Odpowiedź na dawkę funkcjonalnie krytycznych regionów mózgu dla radioterapii mózgu

Pytanie badawcze:

Naszym celem jest udzielenie odpowiedzi na następujące trzy pytania badawcze w tym badaniu:

1. Jaka jest krzywa odpowiedzi na dawkę (stopień powikłań popromiennych/zmian radiologicznych w funkcji dawki promieniowania) dla obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie funkcji wzrokowych, językowych i pamięci roboczej?
2. Jaka jest graniczna dawka dla tych funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu, którą można zastosować w planowaniu leczenia radioterapią, aby zminimalizować (np. mniej niż 5%) możliwość urazu wywołanego promieniowaniem?
3. Czy fMRI mózgu może być wykorzystane do planowania leczenia radioterapią w celu zminimalizowania dawki dla funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu i oceny odpowiedzi na leczenie tych obszarów?

Metoda badań:

Obrazowanie przed radioterapią: Dla każdego pacjenta, oprócz standardowego anatomicznego MRI do radioterapii mózgu, zostaną przeprowadzone badania fMRI aktywnej stymulacji i spoczynkowe. Mapy aktywacji regionów zaangażowanych w funkcje pamięci wzrokowej, językowej i roboczej zostaną wygenerowane na podstawie skanów fMRI, a odpowiedzi pacjenta na zadanie pamięci roboczej (tj. zadanie N-Back) zostaną zarejestrowane podczas badań fMRI. MRI i fMRI łącznie zajmą około 90 minut - 60 minut w przypadku standardowego MRI i 30 minut w przypadku fMRI. Mapy aktywacji zostaną nałożone na obrazy FLAIR MRI, zaimportowane do systemu planowania leczenia radioterapią i zarejestrowane wspólnie z symulacją tomografii komputerowej.

Radioterapia i rutynowa obserwacja: Funkcjonalnie krytyczne obszary na mapach aktywacji fMRI zostaną oddzielnie obrysowane jako narządy krytyczne, ale nie będą brane pod uwagę przy optymalizacji planu. Histogramy objętości dawki (DVH) funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu zostaną obliczone i udokumentowane. Każdy pacjent otrzyma frakcjonowaną radioterapię mózgu zgodnie z planem leczenia i co trzy miesiące po radioterapii będzie kontrolowany.

Oceny kontrolne: Badanie 3MS zostanie przeprowadzone przed rozpoczęciem leczenia i co trzy miesiące po leczeniu podczas rutynowej obserwacji kontrolnej w celu oceny funkcji neuropsychologicznych. Anatomiczny rezonans magnetyczny (standardowy) i fMRI mózgu (badawczy) zostaną wykonane 6 miesięcy po radioterapii w celu określenia zmian radiologicznych i funkcjonalnych w regionach zaangażowanych w przetwarzanie funkcji wzrokowych, językowych i pamięci roboczej.

Minimalizowanie wpływu nawrotu lub progresji guza: Zostaną podjęte dwa działania w celu zminimalizowania wpływu nawrotu lub progresji guza na ocenę zmian wydajności spowodowanych promieniowaniem. Po pierwsze, włączenie pacjentów będzie ograniczone do pacjentów z wolno rosnącymi guzami, np. oponiakiem, glejakiem o niskim stopniu złośliwości i gwiaździakiem anaplastycznym, tak że szansa nawrotu lub progresji nowotworu jest niewielka. Po drugie, z badania zostaną wykluczeni pacjenci, u których wystąpi progresja choroby w którejkolwiek z wizyt kontrolnych po radioterapii, ponieważ nie będzie możliwe odróżnienie skutków progresji choroby od skutków ubocznych radioterapii w badaniu fMRI lub 3MS, oraz wyniki byłyby nie do zinterpretowania.

Analiza reakcji na dawkę: Analiza regresji logistycznej zostanie wykorzystana do oceny prawdopodobieństwa powikłań w funkcjonalnie krytycznych obszarach mózgu w funkcji dawki promieniowania. Zmienną zależną będzie binarny wskaźnik identyfikujący manifestujące się u pacjentów powikłania (spadek wyniku badania 3MS i testu N-Back, zmiany radiologiczne/funkcjonalne stwierdzone w MRI i fMRI) związane z ekspozycją na promieniowanie. Model regresji logistycznej będzie obejmował odpowiednie czynniki na poziomie podmiotu (np. wiek, płeć, wyjściowy stan sprawności według Karnofsky'ego, lokalizację guza, niedawne napady padaczkowe, leki przeciwpadaczkowe) jako współzmienne. Dopasowany logistyczny model prawdopodobieństwa powikłań prawidłowej tkanki (NTCP) pozwoli na oszacowanie prawdopodobieństwa wystąpienia istotnych powikłań związanych z dowolną dawką promieniowania na dany obszar, umożliwiając obliczenie dawki granicznej jako dawki, która powinna wywołać powikłanie z akceptowalnym prawdopodobieństwem (np. 5%).

Włączenie dawki granicznej do planowania radioterapii: Dawka graniczna z powyższej „Analizy odpowiedzi na dawkę” zostanie wykorzystana do ponownego planowania IMRT z uwzględnieniem funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu. Celem optymalizacji jest zminimalizowanie dawki dla funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu przy jednoczesnym utrzymaniu podobnego pokrycia PTV (planowanie objętości docelowej) i utrzymaniu dawki dla krytycznych struktur w ramach akceptowanej tolerancji. DVH funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu, PTV i wszystkich innych krytycznych struktur zostaną porównane dla obu planów leczenia z uwzględnieniem funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu i bez nich. W celu porównania planów pod względem obliczonego NTCP narządów krytycznych zostanie przeprowadzony test rang Wilcoxona dopasowanych par. Test McNemara zostanie wykorzystany do porównania planów obszarów funkcjonalnych z ograniczeniami dawki i bez ograniczeń pod względem wydajności (tj. odsetka pacjentów, dla których pomyślnie opracowano plan IMRT).

Pierwszorzędowym punktem końcowym tego badania jest powikłanie prawidłowej tkanki. Głównym celem tego badania jest określenie krzywej odpowiedzi na dawkę i dawki granicznej dla funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu do radioterapii mózgu. Drugim celem tego badania jest zbadanie dokładności fMRI aktywnej stymulacji lub stanu spoczynku w celu uniknięcia funkcjonalnie krytycznych obszarów mózgu w planowaniu leczenia radioterapią guzów mózgu i oceny odpowiedzi na leczenie tych krytycznych obszarów.