Respiratorisk adaptiv computertomografi: Feasibility-undersøgelse af realtids-gated 4DCT til lungekræftstrålebehandling (REACT)

Firedimensionel computertomografi (4DCT) betragtes som standarden for pleje af moderne højpræcision stereotaktisk ablativ kropsstrålebehandling (SABR) teknikker. Klinisk 4DCT virker ved at indhente CT-skiver og vejrtrækningsdata synkront, når patienten bevæger sig gennem det roterende røntgenbillede. CT-skiverne sorteres i 5-10 'fasebilleder' (midt-udånding, peak-udånding, midt-indånding, peak-indånding osv.) og sys sammen for at danne en 3D+åndedrætsinduceret tumor/organbevægelse eller '4D ' repræsentation af vejrtrækningsanatomien. Nuværende bedste praksis inden for strålebehandling er, at klinikere udfører manuel afgrænsning eller 'konturering' af lungetumorer på et eller flere 4DCT-fasebilleder for at sikre korrekt dækning af behandlingsstrålen trods vejrtrækningsbevægelser. Ved tilstedeværelse af uregelmæssig vejrtrækning opstår der uoverensstemmelser mellem CT-skiver, der er i samme vejrtrækningsfase, men afbildet i forskellige sofapositioner. Som et resultat lider de producerede billeder af forskellige former for diskontinuiteter, herunder trunkering, duplikering eller overlapning. Yamamoto fandt ud af, at uregelmæssig vejrtrækning forårsagede mindst én fejl >4 mm i 90 % (45 ud af 50) scanninger af abdominale og thoraxpatienter. Hovedkonsekvensen af ​​4DCT-billedfejl er, at de kan introducere tumorvolumen og positionsusikkerheder så store som 30 % mellem forskellige 4D-fasebeholdere eller forskellige observatører.

Dette kan potentielt reducere sandsynligheden for tumorkontrol med op til en tredjedel og føre til unødvendig bestråling af sundt lungevæv, hvilket bidrager til store dosisbegrænsende bivirkninger såsom strålingspneumonitis, som er symptomatisk hos op til 30 % af patienterne og dødelig i 2 %. Den foreslåede løsning er Real-Time Gated 4DCT ved hjælp af prospektiv regularity gating, som vil blive implementeret for første gang på lungekræftpatienter.

Real-Time Gated 4DCT-metoden registrerer og sætter derefter CT-strålen på pause under uregelmæssige vejrtrækningsbegivenheder. Vi vil analysere patientens åndedrætsmønster for at prospektivt gate erhvervelse i realtid. Real-time gated 4DCT sikrer, at røntgenkameraet kun er tændt, når vejrtrækningen er regelmæssig; ellers bliver scanningen sat på pause. Fordelene for patienten ved gating af en 4DCT-scanning er blevet påvist i tidligere undersøgelser:

• en reduktion af vejrtrækningsbevægelsesfejl med 50 %
• en reduktion af billeddosis. Afgrænsning af tumorer og organer i CT-scanninger er det første skridt i en lungekræftpatients stråleterapirejse. Nøjagtig afgrænsning er afgørende for patientresultater, fordi fejl forplanter sig gennem hele behandlingen og kan føre til, at stråledosis mangler dele af tumoren eller unødigt bestråler sundt væv eller organer. Desværre er den vigtigste billeddannelsesmodalitet, der bruges til afgrænsning af lungecancer, 4DCT, fejltilbøjelig. Stråleonkologer (RO'er) står over for en enorm udfordring og er forpligtet til at afgrænse tumorer, når 90 % af de kliniske scanninger lider af alvorlige billeddannelsesfejl. Disse fejl slører den sande tumorposition/form og reducerer chancen for tumorkontrol med op til en tredjedel.

Hovedsynderen for billeddannelsesfejl er uregelmæssig vejrtrækning: det vil sige naturlige vejrtrækningsvariationer, som forstærkes for lungekræftpatienter, men som ikke skyldes kliniske scannere. En løsning på dette problem blev foreslået, som er at gate CT-scanneren (dvs. pause fra strålen), når der opstår en vejrtrækningstilstand, der sandsynligvis vil producere en billeddannende artefakt.

Forskningsspørgsmål Det primære endepunkt er, at antallet af billedartefakter ved brug af Real-time gated scanning vil producere færre artefakter end den konventionelle scanning.

Sekundære endepunkter involverer undersøgelse af billedkvalitet og indvirkningen på behandlingsplanlægning med fordelene for patienten:

1. Konsistent/forudsigelig billedkvalitet: Konsistent billedkvalitet vil hjælpe strålingsonkologer med at identificere tumor- og organgrænseflader og reducerer derfor afgrænsningsfejl.
2. Forbedringer i behandlingsplaner: Mere præcis afgrænsning vil føre til forbedrede behandlingsplaner og dermed forbedrede patientresultater.

Dette kliniske forsøg er et første-i-menneske-pilotgennemførlighedsstudie, og målet er derfor at bevise gennemførligheden af ​​Real-Time Gated 4DCT med det formål at føre til et effektforsøg. Som sådan vil patientscanninger blive erhvervet på tværs af en bred vifte af patientens vejrtrækningstilstande for at optimere Real-Time Gated-teknikken og for at planlægge et større, hypotesedrevet fase II klinisk forsøg, der skal følges. Automatiske afbrydelser for disse uberegnelige vejrtrækningsspor vil blive indbygget i Real-Time Gated 4DCT-softwaren.

Begrundelse for nuværende undersøgelse In-silico-undersøgelser tyder på, at Real-Time Gated 4DCT-tilgangen kan reducere billeddannelsesfejl med op til 50 %, mens den også reducerer billeddosis med >20 %. Det er blevet estimeret, at den nuværende andel af artefakter, der anvender konventionel 4DCT, er mindst 60 % og muligvis op til 95 %. En reduktion til højst 35 % (25 % af billeder med færre artefakter) ville være klinisk værd.