Respiratorische adaptive Computertomographie: Machbarkeitsstudie zu echtzeitgesteuertem 4DCT für die Strahlentherapie von Lungenkrebs (REACT)

Die vierdimensionale Computertomographie (4DCT) gilt als Behandlungsstandard für moderne hochpräzise stereotaktische ablative Körperstrahlentherapie (SABR)-Techniken. Die klinische 4DCT funktioniert durch die synchrone Erfassung von CT-Schnitten und Atemdaten, während sich der Patient durch das rotierende Röntgenbildgerät bewegt. Die CT-Schnitte werden in 5–10 „Phasenbilder“ sortiert (Mitte Ausatmung, Spitze Ausatmung, Mitte Einatmung, Spitze Einatmung usw.) und zusammengefügt, um eine 3D+atmungsinduzierte Tumor-/Organbewegung oder „4D“ zu bilden 'Darstellung der Atmungsanatomie. Die derzeit bewährte Praxis in der Strahlentherapie besteht darin, dass Kliniker eine manuelle Abgrenzung oder „Konturierung“ von Lungentumoren auf einem oder mehreren 4DCT-Phasenbildern durchführen, um trotz Atembewegung eine ordnungsgemäße Abdeckung durch den Behandlungsstrahl sicherzustellen. Bei unregelmäßiger Atmung treten Fehlanpassungen zwischen CT-Schnitten auf, die sich in derselben Atemphase befinden, aber an unterschiedlichen Tischpositionen abgebildet werden. Infolgedessen leiden die erzeugten Bilder unter verschiedenen Arten von Diskontinuitäten, einschließlich Abschneiden, Duplizieren oder Überlappen. Yamamoto fand heraus, dass unregelmäßige Atmung bei 90 % (45 von 50) Abdominal- und Thorax-Scans von Patienten mindestens einen Fehler > 4 mm verursachte. Die Hauptfolge von 4DCT-Bildfehlern besteht darin, dass sie Tumorvolumen- und Positionsunsicherheiten von bis zu 30 % zwischen verschiedenen 4D-Phasen-Bins oder verschiedenen Beobachtern einführen können.

Dies kann die Wahrscheinlichkeit einer Tumorkontrolle möglicherweise um bis zu einem Drittel verringern und zu einer unnötigen Bestrahlung von gesundem Lungengewebe führen, was zu schwerwiegenden dosisbegrenzenden Nebenwirkungen wie Strahlenpneumonitis beiträgt, die bei bis zu 30 % der Patienten symptomatisch und bei Patienten tödlich ist 2%. Die vorgeschlagene Lösung ist Real-Time Gated 4DCT mit prospektivem Regularitäts-Gating, das zum ersten Mal bei Lungenkrebspatienten implementiert wird.

Die Real-Time Gated 4DCT-Methode erkennt den CT-Strahl während unregelmäßiger Atmungsereignisse und hält ihn dann an. Wir werden das Atemmuster des Patienten analysieren, um prospektiv die Erfassung in Echtzeit zu erfassen. Echtzeitgesteuertes 4DCT stellt sicher, dass der Röntgenbildgeber nur bei normaler Atmung eingeschaltet wird; Andernfalls wird der Scan angehalten. Die Vorteile des Gatings eines 4DCT-Scans für den Patienten wurden in früheren Studien nachgewiesen:

• eine Reduzierung von Atembewegungsfehlern um 50 %
• eine Reduzierung der Bildgebungsdosis. Die Abgrenzung von Tumoren und Organen in CT-Scans ist der erste Schritt auf dem Weg der Strahlentherapie eines Lungenkrebspatienten. Eine genaue Abgrenzung ist für die Patientenergebnisse von entscheidender Bedeutung, da sich Fehler während der gesamten Behandlung ausbreiten und dazu führen können, dass durch die Strahlendosis Teile des Tumors fehlen oder gesundes Gewebe oder Organe unnötig bestrahlt werden. Leider ist das wichtigste bildgebende Verfahren zur Abgrenzung von Lungenkrebs, 4DCT, fehleranfällig. Radioonkologen (ROs) stehen vor einer enormen Herausforderung und müssen Tumore abgrenzen, wenn 90 % der klinischen Scans schwerwiegende Bildfehler aufweisen. Diese Fehler verschleiern die wahre Tumorposition/-form und reduzieren die Chance der Tumorkontrolle um bis zu ein Drittel.

Die Hauptursache für Bildgebungsfehler ist unregelmäßige Atmung, d. h. natürliche Atemvariationen, die bei Lungenkrebspatienten verstärkt auftreten, aber von klinischen Scannern nicht berücksichtigt werden. Es wurde eine Lösung für dieses Problem vorgeschlagen, die darin besteht, den CT-Scanner (d. h. Anhalten des Strahls), wenn ein Atemzustand auftritt, der wahrscheinlich ein Bildartefakt erzeugt.

Forschungsfrage Der primäre Endpunkt ist, dass die Anzahl der Bildartefakte bei Verwendung des Echtzeit-Gating-Scans weniger Artefakte erzeugt als beim herkömmlichen Scan.

Sekundäre Endpunkte umfassen die Untersuchung der Bildqualität und der Auswirkungen auf die Behandlungsplanung mit folgenden Vorteilen für den Patienten:

1. Konsistente/vorhersagbare Bildqualität: Eine konsistente Bildqualität hilft Radioonkologen bei der Identifizierung von Tumor- und Organschnittstellen und reduziert somit Abgrenzungsfehler.
2. Verbesserungen der Behandlungspläne: Eine genauere Abgrenzung führt zu verbesserten Behandlungsplänen und damit zu besseren Patientenergebnissen.

Diese klinische Studie ist eine erste Pilot-Machbarkeitsstudie am Menschen und das Ziel ist es daher, die Machbarkeit von Real-Time Gated 4DCT zu beweisen, mit dem Ziel, zu einer Wirksamkeitsstudie zu führen. Daher werden Patientenscans über ein breites Spektrum von Atembedingungen von Patienten erfasst, um die Real-Time-Gated-Technik zu optimieren und eine größere, hypothesengesteuerte klinische Studie der Phase II zu planen, die folgt. Automatische Unterbrechungen für diese unregelmäßigen Atmungsspuren werden in die Real-Time Gated 4DCT-Software eingebaut.

Begründung für die aktuelle Studie In-silico-Studien deuten darauf hin, dass der Real-Time Gated 4DCT-Ansatz Bildgebungsfehler um bis zu 50 % reduzieren und gleichzeitig die Bildgebungsdosis um > 20 % reduzieren kann. Es wurde geschätzt, dass die aktuelle Artefaktrate bei der konventionellen 4DCT mindestens 60 % und möglicherweise bis zu 95 % beträgt. Klinisch sinnvoll wäre eine Reduzierung auf maximal 35 % (25 % Bilder mit weniger Artefakten).