Toiminnallisesti kriittisten aivojen alueiden annosvaste aivojen sädehoitoa varten

Tutkimuskysymys:

Tavoitteenamme on tässä tutkimuksessa vastata seuraaviin kolmeen tutkimuskysymykseen:

1. Mikä on visuaalisen, kielen ja työmuistin toimintojen käsittelyyn osallistuvien aivoalueiden annosvastekäyrä (säteilykomplikaatioiden/radiologisten muutosten aste vs. säteilyannos)?
2. Mikä on näiden toiminnallisesti kriittisten aivoalueiden rajaannos, jota voidaan soveltaa sädehoidon suunnitteluun säteilyn aiheuttaman vamman mahdollisuuden minimoimiseksi (esim. alle 5 %)?
3. Voidaanko aivojen fMRI:tä käyttää ohjaamaan sädehoidon suunnittelua toiminnallisesti kriittisten aivoalueiden annoksen minimoimiseksi ja näiden alueiden hoitovasteiden arvioimiseksi?

Tutkimusmenetelmä:

Kuvaus ennen sädehoitoa: Kullekin potilaalle tehdään aktiivinen stimulaatio ja lepo-fMRI-tutkimukset aivosädehoidon tavanomaisen anatomisen magneettikuvauksen lisäksi. FMRI-kuvauksista luodaan visuaalisiin, kielellisiin ja työmuistitoimintoihin liittyvien alueiden aktivointikartat ja potilaan vastaukset työmuistitehtävään (eli N-Back-tehtävään) tallennetaan fMRI-tutkimusten aikana. MRI ja fMRI vievät yhteensä noin 90 minuuttia - 60 minuuttia tavallisessa magneettikuvauksessa ja 30 minuuttia fMRI:ssä. Aktivointikartat asetetaan FLAIR MRI -kuvien päälle, tuodaan sädehoidon suunnittelujärjestelmään ja rekisteröidään rinnakkain simulaatio-CT-skannauksen kanssa.

Sädehoito ja rutiiniseuranta: FMRI-aktivointikarttojen toiminnallisesti kriittiset alueet muotoillaan erikseen kriittisiksi elimiksi, mutta niitä ei oteta huomioon suunnitelman optimoinnissa. Toiminnallisesti kriittisten aivojen alueiden annostilavuushistogrammit (DVH:t) lasketaan ja dokumentoidaan. Jokainen potilas saa fraktioitua aivosädehoitoa hoitosuunnitelman mukaisesti ja häntä seurataan kolmen kuukauden välein sädehoidon jälkeen.

Seurantaarvioinnit: 3MS-tutkimus suoritetaan ennen hoidon aloittamista ja joka kolmas kuukausi hoidon jälkeen rutiiniseurannan aikana neuropsykologisten toimintojen seulomiseksi. Anatominen MRI (standardi) ja aivojen fMRI (tutkimus) hankitaan 6 kuukautta sädehoidon jälkeen, jotta voidaan määrittää radiologiset ja toiminnalliset muutokset alueilla, jotka osallistuvat visuaalisen, kielen ja työmuistin toimintojen käsittelyyn.

Kasvaimen uusiutumisen tai etenemisen häiriöiden minimoiminen: Tehdään kaksi toimenpidettä, joilla minimoidaan tuumorin uusiutumisen tai etenemisen häiriöt säteilyn aiheuttamien suorituskyvyn muutosten arvioinnissa. Ensinnäkin potilaiden mukaan ottaminen rajoittuu potilaisiin, joilla on hitaasti kasvavia kasvaimia, esim. meningioma, matala-asteinen gliooma ja anaplastinen astrosytooma, joten kasvaimen uusiutumisen tai etenemisen mahdollisuus on pieni. Toiseksi potilaat, joille kehittyy sairauden etenemistä missä tahansa sädehoidon jälkeisessä seurannassa, suljetaan pois tutkimuksesta, koska fMRI- tai 3MS-tutkimuksessa ei olisi mahdollista erottaa taudin etenemisen vaikutuksia sädehoidon sivuvaikutuksista. havainnot eivät olisi tulkittavissa.

Annosvasteanalyysi: Logistista regressioanalyysiä käytetään arvioimaan komplikaatioiden todennäköisyyttä toiminnallisesti kriittisille aivoalueille säteilyannoksen funktiona. Riippuva muuttuja on binääriindikaattori, joka tunnistaa potilaiden ilmenevät komplikaatiot (3MS-tutkimuspisteiden ja N-Back-testin lasku, MRI- ja fMRI-tutkimuksessa havaitut radiologiset/toiminnalliset muutokset), jotka johtuvat säteilyaltistuksesta. Logistinen regressiomalli sisältää kovariaatteina asiaankuuluvat aihetason tekijät (esim. ikä, sukupuoli, Karnofskyn lähtötilanne, kasvaimen sijainti, viimeaikaiset kohtaukset, epilepsialääkkeet). Asennettu logistinen normaalikudoskomplikaatioiden todennäköisyysmalli (NTCP) mahdollistaa merkittävien komplikaatioiden todennäköisyyden arvioinnin, joka liittyy mihin tahansa alueen säteilyannokseen, jolloin raja-annos voidaan laskea annoksena, jonka odotetaan aiheuttavan komplikaatioita hyväksyttävällä todennäköisyydellä (esim. 5 %).

Rajoittavan annoksen sisällyttäminen sädehoitohoidon suunnitteluun: Edellä olevan "annosvasteanalyysin" raja-annosta käytetään IMRT-uudelleensuunnitteluun ottaen huomioon toiminnallisesti kriittiset aivoalueet. Optimoinnin tavoitteena on minimoida annos toiminnallisesti kriittisille aivoalueille samalla, kun säilytetään samanlainen PTV (planning target volume) kattavuus ja pidetään kriittisten rakenteiden annos hyväksytyn toleranssin sisällä. Toiminnallisesti kriittisten aivojen alueiden, PTV:n ja kaikkien muiden kriittisten rakenteiden DVH-arvoja verrataan molemmissa hoitosuunnitelmissa toiminnallisesti kriittisten aivoalueiden huomioimatta. Wilcoxon matched pair signed rank -testi suoritetaan vertaamaan suunnitelmia kriittisten elinten lasketun NTCP:n suhteen. McNemar-testiä käytetään vertaamaan suunnitelmia toiminnallisten alueiden annosrajoitusten kanssa ja ilman niitä tuottoprosentin (eli niiden potilaiden osuuden, joille IMRT-suunnitelma on onnistuneesti laadittu) suhteen.

Tämän tutkimuksen ensisijainen tutkimuksen päätepiste on normaali kudoskomplikaatio. Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on määrittää annosvastekäyrä ja rajaannos toiminnallisesti kriittisille aivoalueille aivojen sädehoitoa varten. Tämän tutkimuksen toisena tavoitteena on tutkia aktiivisen stimulaation tai lepotilan fMRI:n tarkkuutta toiminnallisesti kriittisten aivojen alueiden välttämiseksi aivokasvainten sädehoitohoidon suunnittelussa ja näiden kriittisten alueiden hoitovasteiden arvioinnissa.