Dostosowanie podczas leczenia planów dozymetrycznych raka głowy i szyi przy użyciu nowatorskiego oprogramowania do tomografii komputerowej z wiązką stożkową i sztucznej inteligencji

Niniejsze badanie koncentruje się na modyfikacji planu leczenia obrazowego i radioterapii pacjentów z rakiem głowy i szyi przy użyciu wysokowydajnego systemu kierowania obrazem CT (CBCT) (HyperSight) i opartego na sztucznej inteligencji oprogramowania do planowania adaptacyjnego. System obrazowania HyperSight jest przyszłym elementem platformy radioterapii (RT) o nazwie Ethos (Varian Medical Systems).

RT jest stosowana w leczeniu około 75% wszystkich nowotworów głowy i szyi (H&N) z zamiarem wyleczenia lub paliatywnego. Terapia wiązką zewnętrzną jest zwykle prowadzona przez 5-7 tygodni w 25-35 dziennych zabiegach (lub „frakcjach”). Radioterapia sterowana obrazem (IGRT) jest obecnie standardem postępowania w radioterapii wiązkami zewnętrznymi. Podczas sesji terapeutycznej IGRT system obrazowania CBCT wbudowany w jednostkę zabiegową jest wykorzystywany do uzyskiwania obrazów 3D anatomii pacjenta bezpośrednio przed i, w razie potrzeby, w kilku punktach czasowych podczas codziennej dawki promieniowania. Dane obrazu CBCT są wykorzystywane przez zespół terapeutyczny do dokładnego dopasowania pacjenta do obrazów CT (FBCT) planowania leczenia, które zostały uzyskane 1-2 tygodnie przed rozpoczęciem leczenia i które zostały wykorzystane do wygenerowania planu dozymetrycznego która określa dzienną dawkę promieniowania. Weryfikacja ułożenia pacjenta i wyrównania z obrazami do planowania leczenia zwiększa precyzję dostarczania promieniowania.

Codzienne obrazowanie jest szczególnie ważne dla dokładnego ustawienia pacjentów leczonych z powodu raka głowy i szyi (H&N), ponieważ ci pacjenci często doświadczają utraty wagi i zmian objętości docelowej w trakcie leczenia. Te zmiany objętości mogą zmienić oczekiwany rozkład dawki, ponieważ zagrożone narządy (OAR) migrują do regionów o wysokiej dawce lub objętości docelowe stają się niejednorodne. Gdy zmiany objętości zostaną uznane przez zespół terapeutyczny za mające znaczący wpływ na dostarczanie promieniowania, pacjenci mogą zostać wysłani na drugie planowe FBCT i sporządzony nowy plan leczenia na pozostałą część leczenia. Ten proces jest określany jako przeplanowanie w trybie offline lub adaptacja w trybie offline. Onkolog zajmujący się radioterapią musi zdecydować, czy przerwać leczenie, czy kontynuować pierwotny plan leczenia do czasu stworzenia nowego planu. W obu przypadkach może upłynąć kilka dni między momentem zidentyfikowania problemu a momentem, w którym nowy plan jest gotowy do dostarczenia. Ponowne planowanie w trybie offline nie jest regularnie planowaną częścią przepływu pracy klinicznej i powoduje zakłócenia rutynowych zadań obrazowania, konturowania i planowania dla innych pacjentów. Zadania te muszą zostać odsunięte na bok, aby uwolnić niezbędne zasoby do stworzenia nowego planu dla pacjenta, który jest już w trakcie leczenia i aby umożliwić zespołowi terapeutycznemu jak najszybsze rozpoczęcie realizacji nowego planu.

Obrazy CBCT uzyskane za pomocą wysokowydajnego systemu obrazowania HyperSight CBCT wykazały dokładność jednostki Hounsfielda wystarczającą do dokładnych obliczeń dozymetrycznych w fantomach. Obrazy te można zatem potencjalnie wykorzystać do planowania lub ponownego planowania leczenia radioterapią. Możliwość wykorzystania obrazowania uzyskanego w ramach codziennego leczenia w celu ponownego planowania może zmniejszyć potrzebę wysyłania pacjentów na dodatkowe badania obrazowe, a także zmniejszyć czas i zasoby wymagane do ponownego zaplanowania leczenia w połowie kursu. Ma to ogromne znaczenie dla kohorty pacjentów, o których wiadomo, że są narażeni na potrzebę ponownego planowania.

Oprócz wyzwań związanych z ponownym planowaniem leczenia w trakcie leczenia, innym problemem często spotykanym u pacjentów z H&N jest obecność artefaktów obrazowania z przedmiotów metalowych o dużej gęstości w ich jamie ustnej, takich jak wypełnienia dentystyczne i implanty. Te artefakty mogą powodować trudności w wizualizacji docelowych objętości i OAR podczas planowania CT, a także zaburzać obliczanie dawki, szczególnie w przypadku nowotworów jamy ustnej. Artefakty metalowe mogą również powodować znaczne obniżenie jakości obrazu CBCT, ograniczając przydatność IGRT do pozycjonowania pacjenta.

System obrazowania CBCT HyperSight zawiera kilka zmian w sprzęcie i oprogramowaniu, które mogą zapewnić wyższą jakość obrazów CBCT, w tym ulepszoną wizualizację zmian objętości i ulepszoną redukcję artefaktów metalowych.

Przy minimalnym zakłóceniu dla uczestniczących pacjentów badanie to umożliwi porównanie (i) planowania leczenia FBCT pacjenta i (ii) konwencjonalnej CBCT pacjenta na istniejącym oddziale terapeutycznym (Truebeam CBCT) z (iii) obrazami CBCT pacjenta w systemie HyperSight . W ten sposób jakość obrazu CBCT o wysokiej wydajności zostanie porównana zarówno ze standardowym najlepszym przypadkiem (FBCT), jak i konwencjonalnym CBCT dla IGRT (Truebeam CBCT), aby zidentyfikować potencjalne ulepszenia obrazów CBCT HyperSight. Jakość obrazu zostanie określona ilościowo pod względem stosunku kontrastu do szumu (CNR), rozdzielczości, dokładności w jednostkach Hounsfielda (HU) i redukcji artefaktów, z naciskiem na anatomię związaną z zadaniem prowadzenia obrazu. Jakościowa ocena różnych zestawów danych obrazowych zostanie również przeprowadzona na podstawie informacji zwrotnych od wielu obserwatorów (onkologów zajmujących się promieniowaniem i radioterapeutów). Dawki promieniowania dla kluczowych celów i zagrożonych narządów zostaną obliczone na podstawie wysokosprawnych CBCT i porównane z dawkami obliczonymi w planie leczenia pacjenta w celu określenia przydatności obrazów CBCT do planowania dozymetrycznego RT. Zbadane zostaną również różne scenariusze ponownego planowania, aby określić potencjalny wzrost wydajności dzięki zastosowaniu systemu obrazowania HyperSight CBCT do ponownego planowania.

Zestawy obrazów (i) i (ii) powyżej są już uzyskiwane w ramach standardowej opieki radioterapii. Dwa dodatkowe CBCT, wykonane w dniu planowania leczenia FBCT pacjenta i ponownie w dniu, w którym pacjenci otrzymują 21. frakcję leczenia (około dwie trzecie w trakcie leczenia) zostaną pobrane od każdego pacjenta za pomocą systemu obrazowania CBCT HyperSight na potrzeby tego badania. Nie każdy pacjent będzie wymagał ponownego planowania leczenia w połowie leczenia, ale na podstawie wcześniejszych danych z instytucji, jeśli ponowne planowanie jest wymagane, wskazania do ponownego planowania powinny być oczywiste u większości tej populacji do czasu zakończenia 2/3 leczenia dostarczony. Jeśli zespół terapeutyczny ustali, że pacjent wymaga drugiego planowania FBCT w trakcie leczenia, pacjent zostanie wyznaczony na trzecią CBCT HyperSight tego samego dnia, w którym otrzyma drugie planowanie FBCT.

Planowanie i dostarczanie radioterapii nie ulegnie zmianie ze względu na udział pacjentów w tym badaniu. Pacjenci będą otrzymywać radioterapię zgodnie z aktualnymi procedurami oddziałowymi i na istniejących platformach akceleratorów liniowych. Udział uczestnika w badaniu nie ma wpływu na decyzję o uzyskaniu drugiego zaplanowanego badania CT i wygenerowaniu nowego planu leczenia w trakcie leczenia.

CBCT HyperSight uzyskane w tym badaniu pozwolą na zbadanie kilku strategii ponownego planowania. Proces ponownego planowania w trakcie leczenia można symulować dla wszystkich pacjentów za pomocą HyperSight CBCT uzyskanego we frakcji 21. W tych symulowanych procesach ponownego planowania można ocenić efektywność czasową i przepływ pracy oraz porównać z normami instytucjonalnymi (np. średni czas od zidentyfikowania potrzeby ponownego planowania do rozpoczęcia realizacji nowego planu leczenia). W podgrupie badanych pacjentów, którzy wymagają ponownego planowania w ramach leczenia, CBCT HyperSight uzyskane w dniu drugiego FBCT zostaną również wykorzystane do wygenerowania planu leczenia, a dozymetria ponownego planu opartego na CBCT HyperSight będzie można porównać z dozymetrią ponownych planów leczenia w połowie leczenia wygenerowanych dla tych pacjentów przy użyciu obecnych metod ponownego planowania offline.

Oprócz symulacji aktualnych metod ponownego planowania w trybie offline przy użyciu obrazów CBCT HyperSight, badanie to oceni adaptacyjny przepływ pracy online, który jest dostępny za pośrednictwem systemu radioterapii Ethos. Adaptacyjny przepływ pracy online wykorzystuje narzędzia do konturowania struktur anatomicznych oparte na sztucznej inteligencji i narzędzia do optymalizacji planowania w celu dostosowania codziennej dawki radioterapii. Zamiast dostarczania tego samego leczenia w każdej frakcji, plan leczenia zdefiniowany przed rozpoczęciem leczenia jest optymalizowany na podstawie anatomii zarejestrowanej w CBCT uzyskanym na początku dziennej frakcji. Niezależnie od planu leczenia klinicznego pacjenta, oparty na sztucznej inteligencji element planowania adaptacyjnego Ethos zostanie wykorzystany do symulacji adaptacji planu leczenia online. Badanie to oceni potencjalne korzyści dozymetryczne codziennego planowania adaptacyjnego online w raku głowy i szyi oraz potencjał adaptacji online w celu zmniejszenia potrzeby ponownego planowania offline. Czas i zasoby wymagane do wdrożenia adaptacyjnego przepływu pracy online zostaną porównane ze standardowym dostarczaniem IGRT.