Респираторная адаптивная компьютерная томография: технико-экономическое обоснование 4DCT со стробированием в режиме реального времени для лучевой терапии рака легких (REACT)

Четырехмерная компьютерная томография (4DCT) считается стандартом современной высокоточной стереотаксической абляционной лучевой терапии тела (SABR). Клинический 4DCT работает путем синхронного получения срезов КТ и данных о дыхании, когда пациент движется через вращающийся рентгеновский сканер. Срезы КТ сортируются на 5-10 «фазовых изображений» (середина выдоха, пик-выдох, середина вдоха, пик-вдох и т. д.) и сшиваются вместе, чтобы сформировать 3D + индуцированное дыханием движение опухоли/органа или «4D». ' Представление дыхательной анатомии. Текущая передовая практика лучевой терапии заключается в том, чтобы клиницисты выполняли ручное разграничение или «контурирование» опухолей легких на одном или нескольких фазовых изображениях 4DCT, чтобы обеспечить надлежащее покрытие лечебным лучом, несмотря на движение дыхания. При наличии нерегулярного дыхания возникают несоответствия между срезами КТ, которые находятся в одной фазе дыхания, но визуализируются в разных положениях кушетки. В результате полученные изображения страдают от различных видов неоднородностей, включая усечение, дублирование или наложение. Ямамото обнаружил, что нерегулярное дыхание вызывает по крайней мере одну ошибку > 4 мм в 90% (45 из 50) абдоминальных и торакальных сканирований пациентов. Основным последствием ошибок изображения 4DCT является то, что они могут привести к неопределенности объема опухоли и положения до 30% между различными бинами фазы 4D или разными наблюдателями.

Это потенциально может снизить вероятность контроля над опухолью на одну треть и привести к ненужному облучению здоровой легочной ткани, способствуя серьезным ограничивающим дозу побочным эффектам, таким как лучевой пневмонит, который проявляется симптомами у 30% пациентов и приводит к летальному исходу у 2%. Предлагаемое решение — 4DCT со стробированием в реальном времени с использованием проспективного гейтирования регулярности, которое будет впервые реализовано у пациентов с раком легких.

Метод стробируемой 4DCT в реальном времени обнаруживает, а затем приостанавливает луч КТ во время эпизодов нерегулярного дыхания. Мы проанализируем паттерн дыхания пациента, чтобы проспективно получить данные в режиме реального времени. 4DCT со стробированием в реальном времени гарантирует, что рентгеновский аппарат включается только при регулярном дыхании; в противном случае сканирование приостанавливается. Преимущества для пациента гейтирования сканирования 4DCT были продемонстрированы в предыдущих исследованиях:

• снижение ошибок дыхательных движений на 50%
• уменьшение дозы облучения. Разграничение опухолей и органов на компьютерной томографии — это первый шаг на пути к лучевой терапии пациента с раком легких. Точное разграничение имеет решающее значение для результатов лечения пациентов, поскольку ошибки распространяются на протяжении всего лечения и могут привести к тому, что часть дозы облучения будет отсутствовать на части опухоли или ненужное облучение здоровых тканей или органов. К сожалению, наиболее важный метод визуализации, используемый для выявления рака легких, 4DCT, подвержен ошибкам. Онкологи-радиологи (РО) сталкиваются с огромной проблемой и должны очертить опухоли, когда 90% клинических сканирований имеют серьезные ошибки визуализации. Эти ошибки скрывают истинное положение/форму опухоли и снижают вероятность контроля над опухолью до одной трети.

Основным виновником ошибок визуализации является нерегулярное дыхание: то есть вариации естественного дыхания, которые усиливаются у пациентов с раком легких, но не учитываются клиническими сканерами. Было предложено решение этой проблемы, состоящее в том, чтобы стробировать компьютерный томограф (т. приостановка луча) всякий раз, когда возникает состояние дыхания, которое может вызвать артефакт изображения.

Вопрос исследования Первичная конечная точка заключается в том, что количество артефактов изображения при использовании сканирования со стробированием в реальном времени будет создавать меньше артефактов, чем при обычном сканировании.

Вторичные конечные точки включают оценку качества изображения и влияние на планирование лечения, при этом преимущества для пациента заключаются в следующем:

1. Стабильное/предсказуемое качество изображения. Стабильное качество изображения поможет онкологам-радиологам идентифицировать границы между опухолью и органами и, следовательно, уменьшить ошибки разграничения.
2. Улучшения в планах лечения: более точное разграничение приведет к улучшению планов лечения и, следовательно, к улучшению результатов лечения пациентов.

Это клиническое испытание является первым пилотным технико-экономическим обоснованием на людях, и поэтому его цель состоит в том, чтобы доказать осуществимость стробируемого 4DCT в реальном времени с целью проведения испытания эффективности. Таким образом, сканирование пациентов будет проводиться в широком диапазоне состояний дыхания пациента, чтобы оптимизировать метод Gated в реальном времени и спланировать более крупное клиническое исследование фазы II, основанное на гипотезах. Автоматические отключения для этих неустойчивых следов дыхания будут встроены в программное обеспечение Real-Time Gated 4DCT.

Обоснование текущего исследования Исследования in silico показывают, что подход 4DCT со стробированием в реальном времени может уменьшить ошибки визуализации до 50%, а также снизить дозу визуализации более чем на 20%. Было подсчитано, что текущий уровень артефактов при использовании обычного 4DCT составляет не менее 60% и, возможно, до 95%. Сокращение максимум до 35% (25% изображений с меньшим количеством артефактов) было бы клинически целесообразным.