Dosrespons av funktionellt kritiska hjärnregioner för strålbehandling av hjärnan

Forskningsfråga:

Vårt mål är att besvara följande tre forskningsfrågor i denna studie:

1. Vilken är dosresponskurvan (grad av strålningskomplikationer/radiologiska förändringar vs. stråldos) för hjärnregioner som är involverade i bearbetningen av syn-, språk- och arbetsminnesfunktioner?
2. Vilken är den begränsande dosen för dessa funktionellt kritiska hjärnregioner som kan användas vid planering av strålbehandlingsbehandling för att minimera (t.ex. mindre än 5 %) risken för strålningsinducerad skada?
3. Kan hjärnans fMRI användas för att styra planeringen av strålbehandlingsbehandlingen för att minimera dosen till funktionellt kritiska hjärnregioner och utvärdera behandlingssvar i dessa regioner?

Forskningsmetod:

Avbildning före strålbehandling: För varje patient kommer aktiv stimulering och vilo-fMRI-undersökningar att utföras utöver standard anatomisk MRT för hjärnstrålbehandling. Aktiveringskartor över regioner involverade i visuella, språk- och arbetsminnesfunktioner kommer att genereras från fMRI-skanningarna och patientens svar på arbetsminnesuppgiften (dvs. N-Back-uppgiften) kommer att registreras under fMRI-studierna. MRT och fMRI tar tillsammans cirka 90 minuter - 60 minuter för standard MRT och 30 minuter för fMRI. Aktiveringskartorna kommer att läggas över på FLAIR MRI-bilder, importeras till behandlingsplaneringssystemet för strålbehandling och samregistreras med simulerings-CT-skanningen.

Strålbehandling och rutinuppföljning: Funktionellt kritiska områden i fMRI-aktiveringskartorna kommer att kontureras separat som kritiska organ men kommer inte att övervägas för planoptimering. Dosvolymhistogram (DVH) av funktionellt kritiska hjärnregioner kommer att beräknas och dokumenteras. Varje patient kommer att få fraktionerad hjärnstrålning enligt behandlingsplanen och kommer att följas upp var tredje månad efter strålbehandlingen.

Uppföljningsutvärderingar: 3MS-undersökningen kommer att administreras innan behandlingen påbörjas och var tredje månad efter behandling under rutinmässig uppföljning för att screena neuropsykologiska funktioner. Anatomisk MRT (standard) och hjärn-fMRI (forskning) kommer att förvärvas 6 månader efter strålbehandling för att fastställa de radiologiska och funktionella förändringarna i regioner som är involverade i bearbetningen av syn-, språk- och arbetsminnesfunktioner.

Minimera interferensen av tumörrecidiv eller progression: Två åtgärder kommer att vidtas för att minimera interferensen av tumörrecidiv eller progression med utvärderingen av prestationsförändringar orsakade av strålning. För det första kommer patientinkludering att begränsas till patienter med långsamt växande tumörer, t.ex. meningiom, låggradigt gliom och anaplastiskt astrocytom så att chansen för tumörrecidiv eller progression är liten. För det andra kommer patienter som utvecklar sjukdomsprogression vid någon av uppföljningarna efter strålbehandling att exkluderas från studien, eftersom det inte skulle vara möjligt att skilja effekterna av sjukdomsprogression från strålbehandlingsbiverkningar på fMRI eller 3MS-undersökningen, och resultaten skulle inte vara tolkbara.

Dos Respons Analysis: Logistisk regressionsanalys kommer att användas för att bedöma sannolikheten för komplikationer till funktionellt kritiska hjärnregioner som en funktion av stråldosen. Den beroende variabeln kommer att vara den binära indikatorn som identifierar patienters manifesterande komplikationer (minskning av 3MS-undersökningspoäng och N-Back-test, radiologiska/funktionella förändringar identifierade på MRT och fMRI) som tillskrivs strålningsexponering. Den logistiska regressionsmodellen kommer att inkludera relevanta faktorer på ämnesnivå (t.ex. ålder, kön, baslinje Karnofskys prestationsstatus, tumörlokalisering, senaste anfall, antiepleptiska mediciner) som kovariater. Den anpassade logistiska modellen för sannolikhet för normal vävnadskomplikation (NTCP) kommer att tillåta uppskattning av sannolikheten för signifikanta komplikationer associerade med någon stråldos till området, vilket gör att den begränsande dosen kan beräknas som den dos som förväntas inducera komplikation med en acceptabel sannolikhet (t.ex. 5 %).

Införlivande av begränsande dos för planering av strålterapibehandling: Den begränsande dosen från ovanstående "Dos Respons Analysis" kommer att användas för IMRT-omplanering med hänsyn till de funktionellt kritiska hjärnregionerna. Optimeringsmålet är att minimera dosen till funktionellt kritiska hjärnregioner samtidigt som man bibehåller liknande PTV-täckning (planeringsmålvolym) och håller dosen till de kritiska strukturerna inom accepterad tolerans. DVHs för de funktionellt kritiska hjärnregionerna, PTV och alla andra kritiska strukturer kommer att jämföras för både behandlingsplaner med och utan hänsyn till de funktionskritiska hjärnregionerna. Ett Wilcoxon matchat par signerat rangtest kommer att utföras för att jämföra planerna i termer av beräknad NTCP för kritiska organ. McNemar-testet kommer att användas för att jämföra planer med och utan dosbegränsningar för funktionella områden i termer av utbyte (dvs andelen patienter för vilka IMRT-planen framgångsrikt utformades).

Studiens primära effektmått för denna studie är normal vävnadskomplikation. Det primära syftet med denna studie är att bestämma dosresponskurvan och begränsande dos för funktionellt kritiska hjärnregioner för hjärnstrålbehandling. Det andra syftet med denna studie är att undersöka noggrannheten av aktiv stimulering eller vilotillstånd fMRI för att undvika de funktionellt kritiska hjärnregionerna för strålbehandlingsplanering av hjärntumörer och för att utvärdera behandlingssvaren i dessa kritiska regioner.