Effizienz der zeitgemäßen offline-adaptiven Strahlentherapie bei Lungenkrebs (ECLAIR)

Lungenkrebs zählt weltweit zu den häufigsten Krebsarten und weist die höchste Sterblichkeitsrate auf. Nicht-kleinzelliger Lungenkrebs (NSCLC) ist die vorherrschende Form und macht mehr als 85 % der Fälle aus. Da sich Symptome oft spät manifestieren, weisen viele Patienten bei der Diagnose eine lokal fortgeschrittene Erkrankung (LA-NSCLC) auf. Die Eckpfeilerbehandlung für nicht resektablen LA-NSCLC besteht aus einer Kombination von systemischer Therapie und Strahlentherapie, gefolgt von Immuntherapie.

Der Strahlentherapie geht ein arbeits- und zeitintensiver Behandlungsvorbereitungsprozess voraus. Dieser Prozess erfordert zunächst diagnostische Bildgebung, wie PET-CT, gefolgt von planungsbezogener Bildgebung mittels eines speziellen atemgeführten vierdimensionalen (4D) Planungs-CTs. Anschließend müssen der Tumor und die umliegenden Risikoorgane (OARs) konturiert und von Strahlentherapeuten gemäß international empfohlenen Leitlinien unabhängig überprüft werden. Kommerzielle Convolutional Neural Networks (CNNs) werden derzeit zur Unterstützung dieses Konturierungsprozesses eingesetzt. Diese Modelle führen eine voxelweise Klassifizierung durch, um anatomische Strukturen auf Basis vorheriger Trainingsdaten zu kennzeichnen. Eine weit verbreitete kommerzielle CE-gekennzeichnete Anwendung zur OAR-Konturierung ist Syngo.via®.

Nach der Konturierung erfolgt die dosimetrische Behandlungsplanung. Die Planerstellung beginnt mit einem Optimierungsschritt, gefolgt von einer Dosisberechnung, mit dem Ziel, eine akzeptable Balance zwischen Zielvolumenabdeckung und OAR-Schonung zu erreichen. Ein häufig verwendetes CE-gekennzeichnetes wissensbasiertes Planungstool, das diesen Prozess optimiert, ist RapidPlan®. Dieses System liefert Schätzungen erreichbarer Dosisverteilungen und leitet Dosimetristen und Medizinphysiker bei der Erstellung hochwertiger Pläne an. Alle Vorbereitungsschritte werden am Planungs-CT durchgeführt, das nur eine einzige anatomische Momentaufnahme zu einem Zeitpunkt darstellt.

Sobald die Vorbereitung abgeschlossen ist, beginnt der Strahlentherapiekurs. Die Behandlungen werden täglich über einen Zeitraum von bis zu sieben Wochen verabreicht. In diesem Zeitraum können sowohl tumor- als auch intrathorakale anatomische Veränderungen auftreten, wodurch die ursprünglichen Konturen und der Behandlungsplan nicht mehr mit der Anatomie des Patienten am Behandlungstag übereinstimmen. Adaptive Strahlentherapie (ART), bei der der ursprüngliche Plan an anatomische Veränderungen angepasst wird, kann daher vorteilhaft sein. Klinische Studien haben gezeigt, dass Patienten mit NSCLC von häufigen Behandlungsplananpassungen bei Tumorregression oder intrathorakalen Verschiebungen während des Behandlungsverlaufs profitieren können. Verbesserungen des progressionsfreien Überlebens und des Gesamtüberlebens wurden berichtet, und eine routinemäßige offline ART während der Behandlung wird für LA-NSCLC empfohlen.

Trotz der Evidenz erhalten jedoch nur sehr wenige Patienten eine adaptive Strahlentherapie. Der umfangreiche Arbeitsaufwand im Zusammenhang mit Konturierung und Behandlungsplanung bleibt ein Haupthindernis für die breite Umsetzung von ART bei allen geeigneten Patienten.

Mehrere zeitgenössische Tools haben das Potenzial, den adaptiven Prozess zu beschleunigen. In der vorliegenden Studie beabsichtigen die Forscher, bei 30 Patienten mit LA-NSCLC prospektiv Anpassungen während der Behandlung durchzuführen. Diese Patienten werden ein wiederholtes Planungs-CT durchlaufen, gefolgt von erneuter Konturierung und Behandlungsplanung, analog zum Vorbehandlungsablauf. Dieser Ansatz ermöglicht eine erste Bewertung der Zeiteffizienz moderner Konturierungs- und Planungstools in einem adaptiven Setting. Alle verwendeten Tools sind CE-gekennzeichnet und werden derzeit als Teil der klinischen Standardpraxis am initialen Planungs-CT eingesetzt. Qualitätskontrollen und manuelle Überprüfungen durch Medizinphysiker und Ärzte sind identisch mit den Vorbehandlungsverfahren. Für eingeschlossene Patienten berücksichtigt der resultierende Behandlungsplan anatomische Veränderungen und kann die Tumorabdeckung und den OAR-Schutz verbessern.

Eine retrospektive Phase beginnt nach Abschluss aller Behandlungen. Diese Phase wird die Machbarkeit der Integration modernster Lageverifikationsbildgebung – nämlich Cone-Beam-CTs (CBCTs) – als Ersatz für wiederholte Planungs-CTs untersuchen. Wenn machbar, könnte die wiederholte 4DCT-Akquisition vermieden werden, was Patienten zusätzliche Bildgebungsdosen erspart und die Belastung durch zusätzliche Termine reduziert. Es wird entscheidend sein, zu bestimmen, ob aktuelle Konturierungs- und Planungstools effektiv auf CBCT-Daten angewendet werden können. Der oben beschriebene prospektive Workflow dient als Benchmark für Zeiteffizienz sowie Konturierungs- und Planungsqualität. Dieser Vergleich wird helfen zu bestimmen, ob der Übergang von wiederholten 4DCTs zu CBCTs innerhalb eines ART-Workflows machbar und vorteilhaft ist.

Im prospektiven ART-Workflow wird das wiederholte 4D-Planungs-CT akquiriert, gefolgt von automatisierter OAR-Konturierung mit Syngo.via® und manueller Konturierung der Tumorbefunde. Die Behandlungsplanung wird dann mit RapidPlan® durchgeführt, was die Optimierung verbessert und die Inter-Observer-Variabilität reduziert. Wenn der resultierende adaptierte Plan einen dosimetrischen Vorteil bietet, wird er für den Rest des Strahlentherapiekurses implementiert. Planverifikationsverfahren entsprechen denen der Vorbehandlungsplanung, einschließlich der Genehmigung durch die verantwortlichen Ärzte und Medizinphysiker. Zeitmessungen werden bei jedem Workflow-Schritt aufgezeichnet, um als Grundwahrheitsdaten für die retrospektive Phase zu dienen.

In der retrospektiven Bewertung werden die Forscher die Leistungsfähigkeit eines CBCT-basierten ART-Workflows beurteilen. Anstelle eines wiederholten 4DCTs werden tägliche CBCT-Bilder – routinemäßig zur Lageverifikation akquiriert – verwendet. Die CBCT-Bildqualität für die Strahlentherapieplanung wird verifiziert und mit spezieller CE-gekennzeichneter Software (MIM®) in ein synthetisches CT umgewandelt. Die Erzeugung synthetischer CTs verbessert die Genauigkeit der Dosisberechnungen. Automatisierte OAR-Konturierung mit Syngo.via® und MIM® wird dann durchgeführt, gefolgt von manueller Tumorkonturierung. Die anschließende Behandlungsplanung wird erneut mit RapidPlan® durchgeführt. Dieser Prozess wird bewerten, inwieweit CBCT oder synthetisches CT die adaptive Behandlungsplanung unterstützen können. Wie in der prospektiven Phase erfolgt die Zeitregistrierung in allen Workflow-Phasen.