Summary
Denne protokol beskriver en række automatiserede værktøjer designet til strålebehandling af høj kvalitet, autokonturering og autoplanlægning, der pakkes ind i en webbaseret tjeneste for at maksimere robusthed og skalerbarhed, samtidig med at driftsomkostningerne minimeres.
Abstract
Adgang til strålebehandling på verdensplan er begrænset. Radiation Planning Assistant (RPA) er et fuldt automatiseret, webbaseret værktøj, der udvikles til at tilbyde fuldautomatiske planlægningsværktøjer til strålebehandling til klinikker med begrænsede ressourcer. Målet er at hjælpe kliniske teams med at skalere deres indsats og dermed nå ud til flere patienter med kræft. Brugeren opretter forbindelse til RPA via en webside, udfylder en serviceanmodning (recept og oplysninger om strålebehandlingsmålene) og uploader patientens CT-billedsæt. RPA tilbyder to tilgange til automatiseret planlægning. I et-trins planlægning bruger systemet serviceanmodningen og CT-scanningen til automatisk at generere de nødvendige konturer og behandlingsplan. I totrinsplanlægning gennemgår og redigerer brugeren de automatisk genererede konturer, før RPA'en fortsætter med at generere en volumenmoduleret bueterapiplan. Den endelige plan downloades fra RPA-webstedet og importeres til brugerens lokale behandlingsplanlægningssystem, hvor dosis genberegnes for den lokalt bestilte linac; Om nødvendigt redigeres planen forud for godkendelse til klinisk brug.
Introduction
Det globale antal kræfttilfælde forventes at vokse til ca. 24,6 millioner i 2030, med den største byrde i lav- og mellemindkomstlande (LMIC'er)1. Strålebehandling er en omkostningseffektiv, helbredende og palliativ behandling af kræft, der giver fordele for ca. 50% af patienterne med kræft og til 60-70% i lavindkomstlande, hvor patienter er mere tilbøjelige til at præsentere på et sent stadium 2,3. Imidlertid er adgangen til strålebehandling på verdensplan begrænset4; For eksempel har ingen lande i Afrika strålebehandlingskapacitet til at opfylde deres anslåede behov5. Flere undersøgelser har estimeret disse forestående mangler, og hvad der ville være nødvendigt for at imødekomme kommende behov 6,7.
Lancet Oncology Commission gjorde den overbevisende sag, at investeringer i forbedringer af strålebehandlingskapaciteten ikke kun ville redde liv, men også ville medføre positive økonomiske fordele3. De påpegede også specifikt, at automatisering af strålebehandlingskonturering og behandlingsplanlægning kan hjælpe kliniske teams med at skalere deres indsats ved betydeligt at reducere den tid, der bruges på disse opgaver af henholdsvis onkologer og fysikere, hvilket gør målene mere opnåelige.
Vores forskningsgruppe har arbejdet sammen med kliniske teams hos MD Anderson og på hospitaler over hele verden for at udvikle webbaserede automatiserede værktøjer. Denne pakke af værktøjer (kaldet RPA) giver kunstig intelligens-baseret konturering (skitsering af tumorer og nærliggende organer på CT-scanninger) og strålebehandling behandlingsplanlægning (som definerer præcis, hvordan strålingen leveres). Denne webbaserede platform giver fordelen ved reduceret tid og ressourcer, der er nødvendige for at udarbejde planer af høj kvalitet for hver patient.
Vores erfaring med en tidlig version af et AI-baseret værktøj hos MD Anderson har vist, at automatiseret konturering kan spare op til 2 timer pr. patient - en betydelig effektivisering af arbejdsgangen. Det betyder, at det nuværende kliniske personale vil kunne skalere deres indsats og behandle flere patienter med strålebehandling af højere kvalitet. Ved at tilbyde disse værktøjer via en fuldautomatisk, webbaseret service (Radiation Planning Assistant [RPA], RPA.mdanderson.org), kan vi minimere omkostningerne for patienter og udbydere og maksimere rækkevidden af dette værktøj.
Vi har udviklet RPA i 6 år, og der er foretaget flere væsentlige ændringer, siden vi første gang publicerede på RPA-arbejdsgangene8. Disse omfatter udvikling af RPA til et webbaseret værktøj, hvilket reducerer omkostningerne forbundet med installation og vedligeholdelse og forbedrer systemets robusthed. Andre forbedringer omfatter ændringer i brugergrænsefladerne for at forbedre brugervenligheden og reducere risikoen for fejl9 og udvide behandlingsmulighederne (specifikt strålebehandlingsplanlægning for bryst10 efter mastektomi og metastaser til hjernen11). Den her beskrevne protokol er således væsentligt mere avanceret end den oprindelige version, der tidligere er offentliggjort.
RPA bruger en et-trins proces til at oprette konturer og planer i situationer, hvor redigering af konturerne generelt ikke er nødvendig for at oprette behandlingsplanen. Dette omfatter planlægning af behandling af livmoderhalskræft med fire felter (baseret på knoglelandemærker eller automatisk genererede bløddelskonturer)12,13,14,15, tangentielle eller supraklavikulære felter til brystkræft efter mastektomi11 og modsatte laterale til helhjernebehandlinger 16. I den nærmeste fremtid forventer vi at tilføje kraniospinale behandlinger for pædiatrisk kræft17, trefeltsbehandlinger for endetarmskræft18 og behandlingsplanlægning for forskellige palliative tilfælde (hvirveldyr, hofter og ribben)19 samt lunge- og blærekræft. I øjeblikket kræver mere avancerede behandlinger, specifikt volumenmoduleret lysbueterapi (VMAT), en totrinsproces, hvor automatisk genererede konturer redigeres inden behandlingsplanlægning13,20. Kvaliteten af deep learning-baseret autokonturering er dog sådan, at vi forventer at ændre disse planlægningsmetoder til en et-trins proces i fremtiden. Denne protokol fokuserer på et-trins planlægning.
Figur 1 viser den overordnede arbejdsgang for oprettelse af en strålebehandlingsplan ved hjælp af RPA, med flere detaljer om de forskellige opgaver vist i tabel 1. Sammenfattende kræver RPA en udfyldt serviceanmodning (som indeholder oplysninger såsom dosisordination og behandlingsmetode) og en patients individuelle CT-scanning. Serviceanmodningen skal accepteres af en strålingsonkolog. CT-scanningen skal accepteres af en klinisk bruger for at sikre, at RPA-beregningerne udføres på den korrekte CT-scanning. Når RPA'en har genereret en plan, skal den downloades fra RPA-webstedet og importeres til brugerens behandlingsplanlægningssystem, hvor dosis skal genberegnes. Dette er nødvendigt, fordi RPA beregner planer på standardbjælker (fås til flere linac-modeller), som muligvis ikke nøjagtigt matcher stråleegenskaberne for den lokale linac. Denne tilgang blev taget for at reducere omkostningerne, selvom tilpasning kan være nødvendig, hvis lokalbjælkerne er væsentligt forskellige fra vores standardbjælker. Brugerne (behandlingsplanlægger og strålingsonkolog) kan foretage redigeringer af planen. Planen indgår derefter i brugerens typiske kliniske arbejdsgang, herunder lokal kvalitetssikringskontrol. Endelig skal brugeren uploade sin endelige (genberegnede og redigerede) plan til RPA-webstedet, hvor der udføres en automatisk sammenligning mellem den endelige plan og RPA-planen. Dette er en nyttig kontrol af dataintegriteten i den overordnede arbejdsgang.
Figur 1: Arbejdsgange for den automatiserede behandlingsplanlægningsproces. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Opgave # i figur 1 | Opgavebeskrivelse | Sted | |||
| Gennemgå status for eventuelle tidligere patienter | Hoved instrumentbræt | ||||
| 1 | Udfyld en serviceanmodning på RPA-webstedet | Dashboard til serviceanmodning | |||
| 2 | Overfør en CT-scanning til RPA-webstedet | CT-scanning dashboard | |||
| 3 | Kontroller patientens status | Hoved instrumentbræt | |||
| Gennemgå og download RPA-planen | Hoved instrumentbræt | ||||
| 4 | Importer planen til brugerens TPS, genberegne dosis og foretage redigeringer efter behov | Lokal TPS | |||
| 5, 6 | Upload den endelige plan til RPA-webstedet | Dashboard til sammenligning af planer | |||
| Gennemgå den automatiske sammenligning af den endelige plan og RPA-planen | Dashboard til sammenligning af planer | ||||
| - | Planen indgår i brugerens rutinemæssige kliniske arbejdsgang, herunder regelmæssig kvalitetssikring | Brugerens egen software | |||
Tabel 1: Oversigt over de opgaver, der er involveret i oprettelse af en RPA-plan ved hjælp af 1-trins arbejdsgangen. Lokal TPS: Brugerens behandlingsplanlægningssystem.
Dette manuskript beskriver denne et-trins arbejdsgang for RPA og præsenterer nogle eksempler på resultater af behandlingsplanlægningsprocessens output. I øjeblikket bruger følgende planlægningsmetoder denne et-trins arbejdsgang: i) Fire-feltboks behandlingsplaner for livmoderhalskræftpatienter (knoglede vartegnbaserede åbninger); ii) behandlingsplaner med fire feltbokse for patienter med livmoderhalskræft (feltåbninger baseret på blødt væv) iii) tangentielle og supraklavikulære behandlingsplaner for brystvægspatienter iv) behandlingsplaner for hele hjernen.
Protocol
Alle patientdata, der blev brugt til evaluering af RPA, blev brugt retrospektivt med godkendelse fra University of Texas MD Anderson Institutional Review Board. RPA består af en række dashboards placeret til venstre for hovedmenuen på RPA-websiden (figur 2). Figur 2 viser hoveddashboardet. Alle dashboards har et lignende udseende, men fokuserer på forskellige opgaver og personale. Følgende protokol beskriver nøgleprocesserne for automatisk oprettelse af en behandlingsplan.
Figur 2: Skærmbillede af RPA's hoveddashboard. Klik her for at se en større version af denne figur.
1. Komplet serviceanmodning
- Sådan opretter og accepterer du en ny serviceanmodning til automatisk planlægning:
- Gå til dashboardet Serviceanmodning ved at klikke på kanalen Serviceanmodning.
- Klik på Ny formular for at generere en ny serviceanmodningsformular.
- Udfyld spørgsmålene i afsnit 1: Demografi. Vælg behandlingsteknikken fra rullemenuen Behandling . Klik på personen
i behandlingsteknikken pulldown for at få adgang til yderligere detaljer om behandlingsteknikken. - I afsnit 2: Generelle spørgsmål om behandling skal du udfylde spørgsmålene. Disse spørgsmål er de samme for alle patienter; deres formål er aktivt at engagere brugeren i at afgøre, om RPA-planen er passende for den aktuelle patient.
- Afsnit 3: Behandlingsspecifikke spørgsmål, udfyld spørgsmålene for den valgte behandlingsmetode, herunder detaljer om behandlingsmål og recept.
- Klik på send. Når PDF-filen med serviceanmodning er genereret automatisk, skal du vælge patienten på patientlisten (på dashboardet Serviceanmodning). Gennemse PDF-filen med serviceanmodning (figur 3), rul om nødvendigt, og klik på Acceptér for at godkende serviceanmodningen.
BEMÆRK: Denne PDF skal accepteres af en strålingsonkolog, før RPA starter automatiseret konturering og planlægning. Status for RPA-planen kan bestemmes på siden Serviceanmodning, som vist i tabel 2. Et eksempel på en serviceanmodning, der blev oprettet for en bløddelsbaseret 4-feltplan for livmoderhalskræft, er vist i figur 3.
i behandlingsteknikken pulldown for at få adgang til yderligere detaljer om behandlingsteknikken.
| Status | Resumé | |||
| Afventer gennemgang | Serviceanmodningen for denne patient er allerede oprettet og venter på, at strålingsonkologen accepterer den. | |||
| Accepteret | Serviceanmodningen for denne patient er blevet accepteret. Status for denne patient i dashboardet Serviceanmodning ændres ikke, før en CT-scanning for denne patient accepteres. | |||
| Afvist af bruger | Brugeren afviste serviceanmodningen. | |||
| Forelagt | Denne sag er blevet indsendt til RPA - flere detaljer om denne patients status kan findes på hoveddashboardet. | |||
| RPA-systemfejl | Behandling af RPA blev påbegyndt, men RPA'en stødte på en fejl og kunne ikke fuldføre sin opgave. | |||
Tabel 2: Patientstatuskategorier for dashboardet Serviceanmodning.
Figur 3: Et eksempel på en serviceanmodning oprettet for en bløddelsbaseret 4-feltplan for livmoderhalskræft. Klik her for at se en større version af denne figur.
2. Upload CT-scanning og accepter til automatiseret planlægning
Figur 4 viser et skærmbillede af arbejdsområdet CT-gennemgang. Sådan uploader og gennemgår du en CT-scanning:
Figur 4: Et skærmbillede af arbejdsområdet CT-gennemgang. Klik her for at se en større version af denne figur.
- Gå til CT Scans-dashboardet ved at klikke på CT Scans-kanalen.
- Klik på knappen Upload CT . Vælg den mappe, hvor CT-scanningen (DICOM-format) er gemt ved hjælp af mappestifinderen, der automatisk åbnes. Følg vejledningen for at bekræfte valget.
- Gennemse den overførte CT-scanning ved at vælge patienten på patientlisten for at åbne CT-fremviseren for denne patient (figur 4), og brug derefter følgende kontrolelementer:
- Indlæs hele 3D CT-billedsættet ved at klikke på Indlæs CT.
BEMÆRK: Andre navigationsværktøjer er ikke aktive, før dette er fuldført. - Rul mellem udsnit i alle visninger, og brug et af følgende værktøjer:
- Klik på <, > knapperne under hver CT-visning for at gå til næste skive.
- Klik på <<, >> knapperne under hver CT-visning for at flytte fem skiver i den valgte retning.
- Musens rullehjul: Flyt markøren hen over en CT-visning, og brug derefter musens rullehjul til at rulle mellem udsnit.
- Klik på knappen Skær for at overlejre et trådkors på hver CT-visning (aksial, koronal og sagittal). Klik på en af de tre visninger for at flytte trådkorset til dette punkt - de andre visninger følger i overensstemmelse hermed. Klik på knappen Skær for at slå dette værktøj til/fra.
- Klik på knappen Zoom/panorering . Gennemgå billedet yderligere ved hjælp af musehjulet for at zoome den visning, hvor markøren er placeret, eller højreklik og hold nede på en CT-visning, og flyt derefter musen for at panorere.
- Klik på Markeret Iso for at flytte CT-visningerne til det markerede isocenter (baseret på automatisk detektion af tre radioaktive markører).
BEMÆRK: Denne knap er inaktiv, hvis 3D CT-billedsættet ikke er indlæst (klik på Indlæs 3D for at løse dette), eller hvis RPA'en ikke kunne registrere et markeret isocenter (som identificeret med en trepunktsopsætning).
- Indlæs hele 3D CT-billedsættet ved at klikke på Indlæs CT.
- Klik på knappen Ref Point for at tilføje et referencepunkt.
- Flyt de tre visninger til den ønskede referencepunktplacering ved hjælp af skæringsværktøjet .
- Klik på knappen Ref Point for at tilføje et referencepunkt.
- Hvis der allerede er valgt et referencepunkt, flyttes de tre visninger til dette punkt, når du klikker på Ref-punkt .
BEMÆRK: Denne knap føjer et referencepunkt til et billede, hvis der ikke findes et referencepunkt. Det kan også flytte CT-billedvisningerne til referencepunktet, hvis der allerede findes et. Et nyt referencepunkt kan kun vælges for CT-scanninger, der ikke er accepteret. Nedenfor er trinene til at tilføje et referencepunkt: - For at vælge et nyt referencepunkt skal du først rydde det aktuelle referencepunkt ved at klikke på Ryd referencepunkt og derefter tilføje et nyt. RPA accepterer kun ét referencepunkt.
- Accepter CT-scanningen. Efter at have gennemgået patientens CT-scanning som allerede beskrevet ovenfor, skal du udføre følgende trin:
- Besvar spørgsmålene under CT-billederne for at minimere risikoen og reducere forekomsten af fejl i de efterfølgende RPA-beregninger.
- Vælg Acceptér , og følg vejledningen.
BEMÆRK: Denne opgave kan udføres af enhver, der er identificeret som klinisk bruger af RPA. Statuskategorierne for aktuelle patienter kan ses på CT Scans dashboard og er vist i tabel 3.
| Status | Resumé | |||
| Afventer gennemgang | CT-scanningen har gennemgået indledende behandling og venter på, at brugeren gennemgår og accepterer scanningen. | |||
| Accepteret | CT-scanningen for denne patient er blevet accepteret. Bemærk, at status for denne patient i CT Scan-dashboardet ikke ændres, før en serviceanmodning accepteres. | |||
| Afvist af bruger | CT-scanningen blev afvist af brugeren. | |||
| Forelagt | Denne sag er blevet indsendt til RPA - flere detaljer om denne patients status kan findes på hoveddashboardet. | |||
| RPA-systemfejl | RPA'ens behandling blev indledt, men RPA'en stødte på en fejl og kunne ikke fuldføre sine opgaver. | |||
Tabel 3: Patientstatuskategorier for CT-scanningsdashboardet.
3. Overvåg planlægningens fremskridt
Statuskategorierne for aktuelle patienter kan ses på hoveddashboardet (tabel 4). Sådan udfører du en foreløbig gennemgang af en fuldført RPA-plan og downloader den til brug:
| Status | Resumé | |||
| Ingen accepteret CT-scanning | Denne patient har ingen accepteret CT-scanning (men en accepteret serviceanmodning er tilgængelig). | |||
| Ingen accepteret serviceanmodning | Denne patient har ingen accepteret serviceanmodning (men en accepteret CT-scanning er tilgængelig). | |||
| Kø | Dataene for denne patient er sendt til RPA-systemet og står i kø til behandling. | |||
| Behandling | Den indledende behandling af denne patients data er i gang. | |||
| Behandling-konturering | RPA-konturerne genereres. | |||
| Rapport om behandling og konturering | RPA-konturrapporten genereres. | |||
| Konturer af typen Komplet RPA | Konturer, der genereres af RPA'en, er komplette og klar til at blive downloadet og redigeret (kun arbejdsprocesser i 2 trin). | |||
| Afventer konturgennemgang | Planlægningskonturer (dvs. konturer, efter at brugeren har foretaget redigeringer/tilføjelser) er blevet uploadet tilbage til RPA'en, og rapporten Plankonturer er genereret. Brugeren skal acceptere denne rapport (fra kontrolpanelet for konturer). | |||
| Konturer i kø | Planlægningskonturerne (dvs. konturer, efter at brugeren har foretaget redigeringer/tilføjelser) sættes i kø til behandling forud for RPA-planlægningsprocessen. | |||
| Forudplan i kø | Denne patients plan er sat i kø til planlægningsprocessen. | |||
| Behandling-preplan | Preplanning behandling er i gang. | |||
| Optimering i kø | Denne patients plan er sat i kø til planoptimeringsprocessen. | |||
| Behandling–optimering | Planoptimering er i gang. | |||
| Kø – QA | Denne patients plan er sat i kø til den automatiserede kvalitetssikringsproces (QA). | |||
| Behandling – QA | Planen QA er i gang. | |||
| Rapport om behandlingsplan | Den endelige planrapport er ved at blive behandlet. | |||
| Komplet RPA-plan | RPA-planen er komplet og klar til download. | |||
| Fejl – RPA mislykkes | En RPA-proces mislykkedes. | |||
Tabel 4: Patientstatuskategorier for hoveddashboardet.
- Gennemse en fuldført RPA-plan ved at vælge patienten og derefter vælge Gennemse øverst på hoveddashboardet. Gennemse RPA-planrapporten (PDF) for den pågældende patient, der automatisk åbnes i en ny fane.
BEMÆRK: PDF-filen med RPA-planrapporten kan også åbnes fra downloadvinduet. - Download en færdig RPA-plan ved at klikke på downloadikonet. Vent på, at et vindue åbnes, og DICOM-filerne sammen med RPA-planrapporten (PDF) downloades til import til behandlingsplanlægningssystemet.
4. Import af RPA-planen til brugerens behandlingsplanlægningssystem og gennemgang til klinisk brug
BEMÆRK: Når RPA-planen er downloadet (DICOM-filer), skal følgende trin udføres i brugerens behandlingsplanlægningssystem:
- Importer patientens CT-scanning til den lokale TPS. Dette er den oprindelige scanning, der blev uploadet til RPA.
- Importer RPA-planen og RPA-konturerne til den lokale TPS.
- Genberegne dosis ved hjælp af den lokale kommissionerede dosisberegningsalgoritme og den anvendte faste MU-indstilling .
- Sammenlign de importerede konturer og den beregnede dosis med konturerne i RPA-rapporten (for at kontrollere, om importen er korrekt).
- Gennemgå planen for hensigtsmæssighed, og rediger den efter behov.
BEMÆRK: Dette trin kan omfatte redigering af feltfigurer og renormalisering af felterne. Det er meget vigtigt, at det kliniske team gennemgår den endelige plan i deres behandlingsplanlægningssystem og foretager eventuelle redigeringer før klinisk brug.
5. Upload af den endelige plan til RPA-webstedet og gennemgang af den automatiske sammenligning af den endelige plan og RPA-planen
Patienter, for hvem der er genereret en RPA-plan, vises i dashboardet til sammenligning af planer. Dashboardet til sammenligning af planer indeholder de statuskategorier, der er vist i tabel 5 for aktuelle patienter. Sådan uploader du den endelige brugerplan og gennemgår en automatisk sammenligning af brugerplanen og RPA-planen:
| Status | Resumé | |||
| Afventende upload af plan | Denne status vises, når der er oprettet en sag. | |||
| Behandling | Plansammenligningen behandles. | |||
| Afventende upload af plan – PRØV IGEN | Plansammenligning er ikke mulig. Brugeren skal gennemgå de uploadede filer og prøve igen. Mulige årsager til denne status omfatter upload af de forkerte filer. | |||
| Sammenligning klar-pass | Plansammenligningsrapporten er klar til gennemgang. Alle plansammenligninger bestod kriterierne. Nogle sammenligninger kan blive markeret – brugeren bør gennemgå rapporten. | |||
| Sammenligning klar til fejl | Plansammenligningsrapporten er klar til gennemgang. Nogle sammenligninger mislykkedes med de fastsatte kriterier - brugeren skal omhyggeligt gennemgå rapporten og bestemme årsagen. | |||
Tabel 5: Patientstatuskategorier for dashboardet til sammenligning af planer.
- Vælg patienten, og klik derefter på Upload plan.
- Vælg DICOM-strukturfilen, plan- og dosisfilerne, der skal uploades.
- Gennemgå plansammenligningsrapporten ved først at vælge patienten. Gennemgå derefter rapporten Plansammenligning (Figur 5), som åbnes nederst på skærmen (et eksempel er vist i Figur 5).
Figur 5: Et eksempel på den automatiske plan sammenligningsrapport. Klik her for at se en større version af denne figur.
Representative Results
Formålet med hoveddashboardet (figur 1) er at give et hurtigt overblik over status for nuværende patienter i RPA, muliggøre en hurtig gennemgang af afsluttede planer, downloade afsluttede planer til gennemgang og redigering i brugerens behandlingsplanlægningssystem og levere avancerede patientnavigations- og sorteringsværktøjer. For at patienter kan vises her, skal de have mindst et af følgende: (1) En accepteret CT-scanning eller (2) en accepteret serviceformular. Statuskategorierne for aktuelle patienter kan ses på hoveddashboardet (tabel 4).
Et eksempel lateralt felt fra en helhjerne strålebehandling plan er vist i figur 6. Et eksempel på et lateralt felt fra en knogle vartegnbaseret 4-felt boksplan for livmoderhalskræft er vist i figur 7. I begge tilfælde skal den endelige plan downloades og derefter importeres til brugerens behandlingsplanlægningssystem, hvor resultaterne skal gennemgås, redigeres og genberegnes. RPA opretter også en endelig planrapport (PDF), der indeholder serviceanmodningen (se eksemplet i figur 3), CT-godkendelsesrapport og andre detaljer om behandlingsplanen.
Formålet med dashboardet Serviceanmodning (tabel 2) er at give en hurtig statusoversigt over serviceanmodningen for aktuelle patienter i RPA'en, oprette en ny serviceanmodning, acceptere en fuldført serviceanmodning og redigere en serviceanmodning. Patienter, der har en indsendt eller accepteret serviceanmodning, vises på dette dashboard, som er tilgængeligt for alle brugere af RPA. Det er dog kun brugere, der er registreret i RPA-systemet som strålingsonkologer, der kan acceptere en serviceanmodning.
Formålet med CT-dashboardet (tabel 3) er at give et hurtigt statusoverblik over CT-scanninger for nuværende patienter i RPA, uploade nye CT-scanninger, gennemgå og acceptere CT-scanninger og tilføje referencepunkter til CT-scanninger. Referencepunkter tilføjes for at guide RPA i nogle specifikke situationer, f.eks. når brugeren ønsker at bruge en ikke-standard overordnet kant til enkle 4-felts boksplaner for livmoderhalskræft. Patienter, for hvem der er uploadet en CT-scanning, vises her. Alle brugere kan se CT-dashboardet, men kun brugere, der er registreret som kliniske brugere, kan acceptere CT-scanningerne.
Når brugeren har bekræftet deres endelige plan, kan de eksportere den fra deres TPS og uploade den til RPA. Formålet med denne proces er at give en måde at kontrollere, at dataene blev kommunikeret korrekt mellem forskellige enheder.
Patienter, for hvem der er genereret en RPA-plan, vises i dashboardet til sammenligning af planer. Dashboardet til sammenligning af planer indeholder de statuskategorier, der er vist i tabel 5 for aktuelle patienter.
Figur 6: Typisk lateralt felt for helhjerne strålebehandling. Denne visning viser fremspringene af strukturens konturer samt positionerne for hovedkollimatorerne (gul) og flerbladet kollimatorer (blå). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Et eksempel på sidefelt fra en knoglet vartegnbaseret 4-feltkasseplan for livmoderhalskræft. Denne visning viser positionerne for hovedkollimatorerne (gul) og flerbladede kollimatorer (blå). Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
Denne protokol beskriver trinene i oprettelsen af automatiserede behandlingsplaner ved hjælp af RPA. De vigtigste trin er (1) CT-upload og godkendelse, (2) fuldførelse og godkendelse af serviceanmodning, (3) download og import af plan til brugerens TPS og genberegning af dosis og planredigering og (4) upload af den endelige redigerede plan til sammenligning med RPA-planen. Rækkefølgen af CT-godkendelsen og serviceanmodningsgodkendelsen er udskiftelige. Nogle planer, specifikt volumenmodulerede bueterapiplaner for hoved- og hals- og livmoderhalskræft, oprettes i en totrinsproces, hvor yderligere brugerinteraktioner og konturerne og planerne genereres separat. Samlet set er processerne dog ens, og vi forventer, at disse avancerede behandlingsplanlægningsmetoder kan ændres til en et-trins proces i fremtiden. Den overordnede kliniske acceptabilitet, der kan forventes af disse værktøjer og af værktøjer, der er under udvikling til fremtidige versioner, findes i vores offentliggjorte arbejde 10,12,14,15,16,17,18,19,20,21,22.
Disse værktøjer har flere begrænsninger, som beskrevet i vores tidligere arbejde, som undersøgte risiko ved indsættelse af stråleplanlægningsassistenten i strålebehandlingsklinikker 9,23. Selvom brugergrænsefladen er designet til at minimere risikoen for uhensigtsmæssig dataindtastning, såsom CT-billeder, der ikke har tilstrækkeligt synsfelt eller fejl i manuel dataindtastning, er der stadig potentiale for fejl. Specifikt er menneskelige fejl, automatiseringsbias (overdreven afhængighed af resultaterne) og softwarefejl bekymrende9. Omhyggelig gennemgang og om nødvendigt redigering af de automatisk genererede konturer og planer er afgørende for sikker brug af strålingsplanlægningsassistenten. Generelt bør disse gennemgange følge den samme proces, som følges ved fysikeres og strålingsonkologers gennemgang af kliniske planer, selv om dette kan understøttes af brugen af tjeklister, der er udviklet specifikt til at supplere manuel gennemgang af automatisk oprettede behandlingsplaner24.
Der er situationer, hvor RPA ikke kan generere en plan og rapporterer en fejl til brugeren. I næsten alle tilfælde vil dette skyldes, at RPA støder på uventede data, som den ikke kan fortolke, såsom utilstrækkeligt synsfelt eller patientpositionering (f.eks. Hvis et CT-billede blev taget ved hjælp af en liggende protokol, men med patienten i en udsat position). Brugeren kan muligvis identificere problemet baseret på, hvor fejlen rapporteres. I de fleste tilfælde kan disse situationer kun afhjælpes ved manuel konturering eller planlægning. RPA-teamet kan muligvis også gennemse logfiler for at identificere problemet.
RPA er designet og udviklet specielt til at bringe autokonturerings- og autoplanlægningsværktøjer af høj kvalitet til klinikker med begrænsede ressourcer, især dem i lav- og mellemindkomstlande. Vi arbejder i øjeblikket gennem de lovgivningsmæssige, juridiske og administrative processer, der vil føre til, at RPA anvendes klinisk. Når det sker, forventer vi nøje at overvåge brugen og foretage ændringer i arbejdsgangen eller brugergrænsefladerne som reaktion på uventede risici eller anden brugerfeedback. Målet er at levere værktøjer, der understøtter strålebehandlingstjenester, således at lokale kliniske teams kan skalere deres indsats og forbedre adgangen til ensartede strålebehandlingsplaner af høj kvalitet. Vi håber, at dette vil føre til forbedrede patientresultater samt reducerede ventetider. Selvom den nuværende portefølje er begrænset til kræft i hoved og hals, bryst og livmoderhals samt helhjernebestråling for hjernemetastaser, arbejder vi på yderligere behandlinger, der vil blive indarbejdet i fremtidige versioner 17,18,19.
Disclosures
LEC har aktieoptioner i Leo Cancer Care. HB er nu ansat hos Varian Medical Systems. AJ har en konsulentstilling hos Genentech. JB har en konsulentstilling hos Icon Cancer Care; WS har en konsulentstilling hos IBA Dosimetry; JY har modtaget rejsefinansiering fra SunNuclear Corp; HS har modtaget honoraria fra Cipla.
Acknowledgments
Dette arbejde blev finansieret af National Cancer Institute og Wellcome Trust med yderligere støtte fra Varian Medical Systems. Vores nuværende system bruger Eclipse til behandlingsplanlægningsfunktioner. Vi vil også gerne takke Ann Sutton fra Editing Services, Research Medical Library, UT MD Anderson Cancer Center. Ud over den institutionelle finansiering til RPA-udvikling modtager vores forskerhold finansiering fra Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) og Fund for Innovation in Cancer Informatics, University of Texas MD Anderson Cancer Center.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Radiation Planning Assistant | MD Anderson Cancer Center | na | webpage |
References
- Ferlay, J., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: Sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. International Journal of Cancer. 136 (5), E359-E386 (2015).
- Elmore, S. N. C., et al. Global palliative radiotherapy: a framework to improve access in resource-constrained settings. Annals of Palliative Medicine. 8 (3), 274-284 (2019).
- Atun, R., et al. Expanding global access to radiotherapy. The Lancet. Oncology. 16 (10), 1153-1186 (2015).
- Yap, M. L., Zubizarreta, E., Bray, F., Ferlay, J., Barton, M. Global access to radiotherapy services: have we made progress during the past decade. Journal of Global Oncology. 2 (4), 207-215 (2016).
- Elmore, S. N. C., et al. C. al. Radiotherapy resources in Africa: an International Atomic Energy Agency update and analysis of projected needs. The Lancet. Oncology. 22 (9), e391-e399 (2021).
- Datta, N. R., Samiei, M., Bodis, S. Radiation therapy infrastructure and human resources in low- and middle-income countries: present status and projections for 2020. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 89 (3), 448-457 (2014).
- Ward, Z. J., Scott, A. M., Hricak, H., Atun, R. Global costs, health benefits, and economic benefits of scaling up treatment and imaging modalities for survival of 11 cancers: a simulation-based analysis. The Lancet. Oncology. 22 (3), 341-350 (2021).
- Court, L. E., et al. Radiation Planning Assistant - a streamlined, fully automated radiotherapy treatment planning system. Journal of Visualized Experiments. (134), e57411 (2018).
- Nealon, K. A., et al. Using failure mode and effects analysis to evaluate risk in the clinical adoption of automated contouring and treatment planning tools. Practical Radiation Oncology. 12 (4), e344-e353 (2022).
- Kisling, K., et al. Automated treatment planning of postmastectomy radiotherapy. Medical Physics. 46 (9), 3767-3775 (2019).
- Xiao, Y., et al. Customizable landmark-based field aperture design for automated whole-brain radiotherapy treatment planning. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 24 (3), e13839 (2022).
- Kisling, K., et al. Fully automatic treatment planning for external-beam radiation therapy of locally advanced cervical cancer: a tool for low-resource clinics. Journal of Global Oncology. 5, 1-9 (2019).
- Rhee, D. J., et al. Clinical acceptability of fully automated external beam radiotherapy for cervical cancer with three different beam delivery techniques. Medical Physics. 49 (9), 5742-5751 (2022).
- Rhee, D. J., et al. Automated radiation treatment planning for cervical cancer. Seminars in Radiation Oncology. 30 (4), 340-347 (2020).
- Rhee, D. J., et al. Automatic contouring system for cervical cancer using convolutional neural networks. Medical Physics. 47 (11), 5648-5658 (2020).
- Xiao, Y., et al. Automated WBRT treatment planning via deep learning auto-contouring and customizable landmark-based field aperture design. arXiv. , (2022).
- Hernandez, S., et al. Automating the treatment planning process for 3D-conformal pediatric craniospinal irradiation therapy. Pediatric Blood & Cancer. 70 (3), e30164 (2023).
- Huang, K., et al. Automation of radiation treatment planning for rectal cancer. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13712 (2022).
- Netherton, T. J., et al. An automated treatment planning framework for spinal radiation therapy and vertebral-level second check. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 114 (3), 516-528 (2022).
- Olanrewaju, A., et al. Clinical acceptability of automated radiation treatment planning for head and neck cancer using the Radiation Planning Assistant. Practical Radiation Oncology. 11 (3), 177-184 (2021).
- Rhee, D. J., et al. Automatic contouring QA method using a deep learning-based autocontouring system. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (8), e13647 (2022).
- Rhee, D. J., et al. Automatic detection of contouring errors using convolutional neural networks. Medical Physics. 46 (11), 5086-5097 (2019).
- Kisling, K., et al. A risk assessment of automated treatment planning and recommendations for clinical deployment. Medical Physics. 46 (6), 2567-2574 (2019).
- Nealon, K. A., Court, L. E., Douglas, R. J., Zhang, L., Han, E. Y. Development and validation of a checklist for use with automatically generated radiotherapy plans. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13694 (2022).
