방사선 유발 폐 손상의 과분극 불활성 가스 MRI 검출
폐암은 세계에서 암으로 인한 사망의 주요 원인입니다. 매년 폐암은 캐나다에서 20,000명 이상, 전 세계적으로 백만 명 이상이 사망합니다(1). 많은 다른 유형의 암 치료에서 상당한 개선이 이루어졌지만 폐암 치료는 유사한 성공을 거두지 못했습니다. 암의 70%는 진단 시 진행된 단계에 있으며 방사선은 이러한 경우 근치 및 완화 치료의 일부로서 표준 역할을 합니다. 정상적인 폐 조직은 방사선에 매우 민감합니다. 이 민감도는 심각한 문제를 야기합니다. 방사선 폐렴 또는 섬유증(RILI)을 유발하여 심각한 장애와 때로는 사망을 초래할 수 있습니다. 방사선 치료를 받은 흉부암 환자의 37%에서 RILI가 발생합니다. 방사선 요법 사례의 20%에서 폐 손상은 중등도에서 중증입니다(2). 또한 증상을 일으키는 방사선 유발성 폐렴은 폐암에 대해 방사선 치료를 받은 개인의 5-50%에서 발생합니다(3, 4).
임상적 방사선 폐렴의 가능성은 조사된 폐의 부피와 직접적으로 관련이 있습니다(5). 그러나 방사선 계획은 현재 폐의 모든 부분이 동등하게 기능한다고 가정합니다. 더 기능적인 폐 영역을 식별하는 것은 방사선 계획 중에 절약할 영역의 우선 순위를 지정하는 데 도움이 됩니다. 환자의 폐 기능을 보존하기 위해 RILI의 양을 제한하기 위해 임상의는 등각 방사선 요법 또는 강도 변조 방사선 요법(IMRT)을 사용하여 방사선 치료를 계획합니다. 이것은 질병과 폐의 해부학적 위치를 고려하지만 폐 자체의 기능을 평가할 수 없는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔을 사용합니다. IMRT의 이론적 근거의 중요한 구성 요소는 기능 조직에 들어가는 방사선의 선량이 제한되면 방사선 선량이 종양에 집중되어 기능 조직을 손상으로부터 보호하여 기존 폐 기능을 보존할 수 있다는 것입니다(6). 따라서 독성을 최적으로 줄이기 위해 IMRT는 종양 위치뿐만 아니라 국소 폐 기능 데이터에 의존합니다.
폐 기능 검사(PFT)는 종양 또는 RILI의 존재로 인한 폐 기능의 감소를 감지할 수 있지만 입에서 측정을 수행하기 때문에 PFT는 폐 기능에 대한 지역 정보를 제공하지 않습니다. 양전자 방출 단층촬영(PET) 영상은 방사선 계획에 사용될 수 있지만 PET는 기능적 조직을 묘사하는 능력이 제한되어 있고, 방사성 의약품 투여가 필요하고, 느린 방식이며, 사이클로트론을 사용해야 하기 때문에 비쌉니다. 기능적 조직을 묘사하기 위한 수단으로 폐 관류를 측정하기 위한 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPECT) 이미징이 연구되었습니다(7-11). SPECT는 비기능적 조직을 감지할 수 있지만 CT나 PET의 절반에 불과한 공간 분해능을 제공하며 IMRT를 최적으로 사용하는 데 필요한 해부학적 분해능이 없습니다. 또한 PET와 마찬가지로 SPECT는 느린 방식입니다. 기존 이미징 방식의 한계를 감안할 때 국소 폐 기능에 대한 무료 데이터를 신속하고 비침습적으로 제공할 수 있고 비소세포 폐암에 대한 방사선 요법에서 조직 독성을 제한할 수 있는 이미징 방식에 대한 긴급한 미충족 의료 수요가 있습니다. NSCLC).
과분극(HP) 가스 자기 공명 영상(MRI)은 이러한 충족되지 않은 요구를 채울 수 있는 잠재력이 있습니다. HP 가스 MRI는 HP xenon-129(129Xe)를 사용하여 이온화 방사선, 상자성 또는 요오드화 화학 조영제 없이도 비침습적 고해상도 이미징을 제공합니다. HP 가스 MRI는 비침습적이고 직접적이며 기능적이며 국소적인 폐에 대한 고해상도 정보를 신속하게 제공하는 엄청난 이점을 제공합니다. 기존의 MRI는 일반적으로 수소(1H) 핵을 감지하는데, 이는 폐에 물 분자가 부족하여 폐 영상 촬영에 한계가 있습니다. HP 가스 MRI는 SEOP(spin-exchange optical pumping) 기술을 사용하여 편광된 129Xe 핵을 감지하여 유효 MR 신호 강도를 약 100,000배 증가시킵니다. HP 가스 MRI는 폐 구조, 환기 기능 및 공기 교환 기능에 대한 고해상도 영상 정보를 제공하여 이미 폐 영상에서 널리 성공했습니다. 이 기술은 천식, 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 및 낭포성 섬유증을 영상화하고 이러한 질병에 대한 치료제의 효능을 평가하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다(12-21). 이 프로젝트에서 연구자들은 인간의 폐에서 기능하지 않는 영역과 실행 가능한 영역을 구분하기 위한 이미징 기술을 개발할 것을 제안합니다. 과분극(HP) 크세논-129(129Xe) 자기 공명 영상(MRI)을 사용하면 폐암 환자의 RILI를 줄이기 위한 시도에서 빔 계획 전략을 더 잘 알릴 수 있습니다.
연구 개요
연구 유형
연락처 및 위치
참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
샘플링 방법
연구 인구
설명
포함 기준:
- 18세 이상
다음 중 하나입니다:
- 건강한 자원봉사자(예: NSCLC 진단을 받지 않은 사람; 여기에는 폐 장애로 진단되지 않은 흡연자는 포함되지 않습니다), 또는
- NSCLC 진단을 받았습니다.
- 정보에 입각한 동의를 제공할 수 있음
이미징을 위해 숨을 참을 수 있음
- 이 연구에 등록한 건강한 지원자는 25초 동안 숨을 참을 수 있어야 합니다.
- NSCLC 참가자는 15초 동안 숨을 참을 수 있어야 합니다.
제외 기준:
- MR 영상 촬영에 금기 사항이 있는 경우(즉, 철 임플란트, 심장 박동기) - 스캔 전 MR 스크리닝으로 결정됩니다.
- 밀실 공포증 병력이 있습니다.
- 여성 제외: 임신 중이거나 임신 가능성이 있거나 임신할 계획인 경우.
- 산소 마스크가 필요하며 비강 캐뉼라를 사용할 수 없습니다.
- 혈중 산소 포화도는 92% 미만입니다(참가자가 일반적으로 O2 비강 캐뉼라를 사용하는 경우 앉은 자세에서 휴식 상태에서 측정).
- 지난 10일 동안 급성 호흡기 감염이 있었습니다.
- 현재 수석 연구원(PI)이 강사인 Lakehead University의 과정에 등록한 학생입니다.
- PI가 직접 논문 지도교수로 있는 Lakehead University의 학위 프로그램에 현재 등록된 학생입니다.
- 현재 Thunder Bay Regional Health Research Institute(TBRHRI) 및/또는 Lakehead University의 PI 직원입니다.
건강한 자원봉사자 제외 기준
1. 비흡연자(본인확인)
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
코호트 및 개입
그룹/코호트 |
개입 / 치료 |
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최적화 그룹
이 연구의 주요 목적은 HP 129Xe MR 확산 강조 영상, HP 129Xe MR 환기 영상, HP 129Xe CSSR(Chemical Shift Saturation Recovery) 및 XTC(Xenon polarization Transfer Contrast) MRI에 대한 최적화된 스캔 매개변수 세트를 결정하는 것입니다. 최대 10명의 건강한 참여자와 최대 10명의 NSCLC 참여자의 명확하고 해부학적 및 임상적으로 관련된 폐 이미지를 생성합니다.
1차 목표는 2차 목표로 이동하기 전에 완료됩니다.
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참가자는 가스 투여 절차에 따라 크세논-129 조영제를 흡입해야 합니다.
약물의 성공 기준은 합리적인 신호 수준으로 얻은 Xe MRI 폐 이미지입니다.
임상 MRI 스캐너 Philips Achieva 3.0T에는 129Xe 폐 이미지를 획득하기 위해 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil(대형 및 소형)이 장착됩니다.
큰 코일의 공진기 길이는 122cm이고 같은 크기의 작은 코일은 106cm입니다.
장치 성능의 성공 기준은 획득한 합리적인 Xe MRI 폐 이미지입니다.
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기능적 대 비기능적 폐 조직의 묘사
이 연구의 두 번째 목적은 기능적 대 비기능적 폐 조직과 방사선 요법의 효과를 설명하는 것입니다.
이 목표는 세 가지 시점(방사선 요법 시작 전, 방사선 요법 종료 시 및 방사선 치료 최소 10주 후)에서 최대 10명의 NSCLC 참가자와 함께 이러한 5가지 최적화된 기술을 수행하여 탐색됩니다.
이러한 결과는 해당 시점에서 수행된 PFT 및 CT 스캔의 결과와 상관 관계가 있습니다.
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참가자는 가스 투여 절차에 따라 크세논-129 조영제를 흡입해야 합니다.
약물의 성공 기준은 합리적인 신호 수준으로 얻은 Xe MRI 폐 이미지입니다.
임상 MRI 스캐너 Philips Achieva 3.0T에는 129Xe 폐 이미지를 획득하기 위해 129Xe Quadrature Transreceive Lung Coil(대형 및 소형)이 장착됩니다.
큰 코일의 공진기 길이는 122cm이고 같은 크기의 작은 코일은 106cm입니다.
장치 성능의 성공 기준은 획득한 합리적인 Xe MRI 폐 이미지입니다.
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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기능 대 비기능 폐 조직의 묘사
기간: 방사선 치료 전
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HP 129Xe MR 확산 강조 영상, HP 129Xe MR 환기 영상, HP 129Xe CSSR 및 XTC MRI를 수행하여 기능 및 비기능 폐 조직의 위치를 결정하고 획득한 조직 분포를 기반으로 방사선 요법을 계획합니다.
MRI 결과는 PFT 및 CT 스캔과 상관 관계가 있습니다.
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방사선 치료 전
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폐 조직에서 방사선 요법으로 인한 변화 측정
기간: 방사선 요법 종료 시(연구 시작 후 최대 13개월) 및 방사선 요법 후 10주
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HP 129Xe MR 확산 강조 영상, HP 129Xe MR 환기 영상, HP 129Xe CSSR 및 XTC MRI 결과를 수행하여 해당 시점에서 수행된 PFT 및 CT 스캔 결과와 상관관계를 지정하여 방사선 치료의 효과를 결정합니다.
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방사선 요법 종료 시(연구 시작 후 최대 13개월) 및 방사선 요법 후 10주
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공동 작업자 및 조사자
간행물 및 유용한 링크
일반 간행물
- 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.
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연구 완료 (실제)
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