Omurilik Metastazında Hastaya Özgü Elektrik Alan Simülasyonu

Bir protokolün, spinal elektrokemoterapi sırasında hastaya özgü elektrik alanlarını nasıl simüle ettiği ve bunları tedavi sonrası mononükleoz ile nasıl karşılaştırdığı anlatılmaktadır. Mevcut iş akışları, simüle edilen elektrik alanlarını spinal metastatik hastalıkta üç boyutlu tedavi yanıtına karşı nadiren doğrulamaktadır. Verileri 3D Slicer'a aktarıp CTI'ı referans hacim olarak ayarladıktan sonra, segment düzenleyici modülünü açın ve kortikal kemik adlı bir segment oluşturun.

Yüksek yoğunluklu kortikal kemiği izole etmek için CTI'daki eşikleme (threshold) aracını kullanın. Ardından, gerektiğinde makas veya boyama araçlarını kullanarak segmenti manuel olarak düzeltin. Yağ (Fat) isimli bir segment oluşturun.

Perirenal veya subkütan alandaki düşük yoğunluklu yağı seçmek için Threshold aracını kullanın. Ardından, bir intervertebral disk segmenti oluşturun ve aksiyel, sagital ve koronal görünümlerde 3D Paint aracını kullanın. Boyama işlemini boş voksellerle sınırlandırmak ve mevcut segmentlerin üzerine yazmaktan kaçınmak için görünür tüm segmentlerin dışını seçin.

Ardından, vertebral kanselöz kemik için bir kanselöz kemik segmenti oluşturun. Dahili trabeküler bölmeleri doldurmak için 3D Paint aracını kullanın ve daha önce açıklandığı gibi görünür tüm segmentlerin dışındaki alanları seçin. Spinal Cord şeklinde etiketlenmiş bir segment oluşturun ve 3D Paint aracını kullanarak, tedavi edilen seviyelerin üstünden altına kadar olan aksiyel kesitlerde kordu manuel olarak çevreleyin.

Ardından, beyin omurilik sıvısı adında bir segment tanımlayın. Tekal kese içindeki omuriliği çevreleyen beyin omurilik sıvısı boşluğunu doldurmak için 3D Paint aracını kullanın ve mevcut segmentlerin üzerine yazmaktan kaçınmak için görünür tüm segmentlerin dışını da seçin. Eğer mevcutsa, çimento, koiller veya akciğerler için ek segmentler oluşturun.

Hiperdens çimentoyu veya koilleri ve hipodens akciğer parankimini tanımlamak için eşikleme (threshold) aracını kullanın. Gerektiğinde manuel düzeltme yapın. Ardından güncellenmiş Slicer sahnesini kaydedin.

Prosedür öncesi MRI hacmi olan MRIp'yi Slicer sahnesine aktarın. Kayıt işlemini yönlendirmek için tedavi edilen seviyedeki vertebral kemik işaretçilerini kullanarak MRIp'nin CTI üzerine rijit kayıt işlemini gerçekleştirmek üzere Transforms modülünü kullanın. Transform'u MRIp'ye uygulayın ve aksiyel ve sagital düzlemlerde ko-kayıt işlemini görsel olarak değerlendirin.

Sadece görsel hizalama ve hedef kayıt hatası 2.5 milimetreden az ise kaydı kabul edin. Ardından Tümör adında yeni bir segment oluşturun. Bazal seviyedeki epidural ve vertebral tümör tutulumunu manuel olarak belirlemek için MRIp üzerinde Boyama aracını kullanın.

Boşluklar olmadan tutarlı bir üç boyutlu hacim elde etmek için tümör segmentine isteğe bağlı düzleştirme uygulayın. Ardından güncellenmiş Slicer sahnesini kaydedin. İğne CTA içeren prosedür sırası bilgisayarlı tomografi hacmini 3D Slicer sahnesine aktarın.

CTA'nın CTI üzerine rijit kaydı için transforms modülünü kullanın. Doğru hizalamayı sağlamak için önceki adımda olduğu gibi aynı vertebral kemik işaretçilerini kullanın. AI4DEEP modülünü başlatın ve aktif elektrot ucundan başlayarak her bir elektrot için bir sanal iğne oluşturun.

Her bir elektrot numarasının tek bir fiziksel aktif uçla doğru şekilde eşleştiğini aksiyel, koronal ve sagital görünümlerde doğrulayın. Anatomik yapıları, tümör segmentasyonunu ve elektrogeometriyi içeren güncellenmiş sahneyi kaydedin. AI4DEEP arayüzünde, her bir anatomik segmenti, önceden tanımlanmış elektriksel iletkenliğe sahip karşılık gelen bir doku sınıfına atayın.

Tüm segmentlere ayrılmamış vokselerin kas olarak değerlendirilmesi için varsayılan arka plan dokusunu kas iletkenliği olarak ayarlayın. AI4DEEP özet panelinde, her segmentin beklenen doku tipi ve iletkenlikle uyumlu olduğunu doğrulayın. Ardından yapılandırmayı kaydedin.

AI4DEEP arayüzünde, her bir elektrot için aktif uç uzunluğunu klinik prosedüre göre belirtin ve elektrot çapını 1,8 milimetre olarak ayarlayın. Klinik olarak uygulanan elektrik alanı genliğini volt/santimetre cinsinden girin. Ardından, tedavi sırasında aktive edilen elektrot çiftlerini tanımlayın.

Her bir elektrot çifti için uygulanan voltajın, santimetre başına volt cinsinden talep edilen voltaj-mesafe oranına uyulmasını sağlayarak, elektrotlar arası mesafeye göre AI4DEEP tarafından hesaplanmasına izin verin. Klinik protokole uygun olarak darbe sayısını sekiz, darbe süresini ise 100 microseconds olarak ayarlayın. Ardından AI4DEEP konfigürasyonunu kaydedin.

AI4DEEP arayüzünde, yapılandırılmış anatomi, iletkenlikler ve elektrot parametrelerini kullanarak elektrostatik alan hesaplamasını başlatın. Yazılım geometrik konfigürasyonu oluşturup doğrusal elektrostatik potansiyeli çözdüğünde, simülasyon çıktısını ve güncellenmiş Slicer sahnesini kaydedin. AI4DEEP arayüzünde, simüle edilen alandan elektrik alanı izoyüzeyleri oluşturma seçeneğini belirleyin.

Bir dizi izodoz eşiği seçin ve bunlara karşılık gelen üç boyutlu izodoz haritalarını oluşturun. Uzamsal alan dağılımını gözlemlemek için tekil izodoz haritalarını üç boyutlu bir görünümde görüntüleyin. Alan genellikle düşük genliklerde sol sarıdan, yüksek genliklerde kırmızıya kadar değişir.

Her bir izodoz için, izodoz hacmi ile tümör segmentasyonu arasındaki örtüşmeye göre otomatik olarak hesaplanan tümör kapsama yüzdesi değerlerini kaydedin. Sonraki analizler için tüm izodoz segmentlerini veya modellerini ve tümör kapsama değerlerini kaydedin. Elektrokemoterapi sonrası altıncı haftada ve ardından her iki ayda bir takip MRG çekimi gerçekleştirin.

Heterojen ve gecikmiş tedavi yanıtını hesaba katmak için, segmentasyon amacıyla en geniş nekrotik hacmi veya en iyi radyolojik yanıtı gösteren MRI taramasını seçin. Tedavi sonrası, tedavi edilen seviyelere odaklanmış kontrastlı T1 yağ baskılı aksiyel sekans MRI'larını 3D Slicer'a aktarın. Daha önce kullanılan önceden tanımlanmış vertebral işaretçileri kullanarak MRI'ların CTI üzerine rijit kayıt işlemini gerçekleştirin.

Dönüşümü uygulayın. Kayıt doğruluğunu belgelemek için aynı referans işaret noktalarını kullanarak hedef kayıt hatasını hesaplayın ve bu değerin 2,5 milimetre veya daha düşük olduğunu doğrulayın. Tümör nekrozu adında yeni bir segment oluşturun.

Elektrokemoterapi sonrası MRI görüntülerinde, tümörün kontrast tutmayan nekrotik kısmını dilim dilim manuel olarak belirlemek için Boyama aracını kullanın. Birbirini takip eden tutarlı bir hacim elde etmek için tümör nekroz segmentine isteğe bağlı düzleştirme uygulayın. Ardından, simüle edilen alan ile nekroz arasında kantitatif bir karşılaştırma gerçekleştirin.

Ortalama Dice benzerlik katsayıları kohort genelinde çan şeklinde bir ilişki göstermiştir. Değerler santimetre başına 160 ile 200 volt arasında zirveye ulaşmış ve eşik değerler arttıkça tümör kapsamı kademeli olarak azalmıştır. En iyi Dice değerleri 0,0156 ile 0,7684 arasında, buna karşılık gelen en iyi Iso değerleri ise santimetre başına 100 ile 500 volt arasında değişen vakalar arasında belirgin bir heterojenite gözlemlenmiştir.

Temsili bir üst üste bindirme görüntüsü, tedavi sonrası tümör nekrozu ile santimetre başına 200 volt izodoz hacmi arasındaki uzamsal uygunluğu göstermiştir. Kolanjiyokarsinom kaynaklı L3 epidural metastazı olan 59 yaşındaki bir hastada, başlangıç elektrokemoterapisinden sonra %5'ten daha az tümör nekrozu görülmüş ve herhangi bir iyileşme saptanmamıştır. AI4DEEP ile yapılan retrospektif simülasyon, santimetre başına 200 volt eşiğinde yetersiz tümör kapsama alanı olduğunu ortaya koymuştur.

Ayarlanmış elektrot konfigürasyonu ile yapılan tekrarlı bir tedavi %90'ın üzerinde tümör kapsamı sağlayarak tam radyolojik ve klinik yanıtla sonuçlanmıştır. Berrak hücreli renal hücreli karsinom ve L5-S1 epidural hastalığı olan 67 yaşındaki bir hastada, elektrokemoterapi sonrası sağ taraflı radikülopati gelişmiştir. AI4DEEP simülasyonu, sağ S1 foramenine doğru santimetre başına 300 voltluk alan yayılımı göstermiş olup bu durum, postoperatif MRI ile doğrulanmış sağ S1 sinir kökü yaralanması ile uyumludur.

Temel zorluk, her tedavi, organ ve klinik durum için ilgili izodoz eşiğinin belirlenmesidir. Ek analizler; otomatik segmentasyonu, kayıt belirsizliğini ve elektrik alanı eşikleri arasındaki doz-yanıt ilişkilerini test edebilir. Gelecekteki çalışmalar, bu erken bulguları daha geniş spinal metastaz kohortlarında ve diğer elektrokemoterapi endikasyonlarında doğrulamalıdır.