Strålebehandling er en yderst kompleks kræftbehandling, der kræver flere specialister til at oprette en behandlingsplan og sørge for kvalitetssikring (QA) forud for levering til en patient. Denne protokol beskriver brugen af en fuldt automatiseret system, stråling planlægning Assistant (RPA), til at skabe høj kvalitet stråling behandlingsplaner.
Stråling planlægning Assistant (RPA) er et system udviklet til fuldautomatiske oprettelse af strålebehandling behandlingsplaner, herunder volumen-moduleret arc terapi (VMAT) planer for patienter med hoved og hals kræft og 4-felt boks planer for patienter med livmoderhalskræft. Det er en kombination af specielt udviklet in-house software, der bruger en programmeringsgrænseflade til at kommunikere med en kommerciel strålebehandling behandling planlægningssystemet. Det også grænseflader med en kommerciel sekundære dosis kontrol software. De nødvendige indgange til systemet er en behandling planer ordre, godkendt af stråling onkolog, og en simulation beregnet tomografi (CT) billede, godkendt af Radiograf. RPA genererer derefter en komplet strålebehandling behandlingsplan. For livmoderhalskræft behandlingsplaner er uden yderligere brugerinput nødvendigt, indtil planen er fuldført. Hoved/nakke behandlingsplaner, efter den normale væv og nogle af strukturerne, målet er automatisk afgrænset på CT billede, skal stråling onkolog gennemse konturer, at gøre redigeringer, hvis nødvendigt. De også afgrænse brutto tumor volumen. RPA derefter afslutter behandlingen planlægningsproces, oprettelse af en VMAT plan. Endelig, den færdige plan skal revideres af kvalificerede klinisk personale.
I strålebehandling klinikker, den Internationale Atomenergiorganisation (IAEA) anbefaler 1 behandling planner pr. 300 patienter og 1 stråling fysiker pr. 400 patienter behandles årligt1. I mange lande kombineres disse roller (behandling planner og fysiker). I andre lande tage stråling behandling teknologer (ofte kaldet radiographers) også på en behandling planlægning rolle. Lav – og mellemindkomstlande (LMICs) har alvorlige underskud i stråling onkologer, medicinsk fysikere og stråling terapi teknologer. 2020 anslås det, at vi vil have en yderligere 12.000 stråling onkologer, 10.000 medicinsk fysikere og 29.000 teknologer. 2. disse estimater er baseret på data fra forskellige datasæt i det offentlige rum (e.g., IAEA), med personaleniveauer baseret på anbefalinger fra det europæiske samfund for strålebehandling & Oncology (ESTRO) og IAEA ‘s3. Uddannelsesbehovene er enorme. For eksempel til medicinsk fysikere anbefaler de fleste retningslinjer en 2 – 3 år praktik eller opholdstilladelse, ofte efter afslutningen af medicinsk fysik graduate school4,5,6. Denne 4-årige engagement betyder, at 40.000 årsværk af uddannelse er nødvendige blot for at løse den globale mangel i medicinsk fysikere alene.
Automatisering af behandling planlægning kan reducere nogle af disse personalemæssige mangler, især medicinsk fysikere og planlægningsstab. Automatiseret planlægning kan reducere den tid, Stråling onkologer bruger på behandling planlægning3 og helt sikkert har vigtige roller i tegning stråling behandling beam åbninger. Dette arbejde beskriver driften af en fuldt automatiseret behandling planlægning system, stråling planlægning Assistant (RPA), udviklet under et projekt finansieret af National Cancer Institute i sidste ende forbedre adgangen til høj kvalitet strålebehandling i hele verden 7.
Figur 1 viser en oversigt over automatiseret behandling planlægning processen gennemføres i RPA. Behandlingen planlægningsopgaver udføres ved hjælp af enten funktioner i behandlingen planlægningssystemet (Se Tabel af materialer til planlægningssystemet anvendes), styres ved hjælp af programmeringsgrænsefladen (API), eller ved hjælp af in-house udviklede funktioner. Et nøgleelement i RPA er uafhængig kontrol af alle opgaver, der er blevet automatiseret8. Dette opnås ved hjælp af et andet, forskellige sæt af algoritmer/funktioner. Resultaterne af de primære algoritmer, der anvendes til behandlingsplan, er sammenlignet med resultaterne af den sekundære algoritme og markeret hvis forskellen er større end en forudbestemte kriterier9. Behandling planer der passerer den uafhængige kontrol og yderligere manuel kontrol af lokalt ansatte er klar til at blive brugt til patient behandling. Output dokumentation af RPA har været specielt designet til at strømline processen af Manuel check.
Arbejdsprocessen af RPA system fra brugernes synspunkt er vist i figur 2. Input til systemet er en godkendte planer ordre og et godkendt CT billede. Stråling onkolog skaber og godkender planen ordre, der indeholder grundlæggende patient information og detaljer om den forventede plan (recept, behandling type, osv.). CT billede sæt skal også godkendes (af CT-tekniker). Dette er at sikre, at den er beregnet på den korrekte CT billede. Dette er vigtigt, for eksempel, når flere CT billede sæt er taget af en enkelt patient. Når RPA modtager en godkendte planer ordre og en godkendt CT billede sæt, behandlingsplan genereres automatisk. I nogle tilfælde, som når du opretter 4-felt boks livmoderhalskræft behandlinger, følgende trin er fuldt automatiseret, og ingen yderligere brugerinput er nødvendig indtil er behandlingsplan klar. I andre tilfælde, såsom oprettelsen af hoved/hals VMAT behandlingsplaner, er intervention nødvendig halvvejs gennem automatiserede behandlingsprocessen. For hoved og hals planer er stråling onkolog påkrævet til anmeldelse/Rediger automatisk genereret konturer. De skal også afgrænse brutto tumor volumen (GTV). I denne situation, efter modtagelse godkendt planen ordrer og CTs, udfører RPA nogle indledende Profilstyring opgaver, herunder tilretning af normale væv og nogle mål. Stråling onkolog derefter gennemser og godkender konturerne, og RPA fortsætter med de resterende behandling planlægningsopgaver. Det nuværende system er blevet testet med 6 MV og 18 MV X-ray bjælker for hoved/hals og livmoderhalsen behandlingsplaner, henholdsvis, begge med udfladning filter. Når behandlingsplan er færdig, oprettes et dokument til gennemgang og godkendelse af passende klinisk personale, fx, fysikere og stråling onkologer. Nogle af disse opgaver kan uddelegeres til andre medarbejdere.
Moderne behandling planlægning systemer allerede tilbyder nogle automatiseret planlægningsprocesser. RPA integrerer disse, når det er muligt, tilbyder et komplet automatiseret planlægningsproces, sådan at brugeren kan generere behandlingsplaner uden at skulle åbne en kompliceret behandling planlægning system interface. Dette manuskript beskrevet i protokollen for RPA, og derefter præsenterer nogle eksempel resultater for produktionen af planlægningsprocessen behandling.
En protokol, der skitserer trinnene i at skabe en automatiseret behandlingsplan ved hjælp af stråling planlægning Assistant (RPA) system blev beskrevet. De afgørende skridt, fra en brugers synspunkt, er (1) CT godkendelse (2) planen for godkendelse (3) kontur anmeldelse/redigering for hoved og hals tilfælde, og (4) behandling Plan anmeldelse. Rækkefølgen af de to første trin er udskiftelige. Den stråling planlægning assistent i øjeblikket automatisk opretter strålebehandling planer for hoved og hals (VMAT) og livmoderhalskræft (4-felt boks), og vi arbejder i øjeblikket på planerne om breast cancer behandlinger. Det endelige mål er fuldt automatisere strålebehandling behandling planlægning for alle websteder/modaliteter, oprettelse af et værktøj, der genererer sikker og effektiv strålebehandling behandlingsplaner.
Det nuværende system har flere begrænsninger. Først, det kan ikke oprette behandlingsplaner for alle behandling websteder og tilgange, selv om vi forventer sine muligheder for at forbedre over tid, vi er nogle langt fra fuld automation for alle websteder, behandling. Der er også en risiko for afhængighed af brugerne automation – dette er en risiko for, at vi har forsøgt at mindske ved at medtage mange uafhængig verifikation kontrol (figur 1). Det fremgik, at brugen af vores formål-udviklet plan Se dokumentationen til behandlingsplaner vil sætte nogle potentielle fejl kan identificeres af relativt uerfarne medarbejdere, men revision af stråling onkolog, plan kontrol af andre kvalificerede og personale er vigtige.
Vi forventer at forbedre grænsefladerne RPA over tid, som svar på feedback. Den generelle arbejdsgang og opgaver bør dog fortsat svarende til dem, der beskrives i dette dokument. Dette dokument bør derfor fortsat være nyttigt. Yderligere dokumentation vil også være tilgængelig, der beskriver ændringer, uddannelse for plan kontrol, osv.
Der er eksisterende eksempler på automatisering af specifikke trin af strålebehandling behandling planlægning. Vores viden er dette det første system, som hele arbejdsgangen er fuldt automatiseret, kræver næsten ingen input fra brugeren. Denne protokol beskriver fra brugerens synspunkt, de vigtige skridt skulle operere stråling planlægning assistent, og generere en strålebehandling behandlingsplan.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af National Cancer Institute, med yderligere understøttelse af Varian Medical Systems og Mobius medicinske systemer. Vores nuværende system bruger Eclipse for behandling planlægning funktioner og Mobius 3D for verifikation af dosis beregning.
Eclipse | Varian Medical Systems | na | Treatment planning system |
Mobius 3D | Mobius Medical Systems | na | Dose calculation verification system |