Hengitysteiden mukautuva tietokonetomografia: Toteutettavuustutkimus reaaliaikaisesta 4DCT:stä keuhkosyövän sädehoitoon (REACT)

Neliulotteista tietokonetomografiaa (4DCT) pidetään nykyaikaisen korkean tarkkuuden stereotaktisen ablatiivisen sädehoidon (SABR) hoidon standardina. Kliininen 4DCT toimii hankkimalla CT-viipaleita ja hengitystietoja synkronisesti potilaan liikkuessa pyörivän röntgenkuvauslaitteen läpi. TT-viipaleet lajitellaan 5–10 'vaihekuvaan' (keskihengitys, huippu-uloshengitys, keskisisäänhengitys, huippusisäänhengitys jne.) ja ommellaan yhteen muodostamaan 3D+hengityksen aiheuttama kasvain/elinliike tai '4D ' esitys hengitysanatomiasta. Nykyinen paras käytäntö sädehoidossa on, että kliinikot suorittavat keuhkokasvainten rajaamisen tai "konturoinnin" manuaalisesti yhdessä tai useammassa 4DCT-vaihekuvassa varmistaakseen, että hoitosäde peittää asianmukaisesti hengitysliikkeestä huolimatta. Epäsäännöllisen hengityksen yhteydessä syntyy yhteensopimattomuutta CT-leikkeiden välillä, jotka ovat samassa hengitysvaiheessa, mutta kuvattu sohvan eri asennoissa. Tämän seurauksena tuotetut kuvat kärsivät erilaisista epäjatkuvuuksista, mukaan lukien katkaisu, päällekkäisyys tai päällekkäisyys. Yamamoto havaitsi, että epäsäännöllinen hengitys aiheutti vähintään yhden yli 4 mm:n virheen 90 %:ssa (45 50:stä) vatsan ja rintakehän potilaan skannauksista. 4DCT-kuvavirheiden pääasiallinen seuraus on, että ne voivat aiheuttaa kasvaimen tilavuuden ja sijainnin epävarmuutta jopa 30 % eri 4D-vaihesäiliöiden tai eri tarkkailijoiden välillä.

Tämä voi mahdollisesti vähentää kasvaimen hallinnan todennäköisyyttä jopa kolmanneksella ja johtaa terveen keuhkokudoksen tarpeettomaan säteilytykseen, mikä myötävaikuttaa merkittäviin annosta rajoittaviin sivuvaikutuksiin, kuten säteilykeuhkotulehdukseen, joka on oireellinen jopa 30 %:lla potilaista ja johtaa kuolemaan 2 %. Ratkaisuehdotus on Real-Time Gated 4DCT, jossa käytetään prospektiivista säännöllisyysportausta, joka otetaan käyttöön ensimmäistä kertaa keuhkosyöpäpotilailla.

Real-Time Gated 4DCT -menetelmä havaitsee ja pysäyttää CT-säteen epäsäännöllisten hengitystapahtumien aikana. Analysoimme potilaan hengitysmallin prospektiivisen portin hankinnan mahdollistamiseksi reaaliajassa. Reaaliaikainen portitettu 4DCT varmistaa, että röntgenkuvantaja kytkeytyy päälle vain, kun hengitys on säännöllistä; skannaus keskeytyy muuten. 4DCT-skannauksen saamisen hyödyt potilaalle on osoitettu aiemmissa tutkimuksissa:

• vähentää hengitysliikevirheitä 50 %
• kuvantamisannoksen pienentäminen. Kasvaimien ja elinten rajaaminen TT-kuvauksissa on ensimmäinen askel keuhkosyöpäpotilaan sädehoitomatkalla. Tarkka rajaaminen on avainasemassa potilaan tulosten kannalta, koska virheet leviävät hoidon aikana ja voivat johtaa siihen, että säteilyannoksesta puuttuu kasvaimen osia tai säteilytetään tarpeettomasti terveitä kudoksia tai elimiä. Valitettavasti tärkein keuhkosyöpien määrittämiseen käytetty kuvantamismenetelmä, 4DCT, on virhealtis. Säteilyonkologit (RO:t) kohtaavat valtavan haasteen, ja heidän on rajattava kasvaimet, kun 90 % kliinisistä skannauksista kärsii vakavista kuvantamisvirheistä. Nämä virheet hämärtävät kasvaimen todellisen sijainnin/muodon ja vähentävät kasvaimen hallinnan mahdollisuutta jopa kolmanneksella.

Pääsyyllinen kuvantamisvirheisiin on epäsäännöllinen hengitys eli luonnolliset hengitysvaihtelut, jotka keuhkosyöpäpotilailla korostuvat, mutta joita kliiniset skannerit eivät huomioi. Tähän ongelmaan ehdotettiin ratkaisua, joka on CT-skannerin portti (ts. säteen keskeyttäminen) aina, kun ilmenee hengityshäiriö, joka todennäköisesti tuottaa kuvantamisartefaktin.

Tutkimuskysymys Ensisijainen päätepiste on, että reaaliaikaista portitettua skannausta käyttävien kuvien artefaktien määrä tuottaa vähemmän artefakteja kuin perinteinen skannaus.

Toissijaisiin päätepisteisiin kuuluu kuvanlaadun ja vaikutuksen hoidon suunnitteluun tutkiminen, jonka hyödyt potilaalle ovat:

1. Tasainen/ennustettavissa oleva kuvanlaatu: Tasainen kuvanlaatu auttaa säteilyonkologeja tunnistamaan kasvaimen ja elinten rajapinnat ja vähentää siten rajausvirheitä.
2. Hoitosuunnitelmien parannukset: Tarkempi rajaus johtaa parempiin hoitosuunnitelmiin ja siten parantuneisiin potilaiden tuloksiin.

Tämä kliininen koe on ensimmäinen ihmisille suunnattu pilottitoteutettavuustutkimus, ja sen tavoitteena on todistaa Real-Time Gated 4DCT:n toteutettavuus tavoitteena tehokkuustutkimuksen tekeminen. Sellaisenaan potilasskannaukset hankitaan useista potilaan hengitysolosuhteista, jotta voidaan optimoida Real-Time Gated -tekniikka ja suunnitella laajempi, hypoteesilähtöinen vaiheen II kliininen tutkimus. Näiden epäsäännöllisten hengitysjälkien automaattiset katkaisut sisällytetään Real-Time Gated 4DCT -ohjelmistoon.

Nykyisen tutkimuksen perusteet In-silico-tutkimukset viittaavat siihen, että Real-Time Gated 4DCT -lähestymistapa voi vähentää kuvantamisvirheitä jopa 50 % ja samalla vähentää kuvantamisannosta > 20 %. On arvioitu, että tavanomaista 4DCT:tä käytettäessä artefaktien nykyinen osuus on vähintään 60 % ja mahdollisesti jopa 95 %. Vähentäminen enintään 35 %:iin (25 % kuvista, joissa on vähemmän artefakteja) olisi kliinisesti kannattavaa.