Dosisrespons af funktionelt kritiske hjerneregioner til hjernestrålebehandling

Forskningsspørgsmål:

Vores mål er at besvare følgende tre forskningsspørgsmål i denne undersøgelse:

1. Hvad er dosisresponskurven (graden af ​​strålingskomplikationer/radiologiske ændringer vs. strålingsdosis) for hjerneregioner involveret i bearbejdningen af ​​visuelle, sproglige og arbejdshukommelsesfunktioner?
2. Hvad er den begrænsende dosis for disse funktionelt kritiske hjerneområder, der kan anvendes til planlægning af strålebehandlingsbehandling for at minimere (f.eks. mindre end 5%) muligheden for strålingsinduceret skade?
3. Kan hjerne-fMRI bruges til at vejlede planlægningen af ​​strålebehandlingsbehandlingen for at minimere dosis til funktionelt kritiske hjerneregioner og evaluere behandlingsreaktioner i disse regioner?

Forskningsmetode:

Billeddiagnostik før strålebehandling: For hver patient vil der blive udført aktiv stimulation og hvile-fMRI-undersøgelser ud over standard anatomisk MR til hjernestrålebehandling. Aktiveringskort over regioner involveret i visuelle, sproglige og arbejdshukommelsesfunktioner vil blive genereret fra fMRI-scanningerne, og patientens svar på arbejdshukommelsesopgaven (dvs. N-Back-opgaven) vil blive registreret under fMRI-undersøgelserne. MRI og fMRI vil tilsammen tage cirka 90 minutter - 60 minutter for standard MRI og 30 minutter for fMRI. Aktiveringskortene vil blive overlejret på FLAIR MRI-billederne, importeret til planlægningssystemet for strålebehandling og samregistreret med simulerings-CT-scanningen.

Strålebehandling og rutinemæssig opfølgning: Funktionelt kritiske områder i fMRI-aktiveringskortene vil blive udformet separat som kritiske organer, men vil ikke blive overvejet for planoptimering. Dosisvolumenhistogrammer (DVH'er) af funktionelt kritiske hjerneregioner vil blive beregnet og dokumenteret. Hver patient vil modtage fraktioneret hjernestrålebehandling i henhold til behandlingsplanen og følges op med hver tredje måned efter strålebehandlingen.

Opfølgningsevalueringer: 3MS-undersøgelsen vil blive administreret før påbegyndelse af behandlingsstart og hver tredje måned efter behandling under rutinemæssig opfølgning for at screene neuropsykologiske funktioner. Anatomisk MR (standard) og hjerne-fMRI (forskning) vil blive erhvervet 6 måneder efter strålebehandling for at bestemme de radiologiske og funktionelle ændringer i regioner involveret i behandlingen af ​​visuelle, sproglige og arbejdshukommelsesfunktioner.

Minimering af interferensen af ​​tumortilbagefald eller -progression: Der vil blive taget to handlinger for at minimere interferensen af ​​tumortilbagefald eller -progression med evalueringen af ​​præstationsændringer forårsaget af stråling. For det første vil patientinklusion være begrænset til patienter med langsomt voksende tumorer, fx meningiom, lavgradig gliom og anaplastisk astrocytom, så chancen for tumorgentagelse eller -progression er lille. For det andet vil patienter, der udvikler sygdomsprogression ved nogen af ​​opfølgningerne efter strålebehandling, blive udelukket fra undersøgelsen, da det ikke ville være muligt at skelne effekter af sygdomsprogression fra strålebehandlingsbivirkninger på fMRI eller 3MS-undersøgelsen, og resultaterne ville ikke kunne fortolkes.

Dosisresponsanalyse: Logistisk regressionsanalyse vil blive brugt til at vurdere sandsynligheden for komplikationer til funktionelt kritiske hjerneområder som funktion af strålingsdosis. Den afhængige variabel vil være den binære indikator, der identificerer patienters manifesterende komplikationer (fald af 3MS-undersøgelsesscore og N-Back-test, radiologiske/funktionelle ændringer identificeret på MRI og fMRI) tilskrevet strålingseksponering. Den logistiske regressionsmodel vil inkludere relevante faktorer på emneniveau (f.eks. alder, køn, baseline Karnofsky præstationsstatus, tumorplacering, nylige anfald, anti-epleptiske medicin) som kovariater. Den tilpassede logistiske normalvævskomplikationssandsynlighed (NTCP) model vil tillade estimering af sandsynligheden for signifikante komplikationer forbundet med enhver strålingsdosis til området, hvilket gør det muligt at beregne den begrænsende dosis som den dosis, der forventes at inducere komplikation med en acceptabel sandsynlighed (f. 5 %).

Inkorporering af begrænsende dosis til planlægning af strålebehandlingsbehandling: Den begrænsende dosis fra ovenstående "Dosis Respons Analyse" vil blive brugt til IMRT re-planlægning under hensyntagen til de funktionelt kritiske hjerneområder. Optimeringsmålet er at minimere dosen til funktionelt kritiske hjerneregioner, samtidig med at man bibeholder ens PTV (planlægningsmålvolumen) dækning og holder dosis til de kritiske strukturer inden for den accepterede tolerance. DVH'er for de funktionelt kritiske hjerneregioner, PTV og alle andre kritiske strukturer vil blive sammenlignet for både behandlingsplaner med og uden hensyntagen til de funktionelt kritiske hjerneregioner. En Wilcoxon matchet par signeret rang test vil blive udført for at sammenligne planerne med hensyn til beregnet NTCP af kritiske organer. McNemar-testen vil blive brugt til at sammenligne planer med og uden dosisbegrænsninger for funktionelle områder med hensyn til udbyttegrad (dvs. andelen af ​​patienter, for hvem IMRT-planen blev udarbejdet med succes).

Det primære endepunkt for denne undersøgelse er normal vævskomplikation. Det primære formål med denne undersøgelse er at bestemme dosisresponskurven og den begrænsende dosis for funktionelt kritiske hjerneområder til hjernestrålebehandling. Det andet formål med denne undersøgelse er at undersøge nøjagtigheden af ​​aktiv stimulation eller hviletilstand fMRI for at undgå de funktionelt kritiske hjerneområder til planlægning af strålebehandling af hjernetumorer og for at evaluere behandlingsreaktionerne i disse kritiske regioner.