Adaptive Gliom-Strahlentherapie mit Entwicklung eines Workflows für künstliche Intelligenz (GLADIATOR)

Glioblastoma multiforme (GBM) stellt diffuse Gliome vom Grad 4 dar und ist der häufigste primäre bösartige Tumor des Zentralnervensystems (ZNS) bei Erwachsenen. GBM wird nach maximal sicherer Resektion mit Strahlentherapie (RT) und gleichzeitiger Chemotherapie behandelt, mit einer mittleren Überlebenszeit von etwa 15–18 Monaten. GBM weist eine signifikante intratumorale Heterogenität mit Bereichen mit multiklonalen und hypoxischen Bereichen auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Krankheitsrückfalls nach Standard-RT erhöht ist.

In ähnlicher Weise können in der Magnetresonanztomographie (MRT) unterschiedliche Kompartimente gut erkannt werden: der verstärkende Tumorkern (TC) mit zentralen nekrotischen Bereichen und die peritumorale Region (PTR), die aus mikroskopischer Tumorinfiltration und vasogenem Ödem besteht. Ähnlich wie in Regionen mit strahlenresistenten Bereichen innerhalb des TC spielt die mikroskopische Erkrankung im PTR eine entscheidende Rolle beim Krankheitsrückfall. Zu den diffusen Gliomen des Grades 2 und 3 gehören das mutierte Isocitratdehydrogenase (IDH)-Astrozytom und das Oligodendrogliom. In der aktuellen Klassifizierung von ZNS-Tumoren durch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) werden molekulare Informationen mit histopathologischen Informationen für eine integrierte Klassifizierung kombiniert. IDH-Wildtyp-Tumoren werden weiter molekular charakterisiert und als GBM betrachtet, da sich die Prognose als schlecht erweist. Oligodendrogliome werden anhand des Vorliegens einer Deletion der 1p19q-Chromosomenarme bestätigt. Diffuse Gliome vom Grad 2/3 werden typischerweise als Tumoren mit T2-gewichteten hyperintensen Tumoren gesehen. Die Behandlung ähnelt der GBM, mit maximal sicherer Resektion, gefolgt von Bestrahlung und gleichzeitiger und adjuvanter Chemotherapie.

Strahlentherapie bei diffusen Gliomen Die Strahlentherapie (RT) spielt eine wesentliche Rolle bei der multimodalen Behandlung diffuser Gliome. Eine Bestrahlung ist bei niedriggradigen Gliomen mit Hochrisikomerkmalen oder bei hochgradigen Gliomen nach maximal sicherer Resektion angezeigt. Die Strahlung (RT) bei diffusen Gliomen bei GBM wird mithilfe konformer Techniken an die verbleibende Erkrankung und den Hohlraum abgegeben, der als Bruttotumorvolumen (GTV) bezeichnet wird. Der umliegende Bereich wird in das klinische Zielvolumen (CTV) einbezogen, um Bereiche mit mikroskopischen Erkrankungen zu behandeln. Für GBM erfolgt eine Erweiterung von 1,5–2 cm ausgehend vom GTV, der in T1c-Sequenzen als anreichernder Bereich identifiziert wird, um Bereiche der PTR (T2w-Hyperintensität) einzuschließen und aus anatomischen Barrieren wie Meningen und Durareflexionen herausgeschnitten zu werden. Bei IDH-mutierten Gliomen werden der verbleibende Tumor und die Kavität (identifiziert als T2w-Hyperintensitätsregion) als GTV einbezogen und eine weitere Ausdehnung um 5–10 mm wird durchgeführt, um als CTV einbezogen zu werden. Die Standardpraxis besteht darin, dem Planungszielvolumen (PTV) eine gleichmäßige Strahlungsdosis zuzuführen, die eine isotrope Randausweitung um das CTV herum umfasst, um Unsicherheiten bei der Einrichtung zu berücksichtigen. Bei GBM- und IDH-mutierten hochgradigen Astrozytomen wird die Gesamtdosis von 59,4–60 Gy über 6–7 Wochen mit 1,8–2 Gy pro Fraktion verabreicht. Eine relativ geringere Strahlungsdosis im Bereich von 54,0-59,4 Gy wird über 6–7 Wochen abgegeben, wobei bei Oligodendrogliomen 1,8–2 Gy pro Fraktion verwendet werden. Gemäß dem aktuellen Paradigma ist die Bestrahlung einmal vor der Behandlung mittels Computertomographie (CT) zur Dosisberechnung und MRT zur Visualisierung von Zielvolumina und gefährdeten Organen (OAR) geplant, auf deren Grundlage eine fraktionierte Bestrahlung über 6–7 Wochen verabreicht wird . Jüngste Erkenntnisse mit MRT im Verlauf der Behandlung haben gezeigt, dass sich die Dynamik der Resterkrankung, der Operationshöhle und auch der OARs bei einem Teil der Patienten verändert, was darauf hindeutet, dass die Behandlung auf der Grundlage der Bildgebung zu einem einzigen Zeitpunkt erfolgen kann zu Ungenauigkeiten. Daher dürfte die adaptive Strahlentherapie (ART) zur Modifizierung von Bestrahlungsplänen auf der Grundlage der räumlichen Änderungen des Zielvolumens und der OAR die Genauigkeit von RT-Behandlungen verbessern. Darüber hinaus kann die serielle Bildgebung während der Behandlung verwendet werden, um Tumor- oder PTR-Bereiche zu identifizieren, die eine refraktäre Erkrankung oder ein vasogenes Ödem aufweisen, wobei biologische Modifikationen der RT-Dosen vorgesehen sind. Der Einsatz von konformen Bestrahlungstechniken wie der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) und der volumetrisch modulierten Lichtbogentherapie (VMAT) kann die präzise Abgabe unterschiedlicher Strahlendosen an verschiedene Bereiche des Zielvolumens ermöglichen, was als Dosismalerei bezeichnet wird. Funktionelle Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Die Bildgebung mit Positronen-Emissions-Tomographie (PET) hat in der Onkologie bei der Stadieneinteilung von Krankheiten, der Identifizierung hypoxischer Bereiche und der Steuerung der Bestrahlungsplanung große Popularität erlangt. Bei Gliomen hat sich Aminosäure-PET wie O-(2-[18F]-Fluorethyl)-L-Tyrosin (FET) oder Fluorodopa (F-DOPA) in Bereichen mit einem höheren Verhältnis von Tumor zu weißer Substanz als wirksam erwiesen, was auf aktive Bereiche hindeutet Krankheit (19) . Die Verwendung von PET-Scans während der Behandlung kann dabei helfen, Bereiche zu identifizieren, die gegenüber RT refraktär sind, was sich in einer höheren Aufnahme des Radioisotops widerspiegelt. Höhere Dosen in solchen Regionen bieten ein Fenster für die biologische Anpassung und können möglicherweise die Kontrollraten verbessern. In ähnlicher Weise kann die quantitative Analyse der Bildgebung (besser bekannt als Radiomics) dabei helfen, Bereiche mikroskopischer Tumore von vasogenen Ödemen in der PTR zu unterscheiden, die ansonsten der konventionellen Bildgebung ähneln. Künstliche Intelligenz Die Rolle künstlicher Intelligenz in der Onkologie wird zunehmend anerkannt und reicht von der Optimierung der Ressourcennutzung und Entscheidungsfindung im Gesundheitswesen bis hin zur quantitativen Bildanalyse zur Prognose und der potenziellen Fähigkeit, als nichtinvasiver Biomarker zu dienen. Die Praxis der modernen Radioonkologie ist in fast jedem Behandlungsplanungsprozess stark auf die Interaktion von Menschen und Maschinen angewiesen, einschließlich der Konturierung von Zielvolumina, OAR, Behandlungsplanungsprozessen und während der Behandlungsdurchführung. Die Schaffung eines Rahmens für künstliche Intelligenz in der Radioonkologie verspricht, die Effizienz und Genauigkeit der Arbeitsabläufe zu verbessern und eine schnelle und effiziente Behandlungsplanung und -durchführung zu ermöglichen. Der Einsatz adaptiver Strahlentherapie wird durch den Einsatz von Algorithmen für maschinelles Lernen mit geeigneter Identifizierung von Patienten weiter erleichtert, die von volumetrischer oder biologischer Anpassung, automatischer Segmentierung von Ziel/OAR, automatisierter Behandlungsplanung und biologischer Modifikation auf der Grundlage räumlicher und zeitlicher Änderungen quantitativer Bildgebungsparameter profitieren sollen . Institutionelle Standardpraxis Die institutionelle Standardpraxis umfasst eine Dosis von 59,4 Gy in 33 Fraktionen über 6,5 Wochen für Patienten mit Glioblastom und 55,8 Gy in 31 Fraktionen über 6 Wochen für Patienten mit Oligodendrogliom. Bei allen Patienten, die sich einer Bestrahlung unterziehen, wird gleichzeitig Temozolomid in einer Dosis von 75 mg/m 2 Körperoberfläche während der Bestrahlung angewendet, wobei das Blutbild wöchentlich überwacht wird. Alle Bestrahlungsbehandlungen werden auf der Grundlage einmaliger CT- und MRT-Scans ohne geplante Intervallscans während der Bestrahlung geplant und es werden keine Anpassungen vorgenommen. Die adjuvante Chemotherapie mit Temozolomid wird 4 Wochen nach Abschluss der Bestrahlung mit einer Dosis von 150 mg/m 2 für fünf Tage begonnen und monatlich wiederholt. Bei guter Verträglichkeit und normalem Blutbild wird die Dosis auf 200 mg/m 2 erhöht. Als Standardpraxis sind 6 bzw. 12 Zyklen Temozolomid für GBM- bzw. IDH-mutiertes Gliom (Astrozytom und Oligodendrogliom) vorgesehen. Nach Abschluss der Behandlung ist für alle Patienten in den ersten 2 Jahren alle 3–6 Monate und danach alle 6–12 Monate eine klinische Nachuntersuchung geplant. Überwachungsbildgebung wird in den ersten 5 Jahren alle 6–12 Monate geplant und danach jährlich oder in Intervallen durchgeführt, wenn dies klinisch erforderlich ist.