Radiotherapie is een zeer complexe kankerbehandeling waarvoor meerdere specialisten voor het maken van een behandelplan en zorgt voor kwaliteitsborging (QA) voorafgaand aan levering aan een patiënt. Dit protocol beschrijft het gebruik van een volledig geautomatiseerd systeem, de straling Planning-assistent (RPA), kwalitatief hoogwaardige straling behandeling plannen maken.
De straling Planning-assistent (RPA) is een systeem ontwikkeld voor de volledig geautomatiseerde oprichting van radiotherapie behandeling plannen, met inbegrip van volume-gemoduleerd boog therapie (VMAT) plannen voor patiënten met kanker van het hoofd/nek en vak 4-veld plannen voor patiënten met baarmoederhalskanker. Het is een combinatie van speciaal ontwikkelde eigen software die gebruikmaakt van een application programming interface om te communiceren met een commerciële radiotherapie behandeling planningssysteem. Het is ook van interfaces met een commerciële secundaire dosis controle software. De nodige ingangen aan het systeem zijn een behandeling Plan orde, goedgekeurd door de straling oncoloog, en een simulatie tomografie (CT) afbeelding, goedgekeurd door het radiologisch berekend. Vervolgens genereert de RPA een volledige radiotherapie behandelingsplan. De cervicale kanker behandeling plannen is geen tussenkomst van de extra gebruiker noodzakelijk totdat het plan voltooid is. Voor hoofd/nek behandeling plannen, na het normale weefsel en een aantal van de doel-structuren zijn automatisch afgebakend op de CT-afbeelding, moet de straling oncoloog herzien de contouren, bewerkingen maken indien nodig. Ze bakenen ook het volume van de bruto tumor. Het RPA voltooit dan de behandeling planningsproces, het creëren van een VMAT plan. Tot slot moet het ingevulde plan worden herzien door gekwalificeerde klinisch personeel.
Het Internationaal Atoomenergie Agentschap (IAEA) raadt 1 behandeling planner per 300 patiënten in radiotherapie klinieken, en 1 straling natuurkundige per 400 patiënten behandeld jaarlijks1. In veel landen, worden deze rollen (behandeling planner en natuurkundige) gecombineerd. In andere landen ook de straling therapie technologen (vaak genoemd radiographers) op een behandeling plan rol. Laag en middelhoge – inkomen landen (LMICs) hebben ernstige tekorten in straling oncologists, medische fysici en technologen van straling therapie. 2020 geschat wordt dat zullen we een extra oncologists van 12.000 straling, 10.000 medische natuurkundigen en 29.000 technologen. 2. deze schattingen zijn gebaseerd op gegevens uit verschillende gegevenssets in het publieke domein (e.g., IAEA), met het personeelsbestand op basis van aanbevelingen van de Europese vereniging voor radiotherapie & oncologie (ESTRO) en IAEA3. De opleidingsbehoeften zijn immens. Bijvoorbeeld voor medische natuurkundigen raden de meeste richtlijnen een 2 tot 3 jaar stage- of residentie, vaak na voltooiing van de medische fysica graduate school4,5,6. Deze 4-jarige verbintenis betekent dat 40.000 manjaar voor opleiding nodig zijn gewoon met het inspelen op het wereldwijde tekort aan medische natuurkundigen alleen.
Automatisering van de planning van de behandeling kan sommige van deze personeel tekortkomingen, met name medische fysici en planningstaf verminderen. Geautomatiseerde planning kon verminderen de tijd dat straling oncologists op behandeling plannen3 en zeker hebben een belangrijke rol bij het opstellen van straling behandeling lichtbundel openingen. Dit werk beschrijft de werking van een volledig geautomatiseerde behandeling planningssysteem, de straling Planning-assistent (RPA), ontwikkeld onder een project gefinancierd door het National Cancer Institute om uiteindelijk toegang tot radiotherapie van hoge kwaliteit over de hele wereld 7.
Figuur 1 toont een overzicht van de geautomatiseerde behandeling planningsproces geïmplementeerd in de RPA. De planning van de taken worden uitgevoerd met behulp van beide functies in de behandeling planningssysteem behandeling (Zie de Tabel van materialen voor het planningssysteem gebruikt), gecontroleerd met behulp van de application programming interface (API), of met behulp van in-house ontwikkeld functies. Een belangrijk onderdeel van het RPA is de onafhankelijke verificatie van alle taken die zijn geautomatiseerd8. Dit wordt bereikt met behulp van een tweede, verschillende set van algoritmen/functies. De resultaten van de primaire algoritmen, die worden gebruikt voor het behandelplan, zijn vergeleken met de resultaten van de secundaire algoritme, en gemarkeerd als het verschil groter dan een vooraf bepaalde criteria9 is. Behandeling plan dat pas die de onafhankelijke controles en verdere handmatige controles door lokale medewerkers zijn klaar om te worden gebruikt voor de behandeling van de patiënt. De documentatie van de uitvoer van het RPA is specifiek ontworpen om de handmatige controle proces te stroomlijnen.
De workflow van het RPA systeem vanuit het oogpunt van de gebruikers is afgebeeld in Figuur 2. De ingangen naar het systeem zijn de volgorde van een goedgekeurd plan en een goedgekeurde CT-afbeelding. De straling oncoloog maakt en hecht zijn goedkeuring aan het plan-order met algemene patiënt informatie en details over de verwachte plan (voorschrift, soort behandeling, etc.). De CT afbeelding set moet ook worden goedgekeurd (door de CT-technicus). Dit is om ervoor te zorgen dat de planning is berekend op de juiste CT-afbeelding. Dit is belangrijk, bijvoorbeeld, wanneer meerdere CT afbeelding sets zijn genomen van een patiënt. Zodra de RPA ontvangt een order van het goedgekeurde plan en een goedgekeurde CT image set, het behandelplan wordt automatisch gegenereerd. In sommige gevallen, zoals bij het maken van vak 4-veld cervicale kankerbehandelingen, de volgende stappen zijn volledig geautomatiseerd en geen tussenkomst van de extra gebruiker is niet nodig tot is het behandelplan klaar. In andere gevallen, zoals de oprichting van hoofd/nek VMAT behandeling plannen, is interventie nodig halverwege door het behandelingsproces van de geautomatiseerde. Voor hoofd/nek plannen is de straling oncoloog vereist voor de beoordeling/bewerken automatisch gegenereerd contouren. Ze moeten ook het volume van de bruto tumor (GTV) af te bakenen. In deze situatie na ontvangst goedgekeurd plan orders en CTs, voert de RPA wat initiële contouren van taken, met inbegrip van contouren van normale weefsels en sommige doelen. De straling oncoloog vervolgens herziet en hecht zijn goedkeuring aan de contouren en de RPA blijft met de resterende behandeling planningstaken uit. Het huidige systeem is getest met 6 MV en 18 MV X-ray balken voor hoofd/nek en baarmoederhals behandeling plannen, respectievelijk, zowel met het afvlakken filteren. Nadat het behandelplan voltooid is, wordt een document gemaakt ter beoordeling en goedkeuring door de geschikt klinisch personeel, bijvoorbeeld, natuurkundigen en straling oncologists. Sommige van deze taken kunnen worden gedelegeerd aan andere personeelsleden.
Moderne behandeling planningssystemen bieden reeds een aantal geautomatiseerde planning processen. Het RPA integreert deze, waar mogelijk, bieden een volledig geautomatiseerde planning van proces, zodat de gebruiker behandeling plannen zonder de noodzaak genereren kan om een gecompliceerde behandeling plannen systeeminterface open. Dit manuscript het protocol beschreven voor het RPA, en vervolgens presenteert de resultaten van sommige voorbeeld voor de uitvoer van het planningsproces van de behandeling.
Een protocol waarin de stappen in het creëren van een behandelingsplan van de geautomatiseerde met behulp van het systeem van de straling Planning-assistent (RPA) werd beschreven. De cruciale stappen, vanuit het oogpunt van een gebruiker zijn (1) CT goedkeuring (2) Plan Order goedkeuring (3) Contour beoordeling/bewerken voor hoofd/nek gevallen, en (4) behandeling Plan review. De volgorde van de eerste twee stappen is verwisselbaar. De straling Planning-assistent maakt momenteel automatisch radiotherapie plannen voor hoofd/nek (VMAT) en baarmoederhalskanker (vak 4-veld), en we zijn momenteel bezig met plannen voor borst kankerbehandelingen. Het uiteindelijke doel is voor het volledig automatiseren van radiotherapie behandeling planning voor alle sites/modaliteiten, een instrument dat radiotherapie van veilige en effectieve behandeling plannen genereert maken.
Het huidige systeem heeft verscheidene beperkingen. Eerst, het plannen van de behandeling niet kan maken voor alle sites van de behandeling en benaderingen, hoewel we verwachten haar vermogens dat te verbeteren na verloop van tijd zijn wij sommige weg van volledige automatisering voor alle sites van de behandeling. Er is ook een risico op over afhankelijkheid door de gebruikers van automatisering – dit is een risico dat we hebben geprobeerd te verzachten door met inbegrip van vele onafhankelijke verificatiecontroles (Figuur 1). Het bleek dat het gebruik van onze doel ontwikkelde plan documentatie te controleren behandeling plannen zullen enkele potentiële fouten worden geïdentificeerd op basis van relatief onervaren personeel, maar de beoordeling door de straling oncoloog en plan gecontroleerd door andere gekwalificeerde het personeel is belangrijk.
We verwachten dat de RPA-interfaces te verbeteren in de tijd, in reactie op feedback van gebruikers. De algemene workflow en taken moeten blijven echter vergelijkbaar met die in dit document beschreven. Dit document moet dus blijven nuttig. Tevens zal aanvullende documentatie beschikbaar, met een beschrijving van eventuele wijzigingen, training voor plan controles, enz.
Er zijn bestaande voorbeelden van automatisering van specifieke stappen van de planning van de behandeling van de radiotherapie. Aan onze kennis is dit het eerste systeem waarvoor de hele workflow is volledig geautomatiseerd, waarvoor bijna geen input van de gebruiker. Dit protocol beschrijft, vanuit oogpunt van de gebruiker, de belangrijke stappen nodig om te werken de straling Planning-assistent, en het genereren van een behandelplan radiotherapie.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gefinancierd door het National Cancer Institute, met extra steun door Varian Medical Systems en Mobius Medical Systems. Ons huidige systeem gebruikt Eclipse voor behandeling planningsfuncties en Mobius 3D voor verificatie van de berekening van de dosis.
Eclipse | Varian Medical Systems | na | Treatment planning system |
Mobius 3D | Mobius Medical Systems | na | Dose calculation verification system |