방사선 촬영 검사를 이용한 환기: 기능적 회피 방사선 치료의 독성 감소를 위한 기능적 폐 영상 기술 (VENTURE)

폐암은 전 세계적으로 암 사망의 주요 원인이며 비소세포폐암(NSCLC)은 진단된 모든 폐암의 약 85%를 차지합니다. 폐암 치료에는 암의 병기에 따라 수술, 면역요법, 화학요법, 표적치료, 방사선요법을 단독으로 사용하거나 병용할 수 있다. 방사선 요법은 폐암 치료의 주요 구성 요소로, 폐암 환자의 77%가 치료 과정 중 어느 시점에서 외부 빔 방사선 요법에 대한 증거 기반 적응증을 갖습니다.

방사선 치료는 환자의 삶의 질에 부정적인 영향을 미치고 안전하게 전달될 수 있는 용량을 제한하는 방사선 폐렴 및 섬유증과 같은 방사선 유발 독성과 관련이 있습니다. 방사선 폐렴은 호흡곤란, 기침, 발열 등의 증상이 나타나는 폐 조직의 염증으로, 방사선 치료 과정 완료 후 4~12주에 나타납니다. 2등급 이상으로 정의되는 증상성 폐렴은 기존 방사선 치료에서 전체 발생률이 29.8%입니다.

현재의 방사선 치료 계획에서는 폐 기능이 장기 전체에 걸쳐 균일하다고 가정하며 폐 기능의 지역적 차이를 고려하지 않습니다. 이러한 지역적 차이는 폐 구조의 종양 압축을 통한 암 성장 자체 또는 암 환자의 폐 건강에 영향을 미칠 수 있는 기존의 흡연 유발 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 폐 건강에 영향을 미칠 수 있는 기존 질환으로는 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 섬유증 및 폐 림프계 비후, 폐기종, 석면증, 부분적인 폐 허탈 또는 폐액, 염증과 같은 이전 암 치료로 인한 부작용 등이 있습니다. 폐렴, 심지어 부분적인 폐 제거까지 가능합니다. 방사선 치료 후 환자에게 최고의 삶의 질을 제공하기 위해서는 치료 과정에서 가능한 한 건강한 폐를 보존하는 것이 중요합니다.

방사선 치료를 위한 기능적 폐 회피 치료 계획은 폐의 기능 지도를 기반으로 건강한 폐 조직의 방사선 조사를 최소화하여 폐 독성을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 핵의학 기능성 폐 영상은 이전에 기능성 폐에 대한 평균 선량을 줄여 방사선 유발 독성을 줄이기 위한 목적으로 방사선 치료 계획에 통합되었습니다. 정상 조직 합병증 확률(NTCP) 모델은 또한 위험에 처한 표적과 기관에 대한 선량 제약을 준수하면서 기능적 계획을 통해 2등급 및 3등급 방사선 폐렴에 대해 각각 6% 및 3%의 전반적인 감소를 예측했습니다.

핵의학 스캔은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되며 모든 기관에서 이용할 수 있는 것은 아닙니다. CT 환기 영상은 일상적인 치료 전 CT 촬영의 일부로 폐의 건강한 부위를 매핑하기 위한 핵의학에 대한 더 저렴하고 접근하기 쉬운 대안으로 개발되었습니다.

CT 환기 영상의 주요 단계는 다음과 같습니다.

1. 4DCT 또는 호흡 정지 CT(BHCT)를 사용하여 호기 및 흡입 상태에서 폐의 CT 이미지를 획득합니다. 4DCT는 전 세계적으로 폐암 방사선치료의 표준을 형성하는 기술이다. 4DCT는 환자가 숨을 쉴 때 폐의 움직임을 보여주는 최대 흡입에서 최대 호기까지 8~10개의 CT 영상을 획득하고, BHCT는 환자가 약 10분 동안 숨을 참을 때 폐의 정적 흡기 및 호기말 영상을 획득합니다. 초.
2. 변형 가능한 이미지 등록은 서로 다른 CT 이미지(최대 흡입에서 최대 호기까지) 간의 공간 매핑(변형 맵)을 결정하는 데 사용됩니다.
3. 변형 가능한 이미지 등록의 정보를 기반으로 정량적 분석을 포함하는 고기능 및 저기능 폐를 정량화하기 위해 환기 측정 기준을 적용합니다.

생성된 환기 이미지는 해부학적 이미지에 직접 중첩되어 이해하기 쉽고 방사선 치료 계획에 직접적인 이점이 될 수 있는 기능적 정보의 추가 차원을 제공합니다.

CT 스캔 및 투시 영상 시퀀스에서 환기 맵을 생성하기 위한 기존 상용 제품인 CT 폐 환기 분석 소프트웨어 및 XV Technology 폐 환기 분석 소프트웨어(4DMedical Limited, Melbourne)가 있습니다. 하나 이상의 3D 이미지를 생성하는 CT와 달리 투시법은 2D X선 이미지의 빠른 시퀀스를 생성합니다. 이러한 이미지는 일반적으로 방사선과나 수술실의 전용 C-arm 스캐너로 획득되며 이전에는 방사선 치료와 관련하여 평가된 적이 없습니다. 최소 하나의 완전하고 연속적인 호흡을 포착하는 영상-투시경 시퀀스는 자발 호흡 중에 가슴을 가로지르는 5개의 서로 다른 각도에서 획득되고 폐 운동 필드가 재구성되어 환기 맵을 생성합니다. TGA(Therapeutic Goods Administration)에서 승인한 폐 환기 평가 방식으로서 이러한 기술을 비교하면 견고성에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

치료 전 환기 영상을 기반으로 한 기능적 폐 회피 치료 계획은 종양 퇴행으로 인한 것과 같은 치료 중 분할 간(주별) 환기 변화로 인해 손상될 수 있습니다. 4차원 콘빔 컴퓨터 단층촬영(4DCBCT)을 사용하면 방사선 치료 시스템에서 해부학적 이미지를 편리하게 획득하여 치료 전달 전에 정확한 환자 위치 지정을 보장할 수 있습니다. CTVI용으로 개발된 기존 기술을 4DCBCT 영상에 적용하여 치료 계획을 조정하고 건강한 폐의 방사선 조사를 최소화하는 데 사용할 수 있는 환기 영상을 생성할 수 있습니다. 그러나 4DCBCT는 이미지 품질이 좋지 않으며 4DCBCT 기반 환기 이미지의 생리적 정확성은 아직 평가되지 않았습니다.

이전 연구에서는 기존 임상 표준 Galligas PET 환기 영상에 비해 CT 환기 영상의 생리학적 정확성을 검증했습니다. 이 연구에서는 엽체 수준(수 cm)에서 강한 상관관계가 있었고 지역 수준(2~5mm)에서는 중간 정도의 양의 상관관계가 발견되었습니다.

CT 환기 영상을 활용한 기능성 폐 회피 기법의 유효성에 대한 임상적 근거가 수집되기 시작했습니다. Vinogradskiyet al. 기능적 폐 회피 치료를 받은 집단의 방사선 폐렴 발생률을 과거 대조군과 비교하는 제2상 임상 시험을 수행했습니다. 저자는 기능적 폐 회피 코호트 환자의 2등급 이상의 방사선 폐렴 발생률이 14.9%로 과거의 비율인 25%와 비교하여 80%의 검정력과 0.05의 유의도로 긍정적인 시험 결과를 보고했다는 사실을 발견했습니다. Xenon 강화 CT 환기를 사용하여 Huang 등은 기능적 폐 회피를 과거 대조군과 비교하는 2단계 연구를 수행했습니다. 과거 대조군의 30%에 비해 2등급 이상의 방사선 폐렴 발생률이 17%로 저자들은 검정력 80%, 유의성 0.05로 긍정적인 시험 결과를 결론지었습니다.

이러한 고무적인 임상적 증거에도 불구하고 CT 환기 영상의 최상의 기술 구현, 프로세스의 품질 보증 및 필요한 정확도의 임상적으로 허용되는 임계값을 평가하는 데 대한 지식에는 여전히 격차가 있습니다. 이를 위해 제안된 임상 시험의 초점은 투시 및 CT 환기 영상의 최상의 구현을 결정하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 우리는 Galligas를 실제 환기에 대한 근거 자료로 사용하여 다양한 CT 및 투시 기반 환기 영상 기술의 생리학적 정확성을 평가할 것입니다. 우리 연구의 2차 목표는 이러한 환기 영상 기술을 사용하여 생성된 기능적 회피 방사선요법 계획의 선량계측 변화를 평가하고, 기능적 폐 회피 RT에 대한 품질 보증 절차를 확립하고, 방법의 정확성에 대해 임상적으로 허용되는 임계값을 평가하는 것입니다.

방사선 치료 작업 흐름에 대한 기능적 폐 회피 계획의 영향을 비교하기 위해 표준 치료 계획 및 계획 시간의 차이를 정량화하는 것 외에 기능적 회피 방사선 치료 치료 계획도 작성됩니다. 방사선 폐렴 발생률의 예상 감소는 Faught 등의 방법을 사용하여 정량화됩니다. 예상되는 입원 건수 및 의료비 감소량을 계산합니다.

CT 관류 영상 방법은 최근 비조영 흡기/호기 CT 영상 쌍에서 관류 정보를 계산할 수 있도록 개발되었습니다. CTPI는 호흡주기 동안 혈액량의 변화로 인해 폐 내부의 질량 변화가 발생한다는 원리에 기초합니다. 관류는 강도 기반 재료 밀도 추정과 서로 다른 CT 이미지 간의 공간 매핑을 사용하여 복셀 해상도에서 계산되는 질량 변화에서 파생됩니다. CTPI는 정확성에 대한 추가 검증이 필요한 초기 기술입니다. 그러나 현재 검증을 위한 BHCT-관류 데이터세트 쌍이 부족합니다. 현재까지 Castillo et al.이 수행한 유일한 검증 연구입니다. CTPI와 SPECT 관류 영상 사이의 중간 상관관계는 0.57이라고 보고했습니다.

시드니 대학과 노던 시드니 지역 보건 지구는 최근 Royal North Shore 병원에 새로운 전신 PET 스캐너를 설치했습니다. 이 스캐너는 단일 침대 위치에서 더 높은 감도, 더 빠른 획득 시간 및 더 긴 스캔 길이로 스캔을 획득할 수 있습니다. 이 새로운 장치의 감도가 높아져 4D(시계열) 이미지를 포함한 더 빠른 이미징이 가능해 더 자세한 환기 정보를 제공합니다. 이를 지원하기 위해 전체 스캔 길이가 아닌 폐만을 가로지르는 추가적인 저선량 4DCT 스캔이 4D 감쇠 보정을 조사할 목적으로 치료 전 영상에서 획득됩니다.

비교기 선택 제어

• Galligas PET 환기 이미지는 각 참가자에 대해 획득되어 지상 진실로 사용됩니다. Galligas PET는 SPECT 영상보다 공간 해상도가 높은 환기 영상을 획득하기 위한 확립된 방식입니다.
• Tc-99m MAA SPECT 이미지는 각 참가자에 대해 획득되어 관류의 기준 진실로 사용됩니다. 99mTc-MAA SPECT는 관류 이미지를 획득하기 위해 확립된 방식입니다.
• 3D 감쇠 CT로 재구성한 4D PET 영상.
• 각 참가자에 대해 해부학적 기반 치료 계획의 표준이 생성됩니다.

비교기

• 각 참가자로부터 획득한 BHCT, 형광 투시, 4DCBCT 및 4DCT 스캔에서 파생된 환기 이미지. X선 기반 환기 영상은 폐 환기 시각화를 위한 비용 효율적이고 접근 가능한 대안으로 개발되었습니다.
• 각 환자로부터 획득한 BHCT 스캔에서 파생된 관류 이미지. CT 관류 영상은 폐 관류 시각화를 위한 비용 효율적이고 접근 가능한 대안으로 개발 중입니다.
• 4D 감쇠 CT로 재구성한 4D PET 영상. 호흡 동작이 예상되는 영역에서 보다 정확한 PET 영상을 제공하기 위해 4D 감쇠가 제안되었습니다.
• 인공호흡 영상을 활용하여 기능 기반 방사선 치료 계획을 수립하고 방사선 폐렴 발생률을 예측합니다.