Vergleich von 3-D-gedrucktem vs. Standard-Bolus für die Strahlentherapie der Brustwand bei Brustkrebs

1. Studienschema

   Intervention

   Alle Probanden erhalten Standarddosen für die Strahlentherapie der Brustwand wie folgt:

   • Die Hälfte der Tage wird gemäß Pflegestandard kein Bolus auf die Brustwand appliziert
   • An der Hälfte der Tage wird ein Bolus verabreicht – abwechselnde Tage zwischen einem standardmäßigen 5-mm-Gummibolus und dem experimentellen 3D-gedruckten Bolus.

   Primäre und sekundäre Ergebnisse Jedes Subjekt agiert als seine eigene Kontrolle und vergleicht den Standardgummibolus mit dem 3D-gedruckten Bolus in Bezug auf

   • Das Volumen des Luftspalts zwischen dem Bolus und der Brustwandhaut
   • Die Zeit, die der Strahlentherapeut benötigt, um den Patienten vorzubereiten
   • Die berechnete versus gemessene Dosis auf der Haut

   Stichprobengröße 16 Patienten über 4 Monate

2. Hintergrund und Begründung

In Kanada wird jedes Jahr bei 25.000 Frauen Brustkrebs diagnostiziert. Etwa 20 % dieser Frauen unterziehen sich im Rahmen ihres kurativen Behandlungsprogramms einer Mastektomie (Entfernung der gesamten Brust). Bei Frauen, deren Brustkrebs sich auf die Lymphknoten ausgebreitet hat, wird die Strahlentherapie an der Brustwand (wo die Brust war) verabreicht

oder in anderen Situationen, in denen eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass mikroskopisch kleine Mengen von Krebszellen an der Brustwand zurückbleiben. Eine Meta-Analyse von 25 randomisierten Studien mit 8505 Lymphknoten-positiven Frauen zeigte, dass die Strahlentherapie nach Mastektomie die 10-Jahres-Kontrollraten der Brustwand von 73 % auf 92,5 % verbesserte. Dieselbe Übersicht zeigte, dass das 15-Jahres-Gesamtüberleben bei den Frauen, die sich einer Strahlentherapie unterzogen, um 5,4 % (60,1 vs. 54,7 %) im Vergleich zu den Frauen ohne Strahlentherapie anstieg.

Die gleichmäßige Anwendung der Strahlentherapie auf der Brustwand während einer Reihe von 16-25 täglichen Bestrahlungsbehandlungen ist technisch anspruchsvoll, da die Hochenergie-Strahlentherapiegeräte ohne Modifikation das oberflächliche Gewebe (genau dort, wo sich die Krebszellen befinden könnten) unterdosieren. Um dieses Phänomen zu kompensieren, wird an einigen oder allen Tagen eines Bestrahlungszyklus eine 3-10 mm dicke flexible Polymer-(Gummi-)"Bolus"-Schicht auf die Haut der Brustwand aufgebracht. Alle Arten von Bolus werden international verwendet, von Gummi bis zu Kerzenwachsplatten. Dieser Standard-„Bolus“, typischerweise 40 cm breit und 40 cm lang, wird an der Brustwand platziert und für die 15 Minuten, die zum Einrichten und Verabreichen der Strahlentherapie an jedem Tag, an dem der Bolus verabreicht wird, mit Klebeband und Gurten an Ort und Stelle gehalten. Da die Kontur der Brustwand jeder Frau unterschiedlich ist und oft „Höhen und Täler“ im Gewebe aufweist, gibt es unvermeidlich einige „Luftspalte“ zwischen der Haut und dem Bolusmaterial. Dieser Luftspalt, wie er auf der Bildgebung leicht zu sehen ist, variiert von Tag zu Tag, da die Strahlentherapeuten die genaue Platzierung des Bolus nicht reproduzieren können und die Frauen, die sich einer Behandlung unterziehen, nicht in die exakt gleiche Position auf dem Strahlentherapiebett zurückkehren können Tag. Die unterschiedlichen Luftspalte können beeinflussen, wie viel Strahlentherapie auf die Haut gelangt, und können zu einer potenziellen Unterdosierung der Krebszellen oder einer Überdosierung der normalen Haut führen.

In der Abteilung für Radioonkologie in Halifax haben die Forscher eine innovative Lösung für dieses Problem des Luftspalts entwickelt, indem sie mithilfe einer 3D-Drucktechnologie einen Bolus erstellen, der genau auf die Form der Brustwand eines Patienten zugeschnitten ist. Die Forscher verfügen über etwa 3 Jahre Erfahrung in der Herstellung von 3D-gedruckten Bolus für Strahlentherapieanwendungen, einschließlich der strengen Bewertung der räumlichen und dosimetrischen Genauigkeit des Gewebes unter dem Bolus. Frühere Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf medizinphysikalische Validierungsstudien und produzierten einen „intelligenten Bolus“, um Elektronentherapiebehandlungen an mehreren Behandlungsstellen maßzuschneidern. Durch diese Arbeit haben die Forscher gezeigt, dass der gedruckte Bolus auf der Grundlage realistischer Phantomstudien (d. h. Modelle von Patienten mit herausfordernden Situationen, z. B. die Behandlung eines Teils eines Fußes oder Ohrs) präzise sogar der komplexen Patientenanatomie entspricht. Der Bolus wird direkt aus den Planungs-CT-Daten der Patientenanatomie entworfen, die für jeden Patienten für die üblichen Behandlungsplanungsberechnungen benötigt werden. Der 3D-gedruckte Bolus ist typischerweise 5 mm dick für Röntgen-Photonenstrahl-Anwendungen und besteht aus Polymilchsäure (PLA), die aus Stärken (Mais, Zucker Tapioka) gewonnen wird, inert ist und üblicherweise für z. B. Trinkbecher und chirurgische Stifte verwendet wird . Die durchschnittliche Dichte des 3D-Bolus ist während des Druckens steuerbar und somit sind die Forscher in der Lage, die Dichte des Standard-Gummibolusmaterials zu replizieren. Die Forscher haben zuvor gezeigt, dass das Material vom Behandlungsplanungssystem genau berücksichtigt wird, wie in einer anderen Studie bestätigt wurde.

Eine kürzlich durchgeführte interne Studie von 3D-gedruckten Bolus der für diese Studie verwendeten Dicke zeigt, dass die berechneten und auf der Maschine gemessenen genau korrelieren.

In der vorgeschlagenen Studie könnte die Herstellung eines 3D-gedruckten Bolus für die Brustwand jedes Patienten mehrere Vorteile gegenüber der derzeitigen Technik mit sich bringen:

1. Der 3D-Bolus kann den Luftspalt zwischen dem Bolus und der Haut verringern. Der Luftspalt schränkt derzeit die Genauigkeit und Gleichförmigkeit der abgegebenen Strahlentherapie ein. Der 3D-gedruckte Bolus würde für jeden Patienten individualisiert und mit Submillimeter-Präzision entworfen und hergestellt;
2. Die Zeit, die mehrere Strahlentherapeuten für die Vorbereitung des Bolus-Setups vor der CT-Bildgebung benötigen, kann reduziert werden, insbesondere bei anspruchsvollen Anatomien, da der 3D-gedruckte Bolus anschließend automatisiert aus CT-Daten hergestellt wird (ohne dass der Patient und die Therapeuten anwesend sind).
3. Die Zeit zum Einrichten eines Patienten auf dem Behandlungsgerät (Linearbeschleuniger) kann verkürzt werden, wenn ein individualisierter Bolus „durchrutscht“ (im Vergleich zum Status quo, wo die Boluspositionierung iterativ, fehleranfällig und zeitaufwändig sein kann).
4. Da jeder Patient seinen eigenen individuellen Bolus erhält, werden Probleme der Infektionskontrolle (Kontamination von Bakterien durch die Wiederverwendung des Standardbolus) gemildert.

3. Studienziele

Um zu testen, ob ein 3D-gedruckter Bolus einen geringeren Luftspalt erzeugt, schneller anzuwenden ist und einen zuverlässigen Aufbau der Strahlentherapie im Vergleich zu einem Standard-Gummibolus bei Frauen erzeugt, die sich einer Brustwand-Strahlentherapie unterziehen.

4. Studienmethoden

Dies ist eine monozentrische Studie, an der Brustkrebspatientinnen teilnehmen, die bereits zugestimmt haben, sich einer Strahlentherapie der Brustwand zu unterziehen

Studienablauf für einen einzelnen Patienten

1. Aufnahme von Patienten und Abschluss des Zustimmungsverfahrens
2. CT-Simulation und Standard-Bolusproduktion (genau nach aktuellem Behandlungsstandard)
3. Herstellung eines 3D-gedruckten Bolus mit dem Simulations-CT-Scan
4. Wahl des Ortes und Berechnung der Hautdosis

5. Erstellung eines individuellen Patientenbehandlungsplans

   • Von Dosimetristen erstellter Plan – abwechselnd Bolus an und Bolus aus
   • Übersicht, an welchen Tagen Standardbolus und 3D-Bolus verwendet werden
6. Lieferung der Strahlentherapie an Tagen ohne Bolus – gemäß Behandlungsstandard

7. Lieferung der Strahlentherapie an Bolus-Tagen

   • Anbringen der Dioden an der Brustwand
   • Zeitpunkt der Rüstzeit
   • CBCT-Scan am Gerät zum Einrichten (ermöglicht die nachträgliche Messung des Luftspalts)

8. Überwachung des Patienten während und nach der Behandlung

   • Luftspaltberechnung
   • Gemessene Dosis auf der Haut
   • Hautreaktion