Hengitys radiografisella tutkimuksella: Funktionaaliset keuhkojen kuvantamistekniikat toksisuuden vähentämiseksi toiminnallisen välttämisen säteilyhoidossa (VENTURE)

Keuhkosyöpä on johtava syöpäkuolleisuuden syy maailmanlaajuisesti, ja ei-pienisoluiset keuhkosyövät (NSCLC) muodostavat noin 85 % kaikista diagnosoiduista keuhkosyövistä. Leikkausta, immunoterapiaa, kemoterapiaa, kohdennettua hoitoa ja sädehoitoa voidaan käyttää yksinään tai yhdessä keuhkosyövän hoidossa syövän asteesta riippuen. Sädehoito on keuhkosyövän hoidon ensisijainen osa, ja 77 prosentilla keuhkosyöpäpotilaista on näyttöön perustuva indikaatio ulkoiseen sädehoitoon jossain vaiheessa hoitomatkansa aikana.

Sädehoitoon liittyy säteilyn aiheuttamia toksisuuksia, kuten säteilykeuhkotulehdusta ja fibroosia, jotka heikentävät potilaan elämänlaatua ja rajoittavat turvallisesti annettavaa annosta. Säteilykeuhkotulehdus on keuhkokudoksen tulehdus, jonka oireita ovat hengenahdistus, yskä ja kuume, joka ilmenee 4–12 viikon kuluttua sädehoitokurssin päättymisestä. Oireisen keuhkotulehduksen, joka määritellään asteeksi 2 tai korkeammaksi, yleinen ilmaantuvuus on 29,8 % tavanomaisella sädehoidolla.

Nykyisessä sädehoidon suunnittelussa oletetaan, että keuhkojen toiminta on homogeeninen koko elimessä, eikä siinä oteta huomioon alueellisia eroja keuhkojen toiminnassa. Nämä alueelliset erot voivat johtua itse syövän kasvusta keuhkorakenteiden tuumoripuristumisen kautta tai jo olemassa olevista, usein tupakoinnin aiheuttamista tekijöistä, jotka voivat myös vaikuttaa syöpäpotilaiden keuhkojen terveyteen. Aiemmin olemassa olevia sairauksia, jotka voivat vaikuttaa keuhkojen terveyteen, ovat krooninen obstruktiivinen keuhkosairaus (COPD), fibroosi ja lymfaattisten paksuuntuminen keuhkoissa, emfyseema, asbestoosi ja osittainen keuhkojen kollapsi tai aiemman syöpähoidon sivuvaikutukset, kuten nesteet keuhkoissa, tulehdus ja keuhkotulehdus tai jopa osittainen keuhkojen poisto. Potilaiden parhaan elämänlaadun takaamiseksi sädehoidon jälkeen on tärkeää säilyttää mahdollisimman paljon terveitä keuhkoja hoidon aikana.

Sädehoidon toiminnallisen keuhkojen välttämishoidon suunnittelulla on potentiaalia vähentää keuhkojen toksisuutta minimoimalla terveen keuhkokudoksen säteilytys keuhkojen toiminnallisten karttojen perusteella. Isotooppilääketieteen funktionaaliset keuhkokuvat on aiemmin sisällytetty sädehoidon suunnitteluun, jotta keuhkojen keskimääräiset annokset ja siten säteilyn aiheuttama toksisuus pienennetään. Normaalit kudoskomplikaatioiden todennäköisyysmallit (NTCP) ovat myös ennustaneet 6 %:n ja 3 %:n kokonaisvähenemistä asteen 2+ ja 3+ säteilykeuhkotulehduksissa, kun toiminnallinen suunnittelu on otettu huomioon kohde- ja riskielinten annosrajoituksia kunnioittaen.

Isotooppilääketieteen skannaukset ovat kalliita, aikaa vieviä, eikä niitä ole saatavilla kaikissa laitoksissa. TT-hengityskuvaus on kehitetty edullisemmaksi ja helpommaksi vaihtoehdoksi isotooppilääketieteelle keuhkojen terveiden alueiden kartoittamiseen osana rutiininomaista hoitoa edeltävää TT-kuvausta.

Tärkeimmät vaiheet CT-hengityskuvauksessa ovat:

1. Hanki CT-kuvia keuhkoista uloshengitys- ja sisäänhengitystiloissa käyttämällä 4DCT:tä tai hengityksen pidättämistä CT:tä (BHCT). 4DCT on teknologia, joka muodostaa keuhkosyövän sädehoidon standardin kaikkialla maailmassa. 4DCT hankkii 8–10 CT-kuvan sarjan sisäänhengityksen huippuhuipusta uloshengityksen huippuun, joka näyttää keuhkojen liikkeen potilaan hengityksen aikana, kun taas BHCT ottaa staattisia loppu-inspiraatio- ja uloshengityskuvia keuhkoista, kun potilas pidättelee hengitystään noin 10 minuuttia. sekuntia.
2. Epämuodostuvan kuvan rekisteröintiä käytetään spatiaalisen kartoituksen (muodonmuutoskartan) määrittämiseen eri CT-kuvien välillä (huipusta sisäänhengityksestä uloshengityksen huippuun).
3. Ventilaatiometriikan soveltaminen korkean ja heikosti toimivien keuhkojen kvantifiointiin, joka sisältää kvantitatiivisen analyysin, joka perustuu deformoituvan kuvan rekisteröinnistä saatuihin tietoihin.

Tuloksena oleva ventilaatiokuva asetetaan suoraan anatomisen kuvan päälle, mikä tarjoaa lisäulottuvuuden toiminnallista tietoa, joka on helppo ymmärtää ja josta voi olla suoraa hyötyä sädehoidon suunnittelussa.

On olemassa kaupallisia tuotteita, CT Lung Ventilation Analysis Software ja XV Technology Lung Ventilation Analysis Software (4DMedical Limited, Melbourne), joiden avulla voidaan tuottaa ventilaatiokarttoja TT-skannauksista ja fluoroskopiakuvaussekvensseistä. Toisin kuin CT, joka tuottaa yhden tai useamman 3D-kuvan, fluoroskopia tuottaa nopean sarjan 2D-röntgenkuvia. Nämä kuvat otetaan yleensä radiologian osastojen tai leikkaussalien C-varren skannereilla, eikä niitä ole aiemmin arvioitu suhteessa sädehoitoon. Cine-fluoroscope-sekvenssit, jotka tallentavat vähintään yhden täydellisen jatkuvan hengityksen, hankitaan viidestä erillisestä kulmasta rinnan poikki spontaanin hengityksen aikana, ja keuhkojen liikekenttä rekonstruoidaan ventilaatiokartan tuottamiseksi. Koska Therapeutic Goods Administration (TGA) on hyväksynyt keuhkojen ventilaation arvioinnin menetelmiä, näiden tekniikoiden vertailu tarjoaa arvokkaita näkemyksiä niiden kestävyydestä.

Hoitoa edeltäviin ventilaatiokuviin perustuva toiminnallinen keuhkojen välttämishoidon suunnittelu voivat vaarantua hoidon aikana tapahtuvien interfraktioiden (viikoittain) ventilaatiomuutoksien vuoksi, kuten kasvaimen regression seurauksena. Neliulotteinen kartiosädetietokonetomografia (4DCBCT) mahdollistaa anatomisten kuvien kätevän ottamisen sädehoitojärjestelmästä potilaan tarkan sijainnin varmistamiseksi ennen hoidon antamista. Olemassa olevia CTVI:tä varten kehitettyjä tekniikoita voidaan soveltaa 4DCBCT-kuviin, jolloin saadaan ventilaatiokuvia, joita voidaan käyttää hoidon suunnittelun mukauttamiseen ja terveiden keuhkojen säteilyn minimoimiseen. 4DCBCT kärsii kuitenkin huonosta kuvanlaadusta, ja 4DCBCT-pohjaisten ventilaatiokuvien fysiologista tarkkuutta on vielä arvioitava.

Aiemmat tutkimukset ovat validoineet CT-hengityskuvauksen fysiologisen tarkkuuden olemassa olevaa kliinistä kultastandardia Galligas PET -hengityskuvausta vastaan. Näissä tutkimuksissa havaittiin vahva korrelaatio lobaritasolla (useita cm) ja kohtalainen positiivinen korrelaatio aluetasolla (2-5 mm).

Kliinistä näyttöä CT-ventilaatiokuvia käyttävän toiminnallisen keuhkojen välttämistekniikan tehokkuudesta alkaa kerätä. Vinogradskiy et ai. suoritti vaiheen II kliinisen tutkimuksen, jossa verrattiin säteilykeuhkotulehduksia kohortissa, jota hoidettiin toiminnallisella keuhkojen välttämisellä, verrattuna historiallisiin kontrolleihin. Kirjoittajat havaitsivat, että asteen ≥2 säteilykeuhkotulehduksen esiintyvyys oli 14,9 %:lla potilaista funktionaalisessa keuhkojen välttämiskohortissa verrattuna historialliseen 25 %:iin, mikä raportoi positiivisen kokeen tuloksen teholla 80 % ja merkitsevyyden 0,05. Ksenonilla tehostettua TT-ventilaatiota käyttämällä Huang et al suorittivat vaiheen II tutkimuksen, jossa verrattiin toiminnallista keuhkojen välttämistä historiallisiin kontrolleihin. Asteen ≥2 säteilykeuhkotulehduksen esiintyvyys oli 17 % verrattuna historialliseen kontrolliin, joka oli 30 %, kirjoittajat päättelivät myös positiivisen kokeen tuloksen, jonka teho oli 80 % ja merkitys 0,05.

Tästä rohkaisevasta kliinisestä todisteesta huolimatta tiedossa on edelleen puutteita TT-hengityskuvauksen parhaan teknisen toteutuksen, prosessin laadunvarmistuksen ja vaaditun kliinisesti hyväksyttävän tarkkuuskynnyksen arvioinnissa. Tätä tarkoitusta varten ehdottamamme kliinisen tutkimuksemme tavoitteena on määrittää paras fluoroskopisen ja CT-hengityskuvauksen toteutus. Tämän saavuttamiseksi arvioimme erilaisten CT- ja fluoroskopiaan perustuvien ventilaatiokuvaustekniikoiden fysiologista tarkkuutta käyttämällä Galligasia todellisen ventilaation perustana. Tutkimuksemme toissijaisina tavoitteina on arvioida näiden ventilaatiokuvaustekniikoiden avulla laadittujen toiminnallisen välttämisen sädehoitosuunnitelmien dosimetristä vaihtelua, laatia laadunvarmistusmenettely funktionaaliselle keuhkojen välttämis-RT:lle ja arvioida kliinisesti hyväksyttävät kynnykset menetelmän tarkkuudelle.

Funktionaalisen keuhkojen välttämisen suunnittelun vaikutuksen vertailemiseksi sädehoidon työnkulkuun laaditaan toiminnallisen välttämisen sädehoidon hoitosuunnitelmat standardihoidon hoitosuunnitelmien lisäksi ja suunnitteluajan erot kvantitoidaan. Säteilykeuhkotulehduksen ennustettu väheneminen kvantifioidaan käyttämällä Faught et ai. ja lasketaan ennustettu sairaalahoitojen ja sairaanhoitokustannusten väheneminen.

Äskettäin on kehitetty CT-perfuusiokuvausmenetelmiä, jotka mahdollistavat perfuusiotietojen laskemisen ei-kontrastisista sisään-/uloshengitys-CT-kuvapareista. CTPI perustuu periaatteeseen, että keuhkoissa tapahtuu massamuutos hengityssyklin aikana veren tilavuuden muutoksista johtuen. Perfuusio johdetaan tästä massan muutoksesta, joka lasketaan vokseliresoluutiolla käyttämällä intensiteettiin perustuvia materiaalitiheysestimaatteja ja spatiaalista kartoitusta eri CT-kuvien välillä. CTPI on syntymässä oleva tekniikka, joka vaatii tarkkuutensa edelleen vahvistamista. Tällä hetkellä ei kuitenkaan ole parillisia BHCT-perfuusiotietosarjoja validointia varten. Tähän mennessä ainoa validointitutkimus, jonka ovat suorittaneet Castillo et al. raportoitu mediaanikorrelaatio 0,57 CTPI- ja SPECT-perfuusiokuvauksen välillä.

Sydneyn yliopisto ja Northern Sydney Local Health District ovat äskettäin asentaneet Royal North Shore -sairaalaan uuden Total Body PET -skannerin, joka voi ottaa skannauksia yhden vuodeasennossa suuremmalla herkkyydellä, nopeammalla kuvausajalla ja pidemmällä skannauspituudella. Tämän uuden laitteen suurempi herkkyys mahdollistaa nopeamman kuvantamisen, mukaan lukien 4D-kuvat (aikasarjakuvat), jotka antavat tarkempia tietoja ilmanvaihdosta. Tämän tueksi tehdään ylimääräinen pieniannoksinen 4DCT-skannaus vain keuhkoista koko skannauspituuden sijaan esikäsittelyn kuvantamisessa 4D-vaimennuskorjauksen tutkimiseksi.

Vertailun valinta Ohjaus

• Galligas PET -hengityskuvat hankitaan jokaiselle osallistujalle ja niitä käytetään pohjatotuutena. Galligas PET on vakiintunut menetelmä SPECT-kuvausta korkeamman tilaresoluution ottamiseen.
• Tc-99m MAA SPECT -kuvat hankitaan jokaiselle osallistujalle ja niitä käytetään perfuusion perustotuuksina. 99mTc-MAA SPECT on vakiintunut menetelmä perfuusiokuvien hankkimiseen.
• 4D PET-kuvat rekonstruoituna 3D-vaimennus-CT:llä.
• Jokaiselle osallistujalle luodaan standardinmukaiset anatomiset hoitosuunnitelmat.

Vertailijat

• Jokaiselta osallistujalta saadut hengityskuvat BHCT-, fluoroskopia-, 4DCBCT- ja 4DCT-skannauksista. Röntgenpohjainen ventilaatiokuvaus on kehitetty kustannustehokkaaksi ja helposti saavutettavaksi vaihtoehdoksi keuhkojen ventilaation visualisointiin.
• Jokaiselta potilaalta hankituista BHCT-skannauksista peräisin olevat perfuusiokuvat. CT-perfuusiokuvausta kehitetään kustannustehokkaaksi ja helposti saavutettavaksi vaihtoehdoksi keuhkojen perfuusion visualisoimiseen.
• 4D PET -kuvat rekonstruoidut 4D vaimennus CT:llä. 4D-vaimennusta ehdotetaan tarkemman PET-kuvan saamiseksi alueilla, joilla hengitysliikettä odotetaan.
• Hengityskuvien avulla laaditut toiminnalliset sädehoitosuunnitelmat ennustettujen säteilykeuhkokuumeiden esiintymistiheysten perusteella.