Simulación de campo eléctrico específico para pacientes en electroquimioterapia de metástasis espinales

Cómo simula un protocolo los campos eléctricos específicos del paciente durante la electroquimioterapia espinal y cómo compararlos con la mononucleosis posterior al tratamiento. Los flujos de trabajo existentes rara vez validan los campos eléctricos simulados frente a la respuesta tridimensional al tratamiento en enfermedades metastásicas espinales. Después de importar los datos en 3D Slicer y establecer CTI como volumen de referencia, abra el módulo del editor de segmentos y cree un segmento denominado hueso cortical.

Utilice la herramienta de umbral en CTI para aislar el hueso cortical de alta densidad. Luego, refine manualmente el segmento utilizando las herramientas de tijeras o de pintura según sea necesario. Cree un segmento denominado Fat.

Utilice la herramienta de umbral para seleccionar la grasa de baja densidad en el espacio perirrenal o subcutáneo. A continuación, construya un segmento de disco intervertebral y utilice la herramienta de pintura 3D en vistas axiales, sagitales y coronales. Seleccione fuera de todos los segmentos visibles para restringir la pintura a los vóxeles vacíos y evitar sobrescribir los segmentos existentes.

Luego, configure un segmento de hueso esponjoso para el hueso esponjoso vertebral. Utilice la herramienta de Pintura 3D para rellenar los compartimentos trabeculares internos y seleccione fuera de todos los segmentos visibles como se describió previamente. Cree un segmento etiquetado como Médula Espinal y use la herramienta de Pintura 3D para delinear manualmente la médula en cortes axiales desde arriba hasta debajo de los niveles tratados.

A continuación, defina un segmento denominado líquido cefalorraquídeo. Utilice la herramienta de pintura 3D para rellenar el espacio del líquido cefalorraquídeo que rodea la médula espinal dentro de la vaina raquídea, y también seleccione fuera de todos los segmentos visibles para evitar sobrescribir los segmentos existentes. Cree segmentos adicionales para cemento, espirales o pulmones si están presentes.

Utilice la herramienta de umbral para identificar el cemento o las espirales hiperdensos y el parénquima pulmonar hipodenso. Realice correcciones manuales según sea necesario. Luego guarde la escena actualizada de Slicer.

Importe el volumen de RM preprocedimental, MRIp, en la escena de Slicer. Utilice el módulo Transformaciones para realizar el registro rígido de MRIp sobre CTI utilizando los puntos anatómicos óseos vertebrales en el nivel tratado como guía para el registro. Aplique la transformación a MRIp y evalúe visualmente el coregistro en los planos axial y sagital.

Acepte el registro solo si la alineación visual y el error de registro del objetivo son inferiores a 2,5 milímetros. Luego, cree un nuevo segmento denominado Tumor. Utilice la herramienta de Pintura en MRIp para delimitar manualmente la afectación tumoral epidural y vertebral en la línea basal.

Aplicar suavizado opcional al segmento del tumor para obtener un volumen tridimensional coherente sin huecos. Y guardar la escena actualizada de Slicer. Importar el volumen de tomografía computarizada intraprocedimental con angiografía por TC de aguja a la escena de 3D Slicer.

Utilice el módulo de transformaciones para el registro rígido de la ATC sobre la ATI. Emplee los mismos puntos anatómicos óseos vertebrales que en el paso anterior para asegurar una alineación adecuada. Inicie el módulo AI4DEEP y cree una aguja virtual para cada electrodo, partiendo desde la punta del electrodo activo.

Verifique en las vistas axial, coronal y sagital que cada número de electrodo coincida de forma precisa con una punta activa física única. Guarde la escena actualizada que contiene las estructuras anatómicas, la segmentación del tumor y la electrogeometría. En la interfaz de AI4DEEP, asigne cada segmento anatómico a una clase de tejido correspondiente con conductividad eléctrica predefinida.

Establezca la conductividad del tejido de fondo predeterminado en músculo, de modo que todos los vóxeles no segmentados se traten como músculo. Verifique en el panel resumen de AI4DEEP que cada segmento esté alineado con el tipo de tejido y conductividad esperados. Luego guarde la configuración.

En la interfaz de AI4DEEP, especifique la longitud activa de la punta para cada electrodo según el procedimiento clínico y establezca el diámetro del electrodo en 1,8 milímetros. Introduzca la amplitud del campo eléctrico aplicado clínicamente en voltios por centímetro. Luego defina los pares de electrodos que se activaron durante el tratamiento.

Deje que AI4DEEP calcule el voltaje aplicado para cada par de electrodos en función de la distancia entre electrodos, asegurando al mismo tiempo que se respete la relación solicitada de voltaje por distancia en voltios por centímetro. Establezca el número de pulsos en ocho y la duración del pulso en 100 microsegundos según el protocolo clínico. Luego guarde la configuración de AI4DEEP.

En la interfaz de AI4DEEP, inicie el cálculo del campo electrostático utilizando la anatomía configurada, las conductividades y los parámetros de los electrodos. Una vez que el software genere la configuración geométrica y resuelva el potencial electrostático lineal, guarde la salida de la simulación y la escena actualizada de Slicer. En la interfaz de AI4DEEP, seleccione la opción para generar isosuperficies del campo eléctrico a partir del campo simulado.

Seleccione un rango de umbrales de isodosis y genere los mapas tridimensionales de isodosis correspondientes. Muestre mapas individuales de isodosis en una vista tridimensional para observar la distribución espacial del campo. El campo generalmente varía desde un amarillo pálido en amplitudes bajas hasta rojo en amplitudes altas.

Para cada isodosis, registre los porcentajes de valores de cobertura tumoral calculados automáticamente en función de la superposición entre el volumen de la isodosis y la segmentación del tumor. Guarde todos los segmentos o modelos de isodosis y los valores de cobertura tumoral para su análisis posterior. Realice resonancia magnética de seguimiento a las seis semanas tras la electroquimioterapia y cada dos meses a partir de entonces.

Seleccione la resonancia magnética que muestre el mayor volumen necrótico o la mejor respuesta radiológica para la segmentación, con el fin de tener en cuenta una respuesta al tratamiento heterogénea y retardada. Importe la secuencia axial T1 con supresión de grasa tras contraste, centrada en los niveles tratados, de las resonancias magnéticas posteriores al tratamiento al programa 3D Slicer. Realice el registro rígido de las resonancias magnéticas sobre la TC utilizando los mismos puntos anatómicos vertebrales predeterminados empleados previamente.

Aplique la transformación. Calcule el error de registro objetivo utilizando los mismos puntos de referencia anatómicos y confirme que sea menor o igual a 2,5 milímetros para documentar la precisión del registro. Cree un nuevo segmento denominado Necrosis tumoral.

Utilice la herramienta de Pintura para delinear manualmente la porción necrótica no potenciada del tumor en la resonancia magnética post electroquimioterapia, capa por capa. Aplique un suavizado opcional al segmento de necrosis tumoral para obtener un volumen contiguo coherente. Luego, realice una comparación cuantitativa entre el campo simulado y la necrosis.

Los coeficientes medios de similitud de Dice mostraron una relación en forma de campana a lo largo de la cohorte. Los valores alcanzaron su punto máximo entre 160 y 200 voltios por centímetro, y la cobertura tumoral disminuyó gradualmente a medida que aumentaban los umbrales. Se observó una marcada heterogeneidad entre los casos, con valores óptimos de Dice que oscilaron entre 0,0156 y 0,7684, y valores óptimos correspondientes de Iso que variaron entre 100 y 500 voltios por centímetro.

Una superposición representativa mostró una correspondencia espacial entre la necrosis tumoral post-tratamiento y el volumen de isodosis de 200 voltios por centímetro. Un paciente de 59 años con metástasis epidural en L3 por colangiocarcinoma presentó menos del 5 % de necrosis tumoral y ninguna mejoría tras la electroquimioterapia inicial. La simulación retrospectiva con AI4DEEP demostró una cobertura tumoral inadecuada al umbral de 200 voltios por centímetro.

Un tratamiento repetido con una configuración de electrodos ajustada logró una cobertura tumoral superior al 90 %, lo que resultó en una respuesta clínica y radiológica completa. Un paciente de 67 años con carcinoma de células claras de riñón y enfermedad epidural en L5-S1 desarrolló radiculopatía derecha tras la electroquimioterapia. La simulación AI4DEEP mostró una extensión del campo de 300 voltios por centímetro hacia el foramen S1 derecho, lo que concuerda con la lesión confirmada por resonancia magnética posoperatoria en la raíz nerviosa S1 derecha.

El principal desafío consiste en identificar el umbral de isodosis relevante para cada tratamiento, órgano y contexto clínico. Se pueden realizar análisis adicionales para evaluar la segmentación automática, la incertidumbre en el registro y las relaciones dosis-respuesta entre umbrales de campo eléctrico. Estudios futuros deberían validar estos hallazgos iniciales en cohortes más grandes de metástasis espinales y en otras indicaciones de electroquimioterapia.