Methodenartikel

Radiation Planning Assistant - Een webgebaseerde tool ter ondersteuning van hoogwaardige radiotherapie in klinieken met beperkte middelen

DOI:

10.3791/65504

⸱

6 oktober 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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 dit artikel

Samenvatting

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

Dit protocol beschrijft een reeks geautomatiseerde tools die zijn ontworpen voor autocontouring en autoplanning van radiotherapie van hoge kwaliteit en die worden verpakt in een webgebaseerde service om de robuustheid en schaalbaarheid te maximaliseren en tegelijkertijd de operationele kosten te minimaliseren.

Samenvatting

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

De toegang tot radiotherapie is wereldwijd beperkt. De Radiation Planning Assistant (RPA) is een volledig geautomatiseerde, webgebaseerde tool die wordt ontwikkeld om volledig geautomatiseerde planningstools voor radiotherapiebehandelingen aan te bieden aan klinieken met beperkte middelen. Het doel is om klinische teams te helpen hun inspanningen op te schalen, waardoor meer patiënten met kanker worden bereikt. De gebruiker maakt via een webpagina verbinding met de RPA, vult een serviceverzoek in (voorschrift en informatie over de radiotherapiedoelen) en uploadt de CT-beeldset van de patiënt. De RPA biedt twee benaderingen voor geautomatiseerde planning. Bij een eenstapsplanning genereert het systeem aan de hand van de serviceaanvraag en CT-scan automatisch de benodigde contouren en het behandelplan. Bij een planning in twee stappen beoordeelt en bewerkt de gebruiker de automatisch gegenereerde contouren voordat de RPA doorgaat met het genereren van een volumegemoduleerd boogtherapieplan. Het definitieve plan wordt gedownload van de RPA-website en geïmporteerd in het lokale behandelingsplanningssysteem van de gebruiker, waar de dosis opnieuw wordt berekend voor de lokaal in gebruik genomen linac; Indien nodig wordt het plan bewerkt voordat het wordt goedgekeurd voor klinisch gebruik.

Inleiding

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

Het wereldwijde aantal gevallen van kanker zal naar verwachting groeien tot ongeveer 24,6 miljoen in 2030, met de grootste last in lage- en middeninkomenslanden (LMIC's)1. Radiotherapie is een kosteneffectieve, curatieve en palliatieve behandeling voor kanker, die voordelen biedt aan ongeveer 50% van de patiënten met kanker en aan 60-70% in lage-inkomenslanden waar patiënten meer kans hebben om zich in een laat stadium te presenteren 2,3. De toegang tot radiotherapie wereldwijd is echter beperkt4; geen enkel land in Afrika heeft bijvoorbeeld de radiotherapiecapaciteit om aan hun geschatte behoefte te voldoen5. Verschillende studies hebben een schatting gemaakt van deze dreigende tekorten en wat er nodig zou zijn om aan de komende behoeften te voldoen 6,7.

De Lancet Oncology Commission voerde overtuigend aan dat investeringen in verbeteringen van de radiotherapiecapaciteit niet alleen levens zouden redden, maar ook positieve economische voordelen zouden opleveren3. Ze wezen er ook specifiek op dat automatisering van radiotherapiecontouren en behandelingsplanning klinische teams kan helpen hun inspanningen op te schalen door de tijd die respectievelijk oncologen en natuurkundigen aan deze taken besteden aanzienlijk te verminderen, waardoor de doelen beter haalbaar worden.

Onze onderzoeksgroep heeft samengewerkt met klinische teams van MD Anderson en in ziekenhuizen over de hele wereld om webgebaseerde geautomatiseerde tools te ontwikkelen. Deze reeks tools (de RPA genoemd) biedt op kunstmatige intelligentie gebaseerde contouren (het schetsen van tumoren en nabijgelegen organen op CT-scans) en radiotherapiebehandelingsplanning (die precies definieert hoe de straling wordt afgegeven). Dit webgebaseerde platform biedt het voordeel dat er minder tijd en middelen nodig zijn om plannen van hoge kwaliteit voor elke patiënt op te stellen.

Onze ervaring met een vroege versie van een op AI gebaseerde tool bij MD Anderson heeft aangetoond dat geautomatiseerde contouring tot 2 uur per patiënt kan besparen - een aanzienlijke stroomlijning van de workflow. Dit betekent dat het huidige klinische personeel in staat zal zijn om hun inspanningen op te schalen en meer patiënten te behandelen met radiotherapie van hogere kwaliteit. Door deze tools aan te bieden via een volledig geautomatiseerde, webgebaseerde service (Radiation Planning Assistant [RPA], RPA.mdanderson.org), kunnen we de kosten voor de patiënten en zorgverleners minimaliseren en het bereik van deze tool maximaliseren.

We zijn al 6 jaar bezig met de ontwikkeling van de RPA en er zijn verschillende belangrijke wijzigingen aangebracht sinds we voor het eerst publiceerden over de RPA-workflows8. Deze omvatten het ontwikkelen van de RPA tot een webgebaseerde tool, waardoor de kosten voor installatie en onderhoud worden verlaagd en de robuustheid van het systeem wordt verbeterd. Andere verbeteringen zijn onder meer wijzigingen in de gebruikersinterfaces om de bruikbaarheid te verbeteren en het risico op foutente verminderen 9 en het uitbreiden van behandelingsopties (met name radiotherapieplanning voor borst10 na borstamputatie 10 en metastasen naar de hersenen11). Het hier beschreven protocol is dus aanzienlijk geavanceerder dan de oorspronkelijke versie die eerder is gepubliceerd.

De RPA maakt gebruik van een eenstapsproces om contouren en plannen te maken in situaties waarin het bewerken van de contouren over het algemeen niet nodig is om het behandelplan op te stellen. Dit omvat vierveldsbehandelingsplanning voor baarmoederhalskanker (gebaseerd op benige oriëntatiepunten of automatisch gegenereerde contouren van zacht weefsel)12,13,14,15, tangentiële of supraclaviculaire velden voor borstkanker na borstamputatie 11, en tegengestelde laterale voor behandelingen van de hele hersenen16. In de nabije toekomst verwachten we craniospinale behandelingen voor pediatrische kankers17, drieveldsbehandelingen voor endeldarmkanker18 en behandelplanning voor verschillende palliatieve gevallen (wervellichamen, heupen en ribben)19, evenals long- en blaaskanker. Momenteel vereisen meer geavanceerde behandelingen, met name volume-gemoduleerde boogtherapie (VMAT), een proces in twee stappen waarbij automatisch gegenereerde contouren worden bewerkt voorafgaand aan de behandelplanning 13,20. De kwaliteit van autocontouring op basis van deep learning is echter zodanig dat we verwachten deze planningsbenaderingen in de toekomst te veranderen in een eenstapsproces. Dit protocol richt zich op planning in één stap.

Figuur 1 toont de algemene workflow voor het opstellen van een behandelplan voor radiotherapie met behulp van de RPA, met meer details over de verschillende taken die in tabel 1 worden weergegeven. Samengevat vereist de RPA een ingevuld serviceverzoek (dat informatie bevat zoals het voorschrijven van de dosis en de behandelingsaanpak) en de individuele CT-scan van een patiënt. Het serviceverzoek moet worden geaccepteerd door een radiotherapeut-oncoloog. De CT-scan moet worden geaccepteerd door een klinische gebruiker om er zeker van te zijn dat de RPA-berekeningen op de juiste CT-scan worden uitgevoerd. Zodra de RPA een plan heeft gegenereerd, moet het worden gedownload van de RPA-website en worden geïmporteerd in het behandelingsplanningssysteem van de gebruiker, waar de dosis opnieuw moet worden berekend. Dit is nodig omdat de RPA plannen berekent op standaardliggers (beschikbaar voor verschillende linac-modellen), die mogelijk niet exact overeenkomen met de bundelkarakteristieken van de lokale linac. Deze aanpak is gekozen om de kosten te verlagen, hoewel maatwerk nodig kan zijn als de lokale balken aanzienlijk verschillen van onze standaardbalken. De gebruikers (behandelplanner en radiotherapeut-oncoloog) kunnen wijzigingen aanbrengen in het plan. Het plan komt vervolgens in de typische klinische workflow van de gebruiker, inclusief lokale kwaliteitscontroles. Ten slotte moet de gebruiker zijn definitieve (herberekende en bewerkte) plan uploaden naar de RPA-website, waar een geautomatiseerde vergelijking tussen het definitieve plan en het RPA-plan wordt uitgevoerd. Dit is een nuttige controle van de gegevensintegriteit in de algehele workflow.

figure-introduction-1
Figuur 1: Workflow van het geautomatiseerde behandelplanningsproces. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Taak # in figuur 1TaakomschrijvingPlaats
Bekijk de status van eerdere patiëntenHoofd dashboard
1Vul een serviceaanvraag in op de RPA-websiteDashboard voor serviceaanvragen
2Upload een CT-scan naar de RPA-websiteCT-scan dashboard
3Controleer de status van de patiëntHoofd dashboard
Bekijk en download het RPA-planHoofd dashboard
4Importeer het plan in de TPS van de gebruiker, bereken de dosis opnieuw en breng indien nodig wijzigingen aanLokale TPS
5, 6Upload het definitieve plan naar de RPA-websiteDashboard voor het vergelijken van plannen
Bekijk de automatische vergelijking van het definitieve plan en het RPA-planDashboard voor het vergelijken van plannen
-Het plan komt in de routinematige klinische workflow van de gebruiker, inclusief regelmatige kwaliteitsborgingEigen software van de gebruiker

Tabel 1: Overzicht van de taken die komen kijken bij het maken van een RPA-plan met behulp van de 1-staps workflow. Lokale TPS: Planningssysteem voor de behandeling van de gebruiker.

Dit manuscript beschrijft deze eenstapsworkflow voor de RPA en presenteert enkele voorbeeldresultaten van de output van het behandelplanningsproces. Momenteel maken de volgende planningsbenaderingen gebruik van deze workflow in één stap: i) Behandelplannen met vier velden voor patiënten met baarmoederhalskanker (op benige oriëntatiepunten gebaseerde openingen); ii) behandelplannen met vier velden voor patiënten met baarmoederhalskanker (veldopeningen op basis van zacht weefsel); iii) tangentiële en supraclaviculaire behandelplannen voor patiënten met een thoraxwand; iv) behandelplannen voor het hele brein.

Protocol

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

Alle patiëntgegevens die werden gebruikt voor het evalueren van de RPA werden retrospectief gebruikt, met goedkeuring van de MD Anderson Institutional Review Board van de Universiteit van Texas. De RPA bestaat uit een reeks dashboards die zich links van het hoofdmenu van de RPA-webpagina bevinden (Figuur 2). Figuur 2 toont het hoofddashboard. Alle dashboards hebben een vergelijkbare uitstraling, maar richten zich op verschillende taken en personeel. Het volgende protocol beschrijft de belangrijkste processen voor het automatisch opstellen van een behandelplan.

figure-protocol-1
Figuur 2: Screenshot van het RPA hoofddashboard. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

1. Voltooi de serviceaanvraag

  1. Ga als volgt te werk om een nieuwe serviceaanvraag voor automatische planning te maken en te accepteren:
    1. Ga naar het dashboard voor serviceaanvragen door op het kanaal Serviceaanvraag te klikken.
    2. Klik op Nieuw formulier om een nieuw serviceaanvraagformulier te genereren.
    3. Vul de vragen in Sectie 1: Demografie in. Selecteer de behandelingstechniek in de vervolgkeuzelijst Behandeling . Klik op de persoon figure-protocol-2 in de vervolgkeuzelijst van de behandeltechniek om toegang te krijgen tot meer details van de behandelingstechniek.
    4. Vul de vragen in Sectie 2: Behandeling-Algemene vragen in. Deze vragen zijn voor alle patiënten hetzelfde; hun doel is om de gebruiker actief te betrekken bij het bepalen of het RPA-plan geschikt is voor de huidige patiënt.
    5. Deel 3: Behandelingsspecifieke vragen, vul de vragen voor de geselecteerde behandelingsaanpak in, inclusief details over de behandelingsdoelen en het voorschrift.
    6. Klik op verzenden. Zodra de PDF van de serviceaanvraag automatisch is gegenereerd, selecteert u de patiënt in de patiëntenlijst (op het dashboard voor serviceaanvragen). Bekijk de PDF van de serviceaanvraag (Afbeelding 3), scroll indien nodig, en klik op Accepteren om de serviceaanvraag goed te keuren.
      OPMERKING: Deze PDF moet worden geaccepteerd door een radiotherapeut-oncoloog voordat de RPA begint met het automatisch contouren en plannen. De status van het RPA-plan kan worden bepaald op de pagina Serviceaanvraag, zoals weergegeven in tabel 2. Een voorbeeld van een serviceaanvraag die is gemaakt voor een op zacht weefsel gebaseerd 4-veldenplan voor baarmoederhalskanker wordt weergegeven in afbeelding 3.

   

StatusSamenvatting
In afwachting van beoordelingHet serviceverzoek voor deze patiënt is al aangemaakt en wacht op de radiotherapeut-oncoloog om het te accepteren.
GeaccepteerdHet serviceverzoek voor deze patiënt is geaccepteerd. De status van deze patiënt in het dashboard voor serviceaanvragen verandert pas als een CT-scan voor deze patiënt is geaccepteerd.
Afgewezen door gebruikerDe Gebruiker heeft de Serviceaanvraag afgewezen.
IngediendDeze casus is ingediend bij de RPA - meer details over de status van deze patiënt zijn te vinden op het hoofddashboard.
RPA-systeemfoutDe verwerking door de RPA werd gestart, maar de RPA stuitte op een fout en kon zijn taak niet voltooien.

Tabel 2: Patiëntstatuscategorieën voor het dashboard voor serviceaanvragen.

figure-protocol-3
Afbeelding 3: Een voorbeeld van een serviceaanvraag voor een 4-veldenplan op basis van zacht weefsel voor baarmoederhalskanker. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

2. Upload CT-scan en accepteer voor geautomatiseerde planning

Figuur 4 toont een screenshot van de CT-beoordelingswerkruimte. Een CT-scan uploaden en bekijken:

figure-protocol-4
Figuur 4: Een screenshot van de CT-beoordelingswerkruimte. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

  1. Ga naar het CT Scans dashboard door op het CT Scans kanaal te klikken.
  2. Klik op de knop CT uploaden . Selecteer de map waarin de CT-scan (DICOM-indeling) is opgeslagen met behulp van de mappenverkenner die automatisch wordt geopend. Volg de aanwijzingen om de selectie te bevestigen.
  3. Bekijk de geüploade CT-scan door de patiënt in de patiëntenlijst te selecteren om de CT-viewer voor deze patiënt te openen (Afbeelding 4) en gebruik vervolgens de volgende besturingselementen:
    1. Laad de volledige 3D CT-beeldset door op Load CT te klikken.
      OPMERKING: Andere navigatiehulpmiddelen zijn pas actief als dit is voltooid.
    2. Blader tussen segmenten in alle weergaven en gebruik een van de volgende tools:
      1. Klik op <, > knoppen onder elke CT-weergave om naar het volgende segment te gaan.
      2. Klik op <<, >> knoppen onder elke CT-weergave om vijf segmenten in de geselecteerde richting te verplaatsen.
      3. Muiswiel: Beweeg de cursor over een CT-weergave en gebruik vervolgens het muisscrollwiel om tussen segmenten te scrollen.
      4. Klik op de knop Snijden om een dradenkruis over elke CT-weergave (axiaal, coronaal en sagittaal) te leggen. Klik op een van de drie weergaven om het dradenkruis naar dit punt te verplaatsen - de andere weergaven zullen dienovereenkomstig volgen. Klik op de knop Kruisen om deze tool in/uit te schakelen.
      5. Klik op de knop Zoomen/Pannen . Bekijk de afbeelding verder met behulp van het muiswiel om in te zoomen op de weergave waar de cursor zich bevindt of klik met de rechtermuisknop en houd deze ingedrukt op een CT-weergave en beweeg vervolgens de muis om te pannen.
      6. Klik op Gemarkeerde Iso om de CT-weergaven naar het gemarkeerde isocentrum te verplaatsen (gebaseerd op geautomatiseerde detectie van drie radiopake markers).
        OPMERKING: Deze knop is inactief als de 3D CT-beeldset niet is geladen (klik op 3D laden om dit op te lossen) of als de RPA geen gemarkeerd isocentrum kon detecteren (zoals geïdentificeerd met een driepuntsopstelling).
  4. Klik op de knop Ref Point om een referentiepunt toe te voegen.
    1. Verplaats de drie weergaven naar de gewenste locatie van het referentiepunt met behulp van het snijgereedschap .
    2. Klik op de knop Referentiepunt om een referentiepunt toe te voegen.
    3. Als er al een referentiepunt is geselecteerd, worden de drie weergaven naar dit punt verplaatst door op Referentiepunt te klikken.
      OPMERKING: Met deze knop voegt u een referentiepunt toe aan een afbeelding als er geen referentiepunt bestaat. Het kan ook de CT-beeldweergaven naar het referentiepunt verplaatsen als er al een bestaat. Een nieuw referentiepunt kan alleen worden geselecteerd voor CT-scans die niet zijn geaccepteerd. Hieronder staan de stappen om een referentiepunt toe te voegen:
    4. Om een nieuw referentiepunt te selecteren, wist u eerst het huidige referentiepunt door op Referentiepunt wissen te klikken en vervolgens een nieuw referentiepunt toe te voegen. De RPA accepteert slechts één referentiepunt.
  5. Accepteer de CT-scan. Nadat u de CT-scan van de patiënt hebt bekeken, zoals hierboven al beschreven, voert u de volgende stappen uit:
    1. Beantwoord de vragen onder de CT-beelden om risico's te minimaliseren en het optreden van fouten in de daaropvolgende RPA-berekeningen te verminderen.
    2. Selecteer Accepteren en volg de aanwijzingen.
      OPMERKING: Deze taak kan worden uitgevoerd door iedereen die is geïdentificeerd als een klinische gebruiker van de RPA. De statuscategorieën van huidige patiënten kunnen worden bekeken op het dashboard CT-scans en worden weergegeven in tabel 3.
StatusSamenvatting
In afwachting van beoordelingDe CT-scan heeft de eerste verwerking ondergaan en wacht op de gebruiker om de scan te bekijken en te accepteren.
GeaccepteerdDe CT-scan voor deze patiënt is geaccepteerd. Houd er rekening mee dat de status van deze patiënt in het CT-scandashboard niet verandert totdat een serviceverzoek is geaccepteerd.
Afgewezen door gebruikerDe CT-scan is door de gebruiker geweigerd.
IngediendDeze casus is ingediend bij de RPA - meer details over de status van deze patiënt zijn te vinden op het hoofddashboard.
RPA-systeemfoutDe verwerking door de RPA werd gestart, maar de RPA stuitte op een fout en kon zijn taken niet voltooien.

Tabel 3: Patiëntstatuscategorieën voor het dashboard CT-scans.

3. Bewaak de voortgang van de planning

De statuscategorieën van huidige patiënten kunnen worden bekeken op het hoofddashboard (tabel 4). Om een voorlopige beoordeling van een voltooid RPA-plan uit te voeren en te downloaden voor gebruik:

StatusSamenvatting
Geen geaccepteerde CT-scanDeze patiënt heeft geen geaccepteerde CT-scan (maar er is wel een geaccepteerd serviceverzoek beschikbaar).
Geen geaccepteerd serviceverzoekDeze patiënt heeft geen geaccepteerd serviceverzoek (maar er is wel een geaccepteerde CT-scan beschikbaar).
WachtrijDe gegevens van deze patiënt zijn naar het RPA-systeem gestuurd en staan in de wachtrij voor verwerking.
VerwerkingDe eerste verwerking van de gegevens van deze patiënt is aan de gang.
Verwerking-contourenDe RPA Contours worden gegenereerd.
Rapport Verwerking-contourenHet RPA Contours Report wordt gegenereerd.
Compleet – RPA-contourenContouren die door de RPA worden gegenereerd, zijn compleet en klaar voor de gebruiker om te downloaden en te bewerken (alleen workflows in 2 stappen).
In afwachting van contourbeoordelingPlanningscontouren (d.w.z. contouren nadat de gebruiker bewerkingen/toevoegingen heeft gedaan) zijn weer geüpload naar de RPA en het Plancontourenrapport is gegenereerd. De gebruiker moet dit rapport accepteren (via het dashboard met contouren).
Contouren in wachtrijen plannenDe planningscontouren (d.w.z. contouren nadat de gebruiker bewerkingen/toevoegingen heeft aangebracht) worden in de wachtrij geplaatst voor verwerking voorafgaand aan het RPA-planningsproces.
In wachtrij: vooraf plannenHet plan van deze patiënt wordt in de wachtrij geplaatst voor het planningsproces.
Verwerking–vooraf plannenDe verwerking van de preplanning is aan de gang.
Optimalisatie in wachtrijHet plan van deze patiënt wordt in de wachtrij geplaatst voor het planoptimalisatieproces.
Verwerking-optimalisatieDe optimalisatie van het plan is aan de gang.
In de wachtrij - QAHet plan van deze patiënt wordt in de wachtrij geplaatst voor het geautomatiseerde kwaliteitsborgingsproces (QA).
Verwerking–QAHet plan QA is aan de gang.
VerwerkingsplanrapportHet rapport van het definitieve plan is in behandeling.
Compleet - RPA-planHet RPA-plan is compleet en klaar om te downloaden.
Mislukt - RPA misluktEen RPA-proces is mislukt.

Tabel 4: Patiëntstatuscategorieën voor het hoofddashboard.

  1. Bekijk een voltooid RPA-plan door de patiënt te selecteren en vervolgens Bekijken te selecteren bovenaan het hoofddashboard. Bekijk het RPA-planrapport (pdf) voor die patiënt dat automatisch wordt geopend in een nieuw tabblad.
    OPMERKING: De PDF van het RPA-planrapport is ook toegankelijk via het downloadvenster.
  2. Download een ingevuld RPA-plan door op het downloadpictogram te klikken. Wacht tot er een venster wordt geopend en de DICOM-bestanden, samen met het RPA-planrapport (PDF), worden gedownload om te worden geïmporteerd in het behandelingsplanningssysteem.

4. Het RPA-plan importeren in het behandelplanningssysteem van de gebruiker en beoordelen voor klinisch gebruik

OPMERKING: Nadat het RPA-plan is gedownload (DICOM-bestanden), moeten de volgende stappen worden voltooid in het behandelplanningssysteem van de gebruiker:

  1. Importeer de CT-scan van de patiënt in de lokale TPS. Dit is de originele scan die is geüpload naar de RPA.
  2. Importeer het RPA-plan en de RPA-contouren in de lokale TPS.
  3. Bereken de dosis opnieuw met behulp van het lokaal in gebruik genomen dosisberekeningsalgoritme en de gebruikte vaste MU-optie .
  4. Vergelijk de geïmporteerde contouren en berekende dosis met die in het RPA-rapport (om te controleren op correcte import).
  5. Controleer het plan op geschiktheid en bewerk het indien nodig.
    OPMERKING: Deze stap kan bestaan uit het bewerken van veldvormen en het opnieuw normaliseren van de velden. Het is erg belangrijk dat het klinische team het definitieve plan in hun behandelplanningssysteem beoordeelt en eventuele wijzigingen aanbrengt vóór klinisch gebruik.

5. Het uploaden van het definitieve plan naar de RPA-website en het bekijken van de automatische vergelijking van het definitieve plan en het RPA-plan

Patiënten voor wie een RPA-plan is gegenereerd, verschijnen in het planvergelijkingsdashboard. Het dashboard voor het vergelijken van plannen biedt de statuscategorieën die worden weergegeven in tabel 5 voor huidige patiënten. Om het definitieve gebruikersplan te uploaden en een automatische vergelijking van het gebruikersplan en het RPA-abonnement te bekijken:

StatusSamenvatting
In afwachting van uploaden van abonnementDeze status wordt weergegeven wanneer er een aanvraag is gegenereerd.
VerwerkingDe planvergelijking is aan het verwerken.
In afwachting van uploaden van abonnement: opnieuw proberenPlanvergelijking is niet mogelijk. De gebruiker moet de geüploade bestanden bekijken en het opnieuw proberen. Mogelijke redenen voor deze status zijn onder meer het uploaden van de onjuiste bestanden.
Vergelijking Ready–PassHet Plan Vergelijkingsrapport is klaar voor beoordeling. Alle planvergelijkingen voldeden aan de criteria. Sommige vergelijkingen kunnen worden gemarkeerd - de gebruiker moet het rapport bekijken.
Vergelijking gereed-misluktHet Plan Vergelijkingsrapport is klaar voor beoordeling. Sommige vergelijkingen voldeden niet aan de gestelde criteria - de gebruiker moet het rapport zorgvuldig bekijken en de oorzaak bepalen.

Tabel 5: Patiëntstatuscategorieën voor het dashboard voor het vergelijken van plannen.

  1. Selecteer de patiënt en klik vervolgens op Plan uploaden.
  2. Selecteer het DICOM-structuurbestand, plan en doseer bestanden om te uploaden.
  3. Bekijk het Planvergelijkingsrapport door eerst de patiënt te selecteren. Bekijk vervolgens het Planvergelijkingsrapport (Afbeelding 5) dat onder aan het scherm wordt geopend (een voorbeeld wordt weergegeven in Afbeelding 5).

figure-protocol-5
Figuur 5: Een voorbeeld van het automatische vergelijkingsrapport van het plan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Resultaten

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

Het doel van het hoofddashboard (Figuur 1) is om een snel overzicht te geven van de status van de huidige patiënten in de RPA, een snelle beoordeling van voltooide plannen mogelijk te maken, voltooide plannen te downloaden voor beoordeling en bewerking in het behandelplanningssysteem van de gebruiker, en geavanceerde patiëntnavigatie- en sorteertools te bieden. Om hier te verschijnen, moeten patiënten ten minste een van de volgende zaken hebben: (1) een geaccepteerde CT-scan of (2) een geaccepteerd serviceformulier. De statuscategorieën van huidige patiënten kunnen worden bekeken op het hoofddashboard (tabel 4).

Een voorbeeld van een lateraal veld uit een radiotherapieplan voor de hele hersenen is weergegeven in figuur 6. Een voorbeeld van een lateraal veld van een op benig oriëntatiepunt gebaseerd 4-velds boxplan voor baarmoederhalskanker is weergegeven in figuur 7. In beide gevallen moet het definitieve plan worden gedownload en vervolgens worden geïmporteerd in het behandelplanningssysteem van de gebruiker, waar de resultaten moeten worden beoordeeld, bewerkt en opnieuw berekend. De RPA maakt ook een definitief planrapport (PDF) met de serviceaanvraag (zie het voorbeeld in afbeelding 3), het CT-goedkeuringsrapport en andere details van het behandelplan.

Het doel van het dashboard voor serviceaanvragen (tabel 2) is om een snel statusoverzicht te geven van de serviceaanvraag voor huidige patiënten in de RPA, een nieuwe serviceaanvraag te maken, een voltooide serviceaanvraag te accepteren en een serviceaanvraag te bewerken. Patiënten die een ingediend of geaccepteerd serviceverzoek hebben, worden weergegeven op dit dashboard, dat toegankelijk is voor alle gebruikers van de RPA. Alleen gebruikers die in het RPA-systeem zijn geregistreerd als radiotherapeut-oncologen kunnen echter een serviceverzoek accepteren.

Het doel van het CT-dashboard (tabel 3) is om een snel statusoverzicht te geven van CT-scans voor huidige patiënten in de RPA, nieuwe CT-scans te uploaden, CT-scans te bekijken en te accepteren, en referentiepunten toe te voegen aan CT-scans. Referentiepunten worden toegevoegd om de RPA in sommige specifieke situaties te begeleiden, zoals wanneer de gebruiker een niet-standaard superieure rand wil gebruiken voor eenvoudige 4-velds boxplannen voor baarmoederhalskanker. Patiënten van wie een CT-scan is geüpload, worden hier getoond. Elke gebruiker kan het CT-dashboard bekijken, maar alleen gebruikers die zijn geregistreerd als klinische gebruikers kunnen de CT-scans accepteren.

Zodra de gebruiker zijn definitieve plan heeft bevestigd, kan hij het exporteren vanuit zijn TPS en uploaden naar de RPA. Het doel van dit proces is om een manier te bieden om te controleren of de gegevens correct zijn gecommuniceerd tussen verschillende apparaten.

Patiënten voor wie een RPA-plan is gegenereerd, verschijnen in het planvergelijkingsdashboard. Het dashboard voor het vergelijken van plannen biedt de statuscategorieën die worden weergegeven in tabel 5 voor huidige patiënten.

figure-results-1
Figuur 6: Typisch lateraal veld voor radiotherapie van de hele hersenen. Deze weergave toont de projecties van de structuurcontouren en de posities van de hoofdcollimatoren (geel) en de meerbladige collimatoren (blauw). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 7: Een voorbeeld van een lateraal veld van een op benig oriëntatiepunt gebaseerd 4-velds boxplan voor baarmoederhalskanker. Deze weergave toont de posities van de hoofdcollimatoren (geel) en de meerbladige collimatoren (blauw). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

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

Dit protocol beschrijft de stappen bij het maken van geautomatiseerde behandelplannen met behulp van de RPA. De belangrijkste stappen zijn (1) CT-upload en -goedkeuring, (2) voltooiing en goedkeuring van serviceaanvragen, (3) het downloaden en importeren van het plan in de TPS van de gebruiker en herberekening van de dosis en het bewerken van het plan, en (4) het uploaden van het definitieve bewerkte plan voor vergelijking met het RPA-plan. De volgorde van de CT-goedkeuring en de goedkeuring van de serviceaanvraag zijn uitwisselbaar. Sommige plannen, met name volumegemoduleerde boogtherapieplannen voor hoofd-hals- en baarmoederhalskanker, worden gemaakt in een proces in twee stappen waarin aanvullende gebruikersinteracties en de contouren en plannen afzonderlijk worden gegenereerd. Over het algemeen zijn de processen echter vergelijkbaar en we verwachten dat deze geavanceerde benaderingen van behandelplanning in de toekomst kunnen worden gewijzigd in een eenstapsproces. De algemene klinische aanvaardbaarheid die kan worden verwacht van deze tools, en van tools die in ontwikkeling zijn voor toekomstige versies, is te vinden in ons gepubliceerde werk 10,12,14,15,16,17,18,19,20,21,22.

Deze tools hebben verschillende beperkingen, zoals beschreven in ons eerdere werk, waarin het risico werd onderzocht bij het inzetten van de Radiation Planning Assistant in radiotherapieklinieken 9,23. Hoewel de gebruikersinterface is ontworpen om het risico op ongepaste gegevensinvoer te minimaliseren, zoals CT-beelden die niet voldoende gezichtsveld hebben of fouten bij handmatige gegevensinvoer, is er nog steeds kans op fouten. Met name menselijke fouten, automatiseringsbias (te veel vertrouwen op de resultaten) en softwarefouten zijn een punt van zorg9. Een zorgvuldige beoordeling en, indien nodig, bewerking van de automatisch gegenereerde contouren en plannen, is essentieel voor een veilig gebruik van de stralingsplanningsassistent. In het algemeen moeten deze beoordelingen hetzelfde proces volgen als wordt gevolgd voor de beoordeling van klinische plannen door natuurkundigen en radiotherapeut-oncologen, hoewel dit kan worden ondersteund door het gebruik van checklists die speciaal zijn ontwikkeld als aanvulling op handmatige beoordeling van automatisch opgestelde behandelplannen24.

Er zijn situaties waarin de RPA geen plan kan genereren en een fout aan de gebruiker meldt. In bijna alle gevallen wordt dit veroorzaakt doordat de RPA onverwachte gegevens tegenkomt die het niet kan interpreteren, zoals onvoldoende gezichtsveld of positionering van de patiënt (bijvoorbeeld als een CT-beeld is gemaakt met behulp van een rugligging, maar met de patiënt in buikligging). De gebruiker kan het probleem mogelijk identificeren op basis van waar de fout wordt gemeld. In de meeste gevallen kunnen deze situaties alleen worden verholpen door handmatig contouren of planning. Het RPA-team kan mogelijk ook logbestanden bekijken om het probleem te identificeren.

De RPA is speciaal ontworpen en ontwikkeld om hoogwaardige autocontouring- en autoplanningstools te bieden aan klinieken met beperkte middelen, met name die in lage- en middeninkomenslanden. We werken momenteel aan de regelgevende, juridische en administratieve processen die zullen leiden tot klinisch gebruik van de RPA. Zodra dat gebeurt, verwachten we het gebruik nauwlettend in de gaten te houden en wijzigingen aan te brengen in de workflow of gebruikersinterfaces als reactie op onverwachte risico's of andere feedback van gebruikers. Het doel is om hulpmiddelen te bieden die radiotherapiediensten ondersteunen, zodat lokale klinische teams hun inspanningen kunnen opschalen, waardoor de toegang tot hoogwaardige, consistente radiotherapieplannen wordt verbeterd. We hopen dat dit zal leiden tot betere resultaten voor de patiënt en tot kortere wachttijden. Hoewel het huidige portfolio beperkt is tot kanker van het hoofd en de nek, de borst en de baarmoederhals, evenals bestraling van de hele hersenen voor hersenmetastasen, werken we aan aanvullende behandelingen die zullen worden opgenomen in toekomstige versies 17,18,19.

Openbaarmakingen

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

LEC heeft aandelenopties in Leo Cancer Care. HB is nu werkzaam bij Varian Medical Systems. AJ heeft een adviesfunctie bij Genentech. JB heeft een adviserende functie bij Icon Cancer Care; WS heeft een adviserende functie bij IBA Dosimetrie; JY heeft reisfinanciering ontvangen van SunNuclear Corp; HS heeft honoraria ontvangen van Cipla.

Dankbetuigingen

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

Dit werk werd gefinancierd door het National Cancer Institute en de Wellcome Trust, met aanvullende steun van Varian Medical Systems. Ons huidige systeem gebruikt Eclipse voor behandelingsplanningsfuncties. We willen ook Ann Sutton van Editing Services, Research Medical Library, UT MD Anderson Cancer Center bedanken. Naast de institutionele financiering voor de ontwikkeling van RPA's, ontvangen onze onderzoeksteams financiering van het Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) en het Fund for Innovation in Cancer Informatics, het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Radiation Planning AssistantMD Anderson Cancer Centernawebpagina

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. Atun, R., et al. Expanding global access to radiotherapy. The Lancet. Oncology. 16 (10), 1153-1186 (2015).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Court, L. E., et al. Radiation Planning Assistant - a streamlined, fully automated radiotherapy treatment planning system. Journal of Visualized Experiments. (134), e57411(2018).
  9. 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).
  10. Kisling, K., et al. Automated treatment planning of postmastectomy radiotherapy. Medical Physics. 46 (9), 3767-3775 (2019).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Rhee, D. J., et al. Automated radiation treatment planning for cervical cancer. Seminars in Radiation Oncology. 30 (4), 340-347 (2020).
  15. Rhee, D. J., et al. Automatic contouring system for cervical cancer using convolutional neural networks. Medical Physics. 47 (11), 5648-5658 (2020).
  16. Xiao, Y., et al. Automated WBRT treatment planning via deep learning auto-contouring and customizable landmark-based field aperture design. arXiv. , (2022).
  17. Hernandez, S., et al. Automating the treatment planning process for 3D-conformal pediatric craniospinal irradiation therapy. Pediatric Blood & Cancer. 70 (3), e30164(2023).
  18. Huang, K., et al. Automation of radiation treatment planning for rectal cancer. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13712(2022).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Rhee, D. J., et al. Automatic detection of contouring errors using convolutional neural networks. Medical Physics. 46 (11), 5086-5097 (2019).
  23. Kisling, K., et al. A risk assessment of automated treatment planning and recommendations for clinical deployment. Medical Physics. 46 (6), 2567-2574 (2019).
  24. 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).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Geautomatiseerde radiotherapieplanningWebgebaseerde radiotherietoolBehandelplanningssysteemContouringautomatiseringCT beelduploadVolume Modulated Arc TherapyPlanvergelijkingsrapportDICOM bestanduploadToegang tot radiotherapie

Gerelateerde artikelen