정위 절제 바디 방사선 치료에 대한 동적 폐 종양 추적

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Kunos, C. A., Fabien, J. M., Shanahan, J. P., Collen, C., Gevaert, T., Poels, K., Van den Begin, R., Engels, B., De Ridder, M. Dynamic Lung Tumor Tracking for Stereotactic Ablative Body Radiation Therapy. J. Vis. Exp. (100), e52875, doi:10.3791/52875 (2015).

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Abstract

두개 외 암 표적 치료를위한 정위 절제 몸 방사선 치료 (SBRT)를 고려하는 의사는 정상 조직 손상에 대한 상당한 위험과 물리적 종양 미스의 위험을 알고 있어야합니다. 최초로 종류 SBRT 플랫폼 다목적 실시간 이미징 솔루션 정교한 종양 추적 기능의 조합을 통해 고정밀 절제, 방사선 치료를 달성한다. 그것은 호흡 운동 및 하트 비트의 결과로 발생하는 암 대상 intrafraction 운동의 입체 개방 루프 피드백을위한 듀얼 진단 kV의 X 선 장치를 사용합니다. 영상 유도 피드백 실시간 ± 4cm의 팬 및 틸트 동작 가능한 방사되는 짐 촉진제 (최대 15 X 15cm 필드 사이즈)를 구동한다. 로봇 중심의 185 ° 회전 갠트리 ± 통합 60 ° 피봇 ± 궁극적으로 자유의 독특한 치료도 허용, 동일 평면 및 비 동일 평면 가속기 빔 설정 각도 허용합니다. 국가의RT 소프트웨어 서브 밀리미터의 정확도 (등각 0.4 mm)와 암의 조사 대상을 보장 실시간 여섯 차원 측위를 돕는다. 이러한 기능을 사용하면 동시에 정상 조직에 방사선 량을 감소시키면서 암 종양 표적에 방사선 도즈를 조정하는 의사를 처리 가능하게한다. 호흡 상관 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 및 2- [18 F] 강화 된 종양 표적 컨투어링 대한 계획 시스템에 플루오로 -2- 데 옥시 ᴅ 글루코스 (18 F-FDG) 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 영상, 우도를 첨가하여 실제 종양 미스의 1 실질적으로 덜된다. 이 글에서, 우리는 폐 종양을 이동의 치료를위한 새로운 방사선 계획을 설명합니다.

Introduction

폐암은 여성과 남성이 전 세계적으로 암 관련 사망의 가장 많은 수를 차지하고있다. 지속성 또는 재발 성 폐암의 63 %까지 이미 화학 요법에 의해 과세 또는 이전에 조사 된 폐 조직을 포함한다. 3,4. 지속성 또는 재발 성 폐 종양의 사이트에서 추가 조사는 기존의 수술, 화학 요법, 방사선 치료가 이미 시도되고 특히, 참을 폐암 사망률 5,6 발생할 수 있습니다. 따라서, 이러한 임상 상황에서 여성과 남성이 저널 7에서 이전에 발표 치료와 유사한 새로운 암 치료 전략이 필요했다. 정위 절제 몸 방사선 치료 (SBRT)은 정확하게 대상, 고용량의 방사선 8,9를 통해 폐 종양을 살균하여 치료 욕구를 충족 할 수 있습니다.

이 치료 작업 10-12 가능한 신규 SBRT 플랫폼이있다. 그것은에 의해 다른 SBRT 플랫폼에서 자신을 분리모두가 암의 입체 개방 루프 피드백을 허용하는지 듀얼 진단 Exactrac kV의 X 선 장치 및 (내부 움직임에 대한 대리로 신체 표면 마커 추적 할 수있는) 적외선 카메라 유닛 (콘 빔 컴퓨터 단층 촬영 대상 현지화 할 수있는)을 통합 intrafraction 모션 타겟팅. 또한 텅스텐 합금 60 잎 (0.25 cm 물리적 폭 11cm 물리적 높이)에 의해 형상의 방사선 빔을 갖는 고유 ± 4cm 짐벌 팬 및 틸트 방사선 가속기를 갖는다. 그것은 최대 15 X 15cm 필드 크기에 전체에 걸쳐 센터 - 여행 다중 잎 콜리메이터를 사용합니다. 이것은 로봇 구동 ± 60 ° 회동 O 링을 포함 공면 비 동일 평면 빔 가속기 설정 각도 및 자유 독특한 처리도 허용 185 ° 회전 갠트리 ±. 마지막으로,이 서브 밀리미터 정확도 (등각에서 0.4 ㎜) (13)이있다. 반면에, 다른 SBRT 방사선 치료 플랫폼 중 하나 산업 로봇 팔 (1)에 임상 방사선 가속기를 탑재4 또는 헬리컬 각 슬라이스 갠트리 (15), 또는 영상 유도 강도 변조 방사선 요법 또는 동적 아크 배신 소프트웨어 (16)에 연결된 통상적 인 컴퓨터 내. 각 플랫폼은 호흡 운동, 심장 박동, 소화 또는 인한 움직임을 추적하기 위해 시스템 구성 요소의 다양한 결합한다. 폐 방사선 수술은 양상 방사선 종양학 (19, 20)에 새로운 치료 옵션을 렌더링, 임상 성공 17, 18 있었다. 이 방법에 대한 기사는 치료를 의도 동적 폐 종양 추적을 설명 하나의 새로운 방사선 치료 프로토콜을 제공합니다.

Protocol

윤리 문 : SUMMA 건강 시스템 연구는 임상 시험 심사위원회의 승인이 연구 얻었다.

1. 치료 상담

  1. 환자에게 새로운 폐 SBRT 치료에 대해 설명합니다.
    주 : 비 표적 장기로 방사선 량을 줄이면서 새로운 SBRT 플랫폼 암 표적에 동일 평면 및 비 - 동일 평면 높은 방사선 도즈를 전달한다.
  2. 치료의 위험을 토론한다.
    참고 : SBRT 가능한 단기 피부 색소 침착이나 홍반, 피로, 드물게 기침, 메스꺼움, 식도염, 희귀 내장 장기 부상을 입을 수 있습니다. 폐렴, 또는 미열과 비 생산성 기침과 폐의 염증은 치료 후 세 달이 발생할 수 있습니다. 심장에 급성 또는 늦게 부상, 다른 근육, 말초 신경 또는 척수, 뼈는 드물다. 방사선 - 유도 암에 대해 아주 작은 위험이있다.

2. 기준 마커 배치

  1. PErform 경피적 CT 유도 또는 단일 금 코팅 된 마커의 기관지 배치는​​ 종양 대상으로 센터의 질량을 삽입.
    1. 환자의 가슴 7의 3-5 mm 두께의 연속 축 단층 촬영을 수행하기 위해 방사선을 요청합니다.
    2. 횡단 포 폐 조직 (피 수포 및 균열)을 최소화하는 안전한 바늘 방식 결정 (7).
    3. 마취 피하 지방 (예를 들면, 1 % 리도카인)를 주입한다.
    4. 하나의 짧은 (0.75 × 10 ㎜) 또는 하나의 긴 (0.75 × 20 ㎜) 마커 (10)을 배치 (17) 또는 (18) G 동축 바늘을 소개합니다.
  2. 기관지 매핑 (21)의 가슴의 단층 영상을 획득 호흡기 내과를 요청하여 전자기 탐색 기관지 내시경 유도 기준 마커 배치를 수행합니다.
    1. 의심되는 기관지 세그먼트 지경 웨지.
    2. 표적 병변에 지경 센서 프로브를 조종.
    3. 기준 마크를 배포기관지 바늘에 의해 어.
      참고 : 폐에서 기준점이없는 방사선 수술에 대한 기술은 임상과 활발한 연구 22, 23의 대상으로 간주됩니다.
  3. 다른 순서로 적어도 세 짧은 (1.6 × 3 ㎜) 금 코팅 마커는 대상의 주위에 6cm '상자'내에 위치한다. 하나 이상의 기준 마커가 배치되어있는 경우, 마커 사이에 2cm의 물리적 분리하는 것이 좋습니다.

3. 치료 계획

  1. 4~7일 기준 마커 배치 후 (단계 3.2 및 3.3에서 설명) CT 유도 시뮬레이션을 수행합니다.
  2. 치료 기계 평면 탁상에 누워서 머리 - 먼저 거짓말을 환자에게 문의하십시오.
    1. 팔뚝과 손목 홀더 또는 진공 가방 이모빌라이저가 지원하는, 그들의 머리 위에 환자의 팔을 놓습니다. 흉부와 복부가 고정되지 않습니다 있는지 확인하십시오.
    2. 선택적으로, 인덱싱이 핀 지역화 무릎 스폰지를 사용합니다.
    3. 장소현지화의 가슴에 최소 4 적외선 추적 몸 마커. 일관된 수직 호흡 운동 보여주는 적외선 추적 호흡 마커 지나치게 바디 영역 (3 mm 이상 피크 - 투 - 피크 운동 권장).
  3. 비 대조 연속 나선형 축 CT 스캔 (1mm 슬라이스 두께, 전압 120 KVP, 350 MA가) 실시.
    참고 : 치료 의사는 4D CT를 명령 할 수있다 흉부 검사 (12) 또는 자유 호흡, 최종 영감, 최종 만료 숨을 보류 이미지를 포함하는 3D CT의 흉부 검사 (24)를 설정합니다.
  4. 폐 종양 운동의 강화 캡처 (18) F-FDG PET / CT 검사를 얻습니다.
    1. 연속 나선형 CT 검사에 대 한 머리 - 제 1 주사 위치에 거짓말을 환자에게 문의 (예를 들어, 전압 120 KVP, 450 MAS) 조용한 호흡시 상단 허벅지에 orbitomeatal 줄에서.
    2. 같은 SC에서 평균 18 F-FDG 11 mCi의 정맥 투여 후 18 F-FDG PET 획득조용한 호흡시 상단 허벅지에 orbitomeatal 라인에서 위치를 anning. 이러한 기술이 사용되면, F-18 FDG PET / CT 스캔은 자동 윤곽 40 % SUVmax를 임계치로 설정 소프트웨어이며, 한 바와 같이 다음에, CT 시뮬레이션 이미지가 등록 된 CO.
  5. 4D CT 데이터 세트에 손을 그리기에 의해 기본 폐 총 대상 볼륨 또는 볼륨 (GTVp), 바람직하게는 내쉬고 단계 컨투어입니다. 5mm 이익률 GTVp을 확장하는 계획 종양 볼륨 (PTV)을 작성합니다. 방사선 량 계획은 동적 추적을위한 최종 만료 위상 스캔에서 발생합니다.
    주 : 대안으로서 및 3D CT 데이터 세트를 사용할 때, 자유 호흡 CT 시뮬레이션 스캔 기준 스캔이다. 이 기술을 사용, 치료 방사선 종양학 자유 호흡 (GTVfb), 영감 (GTVi) 및 만기 (GTVe) CT 시뮬레이션 검사에 GTV 윤곽. 18 F-FDG PET 영상에 역치 40 % 최대 표준 섭취 값 윤곽이 (가) 작성 1. 복합 ITV는 GTVfb, GTVi, GTVe 및 CTVpet 볼륨의 추가 금액을 나타냅니다. 복합 ITV의 5mm 마진 확대는 PTV를 만듭니다. 여기, 방사선 량 계획은 동적 추적을위한 자유 호흡 검사에서 발생합니다.
  6. 4D CT 데이터 세트, 바람직하게는 날숨 상에 그리기 손으로 윤곽 주변 정상 조직 구조. 이는 정상적인 폐, 심장 플러스 심낭, 식도, 간, 양측 신장, 상완 신경총, 및 척수를 포함 할 수있다. 기관지, 오른쪽 mainstem 기관지, 및 좌측 mainstem 기관지의 윤곽은 발생 3mm 확장 및 늦은 독성기도 섬유화를 방지하는 높은 우선 순위 계획 제한으로서 사용될 수있다.
  7. 계획 소프트웨어의 동적 추적 버튼을 클릭합니다. 이 작업은 새로운 SBRT 플랫폼되는 짐 팬 및 틸트 추적을 결합한다.
  8. PTV에 방사선 도즈를 처​​방. 세 가지 방사선 몬테 카를로 투여 처방 중 하나를 고려S : 3 × 17 Gy를 매일 = 51 Gy의 주변 폐 병변; 4 × 12 Gy를 = 48 Gy를 중심 폐 병변 및 주변 흉벽 병변에 대한; 또는 매일 5 × 10 Gy를 = 50 Gy를. PTV 볼륨 제약 (즉, 95 %의 범위) 또는 장기에 위험 제약이 충족되지 않은 경우에 드물게, 7.5 Gy의 X 8 = 60 Gy의의 처방이 사용될 수있다.

4. 치료 납품 및 워크 플로우

  1. 부정사 - 머리 - 첫 번째 정렬 후 조용한 호흡 상관 관계 모델을 구축 할 수 있습니다.
    1. CT 시뮬레이션에서 확인 된 같은 표시 위치에 몸에 4 (또는 최대 6) 적외선 몸 마커를 놓습니다.
    2. 치료 콘솔에서 적외선 카메라에 의해 스크린 신체 마커 및 환자의 위치 정렬 정확도를 확인한다.
      참고 : 바디 마커 위치는 불규칙한 운동 빔에 체크, 이러한 기침 역할을한다.
    3. 내부 P 이식 용 마커를 검출하는 처리 콘솔에서 교차 평면 이중 진단 kV의 엑스레이 또는 콘 빔 CT 영상을 취득ositional 정확성.
    4. 준 새로운 SBRT 플랫폼 워크 플로우에 연결된 컴퓨터 소프트웨어 및 내부 이식 마커 운동 (호흡에 대한 대리 등) 상관 관계 몸 마커의 움직임.
      참고 : 다른 현지화 방법은 전방 및 측면 문신 CT 시뮬레이션 레이저 삼각 마크와 여섯 함침 적외선 몸 마커와 표준화 된 기준 배열 (스타)의 용도에 따라 환자의 수직 정렬을 포함한다.
  2. 폐 종양 움직임의 상관 관계 모델을 생성합니다.
    1. 새로운 SBRT 플랫폼 흐름에 연결된 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 종양의 움직임을 추적하기 위해 가속기 짐벌 팬 및 틸트 경로를 파생.
    2. 시각 방사선 전달에 앞서 폐 종양 모션 상관 모델을 평가한다.
  3. 방사선 배달시 기준 마커 드리프트에 대한 관찰한다.
  4. 때문에 갠트리 회전, O 링 피벗 및 짐벌 팬 및 틸트 동작에 기계 환자 충돌 평가배달을 계획하기 전에이야.
    주 : 방사선 직원이 단계를 수행합니다. 치료는 수동으로 시각적으로 방사선 배달 직원에 의해 확인 5-9 정적 동일 평면과 noncoplanar 치료 빔을 수반 할 수있다. 치료는 매 7 분 정도 수행 폐 종양 움직임의 상관 관계 모델 검증과, 15 ~ 30 분을 지속 할 수 있습니다.

Representative Results

새로운 플랫폼에 SBRT는 현재 그림 1에서 예를 들어 도시 된 바와 같이, 하나 또는 여러 개의 밀접하게 관련 임상 방사선 목표에 수렴 여러 정적 방사선 빔을 포함한다. 대표적인 좋은 계획의 결과가 암 대상 볼륨과 암 목표의 95 % 범위로 절제 방사선을 제공합니다 . 적합성 선량 1은 5 공면 4 비 동일 평면 빔도 (즉, 링 회전 + 20 빔 2, 4, 6 °, 8)이 오른쪽 폐 편평 세포 암종을 나타내는 단일 PTV을 치료하는데 사용된다. PTV에 대한 빔 마진은 하나 밀리미터했다. 방사선 량은 95 % 등선 량 라인에 규정 된, 1.48의 적합성 지수 95 % PTV 범위를 렌더링합니다. 처방은 다섯 매일 10 Gy의 분수 50 Gy를이었다. 여기에 묘사 된 구조는 계획 대상 볼륨 (빨간색), 내부 대상 볼륨 (흰색), 척수 (녹색), 식도 (하늘색)를 포함한다. 등선 량 라인 나타낸 바와 같다. </ P>

그림 1
그림 1 :. 오른쪽 양면 폐 종양의 동적 종양 추적이 사진 된 아홉 정적 빔을 사용하여 하나의 오른쪽면 폐 종양에 전달 (5 ~ 10 Gy를 매일 분수 50 Gy의) 절제 방사선 량의 예입니다 (블루 / 녹색, 34 ° 간격). 4 계획 소프트웨어 창 묘사 : (A) 광 및 중요 구조 충돌 맵, (B)는 beam's 아이 뷰 (여기를 빔 1), (C)를 ​​삼차원 CT 및 빔 재구성 MAP, 및 (D) 축선을 선량 분포와 CT.

구조 메트릭 체적 가능한 변화
PTV V50Gy ≥95 % ≥90 %
최소 용량 0.03 cm 3 ≥46 Gy를 (92 %) ≥45 Gy를 (90 %)
최대 용량 0.03 cm 3 ≤60 Gy를 (120 %) ≤62.5 Gy를 (125 %)
척수 0.03 cm 3 ≤15 Gy를 ≤22 Gy를
폐 (마이너스 GTV) V20Gy ≤10 % ≤15 %
용량 평균 ≤8 Gy를 ≤10 Gy를
심장 / 심장 막 15cm 3 ≤32 Gy를 ≤36 Gy를
식도 용량 평균 ≤18 Gy를 ≤20 Gy를
0.03 cm 3 ≤27​​ Gy를 ≤30 Gy를
상완총 0.03 cm 3 ≤24 Gy를 ≤30 Gy를

표 1 : 구조 치료 계획 제약.

Discussion

유망 초기 정위 방사선 수술의 임상 경험은 폐암 (25), (26)의 치료를위한 절제 방사선의 임상 시험 조사를 주도했다. 경험 27,28 폐에 전이되는 종양은 다양한 종류의 절제에 대해 방사선을 사용하는 연구자를 이끌었다. 새로운 SBRT 플랫폼은 이동 종양의 치료에 특히 적응 방사선 전달 시스템을 소개한다.

새로운 SBRT 플랫폼 피봇 O 링 갠트리 내에 장착 선형 가속기에 의해 발생되어 보이지 않는 X 선 치료를 제공한다. 짐벌기구 타임 동적 종양 움직임 추적을 제공하는 선형 가속기의 이동 및 경사 이동을 가능하게한다. 이중 교차 평면 kV의 엑스레이는 6 자유도 환자의 위치를​​ 확인하기 전 및 처리 중에 획득된다. 동시에 최소화하면서 자유 동일 평면 및 비 - 동일 평면 고유 도의 암 표적에 높은 방사선 도즈의 전달을 향상중요한 내장 기관에 방사선 량. 이 치료는 정상 세포 저하 방사선 관련 독성에 치명적인 손상없이 암 세포의 목표를 살균 것으로 예상된다. 새로운 SBRT 플랫폼의 미래 연구는 대상 제어 및 부작용의 삭감에 어떤 이득을 문서화합니다.

새로운 SBRT 플랫폼 쇼와 초기 경험 10을 약속드립니다. 종양이 탐험을 계속 폐의 동적 추적의 뉘앙스; 그러나 일부 일반화 명백하다. 모션 미만 칠mm을 보여주는 폐 종양은 가장 복합 ITV 플러스 5mm 확장 방법에 의해 처리 될 수있다. 7mm 이상 수직 번역, 치료에 최선을 다 할 수있다 GTVp 플러스 5mm 확장을 사용하여 동적 추적 방식을 보여주는 폐 종양. 이러한 제한을 정의하는 추가의 연구가 필요하다. 또한, 3D CT 영상 데이터 세트에 중첩 18 F-FDG PET 영상은 일반적으로 복합 ITV의 볼륨을 증가시킨다. 이 방법은 볼륨 EXPAN 가정시온 인해 18 F-FDG 신호 도말 검사, PET 스캐너의 3-5 분의 빈 시간 동안 발생. 40 % 18 F-FDG 임상 타겟 볼륨이 연구되었다하고 프로그램 (1)의 하나에 사용 된 임계 된. 여부를 18 F-FDG PET 영상의 특징을 더 많은 연구가 충분히 종양 이력이 필요 복제합니다. 마지막으로, 하나의 폐에서 최대 3 병변 한번에 처리를 위해 고려 될 수있다. 그렇지 않으면, 순차적 접근이 이루어집니다.

새로운 SBRT 플랫폼의 동적 추적은 미래에 40 밀리 초까지 폐 종양의 움직임을 예측하는 폐 종양 움직임의 상관 관계 모델을 사용합니다. 위치 및 적외선 몸과 호흡 마커의 속도는 모델에 포함되어 있습니다. 취득한 kV의 엑스레이의 70 %의 마커 검출 속도는 동적 추적을위한 필수이다. 기준점은 세 가지 차원 (즉, X, Y, Z)에서 추적됩니다. kV의 X 선 장치에 의해 생성 된 이미지는 자동으로 등록하고 실시간으로 비교된다. O동적으로 추적 bserved 지연 팬 및 틸트 짐벌 하드웨어, 소프트웨어 처리 및 kV의 X 선 장치의 위치 제어 성능의 한계에 기인한다. 연구 조사관이 추적 대기 시간을 향상에 종사하고 있습니다.

새로운 SBRT 플랫폼에서 동적 추적을 사용하여 방사선 배달 동안, 기준 마커 드리프트를 감시하는 것이 중요합니다. 운영자 치료 일시 정지 또는 자동 빔 보류에 어떤 방향 결과에 미리 정의 된 3mm 허용 오차 이상으로 기준 마커 드리프트 동향. 치료 일시 정지가 발생하면, 그것은 운영자가 다시 이전의 상관 관계 모델에 조용한 향후 몇 환자의 호흡을 통해 호흡 운동 후 치료 재개의 재개를 허용하는 것이 좋습니다. 일시 정지에 실패, 환자 재배치, 적외선 호흡 마커 모션 감지, kV의 마커 검출, 경우 상관 관계 모델링은 치료를 다시 시작하기 위해 수행되는 재 구축. 우리의 경험에 의하면, 호흡 상관 관계 모델은 U에 대한 정확치료 탁상에 휴식하는 동안 7 분에 P는 종종 환자 긴장 또는 이완에 의해 제한.

대답없는 질문은 남아있다. 절제 방사선 량 이후에 발생하는 정상 세포와 암세포의 radiobiological 결과 및 세포 죽음의 모드는 무엇입니까? 왜 화학 요법을 방사선 치료 증감과 고정밀 절제 방사선을 병합 너무 어려웠다? 이 가슴에 절제 방사선을 전달하는 다른 양상을 조사하는 것이 필수적이지만, 그것은 절제 방사선 흉부 수술과 같은 동등한 치료 효과를 제공 할 수 있는지 여부에 관해서는 확실하지 않다. 실제로, 종래의 흉부 수술 요법이 이미 적용되면 폐 종양 근절을 달성하기 위해 일반적으로 사용되는 기술 및 검증이다. 여기에, 새로운 SBRT 플랫폼은 여성과 폐 종양이 움직임을 보여주는 남성 치료의 혁신적인 비 침습적 방법을 제공합니다.

Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgements

이 연구는 SUMMA 암 연구소에 의해 지원되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vero SBRT Linac System 1.0 Brainlab, Inc. (Munich, Germany)
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)
46300 High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation
Visicoil fiducial marker IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA) 67245 0.75 x 10 mm marker or 0.75 x 20 mm marker
Gold fiducial marker Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA) MTNW887860 Sterile placement needle (14 G ETW x 20 cm) with one 1.6 x 3 mm marker

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