Ciągłe monitorowanie położenia gruczołu krokowego podczas radioterapii (KIM Gating)

Rak prostaty stanowi obecnie jedną trzecią wszystkich nowych rozpoznań raka u mężczyzn, a około 30% mężczyzn będzie miało radioterapię wiązką zewnętrzną jako podstawową terapię miejscową. Ruchy gruczołu krokowego podczas radioterapii można podzielić na interfrakcyjne i intrafrakcyjne. Ruch interfrakcyjny został dobrze ugruntowany i został w dużej mierze przezwyciężony przez codzienną weryfikację obrazu online za pomocą USG, CT online lub wszczepionych znaczników fiducial, jednak ruch podczas wiązki promieniowania na czas (ruch wewnątrzfrakcyjny) nie jest korygowany i może być przyczyną znacznych błędów w dostarczaniu dawki promieniowania.

Ruch wewnątrzfrakcyjny: Ruch prostaty po wstępnym ustawieniu leczenia został nazwany ruchem wewnątrzfrakcyjnym. Szacunki wielkości i częstotliwości tego ruchu zostały początkowo wykonane przy użyciu ciągłego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MR). Padhani i wsp. odnotowali, że 16% pacjentów miało ruch przedni:tylny o > 5 mm podczas obrazowania przez 7 minut, z podobnymi wynikami odnotowanymi w kolejnych badaniach filmowych MR. Ruch wewnątrzfrakcyjny może być wtórny do ruchów narządów, takich jak napełnianie pęcherza, oddychanie lub przemieszczanie gazów może być spowodowane fizycznym ruchem pacjenta. Dzięki dostępności śledzenia prostaty w czasie rzeczywistym dostępne są dane kliniczne umożliwiające ilościową ocenę wielkości i częstotliwości ruchu. Wczesny raport Kupelian i wsp. wykorzystujący ciągłe pozycjonowanie radiotranspondera7 opisał 41% frakcji z ruchem > 3 mm i 15% > 5 mm ruchu przez > 30 sekund. Zaobserwowano, że ryzyko ruchu wzrasta wraz z dłuższym czasem leczenia.

Własne dane uzyskane za pomocą autosegmentacji off-line pozycji znacznika odniesienia u 10 pacjentów wykazały, że 38% frakcji >1 mm, 4,7% frakcji >3 mm i 1,7% frakcji >5 mm pojawiało się natychmiastowo podczas leczenia trwającego około 2,5 minuty 8.

Znaczenie korekty ruchu:

Jeśli dawka promieniowania zostanie przeliczona dla każdej pojedynczej frakcji i dostosowana do ruchu wewnątrzfrakcyjnego, możliwe jest oszacowanie rzeczywistej dawki dostarczonej do celu i porównanie jej z dawką pożądaną. To porównanie daje solidny model potencjalnych korzyści płynących ze śledzenia i dostosowywania ruchu w czasie rzeczywistym. Przegląd monitorowania intrafrakcji kilowoltowej (KIM): Monitorowanie intrafrakcji kilowoltowej to nowatorska metoda lokalizacji guza w czasie rzeczywistym. Obejmuje pojedynczy, zamontowany na bramie, rentgenowski skaner kV (który jest powszechnie dostępny w większości akceleratorów liniowych) rejestrujący projekcje 2D wszczepionych znaczników odniesienia. Gdy suwnica zabiegowa obraca się wokół pacjenta podczas leczenia, kamera kV rejestruje dwuwymiarowe projekcje prostaty. Znaczniki odniesienia są podzielone na segmenty za pomocą opracowanego przez nas pakietu oprogramowania. Pozycje 3D są określane za pomocą oszacowania największej wiarygodności (MLE) gęstości prawdopodobieństwa 3D.

W poprzedniej pracy (Ng i in., 2012) zastosowaliśmy metodę KIM z segmentacją offline do obliczenia trajektorii prostaty 3D po leczeniu. W niniejszym badaniu wykorzystujemy segmentację markerów online, aby umożliwić tworzenie trajektorii na żywo podczas dostarczania leczenia z czasem przetwarzania krótszym niż 1 sekunda. Dzięki trajektoriom w czasie rzeczywistym jesteśmy w stanie bramkować dostawę, aby zmaksymalizować dawkę do guza lub śledzić za pomocą kolimatorów wielolistkowych (MLC), aby śledzić ruch prostaty. Ta ostatnia obejmuje złożoną interakcję z systemem dostarczania wiązki i nie jest częścią tego badania. Leczenie może być bramkowane w oparciu o wcześniej ustaloną tolerancję. Korzystając z naszych wcześniejszych danych, wymodelowaliśmy kilka kryteriów bramkowania 3mm/5s, 3mm/10s i 3mm/15s w oparciu o wychylenia wzdłuż poszczególnych osi, a także wychylenie promieniowe. U 10 pacjentów wykazano, że tolerancja 3 mm/5 s jest skuteczna, wprowadzając tylko 24 zdarzenia bramkowania (z 268 zabiegów) i bezpieczna, z najmniejszym czasem wychylenia (5 s).

Metoda KIM wprowadza do pacjenta dodatkową dawkę promieniowania około 65 mSv na zabieg, zlokalizowaną na prostacie 8. Standardowe dawki lecznicze w radioterapii prostaty wynoszą 80 Gy. Wielkość dawki obrazowania będzie zależała od rozmiaru pola obrazowania, liczby klatek na sekundę uzyskiwanych obrazów, rozmiaru pola zabiegowego, użytej energii kV i metody dostarczania leczenia (terapia łukiem z modulacją wolumetryczną [VMAT], radioterapia z modulacją intensywności [IMRT], wzmocnienie stereotaktyczne radioterapia [SBRT]).9 Zminimalizujemy dawkę obrazowania z naszego poprzedniego badania 8 poprzez:

• zmniejszenie rozmiaru pola tak, aby obejmowało tylko fiduciale i mały margines na pacjenta, tak aby dawka obrazowania była dostarczana wewnątrz objętości leczenia (oczekiwana oszczędność dawki 20-40%);
• jakość wiązki jest zmaksymalizowana do 125 kV;
• wymiary pacjenta są ograniczone, ponieważ więksi pacjenci wytwarzają więcej promieniowania rozproszonego (co obniża jakość obrazu) i pochłaniają więcej promieniowania. To, w połączeniu z rozmiarem pola zabiegowego, jak poniżej, może pozwolić nam na zastosowanie niższej liczby klatek na sekundę do akwizycji obrazu, z 10 kl./s do 5 kl./s, co będzie miało proporcjonalny wpływ na dawkę;
• pacjenci z obszarami węzłowymi do leczenia są wykluczeni, ponieważ pola leczenia są większe, co obniża jakość obrazu. Wykluczając tych większych pacjentów, możemy być w stanie użyć obrazowania 5 kl./s zamiast 10 kl./s w połączeniu z wymiarem pacjenta, jak powyżej;
• Wykazano, że VMAT wymaga krótszego czasu leczenia niż dostarczanie IMRT, a SBRT wymaga krótszego całkowitego czasu niż konwencjonalne frakcjonowanie (gdzie całkowity czas leczenia jest proporcjonalny do dawki obrazowej). Spodziewamy się zmniejszenia dawki w protokole VMAT-SBRT w porównaniu z VMAT o 20-40%.

Wraz z dawką obrazową musimy wziąć pod uwagę i zważyć korzyści z monitorowania wewnątrzfrakcyjnego i leczenia bramkowanego. Korzyści te obejmują poprawę dokładności podawanej dawki, tak aby zaplanowana dawka lecznicza została wydajnie dostarczona do guza oraz dokładność geometryczna, która pozwoliłaby na zmniejszenie marginesu bezpieczeństwa wprowadzonego w celu skompensowania leczenia. Wykazaliśmy znaczną poprawę dawki guza z 60% do 95% zamierzonego rozkładu dawki poprzez bramkowanie z tolerancją 3 mm/5 s, jak pokazano na rycinie 1.

Weryfikacja dokładności dynamicznej lokalizacji klinicznej KIM za pomocą triangulacji kV/MV:

W celu oceny dokładności dynamicznej lokalizacji metodą KIM, pozycje 3D określone przez KIM można porównać z triangulacją kV/MV. Triangulacja kV/MV. Triangulacja zapewnia niezależną miarę położenia prostaty.

Protokół analizy przyczyn i skutków awarii (FMEA) oraz kontroli jakości (QA) Przeprowadzono FMEA, identyfikując potencjalne przyczyny awarii w ramach dodatkowego przepływu pracy KIM. W ramach standardowego przepływu pracy ustanowiono środki zapewniania jakości. Wszystkie tryby awarii KIM zostały złagodzone na wielu poziomach dzięki środkom zapewnienia jakości, jasnemu projektowi interfejsu użytkownika, jasnemu określeniu ról personelu, edukacji personelu i kryteriom wykluczenia przy wyborze pacjentów.