Adattamento durante il trattamento dei piani di dosimetria del cancro della testa e del collo utilizzando il nuovo software TC cone-beam e basato sull'intelligenza artificiale

Questo studio si concentra sulla modifica del piano di trattamento di imaging e radioterapia per i pazienti affetti da cancro della testa e del collo utilizzando un sistema di guida per immagini (HyperSight) cone beam CT (CBCT) ad alte prestazioni e un software di pianificazione adattiva basato sull'intelligenza artificiale. Il sistema di imaging HyperSight è un componente imminente di una piattaforma di trattamento per radioterapia (RT), chiamata Ethos (Varian Medical Systems).

La RT è utilizzata nel trattamento di circa il 75% di tutti i tumori della testa e del collo (H&N) con intento curativo o palliativo. La radioterapia a fasci esterni viene generalmente erogata nell'arco di 5-7 settimane in 25-35 trattamenti giornalieri (o "frazioni"). La radioterapia guidata dalle immagini (IGRT) è ora uno standard di cura per la radioterapia a fasci esterni. Durante una sessione di trattamento IGRT, un sistema di imaging CBCT integrato nell'unità di trattamento viene utilizzato per acquisire immagini 3D dell'anatomia del paziente immediatamente prima e, se necessario, in diversi momenti durante l'erogazione giornaliera di radiazioni. I dati dell'immagine CBCT vengono utilizzati dal team di trattamento per allineare attentamente il paziente alle immagini TC a fascio di fan (FBCT) della pianificazione del trattamento acquisite 1-2 settimane prima dell'inizio del trattamento e utilizzate per generare il piano dosimetrico che determina l'erogazione giornaliera di radiazioni. La verifica della posizione del paziente e l'allineamento con le immagini della pianificazione del trattamento aumenta la precisione dell'erogazione delle radiazioni.

L'imaging giornaliero è particolarmente importante per una configurazione accurata dei pazienti trattati per carcinoma della testa e del collo (H&N), poiché questi pazienti spesso subiscono perdita di peso e variazioni del volume target durante il corso del trattamento. Queste variazioni di volume possono alterare la distribuzione della dose prevista, poiché gli organi a rischio (OAR) migrano verso regioni ad alta dose o i volumi target sviluppano disomogeneità. Quando il team di trattamento ritiene che le variazioni di volume abbiano un impatto significativo sull'erogazione delle radiazioni, i pazienti possono essere inviati per un secondo FBCT di pianificazione e creare un nuovo piano di trattamento per il resto del trattamento. Questo processo è denominato ripianificazione offline o adattamento offline. Il radioterapista deve decidere se sospendere il trattamento o continuare con il piano di trattamento originale fino a quando non viene creato un nuovo piano. In entrambi i casi, possono trascorrere diversi giorni tra il momento in cui viene identificato un problema e quando un nuovo piano è pronto per essere consegnato. La ripianificazione offline non è una parte regolarmente programmata del flusso di lavoro clinico e crea interruzioni delle attività di routine di imaging, modellamento e pianificazione per altri pazienti. Questi compiti devono essere messi da parte per liberare le risorse necessarie per creare un nuovo piano per il paziente che sta già ricevendo il trattamento e per consentire al team di trattamento di iniziare a fornire il nuovo piano il prima possibile.

Le immagini CBCT acquisite con il sistema di imaging CBCT HyperSight ad alte prestazioni hanno dimostrato un'accuratezza dell'unità di Hounsfield sufficiente per calcoli di dosimetria accurati nei fantocci. Queste immagini possono quindi potenzialmente essere utilizzate per pianificare o ripianificare una consegna di trattamento con radiazioni. La capacità di utilizzare l'imaging acquisito come parte della somministrazione giornaliera del trattamento per la ripianificazione potrebbe ridurre la necessità di inviare i pazienti per ulteriori imaging e potrebbe anche ridurre il tempo e le risorse necessarie per ripianificare la somministrazione del trattamento a metà corso. Questo è di grande importanza per una coorte di pazienti già nota per essere vulnerabile alla necessità di ripianificare.

Oltre alle sfide legate alla ripianificazione a metà trattamento, un altro problema comunemente riscontrato nei pazienti H&N è la presenza di artefatti di imaging da oggetti metallici ad alta densità nella loro cavità orale come otturazioni dentali e impianti. Questi artefatti possono causare difficoltà nella visualizzazione dei volumi target e degli OAR durante la pianificazione della TC, nonché perturbazioni del calcolo della dose, in particolare per i tumori del cavo orale. Gli artefatti metallici possono anche causare una significativa riduzione della qualità dell'immagine CBCT, limitando l'utilità dell'IGRT per il posizionamento del paziente.

Il sistema di imaging CBCT HyperSight incorpora diverse modifiche hardware e software che hanno il potenziale per fornire immagini CBCT di qualità superiore, inclusa una migliore visualizzazione delle variazioni di volume e una migliore riduzione degli artefatti metallici.

Con un'interruzione minima per i pazienti partecipanti, questo studio consentirà un confronto tra (i) la pianificazione del trattamento del paziente FBCT e (ii) la CBCT convenzionale del paziente su un'unità di trattamento esistente (Truebeam CBCT) con (iii) le immagini CBCT del paziente sul sistema HyperSight . La qualità dell'immagine della CBCT ad alte prestazioni sarà quindi confrontata sia con uno standard del caso migliore (FBCT) che con la CBCT convenzionale per IGRT (Truebeam CBCT) per identificare potenziali miglioramenti nelle immagini HyperSight CBCT. La qualità dell'immagine sarà quantificata in termini di rapporto contrasto-rumore (CNR), risoluzione, accuratezza dell'unità di Hounsfield (HU) e riduzione degli artefatti con particolare attenzione all'anatomia pertinente al compito di guida dell'immagine. Verrà inoltre eseguita una valutazione qualitativa dei diversi set di dati di immagini attraverso il feedback di più osservatori (radioterapisti e radioterapisti). Le dosi di radiazioni ai bersagli chiave e agli organi a rischio saranno calcolate dalle CBCT ad alte prestazioni e confrontate con le dosi calcolate nel piano di trattamento del soggetto per determinare l'idoneità delle immagini CBCT per la pianificazione dosimetrica RT. Saranno inoltre esaminati vari scenari di ripianificazione per determinare i potenziali aumenti di efficienza derivanti dall'utilizzo del sistema di imaging CBCT HyperSight per la ripianificazione.

I set di immagini (i) e (ii) di cui sopra sono già acquisiti come parte dello standard di cura per il trattamento con radiazioni. Due ulteriori CBCT, presi il giorno della pianificazione del trattamento FBCT del paziente e di nuovo il giorno in cui i pazienti ricevono la loro 21a frazione di trattamento (circa due terzi attraverso il trattamento) saranno acquisiti da ciascun soggetto sul sistema di imaging CBCT HyperSight per questo studio. Non tutti i pazienti richiederanno una ripianificazione a metà trattamento ma, sulla base di dati istituzionali precedenti, se è necessaria una ripianificazione, le indicazioni per la ripianificazione dovrebbero essere evidenti nella maggior parte di quella popolazione entro i 2/3 del trattamento consegnato. Se il team di trattamento determina che un paziente richiede un secondo FBCT di pianificazione durante il trattamento, il paziente verrà programmato per un terzo CBCT HyperSight lo stesso giorno in cui riceve il secondo FBCT di pianificazione.

La pianificazione e la consegna del trattamento con radiazioni non saranno modificate a causa della partecipazione dei pazienti a questo studio. I pazienti riceveranno la radioterapia secondo le attuali procedure dipartimentali e sulle piattaforme di accelerazione lineare esistenti del dipartimento. La decisione di ottenere una seconda TC di pianificazione e di generare un nuovo piano di trattamento intermedio non sarà influenzata dalla partecipazione di un soggetto allo studio.

Le CBCT HyperSight acquisite in questo studio consentiranno l'esame di diverse strategie di ripianificazione. Il processo di ripianificazione a metà trattamento può essere simulato per tutti i soggetti utilizzando l'HyperSight CBCT acquisito alla frazione 21. I tempi e le efficienze del flusso di lavoro possono essere valutati in questi processi di ripianificazione simulati e confrontati con le norme istituzionali (ad esempio, tempo medio dall'identificazione della necessità di ripianificazione all'inizio della consegna di un nuovo piano di trattamento). Nel sottogruppo di soggetti dello studio che richiedono una ripianificazione come parte del loro trattamento, le CBCT HyperSight acquisite il giorno del secondo FBCT verranno utilizzate anche per generare un piano di trattamento e la dosimetria della ripianificazione basata su HyperSight CBCT verrà utilizzata essere confrontato con la dosimetria delle ripianificazioni a metà trattamento generate per questi soggetti utilizzando gli attuali metodi di ripianificazione offline.

Oltre alla simulazione degli attuali metodi di ripianificazione offline utilizzando le immagini HyperSight CBCT, questo studio valuterà il flusso di lavoro adattivo online disponibile tramite il sistema di radioterapia Ethos. Il flusso di lavoro adattivo online sfrutta la modellazione della struttura anatomica basata sull'intelligenza artificiale e gli strumenti di ottimizzazione del piano per regolare l'erogazione giornaliera del trattamento radioterapico. Invece di erogare lo stesso trattamento in ogni frazione, il piano di trattamento definito prima dell'inizio del trattamento viene ottimizzato in base all'anatomia catturata nella CBCT acquisita all'inizio della frazione giornaliera. Indipendentemente dal piano di trattamento clinico del paziente, il componente di pianificazione adattiva guidato dall'intelligenza artificiale di Ethos verrà utilizzato per simulare l'adattamento online del piano di trattamento. Questo studio valuterà i potenziali benefici dosimetrici della pianificazione adattativa online quotidiana nel cancro della testa e del collo e il potenziale dell'adattamento online per ridurre la necessità di ripianificare offline. Il tempo e le risorse necessarie per implementare un flusso di lavoro adattivo online saranno confrontati con la consegna IGRT standard.