放射線誘発肺損傷の過分極希ガス MRI 検出
肺がんは、世界のがんによる死亡の主な原因です。毎年、カナダでは 20,000 人以上、世界では 100 万人以上が肺がんによって死亡しています (1)。 他の多くの種類のがんの治療は大幅に改善されましたが、肺がんの治療は同様の成功を収めていません。 がんの 70% は診断時に進行した段階にあり、放射線はこれらの場合の根治療法と緩和療法の両方の一部として標準的な役割を果たします。 正常な肺組織は、放射線に対して非常に敏感です。 この感度は深刻な問題を引き起こします。放射線性肺臓炎または線維症（RILI）を引き起こす可能性があり、重度の身体障害や場合によっては死に至る可能性があります。 放射線治療を受けた胸部がん患者の 37% が RILI を発症します。放射線療法の症例の 20% で、肺への損傷は中等度から重度です (2)。 さらに、症状を引き起こす放射線誘発性肺炎は、肺がんの放射線療法を受けた個人の 5 ～ 50% で発生します (3、4)。
臨床的な放射線肺臓炎の可能性は、肺の放射線量に直接関係しています(5)。 ただし、現在の放射線計画では、肺のすべての部分が同等に機能していると想定しています。 より機能的な肺の領域を特定することは、放射線計画時にそれらの領域に優先順位を付けて保存するために有益です。 RILI の量を制限して患者の肺機能を維持するために、臨床医は原形放射線治療または強度変調放射線治療 (IMRT) を使用した放射線治療を計画します。 これは、病気と肺の両方の解剖学的位置を考慮に入れるコンピュータ断層撮影 (CT) スキャンを利用しますが、肺自体の機能を評価することはできません。 IMRT の理論的根拠の重要な要素は、機能組織に入る放射線量が制限されている場合、放射線量を腫瘍に集中させて機能組織を損傷から守り、既存の肺機能を維持できることです (6)。 したがって、毒性を最適に軽減するために、IMRT は腫瘍の位置だけでなく局所肺機能のデータにも依存します。
肺機能検査 (PFT) は、腫瘍または RILI の存在による肺機能の低下を検出できますが、測定は口で行われるため、PFT は肺機能に関する局所的な情報を提供しません。 陽電子放出断層撮影法 (PET) イメージングは、放射線計画に使用できますが、PET は機能組織を描写する能力に限界があり、放射性医薬品の投与が必要であり、モダリティが遅く、サイクロトロンの使用が必要なため、それは高価です。 機能組織を描写するための手段として肺灌流を測定するための単一光子放射型コンピューター断層撮影法 (SPECT) イメージングが調査されています (7-11)。 SPECT は非機能組織を検出できますが、空間分解能は CT や PET の半分にすぎず、IMRT で最適に使用するために必要な解剖学的分解能はありません。 さらに、SPECT は PET と同様に遅いモダリティです。 既存の画像診断法には限界があるため、局所肺機能に関する補完的なデータを迅速かつ非侵襲的に提供でき、非小細胞肺がんの放射線療法における組織毒性を制限する画像診断法に対する緊急の満たされていない医学的ニーズがあります ( NSCLC）。
過分極 (HP) ガス磁気共鳴画像法 (MRI) は、この満たされていないニーズを満たす可能性を秘めています。 HP ガス MRI は、HP キセノン 129 (129Xe) を使用して、電離放射線、常磁性、またはヨウ化化学造影剤を必要とせずに、非侵襲的で高解像度のイメージングを提供します。 HP ガス MRI は、非侵襲的、直接的、機能的、および局所的な肺に関する高解像度の情報を迅速に提供するという大きな利点を提供します。 従来の MRI は通常、水素 (1H) 核を検出しますが、これは、肺に水分子がないため、肺のイメージングに限界があります。 HP ガス MRI は、スピン交換光ポンピング (SEOP) 技術を使用して分極された 129Xe 核を検出し、実効 MR 信号強度を約 100,000 倍増加させます。 HP ガス MRI は、肺のイメージングにすでに広く成功しており、肺の構造、換気機能、および空気交換機能に関する高解像度のイメージング情報を提供しています。 この技術は、喘息、慢性閉塞性肺疾患 (COPD)、嚢胞性線維症の画像化、およびこれらの疾患の治療効果の評価に役立つことが証明されています (12 -21)。 このプロジェクトでは、研究者は、人間の肺の機能していない領域と実行可能な領域を区別するための画像技術を開発することを提案しています。過分極 (HP) キセノン 129 (129Xe) 磁気共鳴画像法 (MRI) を使用すると、肺がん患者の RILI を減らすために、ビーム計画戦略をより適切に知ることができます。
調査の概要
研究の種類
連絡先と場所
参加基準
適格基準
就学可能な年齢
健康ボランティアの受け入れ
サンプリング方法
調査対象母集団
説明
包含基準:
- 18歳以上
次のいずれかです。
- 健康なボランティア（つまり NSCLCと診断されていない人;これには、肺障害と診断されていない喫煙者は含まれません)、または
- NSCLCと診断されている
- インフォームドコンセントを提供できる
イメージングのために息を止めることができる
- この研究に登録された健康なボランティアは、25 秒間息を止めることができなければなりません。
- NSCLC の参加者は、15 秒間息を止めることができなければなりません。
除外基準:
- -MRイメージングに禁忌がある（つまり 鉄インプラント、心臓ペースメーカー) - スキャン前の MR スクリーニングによって決定されます。
- 閉所恐怖症の病歴があります。
- 女性の除外のみ: 妊娠している、または妊娠している可能性がある、または妊娠を計画している.
- 酸素マスクが必要で、鼻カニューレは使用できません。
- 血中酸素飽和度は 92% 未満です (参加者が通常 1 つを使用する場合は、座位での安静時、および O2 鼻カニューレを使用して測定)。
- 過去10日間に急性呼吸器感染症にかかったことがある。
- レイクヘッド大学の主任研究者 (PI) が講師であるコースに現在在籍している学生です。
- 現在、レイクヘッド大学の学位プログラムに在籍している学生であり、PI は論文の直接の監督者です。
- 現在、サンダーベイ地域健康研究所 (TBRHRI) および/またはレイクヘッド大学の PI の従業員です。
健康なボランティアの除外基準
1.非喫煙者であること（自己認識）
研究計画
研究はどのように設計されていますか？
デザインの詳細
コホートと介入
グループ/コホート |
介入・治療 |
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最適化グループ
この研究の主な目的は、HP 129Xe MR 拡散強調画像、HP 129Xe MR 換気画像、HP 129Xe 化学シフト飽和回復 (CSSR) およびキセノン分極転送コントラスト (XTC) MRI の最適化されたスキャン パラメータ セットを決定することです。最大 10 人の健康な参加者と最大 10 人の NSCLC 患者の肺の鮮明で解剖学的および臨床的に関連する画像を生成します。
主な目的は、副次的な目的に移る前に完了します。
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参加者は、ガス投与の手順に従ってキセノン 129 造影剤を吸入するよう求められます。
薬の成功基準は、妥当な信号レベルで取得された Xe MRI 肺画像です。
臨床 MRI スキャナー Philips Achieva 3.0T には、129Xe 肺画像を取得するための 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil (Large and Small) が装備されます。
大きいコイルの共振器長は 122 cm に等しく、小さいコイルの同じサイズは 106 cm です。
デバイス性能の成功基準は、得られた合理的な Xe MRI 肺画像です。
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機能性肺組織と非機能性肺組織の線引き
この研究の第 2 の目的は、機能的な肺組織と機能しない肺組織、および放射線療法の効果を明らかにすることです。
この目的は、放射線治療開始前、放射線治療終了時、および放射線治療後少なくとも 10 週間の 3 つの時点で、NSCLC の最大 10 人の参加者に対してこれら 5 つの最適化された技術を実行することによって調査されます。
これらの結果は、対応する時点で実行された PFT および CT スキャンからの結果と相関します。
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参加者は、ガス投与の手順に従ってキセノン 129 造影剤を吸入するよう求められます。
薬の成功基準は、妥当な信号レベルで取得された Xe MRI 肺画像です。
臨床 MRI スキャナー Philips Achieva 3.0T には、129Xe 肺画像を取得するための 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil (Large and Small) が装備されます。
大きいコイルの共振器長は 122 cm に等しく、小さいコイルの同じサイズは 106 cm です。
デバイス性能の成功基準は、得られた合理的な Xe MRI 肺画像です。
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この研究は何を測定していますか？
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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機能性肺組織と非機能性肺組織の線引き
時間枠：放射線治療前
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HP 129Xe MR 拡散強調画像、HP 129Xe MR 換気画像、HP 129Xe CSSR、および XTC MRI を実行して、機能的および非機能的な肺組織の位置を特定し、得られた組織分布に基づいて放射線治療を計画します。
MRI の結果は、PFT および CT スキャンと関連付けられます。
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放射線治療前
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肺組織の放射線治療による変化を測定する
時間枠：放射線療法の終了時（研究開始から最大13か月後）および放射線療法後10週間
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HP 129Xe MR 拡散強調画像、HP 129Xe MR 換気画像、HP 129Xe CSSR および XTC MRI の結果は、対応する時点で実行された PFT および CT スキャンの結果と相関して、放射線療法の効果を判断します。
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放射線療法の終了時（研究開始から最大13か月後）および放射線療法後10週間
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協力者と研究者
出版物と役立つリンク
一般刊行物
- 1. Canadian Cancer Society's Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON: Canadian Cancer Society; 2015. 2. Mathew L, Wheatley A, Castillo R, Castillo E, Rodrigues G, Guerrero T, Parraga G. Hyperpolarized (3)He magnetic resonance imaging: comparison with four-dimensional x- ray computed tomography imaging in lung cancer. Acad Radiol. 2012;19(12):1546-1553. 3. Marks LB, Yu X, Vujaskovic Z, Small W Jr, Folz R, Anscher MS. Radiation-induced lung injury. Semin Radiat Oncol. 2003;13(3):333-345. 4. Mehta V. Radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis in non-small-cell lung cancer: pulmonary function, prediction, and prevention. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2005; 63:5-24. 5. Graham MV, Purdy JA, Emami B, Harms W, Bosch W, Lockett MA, Perez CA. Clinical dose-volume histogram analysis for pneumonitis after 3D treatment for non-small cell lung cancer (NSCLC). Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999;45(2):323-329. 6. Govaert SL, Troost EG, Schuurbiers OC, de Geus-Oei LF, Termeer A, Span PN, Bussink J. Treatment outcome and toxicity of intensity-modulated (chemo) radiotherapy in stage III non-small cell lung cancer patients. Radiat Oncol. 2012;7(1):150. [Epub ahead of print] 7. Marks LB, Spencer DP, Bentel GC, Ray SK, Sherouse GW, Sontag MR, Coleman RE, Jaszczak RJ, Turkington TG, Tapson V, et al. The utility of SPECT lung perfusion scans in minimizing and assessing the physiologic consequences of thoracic irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1993;26(4):659-668. 8. Christian JA, Partridge M, Nioutsikou E, Cook G, McNair HA, Cronin B, Courbon F, Bedford JL, Brada M. The incorporation of SPECT functional lung imaging into inverse radiotherapy planning for non-small cell lung cancer. Radiother Oncol. 2005;77(3):271- 277. 9. McGuire SM, Zhou S, Marks LB, Dewhirst M, Yin FF, Das SK. A methodology for using SPECT to reduce intensity-modulated radiation therapy (IMRT) dose to functioning lung. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2006;66(5):1543-52. 10. Shioyama Y, Jang SY, Liu HH, et al. Preserving functional lung using perfusion imaging and intensity-modulated radiation therapy for advanced-stage non-small cell lung cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2007;68(5):1349-58. 11. Lavrenkov K, Christian JA, Partridge M, Niotsikou E, Cook G, Parker M, Bedford JL, Brada M. A potential to reduce pulmonary toxicity: the use of perfusion SPECT with IMRT for functional lung avoidance in radiotherapy of non-small cell lung cancer. Radiother Oncol. 2007;83(2):156-162. 12. Tzeng YS, Hoffman E, Maurer R, Mansour J, Shah N, Tschirren J, Albert M. Comparison of airway diameters measurements from an anthropomorphic airway tree phantom using hyperpolarized 3He MRI and high resolution computed tomography. Magn Reson Med. 2007;58:636-642. 13. Tzeng YS, Hoffman E, Cook-Granroth J, Gereige J, Mansour J, Washko G, Cho M, Stepp E, Lutchen K, Albert M. Investigation of hyperpolarized 3He magnetic resonance imaging utility in examining human airway diameter behavior in asthma through comparison with high-resolution computed tomography. Acad Radiol. 2008;15:799-808. 14. Tzeng Y-S, Gereige J, Mansour J, Shah N, Zhou X, Washko G, Stepp E, Cho M, Szender JB, Sani SZ, Israel E, Lutchen K, Albert M. The difference in ventilation distribution and ventilation heterogeneity between asthmatic and healthy subjects quantified from hyperpolarized 3He MRI. J Appl Physiol. 2009a;106(3):813-822. 15. Tzeng YS, Lutchen K, Albert M. The difference in ventilation heterogeneity between asthmatic and healthy subjects quantified using hyperpolarized 3He MRI. J Appl Physiol. 2009b;106:813- 822. 16. Campana L, Kenyon J, Zhalehdoust-Sani S, Tzeng YS, Sun Y, Albert M, Lutchen KR. Probing airway conditions governing ventilation defects in asthma via hyperpolarized MRI image functional modeling. J Appl Physiol. 2009;106:1293-300. 17. Lee EY, Sun Y, Zurakowski D, Hatabu H, Khatwa U, Albert MS. Hyperpolarized 3He MR imaging of the lung: normal range of ventilation defects and PFT correlation in young adults. J Thorac Imaging. 2009;24:110-114. 18. Kirby M, Mathew L, Wheatley A, Santyr GE, McCormack DG, Parraga G. Chronic obstructive pulmonary disease: longitudinal hyperpolarized (3)He MR imaging. Radiology. 2010a;256(1):280-289. 19. Mullally W, Betke M, Albert M, Lutchen K. Explaining clustered ventilation defects via a minimal number of airway closure locations. Ann Biomed Eng. 2009;37:286-300. 20. Sun Y, Butler JP, Lindholm P, Walvick RP, Loring SH, Gereige J, Ferrigno M, Albert MS. Marked pericardial inhomogeneity of specific ventilation at total lung capacity and beyond. Respir Physiol Neurobiol. 2009;169:44-49. 21. Sun Y, O'Sullivan BP, Roche JP, Walvick R, Reno A., Shi L., Baker D., Mansour JK, Albert MS. Using hyperpolarized 3He MRI to evaluate treatment efficacy in cystic fibrosis patients. J Magn Reson Imaging. 2011;34(5):1206-1211.
研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (実際)
一次修了 (実際)
研究の完了 (実際)
試験登録日
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
学習記録の更新
投稿された最後の更新 (実際)
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