动态肺肿瘤跟踪烧蚀立体定向放射身体治疗

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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

医生考虑立体定向消融体内放射治疗(SBRT)为颅外癌症靶点治疗必须注意的正常组织损伤和相当大的风险的物理肿瘤小姐的危害。第一-的,其独一无二的SBRT平台通过多功能实时成像解决方案和先进的肿瘤跟踪功能的组合实现了高精度的消融放射治疗。它采用双诊断千伏X光机对癌症的目标intrafraction运动中发生呼吸运动和心跳的后果立体开环反馈。图像引导的反馈驱动万向辐射加速器(最大15×15cm的区域尺寸)能够实时±4厘米平移和倾斜动作。机器人驱动的±60°转动的集成±185°的旋转台架允许为共面和非共面加速器束设置角度,最终允许独特的治疗自由度。国家-的-ART辅助软件的实时六维定位,确保癌症靶点与亚毫米级精度(0.6毫米等中心)照射。使用这些特性使得能够治疗医生来引导辐射剂量的癌症肿瘤靶,同时降低辐射剂量对正常组织。通过加入呼吸相关计算机断层扫描(CT)和2- [18 F]氟-2-脱氧ᴅ葡萄糖(18 F-FDG)正电子发射断层扫描(PET)的图像转换成用于增强肿瘤靶轮廓规划系统,可能物理肿瘤小姐就变得少1。在这篇文章中,我们描述了移动肺肿瘤的治疗提供新的辐射计划。

Introduction

肺癌占癌症相关死亡的妇女和男子世界各地2的最大数量。最多的持续性或复发性肺癌63%涉及到已经通过征税或化疗之前照射肺组织3,4。在持续或反复的肺肿瘤位点进一步照射可能导致不能容忍的肺发病5,6,特别是当常规手术,化疗和放射疗法已经被尝试过。因此,在这样的情况下,临床上男性和女性都需要类似于本杂志7之前提出新的治疗癌症治疗策略。立体定向烧蚀体放射治疗(SBRT)可以通过精确的目标,高剂量辐射-8,9-灭菌肺肿瘤满足这种治疗的需要。

有一个新的SBRT平台,能够治疗这个任务10-12。它本身从其他SBRT平台通过分离积分双诊断Exactrac千伏x射线单元(能够锥束计算机断层摄影目标定位的)和红外线摄像机单元(能够体表标识跟踪作为替代内部运动),这两个允许的癌症立体开环反馈目标intrafraction运动。它也有一个独特的±4厘米万向平移和倾斜辐射加速器,具有其辐射束形60钨合金叶(0.25厘米物理宽度,11厘米物理高度)。它采用的是全过中心行程多叶准直为最多15×15cm的区域尺寸。它集成了一个机器人驱动的±60°转动O型环和±185°的旋转台架允许共面和非共面加速器束设置角度和独特的治疗自由度。最后,它具有亚毫米的精度(0.6毫米等角点)13。与此相反,其他SBRT放疗平台装入临床辐射加速器或者向工业机器人手臂14,或一个螺旋片逐片台架15,或者在一个传统的机器连接到图像引导调强放射治疗或动态弧传送软件16。每个平台从事各种机械部件的跟踪,从呼吸运动,心跳,消化或产生的运动。肺癌放射治疗已临床成功17,18,呈现方式放射肿瘤19,20一种新的治疗选择。该如何对文章提供了一种新的放射治疗协议,介绍动态肺肿瘤跟踪治疗目的。

Protocol

伦理声明:报告总结卫生系统机构审查委员会批准这项研究获得。

1.治疗咨询

  1. 描述新肺SBRT治疗的病人。
    注:新SBRT平台提供共面和非共面高辐射剂量的癌症靶,同时​​降低辐射剂量的非靶器官。
  2. 讨论治疗的风险。
    注:SBRT可能导致可能短期皮肤色素沉着或红斑,疲倦,咳嗽频繁,恶心,食管炎,以及罕见的内脏器官损伤。肺炎,或低烧和非生产性咳嗽的肺部炎症,治疗后可能会出现长达三个月。急性或迟伤到心脏,其他肌肉,周围神经或脊髓和骨是罕见的。有一个很小的危害为辐射诱发恶性肿瘤。

2.基准标记布局

  1. PErform经皮CT引导下或单金涂覆标记的支气管镜放置插入肿瘤靶中心的质量。
    1. 问放射科医师执行患者胸部7的3-5毫米厚的连续轴向断层扫描成像。
    2. 确定安全针的方法最大限度地减少加气的肺组织走过(避免大疱和裂缝)7。
    3. 局部注射麻醉皮下注射( 例如,1%利多卡因)。
    4. 引入17或18G的同轴针来放置单个短(0.75×10毫米)或单长(0.75×20mm的)标记物10。
  2. 通过询问胸腔收购胸部断层成像支气管映射21做电磁导航支气管镜引导基准标记的位置。
    1. 楔形疑似支气管段支气管镜。
    2. 引导支气管镜传感器探针与靶病灶。
    3. 部署一个基准标记ER经支气管针。
      注:在肺基准无放射技术被认为是研究性,并受到积极的研究22,23。
  3. 作为替代方案,为了至少三个短(1.6×3毫米),金涂覆标记可以定位在一个6厘米“框”在目标周围。如果一个以上的基准标记的放置位置,标记间2cm的物理分离,建议。

3.治疗计划

  1. 进行CT引导下模拟基准标记后放置4-7天(步骤3.2和3.3中所述)。
  2. 让患者躺在上治疗机平板桌面仰卧,头先。
    1. 定位患者的手臂在他们头上,由上臂和手腕持有人或一个真空袋防盗支持。确保胸部和腹部都没有固定。
    2. 或者,使用两针局部膝盖海绵索引。
    3. 地方至少4个红外跟踪身体标记胸部本地化。红外跟踪呼吸标记过于本体区展现一致垂直呼吸运动(3mm以上的峰 - 峰运动建议)。
  3. 进行非连续的对比轴螺旋CT扫描(1毫米层厚,电压120 kVp的,350 MAS)。
    注:治疗医生可以命令一个4D CT扫描胸部12或三维CT扫描的胸部,其中包括自由呼吸,吸气末和呼气末屏气图像设置24。
  4. 获得18架F-FDG PET / CT扫描肺部肿瘤运动的增强型捕捉。
    1. 询问患者躺在一个头第一扫描位置的连续螺旋CT扫描( 电压120 kVp的,450 MAS)从orbitomeatal线大腿在平静呼吸。
    2. 对平均18 F-FDG 11毫居里的在同一SC静脉内给药后获得18 F-FDG PET在平静呼吸安宁从orbitomeatal线大腿位置。如果采用这种方法,(18)F-FDG PET / CT扫描自动轮廓由软件设定在40%SUVmax值的阈值,然后,如所述1共同配准的CT模拟图像。
  5. 轮廓原发性肺总目标或多个卷(GTVp)由手绘图上的4D​​ CT数据集,最好的呼气阶段。扩大GTVp用5毫米的边距创建规划肿瘤体积(PTV)。辐射剂量规划发生了动态跟踪呼气末期扫描。
    注意:作为替代,并使用三维CT数据集时,在自由呼吸CT模拟扫描是参考扫描。使用这种技术,所述治疗放射肿瘤学家轮廓GTV在自由呼吸(GTVfb),启示(GTVi),和到期日(GTVe)CT模拟扫描。在18F-FDG PET影像的阈值的40%的最大标准摄取值轮廓创建(CTVpet)1。复合ITV表示GTVfb,GTVi,GTVe和CTVpet卷的补充总和。一个5毫米的利润率复合ITV的创建PTV。在这里,辐射剂量规划发生在自由呼吸扫描进行动态跟踪。
  6. 轮廓附近的正常组织结​​构,由专人对4D CT数据集,最好呼气相拉伸。这可以包括正常肺,心脏加心包,食道,肝,双侧肾,臂丛神经和脊髓。可以产生气管,右主支气管和左主支气管的轮廓,扩展3毫米,并用作高优先级的规划约束,以避免后期毒性气道纤维化。
  7. 点击在规划软件中的动态跟踪按钮。这个动作接合新SBRT平台上的万向平移和倾斜跟踪。
  8. 规定的辐射剂量的PTV。考虑三种辐射蒙特卡洛剂量处方1S:3×17戈瑞= 51戈瑞每日周围型肺病灶; 4×12戈瑞= 48戈瑞在中央型肺癌病变和周围胸壁病变;或隔日5×10戈瑞= 50戈瑞。罕见当PTV体积约束( 即,95%的覆盖)或器官高危约束不满足,可以使用8×7.5戈瑞= 60 Gy的处方。

4.治疗交付和工作流程

  1. 打造仰卧头第一校准后的安静的呼吸相关性模型。
    1. 放置4(或多达6个)红外线体标记在主体中鉴定在CT模拟相同的标记的位置。
    2. 检查身体标记和病人对准通过红外摄像头和屏幕位置精度在治疗控制台。
      注:身体标记位置作为一个波束上检查不规则运动,这样的咳嗽。
    3. 获得跨平面双诊断千伏X射线或锥形束CT图像在治疗控制台来检测植入标记物内部positional精度。
    4. 助理和关联身体标记运动(作为替代呼吸)和内部植入标记的运动与链接到新的平台SBRT工作流程的计算机软件。
      注:另一种定位方法涉及病人根据前方和横向纹身CT模拟激光三角测量标记和使用标准化的参考阵列(星)有六个浸渍红外线人体标记的正交对准。
  2. 生成肺癌运动相关性模型。
    1. 得出一个万向平移和倾斜路径加速器使用链接到新SBRT平台的工作流程的计算机软件来跟踪肿瘤运动。
    2. 视觉评估之前交付的辐射肺肿瘤运动相关性模型。
  3. 辐射在分娩过程中遵守的基准标记漂移。
  4. 评估机器碰撞的患者由于机架旋转,O型圈支点,和万向节泛和倾斜动作事先计划交付。
    注:辐射工作人员将执行此步骤。治疗可能需要八时五十五静态共面非共面治疗束,通过辐射传递工作人员手动和目视检查。治疗可能会持续15-30分钟,以完成大约每7分钟肺部肿瘤运动相关模型验证。

Representative Results

SBRT新平台上当前涉及多个静态的辐射束会聚在单个或多个紧密相关的临床辐射目标,如在图1中描绘例如,一个代表良好的规划结果提供烧蚀辐射具有95%的覆盖率癌症靶体积和癌症靶的剂量一致性。 图1显示5共面和4个非共面的光束( 即,环旋转+ 20°,波束2,4,6和8)用于治疗的单个PTV表示在右侧肺鳞状细胞癌。梁边距PTV是1毫米。辐射剂量,规定为95%的等剂量线,呈现95%的PTV覆盖率为1.48一致性指数。处方为50戈瑞五隔日10 Gy的分数。这里所示的结构包括规划靶体积(红),内部目标体积(白色),脊髓(绿),和食道(浅蓝色)。等剂量线所指示的。</ P>

图1
图1:的右侧肺肿瘤肿瘤动态跟踪图为烧蚀辐射剂量(50戈瑞五10戈瑞隔日部分)传递到采用九静态梁单右侧肺部肿瘤为例(蓝/绿色,34°的)。 4规划软件窗口描绘:(A)一梁和临界结构碰撞地图,(B)的beam's眼视图(这里,波束1),(C)的三维CT和束重构地图,和(D)的轴向CT与剂量分布。

结构体 音量 可接受的变化
PTV V50Gy ≥95% ≥90%
最小剂量 0.03厘米3 ≥46戈瑞(92%) ≥45戈瑞(90%)的
极量 0.03厘米3 ≤60戈瑞(120%) ≤62.5戈瑞(125%)
脊髓 0.03厘米3 ≤15戈瑞 ≤22戈瑞
隆(减去GTV) V20Gy ≤10% ≤15%
平均剂量 ≤8戈瑞 ≤10戈瑞
心脏/心包 15厘米3 ≤32戈瑞 ≤36戈瑞
食道平均剂量 ≤18戈瑞 ≤20戈瑞
0.03厘米3 ≤27​​戈瑞 ≤30戈瑞
肱丛 0.03厘米3 ≤24戈瑞 ≤30戈瑞

表1:结构治疗计划的约束。

Discussion

有前途的早期立体定向放射治疗的临床经验驱使治疗肺癌25,26烧蚀辐射的临床试验研究。经验带领侦查员使用烧蚀辐射对多种肿瘤类型转移性肺27,28中。新SBRT平台引入了一个辐射光传输系统特别是切合移动肿瘤的治疗。

新SBRT平台提供由安装在一个旋转的O形环龙门直线加速器产生的看不见的X射线治疗。万向节机制使得直线加速器的泛和倾斜运动,提供即时动态肿瘤运动跟踪。双交叉平面千伏X射线之前和治疗过程中所获得验证自由度的6患者定位。共面和非共面的唯一的自由度提高输送高辐射剂量的癌症靶的同时最大限度地减少辐射剂量临界内脏器官。可以预料,处理消毒癌细胞目标而不对正常细胞的降辐射相关的毒性不可挽回的损失。新SBRT平台,今后的研究将记录在目标控制和副作用的减少任何收益。

新SBRT平台显示的初步经验保证10。肺肿瘤继续探讨动态跟踪的细微差别;然而,一些概括是显而易见的。肺肿瘤展示运动小于7毫米可以通过复合ITV加5毫米扩张的方式来对待最好。对于肺肿瘤表示7mm以上垂直平移,使用GTVp加5毫米膨胀可能是最好的用于治疗动态跟踪的方法。需要进一步研究确定这些限制。此外,在三维CT图像数据集叠加18F-FDG PET图像通常会增加复合ITV卷。这种方法假定容积EXPAN锡永在PET扫描仪的3-5分钟,时段时间由于18F-FDG信号涂抹发生。 40%的阈值18 F-FDG临床靶区进行了研究,并在我们的节目1人被使用。进一步的研究是否表征18F-FDG PET图像充分复制肿瘤滞后是必要的。最后,最多3个病灶在单个肺可以在一个时间被认为对于治疗。否则,顺序方法完成。

新SBRT平台上动态跟踪使用肺肿瘤运动相关模型来预测肺肿瘤运动长达40毫秒到未来。位置和红外身体和呼吸标记的速度被包括在模型中。的70%中获得的千伏X射线的标记检测率是一个必要条件动态跟踪。基准跟踪在三个维度( 即,X,Y,Z)。由千伏X射线装置生成的图像自动注册和比较实时。 Ø在动态跟踪bserved延迟是由于在平移和倾斜万向节的硬件,软件的处理,和的千伏x射线单元的位置控制性能限制。研究调查人员正在从事改善跟踪延迟。

在使用新SBRT平台上动态跟踪辐射光传输,这是至关重要的,以观察基准标记漂移。趋势超出预定3毫米误差在任何方向上导致操作员启动处理暂停或自动束保持基准标记漂移。如果发生暂停的治疗,建议运营商之前的相关性模型允许恢复平静呼吸运动,在未来的几个病人呼吸,然后治疗恢复重建。如果暂停不成功,病人重新定位,红外呼吸标志运动检测,标记千伏检测,相关模型重建完成后恢复治疗。根据我们的经验,呼吸相关模型准确üP至7分钟,往往是由病人紧张或放松休息时对治疗桌面的限制。

悬而未决的问题依然存在。什么是放射生物学后果和细胞死亡的模式在正常细胞和癌细胞烧蚀辐射剂量后发生?为什么会如此难以融合高精度烧蚀辐射放射增敏化疗?而有必要调查提供烧蚀辐射在胸部的其他方式,目前还不清楚,以烧蚀辐射是否能提供等效的治疗效力开胸手术。事实上,胸外科是较常用的和验证的技术来实现肿瘤根除在肺当常规疗法已经得到了应用。在这里,新的SBRT平台提供了治疗的妇女和男子肺肿瘤显示运动中的创新的非侵入性的方式。

Disclosures

作者什么都没有透露。

Acknowledgements

这项研究是由大全癌症研究所的支持。

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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