Dosisrespons van functioneel kritieke hersengebieden voor hersenradiotherapie

Onderzoeksvraag:

Ons doel is om in dit onderzoek de volgende drie onderzoeksvragen te beantwoorden:

1. Wat is de dosis-responscurve (mate van stralingscomplicaties/radiologische veranderingen versus stralingsdosis) voor hersengebieden die betrokken zijn bij de verwerking van visuele, taal- en werkgeheugenfuncties?
2. Wat is de beperkende dosis voor deze functioneel kritieke hersengebieden die kunnen worden toegepast bij het plannen van radiotherapiebehandelingen om de kans op door straling veroorzaakt letsel te minimaliseren (bijv. minder dan 5%)?
3. Kan hersen-fMRI worden gebruikt om de planning van de radiotherapiebehandeling te sturen om de dosis naar functioneel kritieke hersengebieden te minimaliseren en de behandelingsreacties van deze gebieden te evalueren?

Onderzoeksmethode:

Beeldvorming vóór radiotherapie: voor elke patiënt zullen actieve stimulatie en fMRI-onderzoeken in rust worden uitgevoerd naast de standaard anatomische MRI voor hersenradiotherapie. Activeringskaarten van regio's die betrokken zijn bij visuele, taal- en werkgeheugenfuncties zullen worden gegenereerd op basis van de fMRI-scans en de reacties van de patiënt op de werkgeheugentaak (d.w.z. de N-Back-taak) zullen worden vastgelegd tijdens de fMRI-onderzoeken. De MRI en fMRI nemen samen ongeveer 90 minuten in beslag - 60 minuten voor de standaard MRI en 30 minuten voor de fMRI. De activeringskaarten worden over de FLAIR MRI-beelden gelegd, geïmporteerd in het planningssysteem voor radiotherapiebehandelingen en samen met de simulatie-CT-scan geregistreerd.

Radiotherapie en routinematige follow-up: Functioneel kritieke gebieden in de fMRI-activeringskaarten worden afzonderlijk gemarkeerd als kritieke organen, maar worden niet in aanmerking genomen voor planoptimalisatie. Dosisvolumehistogrammen (DVH's) van functioneel kritische hersengebieden zullen worden berekend en gedocumenteerd. Elke patiënt krijgt volgens het behandelplan gefractioneerde hersenbestraling en wordt na de bestraling om de drie maanden opgevolgd.

Follow-up evaluaties: Het 3MS-onderzoek zal worden uitgevoerd voorafgaand aan het begin van de behandeling en om de drie maanden na de behandeling tijdens routinematige follow-up om neuropsychologische functies te screenen. Anatomische MRI (standaard) en hersen-fMRI (onderzoek) zullen 6 maanden na radiotherapie worden verkregen om de radiologische en functionele veranderingen te bepalen in regio's die betrokken zijn bij de verwerking van visuele, taal- en werkgeheugenfuncties.

Minimaliseren van de interferentie van tumorrecidief of -progressie: Er zullen twee acties worden ondernomen om de interferentie van tumorrecidief of -progressie met de evaluatie van prestatieveranderingen veroorzaakt door straling te minimaliseren. Ten eerste zal de inclusie van patiënten worden beperkt tot patiënten met langzaam groeiende tumoren, bijvoorbeeld meningeoom, laaggradig glioom en anaplastisch astrocytoom, zodat de kans op terugkeer of progressie van de tumor klein is. Ten tweede zullen patiënten die ziekteprogressie ontwikkelen bij een van de post-radiotherapie-follow-ups worden uitgesloten van de studie, aangezien het niet mogelijk zou zijn om de effecten van ziekteprogressie te onderscheiden van radiotherapie-bijwerkingen op de fMRI of het 3MS-onderzoek, en de bevindingen zouden niet interpreteerbaar zijn.

Dosis-responsanalyse: Logistische regressieanalyse zal worden gebruikt om de waarschijnlijkheid van complicaties voor functioneel kritieke hersengebieden te beoordelen als functie van de stralingsdosis. De afhankelijke variabele is de binaire indicator die de manifesterende complicaties van patiënten identificeert (daling van 3MS-onderzoeksscore en N-Back-test, radiologische/functionele veranderingen geïdentificeerd op MRI en fMRI) die worden toegeschreven aan blootstelling aan straling. Het logistische regressiemodel zal relevante factoren op onderwerpniveau (bijv. leeftijd, geslacht, baseline Karnofsky-prestatiestatus, tumorlocatie, recente aanvallen, anti-epleptische medicatie) als covariaten bevatten. Met het gepaste model voor de waarschijnlijkheid van complicaties van logistiek normaal weefsel (NTCP) kan de waarschijnlijkheid worden geschat van significante complicaties die verband houden met een stralingsdosis in het gebied, waardoor de beperkende dosis kan worden berekend als de dosis die naar verwachting complicatie zal veroorzaken met een aanvaardbare waarschijnlijkheid (bijv. 5%).

Opname van limietdosis voor radiotherapiebehandelingsplanning: de limietdosis van de bovenstaande "Dose-responsanalyse" zal worden gebruikt voor IMRT-herplanning, rekening houdend met de functioneel kritieke hersengebieden. Het optimalisatiedoel is om de dosis voor functioneel kritieke hersengebieden te minimaliseren, terwijl een vergelijkbare PTV-dekking (planning target volume) behouden blijft en de dosis voor de kritieke structuren binnen de geaccepteerde tolerantie blijft. DVH's van de functioneel kritieke hersengebieden, PTV en alle andere kritieke structuren zullen worden vergeleken voor beide behandelplannen met en zonder rekening te houden met de functioneel kritieke hersengebieden. Er zal een Wilcoxon matched pair-signed rank-test worden uitgevoerd om de plannen te vergelijken in termen van berekende NTCP van kritieke organen. De McNemar-test zal worden gebruikt om plannen met en zonder dosisbeperkingen van functionele gebieden te vergelijken in termen van opbrengstpercentage (d.w.z. het percentage patiënten voor wie het IMRT-plan met succes is opgesteld).

Het primaire onderzoekseindpunt van deze studie is normale weefselcomplicatie. Het primaire doel van deze studie is het bepalen van de dosis-responscurve en de limietdosis voor functioneel kritische hersengebieden voor hersenradiotherapie. Het tweede doel van deze studie is het onderzoeken van de nauwkeurigheid van actieve stimulatie of rusttoestand fMRI voor het vermijden van de functioneel kritieke hersengebieden voor het plannen van de radiotherapiebehandeling van hersentumoren en voor het evalueren van de behandelingsreacties van deze kritieke gebieden.