Излучения, Планирование помощника - обтекаемый, полностью автоматизированный лечения лучевой системы планирования

Summary

Лучевая терапия является весьма сложным рака лечение, которое требует нескольких специалистов для создания плана лечения и обеспечения качества (QA) до доставки к пациенту. Этот протокол описывает использования полностью автоматизированной системы, излучения планирования помощник (РПА), для создания планов лечения высокого качества излучения.

Abstract

Излучения помощник планирования (РПА) является системой, разработанной для создания полностью автоматизированной лучевой терапии лечения планов, включая планы терапии (VMAT) объем модулированных дуги для пациентов с раком головы и шеи и планы 4-поле для пациентов с Рак шейки матки. Это сочетание специально разработанный собственными силами программное обеспечение, которое использует интерфейс прикладного программирования для взаимодействия с коммерческой лучевой терапии лечения, системы планирования. Он также взаимодействует с программного обеспечения проверки коммерческих средней дозы. Необходимые входы в систему являются ордер план лечения, утвержденным излучение онколог, и моделирование компьютерная томография (КТ) изображения, утвержденным рентгенолога. РПА затем создает план лечения полный радиотерапии. Для планов лечения рака шейки матки без дополнительного вмешательства пользователя необходимо, до тех пор, пока план завершения. Для головы и шеи планов лечения после нормальной ткани и некоторых целевых структур автоматически определены на изображении CT, онкологу излучения должны пересмотреть контуры, делая изменения при необходимости. Они также определяют объем валового опухоли. РПА затем завершает процесс планирования, создания VMAT плана лечения. Наконец завершенный план должен быть рассмотрен квалифицированных клинических сотрудников.

Introduction

В клиниках радиотерапии Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) рекомендует 1 лечение планировщик 300 пациентов, и 1 физик излучения на 400 больных лечение ежегодно¹. Во многих странах эти роли (лечение планировщик и физик) объединяются. В других странах лучевой терапии технологи (часто называемый рентгенологи) также принять на лечение, планирование роли. Низким и средним уровнем дохода страны (СНСД) имеют серьезный дефицит в радиационных онкологов, медицинских физиков и технологи радиационной терапии. К 2020 году предполагается, что нам потребуется еще 12 000 радиационных онкологов, 10 000 медицинских физиков и 29000 технологов. ². Эти оценки основаны на данных из различных наборов данных в общественном достоянии (e.g., МАГАТЭ), с штатного расписания на основе рекомендаций от Европейского общества³радиотерапии и онкологии (ESTRO) и МАГАТЭ. Учебные потребности огромны. Например для медицинских физиков, большинство руководящие принципы рекомендуют 2 - 3 год стажировки или вида на жительство, часто после завершения медицинской физики высшая школа^4,5,6. Это 4-летний обязательство означает, что 40 000 человеко-лет обучения необходимы только для решения глобального дефицита медицинских физиков в одиночку.

Автоматизация планирования лечения может уменьшить некоторые из этих кадровых недостатков, особенно медицинских физиков и планирования персонала. Автоматическое планирование может сократить время, радиационных онкологов потратить на лечение, планирования³ и, безусловно, имеют важную роль в привлечении отверстия пучка излучения лечения. Эта работа описывает операцию полностью автоматизированный лечения планирования системы, излучение планирования помощник (РПА), разработанных в рамках проекта, финансируемого Национальным институтом рака в конечном итоге улучшить доступ к радиотерапии высокого качества по всему миру ⁷.

Рисунок 1 показывает обзор автоматизированного планирования процесса реализации в РПА лечения. Лечение, планирования задачи выполняются с помощью либо функций в лечении системы планирования (см. Таблицу материалов для планирования системы используется), с помощью интерфейса программирования приложений (API), или с использованием собственного функции. Ключевым компонентом РПА является независимой проверке всех задач, которые были автоматизированная⁸. Это достигается с помощью набора второй, различные алгоритмы/функций. Результаты первичного алгоритмы, которые используются для плана лечения, по сравнению с результатами вторичного алгоритма и флагом если разница превышает заранее определенные критерии⁹. Лечения планы что проход, который независимой проверки и дальнейшее руководство местных сотрудников готовы быть использованы для лечения пациентов. В документации вывода РПА был специально разработан для упрощения процесса ручной проверки.

Процесс РПА системы с точки зрения пользователя это показано на рисунке 2. Входные данные для системы являются приказ утвержденный план и утвержденные изображения КТ. Излучение онколог создает и утверждает план заказ, содержащий основные сведения о пациенте и подробные сведения о плане ожидаемых (рецепт, тип лечения, и т.д.). Набор изображений КТ должны также быть одобрены (CT техник). Это необходимо для того, что этот план рассчитан на правильное изображение CT. Это важно, например, когда несколько наборов изображений КТ берутся из одного пациента. После того, как РПА получает приказ утвержденного плана и утвержденных CT изображения набор, автоматически формируется план лечения. В некоторых случаях таких, как при создании 4-поле лечения рака шейки матки, следующие шаги полностью автоматизированы, и без дополнительного вмешательства пользователя требуется до готов план лечения. В других случаях, таких как создание планов лечения VMAT головы и шеи на полпути через процесс автоматизированной обработки требуется вмешательство. Для головы и шеи планов излучение онколог требуется обзор и изменение автоматически создаются контуры. Они также должны определить объем валового опухоли (GTV). В этой ситуации после получения одобрения плана заказов и CTs, РПА выполняет некоторые первоначальные контурной обработки задач, в том числе контурной нормальных тканей и некоторых целей. Излучение онколог затем рассматривает и утверждает контуры, и РПА продолжается с оставшихся задач планирования лечения. Нынешняя система была протестирована с 6 МВ и 18 MV рентгеновских лучей для головы и шеи и шейки матки планов лечения, соответственно, оба с сплющивать фильтра. После завершения плана лечения документ создается для рассмотрения и утверждения соответствующим клинического персонала, например, физиков и радиационных онкологов. Некоторые из этих задач могут быть делегированы другим сотрудникам.

Современное лечение систем планирования уже предлагают некоторые автоматизированные процессы планирования. РПА интегрирует эти, когда это возможно, предлагая полностью автоматизированного процесса планирования, таким образом, что пользователь может создавать планы лечения без необходимости открывать сложного лечения планирования интерфейс системы. Эта рукопись описал протокол для РПА и затем представлены некоторые результаты пример для вывода процесса планирования лечения.

Protocol

Все данные пациента, используемых для оценки РПА были использованы ретроспективно, с одобрения из университета Техаса MD Андерсон институциональных Наблюдательный Совет.

1. Мониторинг прогресса в планировании

1. Откройте излучения планирования помощник управления центр рабочую область и войдите в систему.
2. Для просмотра всех данных пациентов, которые в настоящее время активен, нажмите Все больные.
3. Чтобы найти пациент номер их медицинская запись (MRN), нажмите на Выбрать пациента.
4. Чтобы увидеть состояние плана для любой пациент, который имеет утвержденный CT или утверждены план заказа (или оба), смотрите в разделе План РПА . Параметры состояния резюмируются сразу выше в этом разделе и в разделе сообщения .
5. Чтобы просмотреть детали любого завершения плана, щелкните пациента (в разделе РПА). Подробности их план порядка и КТ можно увидеть также в разделах Плана порядок и CT утверждения .
   1. Утвердить план завершения, нажмите на утверждение. Есть определенные уровни утверждения (физик, врач и техник), которое может быть задано для каждого учреждения.
6. Чтобы просмотреть задачи истории РПА, нажмите на Журнал.
7. Чтобы просмотреть детали для любого заказа плана (в том числе те, которые еще не были утверждены), нажмите на пациента в разделе Порядок план .
8. Чтобы просмотреть детали для любой набор (в том числе те, которые еще не были утверждены) КТ изображений, нажмите на пациента в разделе Утверждение CT .

2. план порядок утверждения

Примечание: Порядок утверждения плана (обычно путем излучения онколога) требуется, прежде чем РПА создает план лечения.

1. Откройте рабочую область План порядок . Используйте значок автономных, или сделать это из области Управления центра радиационной планирования помощник .
2. Создайте новый заказ план следующим образом.
   1. Нажмите кнопку Новый.
   2. Заполнить раздел 1 - демография; Этот раздел является всегда то же самое.
      1. Введите медицинские записи номер и имя пациента.
      2. Выберите сайт, соответствующее лечение. Выбирайте из головы и шеи, шейки матки, молочной железы и др.
         Примечание: Этот список будет увеличиваться по мере прогресса усилий нашего развития. Этот выбор изменяет вариантов, предлагаемых в разделе 3 ниже.
   3. Полный раздел 2 - общее лечение; Этот раздел является всегда то же самое.
      1. Завершите вопросы на статус секс/беременность, предварительного облучения, кардиостимулятор и других имплантатов.
      2. Завершите вопрос о автозапуска или техник.
         Примечание: Выбор autostart приведет к РПА, автоматический запуск процесса планирования, когда есть приказ утвержденного плана и утвержденные изображения КТ. Выбор техник потребует техник начать автоматический процесс планирования. Это может быть сделано в центр рабочей области управления.
   4. Полный раздел 3 - конкретного лечения.
      Примечание: Этот пример предназначен для лечения головы и шеи.
      1. Выберите первичный сайт головы и шеи и положительных лимфатических участия, выбрав соответствующий переключатель; Следующие разделы выбираются автоматически на основе этих вариантов.
      2. Подтвердите или измените разделы на шейки матки шеи и освещение Заглоточный лимфатического узла, выбрав соответствующий переключатель. Затем выберите соответствующий переключатель, чтобы указать, соответствуют ли они CTV1 или CTV2 (CTV: клинические целевой тома).
      3. Выберите лечения машины и методика лечения.
      4. Выберите подход к лечению, щелкнув соответствующий переключатель (этот пример предназначен для лечения VMAT).
         1. Подтвердите или измените рецепт лечения. Чтобы изменить рецепт, введите требуемые фракции доз в текстовые поля.
         2. Подтверждают целесообразность доз нормальной ткани.
   5. Сохраните план заказа; будет создан pdf заказа плана.
   6. Пересмотреть порядок окончательного плана.
      1. Если окончательный план является правильным, нажмите на утверждение.
      2. Если окончательный план порядок неверно, нажмите на изменить и внесите необходимые изменения.
3. Закройте область План порядок .

3. с помощью КТ изображения утверждение

Примечание: CT требуется одобрение прежде чем РПА создает план лечения.

1. Откройте рабочую область CT утверждения .
   Примечание: Это можно сделать из значка автономного, или из рабочей области Излучения планирования помощник управления центра .
2. Нажмите на КТ, что он будет утвержден.
   Примечание: Если КТ не показывают, оно получено не было, РПА.
3. Обзор срезов КТ, сосредоточены на изоцентр.
   1. Нажмите на Все нагрузки для обзора всех изображений КТ.
   2. Обзор изоцентр расположение и качество изображения КТ.
4. Если КТ изображений, количество фрагментов, ориентации и данные указаны правильно, нажмите на утверждение.

4. инициировать автоматическое лечение планирования

Примечание: Этот шаг необходим, только если Автоплан начать (в порядке плана) присвоено техник.

1. Выберите правильный пациента/план заказ/CT в Центр управления рабочей области и нажмите кнопку Добавить план РПА.

5. Контурная обзор и утверждение

Примечание: Для некоторых процедур, таких как головы и шеи VMAT, контурной обзор и утверждение не требуется. Обычно это выполняется путем излучения онколога.

1. Подождите состояние пациента данных для обозначения W (ожидания) в центре управления; Он уже готов для контурной обзор.
2. Нажмите на W значок, или на Одобрение ROI (рентабельность: региона интерес). Обратите внимание, что контурной рассмотрения и утверждения рабочей области откроется.
   Примечание: Контуры, которые доступны здесь зависят от типа плана для создаваемого (выбран в порядке плана).
3. Обзор всех фасонной тканей/целей. Для редактирования структуры, сначала выберите структуру интерес (выпадающего списка), а затем нажмите на иконку сдвиг и редактировать контур на каждый ломтик CT.
4. При необходимости (например, для головы и шеи планов), вручную разграничить валовой объем опухоли (GTV) и положительные лимфоузлы. Чтобы сделать это, выберите структуры интереса (например, GTV) из выпадающего списка, нажмите на значок ручной разграничения и нарисуйте структуры на каждый ломтик CT.
5. Создание клинической целевой тома (CTV1) (для головы и шеи случаев)
   1. Чтобы развернуть GTV и положительные лимфоузлы, нажмите на GTV -> CTV.
   2. Вручную рисовать CTV1, выберите CTV1 в списке структур (выпадающего списка), нажмите на значок ручной разграничения и нарисуйте структуры на каждый ломтик CT.
   3. Обзор и редактирование CTV1, при необходимости.
6. Создание, планирование целевой тома (PTVs).
   1. Нажмите на CTV -> PTV. Обзор.
   2. При необходимости отредактировать, но помните, эти расширения приходится много неопределенностей в обоих Контурная и пациента установки. Чтобы изменить PTV, выберите соответствующий PTV из выпадающего списка, нажмите на значок сдвига (или один из других редактирования значков),
7. Утвердите контуры.
   1. Просмотрите все контуры, а затем щелкните Утвердить ROI. После утверждения трансформирования, лечение, процесс планирования будет продолжаться автоматически. Обратите внимание на все предупредительные сообщения и добавить пояснительные примечания, при необходимости.

6. лучевая терапия план обзор и утверждение

1. Просмотрите план лечения, когда он будет готов для рассмотрения; она появляется как Плана обзорного документа (формат pdf) в Центр управления.
   Примечание: План может пересматриваться в этапах (которые могут быть объединены, в зависимости от имеющихся сотрудников). Соответствующий обзор этап отображается в нижней части каждой страницы.
2. Техническийанализ.
   Примечание: Это может сочетаться с обзором физики.
   1. Обзор первой странице.
      1. Обзор и обеспечить, чтобы пациент демографии, рецепт и план детали подходят.
      2. Проверьте, что все автоматические план проверок были успешными.
   2. Проверьте заметное изоцентр.
      1. Ответьте на вопросы на форме, чтобы проверить, что отмеченные изоцентр правильно определены. Сравните с библиотека случаев, при необходимости.
   3. Выполните Обзор контуров тела.
      1. Ответьте на вопросы, чтобы проверить, что тело правильно горизонталями. Сравните с библиотека случаев, при необходимости.
   4. Выполните Обзор области диафрагмы.
      1. Ответьте на вопросы на форме, чтобы проверить, что поле отверстия подходят.
   5. Анализ распределения дозы.
      1. Ответьте на вопросы на форму, чтобы проверить соответствующие дозы расчета
   6. Чтобы утвердить или отклонить этот план, нажмите на Tech. утвердить.
3. Выполните Обзор врач.
   1. В зависимости от типа лечения обзор распределения дозы и поле отверстия.
   2. Чтобы изменить состояние утверждения этого плана, чтобы утвердить или отклонить, нажмите на MD утвердить.
4. Выполните Обзор физики.
   1. Обзор плана с использованием стандартных процедур. Смотрите следующие рекомендации для дополнительной проверок.
   2. Просмотрите Обзор врач и технического обзора секции.
   3. Обзор результатов независимой проверки QA: таблица удаления, тело Контурная проверка, проверка изоцентр.
   4. Просмотрите результаты дополнительной независимой проверки, которые являются специфическими для лечения сайта - например, блок проверки для лечения шейки матки 4-поле.
   5. Просмотрите результаты сравнения параметров области и план с теми из популяции пациентов.
   6. Обзор доклада о проверке дозы.
   7. Просмотрите дополнительные данные. Дополнительные данные в конце документа следует пересмотреть для обеспечения соответствия - это включает в себя оригинальный план порядок и CT утверждения.
   8. Чтобы изменить состояние утверждения этого плана, чтобы утвердить или отклонить, нажмите на Физике утвердить.

7. окончательный план передачи

1. После утверждения плана, экспортируйте его. Следующие шаги зависят от местной установки, записи и проверки программного обеспечения и планирования системы лечения. Они также зависят от этики протоколов и местные клинические рабочего процесса. Ниже приведены шаги являются примерами соответствующие шаги.
2. Передача DICOM план для локальной системы (R и V), запись и проверить.
3. Используйте программное средство сравнить первоначальный план с тем в системе R & V (для проверки передачи данных).

Representative Results

На рисунке 3приведен пример лечения план заказ создан для случая головы и шеи. На рисунке 4 показано распределение дозы для автоматически созданного плана VMAT для пациента с базой язык плоскоклеточный рак^7,10. Обзор к онкологу излучения посещающих подтвердил, что этот план был приемлемым для лечения. В среднем головы и шеи VMAT планы принять 46 минут для плана 2-дуга, и мы ожидаем довести это до менее чем 30 минут с более быстрый алгоритм расчета дозы и распределенной архитектуры для автоматического оконтуривания шаг.

Рисунок 5 показывает автоматически созданного поля отверстия для 4-поле лечения для пациента с раком шейки матки. Обзор от опытных излучение онколог подтвердил клинических правильности 90-96% этих полей^7,11. В среднем эти планы принял 21 минут.

Как только план лечения, документация автоматически создается для обзора, радиационных онкологов, технического персонала, медицинских физиков и рентгенологи. Мы разработали иллюстрированный процедуру, которая приводит пользователя с помощью проверки отмеченные изоцентр и тела Контурная идентификации, последовательность пациента ориентации/Латеральность/лечение сайта, поле отверстия (например 4-поля), и наличие изображения или дозы расчет артефакты¹². Каждый шаг процедуры имеет простые инструкции и Библиотека примеров которых может относиться пользователь. На рисунке 6показан пример инструкций.

Хотя потребность в физике и излучение онколог обзора хорошо документированы, роль дополнительного персонала не была оценена. Мы оценили это, создавая план документов для 16 больных раком шейки матки, 12 из которых включали преднамеренные ошибки: неверные изоцентр (3 случая), контур тела неправильно (3 случая), неправильного удаления диване CT (1 случай), неправильные поля отверстия (5 случаев), расчет Неправильное доза (1 случай) и неправильное количество полей (1 случай). Эти планы были затем рассмотрены 4 добровольцев с минимальным опытом в области радиотерапии и нет опыта в проверке планов. Окончательный вариант плана документации требуется ~ 30 минут подготовки. В среднем план проверки требуется 8 минут в план. Тестеры смогли найти все ошибки в контуры тела, изоцентр (на основе фидуциальный маркеров) и артефакты расчет дозы. Они были не способны надежно идентифицировать небольшой (но клинически важные) ошибки в области отверстия. Они также не смогли идентифицировать вариант, который был только 3 поля вместо 4 - Пример непредвиденные ошибки, которая рассматривается не с элементом определенного перечня. Таким образом эти результаты показывают, что первоначальные проверки некоторых жизненно важных функций планов радиотерапии, созданные автоматизированные процессы могут быть возложены на сотрудников с опытом ограниченной радиотерапии, позволяя любой необходимости мер по исправлению положения должны быть определены до Обзор врач. Эти сотрудники будут не, однако, найти все ошибки и дополнительные проверки квалифицированным персоналом (радиационных онкологов и физиков) по-прежнему являются жизненно важной частью планирования рабочего Радиотерапия.

Рисунок 1 . Схема автоматического процесса планирования лечения. Человека значки Показать точки в рабочем процессе, где необходимо вмешательство человека. Автоматизированы все другие шаги. Каждого автоматизированного шага в процессе планирования имеет основной алгоритм, который используется для создания фактического плана, и вторичный алгоритм, который используется для проверки результатов основного алгоритма. Если любой из проверок не получится (т.е. падение вне заранее установленных критериев), или если излучение онколог не утвердить план, то руководство процессом планирования становится необходимым. Дополнительные качества процедур, которые имеют важное значение для процесса планирования, в частности плановых проверок квалифицированный медицинский физик, лечение не показано здесь. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2 . Схема из РПА с точки зрения пользователей. Излучение онколог несет ответственность за завершение разработки и утверждение план врача порядка. После принятия моделирования изображение пациента, это одобрено рентгенолога или других соответствующих сотрудников. РПА автоматически запускается и создает план лечения лучевой терапии. Целью этой работы является создание плана каждой лучевой терапии, включая документацию в течение 30 минут. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3 Пример порядка план лечения для головы и шеи VMAT плана. Порядок план показывает пациента идентификаторы (имя, MRN, и т.д.), некоторые общие сведения о пациенте и некоторые лечения конкретную информацию. Это включает в себя рецепт дозы, Целевой охват и ограничения нормальной ткани.

Рисунок 4 . Пример автоматически головы и шеи VMAT план. Тени регионы Показать Планирование целевой тома - красным, синим и желтым соответствуют PTV1 PTV2 и PTV3, соответственно. Линии показывают распределение isodose автоматически сгенерированный план.

Рисунок 5 . Пример автоматически сгенерированный отверстия для лечения рака шейки матки 4-поле. Ап, PA, слева боковой и правого бокового поля отображаются.

Рисунок 6 . Пример иллюстрированные инструкции предназначены для оказания помощи обзор диаграммы для радиотерапии планов, автоматически генерируется с использованием РПА. Этот пример страница предназначена для обзора контур автоматически сгенерированный тела. Она включает в себя результаты основной алгоритм, некоторые вопросы для пользователя и библиотека случай для пользователей обзор

Discussion

Протокол изложением шагов в создании плана автоматизированного лечения, с помощью системы радиационной планирования помощник (РПА) был описан. Важнейшие шаги, с точки зрения пользователя, являются (1) CT утверждения (2) план порядок утверждения (3) контур Обзор/редактирования для случаев головы и шеи и (4) лечение план обзора. Порядок первых двух шагов является взаимозаменяемым. Помощник по планированию излучения в настоящее время автоматически создает радиотерапии планы для головы и шеи (VMAT) и рака шейки матки (4-поля), и в настоящее время мы работаем над планами для лечения рака молочной железы. Конечная цель заключается в том, чтобы полностью автоматизировать планирования для всех сайтов/условий, создание инструмента, который генерирует радиотерапии безопасного и эффективного лечения планы лечения лучевой терапии.

Нынешняя система имеет несколько ограничений. Во-первых, он не может создать планы лечения для всех сайтов лечения и подходы, хотя мы ожидаем, что его возможности для улучшения с течением времени, мы не каким-то образом от полной автоматизации для всех сайтов лечения. Чрезмерная зависимость от пользователей автоматизации существует также риск - это риск того, что мы пытались смягчить путем включения многих независимых проверок (рис. 1). Доказано, что использование Наша цель разработать план документации для проверки планов лечения позволит некоторые потенциальные ошибки будут определены относительно неопытных сотрудников, но обзор излучение онколог, и план проверки других квалифицированных сотрудники имеют важное значение.

Мы ожидаем улучшить РПА интерфейсы со временем, в ответ на отзывы пользователей. Общий процесс и задачи следует однако, остаются аналогичны описанным в настоящем документе. Этот документ следует таким образом, продолжают быть полезным. Дополнительная документация также будет доступна, описывающий изменения, подготовка плана проверки и т.д.

Есть существующие примеры автоматизации конкретных шагов планирования лечения лучевой терапии. К нашему знанию это первая система, для которой весь процесс полностью автоматизирован, требующих почти без ввода от пользователя. Этот протокол описывает, с точки зрения пользователя, важные шаги, необходимые для работы помощника по планированию излучения и создать план лечения лучевой терапии.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eclipse	Varian Medical Systems	na	Treatment planning system
Mobius 3D	Mobius Medical Systems	na	Dose calculation verification system