KI-Algorithmen zur Automatisierung des TMI durch VMAT-Optimierung mit WB-CT/MRT und synthetischem WB-CT – The AuToMI Project (AuToMI)

Es wurde gezeigt, dass die Ganzkörperbestrahlung (TBI) bei der Bereitstellung einer Immunsuppression hilft, die die Annahme von Spendertransplantaten erleichtert. Darüber hinaus spielt TBI eine Rolle bei der Vernichtung bösartiger Zellen und kann auch normale hämatopoetische Stammzellen erschöpfen, wodurch die Spendermarkszellen dabei unterstützt werden, das Knochenmark (BM) neu zu bevölkern. Randomisierte Studien zeigten, dass Konditionierungsregime auf KMT einschließlich TBI zu besseren Überlebensraten führten als reine Chemotherapien.

Das TBI-Ziel wird durch den gesamten BM und schließlich das gesamte lymphatische System, Leber, Milz repräsentiert. Normalerweise wird eine sehr einfache Geometrie verwendet, bei der der Patient auf einer speziellen Liege in 3-4 Metern Entfernung vom Linearbeschleuniger positioniert wird, um das Ziel vollständig mit einem einzigen Strahl abzudecken und Feldübergänge zu vermeiden.

Die erhöhte Lebenserwartung offenbarte das Auftreten wichtiger Toxizitäten aufgrund der vollen Dosen, die von Risikoorganen (Organs at Risk, OARs) aufgenommen wurden, und dies schränkte die Verwendung von TBI ein, wie in den ILGROG-Richtlinien von 2018 angegeben. Viele Gruppen haben daher die Möglichkeit ausgeklügelter Techniken untersucht, um die Dosis für gesundes Gewebe zu reduzieren und gleichzeitig die Dosis für das BM zu erhöhen. Diese neueren Ansätze zielen darauf ab, eine vollständige Bestrahlung des Knochenmarks (Lymphknoten) (TMI/TMLI) zu erzeugen, wobei so viele nicht-skelettartige und nicht-lymphoide Strukturen wie möglich geschont werden.

Vorläufige klinische Daten aus Phase-I/II-Studien unterstützen die Verwendung von TMI/TMLI als Teil der Konditionierung für KMT bei Patienten mit rezidivierender refraktärer akuter Leukämie und multiplem Myelom. Die Einführung von TMI/TMLI ist jedoch aufgrund der extremen Schwierigkeiten bei der Planung, die viele Tage in Anspruch nimmt, immer noch auf wenige qualifizierte Krankenhäuser beschränkt.

Die Evaluierung von TMI/TMLI mit volumetrischer modulierter Lichtbogentherapie (VMAT) wurde in unserem Institut im Jahr 2009 begonnen und wir haben in 10 Jahren etwa 90 Patienten behandelt.

VMAT-TMI/TMLI erfordert mehrere Bögen von Isozentren mit unterschiedlichen Positionen, um die Patientenlänge vollständig einzubeziehen. Daher sollten viele Feldübergänge zwischen Bögen mit unterschiedlichen Isozentren verwaltet werden. Darüber hinaus erlaubt die CT-Länge nicht, den Patienten in einem einzigen CT-Scan zu erfassen. Es müssen zwei CT-Serien erworben und mitregistriert werden.

Tatsächlich beträgt die zur Optimierung eines TMI/TMLI-Plans erforderliche Zeit 10 Tage. Daher wird die Simulations-Computertomographie (CT) viele Tage vor der KMT durchgeführt. Darüber hinaus werden die Lymphknoten nur auf CT-Bildern definiert.

Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) für Deep Learning (DL) in der medizinischen Bildgebung und RT breiten sich schnell aus. DL konzentrierte sich auf die Erkennung und Klassifizierung von Läsionen durch Merkmalsextraktion. In vielen Regionen wurden Bildsegmentierungen mit vollständig konvolutionellem Netzwerk (FCN), ganzheitlich verschachteltem Netzwerk (HNN) oder anderen kundenspezifischen Netzwerkarchitekturen implementiert.

In den letzten Jahrzehnten hat der Einsatz der Magnetresonanztomographie (MRT) zur Unterstützung der RT zugenommen. Die MRT bietet eine hervorragende Bildgebung des Weichgewebes, die die Zieldefinition verbessern könnte. Die Konturierung der Lymphknoten, basierend auf MRT, führt zu einem kleineren Ziel, wodurch gesundes Gewebe besser geschont werden kann. Darüber hinaus reduziert die MRI signifikant die Inter/Intra-Beobachter-Konturvariabilität. Zu diesem Zweck wurden MRT-Konsolen der neuen Generation mit größerer Öffnung, flachen Tischplatten und speziellen Bildgebungsprotokollen mit reduzierter Bildverzerrung auf <1 mm entwickelt. Darüber hinaus können neu entwickelte Gradientenecho-3D-Sequenzen und dedizierte Spulen verwendet werden, um eine Ganzkörper-WB-MRT-Aufnahme in wenigen Minuten zu erstellen. Darüber hinaus wurde in einigen Regionen (d. h. Gehirn und Prostata), um die CT für die Bereitstellung von Elektronendichteinformationen für die Berechnung der Dosisplanung zu ersetzen.