Szellőztetés radiográfiai vizsgálattal: Funkcionális tüdő képalkotó technikák a toxicitás csökkentésére a funkcionális elkerülő sugárterápiában (VENTURE)

A tüdőrák világszerte a rákos halálozás vezető oka, a nem-kissejtes tüdőrák (NSCLC) az összes diagnosztizált tüdőrák körülbelül 85%-át teszi ki. A sebészet, az immunterápia, a kemoterápia, a célzott terápia és a sugárterápia önmagában vagy kombinációban alkalmazható a tüdőrák kezelésére, a rák stádiumától függően. A sugárterápia a tüdőrák kezelésének elsődleges összetevője, mivel a tüdőrákos betegek 77%-ának van bizonyítékokon alapuló indikációja külső sugárkezelésre a kezelési útja során.

A sugárterápia olyan sugárzás által kiváltott toxicitásokkal jár, mint a sugárfertőzés és a fibrózis, amely hátrányosan befolyásolja a beteg életminőségét, és korlátozza a biztonságosan beadható dózist. A sugárkezelési tüdőgyulladás a tüdőszövet gyulladása, melynek tünetei a légszomj, köhögés és láz, a sugárterápiás kúra befejezése után 4-12 héttel jelentkeznek. A 2-es vagy magasabb fokozatúnak definiált tüneti pneumonitis általános incidenciája 29,8% hagyományos sugárkezelés mellett.

A jelenlegi sugárterápiás kezelési tervezés azt feltételezi, hogy a tüdőfunkció homogén az egész szervben, és nem veszi figyelembe a tüdőfunkció regionális különbségeit. Ezek a regionális különbségek származhatnak magából a rák növekedéséből a tüdőstruktúrák daganatos összenyomódásán keresztül, vagy a már meglévő, gyakran dohányzás által kiváltott tényezőkből, amelyek szintén befolyásolhatják a rákos betegek tüdő egészségét. A tüdő egészségét befolyásoló, már meglévő állapotok közé tartozik a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD), fibrózis és a tüdő nyirokrendszerének megvastagodása, emfizéma, azbesztózis és részleges tüdőösszeomlás vagy korábbi rákkezelés mellékhatásai, például folyadék a tüdőben, gyulladás és tüdőgyulladás, vagy akár részleges tüdőeltávolítás. Annak érdekében, hogy a betegek a sugárkezelést követően a legjobb életminőséget biztosítsák, kulcsfontosságú, hogy a kezelés során a lehető legtöbb egészséges tüdőt megőrizzék.

A sugárterápia funkcionális tüdőelkerülési kezelésének megtervezése csökkentheti a pulmonális toxicitást az egészséges tüdőszövet besugárzásának minimalizálásával a tüdő funkcionális térképei alapján. A nukleáris medicina funkcionális tüdőképeit korábban beépítették a sugárterápiás kezelés tervezésébe, hogy csökkentsék az átlagos dózisokat a funkcionális tüdőre, és ezáltal a sugárzás által kiváltott toxicitást. A normál szöveti szövődmények valószínűségi (NTCP) modelljei szintén 6%-os, illetve 3%-os általános csökkenést jósoltak a 2+, illetve 3+ fokozatú sugárfertőzés esetén, funkcionális tervezés mellett, tiszteletben tartva a célpont és a veszélyeztetett szervek dóziskorlátait.

A nukleáris medicina szkennelése drágák, időigényesek, és nem minden intézményben elérhetők. A CT lélegeztetéses képalkotást a nukleáris medicina olcsóbb és elérhetőbb alternatívájaként fejlesztették ki a tüdő egészséges területeinek feltérképezésére, a kezelés előtti rutin CT-felvétel részeként.

A CT lélegeztetés legfontosabb lépései a következők:

1. Készítsen CT-képeket a tüdőről kilégzési és belégzési állapotban 4DCT vagy légzésvisszatartás CT (BHCT) segítségével. A 4DCT olyan technológia, amely a tüdőrák sugárkezelésének standardját képezi az egész világon. A 4DCT 8-10 CT-képet készít a belélegzés csúcsától a kilégzési csúcsig, amelyek a tüdő mozgását mutatják, miközben a beteg lélegzik, míg a BHCT statikus vég-belégzési és kilégzési képeket készít a tüdőről, miközben a páciens körülbelül 10 percig visszatartja a lélegzetét. másodpercig.
2. A deformálható képregisztráció a különböző CT-képek közötti térbeli leképezés (deformációs térkép) meghatározására szolgál (a belégzés csúcsától a kilégzés csúcsáig).
3. Ventilációs mérőszám alkalmazása a magas és alacsony működésű tüdő számszerűsítésére, amely kvantitatív elemzést foglal magában a deformálható képregisztrációból származó információk alapján.

Az eredményül kapott lélegeztetési kép közvetlenül az anatómiai képre kerül, így a funkcionális információ további dimenzióját biztosítja, amely könnyen érthető, és közvetlen hasznot húzhat a sugárterápiás kezelés tervezésénél.

Léteznek kereskedelmi forgalomban lévő termékek, a CT Lung Ventilation Analysis Software és az XV Technology Lung Ventilation Analysis Software (4DMedical Limited, Melbourne) lélegeztetési térképek készítésére CT-vizsgálatokból és fluoroszkópiás képalkotó szekvenciákból. Ellentétben a CT-vel, amely egy vagy több 3D képet készít, a fluoroszkópia gyors 2D röntgenképsorozatot készít. Ezeket a képeket általában a radiológiai osztályokon vagy a sebészeti színházakon található C-karos szkennerek készítik, és korábban nem értékelték a sugárterápiával kapcsolatban. A spontán légzés során a legalább egy teljes, folyamatos légzést rögzítő mozi-fluoroszkópos szekvenciákat a mellkason keresztül öt különböző szögben veszik fel, és a tüdő mozgásmezőjét rekonstruálják a lélegeztetési térkép elkészítéséhez. A Therapeutic Goods Administration (TGA) által jóváhagyott tüdőlélegeztetés-értékelési módokként ezeknek a technikáknak az összehasonlítása értékes betekintést nyújt robusztusságukba.

A kezelés előtti lélegeztetési képeken alapuló funkcionális tüdőelkerülési kezelés tervezését veszélyeztethetik a kezelés során bekövetkező interfrakciós (hétről hétre) lélegeztetési változások, például a tumor regressziójából adódóak. A négydimenziós kúpos komputertomográfia (4DCBCT) lehetővé teszi az anatómiai képek kényelmes rögzítését a sugárterápiás rendszeren, így biztosítva a beteg pontos pozícionálását a kezelés megkezdése előtt. A CTVI-hez kifejlesztett meglévő technikák alkalmazhatók a 4DCBCT-képekre, hogy olyan lélegeztetési képeket készítsenek, amelyek felhasználhatók a kezelés tervezésének adaptálására és az egészséges tüdő besugárzásának minimalizálására. A 4DCBCT azonban gyenge képminőségtől szenved, és a 4DCBCT-alapú lélegeztetési képek fiziológiai pontosságát még értékelni kell.

Korábbi vizsgálatok igazolták a CT lélegeztetési képalkotás fiziológiai pontosságát a meglévő klinikai arany standard Galligas PET lélegeztetési képalkotással szemben. Ezek a vizsgálatok erős korrelációt találtak lebenyszinten (néhány cm) és mérsékelt pozitív korrelációt regionális szinten (2-5 mm).

A CT lélegeztetéses képeket használó funkcionális tüdőelkerülési technika hatékonyságára vonatkozó klinikai bizonyítékok kezdenek gyűlni. Vinogradskiy et al. fázisú klinikai vizsgálatot végzett, amelyben összehasonlította a besugárzásos tüdőgyulladás gyakoriságát egy funkcionális tüdőelkerüléssel kezelt csoportban a korábbi kontrollokkal. A szerzők azt találták, hogy a funkcionális tüdőelkerülési csoportban a betegek 14,9%-a a 2-es fokozatú besugárzásos tüdőgyulladás aránya, szemben a történelmi 25%-os aránnyal, ami pozitív vizsgálati eredményről számolt be 80%-os erővel és 0,05-ös szignifikanciával. Xenonnal javított CT lélegeztetést használva Huang és munkatársai fázis II. A ≥2-es fokozatú besugárzásos tüdőgyulladás 17%-os aránya a korábbi 30%-os kontrollhoz képest a szerzők pozitív vizsgálati eredményre is jutottak 80%-os erővel és 0,05-ös szignifikanciával.

E biztató klinikai bizonyítékok ellenére még mindig hiányosak az ismeretek a CT lélegeztetéses képalkotás legjobb technikai megvalósításának értékelésével, a folyamat minőségbiztosításával és a klinikailag elfogadható pontossági küszöbértékkel kapcsolatban. Ennek érdekében javasolt klinikai vizsgálatunk középpontjában a fluoroszkópos és CT lélegeztetési képalkotás legjobb megvalósításának meghatározása áll. Ennek elérése érdekében felmérjük a különböző CT és fluoroszkópián alapuló lélegeztetéses képalkotó technikák fiziológiai pontosságát, Galligas-t használva a valódi lélegeztetés alapvető igazságaként. Tanulmányunk másodlagos célja az ezen lélegeztetéses képalkotó technikák alkalmazásával készített funkcionális elkerülő sugárterápiás tervek dozimetriai változásának felmérése, minőségbiztosítási eljárás létrehozása a funkcionális tüdőelkerülő RT-hez, valamint a módszer pontosságának klinikailag elfogadható küszöbeinek értékelése.

A funkcionális tüdőelkerülés tervezésének a sugárterápiás kezelés munkafolyamatára gyakorolt ​​hatásának összehasonlítására a standard ellátási kezelési tervek mellett funkcionális elkerülő sugárterápiás kezelési terveket készítenek, és számszerűsítik a tervezési időbeli különbségeket. A sugárfertőzés gyakoriságának előrejelzett csökkenését Faught és munkatársai módszerével határozzuk meg. és kiszámítják a kórházi kezelések számának és az orvosi költségeknek a várható csökkenését.

A közelmúltban CT-perfúziós képalkotó módszereket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik a nem kontrasztos belégzési/kilégzési CT-képpárok perfúziós információinak kiszámítását. A CTPI azon az elven alapul, hogy a légzési ciklus során tömegváltozás megy végbe a tüdőben a vértérfogat változása miatt. A perfúzió ebből a tömegváltozásból származik, amelyet a voxelfelbontással számítanak ki az intenzitáson alapuló anyagsűrűség-becslések és a különböző CT-képek közötti térbeli leképezés segítségével. A CTPI egy kialakulóban lévő technológia, amely pontosságának további ellenőrzését igényli. Jelenleg azonban hiányoznak a párosított BHCT-perfúziós adatkészletek az érvényesítéshez. A mai napig az egyetlen validációs vizsgálat, amelyet Castillo et al. 0,57-es medián korrelációról számoltak be a CTPI és a SPECT perfúziós képalkotás között.

A Sydney-i Egyetem és a Northern Sydney Local Health District nemrégiben új Total Body PET-szkennert telepített a Royal North Shore Kórházba, amely nagyobb érzékenységgel, gyorsabb felvételi idővel és hosszabb szkennelési hosszral képes egyetlen ágyban is leolvasni. Az új készülék nagyobb érzékenysége gyorsabb képalkotást tesz lehetővé, beleértve a 4D (idősoros) képeket is, így részletesebb szellőztetési információkat ad. Ennek alátámasztására a kezelés előtti képalkotás során egy további kis dózisú 4DCT-vizsgálatot végeznek, nem a teljes szkennelési hosszon, hanem csak a tüdőn keresztül, a 4D csillapítás korrekciójának vizsgálata céljából.

A komparátorok kiválasztása Vezérlés

• A Galligas PET lélegeztetési képeket minden résztvevő számára beszerezzük, és alapigazságként használják fel. A Galligas PET egy bevált módszer a SPECT képalkotásnál nagyobb térbeli felbontású lélegeztetési képek készítésére.
• A Tc-99m MAA SPECT képeket minden résztvevőtől beszerezzük, és ezeket a perfúzió alapjaként használják fel. A 99mTc-MAA SPECT egy bevált módszer a perfúziós képek készítésére.
• 3D csillapítású CT-vel rekonstruált 4D PET képek.
• Minden résztvevő számára standard ellátási anatómiai alapú kezelési terveket készítenek.

Összehasonlítók

• Az egyes résztvevőktől származó BHCT-ből, fluoroszkópiából, 4DCBCT-ből és 4DCT-felvételekből származó lélegeztetési képek. A röntgen alapú lélegeztetési képalkotást a tüdőlélegeztetés költséghatékony és hozzáférhető alternatívájaként fejlesztették ki.
• Az egyes betegektől származó BHCT-vizsgálatokból származó perfúziós képek. A CT perfúziós képalkotás költséghatékony és elérhető alternatívaként fejlesztés alatt áll a tüdőperfúzió vizualizálására.
• 4D PET képek 4D csillapítási CT-vel rekonstruálva. A 4D csillapítás pontosabb PET-képalkotást javasol azokon a területeken, ahol légzési mozgás várható.
• A lélegeztetési képek felhasználásával készített funkcionális alapú sugárterápiás tervek a sugárfertőzés előrejelzésére vonatkozóan.