Monitoreo Continuo de la Posición de la Próstata Durante la Radioterapia (KIM Gating)

El cáncer de próstata ahora representa un tercio de todos los nuevos diagnósticos de cáncer en hombres y aproximadamente el 30% de los hombres recibirán radioterapia de haz externo como su terapia local primaria. El movimiento de la próstata durante la radioterapia se puede dividir en movimiento de interfracción e intrafracción. El movimiento de interfracción ha sido bien establecido y se ha superado en gran medida mediante la verificación diaria de imágenes en línea con ultrasonido, TC en línea o marcadores fiduciales implantados; sin embargo, el movimiento durante el tiempo del haz de radiación (movimiento de intrafracción) no se corrige y puede ser la causa de errores significativos. en el suministro de dosis de radiación.

Movimiento de intrafracción: el movimiento de la próstata después de la instalación del tratamiento inicial se ha denominado movimiento de intrafracción. Las estimaciones de la magnitud y la frecuencia de este movimiento se realizaron inicialmente utilizando imágenes de resonancia magnética (MR) continua. Padhani et al informaron que el 16 % de los pacientes tenían un movimiento anterior:posterior de > 5 mm cuando se tomaron imágenes durante 7 minutos con resultados similares informados en estudios de cine de RM posteriores. puede deberse al movimiento físico del paciente. Con la disponibilidad del seguimiento de la próstata en tiempo real, los datos clínicos están disponibles para cuantificar la magnitud y la frecuencia del movimiento. Un informe anterior de Kupelian et al que utilizó posicionamiento continuo de radiotranspondedor7 describió el 41 % de las fracciones con >3 mm de movimiento y el 15 % > 5 mm de movimiento durante > 30 segundos. Se observó que el riesgo de movimiento aumentaba con un tiempo de tratamiento más prolongado.

Nuestros propios datos utilizando la autosegmentación fuera de línea de la posición del marcador fiduciario de 10 pacientes mostraron un 38 % de fracciones > 1 mm, un 4,7 % de fracciones > 3 mm y un 1,7 % de fracciones > 5 mm instantáneamente durante la administración del tratamiento de aproximadamente 2,5 min 8.

Importancia de corregir por movimiento:

Si la dosis de radiación se vuelve a calcular para cada fracción individual y se ajusta para el movimiento intrafraccional, es posible estimar la dosis real entregada al objetivo y compararla con la dosis deseada. Esta comparación brinda un modelo sólido del beneficio potencial para el seguimiento y ajuste en tiempo real del movimiento. Descripción general del monitoreo de intrafracción de kilovoltaje (KIM): el monitoreo de intrafracción de kilovoltaje es una nueva modalidad de localización de tumores en tiempo real. Se trata de un único generador de imágenes de rayos X kV montado en un pórtico (que está ampliamente disponible en la mayoría de los linacs) que adquiere proyecciones 2D de marcadores fiduciales implantados. A medida que el pórtico de tratamiento gira alrededor del paciente durante el tratamiento, el generador de imágenes kV adquiere proyecciones 2D de la próstata. Los marcadores fiduciales se segmentan utilizando un paquete de software desarrollado internamente. Las posiciones 3D se determinan mediante la estimación de máxima verosimilitud (MLE) de una densidad de probabilidad 3D.

En trabajos anteriores (Ng et al, 2012) hemos aplicado el método KIM con segmentación fuera de línea para calcular la trayectoria de la próstata en 3D después del tratamiento. En el presente estudio, estamos utilizando la segmentación de marcadores en línea para permitir la creación de trayectorias en vivo durante la administración del tratamiento con un tiempo de procesamiento de menos de 1 segundo. Con las trayectorias aproximadas en tiempo real, podemos controlar la administración para maximizar la dosis al tumor, o rastrear con colimadores de hojas múltiples (MLC) para seguir el movimiento de la próstata. Este último implica una interacción compleja con el sistema de emisión del haz y no forma parte de este estudio. El tratamiento se puede seleccionar en función de una tolerancia preestablecida. Utilizando nuestros datos anteriores, modelamos varios criterios de activación de 3 mm/5 s, 3 mm/10 s y 3 mm/15 s basados ​​en excursiones a lo largo de ejes individuales y también en la excursión radial. En los 10 pacientes, una tolerancia de 3 mm/5 s demostró ser eficiente, introduciendo solo 24 eventos de activación (de 268 tratamientos) y segura, con el menor tiempo de excursión (5 s).

El método KIM introduce una dosis extra de radiación al paciente de aproximadamente 65 mSv por tratamiento localizado en la próstata 8. Las dosis de tratamiento estándar para la radioterapia prostática son 80 Gy. La cantidad de dosis de imagen dependerá del tamaño del campo de imagen, la velocidad de fotogramas de las imágenes adquiridas, el tamaño del campo de tratamiento, la energía kV utilizada y el método de administración del tratamiento (terapia de arco volumétrica modulada [VMAT], radioterapia de intensidad modulada [IMRT], refuerzo estereotáctico). Radioterapia [SBRT]).9 Minimizaremos la dosis de imagen de nuestro estudio anterior 8 al:

• reducir el tamaño del campo para abarcar solo los fiduciales y un pequeño margen por paciente para que la dosis de imagen se administre dentro del volumen de tratamiento (espere un ahorro de dosis del 20-40 %);
• la calidad del haz se maximiza a 125 kV;
• las dimensiones del paciente son limitadas ya que los pacientes más grandes crean más radiación dispersa (que disminuye la calidad de la imagen) y absorben más radiación. Esto, combinado con el tamaño del campo de tratamiento que se muestra a continuación, puede permitirnos utilizar una velocidad de fotogramas más baja para la adquisición de imágenes, de 10 fps a 5 fps, lo que tendrá un efecto proporcional en la dosis;
• se excluyen los pacientes con áreas ganglionares para el tratamiento, ya que los campos de tratamiento son más grandes y esto reduce la calidad de la imagen. Al excluir a estos pacientes más grandes, es posible que podamos usar imágenes de 5 fps en lugar de 10 fps combinadas con la dimensión del paciente como se indicó anteriormente;
• Se muestra que VMAT requiere menos tiempo de tratamiento que la administración de IMRT, y SBRT requiere menos tiempo total que el fraccionamiento convencional (donde el tiempo total de tratamiento es proporcional a la dosis de imágenes). Esperamos ver una reducción de la dosis con el protocolo VMAT-SBRT en comparación con VMAT del 20-40 %.

Junto con la dosis de imagen, debemos considerar y sopesar las ganancias de la monitorización intrafracción y el tratamiento sincronizado. Estas ganancias incluyen mejorar la precisión de la dosis administrada, de modo que la dosis de tratamiento planificada se administre de manera eficiente al tumor, y la precisión geométrica que permitiría la reducción del margen de seguridad introducido para compensar el tratamiento. Hemos demostrado mejoras significativas en la dosis tumoral del 60 % al 95 % de la distribución de la dosis prevista mediante la sincronización con una tolerancia de 3 mm/5 s, como se muestra en la Figura 1.

Verificación de la precisión de la localización dinámica clínica de KIM mediante triangulación kV/MV:

Para evaluar la precisión de localización dinámica del método KIM, las posiciones 3D determinadas por KIM se pueden comparar con la triangulación kV/MV. Triangulación kV/MV. La triangulación proporciona una medida independiente de la ubicación de la próstata.

Protocolo de Análisis de Modo y Efectos de Falla (FMEA) y Garantía de Calidad (QA) Se ha realizado un FMEA identificando posibles modos de falla dentro del flujo de trabajo KIM adicional. El flujo de trabajo estándar ha establecido medidas de control de calidad. Todos los modos de falla de KIM se han mitigado en numerosas capas mediante medidas de garantía de calidad, un diseño claro de la interfaz de usuario, una designación clara de los roles del personal, la educación del personal y los criterios de exclusión para la selección de pacientes.