Asystent planowania radioterapii - usprawniony, w pełni zautomatyzowany system planowania leczenia radioterapią

Podsumowanie

Radioterapia to bardzo skomplikowane leczenie raka, które wymaga wielu specjalistów do stworzenia planu leczenia i zapewnienia jakości (QA) przed dostarczeniem pacjentowi. Protokół ten opisuje wykorzystanie w pełni zautomatyzowanego systemu, Asystenta Planowania Promieniowania (RPA), do tworzenia wysokiej jakości planów radioterapii.

Streszczenie

Asystent Planowania Promieniowania (RPA) to system opracowany do w pełni zautomatyzowanego tworzenia planów leczenia radioterapią, w tym planów terapii łukiem z modulacją objętości (VMAT) dla pacjentów z rakiem głowy/szyi oraz 4-polowych planów pudełkowych dla pacjentów z rakiem szyjki macicy. Jest to połączenie specjalnie opracowanego własnego oprogramowania, które wykorzystuje interfejs programowania aplikacji do komunikacji z komercyjnym systemem planowania leczenia radioterapią. Łączy się również z komercyjnym oprogramowaniem do weryfikacji dawki wtórnej. Niezbędnymi danymi wejściowymi do systemu są Zlecenie Planu Leczenia, zatwierdzone przez onkologa radioterapeutę, oraz symulacyjny obraz tomografii komputerowej (CT), zatwierdzony przez radiologa. Następnie RPA generuje kompletny plan leczenia radioterapią. W przypadku planów leczenia raka szyjki macicy nie jest konieczna żadna dodatkowa interwencja użytkownika, dopóki plan nie zostanie ukończony. W przypadku planów leczenia głowy/szyi, po automatycznym nakreśleniu normalnej tkanki i niektórych struktur docelowych na obrazie TK, onkolog radiolog musi dokonać przeglądu konturów, dokonując w razie potrzeby zmian. Wyznaczają również dużą objętość guza. Następnie RPA kończy proces planowania leczenia, tworząc plan VMAT. Na koniec gotowy plan musi zostać zweryfikowany przez wykwalifikowany personel kliniczny.

Wprowadzenie

W klinikach radioterapii Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA) zaleca 1 planistę leczenia na 300 pacjentów i 1 fizyka radioterapii na 400 pacjentów leczonych rocznie¹. W wielu krajach te role (planisty leczenia i fizyka) są połączone. W innych krajach technicy radioterapii (często nazywani radiologami) również odgrywają rolę w planowaniu leczenia. Kraje o niskich i średnich dochodach (LMIC) mają poważny deficyt onkologów radiologów, fizyków medycznych i techników radioterapii. Szacuje się, że do 2020 roku będziemy potrzebować dodatkowych 12 000 onkologów radiologów, 10 000 fizyków medycznych i 29 000 technologów. ². Te szacunki są oparte na danych z różnych zestawów danych w domenie publicznej (np. MAEA), z poziomami zatrudnienia opartymi na zaleceniach Europejskiego Towarzystwa Radioterapii i Onkologii (ESTRO) oraz IAEA³. Potrzeby szkoleniowe są ogromne. Na przykład dla fizyków medycznych większość wytycznych zaleca 2-3-letni staż lub rezydenturę, często po ukończeniu studiów podyplomowych z fizyki medycznej^4,5,6. To 4-letnie zobowiązanie oznacza, że potrzeba 40 000 osobolat szkolenia, aby rozwiązać problem globalnego niedoboru samych fizyków medycznych.

Automatyzacja planowania leczenia mogłaby zmniejszyć niektóre z tych braków kadrowych, szczególnie fizyków medycznych i personelu planistycznego. Zautomatyzowane planowanie mogłoby skrócić czas, jaki onkolodzy radioterapeuci poświęcają na planowanie leczenia³ i z pewnością odegrałoby ważną rolę w rysowaniu otworów wiązki radioterapii. Praca ta opisuje działanie w pełni zautomatyzowanego systemu planowania leczenia, Asystenta Planowania Promieniowania (RPA), opracowanego w ramach projektu finansowanego przez National Cancer Institute w celu ostatecznej poprawy dostępu do wysokiej jakości radioterapii na całym świecie⁷.

Rysunek 1 pokazuje przegląd zautomatyzowanego procesu planowania leczenia zaimplementowanego w RPA. Zadania związane z planowaniem leczenia są wykonywane za pomocą funkcji w systemie planowania leczenia (patrz tabela materiałów dla zastosowanego systemu planowania), sterowanych za pomocą interfejsu programowania aplikacji (API) lub za pomocą funkcji opracowanych przez użytkownika. Kluczowym elementem RPA jest niezależna weryfikacja wszystkich zadań, które zostały zautomatyzowane⁸. Osiąga się to za pomocą drugiego, innego zestawu algorytmów/funkcji. Wyniki algorytmów podstawowych, które są używane do planu leczenia, są porównywane z wynikami algorytmu wtórnego i oznaczane, jeśli różnica jest większa niż wcześniej ustalone kryteria⁹. Plany leczenia, które przejdą niezależne kontrole i dalsze kontrole ręczne przeprowadzane przez lokalny personel, są gotowe do wykorzystania w leczeniu pacjenta. Dokumentacja wyjściowa RPA została specjalnie zaprojektowana, aby usprawnić proces ręcznego sprawdzania.

Przepływ pracy systemu RPA z punktu widzenia użytkowników jest pokazany na rysunku 2. Danymi wejściowymi do systemu są zatwierdzone zamówienie planu i zatwierdzony obraz tomografii komputerowej. Onkolog radioterapeuta tworzy i zatwierdza zlecenie planu zawierające podstawowe informacje o pacjencie oraz szczegóły dotyczące oczekiwanego planu (recepta, rodzaj leczenia itp.). Zestaw obrazów TK musi być również zatwierdzony (przez technika TK). Ma to na celu upewnienie się, że plan jest obliczany na prawidłowym obrazie CT. Jest to ważne na przykład wtedy, gdy jednemu pacjentowi wykonuje się wiele zestawów obrazów TK. Gdy RPA otrzyma zatwierdzone zlecenie planu i zatwierdzony zestaw obrazów CT, plan leczenia jest generowany automatycznie. W niektórych przypadkach, np. podczas tworzenia 4-polowych metod leczenia raka szyjki macicy, następujące kroki są w pełni zautomatyzowane i nie jest wymagana żadna dodatkowa interwencja użytkownika, dopóki plan leczenia nie będzie gotowy. W innych przypadkach, takich jak tworzenie planów leczenia VMAT głowy/szyi, konieczna jest interwencja w połowie zautomatyzowanego procesu leczenia. W przypadku planów głowy i szyi onkolog radiolog jest zobowiązany do przeglądania/edycji automatycznie generowanych konturów. Muszą również określić objętość guza brutto (GTV). W takiej sytuacji, po otrzymaniu zatwierdzonych zleceń planu i tomografii komputerowej, RPA wykonuje pewne wstępne zadania konturowania, w tym konturowanie normalnych tkanek i niektórych celów. Następnie onkolog radiolog dokonuje przeglądu i zatwierdza kontury, a RPA kontynuuje pozostałe zadania związane z planowaniem leczenia. Obecny system został przetestowany z 6 wiązkami promieniowania rentgenowskiego MV i 18 MV dla planów leczenia głowy/szyi i szyjki macicy, odpowiednio z filtrem spłaszczającym. Po skompletowaniu planu leczenia tworzony jest dokument do przeglądu i zatwierdzenia przez odpowiedni personel kliniczny, np. fizyków i onkologów radioterapeutów. Niektóre z tych zadań można oddelegować innym pracownikom.

Nowoczesne systemy planowania leczenia już oferują pewne zautomatyzowane procesy planowania. RPA integruje je, gdy tylko jest to możliwe, oferując w pełni zautomatyzowany proces planowania, dzięki czemu użytkownik może generować plany leczenia bez konieczności otwierania skomplikowanego interfejsu systemu planowania leczenia. W tym manuskrypcie opisano protokół RPA, a następnie przedstawiono kilka przykładowych wyników procesu planowania leczenia.

Protokół

Wszystkie dane pacjentów użyte do oceny RPA zostały wykorzystane retrospektywnie, za zgodą University of Texas MD Anderson Institutional Review Board.

1. Monitorowanie postępów w planowaniu

1. Otwórz obszar roboczy Centrum sterowania Asystenta planowania promieniowania i zaloguj się.
2. Aby wyświetlić wszystkie dane pacjentów, które są aktualnie aktywne, kliknij opcję Wszyscy pacjenci.
3. Aby znaleźć pacjenta według jego numeru dokumentacji medycznej (MRN), kliknij przycisk Wybierz pacjenta.
4. Aby zobaczyć stan planu dla każdego pacjenta, który ma zatwierdzoną tomografię komputerową lub zatwierdzone zlecenie planu (lub jedno i drugie), zajrzyj do sekcji Plan RPA. Opcje stanu są podsumowane bezpośrednio nad tą sekcją oraz w sekcji Komunikat.
5. Aby przejrzeć szczegóły dowolnego zrealizowanego planu, kliknij pacjenta (w sekcji RPA). Szczegóły dotyczące zamówienia planu i CT można również zobaczyć w sekcjach Zamówienie planu i Zatwierdzenie CT.
   1. Aby zatwierdzić ukończony plan, kliknij Zatwierdź. Istnieją pewne poziomy zatwierdzenia (lekarz, fizyk i technik), które można ustawić dla każdej instytucji.
6. Aby przejrzeć historię zadań RPA, kliknij zaloguj się.
7. Aby przejrzeć szczegóły dowolnego zamówienia planu (w tym tych, które nie zostały jeszcze zatwierdzone), kliknij pacjenta w sekcji Zaplanuj zamówienie.
8. Aby przejrzeć szczegóły dotyczące dowolnego zestawu obrazów TK (w tym tych, które nie zostały jeszcze zatwierdzone), kliknij pacjenta w sekcji Zatwierdzenie CT.

2. Zatwierdzenie zamówienia planu

UWAGA: Zatwierdzenie zlecenia planu (zazwyczaj przez onkologa radioterapeutę) jest wymagane zanim RPA stworzy plan leczenia.

1. Otwórz obszar roboczy Porządek planowania. Użyj ikony autonomicznej lub zrób to z poziomu przestrzeni roboczej Centrum sterowania Radiation Planning Assistant.
2. Utwórz nowe zamówienie planu w następujący sposób.
   1. Kliknij przycisk Nowy.
   2. Wypełnij sekcję 1 - Dane demograficzne; ta sekcja jest zawsze taka sama.
      1. Wprowadź numer karty medycznej i imię i nazwisko pacjenta.
      2. Wybierz odpowiednie miejsce zabiegowe. Wybieraj spośród głowy/szyi, szyjki macicy, piersi i innych.
         UWAGA: Ta lista będzie się powiększać wraz z postępem prac nad grą. Ten wybór zmienia opcje oferowane w sekcji 3 poniżej.
   3. Wypełnij Sekcję 2 - Leczenie ogólne; ta sekcja jest zawsze taka sama.
      1. Wypełnij pytania dotyczące płci/statusu ciąży, wcześniejszego napromieniania, rozrusznika serca i innych implantów.
      2. Odpowiedz na pytanie dotyczące autostartu lub technika.
         UWAGA: Wybranie autostartu spowoduje, że RPA automatycznie rozpocznie proces planowania, gdy istnieje zarówno zatwierdzone zamówienie planu, jak i zatwierdzony obraz CT. Wybranie opcji Technik będzie wymagało rozpoczęcia procesu automatycznego planowania przez technika. Można to zrobić w obszarze roboczym centrum sterowania.
   4. Pełna sekcja 3 - Specyficzne dla zabiegu.
      UWAGA: Ten example dotyczy zabiegów na głowę/szyję.
      1. Wybierz główne miejsce głowy/szyi i dodatnie zajęcie limfy, wybierając odpowiedni przycisk radiowy; następujące sekcje są wybierane automatycznie na podstawie tych wyborów.
      2. Potwierdź lub zmień sekcje dotyczące pokrycia szyjki szyjnej i węzłów chłonnych zagardłowych, wybierając odpowiedni przycisk radiowy. Następnie wybierz odpowiedni przycisk radiowy, aby wskazać, czy odpowiadają one CTV1 czy CTV2 (CTV: Clinical Target Volume).
      3. Wybierz maszynę zabiegową i technikę leczenia.
      4. Wybierz podejście do leczenia, klikając odpowiedni przycisk radiowy (ten przykład dotyczy zabiegów VMAT).
         1. Potwierdź lub zmień receptę na leczenie. Aby zmienić receptę, wprowadź wymagane dawki frakcji w polach tekstowych.
         2. Potwierdzić stosowność normalnych ograniczeń dawki dla tkanek.
   5. Zapisz zamówienie planu; zostanie wygenerowany plik PDF z zamówieniem planu.
   6. Przejrzyj ostateczną kolejność planu.
      1. Jeśli ostateczna kolejność planu jest poprawna, kliknij Zatwierdź.
      2. Jeśli ostateczna kolejność planu jest nieprawidłowa, kliknij Edytuj i wprowadź niezbędne zmiany.
3. Zamknij obszar roboczy Porządek planowania.

3. Zatwierdzenie obrazu CT

UWAGA: Zanim RPA stworzy plan leczenia, wymagana jest zgoda tomografu komputerowego.

1. Otwórz obszar roboczy Zatwierdzanie CT.
   UWAGA: Można to zrobić za pomocą autonomicznej ikony lub z poziomu przestrzeni roboczej Centrum sterowania Radiation Planning Assistant.
2. Kliknij na tomografię komputerową, którą chcesz zatwierdzić.
   UWAGA: Jeśli tomografia komputerowa nie zostanie wyświetlona, oznacza to, że nie została odebrana przez RPA.
3. Przejrzyj wycinki CT wyśrodkowane na izocentrum.
   1. Kliknij Załaduj wszystko, aby przejrzeć wszystkie obrazy CT.
   2. Przejrzyj lokalizację izocentrum i jakość obrazu CT.
4. Jeśli obrazy CT, liczba plasterków, orientacja i dane są poprawne, kliknij Zatwierdź.

4. Rozpocznij automatyczne planowanie leczenia

UWAGA: Ten krok jest potrzebny tylko wtedy, gdy Autoplan start (w kolejności planu) jest ustawiony na Technik.

1. Wybierz odpowiedniego pacjenta/Plan Order/CT w przestrzeni roboczej Control Center, a następnie kliknij przycisk Dodaj plan RPA.

5. Przegląd i zatwierdzanie konturowania

UWAGA: W przypadku niektórych zabiegów, takich jak VMAT głowy/szyi, wymagany jest przegląd konturowania i zatwierdzenie. Jest to zwykle wykonywane przez onkologa radioterapeutę.

1. Poczekaj, aż stan danych pacjenta wskaże W (oczekiwanie) w centrum sterowania; jest teraz gotowy do przeglądu konturowania.
2. Kliknij ikonę W lub Zatwierdzenie ROI (ROI: Region-of-Interest). Należy zauważyć, że zostanie otwarta przestrzeń robocza Przegląd i zatwierdzanie konturów.
   UWAGA: Kontury, które są tutaj dostępne, zależą od typu planu, który ma zostać wygenerowany (wybranego w Kolejności planu).
3. Przejrzyj wszystkie wyprofilowane tkanki/cele. Aby edytować struktury, najpierw wybierz interesującą Cię strukturę (lista rozwijana), a następnie kliknij ikonę Nudge i edytuj kontur na każdym przekroju CT.
4. W razie potrzeby (np. w przypadku planów głowy/szyi) ręcznie wyznacz całkowitą objętość guza (GTV) i dodatnie węzły chłonne. Aby to zrobić, wybierz interesującą Cię strukturę (np. GTV) z listy rozwijanej, kliknij ikonę ręcznego wyznaczania i narysuj strukturę na każdym przekroju CT.
5. Tworzenie klinicznej objętości docelowej (CTV1) (dla przypadków głowy/szyi)
   1. Aby rozszerzyć GTV i dodatnie węzły chłonne, kliknij na GTV->CTV.
   2. Aby ręcznie narysować CTV1, wybierz CTV1 z listy struktur (lista rozwijana), kliknij ikonę ręcznego wyznaczania i narysuj strukturę na każdym wycinku CT.
   3. W razie potrzeby przejrzyj i edytuj CTV1.
6. Tworzenie woluminów docelowych planowania (PTV).
   1. Kliknij CTV->PTV. Recenzja.
   2. Edytuj, jeśli to konieczne, ale pamiętaj, że te rozszerzenia uwzględniają wiele niewiadomych zarówno w konturowaniu, jak i konfiguracji pacjenta. Aby edytować PTV, wybierz odpowiedni PTV z listy rozwijanej, kliknij ikonę Nudge (lub jedną z pozostałych ikon edycyjnych),
7. Zatwierdź kontury.
   1. Przejrzyj wszystkie kontury, a następnie kliknij Zatwierdź zwrot z inwestycji. Po zatwierdzeniu zwrotu z inwestycji proces planowania leczenia będzie przebiegał automatycznie. Zwróć uwagę na wszelkie komunikaty ostrzegawcze i w razie potrzeby dodaj uwagi wyjaśniające.

6. Przegląd i zatwierdzenie planu radioterapii

1. Przejrzyj plan leczenia, gdy jest gotowy do przeglądu; pojawia się on jako Dokument Przeglądu Planu (format pdf) w Centrum Kontroli.
   UWAGA: Plan może być przeglądany w etapach (które można łączyć, w zależności od dostępnego personelu). Odpowiedni etap recenzji jest pokazany w stopce każdej strony.
2. Wykonaj przegląd techniczny.
   UWAGA: Można to połączyć z Przeglądem Fizyki.
   1. Przejrzyj stronę główną.
      1. Przejrzyj i upewnij się, że dane demograficzne pacjenta, recepty i szczegóły planu są odpowiednie.
      2. Sprawdź, czy wszystkie automatyczne weryfikacje planu zakończyły się pomyślnie.
   2. Sprawdź zaznaczony izocentrum.
      1. Odpowiedz na pytania w formularzu, aby sprawdzić, czy oznaczone izocentrum zostało poprawnie zidentyfikowane. W razie potrzeby porównaj z obserwacjami bibliotecznymi.
   3. Wykonaj przegląd konturu ciała.
      1. Odpowiedz na pytania, aby sprawdzić, czy ciało zostało prawidłowo wyprofilowane. W razie potrzeby porównaj z obserwacjami bibliotecznymi.
   4. Wykonaj przegląd przysłony w terenie.
      1. Odpowiedz na pytania w formularzu, aby sprawdzić, czy otwory w polu są odpowiednie.
   5. Wykonaj przegląd dystrybucji dawki.
      1. Odpowiedz na pytania w formularzu, aby sprawdzić, czy dawka została obliczona prawidłowo
   6. Aby zatwierdzić lub odrzucić ten plan, kliknij Tech. Zatwierdź.
3. Wykonaj przegląd lekarski.
   1. W zależności od rodzaju leczenia należy zapoznać się z rozkładem dawek i otworami polowymi.
   2. Aby zmienić status zatwierdzenia tego planu na zatwierdzenie lub odrzucenie, kliknij MD Zatwierdź.
4. Wykonaj przegląd fizyki.
   1. Przejrzyj plan przy użyciu standardowych procedur. Zapoznaj się z poniższymi wskazówkami, aby uzyskać informacje na temat dodatkowych kontroli.
   2. Zapoznaj się z sekcjami Recenzja lekarza i Przegląd techniczny.
   3. Zapoznaj się z wynikami niezależnej kontroli jakości: usuwanie stołu, kontrola konturu ciała, kontrola izocentrum.
   4. Zapoznaj się z wynikami dodatkowych, niezależnych kontroli weryfikacyjnych, które są specyficzne dla leczonego miejsca - na przykład kontroli blokowej dla 4-polowych zabiegów szyjki macicy.
   5. Zapoznaj się z wynikami porównań parametrów terenowych i planowych z parametrami pochodzącymi z populacji pacjentów.
   6. Należy zapoznać się z raportem z weryfikacji dawkowania.
   7. Przejrzyj dodatkowe dane. Dodatkowe dane na końcu dokumentu powinny zostać przejrzane pod kątem spójności - obejmuje to oryginalne zamówienie planu i zatwierdzenie CT.
   8. Aby zmienić status zatwierdzenia tego planu na Zatwierdź lub Odrzuć, kliknij Zatwierdzaj z fizyką.

7. Przeniesienie planu końcowego

1. Po zatwierdzeniu planu wyeksportuj go. Kolejne kroki są zależne od lokalnej konfiguracji, oprogramowania do rejestrowania i weryfikacji oraz systemu planowania leczenia. Są one również zależne od protokołów etycznych i lokalnego przepływu pracy klinicznej. Poniżej przedstawiono przykłady odpowiednich kroków.
2. Przenieś plan DICOM do lokalnego systemu ewidencji i weryfikacji (R&V).
3. Użyj narzędzia programowego, aby porównać pierwotny plan z tym w systemie R&V (w celu sprawdzenia poprawności transferu danych).

Wyniki

Przykład zlecenia planu leczenia utworzonego dla przypadku nowotworu głowy i szyi przedstawiono na Rysunku 3. Rysunek 4 przedstawia rozkład dawki dla automatycznie wygenerowanego planu VMAT dla pacjenta z rakiem płaskonabłonkowym nasady języka^7,10. Przegląd wykonany przez lekarza radioterapeuty potwierdził, że plan ten był dopuszczalny do leczenia. Średnio plany VMAT dla głowy i szyi zajmują 46 minut w przypadku planu 2-łukowego; przewidujemy skrócenie tego czasu do mniej niż 30 minut dzięki zastosowaniu szybszego algorytmu obliczeń dawki oraz architektury rozproszonej dla etapu automatycznego konturowania.

Rysunek 5 przedstawia automatycznie wygenerowane apertury pól dla napromieniania metodą czterech pól (box treatment) u pacjentki z rakiem szyjki macicy. Przegląd dokonany przez doświadczonego radioterapeutę potwierdził kliniczną zasadność 90-96% tych pól^7,11. Średnio przygotowanie tych planów zajmowało 21 minut.

Po przygotowaniu planu leczenia automatycznie tworzona jest dokumentacja do wglądu dla onkologów radioterapeutów, personelu technicznego, fizyków medycznych oraz techników elektroradiologii. Opracowaliśmy zilustrowaną procedurę, która prowadzi użytkownika przez weryfikację zaznaczonego izocentrum i identyfikację konturów ciała, spójność orientacji pacjenta/lateralizacji/miejsca leczenia, apertury pól (na przykładzie techniki 4-polowej skrzynki) oraz obecność artefaktów obrazowania lub obliczeń dawki¹². Każdy krok procedury zawiera proste instrukcje oraz przykłady z biblioteki, do których użytkownik może się odwołać. Przykład instrukcji przedstawiono na Rysunku 6.

Choć potrzeba weryfikacji przez fizyków i onkologów radioterapeutów jest dobrze udokumentowana, rola dodatkowego personelu nie została oceniona. Przebadaliśmy to zagadnienie, tworząc dokumentację planów dla 16 pacjentek z rakiem szyjki macicy, z czego w 12 wprowadzono celowe błędy: nieprawidłowy izocentrum (3 przypadki), nieprawidłowy kontur ciała (3 przypadki), nieprawidłowe usunięcie podłoża tomografu (1 przypadek), nieprawidłowe apertury pól (5 przypadków), nieprawidłowe obliczenie dawki (1 przypadek) oraz nieprawidłową liczbę pól (1 przypadek). Plany te zostały następnie zweryfikowane przez 4 ochotników z minimalnym doświadczeniem w radioterapii i brakiem doświadczenia w sprawdzaniu planów. Ostateczna wersja dokumentacji planu wymagała około 30 minut szkolenia. Średnio weryfikacja planów zajmowała 8 minut na plan. Testerzy byli w stanie znaleźć wszystkie błędy w konturach ciała, izocentrum (na podstawie markerów fiducyjnych) oraz artefakty obliczeń dawki. Nie byli oni jednak w stanie niezawodnie zidentyfikować niewielkich (ale klinicznie istotnych) błędów w aperturach pól. Nie zidentyfikowali również przypadku, w którym znajdowały się tylko 3 pola zamiast 4 – co jest przykładem nieprzewidzianego błędu, który nie jest sprawdzany za pomocą konkretnego punktu na liście kontrolnej. Podsumowując, wyniki te wskazują, że wstępna weryfikacja niektórych kluczowych cech planów radioterapii tworzonych przez procesy zautomatyzowane może być powierzona personelowi z ograniczonym doświadczeniem w radioterapii, co pozwala na zidentyfikowanie potrzeby działań naprawczych przed przeglądem lekarskim. Personel ten nie wykryje jednak wszystkich błędów, a dodatkowe kontrole przeprowadzone przez wykwalifikowany personel (onkologów radioterapeutów i fizyków) pozostają niezbędnym elementem procesu planowania radioterapii.

Rysunek 1. Schemat zautomatyzowanego procesu planowania leczenia. Ikony osób wskazują punkty w przepływie pracy, w których niezbędna jest interwencja człowieka. Wszystkie pozostałe etapy są zautomatyzowane. Każdy zautomatyzowany krok w procesie planowania posiada algorytm główny, służący do stworzenia właściwego planu, oraz algorytm pomocniczy, wykorzystywany do weryfikacji wyniku algorytmu głównego. Jeśli którakolwiek z kontroli weryfikacyjnych zakończy się niepowodzeniem (t.j. wynik wykracza poza określone kryteria) lub jeśli radioterapeuta nie zatwierdzi planu, konieczne staje się ręczne planowanie. Dodatkowe procedury jakościowe istotne dla procesu planowania leczenia, a w szczególności rutynowe kontrole przeprowadzane przez wykwalifikowanego fizyka medycznego, nie zostały tutaj przedstawione. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2. Schemat RPA z perspektywy użytkownika. Radioterapeuta onkolog jest odpowiedzialny za wypełnienie i zatwierdzenie zlecenia planu lekarskiego. Po wykonaniu obrazu symulacyjnego pacjenta, zostaje on zatwierdzony przez technika radiologii lub inny odpowiedni personel obecny przy zabiegu. Następnie RPA automatycznie uruchamia się i tworzy plan leczenia radioterapeutycznego. Celem tych działań jest opracowanie każdego planu radioterapii, wraz z dokumentacją, w czasie poniżej 30 minut. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3 Przykładowe zlecenie planu leczenia dla planu VMAT głowy i szyi. Zlecenie planowania (Plan Order) zawiera identyfikatory pacjenta (imię i nazwisko, numer MRN, itp..), niektóre ogólne informacje o pacjencie oraz określone informacje dotyczące leczenia. Obejmują one przepisanie dawki, pokrycie celu oraz ograniczenia dla tkanek zdrowych.

Rycina 4. Przykład automatycznie wygenerowanego planu VMAT dla obszaru głowy i szyi. Zacieniowane obszary przedstawiają planowane objętości docelowe (PTV) – kolory czerwony, niebieski i żółty odpowiadają odpowiednio PTV1, PTV2 i PTV3. Linie przedstawiają rozkład izodawki automatycznie wygenerowanego planu.

Rycina 5. Przykład automatycznie generowanych apertur dla 4-polowego leczenia raka szyjki macicy metodą box. Przedstawiono pola AP, PA, boczne lewe oraz boczne prawe.

Rycina 6. Przykład zilustrowanych instrukcji zaprojektowanych w celu ułatwienia przeglądu planów radioterapii generowanych automatycznie przy użyciu RPA.Ta przykładowa strona służy do weryfikacji automatycznie wygenerowanego konturu ciała. Zawiera ona wyniki głównego algorytmu, pytania do użytkownika oraz przypadek referencyjny z biblioteki do analizy przez użytkownika

Dyskusja

Opisano protokół przedstawiający etapy tworzenia zautomatyzowanego planu leczenia z wykorzystaniem systemu Asystenta Planowania Promieniowania (RPA). Kluczowymi krokami, z punktu widzenia użytkownika, są: (1) zatwierdzenie tomografii komputerowej, (2) zatwierdzenie zamówienia planu, (3) przegląd/edycja konturu w przypadku głowy/szyi oraz (4) przegląd planu leczenia. Kolejność pierwszych dwóch kroków jest wymienna. Asystent Planowania Radioterapii obecnie automatycznie tworzy plany radioterapii raka głowy/szyi (VMAT) i raka szyjki macicy (4-polowa ramka), a obecnie pracujemy nad planami leczenia raka piersi. Ostatecznym celem jest pełna automatyzacja planowania leczenia radioterapią dla wszystkich ośrodków/modalności, stworzenie narzędzia, które generuje bezpieczne i skuteczne plany leczenia radioterapią.

Obecny system ma kilka ograniczeń. Po pierwsze, nie jest w stanie tworzyć planów leczenia dla wszystkich ośrodków i podejść do leczenia, chociaż spodziewamy się, że jego możliwości poprawią się z czasem, jesteśmy daleko od pełnej automatyzacji dla wszystkich ośrodków leczenia. Istnieje również ryzyko nadmiernego polegania przez użytkowników na automatyzacji – jest to ryzyko, które staraliśmy się ograniczyć, uwzględniając wiele niezależnych kontroli weryfikacyjnych (rysunek 1). Wykazano, że wykorzystanie specjalnie opracowanej przez nas dokumentacji planu do sprawdzenia planów leczenia umożliwi zidentyfikowanie niektórych potencjalnych błędów przez stosunkowo niedoświadczony personel, ale ważne jest, aby dokonać przeglądu przez onkologa radioterapeutę i kontroli planu przez inny wykwalifikowany personel.

Spodziewamy się, że z czasem będziemy ulepszać interfejsy RPA, w odpowiedzi na opinie użytkowników. Ogólny przepływ pracy i zadania powinny jednak pozostać podobne do tych opisanych w tym dokumencie. W związku z tym dokument ten powinien być nadal użyteczny. Dostępna będzie również dodatkowa dokumentacja, opisująca wszelkie modyfikacje, szkolenia do kontroli planu itp.

Istnieją przykłady automatyzacji poszczególnych etapów planowania leczenia radioterapią. Według naszej wiedzy jest to pierwszy system, w którym cały przepływ pracy jest w pełni zautomatyzowany, nie wymagając prawie żadnego wkładu ze strony użytkownika. Protokół ten opisuje, z punktu widzenia użytkownika, ważne kroki potrzebne do obsługi Asystenta Planowania Radioterapii i wygenerowania planu leczenia radioterapią.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Eclipse	Varian Medical Systems	na	System planowania leczenia
Mobius 3D	Mobius Medical Systems	na	System weryfikacji obliczania dawki