Radioterapia sterowana obrazem
| Radioterapia sterowana obrazem | |
|---|---|
| Inne nazwy | IGRT |
| Specjalność | radiologii interwencyjnej/onkologii |
Radioterapia sterowana obrazem to proces częstego obrazowania podczas przebiegu radioterapii , służący do ukierunkowania leczenia, ułożenia pacjenta i porównania z obrazowaniem przed terapią z planu leczenia . Bezpośrednio przed frakcją leczenia lub w jej trakcie pacjent jest umieszczany w sali zabiegowej w tej samej pozycji, jaka została zaplanowana na podstawie referencyjnego zestawu danych obrazowania. Przykładem IGRT może być porównanie tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT), uzyskanej na urządzeniu zabiegowym, z tomografią komputerową (CT) zestaw danych z planowania. IGRT obejmowałby również dopasowywanie płaskich radiogramów kilowoltowych (kV) lub obrazów megawoltowych (MV) z cyfrowymi zrekonstruowanymi radiogramami (DRR) z planowej tomografii komputerowej.
Proces ten różni się od wykorzystania obrazowania do wyznaczania celów i narządów w procesie planowania radioterapii. Istnieje jednak związek między procesami obrazowania, ponieważ IGRT opiera się bezpośrednio na sposobach obrazowania z planowania jako współrzędnych odniesienia do lokalizacji pacjenta. Różnorodne technologie obrazowania medycznego wykorzystywane w planowaniu obejmują między innymi rentgenowską tomografię komputerową (CT), obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i pozytronową tomografię emisyjną (PET).
IGRT może pomóc zredukować błędy w ustawieniu i pozycjonowaniu, pozwolić na zmniejszenie marginesów wokół tkanki docelowej podczas planowania oraz umożliwić dostosowanie leczenia w trakcie jego trwania w celu ogólnej poprawy wyników.
Cele i korzyści kliniczne
Celem procesu IGRT jest poprawa dokładności umiejscowienia pola promieniowania oraz zmniejszenie narażenia zdrowej tkanki podczas radioterapii. W przeszłości stosowano większe marginesy docelowej objętości planowania (PTV), aby zrekompensować błędy lokalizacji podczas leczenia. Spowodowało to, że zdrowe tkanki ludzkie otrzymywały niepotrzebne dawki promieniowania podczas leczenia. Marginesy PTV są najczęściej stosowaną metodą uwzględniania niepewności geometrycznych. Poprawiając dokładność za pomocą IGRT, promieniowanie jest zmniejszane do otaczających zdrowych tkanek, co pozwala na zwiększenie promieniowania do guza w celu kontroli.
Obecnie niektóre techniki radioterapii wykorzystują proces radioterapii z modulacją intensywności (IMRT) . Ta forma radioterapii wykorzystuje komputery i akceleratory liniowe do wyrzeźbienia trójwymiarowej mapy dawki promieniowania, specyficznej dla lokalizacji, kształtu i charakterystyki ruchu celu. Ze względu na poziom precyzji wymagany dla IMRT , należy zebrać szczegółowe dane dotyczące lokalizacji guza. Najważniejszym obszarem innowacji w praktyce klinicznej jest zmniejszenie docelowych marginesów wolumenu planowania wokół lokalizacji. Zdolność do unikania bardziej normalnej tkanki (a tym samym potencjalnego stosowania strategii zwiększania dawki) jest bezpośrednim produktem ubocznym zdolności do wykonywania terapii z największą dokładnością.
Nowoczesne, zaawansowane techniki radioterapii, takie jak radioterapia protonowa i naładowana cząsteczkowo, umożliwiają najwyższą precyzję podania dawki i przestrzenny rozkład dawki skutecznej. Dziś te możliwości stawiają przed IGRT nowe wyzwania, dotyczące wymaganej dokładności i niezawodności. Odpowiednie podejścia są zatem przedmiotem intensywnych badań.
IGRT zwiększa ilość danych zbieranych w trakcie terapii. Z biegiem czasu, czy to w odniesieniu do jednostki, czy populacji pacjentów, informacje te pozwolą na ciągłą ocenę i dalsze udoskonalanie technik leczenia. Korzyścią kliniczną dla pacjenta jest możliwość monitorowania i dostosowywania się do zmian, które mogą wystąpić w trakcie radioterapii. Takie zmiany mogą obejmować kurczenie się lub ekspansję guza lub zmiany kształtu guza i otaczającej go anatomii.
Precyzja IGRT ulega znacznej poprawie, gdy technologie pierwotnie opracowane dla chirurgii sterowanej obrazem , takie jak lokalizator N i lokalizator Sturm-Pastyr, są stosowane w połączeniu z tymi technologiami obrazowania medycznego.
Racjonalne uzasadnienie
Radioterapia to leczenie miejscowe, które ma na celu leczenie określonego guza i oszczędzanie otaczających zdrowych tkanek przed otrzymywaniem dawek przekraczających określone tolerancje dawek. Istnieje wiele czynników, które mogą przyczyniać się do różnic między rozkładem dawki planowanej a rozkładem dawki dostarczonej. Jednym z takich czynników jest niepewność co do pozycji pacjenta na jednostce zabiegowej. IGRT jest elementem procesu radioterapii, który uwzględnia współrzędne obrazowania z planu leczenia, który ma zostać dostarczony, aby upewnić się, że pacjent jest prawidłowo ustawiony w sali zabiegowej.
Informacje o lokalizacji dostarczane za pomocą metod IGRT można również wykorzystać do ułatwienia solidnych strategii planowania leczenia i umożliwienia modelowania pacjentów, co wykracza poza zakres tego artykułu. [ potrzebne źródło ]
Historia „wskazówek” dotyczących leczenia
Ślady powierzchniowe i skórne
Ogólnie rzecz biorąc, w czasie „planowania” (niezależnie od tego, czy jest to ocena kliniczna, czy pełna symulacja), planowany obszar leczenia jest określany przez radiologa onkologa. Po ustaleniu obszaru zabiegu na skórze umieszczano znaki. Celem oznaczeń tuszem było wyrównanie i pozycjonowanie pacjenta codziennie do leczenia w celu poprawy powtarzalności umieszczenia w polu. Dopasowując oznaczenia do pola promieniowania (lub jego reprezentacji) w sali radioterapii, można było zidentyfikować prawidłowe położenie pola leczenia.
Z biegiem czasu, wraz z rozwojem technologii – pola świetlne z celownikami, lasery izocentryczne – oraz wraz z przejściem na praktykę „tatuowania” – procedura polegająca na zastąpieniu oznaczeń tuszem trwałym poprzez nałożenie tuszu tuż pod pierwszą warstwą skóry za pomocą igły w udokumentowanych miejscach – poprawiła się powtarzalność ustawienia pacjenta.
Obrazowanie portalu
Obrazowanie portalowe to pozyskiwanie obrazów za pomocą wiązki promieniowania, która jest wykorzystywana do radioterapii pacjenta. Jeśli nie cała wiązka promieniowania jest absorbowana lub rozpraszana przez pacjenta, część, która przechodzi przez nią, może być mierzona i wykorzystywana do tworzenia obrazów pacjenta.
Trudno jest ustalić początkowe zastosowanie obrazowania wrotnego do określenia rozmieszczenia pola promieniowania. Od początków radioterapii promienie rentgenowskie lub promienie gamma były wykorzystywane do wywoływania wielkoformatowych filmów radiograficznych do kontroli. Wraz z wprowadzeniem kobalt-60 w latach pięćdziesiątych XX wieku promieniowanie wnikało głębiej w ciało, ale z niższym kontrastem i słabą subiektywną widocznością. Obecnie, dzięki postępom w cyfrowych urządzeniach do obrazowania, wykorzystanie elektronicznego obrazowania portalowego rozwinęło się zarówno w narzędzie do dokładnego umieszczania w terenie, jak i jako narzędzie do zapewniania jakości do przeglądu przez radiologów onkologów podczas przeglądów filmów kontrolnych.
Elektroniczne obrazowanie portalu
Elektroniczne obrazowanie portalowe to proces wykorzystujący obrazowanie cyfrowe, takie jak kamera wideo CCD, komora z ciekłymi jonami i płaskie detektory z amorficznego krzemu, w celu stworzenia obrazu cyfrowego o lepszej jakości i kontraście w porównaniu z tradycyjnym obrazowaniem portalowym. Zaletą systemu jest możliwość cyfrowego przechwytywania obrazów do przeglądu i wskazówek. Systemy te są stosowane w całej praktyce klinicznej. Bieżące przeglądy elektronicznych urządzeń do obrazowania portalu (EPID) wykazują akceptowalne wyniki w napromieniowaniu obrazowym, aw większości praktyk klinicznych zapewniają wystarczająco duże pola widzenia. kV nie jest funkcją obrazowania portalowego.
Obrazowanie w celu uzyskania wskazówek dotyczących leczenia
fluoroskopia
Fluoroskopia to technika obrazowania wykorzystująca fluoroskop we współpracy z ekranem lub urządzeniem do przechwytywania obrazu w celu tworzenia w czasie rzeczywistym obrazów wewnętrznych struktur pacjentów.
Cyfrowy rentgen
Cyfrowy sprzęt rentgenowski zamontowany w urządzeniu do radioterapii jest często używany do zobrazowania wewnętrznej anatomii pacjenta przed lub w trakcie leczenia, którą następnie można porównać z pierwotną planowaną serią tomografii komputerowej. Powszechne jest stosowanie ortogonalnego ustawienia dwóch osi radiograficznych, aby zapewnić środki do bardzo dokładnej weryfikacji pozycji pacjenta.
Tomografia komputerowa (CT)
Metoda obrazowania medycznego wykorzystująca tomografię, w której cyfrowe przetwarzanie geometrii jest wykorzystywane do generowania trójwymiarowego obrazu wewnętrznych struktur obiektu z dużej serii dwuwymiarowych zdjęć rentgenowskich wykonanych wokół jednej osi obrotu. Tomografia komputerowa generuje dużą ilość danych, którymi można manipulować w procesie znanym jako okienkowanie, aby zademonstrować różne struktury w oparciu o ich zdolność do tłumienia i zapobiegania transmisji padającej wiązki promieniowania rentgenowskiego.
Konwencjonalny tomograf komputerowy
Wraz z rosnącym uznaniem użyteczności obrazowania CT w stosowaniu strategii prowadzenia w celu dopasowania pozycji objętości leczenia i umiejscowienia pola leczenia, zaprojektowano kilka systemów, które umieszczają rzeczywistą konwencjonalną 2-D tomografię komputerową w sali zabiegowej obok akceleratora liniowego leczenia. Zaletą jest to, że konwencjonalna tomografia komputerowa zapewnia dokładny pomiar atenuacji tkanki, co jest ważne przy obliczaniu dawki (np. tomografia komputerowa na szynach).
Promień stożkowy
tomografii komputerowej z wiązką stożkową (CBCT) oparte na obrazowaniu zostały zintegrowane z medycznymi akceleratorami liniowymi i odniosły wielki sukces. Dzięki ulepszeniom technologii płaskich paneli CBCT jest w stanie zapewnić obrazowanie wolumetryczne i umożliwia monitorowanie radiograficzne lub fluoroskopowe w całym procesie leczenia. Wiązka stożkowa CT uzyskuje wiele projekcji na całej objętości będącej przedmiotem zainteresowania w każdej projekcji. Wykorzystując strategie rekonstrukcji zapoczątkowane przez Feldkampa, projekcje 2D są rekonstruowane do objętości 3D analogicznej do zestawu danych planowania CT.
MVCT
Megawoltowa tomografia komputerowa (MVCT) jest techniką obrazowania medycznego, która wykorzystuje megawoltowy zakres promieni rentgenowskich do tworzenia obrazu struktur kostnych lub struktur zastępczych w ciele. Pierwotne uzasadnienie dla MVCT było spowodowane potrzebą dokładnych szacunków gęstości do planowania leczenia. Lokalizacja zarówno struktury pacjenta, jak i docelowej była zastosowaniami drugorzędnymi. Jednostka testowa wykorzystująca pojedynczy detektor liniowy, składająca się z 75 kryształów wolframianu kadmu, została zamontowana na suwnicy akceleratora liniowego. [ potrzebne źródło ] Wyniki testów wykazały rozdzielczość przestrzenną 0,5 mm i rozdzielczość kontrastu 5% przy użyciu tej metody. Podczas gdy inne podejście mogłoby obejmować integrację systemu bezpośrednio z MLA [ potrzebne wyjaśnienie ] , ograniczyłoby liczbę obrotów do liczby uniemożliwiającej regularne użycie. [ potrzebne źródło ]
Śledzenie optyczne
Śledzenie optyczne obejmuje użycie kamery do przekazywania informacji o położeniu obiektów w jej nieodłącznym układzie współrzędnych za pomocą podzbioru widma elektromagnetycznego o długościach fal obejmujących światło ultrafioletowe, widzialne i podczerwone. Nawigacja optyczna jest używana od 10 lat w chirurgii sterowanej obrazem (neurochirurgia, laryngologia i ortopedia), a jego rozpowszechnienie wzrosło w radioterapii, aby zapewnić informacje zwrotne w czasie rzeczywistym za pomocą wizualnych wskazówek na graficznych interfejsach użytkownika (GUI). W przypadku tego ostatniego stosuje się metodę kalibracji w celu wyrównania natywnego układu współrzędnych kamery z izocentrycznym układem odniesienia sali podawczej radioterapii. Optycznie śledzone narzędzia są następnie wykorzystywane do identyfikacji pozycji punktów odniesienia pacjenta i są one porównywane z ich lokalizacją w układzie współrzędnych planowania CT. Obliczenia oparte na metodologii najmniejszych kwadratów są wykonywane przy użyciu tych dwóch zestawów współrzędnych w celu określenia przesunięcia leżanki zabiegowej, które spowoduje wyrównanie planowanego izocentrum pacjenta z izocentrum sali zabiegowej. Narzędzia te mogą być również wykorzystywane do wewnątrzfrakcyjnego monitorowania pozycji pacjenta poprzez umieszczenie narzędzia śledzonego optycznie w obszarze zainteresowania w celu zainicjowania dostarczania promieniowania (tj. trybów bramkowania) lub działania (tj. zmiany położenia). Alternatywnie, produkty takie jak AlignRT (firmy Vision RT) umożliwiają otrzymywanie informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym poprzez bezpośrednie obrazowanie pacjenta i śledzenie powierzchni skóry pacjenta.
MRI
Pierwsza klinicznie aktywna maszyna do radioterapii pod kontrolą rezonansu magnetycznego, urządzenie ViewRay, została zainstalowana w St. Louis, MO, w Alvin J. Siteman Cancer Center w Barnes-Jewish Hospital i Washington University School of Medicine. Leczenie pierwszych pacjentów ogłoszono w lutym 2014 r. Obecnie trwają prace nad innymi urządzeniami do radioterapii, które obejmują śledzenie guzów za pomocą rezonansu magnetycznego w czasie rzeczywistym. Radioterapia pod kontrolą rezonansu magnetycznego umożliwia klinicystom obserwację wewnętrznej anatomii pacjenta w czasie rzeczywistym przy użyciu ciągłego obrazowania tkanek miękkich i pozwala im utrzymywać wiązki promieniowania na celu, gdy guz porusza się podczas leczenia.
Ultradźwięk
Ultradźwięki są używane do codziennej konfiguracji pacjenta. Jest przydatny w przypadku tkanek miękkich, takich jak piersi i prostata. Systemy BAT (Best Nomos) i Clarity (Elekta) to dwa główne obecnie stosowane systemy. System Clarity został udoskonalony, aby umożliwić wewnątrzfrakcyjne śledzenie ruchu prostaty za pomocą obrazowania przezkroczowego.
Transpondery elektromagnetyczne
Chociaż systemy transponderów elektromagnetycznych nie są same w sobie IGRT, starają się pełnić dokładnie taką samą funkcję kliniczną, jak CBCT lub promieniowanie rentgenowskie kV, ale zapewniają bardziej ciągłą w czasie analizę błędu konfiguracji, analogiczną do strategii śledzenia optycznego. Dlatego ta technologia (chociaż nie wymaga użycia „obrazów”) jest zwykle klasyfikowana jako podejście IGRT.
Strategie korekcji ułożenia pacjenta podczas IGRT
Istnieją dwie podstawowe strategie korekcji stosowane przy określaniu najkorzystniejszej pozycji pacjenta i struktury wiązki: korekcja on-line i off-line. Oba służą swoim celom w warunkach klinicznych i mają swoje zalety. Na ogół stosuje się kombinację obu strategii. Często podczas pierwszej sesji napromieniowania pacjent otrzymuje poprawki do swojego leczenia za pośrednictwem strategii on-line, a lekarze dokonują późniejszych korekt w trybie off-line podczas obchodów filmu kontrolnego.
Online
Strategia On-line dostosowuje pozycję pacjenta i wiązki podczas procesu leczenia na podstawie stale aktualizowanych informacji w trakcie całej procedury. Podejście on-line wymaga wysokiego poziomu integracji oprogramowania i sprzętu. Zaletą tej strategii jest zmniejszenie zarówno błędów systematycznych, jak i losowych. Przykładem jest wykorzystanie programu markerowego w leczeniu raka prostaty w Princess Margaret Hospital. Złote znaczniki są wszczepiane do prostaty, aby zapewnić zastępczą pozycję gruczołu. Przed każdym dniem leczenia zwracane są wyniki systemu obrazowania portalowego. Jeśli środek masy przesunął się o więcej niż 3 mm, leżanka jest ponownie ustawiana i tworzony jest kolejny obraz referencyjny. Inne kliniki korygują wszelkie błędy pozycjonowania, nigdy nie dopuszczając błędu >1 mm w żadnej mierzonej osi.
Off-line
Strategia Off-line określa najlepszą pozycję pacjenta na podstawie zgromadzonych danych zebranych podczas sesji terapeutycznych, prawie zawsze wstępnych zabiegów. Lekarze i personel mierzą dokładność leczenia i opracowują wytyczne dotyczące leczenia na podstawie informacji z obrazów. Strategia wymaga większej koordynacji niż strategie on-line. Jednak stosowanie strategii off-line zmniejsza ryzyko błędu systematycznego. Ryzyko błędu losowego może jednak nadal występować.
Przyszłe kierunki studiów
- Nadal toczy się debata między korzyściami płynącymi ze strategii on-line i off-line.
- Czy dalsze badania nad funkcjami i ruchami biologicznymi mogą pomóc w lepszym zrozumieniu ruchu guza w organizmie przed, pomiędzy iw trakcie leczenia.
- Gdy stosowane są reguły lub algorytmy, można zredukować duże różnice w marżach PTV. Opracowywane są „przepisy” marginesu, które utworzą równania liniowe i algorytmy uwzględniające „normalne” odchylenia. Reguły te są tworzone na podstawie normalnej populacji i są stosowane do planu leczenia w trybie offline. Możliwe efekty uboczne obejmują przypadkowe błędy wynikające z wyjątkowości celu
- Wraz z gromadzeniem większej ilości danych, należy określić, w jaki sposób należy ustanowić systemy kategoryzacji i przechowywania informacji.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Cossmann, Peter H. Postępy w radioterapii sterowanej obrazem - przyszłość jest w ruchu. Europejski Przegląd Onkologiczny 2005 - lipiec (2005)
- Sharpe, MB; T Craiga; DJ Moseley (2007) [2007]. „Wskazówki obrazowe: systemy lokalizacji celu leczenia w IMRT-IGRT-SBRT - postępy w planowaniu leczenia i prowadzeniu radioterapii”. Granice w radioterapii onkologicznej . Tom. 40. Madison, WI: Karger. ISBN 978-3-8055-8199-8 .