Adaptacyjna tomografia komputerowa układu oddechowego: studium wykonalności bramkowanej w czasie rzeczywistym 4DCT w radioterapii raka płuc (REACT)

Czterowymiarowa tomografia komputerowa (4DCT) jest uważana za standard postępowania w nowoczesnych technikach stereotaktycznej ablacyjnej radioterapii ciała (SABR) o wysokiej precyzji. Kliniczna metoda 4DCT polega na akwizycji przekrojów tomografii komputerowej i danych dotyczących oddychania synchronicznie, gdy pacjent porusza się przez obracający się aparat rentgenowski. Plasterki CT są sortowane na 5-10 „obrazów fazowych” (w połowie wydechu, w fazie szczytowej, w połowie wdechu, w fazie szczytowej wdechu itp.) ' reprezentacja anatomii oddychania. Obecna najlepsza praktyka w radioterapii polega na wykonywaniu przez klinicystów ręcznego wyznaczania lub „konturowania” guzów płuc na jednym lub kilku obrazach fazowych 4DCT w celu zapewnienia odpowiedniego pokrycia wiązką leczniczą pomimo ruchu oddechowego. W przypadku nieregularnego oddychania powstają niedopasowania między warstwami CT, które znajdują się w tej samej fazie oddychania, ale są obrazowane w różnych pozycjach na kanapie. W rezultacie wytwarzane obrazy cierpią z powodu różnego rodzaju nieciągłości, w tym obcięcia, powielenia lub nałożenia. Yamamoto odkrył, że nieregularny oddech powodował co najmniej jeden błąd >4 mm w 90% (45 z 50) skanów jamy brzusznej i klatki piersiowej pacjentów. Główną konsekwencją błędów obrazu 4DCT jest to, że mogą one wprowadzić niepewność objętości guza i pozycji do 30% między różnymi pojemnikami fazy 4D lub różnymi obserwatorami.

Może to potencjalnie zmniejszyć prawdopodobieństwo opanowania nowotworu nawet o jedną trzecią i prowadzić do niepotrzebnego napromieniania zdrowej tkanki płuc, przyczyniając się do poważnych skutków ubocznych ograniczających dawkę, takich jak popromienne zapalenie płuc, które jest objawowe u nawet 30% pacjentów i prowadzi do zgonu w 2%. Proponowanym rozwiązaniem jest Real-Time Gated 4DCT z wykorzystaniem prospektywnego bramkowania regularności, które po raz pierwszy zostanie wdrożone u pacjentów z rakiem płuca.

Metoda Real-Time Gated 4DCT wykrywa, a następnie zatrzymuje wiązkę CT podczas nieregularnych zdarzeń oddechowych. Przeanalizujemy wzorzec oddychania pacjenta, aby prospektywnie bramkować akwizycję w czasie rzeczywistym. Bramkowany w czasie rzeczywistym 4DCT zapewnia, że ​​aparat rentgenowski jest włączany tylko wtedy, gdy oddech jest regularny; w przeciwnym razie skanowanie zostanie wstrzymane. Korzyści dla pacjenta z bramkowania skanu 4DCT wykazano we wcześniejszych badaniach:

• redukcja błędów ruchu oddechowego o 50%
• zmniejszenie dawki obrazowania. Wytyczenie guzów i narządów w tomografii komputerowej jest pierwszym krokiem w radioterapii pacjenta z rakiem płuc. Dokładne określenie ma kluczowe znaczenie dla wyników leczenia pacjenta, ponieważ błędy rozprzestrzeniają się w trakcie leczenia i mogą prowadzić do pominięcia części guza lub niepotrzebnego napromieniowania zdrowej tkanki lub narządów. Niestety, najważniejsza metoda obrazowania stosowana do określania raków płuc, 4DCT, jest podatna na błędy. Onkolodzy zajmujący się radioterapią (RO) stoją przed ogromnym wyzwaniem i są zobowiązani do nakreślenia guzów, gdy 90% skanów klinicznych zawiera poważne błędy obrazowania. Błędy te zaciemniają prawdziwą pozycję/kształt guza i zmniejszają szansę na opanowanie guza nawet o jedną trzecią.

Głównym winowajcą błędów obrazowania jest nieregularny oddech: tj. naturalne zmiany w oddychaniu, które są zwiększone u pacjentów z rakiem płuc, ale nie są uwzględniane przez skanery kliniczne. Zaproponowano rozwiązanie tego problemu, jakim jest bramkowanie tomografu komputerowego (tzw. wstrzymanie wiązki) zawsze, gdy wystąpią warunki oddychania, które mogą spowodować powstanie artefaktu obrazowania.

Pytanie badawcze Podstawowym punktem końcowym jest to, że liczba artefaktów obrazu przy użyciu skanowania bramkowanego w czasie rzeczywistym spowoduje powstanie mniejszej liczby artefaktów niż w przypadku skanowania konwencjonalnego.

Drugorzędowe punkty końcowe obejmują badanie jakości obrazu i wpływu na planowanie leczenia z korzyściami dla pacjenta:

1. Spójna/przewidywalna jakość obrazu: spójna jakość obrazu pomoże onkologom zajmującym się radioterapią w identyfikacji interfejsów guza i narządów, a tym samym zmniejszy liczbę błędów wyznaczania.
2. Ulepszenia w planach leczenia: Dokładniejsze określenie doprowadzi do ulepszonych planów leczenia, a tym samym do lepszych wyników pacjentów.

To badanie kliniczne jest pierwszym pilotażowym studium wykonalności z udziałem ludzi, a zatem celem jest udowodnienie wykonalności bramkowanej w czasie rzeczywistym 4DCT w celu doprowadzenia do próby skuteczności. W związku z tym skany pacjentów będą pozyskiwane w szerokim zakresie warunków oddychania pacjenta, aby zoptymalizować technikę bramkowania w czasie rzeczywistym i zaplanować większe, oparte na hipotezach badanie kliniczne fazy II. Automatyczne odcięcia dla tych nieregularnych śladów oddechu zostaną wbudowane w oprogramowanie Real-Time Gated 4DCT.

Uzasadnienie obecnego badania Badania in silico sugerują, że podejście 4DCT z bramkowaniem w czasie rzeczywistym może zmniejszyć błędy obrazowania nawet o 50%, jednocześnie zmniejszając dawkę obrazowania o >20%. Oszacowano, że obecny wskaźnik artefaktów przy użyciu konwencjonalnego 4DCT wynosi co najmniej 60%, a być może nawet do 95%. Redukcja do co najwyżej 35% (25% obrazów z mniejszą liczbą artefaktów) byłaby klinicznie opłacalna.