Glioma adaptiv strålebehandling med utvikling av en arbeidsflyt for kunstig intelligens (GLADIATOR)

Glioblastoma multiforme (GBM) representerer grad 4 diffuse gliomer som står for de vanligste primære maligne sentralnervesystemet (CNS) svulster hos voksne. GBM behandles med strålebehandling (RT) og samtidig kjemoterapi etter maksimal sikker reseksjon, med en median overlevelse på omtrent 15-18 måneder. GBM har betydelig intratumoral heterogenitet med områder med multiklonale og hypoksiske områder som gir høyere sjanser for tilbakefall av sykdom etter standard RT.

På samme måte kan distinkte rom bli verdsatt på magnetisk resonansavbildning (MRI): forsterkende tumorkjerne (TC) med sentrale nekrotiske områder og den peritumorale regionen (PTR), som består av mikroskopisk tumorinfiltrasjon og vasogent ødem. I likhet med områder med radioresistente områder i TC, spiller den mikroskopiske sykdommen i PTR en viktig rolle i tilbakefall av sykdom. Andre grad 2 og 3 diffuse gliomer inkluderer isocitrat dehydrogenase (IDH) mutant astrocytom og oligodendrogliom. I den nylige klassifiseringen av CNS-svulster fra Verdens helseorganisasjon (WHO), er molekylær informasjon kombinert med histopatologisk informasjon for integrert klassifisering. IDH-villtypesvulster er videre molekylært karakterisert og betraktet som GBM siden prognosen er vist å være dyster. Oligodendrogliomer er bekreftet basert på tilstedeværelsen av sletting av 1p19q kromosomarmer. Grad 2/3 diffuse gliomer ses typisk som svulster med T2-vektede hyperintense svulster. Behandlingen ligner på GBM, med maksimal sikker reseksjon etterfulgt av stråling og samtidig og adjuvant kjemoterapi.

Strålebehandling for diffuse gliomer Strålebehandling (RT) utgjør en integrert rolle i multimodalitetsbehandlingen av diffuse gliomer. Stråling er indisert ved lavgradige gliomer med høyrisikofunksjoner eller høygradige gliomer etter maksimal sikker reseksjon. Strålingen (RT) i diffuse gliomer i GBM leveres ved bruk av konforme teknikker til gjenværende sykdom og hulrom, kalt brutto tumorvolum (GTV). Området rundt er inkludert i det kliniske målvolumet (CTV) for å behandle områder med mikroskopisk sykdom. For GBM gjøres en utvidelse på 1,5 -2 cm fra GTV, som er identifisert som et forbedrende område på T1c-sekvenser for å inkludere områder med PTR (T2w hyperintensitet) og redigert fra anatomiske barrierer som hjernehinner og durale refleksjoner. For IDH-mutante gliomer er gjenværende svulst og hulrom (identifisert som T2w hyperintensitetsregion) inkludert som GTV og ytterligere utvidelse på 5-10 mm gjøres for å inkluderes som CTV. Standardpraksisen innebærer å levere en ensartet strålingsdose til planleggingsmålvolumet (PTV), som omfatter en isotrop marginekspansjon rundt CTV-en for å ta hensyn til usikkerhet ved oppsett. Ved GBM og IDHmutant høygradig astrocytom, leveres totaldosen på 59,4-60 Gy over 6-7 uker med 1,8-2 Gy per fraksjon. En relativt lavere strålingsdose, i området 54,0-59,4 Gy, leveres over 6-7 uker ved bruk av 1,8-2 Gy per fraksjon for oligodendrogliomer. I henhold til gjeldende paradigme planlegges stråling på computertomografi (CT) for doseberegning og MR for visualisering av målvolumer og risikoorganer (OAR), utført én gang før behandling, basert på hvilken fraksjonert stråling som leveres over 6-7 uker . Nyere bevis med MR foretatt i løpet av behandlingen har vist endringene i dynamikken til gjenværende sykdom, kirurgisk hulrom, og også OARs hos en andel av pasientene, noe som tyder på at behandling leveres basert på bildediagnostikk på et enkelt tidspunkt kan føre til til unøyaktigheter .Derfor vil adaptiv strålebehandling (ART) for å modifisere stråleplaner basert på romlige endringer av målvolumet og OAR sannsynligvis forbedre nøyaktigheten av RT-behandlinger. Seriell avbildning under behandling kan også brukes til å identifisere områder med tumor eller PTR som viser refraktær sykdom eller vasogent ødem, med bestemmelser for biologiske modifikasjoner av RT-doser. Bruken av konforme stråleteknikker som intensitetsmodulert strålebehandling (IMRT), volumetrisk modulert lysbueterapi (VMAT) kan muliggjøre levering av differensielle stråledoser nøyaktig til forskjellige områder av målvolumet, kjent som dosemaling. Positron Emission Tomography (PET) Funksjonell bildediagnostikk med positronemisjonstomografi (PET) har oppnådd stor popularitet innen onkologi i sykdomsstadie, identifisering av hypoksiske områder og veiledning for strålingsplanlegging. For gliomer har aminosyre-PET som O-(2-[18F]-fluoretyl)-L-tyrosin (FET) eller Fluorodopa (F-DOPA) vist seg å være effektive med områder med høyere tumor-til-hvitstoff-forhold, noe som tyder på aktive områder. sykdom (19). Bruk av PET-skanninger under behandling kan bidra til å identifisere områder som er ildfaste mot RT, reflektert av høyere opptak av radioisotopen. Høyere doser til slike regioner gir et vindu for biologisk tilpasning og kan potensielt forbedre kontrollhastigheten. På samme måte kan kvantitativ analyse av bildebehandling (mer populært kjent som radiomikser) hjelpe til med å skille områder med mikroskopisk svulst fra vasogent ødem i PTR, som ellers ser ut som konvensjonell avbildning. Kunstig intelligens Rollen til kunstig intelligens i onkologi blir stadig mer anerkjent, alt fra optimalisering av helseressursutnyttelse og beslutningstaking til kvantitativ bildeanalyse for prognose og den potensielle evnen til å tjene som en ikke-invasiv biomarkør. Utøvelsen av moderne strålingsonkologi er sterkt avhengig av interaksjonen mellom mennesker og maskiner i nesten alle behandlingsplanleggingsprosesser, inkludert konturering av målvolumer, OAR, behandlingsplanleggingsprosesser og under behandlingslevering. Å skape et rammeverk for kunstig intelligens innen strålingsonkologi lover å forbedre arbeidsflyteffektiviteten og nøyaktigheten og muliggjøre behandlingsplanlegging og levering raskt og effektivt. Bruken av adaptiv strålebehandling vil bli ytterligere forenklet ved bruk av maskinlæringsalgoritmer med passende identifikasjon av pasienter som kan dra nytte av volumetrisk eller biologisk tilpasning, autosegmentering av mål/OAR, automatisert behandlingsplanlegging og biologisk modifikasjon basert på romlige og tidsmessige endringer av kvantitative bildeparametere . Standard institusjonspraksis Standard institusjonspraksis inkluderer en dose på 59,4 Gy i 33 fraksjoner over 6,5 uker for pasienter med glioblastom og 55,8 Gy i 31 fraksjoner over 6 uker for pasienter med oligodendrogliom. Samtidig temozolomid brukes til alle pasienter som gjennomgår stråling i en dose på 75 mg/m 2 kroppsoverflate i løpet av strålingen med ukentlig overvåking av blodverdier. Alle strålebehandlinger planlegges basert på engangs CT- og MR-skanning uten noen planlagte intervallskanning under stråling, og det gjøres ingen tilpasning. Adjuvant kjemoterapi med temozolomid startes etter 4 ukers strålingsavslutning med en dose på 150 mg/m 2 i fem dager og gjentas på månedsbasis og dose eskalert til 200 mg/m 2 hvis det tolereres godt og normal blodverdi. Som standard praksis er 6 og 12 sykluser med temozolomid planlagt for henholdsvis GBM og IDH-mutant gliom (astrocytom og oligodendrogliom). Etter avsluttet behandling planlegges klinisk oppfølging hver 3.-6. måned de første 2 årene og deretter hver 6.-12. måned for alle pasientene. Overvåkingsavbildning er planlagt hver 6.-12. måned i de første 5 årene og deretter på årsbasis eller intervallavbildning foretatt etter klinisk oppfordring.