Respiratorisk adaptiv computertomografi: gjennomførbarhetsstudie på sanntidskontrollert 4DCT for lungekreftstrålebehandling (REACT)

Firedimensjonal computertomografi (4DCT) regnes som standarden for omsorg for moderne høypresisjon stereotaktisk ablativ kroppsstrålebehandling (SABR) teknikker. Klinisk 4DCT fungerer ved å innhente CT-skiver og pustedata synkront mens pasienten beveger seg gjennom det roterende røntgenbildeapparatet. CT-skivene sorteres i 5-10 'fasebilder' (midt-pust, topp-pust, midt-inhalering, peak-inhalering, etc.) og sydd sammen for å danne en 3D+pusteindusert svulst/organbevegelse eller '4D ' representasjon av pustens anatomi. Gjeldende beste praksis innen strålebehandling er at klinikere utfører manuell avgrensning eller "konturering" av lungesvulster på ett eller flere 4DCT-fasebilder for å sikre riktig dekning av behandlingsstrålen til tross for pustebevegelse. I nærvær av uregelmessig pust, oppstår uoverensstemmelser mellom CT-skiver som er i samme pustefase, men avbildet i forskjellige sofaposisjoner. Som et resultat lider bildene som produseres av forskjellige typer diskontinuiteter, inkludert trunkering, duplisering eller overlapping. Yamamoto fant at uregelmessig pust forårsaket minst én feil >4 mm i 90 % (45 av 50) pasientskanninger i magen og brystkassen. Hovedkonsekvensen av 4DCT-bildefeil er at de kan introdusere tumorvolum og posisjonsusikkerheter så store som 30 % mellom forskjellige 4D-fasebinger eller forskjellige observatører.

Dette kan potensielt redusere sannsynligheten for svulstkontroll med opptil en tredjedel og føre til unødvendig bestråling av sunt lungevev, og bidra til store dosebegrensende bivirkninger som strålingspneumonitt, som er symptomatisk hos opptil 30 % av pasientene og dødelig i 2 %. Den foreslåtte løsningen er Real-Time Gated 4DCT som bruker prospektiv regularity gating, som vil bli implementert for første gang på lungekreftpasienter.

Real-Time Gated 4DCT-metoden oppdager og stanser deretter CT-strålen under uregelmessige pustehendelser. Vi vil analysere pasientens pustemønster for å prospektivt gate oppsamling i sanntid. Sanntidsgatede 4DCT sikrer at røntgenbildekameraet bare slås på når pusten er regelmessig; ellers blir skanningen satt på pause. Fordelene for pasienten med gating av en 4DCT-skanning er vist i tidligere studier:

• en reduksjon av pustebevegelsesfeil med 50 %
• en reduksjon av bildedosen. Avgrensning av svulster og organer i CT-skanninger er det første trinnet i en lungekreftpasients stråleterapireise. Nøyaktig avgrensning er avgjørende for pasientresultater fordi feil forplanter seg gjennom hele behandlingen og kan føre til at stråledose mangler deler av svulsten eller unødvendig bestråler sunt vev eller organer. Dessverre er den viktigste avbildningsmetoden som brukes for avgrensning av lungekreft, 4DCT, utsatt for feil. Strålingsonkologer (RO-er) står overfor en enorm utfordring og er pålagt å avgrense svulster når 90 % av kliniske skanninger lider av alvorlige bildefeil. Disse feilene tilslører den sanne tumorposisjonen/formen og reduserer sjansen for tumorkontroll med opptil en tredjedel.

Hovedårsaken til bildefeil er uregelmessig pust: det vil si naturlige pustevariasjoner, som forsterkes for lungekreftpasienter, men som ikke tas med i kliniske skannere. En løsning på dette problemet ble foreslått, som er å gate CT-skanneren (dvs. pauser strålen) når det oppstår en pustetilstand som sannsynligvis vil produsere en bildeartefakt.

Forskningsspørsmål Det primære endepunktet er at antall bildeartefakter ved bruk av sanntidsgateskanning vil produsere færre artefakter enn den konvensjonelle skanningen.

Sekundære endepunkter innebærer å undersøke bildekvaliteten og innvirkningen på behandlingsplanlegging med fordelene for pasienten:

1. Konsistent/forutsigbar bildekvalitet: Konsistent bildekvalitet vil hjelpe stråleonkologer med å identifisere tumor- og organgrensesnitt og reduserer derfor avgrensningsfeil.
2. Forbedringer i behandlingsplaner: Mer nøyaktig avgrensning vil føre til forbedrede behandlingsplaner og dermed forbedrede pasientresultater.

Denne kliniske studien er en første-i-menneske pilot mulighetsstudie og målet er derfor å bevise gjennomførbarheten av Real-Time Gated 4DCT, med sikte på å føre til en effektstudie. Som sådan vil pasientskanninger bli innhentet på tvers av et bredt spekter av pasientens pusteforhold for å optimalisere Real-Time Gated-teknikken og for å planlegge en større, hypotesedrevet fase II klinisk studie som skal følges. Automatiske avskjæringer for disse uberegnelige pustesporene vil bli bygget inn i Real-Time Gated 4DCT-programvaren.

Begrunnelse for nåværende studie In-silico-studier tyder på at Real-Time Gated 4DCT-tilnærmingen kan redusere bildefeil med opptil 50 %, samtidig som den reduserer bildedosen med >20 %. Det har blitt anslått at den nåværende frekvensen av artefakter ved bruk av konvensjonell 4DCT er minst 60 % og muligens opptil 95 %. En reduksjon til høyst 35 % (25 % av bildene med færre artefakter) vil være klinisk verdt.