Continue monitoring van de prostaatpositie tijdens radiotherapie (KIM Gating)

Prostaatkanker is nu goed voor een derde van alle nieuwe kankerdiagnoses bij mannen en ongeveer 30% van de mannen krijgt uitwendige bestraling als primaire lokale therapie. Prostaatbeweging tijdens radiotherapie kan worden onderverdeeld in interfractie- en intrafractiebeweging. Interfractiebeweging is goed ingeburgerd en is grotendeels overwonnen door dagelijkse online beeldverificatie met ofwel echografie, online CT of geïmplanteerde referentiemarkeringen, maar beweging tijdens de bestralingsbundel op tijd (intrafractiebeweging) wordt niet gecorrigeerd en kan de oorzaak zijn van significante fouten bij toediening van stralingsdosis.

Intrafractiebeweging: beweging van de prostaat na de initiële behandelingssetup wordt intrafractiebeweging genoemd. Schattingen van de omvang en frequentie van deze beweging werden aanvankelijk gemaakt met behulp van continue magnetische resonantie (MR) beeldvorming. Padhani et al rapporteerden dat 16% van de patiënten > 5 mm anterieure:posterieure beweging had bij beeldvorming gedurende 7 minuten met vergelijkbare resultaten gerapporteerd in latere MR-filmonderzoeken. kan het gevolg zijn van fysieke bewegingen van de patiënt. Met de beschikbaarheid van real-time prostaattracking zijn klinische gegevens beschikbaar om de omvang en frequentie van beweging te kwantificeren. Een vroeg rapport van Kupelian et al. waarin gebruik werd gemaakt van continue radiotransponderpositionering7 beschreef 41% van de fracties met >3 mm beweging en 15% > 5 mm beweging gedurende >30 seconden. Er werd opgemerkt dat het risico op beweging toenam naarmate de behandeling langer duurde.

Onze eigen gegevens met behulp van offline autosegmentatie van de referentiemarkeringspositie van 10 patiënten toonden 38% van de fracties >1 mm, 4,7% van de fracties >3 mm en 1,7% van de fracties >5 mm onmiddellijk tijdens de behandelingsafgifte van ongeveer 2,5 min 8.

Betekenis van corrigeren voor beweging:

Als de stralingsdosis voor elke afzonderlijke fractie opnieuw wordt berekend en wordt aangepast voor intrafractiebeweging, is het mogelijk om de werkelijke dosis die aan het doel wordt afgegeven te schatten en deze te vergelijken met de gewenste dosis. Deze vergelijking geeft een robuust model van het potentiële voordeel voor real-time tracking en aanpassing voor de beweging. Overzicht van kilovoltage intrafractie monitoring (KIM): Kilovoltage intrafractie monitoring is een nieuwe real-time tumorlokalisatiemodaliteit. Het gaat om een ​​enkele op een portaal gemonteerde kV-röntgenbeeldvormer (die algemeen verkrijgbaar is op de meeste lineaire versneller) die 2D-projecties verkrijgt van geïmplanteerde referentiemarkeringen. Terwijl het behandelingsportaal tijdens de behandeling rond de patiënt draait, verwerft de kV-imager 2D-projecties van de prostaat. De referentiemarkeringen worden gesegmenteerd met behulp van een in eigen beheer ontwikkeld softwarepakket. 3D-posities worden bepaald via maximale waarschijnlijkheidsschatting (MLE) van een 3D-kansdichtheid.

In eerder werk (Ng et al, 2012) hebben we de KIM-methode met offline segmentatie toegepast om het 3D-prostaattraject na behandeling te berekenen. In de huidige studie gebruiken we online markersegmentatie om live trajectcreatie mogelijk te maken tijdens de behandeling met een verwerkingstijd van minder dan 1 seconde. Met de circa real-time trajecten zijn we in staat om de toediening te gaten om de dosis aan de tumor te maximaliseren, of te volgen met Multi-Leaf Collimators (MLC) om de beweging van de prostaat te volgen. Dit laatste omvat een complexe interactie met het straalafgiftesysteem en maakt geen deel uit van deze studie. De behandeling kan worden gepoort op basis van een vooraf ingestelde tolerantie. Met behulp van onze eerdere gegevens hebben we verschillende poortcriteria gemodelleerd 3 mm / 5s, 3 mm / 10s en 3 mm / 15s op basis van excursies langs individuele assen en ook de radiale excursie. Bij de 10 patiënten bleek een tolerantie van 3 mm/5 s efficiënt te zijn, met slechts 24 gate-events (van 268 behandelingen) en veilig, met de kortste excursietijd (5 s).

De KIM-methode introduceert wel een extra stralingsdosis voor de patiënt van ongeveer 65 mSv per behandeling gelokaliseerd op de prostaat 8. Standaard behandelingsdoses voor prostaatbestraling zijn 80 Gy. De hoeveelheid beeldvormingsdosis is afhankelijk van de beeldveldgrootte, de framesnelheid van verkregen beelden, de grootte van het behandelveld, de gebruikte energie in kV en de wijze van behandeling (Volumetric Modulated Arc Therapy [VMAT], Intensity Modulated Radiotherapy [IMRT], Stereotactic Boost Radiotherapie [SBRT]).9 We zullen de beelddosis van onze vorige studie 8 minimaliseren door:

• het verkleinen van de veldgrootte om alleen de referentiewaarden en een kleine marge per patiënt te omvatten, zodat de beeldvormingsdosis binnen het behandelingsvolume wordt afgegeven (verwacht een dosisbesparing van 20-40%);
• de bundelkwaliteit wordt gemaximaliseerd tot 125 kV;
• patiëntafmetingen zijn beperkt omdat de grotere patiënten meer verstrooide straling creëren (wat de beeldkwaliteit vermindert) en meer straling absorberen. Dit, gecombineerd met de grootte van het behandelingsveld zoals hieronder, kan ons in staat stellen om een ​​lagere framesnelheid te gebruiken voor beeldacquisitie, van 10 fps naar 5 fps, wat een proportioneel effect zal hebben op de dosis;
• patiënten met nodale gebieden voor behandeling worden uitgesloten omdat de behandelingsvelden groter zijn en dit vermindert de beeldkwaliteit. Door deze grotere patiënten uit te sluiten, kunnen we mogelijk beeldvorming van 5 fps in plaats van 10 fps gebruiken in combinatie met de patiëntdimensie zoals hierboven;
• Aangetoond is dat VMAT minder behandeltijd nodig heeft dan IMRT-toediening, en SBRT blijkt minder totale tijd nodig te hebben dan conventionele fractionering (waarbij de totale behandeltijd evenredig is met de beelddosis). We verwachten een dosisverlaging met het VMAT-SBRT-protocol in vergelijking met VMAT van 20-40%.

Samen met de beelddosis moeten we de voordelen van intrafractiemonitoring en gated-behandeling overwegen en wegen. Deze voordelen omvatten het verbeteren van de nauwkeurigheid van de toegediende dosis, zodat de geplande behandelingsdosis efficiënt aan de tumor wordt toegediend, en de geometrische nauwkeurigheid die een verlaging van de veiligheidsmarge mogelijk maakt die is ingevoerd om de behandeling te compenseren. We hebben significante verbeteringen in de tumordosis aangetoond van 60% tot 95% van de beoogde dosisverdeling door te poorten met een tolerantie van 3 mm/5 s, zoals weergegeven in figuur 1.

Verificatie van KIM klinische dynamische lokalisatienauwkeurigheid met behulp van kV/MV-triangulatie:

Om de dynamische lokalisatienauwkeurigheid van de KIM-methode te evalueren, kunnen 3D-posities bepaald door KIM worden vergeleken met kV/MV-triangulatie. kV/MV-triangulatie. Triangulatie biedt een onafhankelijke maat voor de locatie van de prostaat.

Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) en Quality Assurance (QA) protocol Er is een FMEA uitgevoerd om mogelijke faalwijzen binnen de aanvullende KIM-workflow te identificeren. In de standaardworkflow zijn maatregelen voor kwaliteitsborging vastgesteld. Alle KIM-faalwijzen zijn in tal van lagen beperkt door maatregelen voor kwaliteitsborging, een duidelijk ontwerp van de gebruikersinterface, een duidelijke aanwijzing van de rollen van het personeel, opleiding van het personeel en uitsluitingscriteria voor de selectie van patiënten.