Hyperpolariserad Xenon Gas MR-avbildning vid NSCLC-strålbehandling

Överlevnaden för lungcancer är låg. Ett års överlevnad i Storbritannien för män är 27 % och för kvinnor 30 %, vilket faller till mindre än 10 % efter fem år. Prognosen för lungcancer är så dålig eftersom över två tredjedelar av patienterna diagnostiseras i ett sent skede när botande behandling inte är möjlig. Tidig diagnos och bedömning av tolerans för botande behandling skulle göra en betydande skillnad för överlevnaden.

Histologiskt är cirka 80 % av lungcancern icke-småcellig lungcancer (NSCLC). Den huvudsakliga botande behandlingen för NSCLC är kirurgi. Radikal strålbehandling och kemoradioterapi är andra potentiellt botande behandlingar. Dessa är lämpliga för patienter som uppvisar lokaliserade tumörer som inte är kirurgiskt inopererade på grund av involvering av kritiska lokala strukturer eller medicinskt inoperabel sjukdom på grund av hög ålder eller komorbiditeter. Strålbehandling syftar till att leverera en hög tumördödande dos till tumören utan att skada den omgivande normala lungvävnaden. En hög dos strålbehandling förbättrar den lokala kontrollen men medför risk för att inducera toxiska effekter i den normala lungvävnaden. Om strålningsinducerad lungtoxicitet bättre kunde förutsägas och övervakas, skulle radikal strålbehandling kunna skräddarsys för individen, vilket också skulle kunna ha fördelen av att undvika eller minska stråldosen till funktionell lungvävnad.

För närvarande innefattar bedömning av patienter för strålbehandling lungfunktionsmätningar för att ge en klinisk indikator på huruvida patienten skulle tolerera behandling eller inte och bibehålla tillräckligt fungerande lung efterbehandling för att fortsätta med dagliga aktiviteter utan betydande försämring. Den nuvarande guldstandarden för bedömning av lungfunktion är spirometri och gasöverföring. Spirometri och gasöverföring mäter global lungfunktion men ger ingen information om de olika regionerna i lungan eller om stödramen för lungan, parenkymet. Förändringar i lungfunktionen mätt med spirometri eller gasöverföring korrelerar inte konsekvent med symptom svårighetsgrad eller återspeglar en försämring av patientens hälsa. Detta svaga samband beror förmodligen på att lungan är ett komplext regionalt organ där lokaliserade störningar av en mängd olika faktorer inklusive gasflöde (ventilation), blodflöde (perfusion) och gasöverföring alla kombineras för att försämra andningsfunktionen.

För att lösa dessa problem siktar vi på att använda hyperpolariserad xenongas (Xe129) magnetisk resonanstomografi (MRI) och datortomografi (CT) för att beskriva detaljerad regional och strukturell lungabnormalitet hos patienter med NSCLC. Utredarna kommer att korrelera denna teknik med baslinjespirometri och dyspnépoäng för att avgöra om respiratorisk tolerans för strålbehandling bättre förutsägs av hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning. Utredarna kommer att jämföra hyperpolariserad Xe129 MRI med standardavbildning (nukleärmedicinska skanningar). Utredarna kommer också att utvärdera förändringar i hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning före, under och efter strålbehandling för att avgöra om det ger förbättrad bedömning av strålningsinducerad lungskada. MRT har fördelen av att vara fri från joniserande strålning vilket gör det säkert och praktiskt för sjukdomar som lungcancer där upprepade uppföljningsskanningar är nödvändiga. MR-avbildning har en förbättrad bildupptagningshastighet jämfört med CT och lungscintigrafi och erbjuder potentialen för dynamisk bedömning av lungorna under andning. Vid konventionell MRI kommer signalen huvudsakligen från protonerna i vattenmolekyler i vävnader. Därför har konventionell MRT begränsad användning vid luftvägssjukdomar eftersom lungan har en mycket låg densitet av protoner, istället för att den till stor del består av luftrum som inte genererar MR-signaler. Hyperpolariserade ädelgaser kan lösa detta problem. Xenon (Xe129) är en oreaktiv eller inert ädelgas. Den har ett kärnspinn på ½ vilket möjliggör användning i MR-avbildning för att generera en signal. Xe129 är hyperpolariserat, det vill säga att kärnspinnet i atomerna ökar. Hyperpolarisering ökar MR-signalen vilket gör att Xe129-gasen kan dyka upp på MR-skanningen. I delar av lungan som har bra luftflöde kommer den hyperpolariserade Xe129-gasen att dyka upp mer och ses snabbare. Dessutom löser sig Xe129 lätt i blod där det avger olika MR-signalegenskaper. Denna egenskap kan utnyttjas för att regionalt kvantifiera både ventilation och perfusion i lungan, vilket ger en omfattande bedömning av lungfunktionen. Behovet av förbättrad funktionell avbildning för att identifiera redan existerande lungsjukdom och förutsäga respiratorisk tolerans hos patienter med NSCLC för strålbehandling är tydligt. Hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning har potential att informera individuell lämplighet för strålbehandlingsscheman bättre än de undersökningar som används för närvarande. Dessutom krävs förbättrad funktionell avbildning för att övervaka behandlingssvar och möjliggöra att behandlingsregimer kan skräddarsys för individen. Hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning erbjuder potentialen för förbättrad upptäckt av strålningsinducerad lungskada, ovärderlig för behandling av patienter med strålningsinducerad skada. Den kan också ge information som gör att RT kan planeras på ett sådant sätt att risken för att patienter utvecklar strålningsinducerad lungtoxicitet (RILT) minskar.

Behovet av förbättrad funktionell avbildning för att identifiera redan existerande lungsjukdom och förutsäga respiratorisk tolerans hos patienter med NSCLC för strålbehandling är tydligt. Hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning har potential att informera individuell lämplighet för strålbehandlingsscheman bättre än de undersökningar som används för närvarande. Dessutom krävs förbättrad funktionell avbildning för att övervaka behandlingssvar och möjliggöra att behandlingsregimer kan skräddarsys för individen. Hyperpolariserad Xe129 MR-avbildning erbjuder potentialen för förbättrad upptäckt av strålningsinducerad lungskada, ovärderlig för behandling av patienter med strålningsinducerad skada. Den kan också ge information som gör att RT kan planeras på ett sådant sätt att risken för att patienter utvecklar strålningsinducerad lungtoxicitet (RILT) minskar.