定位アブレーションボディ放射線治療のための動的肺腫瘍の追跡

1Department of Radiation Oncology, Summa Cancer Institute, 2Department of Radiation Oncology, Universitair Ziekenhuis Brussel, Vrije Universiteit Brussel
Medicine
 

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Kunos, C. A., Fabien, J. M., Shanahan, J. P., Collen, C., Gevaert, T., Poels, K., et al. 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

頭蓋外癌標的の治療のため定位アブレーションボディ放射線治療(SBRT)を考慮医師は、正常組織の損傷のためにかなりのリスクとの物理的な腫瘍ミスの危険性を認識する必要があります。初めてのその種SBRTプラットフォームは、汎用性の高いリアルタイムイメージングソリューションと洗練された腫瘍の追跡機能の組み合わせにより、高精度なアブレーション放射線治療を実現しています。これは、呼吸運動と心拍の結果として発生するがんターゲットintrafraction運動の立体開ループフィードバックのためのデュアル診断kVのX線装置を使用しています。画像誘導フィードバックはリアルタイム±4センチパン及びチルト動作が可能なジンバル輻射促進剤(最大15×15cmの視野サイズ)を駆動します。ロボット駆動の185°回転ガントリ±統合の60°ピボット±は、最終的には自由のユニークな治療度を可能にする、同一平面上と非同一平面上の加速器ビームセットアップ角度を可能にします。最先端のARTソフトウェアは、サブミリメートル精度(アイソセンタにおいて0.4ミリメートル)で癌標的の照射を確実にする、リアルタイムの6次元測位を助けます。これらの機能の使用は、同時に正常組織への放射線量を低減しつつ、癌腫瘍ターゲットに放射線量を操縦するために、医師の治療が可能になります。強化された腫瘍標的輪郭の計画システムに呼吸相関コンピュータ断層撮影(CT)及び2- [18 F]フルオロ-2-デオキシᴅ -グルコース(18 F-FDG)、陽電子放出断層撮影(PET)画像を追加することにより、尤度物理的な腫瘍ミスの1実質的に少ないとなります。この記事では、肺腫瘍を動かすの治療のための新たな放射線計画について説明します。

Introduction

肺癌は、女性と男性の世界的な2における癌関連死の最大数を占めています。持続性または再発性肺癌の63%までがすでに化学療法によって課税または以前に照射された肺組織を含む。3,4。持続性または再発性の肺腫瘍の部位でさらに照射は、従来の手術、化学療法、および放射線療法がすでに試みられている場合は特に、耐え難い肺の罹患5,6につながります。したがって、このような臨床状況における女性と男性は、このジャーナル7で前に提示治療に似た新しい癌治療戦略の必要性を持っています。定位切除ボディ放射線治療(SBRT)は正確に標的化、高線量の放射線8,9を介して肺腫瘍を滅菌することによって、この治療の必要性を満たすことができます。

この治療タスク10-12のできる新規のSBRTプラットフォームがあります。これは、することによって、他のSBRTプラットフォームから自分自身を分離します両方は、癌の立体開ループフィードバックを可能にすること(コーンビームコンピュータ断層撮影対象のローカライズが可能な)デュアル診断ExactracのkVのX線ユニットを統合し、(内部運動の代理としての体表面マーカーの追跡が可能な)赤外線カメラユニットintrafraction運動をターゲットにしています。また、60タングステン合金の葉によって成形その放射線ビーム(0.25センチメートル物理的な幅、11センチメートル物理的高さ)を有するパンとチルト放射線促進ジンバルユニーク±4センチ有します。これは、最大15×15cmのフィールドサイズの完全なオーバーセンタートラベルマルチリーフコリメータを使用しています。これは、ロボット駆動型±60°旋回するOリングが組み込まれており、同一平面上と非同一平面上の加速器ビームセットアップ角度と自由のユニークな治療度を可能にする185°回転ガントリーを±します。最後に、サブミリ精度(アイソセンタにおいて0.4ミリメートル)13を有しています。これとは対照的に、他のSBRT放射線療法プラットフォームは、いずれかの産業ロボットアーム1に臨床放射線アクセラレータを搭載します4、または螺旋スライスごとガントリ15に、または画像誘導強度変調放射線治療または動的アーク配信ソフトウェア16に連結された従来のマシン内。各プラットフォームは、呼吸運動、心拍、または消化に起因する動きを追跡するために機械部品の様々な係合します。肺の放射線手術は、モダリティ放射線腫瘍学19,20における新規治療法の選択肢をレンダリングする、臨床的成功17,18がありました。このハウツー記事では、治療的処置の意図の動的肺腫瘍の追跡を説明つの新しい放射線治療プロトコルを提供します。

Protocol

倫理文:スンマ保健システム治験審査委員会の承認がこの研究のために得られました。

1.治療相談

  1. 患者への新たな肺SBRT治療を説明してください。
    注:非標的臓器への放射線量を低下させながら、新しいSBRTプラットフォームは、癌標的に同一平面上と非同一平面上の高放射線量を実現します。
  2. 治療のリスクについて説明します。
    注:SBRTは、可能な短期の皮膚の色素沈着過剰または紅斑、疲労感、まれな咳、吐き気、食道炎、およびまれな内臓臓器損傷をもたらす可能性があります。肺炎、または微熱と非生産的な咳と肺の炎症は、最大3つのヶ月の治療後に発生することがあります。心臓への急性または遅けが、他の筋肉、末梢神経や脊髄、および骨はまれです。放射線誘発悪性腫瘍のための非常に小さな危険性があります。

2.画像​​マーカの配置

  1. ペーrform経皮的CTガイド下または腫瘍標的重心に挿入され、単一の金コーティングされたマーカーの気管支鏡の配置。
    1. 患者の胸部7 3-5 mm厚の連続した軸方向の断層撮影を行うために放射線科医を確認して下さい。
    2. 横断曝気肺組織(回避水疱や亀裂)を最小化する安全な針のアプローチを決定します7。
    3. ローカル皮下麻酔( 例えば、1%リドカイン)を注入します。
    4. 単一の短い(0.75×10 mm)の、または単一の長い(0.75×20 mm)のマーカ10を配置するために、17または18 G同軸針をご紹介します。
  2. 気管支内のマッピング21のための胸の断層画像を取得するために呼吸器科医を尋ねることによって電磁ナビゲーション気管支鏡ガイド下基準マーカの配置を行います。
    1. 疑いの気管支セグメントにおける気管支鏡を押し込みます。
    2. 標的病変に対する気管支鏡センサープローブを操縦します。
    3. 基準マークを展開します経気管支針によってえー。
      注:肺における基準フリー放射線手術のための技術は、治験と活発な研究22,23の対象と考えられています。
  3. 代替、順序としては、少なくとも3つの短い(1.6×3 mm)の金でコーティングされたマーカーは、ターゲットの周りに6センチメートル「ボックス」内に位置します。複数の基準マーカが配置されている場合は、マーカーの間に2センチ物理的に分離することをお勧めします。

3.治療計画

  1. 4-7日基準マーカーを配置した後(ステップ3.2および3.3に記載されている)CTガイドのシミュレーションを実行します。
  2. 治療機械フラット卓上に仰向け頭-最初にあると患者を確認して下さい。
    1. 上腕と手首ホルダーや真空バッグイモビライザーでサポートされている、彼らの頭の上に患者の腕を配置します。胸部と腹部が固定化されていないことを確認してください。
    2. 必要に応じて、インデックス作成のための2つのピンローカライズ膝スポンジを使用しています。
    3. 場所局在化のための胸の上に、少なくとも4赤外線追跡ボディマーカー。赤外線追跡呼吸マーカー一貫した垂直呼吸運動を実証過度ボディ領域(3mm以上のピーク·ツー·ピーク運動が推奨されます)。
  3. 非対照的で連続的な螺旋軸CTスキャン(1mMのスライス厚、電圧120のkVp、350のmAs)を実施します。
    注:治療の医師は、4次元CT胸部スキャン12またはフリー呼吸、エンドインスピレーションを含む3次元CT胸部スキャンを命ずることができる、エンド呼気息止め画像は24を設定します。
  4. 肺腫瘍運動の強化された捕獲のために18 F-FDG PET / CTスキャンを得ます。
    1. 静かな呼吸の間に、上部太ももに眼窩外耳孔線から連続するヘリカルCTスキャン用ヘッド第1の走査位置( 例えば、電圧120のkVp、450 MAS)に位置するように患者を確認して下さい。
    2. 同じSCに平均で18 F-FDGの11 mCiの静脈内投与後に18 F-FDG PETを取得静かな呼吸の間に、上部太ももに眼窩外耳孔線からの位置をアニング。この技術が使用される場合、18 F-FDG PET / CTスキャンは、自動輪郭40%SUVmax閾値に設定ソフトウェアであり、1に記載のように、CTのシミュレーション画像と共登録します。
  5. 4次元CTデータセットの手描きによる原発性肺総ターゲット·ボリュームまたはボリューム(GTVp)、好ましくは、呼気相を輪郭。 5ミリメートルの余裕を持ってGTVpを展開する計画腫瘍容積(PTV)を作成します。放射線量の計画は、動的トラッキングのエンド呼気相スキャンで発生します。
    注意:代替として3次元CTデータセットを使用した場合、自由呼吸シミュレーションCTスキャンは、基準スキャンです。この技術を用いて、治療放射線腫瘍医は、自由呼吸(GTVfb)、インスピレーション(GTVi)、および有効期限(GTVe)CTシミュレーションスキャンでGTVを等高線。 18 F-FDG PET画像の閾値化40%、最大標準取り込み値輪郭が作成されます(CTVpet)1。複合ITVはGTVfb、GTVi、GTVe、およびCTVpetボリュームの加算値を表します。複合ITVの5ミリメートルの利益率の拡大は、PTVを作成します。ここでは、放射線量の計画は、動的トラッキングのための自由呼吸スキャンで発生します。
  6. 4次元CTデータセットで描く手で輪郭近くの正常な組織構造、好ましくは呼気相。これは正常な肺、心臓プラス心膜、食道、肝臓、腎臓、二国間、腕神経叢、および脊髄を含むことができます。気管、右主気管支、左主気管支の輪郭は、生成された3ミリメートルを拡大し、そして後期毒性気道線維症を回避するために、優先度の高い計画制約として使用することができます。
  7. 計画ソフトウェアの動的トラッキングボタンをクリックします。このアクションは、新しいSBRTプラットフォーム上ジンバルパンとチルトの追跡を行っています。
  8. PTVの放射線量を処方します。 3放射線モンテカルロ線量処方のいずれかを考えてみましょうS:3×17 Gyの毎日= 51 Gyの末梢肺病変のため、 4×12 = 48 Gyのグレイ中央肺病変および末梢胸壁病変のため、または一日おきに、5×10 Gyの= 50グレイ。 PTV体積の制約( すなわち、95%の被覆率)または器官におけるリスク制約が満たされないときに稀に、8×7.5 = 60 Gyのグレイの処方を使用してもよいです。

4.治療配達とワークフロー

  1. 仰臥ヘッド-第1のアライメント後の静かな呼吸相関モデルを構築します。
    1. CTシミュレーションで特定された同じ印を付けた位置で本体に4(または最大6)赤外線ボディマーカーを配置します。
    2. 体マーカーの位置精度と処理コンソールで赤外線カメラと画面による患者位置合わせを確認してください。
      注:ボディマーカーの位置が不規則な動きのためのビームのチェックは、そのような咳として機能します。
    3. 内部pの埋め込まれたマーカーを検出するための処置コンソールでクロスプレーンデュアル診断kVのX線またはコーンビームCT画像を取得ositional精度。
    4. (呼吸の代理として)身体マーカーの動きと、新しいSBRTプラットフォームワークフローに接続されたコンピュータソフトウェアを使用して、内部移植されたマーカーの動きを関連付け、相関します。
      注:代替の位置特定方法は、前方および横方向の入れ墨CTシミュレーションレーザー三角マークと6含浸赤外線体マーカーと標準化された参照配列(スター)の使用による患者の直交配置を伴います。
  2. 肺腫瘍運動の相関モデルを生成します。
    1. 新しいSBRTプラットフォームワークフローにリンクされたコンピュータソフトウェアを用いて腫瘍の動きを追跡するための加速器のためのジンバルパンとチルトパスを導出します。
    2. 視覚的に放射線照射の前に肺腫瘍運動の相関モデルを評価します。
  3. 放射線照射時に基準マーカードリフトを観察します。
  4. によるガントリ回転に機械患者の衝突を評価し、Oリングピボット、およびジンバルパンとチルトアクション配信を計画する前です。
    注:放射線のスタッフは、このステップを実行します。治療は、手動で、視覚的に放射線照射のスタッフによって確認された、五から九静的同一平面上と同一平面上にない治療ビームを伴ってもよいです。治療は、すべての7分程度行わ肺腫瘍運動の相関モデル検証で、15〜30分を最後の可能性があります。

Representative Results

新しいプラットフォームのSBRTは現在、 図1に例えば示されるように、単一または複数の密接に関連する臨床放射線ターゲットに収束複数のスタティック放射線ビームを含む。代表的な適切な計画の結果は、癌標的体積と癌ターゲットの95%をカバーしてアブレーション放射を実現します線量適合性が1に示す5コプレーナと4つの非同一平面上の線 (梁2、4、すなわち、リング回転+ 20°、6、8)右肺に扁平上皮癌を表す単一PTVを治療するために使用されます。 PTVのためのビームマージンは1ミリメートルでした。 95%等線量線に所定の放射線量は、1.48の適合度と95%のPTVカバレッジをレンダリング。処方は5で10 Gyのフラクション一日おきに50 Gyでした。ここに示した構造は、計画標的体積(赤)、内部ターゲットボリューム(白)、脊髄(緑)、食道(水色)が挙げられます。等線量線は、示された通りです。</ P>

図1
図1:右側の肺腫瘍の動的腫瘍追跡はピクチャーが9静的ビームを使用して、単一の右側の肺腫瘍に送達(5〜10 Gyの一日おき画分中の50グレイ)アブレーション放射線量の一例である(青/グリーン、34°離れ)。 4計画ソフトウェアのウィンドウが描いている:(A)は、ビームおよび重要な構造衝突マップ、(B)beam'sアイビュー(ここでは、ビーム1)、(C)は、3次元CTおよびビーム再構成マップ、および(D)軸線量分布とCT。

構造 メトリック ボリューム 許容変動
PTV V50Gy ≥95% ≥90%
最小線量 0.03センチメートル3 ≥46グレイ(92%) ≥45グレイ(90%)
最大投与量 0.03センチメートル3 ≤60グレイ(120%) ≤62.5グレイ(125%)
脊髄 0.03センチメートル3 ≤15グレイ ≤22グレイ
肺(マイナスGTV) V20Gy ≤10% ≤15%
投与量を意味します ≤8グレイ ≤10グレイ
ハート/心膜 15センチメートル3 ≤32グレイ ≤36グレイ
食道投与量を意味します ≤18グレイ ≤20グレイ
0.03センチメートル3 ≤27​​グレイ ≤30グレイ
腕の叢 0.03センチメートル3 ≤24グレイ ≤30グレイ

表1:構造治療計画の制約。

Discussion

有望な初期の定位放射線の臨床経験は肺癌25,26の治療のためのアブレーション放射線の臨床試験研究を牽引してきました。経験は、肺27,28に転移腫瘍タイプの多様性に対するアブレーション放射を使用する研究者をリードしてきました。新しいSBRTプラットフォームは、腫瘍を動かすの治療に特に敏感放射線送出システムを導入しています。

新しいSBRTプラットフォームは、旋回Oリングガントリ内に取り付けられた線形加速器によって生成される目に見えないX線治療を提供します。ジンバル機構は、インタイムのダイナミック腫瘍モーショントラッキングを提供し、線形加速器のパンとチルトの動きを可能にします。デュアルクロスプレーンkVのX線は、6自由度の患者の位置決めを確認する前および治療中に得られます。同時に最小化しながら自由コプレーナおよび非同一平面上のユニークな程度は、癌の標的に対して高い放射線量の送達を増強します重要な内臓器官への放射線量。これは、治療は、正常細胞低下放射線関連毒性に回復不能な損傷を与えることなく、癌細胞標的を滅菌することが予想されます。新しいSBRTプラットフォームの将来の研究では、対象のコントロールと副作用の減少のいずれかの利益を文書化します。

新しいSBRTプラットフォームショーを最初の経験は10をお約束します。肺腫瘍の動的追跡のニュアンスが検討され続けます。しかしながら、いくつかの一般化が明らかです。動き未満の7ミリメートル実証肺腫瘍は最高の複合ITVプラス5mMの拡張手法により処理することができます。 7ミリメートル以上の垂直移動を示す肺腫瘍の場合は、GTVpプラス5ミリメートルの拡張を使用して動的追跡のアプローチは、治療のための最善の場合があります。これらの制限を定義するさらなる研究が必要とされています。また、3次元CT画像データセットに重畳18 F-FDG PET画像は、通常、複合ITVのボリュームを増加させます。このアプローチは、ボリュームEXPANを想定しますPETスキャナの3-5分のビン時間中に発生する18 F-FDG信号スミアによるシオン。 40%は、18 F-FDGの臨床標的体積が研究されており、我々のプログラム1のいずれかで使用されている閾値。 18 F-FDG PET画像かどうかを特徴づけるさらなる研究が十分に腫瘍ヒステリシスが必要とされる複製されます。最後に、単一の肺で最大3病変は、一度に処理のために考慮することができます。それ以外の場合は、シーケンシャルアプローチが行われます。

新しいSBRTプラットフォームで動的トラッキングは、将来への40ミリ秒までの肺腫瘍の動きを予測するために、肺腫瘍運動の相関モデルを使用しています。赤外線身体と​​呼吸マーカーの位置と速度は、モデルに含まれています。取得されたkVのX線70%のマーカ検出率は、動的追跡のために必須です。基準点は、三次元( すなわち、X、Y、Z)で追跡されています。 kVのX線ユニットによって生成された画像を自動的に登録し、リアルタイムで比較されます。 O動的トラッキングでbserved待ち時間はパンとチルトジンバル·ハードウェア、ソフトウェア処理、およびkVのX線ユニットの位置制御性能の限界によるものです。研究研究者は追跡の待ち時間の改善に従事しています。

新しいSBRTプラットフォーム上で動的トラッキングを使用して、放射線照射中は、基準マーカドリフトを見ることが重要です。オペレータ起動処理の一時停止や自動ビーム保留中の任意の方向結果の事前定義された3mmの許容範囲を超えて基準マーカードリフトの傾向。治療休止が発生する場合は、事業者は次のいくつかの患者の呼吸してから治療再開の上の静かな呼吸動作の再開を可能にすることをお勧めします前の相関モデルを再構築します。一時停止が失敗し、患者の再配置されている場合は、赤外線呼吸マーカーモーション検知、kVのマーカー検出、再構築モデル化相関は、治療を再開するために行われています。我々の経験では、呼吸相関モデルはuのために正確です7分P、治療卓上に載っている間、多くの場合、患者の緊張や弛緩によって制限。

未回答の質問が残っています。アブレーション放射線量後に発生する正常細胞と癌細胞における細胞死の放射線生物学的結果とモードとは何ですか?なぜそれが化学療法を放射線増感と高精度アブレーション放射をマージするように困難でしたか?それは胸切除放射線を送達する他の様式を検討することが不可欠であるが、切除、放射線が胸部手術と同等の治療効果を提供することができるかどうかについては不明のままです。実際、胸部外科は、従来の治療法がすでに適用されてきたとき、肺に腫瘍根絶を達成するために、より一般的に使用され、検証された技術です。ここでは、新しいSBRTプラットフォームは女性や動きを示す肺腫瘍と男性のための治療法の革新的な非侵襲的な手段を提供します。

Disclosures

著者らは、開示することは何もありません。

Acknowledgements

本研究では、スンマ癌研究所によってサポートされていました。

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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