Respiratorisk adaptiv datortomografi: genomförbarhetsstudie om realtidsgated 4DCT för lungcancerstrålbehandling (REACT)

Fyrdimensionell datortomografi (4DCT) anses vara standarden för vård för moderna högprecisionstekniker för stereotaktisk ablativ kroppsstrålning (SABR). Klinisk 4DCT fungerar genom att samla in CT-skivor och andningsdata synkront när patienten rör sig genom den roterande röntgenbildaren. CT-skivorna sorteras i 5-10 'fasbilder' (mittutandning, topputandning, mittinandning, toppinandning, etc.) och sys ihop för att bilda en 3D+andningsinducerad tumör-/organrörelse eller '4D ' representation av andningsanatomin. Nuvarande bästa praxis inom strålterapi är att läkare utför manuell avgränsning eller "konturering" av lungtumörer på en eller flera 4DCT-fasbilder för att säkerställa korrekt täckning av behandlingsstrålen trots andningsrörelse. I närvaro av oregelbunden andning uppstår missmatchningar mellan CT-skivor som befinner sig i samma andningsfas men avbildade i olika soffpositioner. Som ett resultat lider de producerade bilderna av olika typer av diskontinuiteter inklusive trunkering, duplicering eller överlappning. Yamamoto fann att oregelbunden andning orsakade minst ett fel >4 mm i 90 % (45 av 50) undersökningar av buk- och thoraxpatienter. Den huvudsakliga konsekvensen av 4DCT-bildfel är att de kan introducera tumörvolym och positionsosäkerheter så stora som 30 % mellan olika 4D-fasfack eller olika observatörer.

Detta kan potentiellt minska sannolikheten för tumörkontroll med upp till en tredjedel och leda till onödig bestrålning av frisk lungvävnad, vilket bidrar till stora dosbegränsande biverkningar som strålningspneumonit, som är symptomatisk hos upp till 30 % av patienterna och dödlig i 2 %. Den föreslagna lösningen är Real-Time Gated 4DCT som använder prospective regularity gating, som kommer att implementeras för första gången på lungcancerpatienter.

Real-Time Gated 4DCT-metoden detekterar och pausar sedan CT-strålen under oregelbundna andningshändelser. Vi kommer att analysera patientens andningsmönster för att prospektivt gate förvärv i realtid. Realtidsstyrd 4DCT säkerställer att röntgenkameran endast slås på när andningen är regelbunden; skanningen pausas annars. Fördelarna för patienten med gating av en 4DCT-skanning har visats i tidigare studier:

• en minskning av andningsrörelsefel med 50 %
• en minskning av bilddosen. Avgränsning av tumörer och organ i datortomografi är det första steget i en lungcancerpatients strålterapiresa. Exakt avgränsning är avgörande för patientens resultat eftersom fel sprider sig under behandlingen och kan leda till att stråldosen saknar delar av tumören eller att frisk vävnad eller organ i onödan bestrålas. Tyvärr är den viktigaste avbildningsmodaliteten som används för att avgränsa lungcancer, 4DCT, felbenägen. Strålningsonkologer (RO) står inför en enorm utmaning och krävs för att avgränsa tumörer när 90 % av de kliniska skanningarna drabbas av allvarliga bildfel. Dessa fel fördunklar den verkliga tumörpositionen/formen och minskar risken för tumörkontroll med upp till en tredjedel.

Den främsta orsaken till avbildningsfel är oregelbunden andning: d.v.s. naturliga andningsvariationer, som är förhöjda för lungcancerpatienter men som inte står för av kliniska skannrar. En lösning på detta problem föreslogs, vilket är att gate CT-skannern (dvs. pausa strålen) närhelst ett andningstillstånd inträffar som sannolikt kommer att producera en bildartefakt.

Forskningsfråga Den primära slutpunkten är att antalet bildartefakter som använder den gated realtidsskanningen kommer att producera färre artefakter än den konventionella skanningen.

Sekundära effektmått inbegriper att undersöka bildkvaliteten och påverkan på behandlingsplaneringen med fördelarna för patienten:

1. Konsekvent/förutsägbar bildkvalitet: Konsekvent bildkvalitet kommer att hjälpa strålningsonkologer att identifiera gränssnitt mellan tumörer och organ och därför minska avgränsningsfel.
2. Förbättringar i behandlingsplaner: Mer exakt avgränsning kommer att leda till förbättrade behandlingsplaner och därför förbättrade patientresultat.

Denna kliniska prövning är en första-i-människor pilot genomförbarhetsstudie och syftet är därför att bevisa genomförbarheten av Real-Time Gated 4DCT, med syftet att leda till en effektprövning. Som sådan kommer patientskanningar att förvärvas över ett brett spektrum av patientens andningsförhållanden för att optimera Real-Time Gated-tekniken och för att planera en större, hypotesdriven klinisk fas II-studie att följa. Automatiska avstängningar för dessa oberäkneliga andningsspår kommer att byggas in i Real-Time Gated 4DCT-programvaran.

Skäl för aktuell studie In-silico-studier tyder på att Real-Time Gated 4DCT-metoden kan minska bildbehandlingsfel med upp till 50 % samtidigt som den minskar bilddosen med >20 %. Det har uppskattats att den nuvarande andelen artefakter som använder konventionell 4DCT är minst 60 % och möjligen upp till 95 %. En minskning till högst 35 % (25 % av bilderna med färre artefakter) skulle vara kliniskt värt besväret.