Hyperpolariseret ædelgas MRI-detektion af strålingsinduceret lungeskade
Lungekræft er den førende årsag til kræftdød i verden; hvert år kræver lungekræft over 20 000 liv i Canada og mere end en million liv globalt (1). Der er sket væsentlige forbedringer i behandlingen af mange andre former for kræft, men lungekræftbehandlingen har ikke opnået lignende succeser. Halvfjerds procent af kræfttilfældene er på et fremskredent stadium ved diagnosen, og stråling spiller en standardrolle som en del af både radikal og palliativ terapi i disse tilfælde. Normalt lungevæv er meget følsomt over for stråling. Denne følsomhed udgør et alvorligt problem; det kan forårsage strålingspneumonitis eller fibrose (RILI), som kan resultere i alvorlig invaliditet og nogle gange død. Syvogtredive procent af thoraxcancerpatienter behandlet med stråling udvikler RILI; i 20 % af strålebehandlingstilfældene er skaden på lungerne moderat til svær (2). Derudover forekommer strålingsinduceret lungebetændelse, der giver symptomer, hos 5-50 % af de personer, der får strålebehandling for lungekræft (3, 4).
Chancerne for klinisk strålingspneumonitis er direkte relateret til det bestrålede lungevolumen (5). Strålingsplanlægning forudsætter dog i øjeblikket, at alle dele af lungen er lige funktionelle. Identifikation af de områder af lungen, der er mere funktionelle, ville være fordelagtig for at prioritere de områder, der skal spares under strålingsplanlægning. For at begrænse mængden af RILI for at bevare lungefunktionen hos patienter planlægger klinikere strålebehandling ved hjælp af konform eller intensitetsmoduleret strålebehandling (IMRT). Dette gør brug af computertomografi (CT) scanninger, som tager højde for anatomiske placeringer af både sygdom og lunge, men ikke kan vurdere funktionaliteten af selve lungen. En vigtig komponent i begrundelsen for IMRT er, at hvis doser af stråling, der trænger ind i funktionelt væv, begrænses, kan strålingsdosis fokuseres på tumorer for at skåne funktionelt væv fra skade for at bevare eksisterende lungefunktion (6). For at reducere toksiciteten optimalt vil IMRT derfor afhænge af data om ikke kun tumorplacering, men også regional lungefunktion.
Lungefunktionstests (PFT'er) kan påvise et fald i lungefunktionen på grund af tilstedeværelsen af tumorer eller RILI, men fordi målingerne udføres i munden, giver PFT'er ikke regional information om lungefunktionen. Positron emission tomography (PET) billeddannelse kan bruges til strålingsplanlægning, men PET er begrænset i sin evne til at afgrænse funktionelt væv, det kræver administration af et radiofarmaceutisk middel, det er en langsom modalitet, og fordi det kræver brug af en cyclotron, det er dyrt. Single-photon emission computed tomography (SPECT) billeddannelse til måling af pulmonal perfusion som et middel til at afgrænse funktionelt væv er blevet undersøgt (7-11). Mens SPECT kan detektere ikke-funktionelt væv, tilbyder det rumlig opløsning, der kun er halvdelen af CT eller PET, og det har ikke den anatomiske opløsning, der er nødvendig for optimal brug med IMRT. Desuden er SPECT ligesom PET en langsom modalitet. I betragtning af begrænsningerne af eksisterende billeddannelsesmodaliteter er der et presserende udækket medicinsk behov for en billeddiagnostisk modalitet, der kan give gratis data om regional lungefunktion hurtigt og ikke-invasivt, og som vil begrænse vævstoksicitet i strålebehandling af ikke-småcellet lungekræft ( NSCLC).
Hyperpolariseret (HP) gasmagnetisk resonansbilleddannelse (MRI) har potentialet til at opfylde dette udækkede behov. HP gas MRI, bruger HP xenon-129 (129Xe) til at give ikke-invasiv billeddannelse med høj opløsning uden behov for ioniserende stråling, paramagnetiske eller ioderede kemiske kontrastmidler. HP gas MRI tilbyder de enorme fordele ved hurtigt at give højopløsningsinformation om lungerne, som er ikke-invasiv, direkte, funktionel og regional. Konventionel MR detekterer typisk brint (1H) kernen, hvilket giver begrænsninger for lungebilleddannelse på grund af mangel på vandmolekyler i lungerne. HP gas MRI detekterer 129Xe kerner, som er polariseret ved hjælp af spin-exchange optical pumping (SEOP) teknik for at øge deres effektive MR-signalintensitet med cirka 100.000 gange. HP-gas-MRI har allerede haft stor succes til pulmonal billeddannelse og giver billeddannelsesinformation i høj opløsning om lungestruktur, ventilationsfunktion og luftudvekslingsfunktion. Teknologien har vist sig nyttig til billeddannelse af astma, kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) og cystisk fibrose og til at vurdere effektiviteten af terapeutika til disse sygdomme (12-21). I dette projekt foreslår efterforskerne at udvikle en billeddannelsesteknologi til at afgrænse områder af lungen hos mennesker, der er ikke-funktionelle versus dem, der er levedygtige; brug af hyperpolariseret (HP) xenon-129 (129Xe) magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), vil bedre informere stråleplanlægningsstrategier i et forsøg på at reducere RILI hos lungekræftpatienter.
Studieoversigt
Status
Intervention / Behandling
Undersøgelsestype
Kontakter og lokationer
Deltagelseskriterier
Berettigelseskriterier
Aldre berettiget til at studere
Tager imod sunde frivillige
Prøveudtagningsmetode
Studiebefolkning
Beskrivelse
Inklusionskriterier:
- 18 år eller ældre
Er enten:
- En sund frivillig (dvs. nogen, der ikke er diagnosticeret med NSCLC; dette kan ikke omfatte rygere, der ikke er blevet diagnosticeret med en lungesygdom), eller
- Er blevet diagnosticeret med NSCLC
- Kan give informeret samtykke
I stand til at holde vejret til billeddannelse
- Raske frivillige, der er tilmeldt denne undersøgelse, skal være i stand til at holde vejret i 25 sekunder.
- Deltagere med NSCLC skal kunne holde vejret i 15 sekunder.
Ekskluderingskriterier:
- Har kontraindikation til MR-billeddannelse (dvs. jernholdige implantater, pacemakere) - bestemt ved MR-screening forud for scanninger.
- Har en historie med klaustrofobi.
- Kun kvindelig udelukkelse: er eller kan være gravid, eller planlægger at blive gravid.
- Kræver en iltmaske og kan ikke bruge en næsekanyle.
- Blodets iltmætning er under 92 % (målt i hvile i siddende stilling og med en O2-næsekanyle, hvis deltageren normalt bruger en).
- Har haft en akut luftvejsinfektion inden for de seneste 10 dage.
- Er en studerende i øjeblikket tilmeldt et kursus ved Lakehead University, hvor Principal Investigator (PI) er instruktør.
- Er en studerende i øjeblikket tilmeldt en uddannelse ved Lakehead University, hvor PI er deres direkte specialevejleder.
- Er i øjeblikket ansat i PI ved Thunder Bay Regional Health Research Institute (TBRHRI) og/eller Lakehead University.
Sunde frivillige udelukkelseskriterier
1. Skal være ikke-ryger (selv-identificeret)
Studieplan
Hvordan er undersøgelsen tilrettelagt?
Design detaljer
Kohorter og interventioner
Gruppe / kohorte |
Intervention / Behandling |
|---|---|
|
Optimeringsgruppe
Det primære formål med denne undersøgelse er at bestemme et optimeret sæt scanningsparametre for HP 129Xe MR diffusionsvægtet billeddannelse, HP 129Xe MR ventilationsbilleddannelse, HP 129Xe Chemical Shift Saturation Recovery (CSSR) og Xenon polarisation Transfer Contrast (XTC) MRI, der vil producere klare, anatomisk og klinisk relevante billeder af lungerne hos op til 10 raske deltagere og op til 10 deltagere med NSCLC.
Det primære mål vil blive afsluttet, før det går videre til det sekundære mål.
|
Deltagerne vil blive bedt om at inhalere xenon-129 kontrastmidlet i henhold til proceduren for gasadministration.
Succeskriteriet for lægemidlet er et opnået Xe MR-lungebillede med rimeligt signalniveau.
Den kliniske MR-scanner Philips Achieva 3.0T vil blive udstyret med 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil (stor og lille) for at tage 129Xe lungebilleder.
Resonatorlængden af de store spoler er lig med 122 cm, hvorimod den samme størrelse af den lille spole er lig med 106 cm.
Succeskriteriet for enhedens ydeevne er det opnåede rimelige Xe MRI-lungebillede.
|
|
Afgræns Funktionelt vs. ikke-funktionelt lungevæv
Det sekundære formål med denne undersøgelse er at afgrænse funktionelt versus ikke-funktionelt lungevæv og virkningerne af strålebehandling.
Dette mål vil blive udforsket ved at udføre disse fem optimerede teknikker med op til 10 deltagere med NSCLC på tre tidspunkter: før strålebehandling begynder, ved slutningen af strålebehandling og mindst 10 uger efter strålebehandling.
Disse resultater vil blive korreleret med dem fra PFT'er og CT-scanninger udført på tilsvarende tidspunkter.
|
Deltagerne vil blive bedt om at inhalere xenon-129 kontrastmidlet i henhold til proceduren for gasadministration.
Succeskriteriet for lægemidlet er et opnået Xe MR-lungebillede med rimeligt signalniveau.
Den kliniske MR-scanner Philips Achieva 3.0T vil blive udstyret med 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil (stor og lille) for at tage 129Xe lungebilleder.
Resonatorlængden af de store spoler er lig med 122 cm, hvorimod den samme størrelse af den lille spole er lig med 106 cm.
Succeskriteriet for enhedens ydeevne er det opnåede rimelige Xe MRI-lungebillede.
|
Hvad måler undersøgelsen?
Primære resultatmål
Resultatmål |
Foranstaltningsbeskrivelse |
Tidsramme |
|---|---|---|
|
Afgræns funktionelt vs. ikke-funktionelt lungevæv
Tidsramme: Før strålebehandling
|
Ved at udføre HP 129Xe MR diffusionsvægtet billeddannelse, HP 129Xe MR ventilationsbilleddannelse, HP 129Xe CSSR og XTC MRI vil placeringen af funktionelt og ikke-funktionelt lungevæv blive bestemt, og strålebehandlingen vil blive planlagt baseret på de opnåede vævsfordelinger.
MR-resultater vil være korreleret med PFT'er og CT-scanninger.
|
Før strålebehandling
|
|
Mål ændringer forårsaget af strålebehandling i lungevævet
Tidsramme: Ved afslutningen af strålebehandlingen (op til 13 måneder efter begyndelsen af undersøgelsen) og 10 uger efter strålebehandlingen
|
Udførelse af HP 129Xe MR diffusionsvægtet billeddannelse, HP 129Xe MR ventilationsbilleddannelse, HP 129Xe CSSR og XTC MRI-resultater vil blive korreleret med resultaterne fra PFT'er og CT-scanninger udført på tilsvarende tidspunkter for at bestemme effekterne af strålebehandling.
|
Ved afslutningen af strålebehandlingen (op til 13 måneder efter begyndelsen af undersøgelsen) og 10 uger efter strålebehandlingen
|
Samarbejdspartnere og efterforskere
Samarbejdspartnere
Publikationer og nyttige links
Generelle publikationer
- 1. Canadian Cancer Society's Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON: Canadian Cancer Society; 2015. 2. Mathew L, Wheatley A, Castillo R, Castillo E, Rodrigues G, Guerrero T, Parraga G. Hyperpolarized (3)He magnetic resonance imaging: comparison with four-dimensional x- ray computed tomography imaging in lung cancer. Acad Radiol. 2012;19(12):1546-1553. 3. Marks LB, Yu X, Vujaskovic Z, Small W Jr, Folz R, Anscher MS. Radiation-induced lung injury. Semin Radiat Oncol. 2003;13(3):333-345. 4. Mehta V. Radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis in non-small-cell lung cancer: pulmonary function, prediction, and prevention. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2005; 63:5-24. 5. Graham MV, Purdy JA, Emami B, Harms W, Bosch W, Lockett MA, Perez CA. Clinical dose-volume histogram analysis for pneumonitis after 3D treatment for non-small cell lung cancer (NSCLC). Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999;45(2):323-329. 6. Govaert SL, Troost EG, Schuurbiers OC, de Geus-Oei LF, Termeer A, Span PN, Bussink J. Treatment outcome and toxicity of intensity-modulated (chemo) radiotherapy in stage III non-small cell lung cancer patients. Radiat Oncol. 2012;7(1):150. [Epub ahead of print] 7. Marks LB, Spencer DP, Bentel GC, Ray SK, Sherouse GW, Sontag MR, Coleman RE, Jaszczak RJ, Turkington TG, Tapson V, et al. The utility of SPECT lung perfusion scans in minimizing and assessing the physiologic consequences of thoracic irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1993;26(4):659-668. 8. Christian JA, Partridge M, Nioutsikou E, Cook G, McNair HA, Cronin B, Courbon F, Bedford JL, Brada M. The incorporation of SPECT functional lung imaging into inverse radiotherapy planning for non-small cell lung cancer. Radiother Oncol. 2005;77(3):271- 277. 9. McGuire SM, Zhou S, Marks LB, Dewhirst M, Yin FF, Das SK. A methodology for using SPECT to reduce intensity-modulated radiation therapy (IMRT) dose to functioning lung. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2006;66(5):1543-52. 10. Shioyama Y, Jang SY, Liu HH, et al. Preserving functional lung using perfusion imaging and intensity-modulated radiation therapy for advanced-stage non-small cell lung cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2007;68(5):1349-58. 11. Lavrenkov K, Christian JA, Partridge M, Niotsikou E, Cook G, Parker M, Bedford JL, Brada M. A potential to reduce pulmonary toxicity: the use of perfusion SPECT with IMRT for functional lung avoidance in radiotherapy of non-small cell lung cancer. Radiother Oncol. 2007;83(2):156-162. 12. Tzeng YS, Hoffman E, Maurer R, Mansour J, Shah N, Tschirren J, Albert M. Comparison of airway diameters measurements from an anthropomorphic airway tree phantom using hyperpolarized 3He MRI and high resolution computed tomography. Magn Reson Med. 2007;58:636-642. 13. Tzeng YS, Hoffman E, Cook-Granroth J, Gereige J, Mansour J, Washko G, Cho M, Stepp E, Lutchen K, Albert M. Investigation of hyperpolarized 3He magnetic resonance imaging utility in examining human airway diameter behavior in asthma through comparison with high-resolution computed tomography. Acad Radiol. 2008;15:799-808. 14. Tzeng Y-S, Gereige J, Mansour J, Shah N, Zhou X, Washko G, Stepp E, Cho M, Szender JB, Sani SZ, Israel E, Lutchen K, Albert M. The difference in ventilation distribution and ventilation heterogeneity between asthmatic and healthy subjects quantified from hyperpolarized 3He MRI. J Appl Physiol. 2009a;106(3):813-822. 15. Tzeng YS, Lutchen K, Albert M. The difference in ventilation heterogeneity between asthmatic and healthy subjects quantified using hyperpolarized 3He MRI. J Appl Physiol. 2009b;106:813- 822. 16. Campana L, Kenyon J, Zhalehdoust-Sani S, Tzeng YS, Sun Y, Albert M, Lutchen KR. Probing airway conditions governing ventilation defects in asthma via hyperpolarized MRI image functional modeling. J Appl Physiol. 2009;106:1293-300. 17. Lee EY, Sun Y, Zurakowski D, Hatabu H, Khatwa U, Albert MS. Hyperpolarized 3He MR imaging of the lung: normal range of ventilation defects and PFT correlation in young adults. J Thorac Imaging. 2009;24:110-114. 18. Kirby M, Mathew L, Wheatley A, Santyr GE, McCormack DG, Parraga G. Chronic obstructive pulmonary disease: longitudinal hyperpolarized (3)He MR imaging. Radiology. 2010a;256(1):280-289. 19. Mullally W, Betke M, Albert M, Lutchen K. Explaining clustered ventilation defects via a minimal number of airway closure locations. Ann Biomed Eng. 2009;37:286-300. 20. Sun Y, Butler JP, Lindholm P, Walvick RP, Loring SH, Gereige J, Ferrigno M, Albert MS. Marked pericardial inhomogeneity of specific ventilation at total lung capacity and beyond. Respir Physiol Neurobiol. 2009;169:44-49. 21. Sun Y, O'Sullivan BP, Roche JP, Walvick R, Reno A., Shi L., Baker D., Mansour JK, Albert MS. Using hyperpolarized 3He MRI to evaluate treatment efficacy in cystic fibrosis patients. J Magn Reson Imaging. 2011;34(5):1206-1211.
Datoer for undersøgelser
Studer store datoer
Studiestart (Faktiske)
Primær færdiggørelse (Faktiske)
Studieafslutning (Faktiske)
Datoer for studieregistrering
Først indsendt
Først indsendt, der opfyldte QC-kriterier
Først opslået (Faktiske)
Opdateringer af undersøgelsesjournaler
Sidste opdatering sendt (Faktiske)
Sidste opdatering indsendt, der opfyldte kvalitetskontrolkriterier
Sidst verificeret
Mere information
Begreber relateret til denne undersøgelse
Nøgleord
Yderligere relevante MeSH-vilkår
Andre undersøgelses-id-numre
- RP-429-01112016
Plan for individuelle deltagerdata (IPD)
Planlægger du at dele individuelle deltagerdata (IPD)?
Lægemiddel- og udstyrsoplysninger, undersøgelsesdokumenter
Studerer et amerikansk FDA-reguleret lægemiddelprodukt
Studerer et amerikansk FDA-reguleret enhedsprodukt
Disse oplysninger blev hentet direkte fra webstedet clinicaltrials.gov uden ændringer. Hvis du har nogen anmodninger om at ændre, fjerne eller opdatere dine undersøgelsesoplysninger, bedes du kontakte register@clinicaltrials.gov. Så snart en ændring er implementeret på clinicaltrials.gov, vil denne også blive opdateret automatisk på vores hjemmeside .