Untersuchung der Roboterschablonenführung für die Nadelplatzierung bei der transperinealen Prostata-Brachytherapie (J0511)

Abschnitt 1 – Hintergrund:

Das Adenokarzinom der Prostata wird in diesem Jahr über 220.900 Männer in den USA betreffen und ist damit der am weitesten verbreitete Krebs in den USA.1 Prostataspezifisches Antigen (PSA) ist ein sehr nützlicher Tumormarker bei der Früherkennung dieser bösartigen Erkrankung sowie ein zuverlässiger Marker für Kontrolle nach definitiver Therapie mit Operation oder Bestrahlung. Die weitverbreitete Verwendung von Prostata-spezifischem Antigen (PSA)-Screening hat dazu geführt, dass bei etwa 45 % der Patienten eine Erkrankung im Frühstadium erkannt wird. Für diese Patientengruppe ist die Brachytherapie oder die Implantation radioaktiver Quellen in die Prostata eine Behandlungsoption, deren Anwendung in den letzten Jahren aufgrund ihrer Wirksamkeit und Bequemlichkeit stark zugenommen hat.

Die Verwendung von Brachytherapie oder Implantation von radioaktiven Quellen in die Prostata bei einem Adenokarzinom hat Vorteile gegenüber externer Strahlbestrahlung, da dem Tumor eine sehr hohe Dosis zugeführt werden kann, während die Dosen für das umgebende normale Gewebe (d. h. Darm und Blase) begrenzt werden. Es ist allgemein bekannt, dass die Ergebnisse nach der Behandlung mit Brachytherapie entscheidend mit der technischen Qualität der Quellenplatzierung innerhalb der Drüse zusammenhängen. Eine räumlich wünschenswerte Platzierung der radioaktiven Quellen mit Erzielung optimaler Dosisverteilungen innerhalb der Prostata ist der Schlüssel zum Erfolg der Brachytherapie sowohl im Hinblick auf die Abtötung des Tumors als auch auf die Minimierung der Toxizität.

Die Entwicklung des transrektalen Ultraschalls (TRUS) der Prostata, mit der Möglichkeit, die Prostata in mehreren Ebenen abzubilden, sowie die damit verbundene Entwicklung der transperinealen Implantation der Prostata, hat die Entwicklung der modernen Methode der Prostataimplantation ermöglicht. Ultraschallbilder werden vor oder während des Implantationsverfahrens aufgenommen, und ein Quellenverteilungsplan wird entwickelt, der die Dosis für das Prostatagewebe optimiert, während Harnröhre und Rektum geschont werden. Nadeln werden über eine transperineale Schablone in die Prostata platziert, und die Quellen werden gemäß dem Quellenverteilungsplan in die Prostata platziert.

Derzeit ist die für die Nadelführung verwendete Schablone auf einen Rasterabstand von 0,5 cm x-Achse und y-Achse begrenzt, was die Fähigkeit der Nadelpositionen einschränkt, sich an die Form der Prostata anzupassen, die kugelförmig ist (Abb. 1). Die am häufigsten verwendete Methode der dosimetrischen Planung umfasst das Platzieren von Nadeln um die Peripherie der Prostatakapsel, um eine potenzielle mikroskopische extrakapsuläre Ausdehnung am besten abzudecken und die dosisempfindliche Harnröhre zu vermeiden, die durch die Mitte verläuft. Die Rasteranordnung der aktuellen Schablone schränkt die Fähigkeit dieser Nadelpositionen ein, die äußere Kontur der Prostata bestmöglich anzunähern (Abb. 2). Auch die Platzierung der Quellen in der hintersten Reihe neben dem Rektum ist entscheidend. Quellen, die zu nahe am Rektum liegen, können ein erhöhtes Risiko für rektale Blutungen verursachen, während Quellen, die zu weit von der Kapsel entfernt sind, zu einem Risiko einer Unterdosierung von Krankheiten in diesem Bereich führen können. Eine größere Freiheit bei der Nadelpositionierung würde eine optimalere Platzierung von Quellen ermöglichen.

Abbildung 1. Transperineales Schablonengerät 3 Abbildung 2. Verfügbare Rasterpositionen bei herkömmlicher Schablone (weißes Punktraster auf dem Bildschirm). Auf dem Bild ist der Prostataumriss zu sehen.

Forscher der School of Engineering der Johns Hopkins University (JHU) haben ein robotergestütztes Nadelpositioniergerät entwickelt, das eine größere Flexibilität bei der Wahl der Nadelpositionen für die Prostata-Brachytherapie ermöglicht. Die Vorrichtung besteht aus einem Motor, der an einem Nadelführungsloch befestigt ist. Das gesamte Gerät wird ähnlich wie die standardmäßige transperineale Schablone am Ultraschall-„Stepper“-Gerät befestigt. Für jede Nadelposition bewegt sich der Motor zu der vorbestimmten Stelle und der Arzt platziert die Nadel durch das Loch. Die visuelle Überprüfung der akzeptablen Nadelposition erfolgt durch Betrachten der Nadel im Echtzeit-Ultraschall. Ein sekundäres Mittel zur Überprüfung ist die Verwendung eines optischen Tracking-Geräts, das die Ausrichtung und Position der Nadel vor dem Einführen überprüft. Anstatt die Sonde am gewünschten Endpunkt der Nadeleinführung in der Prostata zu positionieren, wird die Ultraschalleinheit beim Einführen mechanisch mit der Nadel (über das optische Trackingsystem) gekoppelt, sodass die Nadelspitze kontinuierlich sichtbar gemacht wird während es in die Prostata fortschreitet.

Ein weiteres Problem, das häufig bei der Brachytherapie auftritt, ist die Störung des Schambogens. Aufgrund der Nähe der Prostata zum Schambogen grenzt die Vorderseite der Prostata oft an diese Struktur. Wenn sich der Schambogen nach hinten um den unteren Teil der Prostata krümmt, ist der Zugang zur vorderen Prostata mit transperinealen Nadeln eingeschränkt. Einige Patienten kommen aufgrund dieses anatomischen Problems möglicherweise nicht für eine Brachytherapie in Frage.

Diese Vorrichtung ermöglicht eine Winkelung der Nadeln, so dass eine Störung des Schambogens umgangen werden kann, indem die Nadel weiter hinten eingeführt und dann nach vorne abgewinkelt wird, so dass der Schambogen nicht im Nadelweg liegt, wenn er sich zur vorderen Prostata bewegt.

Wir werden die Computerized Medical Systems (CMS) Interplant-Systemsoftware (St. Louis, MO) verwenden, die in der Lage ist, Behandlungspläne unter Verwendung von Quellen außerhalb der üblichen Vorlagenrasterpositionen zu berechnen.

Abschnitt 2 – Ziele:

Dies wird eine Machbarkeitsstudie für ein therapeutisches Gerät sein. Der Zweck der Studie besteht darin, die klinische Durchführbarkeit der Verwendung des Nadelpositionierers in einer Kohorte von 5 Patienten zu demonstrieren. Dies umfasst die Demonstration der Machbarkeit der Verwendung des Systems in einer tatsächlichen Operationssaalumgebung und die Bestimmung einer akzeptablen Positionierungseffektivität durch Beurteilung der Nadelposition während des Einführens auf dem Live-Ultraschallbild sowie durch Verwendung eines optischen Tracking-Geräts.

Abschnitt 3 – Studienpopulation:

Die berechtigte Population sind Patienten mit der Diagnose eines Adenokarzinoms der Prostata, die im Johns Hopkins Hospital untersucht werden.

Die Patientenrekrutierung (5 Patienten) wird voraussichtlich innerhalb von 3-5 Monaten abgeschlossen sein.

Abschnitt 4 - Protokolldesign:

Dies wird eine Machbarkeitsstudie mit einer Kohorte von 5 Patienten sein. 4.1. Patientenidentifikation: Die Vertraulichkeit der Patienten wird gemäß den Richtlinien des Health Information Portability and Accountability Act (HIPAA) gewahrt. Alle Teilnehmer müssen eine Einverständniserklärung unterzeichnen, in der die Ziele der Studie und potenzielle Risiken beschrieben werden. Alle auf den Fallberichtsformularen gemeldeten Patientendaten werden nur durch die Initialen des Patienten und die Studiencodenummer identifiziert. Patienten dürfen nicht namentlich genannt werden. Dies sollte dazu dienen, die Vertraulichkeit der in die Studie aufgenommenen Probanden zu schützen. Klinische Daten und Aufzeichnungen für alle untersuchten Fächer, einschließlich Geschichte und körperliche

Befunde, Labordaten und Ergebnisse von Eingriffen sind von den Untersuchenden an einem sicheren, verschlossenen Ort aufzubewahren. Computerisierte Daten erfordern eine Passwortautorisierung für den Zugriff.

4.2. Beschreibung des Rekrutierungsprozesses: Potenzielle Probanden werden zum Zeitpunkt der Konsultation in der Abteilung für Radioonkologie von Dr. Song identifiziert. Allen Patienten, die die oben genannten Eignungskriterien erfüllen, wird vom beratenden Arzt die Teilnahme an der Studie angeboten.

4.3. Beschreibung des Einwilligungsverfahrens: Nur Ärzte, die Prüfer dieses Projekts sind, führen das Aufklärungsgespräch durch. Das Aufklärungsgespräch findet vor dem Tag statt, an dem der Patient behandelt werden soll, um sicherzustellen, dass der Patient ausreichend Zeit hat, das Forschungsprojekt mit Familie, Freunden und/oder anderen Gesundheitsdienstleistern zu besprechen. Während des Aufklärungsgesprächs nimmt sich der Interviewer (Untersucher) so viel Zeit wie nötig, um sicherzustellen, dass der potenzielle Proband das Forschungsprojekt versteht und auch klar versteht, dass er nicht an diesem Projekt teilnehmen muss, um seine Krebsbehandlung bei Johns Hopkins zu erhalten. Wenn sich der Patient entscheidet, sich für das Forschungsprojekt anzumelden, unterschreibt er drei Kopien der Einverständniserklärung. Einer wird für seine eigenen Unterlagen sein, einer wird im Clinical Research Office in Johns Hopkins aufbewahrt und der dritte wird in seinen Krankenakten aufbewahrt.

4.4. Subjektzuweisung: Fünf Patienten werden in die Studie aufgenommen. 4.5. PATIENTENBEWERTUNGEN Beurteilungen Vorstudieneintritt Nach Brachytherapie Monat 3 (+/- 4 Wochen) Anamnese/körperliche Untersuchung Xa X KPS Xa PSA Xa X Röntgen-Thorax Xa Xb CT des Beckens Xa Xb Ultraschallvolumen Xa Knochenscan (falls klinisch indiziert) Xa

1. innerhalb von 6 Wochen vor Tag 1 der Brachytherapie
2. bis zu 1 Tag nach der Brachytherapie STRAHLENTHERAPIE UND FORSCHUNGSINTERVENTIONEN Dieses Protokoll wird den Patienten angeboten, denen derzeit Brachytherapie als Standardbehandlung in unserer Einrichtung angeboten wird. Das klinische Protokoll hat keinen Einfluss darauf, was Patienten während des Eingriffs erleben.

Implantationsverfahren Wie bei uns üblich, wird der Patient innerhalb der Woche vor der Implantation einer transrektalen Ultraschalluntersuchung unterzogen, um das Volumen der Prostata zu bestimmen und die Anzahl der erforderlichen Quellen abzuschätzen. Basierend auf dem präoperativen Ultraschall wird ein vorläufiger Implantationsplan entwickelt.

Am Tag der Implantation wird der Patient in den Operationssaal gebracht und ein „Timeout“ durchgeführt. Er wird in eine dorsale Lithotomie-Position gebracht, nachdem ein Anästhetikum (entweder allgemein oder spinal) verabreicht wurde. Ein Foley-Katheter wird in die Harnröhre eingeführt. Basierend auf dem intraoperativen Ultraschall werden Ultraschallbilder aufgenommen und ein dosimetrischer Plan entwickelt. Computergestützte dosimetrische Algorithmen werden verwendet, um den Arzt bei der Erstellung eines Plans zu unterstützen, der die Prostata angemessen behandelt, während die Dosis für Harnröhre und Rektum minimiert wird.

Angesichts der Tatsache, dass die Nadelpositioniervorrichtung eine unendliche Anzahl von Positionen zulässt, anstatt auf vorbestimmte Löcher beschränkt zu sein, wird die Quellenplatzierung vom Arzt unter Berücksichtigung dessen geplant. Quellen werden mit sofortigem Feedback von der Software hinsichtlich dosimetrischer Auswirkungen auf normales Gewebe und Prostatabedeckung platziert. Wenn eine Quellenposition nicht dem üblichen Vorlagenraster entspricht, ermöglicht die Software dem Benutzer, die nächstgelegene Rasternadelposition an die gewünschte Position zu ziehen.

Anstelle einer Standardschablone mit vorgebohrten Löchern, die auf dem Ultraschall-Stützmechanismus montiert ist, wird die Nadelpositioniervorrichtung an der Schritteinheit befestigt. Nadeln werden durch den Nadelpositionierer, durch das Perineum und in die Prostata eingeführt, wobei Positionen verwendet werden, die durch den dosimetrischen Plan vorgegeben sind. Die Ultraschallführung wird verwendet, um die Nadelplatzierung zu visualisieren und zu führen. Ein optisches Verfolgungssystem (Northern Digital Inc, Waterloo, Kanada) mit einer gemessenen Genauigkeit von 0,1 Millimeter wird verwendet, um die Nadelposition und den Winkel vor dem Einführen in das Gewebe zu verfolgen.

Die Korrektheit der von der Nadelpositioniervorrichtung (NPD) erzeugten Nadelposition wird auf zwei Ebenen festgestellt, vor dem Einführen der Nadel zum Einführen und während des Einführens. Der Tracker wird im Operationsfeld platziert. Der Tracker wird auf den Koordinatenraum der Vorlage kalibriert. Dann wird die Schablone entfernt und der NPD platziert. Auch der Tracker wird auf den Koordinatenraum der NPD kalibriert. Unter der Annahme, dass sich der Tracker während des Vorgangs nicht bewegt, stellt dies eine direkte räumliche Koregistrierung zwischen dem Koordinatenraum einer Schablone und NPD her. Während des Eingriffs kann jederzeit die aktuelle Position von NPD und Nadelführung in Schablonenkoordinaten an den verantwortlichen Arzt gemeldet werden. Somit vergleicht der Arzt die aktuelle Nadelposition (die im Schablonenbereich angegeben ist) mit der gewünschten Nadelposition, die durch den Behandlungsplan (ebenfalls im Schablonenbereich) bestimmt wird. Im Falle einer Abweichung zwischen der gemeldeten und der gewünschten Nadelposition wird die NPD entfernt und durch die Schablone ersetzt, und das Verfahren wird ohne Verzögerung fortgesetzt.

Während des Einführens der Nadel bewegt sich der Ultraschall synchron mit dem Einführen der Nadel (über optische Verfolgung und motorisierte Steuerung der Ultraschallsonde), um eine konstante Visualisierung der Nadelspitze während des Einführens zu ermöglichen. Die Einführtiefe der Ultraschallsonde wird durch die Schritteinheit begrenzt, an der sie befestigt ist. Nach jeder Nadeleinführung wird kurz eine C-Arm-Fluoroskopie verwendet, um die Positionierung zu beurteilen und zu bestätigen, und ein Mick-Applikator (Mick Radio-Nuclear Instruments, Mount Vernon, NY) wird verwendet, um Quellen über die Nadel in die Prostata zu platzieren. Nach der Platzierung der Quelle wird die Nadel entfernt, der Nadelpositionierer bewegt sich zur nächsten Nadelposition und das Verfahren wird wiederholt, bis alle Quellen platziert wurden. Nachdem alle Quellen platziert sind, wird zur Bestätigung und Dokumentation ein abschließender Satz fluoroskopischer Bilder aufgenommen.

Bei Verwendung der standardmäßigen transperinealen Schablone wird die Schablone vor dem Implantationsverfahren mit einem Phantom auf die Ultraschallsonde kalibriert, so dass das Gitter auf der Schablone genau mit dem im Ultraschall sichtbaren Gitter korreliert. Während des eigentlichen Eingriffs ist es jedoch nicht ungewöhnlich, dass die im Ultraschall sichtbare Nadelposition leicht von der vorhergesagten Position abweicht. Dies ist auf das Biegen der Nadel durch Gewebekräfte während des Einführens zurückzuführen. Wenn dies auftritt, entfernt der Arzt die Nadel und wiederholt das Einführen mit leichter Kraft auf die Nadel am Punkt des Gewebeeintritts, um die gewünschte Position zu erreichen. Die Nadelführung kann auch neu kalibriert werden, wenn aufeinanderfolgende Nadelversuche eine konsistente Abweichung in einer Richtung zeigen, was auf geringfügige Fehler bei der Kalibrierung hinweist. Dies ist kein ungewöhnlicher Befund in der typischen Praxis.

Für die Zwecke dieser Studie wird das Nadelpositionierungssystem auch vor jeder Implantation kalibriert. Wenn der Arzt jedoch während des Eingriffs feststellt, dass der Nadelpositionierer auf nicht systematische Weise (nicht im Zusammenhang mit einem geringfügigen Kalibrierungsfehler) relativ zur beabsichtigten Position ungenau ist, kann das System während des Eingriffs schnell durch die Standardschablone ersetzt werden, da Es wird auf identische Weise am Stepper montiert.

Andere Behandlung Patienten, die entweder einen Gleason-Score von 7 oder einen PSA-Wert von 10–20 haben, werden gemäß unserer üblichen Praxis zusätzlich zur Brachytherapie mit externer Bestrahlung behandelt.