Doserespons av funksjonelt kritiske hjerneregioner for hjernestrålebehandling

Forskningsspørsmål:

Målet vårt er å svare på følgende tre forskningsspørsmål i denne studien:

1. Hva er doseresponskurven (grad av strålekomplikasjoner/radiologiske endringer vs. stråledose) for hjerneregioner som er involvert i prosessering av visuelle, språk- og arbeidsminnefunksjoner?
2. Hva er den begrensende dosen for disse funksjonelt kritiske hjerneområdene som kan brukes til planlegging av strålebehandling for å minimere (f.eks. mindre enn 5 %) muligheten for strålingsindusert skade?
3. Kan hjerne-fMRI brukes til å veilede planleggingen av strålebehandlingsbehandlingen for å minimere dosen til funksjonelt kritiske hjerneregioner og evaluere behandlingsresponsene i disse regionene?

Forskningsmetode:

Bildediagnostikk før strålebehandling: For hver pasient vil det bli utført aktiv stimulering og hvile-fMRI-undersøkelser i tillegg til standard anatomisk MR for hjernestrålebehandling. Aktiveringskart over regioner involvert i visuelle, språk og arbeidsminnefunksjoner vil bli generert fra fMRI-skanningen og pasientens svar på arbeidsminneoppgaven (dvs. N-Back-oppgaven) vil bli registrert under fMRI-studiene. MR og fMRI vil til sammen ta omtrent 90 minutter - 60 minutter for standard MR og 30 minutter for fMRI. Aktiveringskartene vil bli lagt over på FLAIR MR-bildene, importert til planleggingssystemet for strålebehandling og samregistrert med simulerings-CT-skanningen.

Strålebehandling og rutinemessig oppfølging: Funksjonskritiske områder i fMRI-aktiveringskartene vil bli konturert separat som kritiske organer, men vil ikke bli vurdert for planoptimalisering. Dosevolumhistogrammer (DVH) av funksjonelt kritiske hjerneregioner vil bli beregnet og dokumentert. Hver pasient vil få fraksjonert hjernestrålebehandling i henhold til behandlingsplanen og følges opp hver tredje måned etter strålebehandling.

Oppfølgingsevalueringer: 3MS-undersøkelsen vil bli administrert før oppstart av behandlingsstart og hver tredje måned etter behandling under rutinemessig oppfølging for å screene nevropsykologiske funksjoner. Anatomisk MR (standard) og hjerne-fMRI (forskning) vil bli anskaffet 6 måneder etter strålebehandling for å bestemme de radiologiske og funksjonelle endringene i regioner som er involvert i prosessering av visuelle, språklige og arbeidsminnefunksjoner.

Minimere interferensen av tumorresidiv eller progresjon: To tiltak vil bli iverksatt for å minimere interferensen av tumorresidiv eller progresjon ved evaluering av ytelsesendringer forårsaket av stråling. For det første vil pasientinkludering være begrenset til pasienter med saktevoksende svulster, f.eks. meningeom, lavgradig gliom og anaplastisk astrocytom, slik at sjansen for tilbakefall eller progresjon av tumor er liten. For det andre vil pasienter som utvikler sykdomsprogresjon ved noen av oppfølgingene etter strålebehandling bli ekskludert fra studien, da det ikke vil være mulig å skille effekten av sykdomsprogresjon fra strålebehandlingsbivirkninger på fMRI eller 3MS-undersøkelsen, og funnene ville ikke være tolkbare.

Doseresponsanalyse: Logistisk regresjonsanalyse vil bli brukt for å vurdere sannsynligheten for komplikasjoner til funksjonelt kritiske hjerneområder som en funksjon av stråledose. Den avhengige variabelen vil være den binære indikatoren som identifiserer pasientenes manifesterende komplikasjoner (nedgang i 3MS undersøkelsesscore og N-Back test, radiologiske/funksjonelle endringer identifisert på MR og fMRI) tilskrevet strålingseksponering. Den logistiske regresjonsmodellen vil inkludere relevante faktorer på emnenivå (f.eks. alder, kjønn, baseline Karnofsky ytelsesstatus, tumorlokalisering, nylige anfall, anti-epleptiske medisiner) som kovariater. Den tilpassede logistiske normalvevskomplikasjonssannsynligheten (NTCP)-modellen vil tillate estimering av sannsynligheten for betydelige komplikasjoner assosiert med enhver stråledose til området, slik at den begrensende dosen kan beregnes som dosen som forventes å indusere komplikasjon med en akseptabel sannsynlighet (f.eks. 5 %).

Inkorporering av begrensende dose for planlegging av strålebehandling: Den begrensende dosen fra ovennevnte "Doseresponsanalyse" vil bli brukt for IMRT-replanlegging med tanke på de funksjonelt kritiske hjerneområdene. Optimaliseringsmålet er å minimere dosen til funksjonelt kritiske hjerneregioner samtidig som man opprettholder tilsvarende PTV (planleggingsmålvolum) dekning og holder dosen til de kritiske strukturene innenfor akseptert toleranse. DVH-er for de funksjonskritiske hjerneregionene, PTV og alle andre kritiske strukturer vil bli sammenlignet for både behandlingsplaner med og uten hensyn til de funksjonskritiske hjerneregionene. En Wilcoxon matchet par signert rang test vil bli utført for å sammenligne planene når det gjelder beregnet NTCP for kritiske organer. McNemar-testen vil bli brukt til å sammenligne planer med og uten dosebegrensninger for funksjonelle områder når det gjelder utbytte (dvs. andelen pasienter som IMRT-planen ble utviklet for).

Det primære studieendepunktet for denne studien er normal vevskomplikasjon. Hovedmålet med denne studien er å bestemme doseresponskurven og begrensende dose for funksjonelt kritiske hjerneregioner for hjernestrålebehandling. Det andre målet med denne studien er å undersøke nøyaktigheten av aktiv stimulering eller hviletilstand fMRI for å unngå de funksjonelt kritiske hjerneområdene for planlegging av strålebehandling av hjernesvulster og for å evaluere behandlingsresponsene til disse kritiske områdene.