Respiratoire adaptieve computertomografie: haalbaarheidsstudie naar real-time gated 4DCT voor longkankerradiotherapie (REACT)

Vierdimensionale computertomografie (4DCT) wordt beschouwd als de standaardbehandeling voor moderne uiterst nauwkeurige stereotactische ablatieve lichaamsradiotherapie (SABR) -technieken. Clinical 4DCT werkt door CT-plakken en ademhalingsgegevens synchroon op te nemen terwijl de patiënt door de roterende röntgenbeeldcamera beweegt. De CT-plakjes worden gesorteerd in 5-10 'fasebeelden' (mid-exhale, peak-exhale, mid-inhale, peak-inhale, enz.) ' representatie van de ademhaling anatomie. De huidige best practice in bestralingstherapie is dat clinici handmatige afbakening of 'contouring' van longtumoren uitvoeren op een of meer 4DCT-fasebeelden om te zorgen voor een goede dekking door de behandelingsstraal ondanks de ademhalingsbeweging. Bij een onregelmatige ademhaling ontstaan ​​mismatches tussen CT-slices die zich in dezelfde ademhalingsfase bevinden maar op verschillende bankposities worden afgebeeld. Als resultaat hebben de geproduceerde beelden last van verschillende soorten discontinuïteiten, waaronder afkapping, duplicatie of overlapping. Yamamoto ontdekte dat een onregelmatige ademhaling ten minste één fout van >4 mm veroorzaakte in 90% (45 van de 50) scans van buik- en borstkaspatiënten. Het belangrijkste gevolg van 4DCT-beeldfouten is dat ze tumorvolume- en positie-onzekerheden van wel 30% kunnen introduceren tussen verschillende 4D-fasebakken of verschillende waarnemers.

Dit kan mogelijk de kans op tumorcontrole met een derde verminderen en leiden tot onnodige bestraling van gezond longweefsel, wat bijdraagt ​​aan belangrijke dosisbeperkende bijwerkingen zoals bestralingspneumonitis, die symptomatisch is bij tot 30% van de patiënten en dodelijk is bij 2%. De voorgestelde oplossing is Real-Time Gated 4DCT met behulp van prospectieve regularity gating, die voor het eerst zal worden geïmplementeerd bij longkankerpatiënten.

De Real-Time Gated 4DCT-methode detecteert en pauzeert de CT-straal tijdens onregelmatige ademhalingsgebeurtenissen. We zullen het ademhalingspatroon van de patiënt analyseren om acquisitie in real-time prospectief af te sluiten. Real-time gated 4DCT zorgt ervoor dat de röntgenbeeldcamera alleen wordt ingeschakeld als de ademhaling regelmatig is; de scan wordt anders gepauzeerd. De voordelen voor de patiënt van het doorlaten van een 4DCT-scan zijn aangetoond in eerdere onderzoeken:

• een vermindering van ademhalingsbewegingsfouten met 50%
• een verlaging van de beelddosis. Afbakening van tumoren en organen in CT-scans is de eerste stap in de bestralingstherapie van een longkankerpatiënt. Nauwkeurige afbakening is van cruciaal belang voor de resultaten van de patiënt, omdat fouten zich tijdens de behandeling verspreiden en ertoe kunnen leiden dat delen van de tumor door de stralingsdosis ontbreken of dat gezond weefsel of organen onnodig worden bestraald. Helaas is de belangrijkste beeldvormingsmodaliteit die wordt gebruikt voor de afbakening van longkanker, 4DCT, foutgevoelig. Stralingsoncologen (RO's) staan ​​voor een enorme uitdaging en moeten tumoren afbakenen wanneer 90% van de klinische scans ernstige beeldvormingsfouten vertoont. Deze fouten vertroebelen de ware positie/vorm van de tumor en verminderen de kans op tumorcontrole met wel een derde.

De belangrijkste boosdoener voor beeldvormingsfouten is een onregelmatige ademhaling: d.w.z. natuurlijke ademhalingsvariaties, die groter zijn voor longkankerpatiënten, maar niet worden verklaard door klinische scanners. Er werd een oplossing voor dit probleem voorgesteld, namelijk het doorlaten van de CT-scanner (d.w.z. pauzeren van de straal) wanneer een ademhalingstoestand optreedt die waarschijnlijk een beeldartefact zal produceren.

Onderzoeksvraag Het primaire eindpunt is dat het aantal beeldartefacten dat gebruik maakt van de Real-time gated scan minder artefacten zal produceren dan de conventionele scan.

Secundaire eindpunten omvatten het onderzoeken van de beeldkwaliteit en de impact op de behandelplanning met als voordelen voor de patiënt:

1. Consistente/voorspelbare beeldkwaliteit: Consistente beeldkwaliteit zal radiotherapeut-oncologen helpen bij het identificeren van tumor- en orgaaninterfaces en daardoor afbakeningsfouten verminderen.
2. Verbeteringen in behandelplannen: Nauwkeurigere afbakening zal leiden tot verbeterde behandelplannen en dus betere resultaten voor de patiënt.

Deze klinische studie is een first-in-humans pilot-haalbaarheidsstudie en het doel is daarom om de haalbaarheid van Real-Time Gated 4DCT te bewijzen, met als doel te leiden tot een werkzaamheidsstudie. Als zodanig zullen patiëntscans worden verkregen over een breed scala aan ademhalingsaandoeningen van patiënten om de Real-Time Gated-techniek te optimaliseren en om een ​​grotere, hypothesegestuurde fase II klinische studie te plannen die volgt. Automatische onderbrekingen voor deze grillige ademhalingssporen worden ingebouwd in de Real-Time Gated 4DCT-software.

Rationale voor huidige studie In-silico-onderzoeken suggereren dat de Real-Time Gated 4DCT-benadering beeldvormingsfouten tot 50% kan verminderen en tegelijkertijd de beelddosis met >20% kan verminderen. Geschat wordt dat het huidige percentage artefacten dat conventionele 4DCT gebruikt, ten minste 60% en mogelijk zelfs 95% is. Een reductie tot maximaal 35% (25% van de beelden met minder artefacten) zou klinisch de moeite waard zijn.