脳放射線治療のための機能的に重要な脳領域の線量応答

リサーチクエスチョン:

私たちの目標は、この研究で次の 3 つの研究課題に答えることです。

1. 視覚、言語、作業記憶機能の処理に関与する脳領域の線量反応曲線 (放射線合併症の程度/放射線学的変化対放射線量) は?
2. 放射線による損傷の可能性を最小限に抑える (例えば 5% 未満) ための放射線治療計画に適用できる、これらの機能的に重要な脳領域の限界線量はどれくらいですか?
3. 機能的に重要な脳領域への線量を最小限に抑え、これらの領域の治療反応を評価するために、脳fMRIを使用して放射線治療計画を導くことができますか?

研究方法：

放射線治療前のイメージング: 各患者に対して、脳放射線治療のための標準的な解剖学的 MRI に加えて、能動刺激および安静時の fMRI 検査が行われます。 視覚、言語、および作業記憶機能に関与する領域の活性化マップは、fMRI スキャンから生成され、作業記憶タスク (すなわち、N-Back タスク) に対する患者の反応が fMRI 研究中に記録されます。 MRI と fMRI を組み合わせると、約 90 分かかります。標準 MRI では 60 分、fMRI では 30 分です。 活性化マップは FLAIR MRI 画像に重ねられ、放射線治療計画システムにインポートされ、シミュレーション CT スキャンと一緒に登録されます。

放射線療法と定期的なフォローアップ: fMRI 活性化マップの機能的に重要な領域は、重要な臓器として個別に輪郭が描かれますが、計画の最適化では考慮されません。 機能的に重要な脳領域の線量ボリューム ヒストグラム (DVH) が計算され、文書化されます。 各患者は、治療計画に従って分割脳放射線療法を受け、放射線療法後3か月ごとにフォローアップされます。

フォローアップ評価: 3MS 検査は、治療開始前および治療後 3 か月ごとに定期的なフォローアップ中に実施され、神経心理学的機能をスクリーニングします。 解剖学的MRI（標準）および脳fMRI（研究）は、放射線療法の6か月後に取得され、視覚、言語、および作業記憶機能の処理に関与する領域の放射線学的および機能的変化を判断します。

腫瘍の再発または進行の干渉の最小化: 放射線によって引き起こされるパフォーマンスの変化の評価で、腫瘍の再発または進行の干渉を最小化するために、2 つのアクションが取られます。 まず、腫瘍の再発または進行の可能性が小さくなるように、髄膜腫、低悪性度神経膠腫、退形成性星細胞腫などの成長の遅い腫瘍を有する患者に患者を含めることを制限します。 第二に、放射線療法後のフォローアップのいずれかで疾患進行を発症した患者は、研究から除外されます。これは、疾患進行の影響を fMRI または 3MS 検査に対する放射線療法の副作用と区別することができないためです。調査結果は解釈できません。

線量反応分析：ロジスティック回帰分析を使用して、機能的に重要な脳領域への合併症の可能性を放射線量の関数として評価します。 従属変数は、放射線被ばくに起因する患者の顕在化した合併症 (3MS 検査スコアおよび N-Back テストの低下、MRI および fMRI で特定された放射線学的/機能的変化) を識別するバイナリ指標になります。 ロジスティック回帰モデルには、関連する被験者レベルの要因 (例: 年齢、性別、ベースラインのカルノフスキー パフォーマンス ステータス、腫瘍の位置、最近の発作、抗てんかん薬) が共変量として含まれます。 フィッティングされたロジスティック正常組織合併症確率 (NTCP) モデルは、その領域への放射線量に関連する重大な合併症の確率の推定を可能にし、限界線量を許容可能な確率で合併症を引き起こすと予想される線量として計算できるようにします (例えば、 5%)。

放射線治療計画への制限線量の組み込み: 上記の「線量反応分析」からの制限線量は、機能的に重要な脳領域を考慮した IMRT の再計画に使用されます。 最適化の目標は、機能的に重要な脳領域への線量を最小限に抑えながら、同様の PTV (計画ターゲット ボリューム) の範囲を維持し、重要な構造への線量を許容範囲内に保つことです。 機能的に重要な脳領域、PTV、および他のすべての重要な構造のDVHは、機能的に重要な脳領域を考慮した場合と考慮しない場合の両方の治療計画について比較されます。 Wilcoxon の一致したペアの符号付き順位検定が実行され、重要臓器の計算された NTCP に関して計画が比較されます。 マクネマー検定は、機能領域の線量制約がある場合とない場合の計画を歩留まり率 (つまり、IMRT 計画がうまく考案された患者の割合) に関して比較するために使用されます。

この研究の主要評価項目は、正常組織の合併症です。 この研究の主な目的は、線量応答曲線を決定し、脳の放射線治療のために機能的に重要な脳領域の線量を制限することです。 この研究の 2 番目の目的は、脳腫瘍の放射線治療計画およびこれらの重要な領域の治療反応を評価するために、機能的に重要な脳領域を回避するためのアクティブな刺激または安静状態の fMRI の精度を調査することです。