo více 3D snímků, fluoroskopie vytváří rychlou sekvenci 2D rentgenových snímků. Tyto snímky jsou obvykle získávány speciálními skenery C-ramen na radiologických odděleních nebo chirurgických sálech a nebyly dříve hodnoceny ve vztahu k radioterapii. Cine-fluoroskopické sekvence zachycující alespoň jeden úplný, nepřetržitý dech jsou pořízeny v pěti různých úhlech napříč hrudníkem během spontánního dýchání a pole pohybu plic je rekonstruováno tak, aby vytvořilo ventilační mapu. Vzhledem k tomu, že Therapeutic Goods Administration (TGA) schválil způsoby hodnocení plicní ventilace, srovnání těchto technik nabízí cenné poznatky o jejich robustnosti.

Funkční plánování léčby vyhýbání se plicím založené na obrazech ventilace před léčbou může být ohroženo interfrakčními (týdenními) změnami ventilace během léčby, jako jsou změny vyplývající z regrese nádoru. Čtyřrozměrná počítačová tomografie s kuželovým svazkem (4DCBCT) umožňuje pohodlné získávání anatomických snímků na radioterapeutickém systému, aby bylo zajištěno přesné umístění pacienta před aplikací léčby. Stávající techniky vyvinuté pro CTVI mohou být aplikovány na 4DCBCT snímky k vytvoření ventilačních snímků, které lze použít k přizpůsobení plánování léčby a minimalizaci ozáření zdravých plic. 4DCBCT však trpí špatnou kvalitou obrazu a fyziologickou přesnost ventilačních obrazů založených na 4DCBCT je třeba posoudit.

Předchozí studie potvrdily fyziologickou přesnost zobrazení CT ventilace oproti stávajícímu klinickému zlatému standardu Galligas PET ventilačnímu zobrazení. Tyto studie nalezly silnou korelaci na lobární úrovni (několik cm) a středně pozitivní korelace na regionální úrovni (2 až 5 mm).

Začínají se shromažďovat klinické důkazy o účinnosti techniky funkčního vyhýbání se plicím pomocí CT ventilačních snímků. Vinogradskiy a kol. provedli klinickou studii fáze II, porovnávali výskyt radiační pneumonitidy v kohortě léčené funkčním vyhýbáním se plicím s historickými kontrolami. Autoři zjistili, že míra radiační pneumonitidy stupně ≥2 je u 14,9 % pacientů ve funkční kohortě vyhýbající se plicím ve srovnání s historickou mírou 25 %, přičemž uvádějí pozitivní výsledek studie se silou 80 % a významností 0,05. Huang et al provedli pomocí xenonem zesílené CT ventilace studii fáze II porovnávající funkční plicní vyhýbání se historickým kontrolám. Se 17% mírou radiační pneumonitidy stupně ≥2 ve srovnání s historickou kontrolou 30 %, autoři také uzavřeli pozitivní výsledek studie se silou 80 % a významností 0,05.

Navzdory těmto povzbudivým klinickým důkazům stále existují mezery ve znalostech o hodnocení nejlepší technické implementace zobrazení CT ventilace, zajištění kvality procesu a požadovaného klinicky přijatelného prahu přesnosti. Za tímto účelem je cílem naší navrhované klinické studie určit nejlepší implementaci skiaskopického a CT ventilačního zobrazení. Abychom toho dosáhli, posoudíme fyziologickou přesnost různých zobrazovacích technik založených na CT a fluoroskopii s využitím Galligas jako základní pravdy pro skutečnou ventilaci. Sekundárními cíli naší studie je posoudit dozimetrické variace v plánech funkční vyhýbací radioterapie vytvořených pomocí těchto zobrazovacích technik ventilace, stanovit postup zajištění kvality pro funkční vyhýbací se plicní RT a vyhodnotit klinicky přijatelné prahové hodnoty přesnosti metody.

Aby bylo možné porovnat dopad funkčního plánování vyhýbání se plicím na pracovní tok radiační terapie, budou kromě standardních plánů péče o léčbu vytvořeny plány funkční vyhýbavé radioterapie a bude kvantifikován rozdíl v čase plánování. Předpokládané snížení četnosti radiační pneumonitidy bude kvantifikováno pomocí metody Faughta et al. a bude vypočítáno předpokládané snížení počtu hospitalizací a lékařských nákladů.

Nedávno byly vyvinuty metody CT perfuzního zobrazování, které umožňují výpočet perfuzních informací z nekontrastních nádechových/výdechových párů CT snímků. CTPI je založeno na principu, že dochází k hromadné změně v plicích během dýchacího cyklu v důsledku změn objemu krve. Perfuze je odvozena z této změny hmoty, která se vypočítává při voxelovém rozlišení pomocí odhadů hustoty materiálu na základě intenzity a prostorového mapování mezi různými CT snímky. CTPI je vznikající technologie, která vyžaduje další ověření její přesnosti. V současné době však chybí párové soubory údajů o perfuzi BHCT pro validaci. Dosud jediná validační studie provedená Castillo et al. uvedli střední korelaci 0,57 mezi CTPI a SPECT perfuzním zobrazením.

University of Sydney a Northern Sydney Local Health District nedávno nainstalovaly nový Total Body PET skener v Royal North Shore Hospital, který dokáže snímat snímky v poloze na jednom lůžku s vyšší citlivostí, rychlejším časem akvizice a delší délkou skenování. Vyšší citlivost tohoto nového zařízení umožňuje rychlejší zobrazování, včetně 4D (časové řady) snímků, poskytujících podrobnější informace o ventilaci. Aby to bylo podpořeno, bude při zobrazování před léčbou pořízeno další nízkodávkové 4DCT skenování pouze přes plíce než po celé délce skenování za účelem zkoumání korekce 4D útlumu.

Výběr komparátorů Ovládání

• Pro každého účastníka budou získány snímky ventilace Galligas PET a použity jako základní pravda. Galligas PET je zavedenou modalitou pro získávání ventilačních snímků s vyšším prostorovým rozlišením než SPECT zobrazení.
• Pro každého účastníka budou získány snímky Tc-99m MAA SPECT a použity jako základní pravda pro perfuzi. 99mTc-MAA SPECT je zavedenou modalitou pro získávání perfuzních snímků.
• 4D PET snímky rekonstruované pomocí 3D atenuačního CT.
• Pro každého účastníka budou vytvořeny anatomické léčebné plány standardní péče.

Komparátory

• Snímky ventilace získané z BHCT, skiaskopie, 4DCBCT a 4DCT skenů získaných od každého účastníka. Rentgenové zobrazení ventilace bylo vyvinuto jako nákladově efektivní a dostupná alternativa pro vizualizaci plicní ventilace.
• Perfuzní snímky odvozené z BHCT skenů získaných od každého pacienta. CT perfuzní zobrazování je ve vývoji jako nákladově efektivní a dostupná alternativa pro vizualizaci plicní perfuze.
• 4D PET snímky rekonstruované pomocí 4D atenuačního CT. 4D útlum je navržen pro přesnější PET zobrazování v oblastech, kde se očekává dechový pohyb.
• Funkční radioterapeutické plány vytvořené pomocí ventilačních snímků z hlediska předpokládaných četností radiační pneumonitidy.