Bildstyrd strålbehandling
| Bildstyrd strålbehandling | |
|---|---|
| Andra namn | IGRT |
| Specialitet | interventionell radiologi/onkologi |
Bildstyrd strålbehandling är en process med frekvent avbildning , under en strålbehandlingskur , som används för att styra behandlingen, positionera patienten och jämföra med avbildningen före behandling från behandlingsplanen . Omedelbart före eller under en behandlingsfraktion lokaliseras patienten i behandlingsrummet i samma position som planerat från referensbilddatauppsättningen. Ett exempel på IGRT skulle inkludera jämförelse av en med konstråledatortomografi (CBCT), inhämtad på behandlingsmaskinen, med datauppsättningen datortomografi (CT) från planering. IGRT skulle också inkludera matchande plana kilovoltage (kV) röntgenbilder eller megavoltage (MV) bilder med digitala rekonstruerade röntgenbilder (DRR) från planerings-CT.
Denna process skiljer sig från användningen av bildbehandling för att avgränsa mål och organ i planeringen av strålterapi. Det finns dock ett samband mellan avbildningsprocesserna eftersom IGRT förlitar sig direkt på avbildningsmodaliteterna från planeringen som referenskoordinater för att lokalisera patienten. Mångfalden av medicinska bildtekniker som används vid planering inkluderar röntgendatortomografi (CT), magnetisk resonanstomografi (MRI) och positronemissionstomografi (PET) bland andra.
IGRT kan hjälpa till att minska fel i uppsättning och positionering, tillåta att marginalerna runt målvävnaden vid planering reduceras och möjliggöra att behandlingen anpassas under förloppet, i syfte att övergripande förbättra resultaten.
Mål och kliniska fördelar
Målet med IGRT-processen är att förbättra noggrannheten i placeringen av strålfältet och att minska exponeringen av frisk vävnad under strålbehandlingar. Tidigare år användes större marginaler för planeringsmålvolym (PTV) för att kompensera för lokaliseringsfel under behandlingen. Detta resulterade i att friska mänskliga vävnader fick onödiga doser av strålning under behandlingen. PTV-marginaler är den mest använda metoden för att ta hänsyn till geometriska osäkerheter. Genom att förbättra noggrannheten genom IGRT minskar strålningen till omgivande friska vävnader, vilket möjliggör ökad strålning till tumören för kontroll.
För närvarande använder vissa strålterapitekniker processen med intensitetsmodulerad strålbehandling (IMRT) . Denna form av strålbehandling använder datorer och linjäracceleratorer för att skulptera en tredimensionell stråldoskarta, specifik för målets läge, form och rörelseegenskaper. På grund av den precisionsnivå som krävs för IMRT måste detaljerade data samlas in om tumörplatser. Det enskilt viktigaste innovationsområdet i klinisk praxis är minskningen av planeringsvolymmarginalerna runt platsen. Förmågan att undvika mer normal vävnad (och därmed potentiellt använda dosökningsstrategier) är en direkt biprodukt av förmågan att utföra terapin med största noggrannhet.
Moderna, avancerade strålbehandlingstekniker som proton- och laddade partikelstrålning möjliggör överlägsen precision i dostillförseln och rumslig fördelning av den effektiva dosen. Idag lägger dessa möjligheter till nya utmaningar för IGRT, när det gäller erforderlig noggrannhet och tillförlitlighet. Lämpliga tillvägagångssätt är därför en fråga om intensiv forskning.
IGRT ökar mängden data som samlas in under terapiförloppet. Med tiden, oavsett om det gäller en individ eller en patientpopulation, kommer denna information att möjliggöra fortsatt bedömning och ytterligare förfining av behandlingstekniker. Den kliniska fördelen för patienten är förmågan att övervaka och anpassa sig till förändringar som kan inträffa under strålbehandlingsförloppet. Sådana förändringar kan innefatta tumörkrympning eller expansion, eller förändringar i form av tumören och omgivande anatomi.
Precisionen för IGRT förbättras avsevärt när tekniker som ursprungligen utvecklades för bildstyrd kirurgi, såsom N-localizer och Sturm-Pastyr localizer, används tillsammans med dessa medicinska bildbehandlingstekniker.
Logisk grund
Strålbehandling är en lokal behandling som är utformad för att behandla den definierade tumören och skona den omgivande normala vävnaden från att få doser över specificerade dostoleranser. Det finns många faktorer som kan bidra till skillnader mellan den planerade dosfördelningen och den levererade dosfördelningen. En sådan faktor är osäkerhet i patientens position på behandlingsenheten. IGRT är en komponent i strålterapiprocessen som innehåller avbildningskoordinater från behandlingsplanen som ska levereras för att säkerställa att patienten är korrekt inriktad i behandlingsrummet.
Lokaliseringsinformationen som tillhandahålls genom IGRT-metoder kan också användas för att underlätta robusta behandlingsplaneringsstrategier och möjliggöra patientmodellering, vilket ligger utanför ramen för denna artikel. [ citat behövs ]
Historik om "vägledning" för behandling
Yt- och hudmärken
I allmänhet, vid tidpunkten för "planering" (oavsett om det är en klinisk markering eller en fullständig simulering) beskrivs det avsedda området för behandling av strålningsonkologen. När behandlingsområdet väl bestämts placerades märken på huden. Syftet med bläckmärkena var att rikta in och positionera patienten dagligen för behandling för att förbättra reproducerbarheten av fältplacering. Genom att rikta in markeringarna med strålfältet (eller dess representation) i strålterapibehandlingsrummet kunde den korrekta placeringen av behandlingsfältet identifieras.
Med tiden, med förbättring av tekniken – ljusa fält med hårkors, isocentriska lasrar – och med övergången till "tatuering" – en procedur där bläckmarkeringar ersätts med en permanent markering genom applicering av bläck strax under det första lagret av huden med hjälp av en nål på dokumenterade platser - reproducerbarheten av patientens inställningar förbättrades.
Portal avbildning
Portalavbildning är insamling av bilder med hjälp av en strålstråle som används för att ge strålbehandling till en patient. Om inte hela strålen absorberas eller sprids i patienten, kan den del som passerar genom mätas och användas för att producera bilder av patienten.
Det är svårt att fastställa den initiala användningen av portalavbildning för att definiera placering av strålningsfält. Från de första dagarna av strålterapi användes röntgenstrålar eller gammastrålar för att utveckla röntgenfilmer i storformat för inspektion. Med introduktionen av kobolt-60- maskiner på 1950-talet gick strålningen djupare in i kroppen, men med lägre kontrast och dålig subjektiv synlighet. Idag, med hjälp av framsteg inom digitala bildbehandlingsenheter, har användningen av elektronisk portalavbildning utvecklats till både ett verktyg för korrekt fältplacering och som ett kvalitetssäkringsverktyg för granskning av strålningsonkologer under kontrollfilmsrecensioner.
Elektronisk portalavbildning
Elektronisk portalavbildning är processen att använda digital bildåtergivning, såsom en CCD-videokamera, vätskejonkammare och platta detektorer av amorft kisel för att skapa en digital bild med förbättrad kvalitet och kontrast jämfört med traditionell portalavbildning. Fördelen med systemet är möjligheten att ta bilder, för granskning och vägledning, digitalt. Dessa system används i hela klinisk praxis. Aktuella recensioner av Electronic Portal Imaging Devices (EPID) visar acceptabla resultat vid avbildningsstrålning och ger i de flesta kliniska praxis tillräckligt stora synfält. kV är inte en portalbildfunktion.
Bilddiagnostik för behandlingsvägledning
Genomlysning
Fluoroskopi är en bildteknik som använder ett fluoroskop, i samordning med antingen en skärm eller bildfångande enhet för att skapa realtidsbilder av patienternas inre strukturer.
Digital röntgen
Digital röntgenutrustning monterad i strålbehandlingsapparaten används ofta för att avbilda patientens inre anatomi vid tidpunkten före eller under behandlingen, som då kan jämföras med den ursprungliga planerade CT-serien. Användning av en ortogonal uppsättning av två radiografiska axlar är vanligt, för att tillhandahålla medel för mycket noggrann patientpositionsverifiering.
Datortomografi (CT)
En medicinsk avbildningsmetod som använder tomografi där digital geometribearbetning används för att generera en tredimensionell bild av de inre strukturerna hos ett objekt från en stor serie tvådimensionella röntgenbilder tagna runt en enda rotationsaxel. CT producerar en mängd data, som kan manipuleras, genom en process som kallas fönster, för att demonstrera olika strukturer baserat på deras förmåga att dämpa och förhindra överföring av den infallande röntgenstrålen.
Konventionell CT
Med det växande erkännandet av användbarheten av CT-avbildning för att använda vägledningsstrategier för att matcha behandlingsvolymposition och behandlingsfältsplacering, har flera system designats som placerar en faktisk konventionell 2-D CT-maskin i behandlingsrummet vid sidan av behandlingens linjäraccelerator. Fördelen är att den konventionella CT ger exakta mått på vävnadsförsvagning, vilket är viktigt för dosberäkning (t.ex. CT på skenor).
Kon balk
Cone-beam computed tomography (CBCT) baserade bildstyrda system har integrerats med medicinska linjäracceleratorer med stor framgång. Med förbättringar av plattskärmsteknologi har CBCT kunnat tillhandahålla volymetrisk avbildning och möjliggör radiografisk eller fluoroskopisk övervakning under hela behandlingsprocessen. Cone beam CT får många projektioner över hela volymen av intresse i varje projektion. Med hjälp av rekonstruktionsstrategier banbrytande av Feldkamp, rekonstrueras 2D-projektionerna till en 3D-volym analog med CT-planeringsdataset.
MVCT
Megavoltage computed tomography (MVCT) är en medicinsk bildbehandlingsteknik som använder Megavoltage-området av röntgenstrålar för att skapa en bild av benstrukturer eller surrogatstrukturer i kroppen. Den ursprungliga rationalen för MVCT sporrades av behovet av noggranna densitetsuppskattningar för behandlingsplanering. Både patient- och målstrukturlokalisering var sekundära användningsområden. En testenhet som använder en enda linjär detektor, bestående av 75 kadmiumvolframatkristaller, monterades på linjäracceleratorportalen. [ citat behövs ] Testresultaten visade en rumslig upplösning på 0,5 mm och en kontrastupplösning på 5 % med denna metod. Även om ett annat tillvägagångssätt skulle kunna innebära att systemet integreras direkt i MLA [ förtydligande behövs ] , skulle det begränsa antalet varv till ett antal som är oöverkomligt för regelbunden användning. [ citat behövs ]
Optisk spårning
Optisk spårning innebär användning av en kamera för att vidarebefordra positionsinformation för objekt inom dess inneboende koordinatsystem med hjälp av en delmängd av det elektromagnetiska spektrumet av våglängder som spänner över ultraviolett, synligt och infrarött ljus. Optisk navigering har använts under de senaste 10 åren inom bildstyrd kirurgi (neurokirurgi, ÖNH och ortopedisk) och har ökat i prevalens inom strålbehandling för att ge realtidsfeedback genom visuella signaler på grafiska användargränssnitt (GUI). För det senare används en kalibreringsmetod för att rikta in kamerans ursprungliga koordinatsystem med det för den isocentriska referensramen i förlossningsrummet för strålbehandling. Optiskt spårade verktyg används sedan för att identifiera positionerna för patientreferensuppsättningspunkter och dessa jämförs med deras placering inom det planerade CT-koordinatsystemet. En beräkning baserad på minsta kvadratmetodik utförs med användning av dessa två uppsättningar koordinater för att fastställa en översättning av behandlingssoffan som kommer att resultera i att patientens planerade isocenter anpassas till behandlingsrummet. Dessa verktyg kan också användas för intra-fraktionsövervakning av patientposition genom att placera ett optiskt spårat verktyg på en region av intresse för att antingen initiera strålningsleverans (dvs. grindningsregimer) eller åtgärd (dvs ompositionering). Alternativt tillåter produkter som AlignRT (från Vision RT) feedback i realtid genom att avbilda patienten direkt och spåra patientens hudyta.
MRI
Den första kliniskt aktiva MRI-styrda strålbehandlingsmaskinen, ViewRay-enheten, installerades i St. Louis, MO, vid Alvin J. Siteman Cancer Center vid Barnes-Jewish Hospital och Washington University School of Medicine. Behandling av de första patienterna tillkännagavs i februari 2014. Andra strålbehandlingsmaskiner som inkluderar realtids-MRT-spårning av tumörer är för närvarande under utveckling. MRT-styrd strålbehandling gör det möjligt för läkare att se en patients inre anatomi i realtid med hjälp av kontinuerlig mjukvävnadsavbildning och låter dem hålla strålningsstrålarna på målet när tumören rör sig under behandlingen.
Ultraljud
Ultraljud används för daglig patientinställning. Det är användbart för mjukvävnad som bröst och prostata. Systemen BAT (Best Nomos) och Clarity (Elekta) är de två huvudsakliga systemen som används för närvarande. Clarity-systemet har vidareutvecklats för att möjliggöra intra-fraktion prostatarörelsespårning via transperineal avbildning.
Elektromagnetiska transpondrar
Även om det inte är IGRT i sig, försöker elektromagnetiska transpondersystem att tjäna exakt samma kliniska funktion som CBCT eller kV-röntgen, men tillhandahåller ändå mer tidsmässigt kontinuerlig analys av inställningsfel analogt med de optiska spårningsstrategierna. Därför klassificeras denna teknik (även om den inte innebär användning av några "bilder") vanligtvis som en IGRT-metod.
Korrigeringsstrategier för patientpositionering under IGRT
Det finns två grundläggande korrigeringsstrategier som används när man bestämmer den mest fördelaktiga patientpositionen och strålstrukturen: on-line och off-line korrigering. Båda tjänar sina syften i den kliniska miljön och har sina egna meriter. I allmänhet används en kombination av de båda strategierna. Ofta kommer en patient att få korrigeringar av sin behandling via onlinestrategier under sin första strålningssession, och läkare gör efterföljande justeringar offline under kontrollfilmrundor.
Uppkopplad
On-line-strategin gör justeringar av patientens och strålens position under behandlingsprocessen, baserat på kontinuerligt uppdaterad information under hela proceduren. Online-metoden kräver en hög nivå av integration av både mjukvara och hårdvara. Fördelen med denna strategi är en minskning av både systematiska och slumpmässiga fel. Ett exempel är användningen av ett markörbaserat program vid behandling av prostatacancer på Princess Margaret Hospital. Guldmarkörer implanteras i prostatan för att ge en surrogatposition för körteln. Före varje dags behandling returneras portalavbildningssystemets resultat. Om centrum av massan har rört sig mer än 3 mm, justeras soffan om och en efterföljande referensbild skapas. Andra kliniker korrigerar för eventuella positionsfel och tillåter aldrig >1 mm fel i några uppmätta axlar.
Off-line
Off-line-strategin bestämmer den bästa patientpositionen genom ackumulerad data som samlas in under behandlingssessioner, nästan alltid initiala behandlingar. Läkare och personal mäter behandlingens noggrannhet och utformar behandlingsriktlinjer när de använder information från bilderna. Strategin kräver större samordning än onlinestrategier. Användningen av offlinestrategier minskar dock risken för systematiska fel. Risken för slumpmässiga fel kan dock kvarstå.
Framtida studieområden
- Debatten mellan fördelarna med on-line kontra off-line strategier fortsätter att pågå.
- Huruvida ytterligare forskning kring biologiska funktioner och rörelser kan skapa en bättre förståelse för tumörrörelser i kroppen före, mellan och under behandlingen.
- När regler eller algoritmer används kan stora variationer i PTV-marginaler minskas. Marginal "recept" utvecklas som kommer att skapa linjära ekvationer och algoritmer som står för "normala" variationer. Dessa regler skapas från en normal population och tillämpas på behandlingsplanen offline. Möjliga biverkningar inkluderar slumpmässiga fel på grund av att målet är unikt
- Med en större mängd data som samlas in kommer hur system måste etableras för kategorisering och lagring av information.
Se även
Vidare läsning
- Cossmann, Peter H. Framsteg inom bildstyrd strålterapi - Framtiden är i rörelse. European Oncology Review 2005 - juli (2005)
- Sharpe, MB; T Craig; DJ Moseley (2007) [2007]. "Bildvägledning: Behandlingsmållokaliseringssystem i IMRT-IGRT-SBRT – Framsteg i behandlingsplanering och leverans av strålbehandling." Frontiers in Radiation Therapy Oncology . Vol. 40. Madison, WI: Karger. ISBN 978-3-8055-8199-8 .