Messung und Kartierung des kognitiven Rückgangs nach einer Gehirnradiochirurgie (CoDeB-Rad)

Etwa 20–40 % aller Krebspatienten mit einer primären extrakraniellen Erkrankung sind von Hirnmetastasen betroffen. Lamba et al. schätzten, dass die mittlere Überlebenszeit der Patienten ohne Behandlung etwa einen Monat beträgt. Diese Zahl erhöht sich von einem Monat auf drei bis zwölf Monate, wenn eine Ganzhirn-Strahlentherapie (WBRT) eingesetzt wird. WBRT ist eine Strahlentherapie, die in fünf bis zehn Sitzungen durchgeführt wird und bei der das gesamte Gehirn bestrahlt wird. Mit dem Aufkommen neuer systemischer Behandlungen verbessert sich die Prognose der Patienten kontinuierlich. Der weit verbreitete Einsatz der MRT-Bildgebung hat auch die Zahl der diagnostizierten Patienten erhöht, da die Erkennung sehr kleiner Tumoren (ein oder zwei Millimeter Durchmesser) verbessert wurde. Folglich werden mehr Menschen zur Behandlung ihrer Hirnmetastasen mit heilender Absicht überwiesen.

Patienten mit Hirnmetastasen können mit einer Operation, WBRT, stereotaktischer Radiochirurgie (SRS) oder einer Kombination der oben genannten behandelt werden. SRS ist die Behandlung der Wahl bei einzelnen oder mehreren Metastasen, es sei denn, es handelt sich um eine große Raumforderung (mehr als 3 cm Durchmesser), bei der eine Operation die bevorzugte Option wäre. Dies liegt an der Invasivität des Eingriffs (SRS ist nicht oder nur minimal invasiv) und den damit verbundenen Risiken einer chirurgischen Resektion. SRS ist eine hochfokussierte Behandlung, die stereotaktische Lokalisierungstechniken nutzt, um eine hohe Strahlendosis auf einen umrissenen Bereich des Gehirns abzugeben. Die Behandlung erfolgt in der Regel in einer einzigen Strahlentherapiebehandlung. In prospektiven randomisierten kontrollierten Studien wurde gezeigt, dass die stereotaktische Radiochirurgie hinsichtlich der lokalen Tumorkontrolle genauso wirksam ist wie die Ganzhirn-Strahlentherapie, die Belastung durch den kognitiven Verfall für die Patienten jedoch geringer ist. Die Primärtumoren können unterschiedlich sein, bei der Mehrzahl der Patienten handelt es sich jedoch um einen Lungen-, Brust-, Melanom-, Nieren- oder Dickdarm-Primärtumor.

Strahlung schädigt das Gehirn, wobei verschiedene Bereiche mehr oder weniger anfällig für Strahlung sind. Zu den Hauptorganen, die zur Optimierung der Strahlentherapie-Behandlungspläne durch Reduzierung der ihnen zugeführten Dosis dienen, gehören die Augen, Sehnerven, Chiasma, Hirnstamm, Cochleas, Linsen und Tränendrüsen. Dies sind Organe, die körperliche Funktionen beeinflussen. Derzeit werden bei der Planung einer Strahlentherapie-Behandlung Bereiche des Gehirns nicht berücksichtigt, die die kognitive Funktion beeinträchtigen, wie etwa der Hippocampus, die Basalganglien, die Insula und das Corpus callosum, um nur einige zu nennen.

Die Auswirkungen der Strahlentherapie auf das Gehirn sind gut dokumentiert, dies gilt jedoch hauptsächlich für die WBRT. Die Auswirkungen einer fokalen Strahlentherapie wie SRS auf die Kognition wurden nicht im Detail untersucht. In dieser Pilotstudie wird die Voxel-basierte Läsionssymptomkartierung (VLSM) verwendet, um die Dosiskarten für die Behandlungsplanung mit klinischen Ergebnissen zur neurokognitiven Funktion zu korrelieren.

Die Voxel-basierte Läsionssymptomkartierung ist eine Technik, bei der die Beziehung zwischen Schäden an bestimmten Stellen des Gehirns und Symptomen, die die kognitive Funktion beeinträchtigen, in Zusammenhang gebracht werden kann. Dies geschieht Voxel für Voxel. Ein Voxel ist ein Volumen in einer dreidimensionalen Struktur. VLSM wurde in der Vergangenheit häufig bei Schlaganfallpatienten eingesetzt, für Patienten mit Hirnmetastasen gibt es jedoch nur wenige Literatur. Einzelne MR-Bilder des Gehirns werden zusammen mit den Dosiskarten aus dem SRS-Behandlungsplan jedes Patienten verwendet. Die Dosiskarten werden überlagert und mit Ergebnissen neurokognitiver Tests korreliert. Anschließend werden die identifizierten Bereiche des Gehirns umrissen und das Dosisniveau von Signifikanz (das Dosisniveau, bei dem kognitive Veränderungen quantifizierbar werden) bewertet.

Vorteile

Die Identifizierung von Bereichen im Gehirn und den damit verbundenen Dosen mit kognitiven Veränderungen wird dazu beitragen, künftige Leitlinien zu volumetrischen Dosisbeschränkungen für diese Bereiche im Gehirn zu entwickeln. Da der Ort der Läsion mit den klinischen Ergebnissen neurokognitiver Tests korreliert, kann ein besseres Verständnis der Nebenwirkungen der Strahlentherapie gewonnen werden. Dies ermöglicht die Optimierung zukünftiger Strahlentherapiebehandlungen, um diese Bereiche zu schonen und so die Nebenwirkungen der Strahlentherapiebehandlung zu minimieren.

Schließlich sind Ärzte mit dem erworbenen Wissen besser in der Lage, Patienten über die Auswirkungen ihrer Behandlung zu informieren. Patienten können somit fundierte Entscheidungen über ihre Behandlung treffen. Dies ist in dieser Population besonders wichtig, da die Mehrheit der mit SRS behandelten Patienten keine sehr lange Lebenserwartung hat.

Methoden Die Magnetresonanztomographie oder MRT ist ein medizinisches Bildgebungsverfahren, das mithilfe von Magnetfeldern und Radiowellen detaillierte Bilder des Körperinneren erzeugt. Die MRT ist die bevorzugte bildgebende Methode zur Diagnose von gutartigen und bösartigen Tumoren im Gehirn, da sie in diesen Geweben einen hohen Kontrast bieten kann. Mit Hilfe eines MRT-Scanners können Tumoren mit einer Größe von nur 2 mm problemlos dargestellt werden.

Die zur Analyse der Daten verwendete Methodik, VLSM, ist gut etabliert und wurde ausgiebig bei Patienten mit Schlaganfallläsionen eingesetzt. Es verwendet ein univariates Regressionsmodell und kann die kognitive Leistung von Patienten damit verknüpfen, ob in jedem Voxel eine Läsion vorhanden ist oder nicht. In dieser Pilotstudie werden wir anstelle von Läsionen die Dosiskarten der Strahlentherapie-Behandlungspläne verwenden.

Die strukturellen MRT-Scans der Patienten werden räumlich auf ein gemeinsames Koordinatensystem, den Raum des Montreal Neurological Institute (MNI), normalisiert. Die Transformationen werden dann verwendet, um die Dosiskarten an dasselbe Koordinatensystem anzupassen. Anschließend werden die Daten geglättet. Die voxelbasierte Analyse der Läsionssymptomkartierung umfasst die Verwendung einer statistischen parametrischen Kartierungstoolbox von Matlab. Für jedes Voxel wird ein Gruppenvergleich zwischen Patienten unter Verwendung der Dosiskarten aus den Strahlentherapie-Behandlungsplänen durchgeführt. Die t-Statistik wird basierend auf den Ergebnissen der neurokognitiven Tests berechnet. Es wird eine entsprechende T-Karte des Gehirns erstellt, die alle Voxel zeigt, die mit den relevanten kognitiven Defiziten in Zusammenhang stehen. Es muss eine Korrektur für Mehrfachvergleiche durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Rate falsch positiver Ergebnisse minimiert wird.