Methodenartikel

Bestrahlungsplanungsassistent - Ein webbasiertes Tool zur Unterstützung einer qualitativ hochwertigen Strahlentherapie in Kliniken mit begrenzten Ressourcen

DOI:

10.3791/65504

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6. Oktober 2023

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1The University of Texas MD Anderson Cancer Center, 2Guy’s and St. Thomas’ Hospital, 3Groote Schuur Hospital and University of Cape Town, 4University of Alabama at Birmingham, 5Tygerberg Hospital and Stellenbosch University, 6Ocean Road Cancer Institute, 7University of the Free State, 8University of California-San Francisco, 9University Hospitals Plymouth NHS Trust, 10Stanford University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll beschreibt eine Reihe automatisierter Tools, die für die hochwertige Autokonturierung und Autoplanung der Strahlentherapie entwickelt wurden und in einen webbasierten Service verpackt werden, um die Robustheit und Skalierbarkeit zu maximieren und gleichzeitig die Betriebskosten zu minimieren.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Der Zugang zur Strahlentherapie ist weltweit begrenzt. Der Radiation Planning Assistant (RPA) ist ein vollautomatisches, webbasiertes Tool, das entwickelt wird, um Kliniken mit begrenzten Ressourcen vollautomatische Tools zur Planung von Strahlentherapiebehandlungen anzubieten. Ziel ist es, klinische Teams dabei zu unterstützen, ihre Bemühungen zu skalieren und so mehr Krebspatienten zu erreichen. Der Benutzer stellt über eine Webseite eine Verbindung zum RPA her, füllt eine Serviceanfrage (Rezept und Informationen über die Strahlentherapieziele) aus und lädt das CT-Bildset des Patienten hoch. Die RPA bietet zwei Ansätze für die automatisierte Planung. Bei der einstufigen Planung generiert das System anhand der Serviceanfrage und des CT-Scans automatisch die notwendigen Konturen und den Behandlungsplan. Bei der zweistufigen Planung überprüft und bearbeitet der Anwender die automatisch generierten Konturen, bevor die RPA mit der Erstellung eines volumenmodulierten Arc-Therapieplans fortfährt. Der endgültige Plan wird von der RPA-Website heruntergeladen und in das lokale Behandlungsplanungssystem des Benutzers importiert, wo die Dosis für den lokal in Betrieb genommenen Linac neu berechnet wird. Bei Bedarf wird der Plan vor der Zulassung für den klinischen Einsatz überarbeitet.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Es wird erwartet, dass die weltweite Zahl der Krebsfälle bis 2030 auf etwa 24,6 Millionen ansteigen wird, wobei die größte Belastung in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMICs)1 zu verzeichnen sein wird. Die Strahlentherapie ist eine kostengünstige, kurative und palliative Behandlung von Krebs, die etwa 50 % der Krebspatienten und 60-70 % in Ländern mit niedrigem Einkommen, in denen die Patienten mit größerer Wahrscheinlichkeit in einem späten Stadium vorstellig werden, Vorteile bietet 2,3. Der Zugang zur Strahlentherapie ist jedoch weltweit begrenzt4; So verfügt beispielsweise kein Land in Afrika über die Strahlentherapiekapazitäten, um den geschätzten Bedarf zu decken5. In mehreren Studien wurden diese drohenden Engpässe und die zur Deckung des künftigen Bedarfs erforderlichen Faktoren abgeschätzt 6,7.

Die Lancet Oncology Commission argumentierte überzeugend, dass Investitionen in die Verbesserung der Strahlentherapiekapazitäten nicht nur Leben retten, sondern auch positive wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen würden3. Sie wiesen auch ausdrücklich darauf hin, dass die Automatisierung der Strahlentherapie-Konturierung und der Behandlungsplanung klinischen Teams helfen kann, ihre Bemühungen zu skalieren, indem sie die Zeit, die Onkologen bzw. Physiker für diese Aufgaben aufwenden, erheblich reduziert und die Ziele leichter erreichbar macht.

Unsere Forschungsgruppe hat in Zusammenarbeit mit klinischen Teams bei MD Anderson und in Krankenhäusern auf der ganzen Welt an der Entwicklung webbasierter automatisierter Tools gearbeitet. Diese Suite von Tools (RPA genannt) bietet auf künstlicher Intelligenz basierende Konturierung (Umrisse von Tumoren und nahe gelegenen Organen auf CT-Scans) und eine Strahlentherapie-Behandlungsplanung (die genau definiert, wie die Strahlung abgegeben wird). Diese webbasierte Plattform bietet den Vorteil, dass weniger Zeit und Ressourcen benötigt werden, um qualitativ hochwertige Pläne für jeden Patienten zu erstellen.

Unsere Erfahrung mit einer frühen Version eines KI-basierten Tools bei MD Anderson hat gezeigt, dass die automatisierte Konturierung bis zu 2 Stunden pro Patient einsparen kann – eine erhebliche Rationalisierung des Arbeitsablaufs. Dies bedeutet, dass das derzeitige klinische Personal in der Lage sein wird, seinen Aufwand zu skalieren und mehr Patienten mit einer qualitativ hochwertigeren Strahlentherapie zu behandeln. Indem wir diese Tools über einen vollautomatischen, webbasierten Service (Radiation Planning Assistant [RPA], RPA.mdanderson.org) anbieten, können wir die Kosten für die Patienten und Anbieter minimieren und die Reichweite dieses Tools maximieren.

Wir entwickeln die RPA seit 6 Jahren, und seit der ersten Veröffentlichung der RPA-Workflows8 wurden mehrere bedeutende Änderungen vorgenommen. Dazu gehört die Weiterentwicklung der RPA zu einem webbasierten Tool, wodurch die Kosten für Installation und Wartung gesenkt und die Robustheit des Systems verbessert werden. Zu den weiteren Verbesserungen gehören Änderungen an den Benutzeroberflächen, um die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern und das Risiko von Fehlernzu verringern 9 sowie die Erweiterung der Behandlungsmöglichkeiten (insbesondere die Planung der Strahlentherapie für Brust nach Mastektomie10 und Metastasen im Gehirn11). Damit ist das hier beschriebene Protokoll wesentlich weiter fortgeschritten als die bisher veröffentlichte Ausgangsversion.

Die RPA verwendet einen einstufigen Prozess zur Erstellung von Konturen und Plänen in Situationen, in denen eine Bearbeitung der Konturen in der Regel nicht erforderlich ist, um den Behandlungsplan zu erstellen. Dazu gehören die Vier-Felder-Box-Behandlungsplanung für Gebärmutterhalskrebs (basierend auf knöchernen Landmarken oder automatisch generierten Weichteilkonturen)12,13,14,15, tangentiale oder supraklavikuläre Felder für Brustkrebs nach Mastektomie11 und entgegengesetzte laterale Felder für Ganzhirnbehandlungen16. Wir gehen davon aus, dass wir in naher Zukunft Schädelspinalbehandlungen für pädiatrische Krebserkrankungen17, Dreifeldbehandlungen für Rektumkarzinome18 und Behandlungsplanung für verschiedene palliative Fälle (Wirbelkörper, Hüften und Rippen)19 sowie Lungen- und Blasenkrebs hinzufügen werden. Derzeit erfordern fortgeschrittenere Behandlungen, insbesondere die volumenmodulierte Arc-Therapie (VMAT), einen zweistufigen Prozess, bei dem automatisch generierte Konturen vor der Behandlungsplanung bearbeitet werden13,20. Die Qualität des Deep-Learning-basierten Autocontouring ist jedoch so hoch, dass wir davon ausgehen, dass wir diese Planungsansätze in Zukunft auf einen einstufigen Prozess umstellen werden. Dieses Protokoll konzentriert sich auf die einstufige Planung.

Abbildung 1 zeigt den gesamten Arbeitsablauf für die Erstellung eines Strahlentherapie-Behandlungsplans mit dem RPA, mit weiteren Details zu den verschiedenen Aufgaben, die in Tabelle 1 aufgeführt sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die RPA eine ausgefüllte Serviceanfrage (die Informationen wie die Dosisverschreibung und den Behandlungsansatz enthält) und den individuellen CT-Scan eines Patienten erfordert. Die Serviceanfrage muss von einem Radioonkologen angenommen werden. Der CT-Scan muss von einem klinischen Benutzer akzeptiert werden, um sicherzustellen, dass die RPA-Berechnungen auf dem richtigen CT-Scan durchgeführt werden. Sobald die RPA einen Plan erstellt hat, sollte er von der RPA-Website heruntergeladen und in das Behandlungsplanungssystem des Benutzers importiert werden, wo die Dosis neu berechnet werden sollte. Dies ist notwendig, da die RPA Pläne für Standardträger (verfügbar für mehrere Linac-Modelle) berechnet, die möglicherweise nicht genau mit den Balkeneigenschaften des lokalen Linacs übereinstimmen. Dieser Ansatz wurde gewählt, um die Kosten zu senken, obwohl eine Anpassung erforderlich sein kann, wenn sich die lokalen Träger erheblich von unseren Standardträgern unterscheiden. Die Benutzer (Behandlungsplaner und Radioonkologe) können Änderungen am Plan vornehmen. Der Plan gibt dann den typischen klinischen Arbeitsablauf des Benutzers ein, einschließlich lokaler Qualitätssicherungsprüfungen. Schließlich sollte der Benutzer seinen endgültigen (neu berechneten und bearbeiteten) Plan auf die RPA-Website hochladen, wo ein automatisierter Vergleich zwischen dem endgültigen Plan und dem RPA-Plan durchgeführt wird. Dies ist eine sinnvolle Überprüfung der Datenintegrität im gesamten Workflow.

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Abbildung 1: Ablauf des automatisierten Behandlungsplanungsprozesses. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Aufgabe # in Abbildung 1AufgabenbeschreibungOrt
Überprüfen Sie den Status früherer PatientenHaupt-Dashboard
1Füllen Sie eine Serviceanfrage auf der RPA-Website ausDashboard für Serviceanfragen
2Laden Sie einen CT-Scan auf die RPA-Website hochCT-Scan-Dashboard
3Überprüfen Sie den Status des PatientenHaupt-Dashboard
RPA-Plan prüfen und herunterladenHaupt-Dashboard
4Importieren Sie den Plan in das TPS des Benutzers, berechnen Sie die Dosis neu und nehmen Sie bei Bedarf Änderungen vorLokales TPS
5, 6Laden Sie den endgültigen Plan auf die RPA-Website hochDashboard für den Planvergleich
Überprüfen Sie den automatischen Vergleich des endgültigen Plans und des RPA-PlansDashboard für den Planvergleich
-Der Plan geht in den klinischen Routineablauf des Anwenders ein, einschließlich der regelmäßigen QualitätssicherungEigene Software des Benutzers

Tabelle 1: Übersicht über die Aufgaben, die bei der Erstellung eines RPA-Plans mit dem 1-Schritt-Workflow anfallen. Lokales TPS: Behandlungsplanungssystem des Benutzers.

Dieses Manuskript beschreibt diesen einstufigen Workflow für die RPA und präsentiert einige Beispielergebnisse des Behandlungsplanungsprozesses. Derzeit verwenden die folgenden Planungsansätze diesen einstufigen Arbeitsablauf: i) Vier-Felder-Box-Behandlungspläne für Gebärmutterhalskrebspatientinnen (knöcherne Landmarken-basierte Öffnungen); ii) Vierfeld-Box-Behandlungspläne für Patientinnen mit Gebärmutterhalskrebs (weichteilbasierte Feldöffnungen); iii) tangentiale und supraklavikuläre Behandlungspläne für Brustwandpatienten; iv) Behandlungspläne für das gesamte Gehirn.

Protokoll

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle Patientendaten, die für die Bewertung der RPA verwendet wurden, wurden rückwirkend mit Genehmigung des MD Anderson Institutional Review Board der University of Texas verwendet. Die RPA besteht aus einer Reihe von Dashboards, die sich links neben dem Hauptmenü der RPA-Webseite befinden (Abbildung 2). Abbildung 2 zeigt das Hauptdashboard. Alle Dashboards haben ein ähnliches Aussehen, konzentrieren sich aber auf unterschiedliche Aufgaben und Personal. Das folgende Protokoll beschreibt die wichtigsten Prozesse für die automatische Erstellung eines Behandlungsplans.

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Abbildung 2: Screenshot des RPA-Haupt-Dashboards. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

1. Serviceanfrage abschließen

  1. So erstellen und akzeptieren Sie eine neue Serviceanfrage für die automatische Planung:
    1. Rufen Sie das Serviceanfrage-Dashboard auf, indem Sie auf den Serviceanfragekanal klicken.
    2. Klicken Sie auf Neues Formular , um ein neues Serviceanfrageformular zu generieren.
    3. Füllen Sie in Abschnitt 1: Demografische Merkmale die Fragen aus. Wählen Sie die Behandlungstechnik aus dem Pulldown-Menü Behandlung aus. Klicken Sie auf die Person figure-protocol-2 im Pulldown-Menü der Behandlungstechnik , um weitere Details zur Behandlungstechnik zu erhalten.
    4. Füllen Sie in Abschnitt 2: Allgemeine Fragen zur Behandlung die Fragen aus. Diese Fragen sind für alle Patienten gleich; Ihr Zweck ist es, den Benutzer aktiv in die Feststellung einzubeziehen, ob der RPA-Plan für den aktuellen Patienten geeignet ist.
    5. Abschnitt 3: Behandlungsspezifische Fragen, füllen Sie die Fragen für den ausgewählten Behandlungsansatz aus, einschließlich Details zu den Behandlungszielen und der Verschreibung.
    6. Klicken Sie auf Senden. Nachdem die Serviceanfrage-PDF-Datei automatisch generiert wurde, wählen Sie den Patienten in der Patientenliste (auf dem Serviceanfrage-Dashboard) aus. Überprüfen Sie die PDF-Datei mit der Serviceanfrage (Abbildung 3), scrollen Sie bei Bedarf und klicken Sie auf Akzeptieren , um die Serviceanfrage zu genehmigen.
      HINWEIS: Diese PDF-Datei muss von einem Radioonkologen akzeptiert werden, bevor die RPA eine automatische Konturierung und Planung einleitet. Der Status des RPA-Plans kann auf der Seite "Serviceanfrage" ermittelt werden, wie in Tabelle 2 dargestellt. Ein Beispiel für eine Serviceanfrage, die für einen weichgewebsbasierten 4-Felder-Plan für Gebärmutterhalskrebs erstellt wurde, ist in Abbildung 3 dargestellt.

   

StatusZusammenfassung
Ausstehende ÜberprüfungDie Serviceanfrage für diesen Patienten wurde bereits erstellt und wartet darauf, dass der Radioonkologe sie annimmt.
AngenommenDie Serviceanfrage für diesen Patienten wurde angenommen. Der Status dieses Patienten im Serviceanforderungs-Dashboard ändert sich erst, wenn ein CT-Scan für diesen Patienten akzeptiert wird.
Vom Benutzer abgelehntDer Benutzer hat die Serviceanfrage abgelehnt.
VorgelegtDieser Fall wurde an die RPA übermittelt – weitere Details zum Status dieses Patienten finden Sie auf dem Haupt-Dashboard.
RPA-SystemfehlerDie Verarbeitung durch die RPA wurde eingeleitet, aber die RPA ist auf einen Fehler gestoßen und konnte ihre Aufgabe nicht abschließen.

Tabelle 2: Patientenstatuskategorien für das Serviceanforderungs-Dashboard.

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Abbildung 3: Ein Beispiel für eine Serviceanfrage, die für einen weichgewebsbasierten 4-Felder-Plan für Gebärmutterhalskrebs erstellt wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

2. CT-Scan hochladen und für die automatisierte Planung akzeptieren

Abbildung 4 zeigt einen Screenshot des Arbeitsbereichs für die CT-Überprüfung. So laden Sie einen CT-Scan hoch und überprüfen ihn:

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Abbildung 4: Ein Screenshot des CT-Review-Arbeitsbereichs. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

  1. Gehen Sie zum CT-Scans-Dashboard , indem Sie auf den CT-Scans-Kanal klicken.
  2. Klicken Sie auf die Schaltfläche CT hochladen . Wählen Sie den Ordner, in dem der CT-Scan (DICOM-Format) gespeichert ist, über den automatisch geöffneten Ordner-Explorer aus. Folgen Sie den Anweisungen, um die Auswahl zu bestätigen.
  3. Überprüfen Sie den hochgeladenen CT-Scan, indem Sie den Patienten in der Patientenliste auswählen, um den CT-Viewer für diesen Patienten zu öffnen (Abbildung 4), und verwenden Sie dann die folgenden Steuerelemente:
    1. Laden Sie den gesamten 3D-CT-Bildsatz, indem Sie auf CT laden klicken.
      HINWEIS: Andere Navigationswerkzeuge sind erst aktiv, wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist.
    2. Scrollen Sie in allen Ansichten zwischen den Segmenten, und verwenden Sie eines der folgenden Werkzeuge:
      1. Klicken Sie auf <, > Schaltflächen unter jeder CT-Ansicht, um zum nächsten Slice zu gelangen.
      2. Klicken Sie auf <<, >> Schaltflächen unter jeder CT-Ansicht, um fünf Schichten in die ausgewählte Richtung zu verschieben.
      3. Mausrad: Bewegen Sie den Mauszeiger über eine beliebige CT-Ansicht und verwenden Sie dann das Mausrad, um zwischen den Segmenten zu blättern.
      4. Klicken Sie auf die Schaltfläche Überschneiden , um ein Fadenkreuz über jede CT-Ansicht (axial, koronal und sagittal) zu legen. Klicken Sie auf eine der drei Ansichten, um das Fadenkreuz an diesen Punkt zu verschieben - die anderen Ansichten folgen entsprechend. Klicken Sie auf die Schaltfläche Überschneiden , um dieses Werkzeug ein- oder auszuschalten.
      5. Klicken Sie auf die Schaltfläche Zoomen/Schwenken . Überprüfen Sie das Bild mit dem Mausrad, um die Ansicht zu zoomen, in der sich der Cursor befindet, oder klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine CT-Ansicht, halten Sie sie gedrückt, und bewegen Sie dann die Maus zum Schwenken.
      6. Klicken Sie auf Markiertes ISO, um die CT-Ansichten in das markierte Isozentrum zu verschieben (basierend auf der automatischen Erkennung von drei röntgendichten Markern).
        HINWEIS: Diese Schaltfläche ist inaktiv, wenn der 3D-CT-Bildsatz nicht geladen wurde (klicken Sie auf 3D laden, um dieses Problem zu beheben) oder wenn die RPA kein markiertes Isozentrum erkennen konnte (wie mit einem Drei-Punkt-Setup identifiziert).
  4. Klicken Sie auf die Schaltfläche Referenzpunkt , um einen Referenzpunkt hinzuzufügen.
    1. Verschieben Sie die drei Ansichten mit dem Überschneidungswerkzeug an die gewünschte Position des Referenzpunkts.
    2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Referenzpunkt , um einen Referenzpunkt hinzuzufügen.
    3. Wenn bereits ein Referenzpunkt ausgewählt wurde, werden durch Klicken auf Referenzpunkt die drei Ansichten zu diesem Punkt verschoben.
      HINWEIS: Diese Schaltfläche fügt einem Bild einen Referenzpunkt hinzu, wenn kein Referenzpunkt vorhanden ist. Es kann auch die CT-Bildansichten auf den Referenzpunkt verschieben, falls bereits einer vorhanden ist. Ein neuer Referenzpunkt kann nur für CT-Scans ausgewählt werden, die nicht akzeptiert wurden. Im Folgenden finden Sie die Schritte zum Hinzufügen eines Referenzpunkts:
    4. Um einen neuen Referenzpunkt auszuwählen, löschen Sie zunächst den aktuellen Referenzpunkt, indem Sie auf Referenzpunkt löschen klicken, und fügen Sie dann einen neuen hinzu. Die RPA akzeptiert nur einen Referenzpunkt.
  5. Akzeptieren Sie den CT-Scan. Nachdem Sie den CT-Scan des Patienten wie oben beschrieben überprüft haben, führen Sie die folgenden Schritte durch:
    1. Beantworten Sie die Fragen unter den CT-Bildern, um das Risiko zu minimieren und das Auftreten von Fehlern in den nachfolgenden RPA-Berechnungen zu reduzieren.
    2. Wählen Sie Akzeptieren aus, und folgen Sie den Anweisungen.
      HINWEIS: Diese Aufgabe kann von jedem ausgeführt werden, der als klinischer Benutzer der RPA identifiziert wurde. Die Statuskategorien der aktuellen Patienten können auf dem CT-Scans-Dashboard angezeigt werden und sind in Tabelle 3 dargestellt.
StatusZusammenfassung
Ausstehende ÜberprüfungDer CT-Scan wurde zunächst verarbeitet und wartet darauf, dass der Benutzer den Scan überprüft und akzeptiert.
AngenommenDer CT-Scan für diesen Patienten wurde akzeptiert. Bitte beachten Sie, dass sich der Status dieses Patienten im CT-Scan-Dashboard erst ändert, wenn eine Serviceanfrage angenommen wird.
Vom Benutzer abgelehntDer CT-Scan wurde vom Benutzer abgelehnt.
VorgelegtDieser Fall wurde an die RPA übermittelt – weitere Details zum Status dieses Patienten finden Sie auf dem Haupt-Dashboard.
RPA-SystemfehlerDie Verarbeitung durch die RPA wurde eingeleitet, aber die RPA ist auf einen Fehler gestoßen und konnte ihre Aufgaben nicht abschließen.

Tabelle 3: Patientenstatuskategorien für das CT-Scans-Dashboard.

3. Überwachen Sie den Planungsfortschritt

Die Statuskategorien der aktuellen Patienten können auf dem Haupt-Dashboard eingesehen werden (Tabelle 4). So führen Sie eine vorläufige Überprüfung eines abgeschlossenen RPA-Plans durch und laden ihn zur Verwendung herunter:

StatusZusammenfassung
Kein akzeptierter CT-ScanDieser Patient hat keinen akzeptierten CT-Scan (aber eine akzeptierte Serviceanfrage ist verfügbar).
Keine akzeptierte ServiceanfrageDieser Patient hat keine akzeptierte Serviceanfrage (aber ein akzeptierter CT-Scan ist verfügbar).
AngestandenDie Daten für diesen Patienten wurden an das RPA-System gesendet und stehen zur Verarbeitung in der Warteschlange.
VerarbeitungDie erste Verarbeitung der Daten dieses Patienten ist im Gange.
Bearbeitung–KonturierungDie RPA-Konturen werden generiert.
Verarbeitungs-KonturberichtDer RPA-Konturenbericht wird erstellt.
Komplett – RPA-KonturenDie von der RPA generierten Konturen sind vollständig und können vom Benutzer heruntergeladen und bearbeitet werden (nur 2-stufige Workflows).
Ausstehende KonturüberprüfungPlanungskonturen (d. h. Konturen, nachdem der Benutzer Änderungen/Ergänzungen vorgenommen hat) wurden wieder in die RPA hochgeladen und der Plankonturenbericht wurde generiert. Der Benutzer muss diesen Bericht akzeptieren (über das Konturen-Dashboard).
Konturlinien in der Warteschlange –Die Planungskonturen (d. h. Konturen, nachdem der Benutzer Änderungen/Ergänzungen vorgenommen hat) werden vor dem RPA-Planungsprozess zur Verarbeitung in die Warteschlange gestellt.
In der Warteschlange – VorplanungDer Plan dieses Patienten befindet sich in der Warteschlange für den Planungsprozess.
Verarbeitung–VorplanungDie Vorplanungsverarbeitung ist im Gange.
Optimierung in der WarteschlangeDer Plan dieses Patienten befindet sich in der Warteschlange für den Planoptimierungsprozess.
Verarbeitung–OptimierungDie Planoptimierung ist im Gange.
In der Warteschlange – QADer Plan dieses Patienten befindet sich in der Warteschlange für den automatisierten Qualitätssicherungsprozess (QA).
Verarbeitung–QSDer Plan QA ist im Gange.
Verarbeitungs-Plan-BerichtDer Bericht über den Abschlussplan wird derzeit bearbeitet.
Vollständiger RPA-PlanDer RPA-Plan ist vollständig und steht zum Download bereit.
Scheitern – RPA-FehlerEin RPA-Prozess ist fehlgeschlagen.

Tabelle 4: Patientenstatuskategorien für das Haupt-Dashboard.

  1. Überprüfen Sie einen abgeschlossenen RPA-Plan, indem Sie den Patienten auswählen und dann oben im Haupt-Dashboard auf Überprüfen klicken. Überprüfen Sie den RPA-Planbericht (PDF) für diesen Patienten, der automatisch in einem neuen Tab geöffnet wird.
    HINWEIS: Der RPA-Planbericht als PDF kann auch über das Download-Fenster aufgerufen werden.
  2. Laden Sie einen fertigen RPA-Plan herunter, indem Sie auf das Download-Symbol klicken. Warten Sie, bis sich ein Fenster öffnet und die DICOM-Dateien zusammen mit dem RPA-Planbericht (PDF) heruntergeladen werden, um sie in das Behandlungsplanungssystem zu importieren.

4. Importieren des RPA-Plans in das Behandlungsplanungssystem des Benutzers und Überprüfung für den klinischen Einsatz

HINWEIS: Nach dem Herunterladen des RPA-Plans (DICOM-Dateien) sollten die folgenden Schritte im Behandlungsplanungssystem des Benutzers ausgeführt werden:

  1. Importieren Sie den CT-Scan des Patienten in das lokale TPS. Dies ist der ursprüngliche Scan, der in die RPA hochgeladen wurde.
  2. Importieren Sie den RPA-Plan und die RPA-Konturen in das lokale TPS.
  3. Berechnen Sie die Dosis mit dem lokal in Auftrag gegebenen Dosisberechnungsalgorithmus und der verwendeten festen MU-Option neu.
  4. Vergleichen Sie die importierten Konturen und die berechnete Dosis mit denen im RPA-Bericht (um den korrekten Import zu überprüfen).
  5. Überprüfen Sie den Plan auf Angemessenheit und bearbeiten Sie ihn nach Bedarf.
    Hinweis: Dieser Schritt kann das Bearbeiten von Feldformen und das Neunormalisieren der Felder umfassen. Es ist sehr wichtig, dass das klinische Team den endgültigen Plan in seinem Behandlungsplanungssystem überprüft und vor der klinischen Anwendung Änderungen vornimmt.

5. Hochladen des endgültigen Plans auf die RPA-Website und Überprüfung des automatischen Vergleichs des endgültigen Plans mit dem RPA-Plan

Patienten, für die ein RPA-Plan erstellt wurde, werden im Planvergleichs-Dashboard angezeigt. Das Planvergleichs-Dashboard enthält die in Tabelle 5 aufgeführten Statuskategorien für aktuelle Patienten. So laden Sie den endgültigen Benutzerplan hoch und überprüfen einen automatischen Vergleich des Benutzerplans mit dem RPA-Plan:

StatusZusammenfassung
Ausstehender Plan-UploadDieser Status wird angezeigt, wenn ein Fall generiert wurde.
VerarbeitungDer Planvergleich wird verarbeitet.
Ausstehendes Hochladen des Plans – WIEDERHOLENEin Planvergleich ist nicht möglich. Der Benutzer sollte die hochgeladenen Dateien überprüfen und es erneut versuchen. Mögliche Gründe für diesen Status sind das Hochladen der falschen Dateien.
Vergleich Ready–PassDer Planvergleichsbericht kann überprüft werden. Alle Planvergleiche erfüllten die Kriterien. Einige Vergleiche sind möglicherweise gekennzeichnet – der Benutzer sollte den Bericht überprüfen.
Vergleich "Ready-Fail"Der Planvergleichsbericht kann überprüft werden. Bei einigen Vergleichen wurden die festgelegten Kriterien nicht eingehalten – der Benutzer sollte den Bericht sorgfältig überprüfen und die Ursache ermitteln.

Tabelle 5: Patientenstatuskategorien für das Planvergleichs-Dashboard.

  1. Wählen Sie den Patienten aus und klicken Sie dann auf Plan hochladen.
  2. Wählen Sie die DICOM-Strukturdatei, die Plan- und Dosisdateien zum Hochladen aus.
  3. Überprüfen Sie den Planvergleichsbericht, indem Sie zuerst den Patienten auswählen. Überprüfen Sie dann den Planvergleichsbericht (Abbildung 5), der am unteren Rand des Bildschirms geöffnet wird (ein Beispiel ist in Abbildung 5 dargestellt).

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Abbildung 5: Ein Beispiel für den automatischen Planvergleichsbericht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergebnisse

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Der Zweck des Haupt-Dashboards (Abbildung 1) besteht darin, einen schnellen Überblick über den Status der aktuellen Patienten in der RPA zu geben, eine schnelle Überprüfung der abgeschlossenen Pläne zu ermöglichen, abgeschlossene Pläne zur Überprüfung und Bearbeitung im Behandlungsplanungssystem des Benutzers herunterzuladen und erweiterte Tools für die Patientennavigation und -sortierung bereitzustellen. Damit Patienten hier erscheinen können, müssen sie mindestens eines der folgenden Dokumente haben: (1) einen akzeptierten CT-Scan oder (2) ein akzeptiertes Serviceformular. Die Statuskategorien der aktuellen Patienten können auf dem Haupt-Dashboard eingesehen werden (Tabelle 4).

Ein Beispiel für ein laterales Feld aus einem Ganzhirn-Strahlentherapieplan ist in Abbildung 6 dargestellt. Ein Beispiel für ein laterales Feld aus einem knöchernen, landmarkenbasierten 4-Felder-Box-Plan für Gebärmutterhalskrebs ist in Abbildung 7 dargestellt. In beiden Fällen muss der endgültige Plan heruntergeladen und dann in das Behandlungsplanungssystem des Benutzers importiert werden, wo die Ergebnisse überprüft, bearbeitet und neu berechnet werden müssen. Die RPA erstellt auch einen abschließenden Planbericht (PDF), der die Serviceanfrage (siehe Beispiel in Abbildung 3), den CT-Genehmigungsbericht und andere Details des Behandlungsplans enthält.

Der Zweck des Serviceanfrage-Dashboards (Tabelle 2) besteht darin, einen schnellen Statusüberblick über die Serviceanfrage für aktuelle Patienten in der RPA bereitzustellen, eine neue Serviceanfrage zu erstellen, eine abgeschlossene Serviceanfrage anzunehmen und eine Serviceanfrage zu bearbeiten. Patienten, die eine eingereichte oder akzeptierte Serviceanfrage haben, werden auf diesem Dashboard angezeigt, das für alle Benutzer der RPA zugänglich ist. Allerdings können nur Benutzer, die im RPA-System als Radioonkologen registriert sind, eine Serviceanfrage annehmen.

Der Zweck des CT-Dashboards (Tabelle 3) besteht darin, einen schnellen Statusüberblick über CT-Scans für aktuelle Patienten in der RPA zu erhalten, neue CT-Scans hochzuladen, CT-Scans zu überprüfen und zu akzeptieren und Referenzpunkte zu CT-Scans hinzuzufügen. Referenzpunkte werden hinzugefügt, um die RPA in bestimmten Situationen zu leiten, z. B. wenn der Benutzer einen nicht standardmäßigen übergeordneten Rahmen für einfache 4-Felder-Boxpläne für Gebärmutterhalskrebs verwenden möchte. Patienten, für die ein CT-Scan hochgeladen wurde, werden hier angezeigt. Jeder Benutzer kann das CT-Dashboard anzeigen, aber nur Benutzer, die als klinische Benutzer registriert sind, können die CT-Scans akzeptieren.

Sobald der Benutzer seinen endgültigen Plan bestätigt hat, kann er ihn aus seinem TPS exportieren und in die RPA hochladen. Der Zweck dieses Prozesses besteht darin, eine Möglichkeit zu bieten, zu überprüfen, ob die Daten ordnungsgemäß zwischen verschiedenen Geräten übertragen wurden.

Patienten, für die ein RPA-Plan erstellt wurde, werden im Planvergleichs-Dashboard angezeigt. Das Planvergleichs-Dashboard enthält die in Tabelle 5 aufgeführten Statuskategorien für aktuelle Patienten.

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Abbildung 6: Typisches laterales Feld für die Ganzhirn-Strahlentherapie. Diese Ansicht zeigt die Projektionen der Strukturkonturen sowie die Positionen der Hauptkollimatoren (gelb) und der Lamellenkollimatoren (blau). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 7: Ein Beispiel für ein laterales Feld aus einem knöchernen, landmarkenbasierten 4-Felder-Box-Plan für Gebärmutterhalskrebs. Diese Ansicht zeigt die Positionen der Hauptkollimatoren (gelb) und der Lamellenkollimatoren (blau). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Diskussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll beschreibt die Schritte zur Erstellung automatisierter Behandlungspläne mithilfe der RPA. Die wichtigsten Schritte sind (1) CT-Upload und -Genehmigung, (2) Ausfüllen und Genehmigen von Serviceanfragen, (3) Herunterladen und Importieren des Plans in das TPS des Benutzers und Neuberechnung der Dosis und Planbearbeitung sowie (4) Hochladen des endgültig bearbeiteten Plans zum Vergleich mit dem RPA-Plan. Die Reihenfolge der CT-Genehmigung und der Service-Request-Genehmigung ist austauschbar. Einige Pläne, insbesondere volumenmodulierte Arc-Therapiepläne für Kopf-Hals- und Gebärmutterhalskrebs, werden in einem zweistufigen Prozess erstellt, in dem zusätzliche Benutzerinteraktionen und die Konturen und Pläne separat generiert werden. Insgesamt sind die Prozesse jedoch ähnlich, und wir gehen davon aus, dass diese fortschrittlichen Ansätze der Behandlungsplanung in Zukunft auf einen einstufigen Prozess umgestellt werden können. Die allgemeine klinische Akzeptanz, die von diesen Werkzeugen und von Werkzeugen, die sich in der Entwicklung für zukünftige Versionen befinden, erwartet werden kann, finden Sie in unserer veröffentlichten Arbeit 10,12,14,15,16,17,18,19,20,21,22.

Diese Werkzeuge weisen mehrere Einschränkungen auf, wie in unserer früheren Arbeit beschrieben, in der das Risiko beim Einsatz des Bestrahlungsplanungsassistenten in Strahlentherapiekliniken untersuchtwurde 9,23. Obwohl die Benutzeroberfläche so gestaltet wurde, dass das Risiko einer unangemessenen Dateneingabe minimiert wird, wie z. B. CT-Bilder mit unzureichendem Sichtfeld oder Fehler bei der manuellen Dateneingabe, besteht dennoch ein Fehlerpotenzial. Insbesondere menschliches Versagen, Automatisierungsverzerrung (übermäßiges Vertrauen in die Ergebnisse) und Softwarefehler sind von Belang9. Eine sorgfältige Überprüfung und ggf. Bearbeitung der automatisch generierten Konturen und Pläne ist für die sichere Nutzung des Bestrahlungsplanungsassistenten unerlässlich. Im Allgemeinen sollten diese Überprüfungen dem gleichen Verfahren folgen wie bei der Überprüfung klinischer Pläne durch Physiker und Radioonkologen, obwohl dies durch die Verwendung von Checklisten unterstützt werden kann, die speziell entwickelt wurden, um die manuelle Überprüfung automatisch erstellter Behandlungspläne zu ergänzen24.

Es gibt Situationen, in denen die RPA nicht in der Lage ist, einen Plan zu erstellen und dem Benutzer einen Fehler meldet. In fast allen Fällen wird dies dadurch verursacht, dass die RPA auf unerwartete Daten stößt, die sie nicht interpretieren kann, wie z. B. ein unzureichendes Sichtfeld oder eine unzureichende Patientenpositionierung (z. B. wenn ein CT-Bild in Rückenlage aufgenommen wurde, der Patient jedoch in Bauchlage). Der Benutzer kann das Problem möglicherweise anhand des Ortes identifizieren, an dem der Fehler gemeldet wird. In den meisten Fällen können diese Situationen nur durch manuelles Konturieren oder Planen behoben werden. Das RPA-Team kann möglicherweise auch Protokolldateien überprüfen, um das Problem zu identifizieren.

Das RPA wurde speziell entworfen und entwickelt, um Kliniken mit begrenzten Ressourcen, insbesondere in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen, hochwertige Autokonturierungs- und Autoplanungstools zur Verfügung zu stellen. Wir arbeiten derzeit an den regulatorischen, rechtlichen und administrativen Prozessen, die dazu führen werden, dass die RPA klinisch eingesetzt wird. Sobald dies geschieht, gehen wir davon aus, dass wir die Nutzung sorgfältig überwachen und Änderungen am Workflow oder an den Benutzeroberflächen vornehmen, um auf unvorhergesehene Risiken oder anderes Benutzerfeedback zu reagieren. Ziel ist es, Tools zur Unterstützung von Strahlentherapiediensten bereitzustellen, so dass lokale klinische Teams ihre Bemühungen skalieren und den Zugang zu qualitativ hochwertigen, konsistenten Strahlentherapieplänen verbessern können. Wir hoffen, dass dies zu verbesserten Patientenergebnissen sowie zu kürzeren Wartezeiten führen wird. Obwohl sich das derzeitige Portfolio auf Krebserkrankungen des Kopfes und Halses, der Brust und des Gebärmutterhalses sowie auf die Bestrahlung des gesamten Gehirns bei Hirnmetastasen beschränkt, arbeiten wir an zusätzlichen Behandlungen, die in zukünftigen Versionen17, 18, 19 enthalten sein werden.

Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LEC verfügt über Aktienoptionen auf Leo Cancer Care. HB ist jetzt bei Varian Medical Systems beschäftigt. AJ hat eine Beraterposition bei Genentech. JB hat eine Beraterposition bei Icon Cancer Care; WS hat eine beratende Position bei IBA Dosimetrie; JY hat eine Reisefinanzierung von SunNuclear Corp. erhalten; HS hat Honorare von Cipla erhalten.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Arbeit wurde vom National Cancer Institute und dem Wellcome Trust finanziert, mit zusätzlicher Unterstützung von Varian Medical Systems. Unser aktuelles System verwendet Eclipse für die Behandlungsplanung. Wir möchten uns auch bei Ann Sutton von Editing Services, Research Medical Library, UT MD Anderson Cancer Center bedanken. Zusätzlich zu den institutionellen Mitteln für die RPA-Entwicklung erhalten unsere Forschungsteams Mittel vom Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) und dem Fund for Innovation in Cancer Informatics, The University of Texas MD Anderson Cancer Center.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
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Referenzen

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