Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Küçük Hayvan Radyasyonu Araştırma Platformu kullanılarak Glioblastoma Rat Modelinde Pozitron Emisyon Tomografi tabanlı Doz Boyama Radyasyon Tedavisi

2.5K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/62560

⸱

24 Mart 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Diagnostic Sciences, Ghent University, 2Department of Electronics and Information Systems, Ghent University, 3Department of Head and Skin, Ghent University

Bu makalede

Özet

Burada, doğruluk ve verimliliği optimize etmek için şirket içinde geliştirilen algoritmaları kullanarak bir sıçan glioblastoma modelinde preklinik pozitron emisyon tomografisi tabanlı radyoterapi yapmak için bir protokol sunuyoruz.

Özet

Klinikte insan glioblastomanın kemoterapi-radyasyon tedavisini taklit eden bir sıçan glioblastoma modeli daha önce kurulmuştu. Klinik tedaviye benzer şekilde, tedavi planlama sürecinde bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) birleştirildi. Pozitron emisyon tomografisi (PET) görüntülemesi daha sonra bir mikro ışınlama sistemi kullanılarak alt hacim güçlendirme uygulamak için eklendi. Bununla birlikte, mikro ışınlama sistemi kullanarak üç görüntüleme modalitesinin (BT, MRI ve PET) birleştirilmesi emek yoğun olduğunu kanıtladı, çünkü multimodal görüntüleme, tedavi planlaması ve doz doğumu preklinik ortamda sırayla tamamlanmalı. Bu aynı zamanda insan hatasına daha yatkın bir iş akışıyla sonuçlanır. Bu nedenle, preklinik multimodal görüntüleme tabanlı radyasyon tedavisi planlamasını daha da optimize etmek için kullanıcı dostu bir algoritma uygulandı. Bu yazılım aracı , bir siliko çalışma tasarımı kullanılarak mikro ışınlama ile doz boyama radyasyon tedavisinin doğruluğunu ve verimliliğini değerlendirmek için kullanılmıştır. Doz boyama radyasyon tedavisi için yeni metodoloji doğruluk, zaman verimliliği ve kullanıcı içi ve kullanıcılararası değişkenlik açısından daha önce açıklanan yöntemden daha üstündür. Ayrıca, klinik sistemlerin aksine ileriye dönük planlamanın hala yaygın olarak kullanıldığı mikro ışınlayıcılarda ters tedavi planlamasının uygulanmasına yönelik önemli bir adımdır.

Giriş

Glioblastoma (GB) kötü huylu ve çok agresif bir primer beyin tümörüdür. GB tipik olarak infiltratif sınırlar, nükleer atipi ve nekroz1 ile karakterize katı heterojen bir tümördür1. Kan-beyin bariyerinin varlığı ve beynin bağışıklık ayrıcalıklı bir site olarak durumu, kemoterapi ve immünoterapi için yeni hedeflerin keşfini göz korkutucu bir görev haline getirir2,3,4. GB hastalarının tedavisinin, 2005 yılında, dış ışın radyasyon tedavisini (RT) eşlik eden temozolomid ile birleştiren Stupp protokolünün piyasaya sürülmesinden bu yana neredeyse hiç değişmediği ve bunu genellikle adjuvan temozolomide5'in izlediği dikkat çekicidir. Tipik olarak, Stupp protokolünden önce maksimal cerrahi rezeksiyon gelir. Bu nedenle alternatif tedavi yaklaşımları çok önemlidir.

Glioblastoma hastaları için mevcut radyasyon tedavisi, tanımlanan tümör hacmine tek tip radyasyon dozu sağlar. Radyasyon onkolojisinde, glioblastoma için normal beyne artan toksisite nedeniyle 60 Gy civarında görünen artan doz ile önemli bir doz-yanıt korelasyonu vardır6,7. Bununla birlikte, tümörler oksijen seviyesi gradyanları ve/ veya hücresel yoğunlukta büyük farklılıklar ile çok (radyobiyolojik olarak) heterojen olabilir. PET gibi metabolik görüntüleme teknikleri bu biyolojik özellikleri görselleştirebilir ve doz reçetesini özelleştirmek için kullanılabilir. Bu yaklaşım doz boyama RT olarak bilinir. Bu terim Ling ve arkadaşları tarafından 2000 yılında tanıtıldı. Yazarlar, DOZ Boyama RT'yi "radyasyon yayılımı ve dağılım kısıtlamaları içinde zarif bir şekilde konformsal doz dağılımları" üretmek olarak tanımladılar 8.

İki tür doz boyama RT, konturlara göre doz boyama (DPBC), bir doz iç içe alt hacimler kümesine reçete edilir ve sayılara göre doz boyama (DPBN), böylece voksel düzeyinde bir doz reçete edilir. DPBN RT için doz dağılımı fonksiyonel görüntülerden çıkarılabilir. Her vokseldeki doz, bir yandan tümörün her yerine yeterli dozun iletildiklerinden emin olmak için alt ve üst sınıra sahip görüntüdeki ilgili vokselin I yoğunluğuna göre belirlenir. Öte yandan, risk altındaki organları korumak ve toksisiteden kaçınmak için dozlar bir üst sınırı aşmaz. En basit yöntem, minimum doz Dmin ve maksimum doz Dmax arasında doğrusal bir enterpolasyondur (bkz. Eş. 1), hedef hacimdeki minimum yoğunluk Imax ve maksimum yoğunluk arasında orantılı olarak değişir9,10

figure-introduction-1Eş. 1

DPBN RT'nin kalite güvencesi konusunda bazı şüpheler olduğundan, dozun birikmesi klinik öncesi ve klinik araştırmalarla doğrulanmalıdır10. Bununla birlikte, klinik çalışmalardan sadece sınırlı veriler elde edilebilir ve laboratuvar hayvanlarına küçülterek daha fazla içgörü elde edilebileceği varsayılmıştır11,12. Bu nedenle, otoradyografi gibi bazı çok özel tekniklerle bağlantıya izin veren hassas görüntü güdümlü radyasyon araştırma platformlarını kullanan preklinik çalışmalar, açık konuları incelemek ve rt13,14 doz boyama gibi kişiselleştirilmiş tıp ve yeni tedavi stratejilerine giden yolu açmak için uygundur. Ancak, preklinik verilerin yorumlanması dikkatle yapılmalıdır ve bu preklinik kurulumların dezavantajları dikkate alınmalıdır14.

Küçük Hayvan Radyasyon araştırma platformu (SARRP) gibi mikro ışınlama sistemleri, klinik benzerleriyle benzer teknolojilerle donatılmıştır. Bunlar arasında koni-ışın CT (CBCT) görüntüleme, preklinik tedavi planlama sistemi (PCTPS) bulunur ve milimetre altı hassasiyet sağlar. Klinik doz hesaplamaları ters tedavi planlaması ile gerçekleştirilir, böylece biri ışınları yinelemeli bir algoritma ile belirlemek için istenen doz dağılımından başlar. Preklinik ışınlayıcılar genellikle ileriye dönük planlama kullanır. İleriye dönük planlamada, kirişlerin gerekli miktarı ve açısı seçilir ve PCTPS daha sonra doz dağılımını hesaplar. Planların optimizasyonu, emek yoğun olan manuel yineleme ile gerçekleştirilir15.

2009 yılından sonra yeni gelişmeler bu araştırma platformlarında ters planlamanın uygulanmasını mümkün kılmaktadır16,17,18. Klinik yöntemle benzerliği artırmak için, çok yapraklı kolimatörin preklinik bir karşılığı olarak motorlu değişken dikdörtgen kollazatör (MVC) geliştirilmiştir. Değişken kolimatör kullanan iki boyutlu doz boyama yöntemi Cho ve ark.19 tarafından yayınlandı. Bu araştırma grubu bir mikro ışınlayıcı üzerinde üç boyutlu (3D) ters tedavi planlama protokolü uyguladı ve hedef hacim için minimum ve maksimum doz, risk altındaki organlar için maksimum doz belirledi. Bu teknikler esas olarak silikoda değerlendirilmiştir ve preklinik uygulamalarının araştırılması gerekir.

Bu makale, küçük bir hayvan radyasyon araştırma platformu kullanarak BIR GB sıçan modelinde [18F]-floro-etil-L-tirozin ([18F]FET) PET tabanlı doz boyama için iki metodolojiyi karşılaştırmak için siliko çalışması sununda bir çalışma sunun. Bu iki metodoloji (1) önceden tanımlanmış ışın boyutları kullanılarak alt hacim artırıcı ve (2) tümör hacmindeki PET izleyici alımına göre çene boyutlarının değiştirildiği motorlu değişken kolimatör kullanılarak doz boyanır. [18F] FET, beyin tümörlerini tespit etme yeteneği nedeniyle nöro-onkolojide sıklıkla kullanılan bir PET izleyicidir23. [18F] FET, tümöral hücrelere içselleştirilmiş ancak hücre proteinlerine dahil olmayan yapay bir amino asittir. [18F] FET alımı hücre çoğalma hızı, tümör hücre yoğunluğu ve anjiogenez24 ile karşılık gelir. Bu, bu yazarların enstitüsünde en sık kullanılan onkolojik beyin PET izleyicisi olduğundan, bu radyotracer yeni iş akışını değerlendirmek için seçildi.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Çalışma, hayvan deneyleri için yerel etik komitesi tarafından onaylandı (ECD 18/21). Anestezi takibi, bir sensör kullanılarak hayvanların solunum hızının alınmasıyla gerçekleştirilir.

1. F98 GB fare hücresi modeli

  1. F98 GB hücrelerini Dulbecco'nun baldır serumu, %1 penisilin, %1 streptomisin ve %1 L-glutamin ile desteklenmiş modifiye Eagle Medium'unu kullanarak bir monolayerde kültürlendirin ve bir CO2 inkübatörüne (%5 CO2 ve 37 °C) yerleştirin.
  2. Glioma hücrelerini dişi Fischer F344 sıçanlarının beynine aşıla (vücut ağırlığı 170 g).
    NOT: Steril aletler kullanın ve her zaman steril eldiven giyin.
    1. Sıçanları, burun konisiyle oksijenle (0,3 mL/ dk) karıştırılan izofluranların (% 5 indüksiyon,% 2 bakım) solunması yoluyla uyuşturun. Uzuvların çekilme refleksinin yokluğu ile anesteziyi onaylayın ve burun ve kulaklar için sabitleme noktaları kullanarak sıçanları stereotaktik bir cihazda hareketsiz hale haline getirdiğiz. Anestezi altında göz kuruluğu önlemek için bir karbomer göz jeli uygulayın. Vücut sıcaklığını 37 °C'de bir temoregüle ısıtma yastığı ve rektal prob ile koruyun.
    2. Sıçanı göz seviyesinden kafatasının arkasına kadar tıraş edin ve cildi izobetadin ile dezenfekte edin. Lokal anestezi için ksylocaine (adrenalin 1:200000, 0.1 mL ile) deri altından enjekte edin.
    3. Kafatasını orta çizgili bir kafa derisi kesiğinden maruz bırakın ve sağ yarımküredeki bregmaya 3 mm posterior ve 3 mm yanal bir matkap aleti ile küçük bir delik açın.
    4. Stereotaktik güdümlü bir insülin iğnesi (29 G) takın ve mikrosyringe pompa denetleyicisi kullanarak 3 mm derinliğinde 5 μL hücre süspansiyonu (20.000 F98 GB hücre) enjekte edin. İğneyi 5 dakika yerinde bırakın, hücre süspansiyonuna dokuya yayılması için zaman kazandırın.
    5. Şırındıcı yavaşça çekin ve kafatasındaki deliği kemik balmumu ile kapatın. Cildi dikin (poliamid 6, kalınlık 4-0) ve meloksikamı deri altı olarak enjekte edin (1 mg/kg, 2 mg/mL). Ksylocaine jel uygulayın.
    6. Kırmızı bir lamba kullanarak ameliyat sonrası hayvanın vücut sıcaklığını stabilize edin. Yeterli bilinç kazanana kadar sıçanın uyanışını izleyin. Tamamen iyileşene kadar hayvanı diğer hayvanların şirketine iade etmeyin. Tüm hayvanları çevre kontrollü koşullar altında (12 saat açık/karanlık döngü, 20-24 °C ve% 40-70 bağıl nem) yiyecek ve su reklam libitum ile barındırın.
    7. Hayvanları günlük olarak izlediğinden ve vücut ağırlıklarını, yiyeceklerini, su alımlarını ve aktivitelerini ve davranışlarını kontrol ederek günlük sağlık durumu günlüğünü koruduğunuzdan emin olun. % 20 vücut ağırlığında bir düşüş gözlenirse veya normal davranış ciddi şekilde kötüleştiğinde (örneğin, tımar eksikliği) hayvanları ötenazi yapmak için ölümcül bir pentobarbital sodyum dozu kullanın (160 mg / kg).

2. Tümör büyümesinin onaylanması

  1. Aşı sonrası 8 gün tümör büyümesini değerlendirin. Sıçanları, burun konisiyle oksijenle (0,3 mL/ dk) karıştırılan izofluranların (% 5 indüksiyon,% 2 bakım) solunması yoluyla uyuşturun. Uzuv yoksunluk refleksinin yokluğu ile anesteziyi onaylayın.
  2. Gadolinyum içeren bir kontrast maddesini (0,4 mL/kg) yanal kuyruk damarında intravenöz olarak yerleştirilmiş bir borudan enjekte edin. Hayvanı ılık bir su sirkülasyon ısıtma battaniyesi ile örtün ve MRI yatağına yerleştirin. Anestezi altında göz kuruluğu önlemek için bir karbomer göz jeli uygulayın. MRI yatağını bir Tx/Rx Rat beyin hacmi bobini ile tutucuya yerleştirin.
  3. Tümör büyümesini değerlendirmek için bir lokalizatör taraması ve ardından T2 ağırlıklı spin-echo taraması yapın. Bu T2-MRI sıra ayarlarını kullanın: tekrarlama süresi (TR)/yankı süresi (TE) 3661/37.1 ms, 109 μm izotropik düzlem içi çözünürlük, dilim kalınlığı 600 μm, 4 ortalama, 30 dilim, toplam alım süresi (TA) 9 dk 45 s.
  4. T2 ağırlıklı alımda bir tümör doğrulanırsa, T1 ağırlıklı kontrastla geliştirilmiş spin eko taraması yapın. Bu T1-MRI sıra ayarlarını kullanın: TR/TE 1539/9.7 ms, 0.117 mm izotropik düzlem içi çözünürlük, dilim kalınlığı 600 μm, 3 ortalama, 30 dilim, TA 4 dk 15 s.
  5. MR'dan sonra, tam bilinci yerine gelene kadar hayvanı sürekli olarak denetleyin.
  6. Tümör, genellikle aşılamadan 12 gün sonra gözlenen 7 ila 8 mm çapa ulaştığında, tedavi için hayvanı seçin.

3. Hedef hacim seçiminin multimodalite görüntülemesi

NOT: PET/MRI destekli ışınlama, multimodal veri kümesinin sırayla alınmasını gerektirir. Radyotracer intravenöz uygulamadan sonra PET görüntülemeye başlanır, ardından kontrastla geliştirilmiş T1 ağırlıklı MR ve son olarak tedavi planlama CT'si yapılır.

  1. Bir burun konisi kullanarak oksijenle karıştırılan izofluran (%5 indüksiyon, %2 bakım) ile hayvanı uyuşturun. Sıçanlar uzuvların herhangi bir çekilme refleksi sergilemediğinde anesteziyi onaylayın. Anestezi altında göz kuruluğu önlemek için karbomer göz jeli uygulayın.
  2. Boruyu yanal kuyruk damarına intravenöz olarak yerleştirin ve 200 μL salinde çözünmüş 10-12 MBq PET radyoaktif izleyici enjeksiyonunu mümkün kılın. Enjekte [18F]-FET, PET alımından önce 1 saat. İzleyici vücuda dağıtılırken hayvanın bilincini geri kazanmasına izin verin.
  3. 3.1 adımında açıklandığı gibi hayvanı tekrar uyuşturun. Hayvanı çok yönlü bir yatağa yerleştirin (burada, şirket içinde yapılmış) ve görüntüleme ve mikro ışınlama sırasında sabit bir konum koruyarak kanca ve halka bağlantı elemanları kullanarak sabitleyin. Daha kolay ortak kayıt için MRI/PET aracı ile doldurulmuş bir kılcal damarı sabitleyin ( Malzeme Tablosuna bakın). Multimodality görüntüleme ve tedavi sırasında vücut sıcaklığını korumak için hayvanı kabarcık sargısına sarın.
  4. PET izleyicinin enjeksiyonundan 1 saat sonra PET taraması yapın. PET taramasını, 30 yineleme kullanarak Maksimum Olasılık Beklenti-Maksimizasyonu (MLEM) algoritması uygulayarak 0,4 mm voksel boyutuna sahip 3D birime (192 x 192 x 384 matris) yeniden yapılandırın.
    NOT: Laboratuvar hayvan görüntüleme için özel bir PET tarayıcı, 130 mm eksenel görüş alanı ve 72 mm delik çapı ile kullanılmıştır. Bu sistem alt mm (0,85 mm) uzamsal çözünürlük sağlar.
  5. Kuyruk damarına intravenöz olarak bir MRI kontrast maddesi (0,4 mL/kg) enjekte edin. Hala multimodality yatağına sabitlenmiş olan sıçanı MRI tarayıcısının hayvan tutucusuna (Malzeme Masası) yerleştirin. 2.4 adımına benzer şekilde kontrastla geliştirilmiş T1 ağırlıklı spin-echo dizisi ile yerelleştirici taraması gerçekleştirin.
  6. Hayvanı, hala multimodality yatağına sabitlenmiş, mikro ışınlayıcıdaki dört eksenli robotik konumlandırma masasına sabitlenmiş plastik bir tutucuya yerleştirin. 70 kV'lık bir tüp voltajı, 0,4 mA'lık bir tüp akımı, 1 mm alüminyum filtre ve 20 x 20 cm (1024 x 1024 piksel) amorf Si düz panel dedektörü kullanarak yüksek çözünürlüklü bir tedavi planlama koni kirişi CT gerçekleştirin. 360°'nin üzerinde toplam 360 projeksiyon elde edin. CT görüntülerini 0,275 mm (411 x 411 x 251 matris) izotropik voksel boyutuyla yeniden yapılandırın.

4. Resim ortak kaydı

NOT: Ortak kayıt, şirket içinde geliştirilen yarı otomatik MATLAB kodu ile gerçekleştirilir. Kod github'da https://github.com/sdonche/DosePainting bulunabilir. Farklı adımlar aşağıda açıklanmıştır.

  1. Üç görüntü modalitesini ([18F]FET PET, kontrast artırılmış T1 ağırlıklı MRI ve koni ışını CT) tek bir klasöre yerleştirin. MRICRON image viewer24'ten dcm2niix işlevini kullanarak DICOM görüntülerini NIfTI formatına dönüştürün.
  2. Dönüştürülen görüntüleri MATLAB'a içe aktarın ve PET görüntüsünü 1 mm'lik Tam Genişlikli Yarım Maksim (FWHM) kullanarak Gauss filtresiyle filtreleyin.
  3. Görüntüleri, tüm görüntüleme yöntemlerinden kartezyen eksenlerin birbiriyle uyuşması için yeniden yönlendirin.
    NOT: Bu kurulum için CT görüntüsü Y ekseni etrafında çevrilmiş; MRI X ekseni etrafında çevrildi ve PET Y ekseni etrafında çevrildi.
  4. Otomatik ortak kaydı basitleştirmek için PET görüntüsünü kırpın.
    NOT: Bu kurulum için X ekseninin her iki tarafından (hayvanın sol ve sağında) 40 piksel sıfıra ayarlandı; hayvanın dorsal ve ventral tarafında (Y ekseni), sırasıyla 60 ve 40 piksel sıfıra ayarlandı; boyuna eksen (veya Z ekseni) boyunca, 170 ve 30 piksel sırasıyla alt ve üstün taraf için sıfıra ayarlanır.
  5. Otomatik birlikte kaydı basitleştirmek için görüntü merkezlerini birbirine yaklaştırın.
  6. MATLAB26'da İstatistiksel Parametrik Eşleme (SPM) kullanarak gerçek katı gövde ortak kaydını gerçekleştirin. Aşağıdaki kayıt parametrelerini kullanın (varsayılan olarak diğerleri): nesnel işlev: karşılıklı bilgi; ayırma: [4 1 0.2]; toleranslar: [0,02 0,02 0,02 0,001 0,001 0,001 0,01 0,01 0,01 0,001 0,001]; histogram yumuşatma: [1 1]; enterpolasyon: trilinear.

5. Radyasyon tedavisi planlaması

NOT: Radyasyon tedavisi planlaması için bir MATLAB uygulaması ve birden fazla MATLAB betiği yazılmıştır. Kod github'da https://github.com/sdonche/DosePainting bulunabilir. Farklı adımlar aşağıda açıklanmıştır.

  1. Yöntem 1
    1. Üç farklı görüntüleme modalitesini MATLAB uygulamasına yükleyin. T1 ağırlıklı MRI taramasındaki kontrast geliştirmesinin etrafına cömert bir sınırlayıcı kutu yerleştirin (Şekil 1). Bir eşik kullanarak karşıtlıkla geliştirilmiş birimi belirleyin (Şekil 2). Birden çok bölge seçilmişse, merkezi RT için öngörülen bir doz veren ilk izomerkezci olarak kabul edilen yalnızca en büyük hacmi seçin (Şekil 3).
    2. Önceden belirlenmiş MRI kontrastı geliştirmeyi her yönde 10 piksel genişletin. Birden fazla bölge tespit edilirse, merkezi RT için öngörülen bir doz veren ikinci izomerkezci olarak kabul edilen en büyük PET hacmini koruyun.
      NOT: Bu PET hacminde PET boost hacmi, bu ses birimindeki maksimum sinyal yoğunluğundan (sınırlayıcı kutuda) 0,90 × daha yüksek sinyal yoğunluğuna sahip pikseller tarafından tanımlanır.
    3. Hesaplanan izomerler için aşağıdaki ışınlama ayarlarını kullanın (Şekil 4 ve Tablo 1).
      1. İlk izomerör (MRG) için, sırasıyla 120°, 120° ve 60° gantry dönüşü ile 0°, -45° ve -90° koltuk pozisyonlarında 3 konaner olmayan yay kullanarak 2000 cGy öngörülen bir doz verin. 10 x 10 mm'lik sabit bir kolimatör boyutu kullanın, ancak daha küçük tümör boyutlarının ışınlanmaları gerektiğinde uygun bir kolimatör (örneğin, 5 x 5 mm kolimatör) kullanın. Tümör hacimleri 10 mm'den büyük olduğunda hayvanın refahını göz önünde bulundururken dikkatli olun.
      2. İkinci izomer için (PET), sırasıyla 120°, 120° ve 60° gantry dönüşü ile 0°, -45° ve -90° koltuk pozisyonlarında 3 koklanar olmayan yay kullanarak 800 cGy öngörülen bir doz verin. 3 x 3 mm sabit kolimatör boyutu kullanın.
    4. Hayvan içindeki doz dağılımını ve ışın dağıtım parametrelerini hesaplayın.
  2. Yöntem 2
    1. Üç farklı görüntüleme modalitesini MATLAB uygulamasına yükleyin. [18F]FET PET görüntüsündeki kontrast geliştirmenin etrafına, 5.1.1 adımına benzer cömert bir sınırlayıcı kutu yerleştirin.
    2. A × maksimum sinyal yoğunluğundan (yukarıda belirtilen sınırlayıcı kutuda) daha yüksek bir sinyal yoğunluğuna sahip pikseller tarafından tanımlanan birimleri, A'ya eşit 0,50, 0,60, 0,70, 0,80 ve 0,90 ile belirleyin. Bu birimleri sırasıyla V50, V60, V70, V80 ve V90 olarak adlandırın.
    3. MATLAB bezini kullanarak motorlu değişken kolimatörünü yönlendirmek için gereken her kiriş için izomeranları ve çene boyutlarını belirleyin (bkz. Şekil 5).
    4. Hesaplanan izomerler ve çene boyutları için aşağıdaki ayarları kullanın:
      1. V50 için, 16 kirişe dağılmış 2000 cGy'lik reçeteli bir doz verin (her biri 125 cGy; Tablo 2'deki kanepe ve gantry pozisyonları). MVC için hesaplanan çene boyutlarını kullanın.
        NOT: Burada mikroskobik tümör infiltrasyonunu hesaba katmak için 1 mm'lik ek bir marj eklenmiştir.
      2. V60-V90 için, 40 ışına dağılmış 800 cGy'lik reçeteli bir doz verin (her biri 20 cGy; Tablo 2'deki kanepe ve gantry pozisyonları). MVC için hesaplanan çene boyutlarını kullanın.
    5. Hayvan içindeki doz dağılımını ve ışın dağıtım parametrelerini hesaplayın.

6. Plan değerlendirmesi

NOT: İki yöntemi karşılaştırmak için, V50 PET hacmindeki doz hacmi histogramlarını (DVH) ve Q-volume histogramı (QVH) hesaplayın. Burada, şirket içinde geliştirilen bir MATLAB betiği kullanıldı. Kod github'da https://github.com/sdonche/DosePainting bulunabilir.

  1. Doz hacmi histogramı
    1. SARRP'den elde edilen doz dağılımından DVH oluşturun.
    2. Dx'in hacmin %x'i tarafından alınan dozu temsil ettiği D10, D50 ve D90'ı hesaplayarak DVH'den maksimum, ortalama ve minimum dozları belirleyin.
  2. Q-volume histogram
    1. İdeal bir doz haritası vermek için hedef hacimdeki minimum PET yoğunluğu ve maksimum PET yoğunluğu arasında orantılı olarak değişen, minimum ve maksimum dozlar arasında doğrusal bir enterpolasyon olan Eq. 1'i kullanarak her piksel için ideal bir doz hesaplayın.
    2. Aşağıdaki denklemi kullanarak her piksel için Q-değer Qp'sini hesaplayın (Eş. 2):
      figure-protocol-1Eş. 2
      Dp planlama ile elde edilen doz ve Di ile, planlama için doz amacı.
    3. Elde edilen Q değerlerinden QVH oluşturun.
    4. Eq. 3 kullanarak planlanan ve amaçlanan dozlar arasındaki farkı değerlendirmek için kalite faktörünü (Q faktörü, QF) hesaplayın:
      figure-protocol-2Eş. 3

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

İnsan tedavi stratejisini taklit etmek için SARRP kullanan glioblastoma sıçan modelinde PET ve MRI güdümlü ışınlamanın fizibilitesi daha önce 20.21,22 olarak tanımlanmıştır. Hayvan, şirket içinde yapılan çok moddaliteli bir yatağa sabitlenirken, üç görüntüleme modalitesini birleştiren kabul edilebilir bir radyasyon tedavi planı oluşturmak mümkündü: PET, MRI ve BT. Bu yöntemlerde, görüntüleri sert gövde dönüşümlerini manuel olara...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Glioblastoma hastaları için klinikte kemoterapi-radyasyon tedavisini taklit eden bir sıçan GB modeli daha önce tanımlanmıştır20. Klinik yönteme benzer şekilde, tedavi-planlama sürecinde BT ve MRI birleştirilerek daha hassas ışınlama elde edildi. Hayvan bir görüntüleme sisteminden diğerine taşındığında (kafa) hareketi en aza indirmek için çok yönlü bir yatak kullanıldı. Daha sonra, PET görüntüleme tedavi planlama sürecine eklendi ve PET tabanlı alt hacim güçlendirme başarıyla uygu...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak çıkar çatışmaları yoktur.

Teşekkürler

Yazarlar bu çalışmayı desteklenerek Lux Luka Vakfı'na teşekkür ediyor.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

18
Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Hücre kültürü
F98 Glioblastoma Hücre HattıATCCCRL-2397
https://www.lgcstandards-atcc.org/products/all/CRL-2397 Dulbeco'nun Modifiye Eagle Medium'uThermo Fisher Scientific22320-030
Hücre kültürü şişeleriThermo Fisher Scientific178883 75 cm²
FBSThermo Fisher Scientific10270106
L-GlutaminThermo Fisher Scientific25030-032200 mM
Penisilin-StreptomisinThermo Fisher Scientific15140-14810.000 U/mL
Fosfat Tamponlu Salin (PBS)Thermo Fisher Scientific14040-224
Tripsin-EDTAThermo Fisher Scientific25300-0620.05
GB Sıçan Modeli
Top şeklinde çapakForedomA-2281.8 mm
Kemik MumuAesculap1029754https://www.aesculapusa.com/en/healthcare-professionals/or-solutions/or-solutions-cranial-closure/hemostatic-bone-wax.html
EthilonEthicon662G/662HFS-2, 4-0, 3/8, 19 mm
Fischer F344/Ico crl SıçanlarCharlesRiver-İnsülin
Şırıngası Mikro İnceBeckton-Dickinson3209241 mL, 29 G
IR LambaPhilipsHP3616/01
Meloksikam (Metacam)Boehringer Ingelheim-2mg/mL
Mikromotor döner aletForedomK.1090-22
Mikropompa sistemiÇalma Ve Tic. Ltd. Ş53312Çalma Stereotaksik Enjektör
Stereotaktik çerçeveÇalma Co.51600
Ksilokain (%1, adrenalin 1:200.000 ile)Aspen-%1, adrenalin ile 1:200.000
Ksilokain jeli (%2)Aspen-%2Hayvan
Işınlaması
Mikro ışınlayıcıX-StrahlSARRPSürüm 4.2.0
YazılımıX-StrahlMuriplanKlinik öncesi tedavi planlaması sistem (PCTPC), sürüm 2.2.2
Küçük Hayvan PET
https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan.html
IV enjeksiyon için 30 G İğneBeckton-Dickinson305128
PE 10 BoruInstech Laboratories IncBTPE-10BTPE-10, polietilen boru 0.011 x 0.024 inç (0.28 x 60 mm), steril olmayan, 30 m (98 ft) makara, Instech laboratories, Inc Plymouth toplantısı PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com
Prohance kontrast maddesiBraccomg/mL, gadolinyum-kontrast madde ([18F] FET: MRG/PET ajanı ile birlikte)
Tx/Rx Sıçan Beyni - Fare Tüm Vücut VolumecoilBruker Biospin-40mm çaplı
Su Bazlı IsıtmaÜnitesi Bruker BiospinMT0125
Sarf Malzemeleri
IsofluranZoetisB506Anestezi
İnsülin Şırınga Mikroİnce Beckton-Dickinson320924 1 mL, 29 G
Görüntü Analizi
MATLABMathworks-SürümR2019b
PMODPMOD teknolojileri LLCPreklinik ve moleküler görüntüleme yazılımı
% [F]FET Inhouse yapımı PET izleyici; Prohance ile birlikte: MRI/PET ajanı Mikro-PET Köstebek Küpleri Beta-Küp https://www.molecubes.com/b-cube/ Küçük Hayvan MRG Mikro-MRG Bruker Biospin Pharmascan 70/16 Imaging-279.3

Kaynaklar

  1. Louis, D. N., et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).
  2. Wadajkar, A. S., et al. Tumor-targeted nanotherapeutics: Overcoming treatment barriers for glioblastoma. Wiley Interdisciplinary Reviews. Nanomedicine & Nanobiotechnology. 9 (4), (2016).
  3. Lim, M., Xia, Y., Bettegowda, C., Weller, M. Current state of immunotherapy for glioblastoma. Nature Reviews. Clinical Oncology. 15 (7), 422(2018).
  4. McGranahan, T., Li, G., Nagpal, S. History and current state of immunotherapy in glioma and brain metastasis. Therapeutic Advances in Medical Oncology. 9 (5), 347-368 (2017).
  5. Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
  6. Von Neubeck, C., Seidlitz, A., Kitzler, H. H., Beuthien-Baumann, B., Krause, M. Glioblastoma multiforme: Emerging treatments and stratification markers beyond new drugs. The British Journal of Radiology. 88 (1053), 20150354(2015).
  7. Mann, J., Ramakrishna, R., Magge, R., Wernicke, A. G. Advances in radiotherapy for glioblastoma. Frontiers in Neurology. 8, 748(2018).
  8. Ling, C. C., et al. Towards multidimensional radiotherapy (MD-CRT): Biological imaging and biological conformality. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 47 (3), 551-560 (2000).
  9. Bentzen, S. M., Gregoire, V. Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription. Seminars in Radiation Oncology. 21 (2), 101-110 (2011).
  10. Bentzen, S. M. Theragnostic imaging for radiation oncology: Dose-painting by numbers. The Lancet. Oncology. 6 (2), 112-117 (2005).
  11. Wong, J., et al. High-resolution, small animal radiation research platform with X-ray tomographic guidance capabilities. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).
  12. Van Hoof, S. J., Granton, P. V., Verhaegen, F. Development and validation of a treatment planning system for small animal radiotherapy: SmART-Plan. Radiotherapy and Oncology. 109 (3), 361-366 (2013).
  13. Verhaegen, F., Granton, P., Tryggestad, E. Small animal radiotherapy research platforms. Physics in Medicine & Biology. 56 (12), 55-83 (2011).
  14. Butterworth, K. T., Prise, K. M., Verhaegen, F. Small animal image-guided radiotherapy: Status, considerations and potential for translational impact. The British Journal of Radiology. 88 (1045), 20140634(2015).
  15. Nasr, A., Habash, A. Dosimetric analytic comparison of inverse and forward planned IMRT techniques in the treatment of head and neck cancer. Journal of the Egyptian National Cancer Institute. 26 (3), 119-125 (2014).
  16. Matinfar, M., Iyer, S., Ford, E., Wong, J., Kazanzides, P. Image guided complex dose delivery for small animal radiotherapy. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 1243-1246 (2009).
  17. Matinfar, M., Iordachita, I., Wong, J., Kazanzides, P. Robotic delivery of complex radiation volumes for small animal research. IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 2056-2061 (2010).
  18. Balvert, M., et al. A framework for inverse planning of beam-on times for 3D small animal radiotherapy using interactive multi-objective optimisation. Physics in Medicine & Biology. 60 (14), 5681-5698 (2015).
  19. Cho, N. B., Wong, J., Kazanzides, P. Dose Painting with a Variable Collimator for the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). The Midas Journal. , 1-8 (2014).
  20. Bolcaen, J., et al. MRI-guided 3D conformal arc micro-irradiation of a F98 glioblastoma rat model using the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). Journal of Neuro-oncology. 120 (2), 257-266 (2014).
  21. Bolcaen, J., Descamps, B., Boterberg, T., Vanhove, C., Goethals, I. PET and MRI guided irradiation of a glioblastoma rat model using a micro-irradiator. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (130), e56601(2017).
  22. Verhoeven, J., et al. Technical feasibility of [18F]FET and [18F]FAZA PET guided radiotherapy in a F98 glioblastoma rat model. Radiation Oncology. 14 (1), 89(2019).
  23. Hutterer, M., et al. FET PET: a valuable diagnostic tool in neuro-oncology, but not all that glitters is glioma. Neuro-oncology. 15 (3), 341-351 (2013).
  24. Stockhammer, F., Plotkin, M., Amthauer, H., Landeghem, F. K. H., Woiciechowsky, C. Correlation of F-18-fluoro-ethyl-tyrosin uptake with vascular and cell density in non-contrast-enhancing gliomas. Journal of Neuro-oncology. 88 (2), 205-210 (2008).
  25. Rorden, C., Karnath, H. O., Bonhilha, L. Mricron dicom to nifti converter. neuroimaging informatics tools and resources clearinghouse (nitrc). , Available from: https://www.nitrc.org/projects/mricron (2015).
  26. Ashburner, J., et al. SPM12 Manual. , Available from: https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf (2014).
  27. España, S., Marcinkowski, R., Keereman, V., Vandenberghe, S., Van Holen, R. DigiPET: Sub-millimeter spatial resolution small-animal PET imaging using thin monolithic scintillators. Physics in Medicine & Biology. 59 (13), 3405-3420 (2014).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

PET Tabanl RadyoterapiMultimodal G r nt lemeMikro I nlama SistemiTedavi PlanlamasG r nt Ko Kay tlamasTers Planlama
Küçük Hayvan Radyasyonu Araştırma Platformu kullanılarak Glioblastoma Rat Modelinde Pozitron Emisyon Tomografi tabanlı Doz Boyama Radyasyon Tedavisi
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.