Strålbehandling är en mycket komplex cancerbehandling som kräver flera specialister för att skapa en behandlingsplan och tillhandahålla kvalitetssäkring (QA) före leverans till en patient. Det här protokollet beskriver användningen av ett helautomatiskt system, den strålning planering assistent (RPA), att skapa högkvalitativa strålning behandlingsplaner.
Den strålning planering assistent (RPA) är ett system utvecklat för helautomatiska skapandet av strålbehandling behandlingsplaner, inklusive volym-modulated arc therapy (VMAT) planer för patienter med huvud och hals cancer och 4-fältet box planer för patienter med livmoderhalscancer. Det är en kombination av speciellt utvecklade in-house programvara som använder ett programmeringsgränssnitt för att kommunicera med en kommersiell strålbehandling dosplaneringssystem. Det gränssnitt också med en kommersiell sekundära dos verifiering programvara. Nödvändiga ingångar i systemet är en behandling planera ordning, godkänts av strålning onkolog, och en simulering beräknade datortomografi (CT) bild, godkänd av röntgenskötare. RPA sedan genererar en komplett strålbehandling behandlingsplan. För livmoderhalscancer behandlingsplaner krävs inga ytterligare användaråtgärder tills planen är klar. För huvud och hals behandlingsplaner, efter den normala vävnaden och några av målstrukturer automatiskt streckat tecknas på CT bilden, måste strålterapeuten granska konturer, att göra ändringar om det behövs. De avgränsa också volymen brutto tumör. RPA fullbordar sedan behandling planeringsprocessen, skapa en VMAT plan. Slutligen måste den färdiga planen granskas av kvalificerad kliniska personal.
Den internationella atomenergiorganet (IAEA) rekommenderar 1 behandling planner per 300 patienter i strålbehandling kliniker, och 1 strålning fysiker per 400 patienter behandlas årligen1. I många länder kombineras dessa roller (behandling planner och fysiker). I andra länder ta de strålning terapi teknologer (kallas ofta för röntgensjuksköterskor) också på en dosplanering roll. Låg – och medelinkomstländer (LMICs) har allvarliga brister i strålterapeuter, sjukhusfysiker och strålning terapi teknologer. 2020 uppskattas det att vi kommer att behöva en ytterligare 12.000 strålterapeuter, 10.000 sjukhusfysiker och 29.000 teknologer. 2. dessa uppskattningar baseras på data från olika datamängder i public domain (e.g., IAEA), med bemanning nivåer baserat på rekommendationer från European Society for strålbehandling & onkologi (ESTRO) och IAEA3. Utbildningsbehov är enorma. Exempelvis för sjukhusfysiker rekommenderar de flesta riktlinjer en 2 till 3 år praktik eller uppehållstillstånd, ofta efter slutförandet av medicinsk fysik graduate school4,5,6. Detta 4-årigt åtagande innebär att 40 000 årsarbeten utbildning behövs bara för att ta itu med den globala bristen i sjukhusfysiker ensam.
Automatisering av dosplanering kunde minska några av bristerna bemanning, särskilt sjukhusfysiker och planering personal. Automatiserad planering kan minska den tid som strålterapeuter spendera på dosplanering3 och säkerligen har viktiga roller i ritning strålning behandling beam öppningar. Detta arbete beskriver driften av en helt automatiserad dosplaneringssystem, den strålning planering assistent (RPA), utvecklat under ett projekt finansierat av National Cancer Institute att i slutändan förbättra tillgången till högkvalitativ strålbehandling över hela världen 7.
Figur 1 visar en översikt över den automatiserade behandling som planeringsprocessen som genomförts i RPA. Behandling planeringsuppgifter utförs med antingen funktioner i det dosplaneringssystem (se Tabell av material för planeringssystemet används), kontrollerade med hjälp av application programming interface (API), eller med hjälp av internt utvecklat funktioner. En nyckelkomponent i RPA är oberoende verifiering av alla aktiviteter som har varit automatiserad8. Detta uppnås med hjälp av andra, annorlunda av algoritmer och funktioner. Resultaten av de primära algoritmer, som används för behandlingsplan, jämförs med resultaten av de sekundära algoritmen, och flaggas om skillnaden är större än en förutbestämda kriterier9. Behandlingen planerar att passera den oberoende kontroller och ytterligare manuella kontroller av lokal personal är redo att användas för patientens behandling. Utdata dokumentationen av RPA har utformats särskilt för att effektivisera processen manuell kontroll.
Arbetsflödet för RPA systemet ur användarnas synvinkel visas i figur 2. Indata till systemet är en godkänd plan order och en godkänd CT-bild. Strålterapeuten skapar och godkänner ordern plan som innehåller grundläggande patientinformation och information om förväntade planen (recept, behandling typ, etc.). CT bild uppsättningen måste också godkännas (av CT teknikern). Detta är att se till att planen beräknas på den rätta CT-bilden. Detta är viktigt, till exempel när flera CT bild-apparater tas av en enda patient. När RPA får en godkänd plan order och en godkänd CT bild uppsättning, behandlingsplan genereras automatiskt. I vissa fall, såsom när du skapar 4-fältet box livmoderhalscancer behandlingar, följande steg är helt automatiserad, och inga ytterligare användaråtgärder behövs tills är behandlingsplan redo. I andra fall, såsom skapandet av huvud och hals VMAT behandlingsplaner, behövs ingripande halvvägs genom automatiserad behandling. Huvud och hals planer krävs strålterapeuten till granskning eller redigera genereras automatiskt konturer. De behöver också avgränsa brutto tumör volymen (GTV). I den här situationen efter mottagande godkända planen order och CTs, utför RPA några inledande contouring uppgifter, inklusive konturering av normal vävnad och vissa mål. Strålterapeuten sedan granskar och godkänner konturer, och RPA fortsätter med resterande behandling planeringsuppgifter. Det nuvarande systemet har testats med 6 MV och 18 MV röntgen balkar för huvud och hals och livmoderhalsen behandlingsplaner, respektive, båda med flackare filter. När behandlingsplan är klar skapas ett dokument för granskning och godkännande av lämpliga kliniska personalen, t.ex., fysiker och strålterapeuter. Några av dessa uppgifter kan delegeras till annan personal.
Modern behandling planeringssystem redan erbjuder några automatiserade planeringsprocesser. RPA integrerar dessa, när så är möjligt, erbjuda en komplett automatiserad planeringsprocessen, så att användaren kan skapa behandlingsplaner utan att behöva öppna en komplicerade dosplanering systemgränssnitt. Detta manuskript beskrivs i protokollet för RPA, och sedan presenterar några exempel på resultat för produktionen av behandling planeringsprocessen.
Ett protokoll som beskriver stegen i skapa en automatiserad behandlingsplan med hjälp av strålning planering assistent (RPA) systemet beskrevs. De avgörande stegen, ur användarens synvinkel, är (1) CT godkännande (2) Plan för godkännande (3) Contour granskning/redigering för huvud och hals fall, och (4) behandling planera granskning. Ordningen på de två första stegen är utbytbara. Av strålning planering assistenten skapar för närvarande automatiskt strålbehandling planer för huvud och hals (VMAT) och livmoderhalscancer (4-fältet box), och vi arbetar för närvarande på planer för bröstcancer cancerbehandlingar. Det slutliga målet är att helt automatisera dosplanering för alla platser/modaliteter, att skapa ett verktyg som genererar säker och effektiv strålbehandling behandlingsplaner.
Det nuvarande systemet har flera begränsningar. Först, det går inte att skapa behandlingsplaner för alla behandling platser och metoder, även om vi förväntar oss dess kapacitet att förbättras med tiden, vi är något sätt från full automatisering för alla behandling platser. Det finns också en risk för över beroendet av användarna automation – detta är en risk som vi har försökt att minska genom att inkludera många oberoende kontroller (figur 1). Det visades att utnyttja vårt syfte utvecklade plan-dokumentationen för att kontrollera behandlingsplaner att vissa potentiella fel identifieras av relativt oerfaren personal, men granskning av strålning onkolog, och planen kontroller av andra kvalificerade Personalen är viktiga.
Vi förväntar oss att förbättra RPA gränssnitten över tid, i svar på feedback. De allmänna arbetsflödet och uppgifter bör dock vara liknande dem som beskrivs i detta dokument. Detta dokument bör därför fortsätta att vara användbar. Ytterligare dokumentation kommer också att finnas, som beskriver några ändringar, utbildning för plan kontroller, etc.
Det finns befintliga exempel på automatisering av specifika steg av strålbehandling behandling planera. Vår kunskap är det första systemet som hela arbetsflödet är helt automatiserad, kräver nästan ingen inmatning från användaren. Det här protokollet beskriver, ur användarens synvinkel, viktigt steg som behövs för att driva den strålning planering assistenten och generera en strålbehandling behandlingsplan.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete finansierades av National Cancer Institute, med ytterligare stöd av Varian Medical Systems och Mobius Medical Systems. Vårt nuvarande system använder Eclipse för behandling planering funktioner och Mobius 3D för verifiering av dosen beräknas.
Eclipse | Varian Medical Systems | na | Treatment planning system |
Mobius 3D | Mobius Medical Systems | na | Dose calculation verification system |