Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.
Læger overvejer stereotaktisk ablativ krop strålebehandling (SBRT) til behandling af ekstrakraniale cancer mål skal være opmærksom på de betydelige risici for normal vævsskade og farerne ved fysisk tumor miss. En første-of-its-kind SBRT platform opnår høj præcision ablative strålebehandling gennem en kombination af alsidige realtid imaging løsninger og avancerede tumor sporing kapaciteter. Det bruger dobbelt-diagnostiske kV x-ray enheder til stereoskopisk åben sløjfe tilbagemeldinger for kræft target intrafraction bevægelse forekommer som følge af respiratoriske bevægelser og hjerteslag. Image-guided tilbagemeldinger driver en kardansk ophængte stråling accelerator (max 15 x 15 cm markstørrelse) i stand til realtid ± 4 cm pan-og-tilt handling. Robot-drevet ± 60 ° drejer af en integreret ± 185 ° roterende portal tillader coplanare og ikke-coplanar accelerator stråle set-up vinkler, i sidste ende tillader unikke behandling frihedsgrader. State-of-the-art software aids realtid seks dimensional positionering, hvilket sikrer bestråling af kræft mål med sub-millimeter nøjagtighed (0,4 mm ved isocentret). Anvendelse af disse funktioner gør det muligt at behandle læger til at styre strålingsdosis til kræft tumor mål samtidig reducere stråledosis til normale væv. Ved at tilføje respiration korreleret computertomografi (CT) og 2- [18F] fluoro-2-deoxy-ᴅ-glucose (18 F-FDG) positronemissionstomografi (PET) billeder i planlægningssystemet for øget tumor target konturering, sandsynligheden af fysisk tumor miss bliver væsentligt mindre 1. I denne artikel beskriver vi nye stråling planer for behandling af bevægelige lungetumorer.
Lungekræft tegner sig for det største antal kræftrelaterede dødsfald blandt kvinder og mænd over hele verden 2. Op til 63% af vedvarende eller tilbagevendende lungekræft involverer lungevæv, der allerede beskattes af kemoterapi eller tidligere bestrålet. 3,4. Yderligere bestråling på steder med vedvarende eller tilbagevendende lungetumorer kan føre til uacceptable lunge sygelighed 5,6, især når konventionel kirurgi, kemoterapi og strålebehandling allerede er blevet prøvet. Således har kvinder og mænd i sådanne kliniske omstændigheder har brug for nye strategier cancer terapi ligner behandlinger præsenteres før i dette tidsskrift 7. Stereotaktisk ablativ krop strålebehandling (SBRT), kan opfylde dette terapeutiske behov ved at sterilisere lungetumorer gennem præcist målrettet, høj stråledosis 8,9.
Der er en hidtil ukendt SBRT platform stand til dette terapeutiske opgave 10-12. Det adskiller sig fra andre SBRT platforme vedintegrere dual-diagnostiske Exactrac kV x-ray enheder (stand kegle-stråle computertomografi target lokalisering), og et infrarødt kamera enhed (stand legemsoverflade markør sporing som et surrogat for den indre bevægelse), som begge tillader stereoskopisk åben sløjfe tilbagemelding af cancer målrette intrafraction bevægelse. Det har også en unik ± 4 cm kardansk ophængte pan-og-tilt stråling accelerator, der har sin stråle formet af 60 wolfram legering blade (0,25 cm fysisk bredde, 11 cm fysiske højde). Det bruger en fuld over-center-travel multi-blad kollimator for maksimalt 15 x 15 cm markstørrelse. Den indeholder en robot-driven ± 60 ° drejelige O-ring og ± 185 ° roterende portalkran muliggør coplanare og ikke-koplanare accelerator beam set-up vinkler og unikke behandling frihedsgrader. Endelig har submillimeter nøjagtighed (0,4 mm ved isocentret) 13. I modsætning hertil er andre SBRT strålebehandling platforme montere en klinisk stråling accelerator enten til en industriel robotarm 14, eller på en spiralformet skive-for-skive gantry 15, eller inden for en konventionel maskine forbundet med billede-guided intensitet moduleret strålebehandling eller dynamisk bue levering software 16. Hver platform i indgreb med en række forskellige maskinkomponenter til at spore bevægelse som følge af åndedræt bevægelse, hjerteslag, eller fordøjelse. Lunge radiosurgery har haft klinisk succes 17,18, hvilket gør modalitet en ny behandlingsmulighed i stråling onkologi 19,20. Dette how-to artikel indeholder en ny stråleterapi protokol, der beskriver dynamisk lunge tumor sporing til terapeutisk behandling hensigt.
Lovende tidlige stereotaktisk strålebehandling kliniske erfaringer har drevet klinisk forsøg undersøgelse af ablativ stråling til behandling af lungekræft 25,26. Erfaringen har ført forskere til at anvende ablativ stråling mod flere forskellige tumortyper metastaserende til lungen 27,28. Den nye SBRT platform introducerer en stråling leveringssystem særligt afstemt til behandling af bevægelige tumorer.
Den nye SBRT platformen giver en usynlig røntgen behandling, der er genereret af en lineær accelerator monteret inden i en drejende O-ring gantry. En kardan mekanisme muliggør pan-og-tilt bevægelse af den lineære accelerator, giver in-time dynamisk tumor motion tracking. Dual cross-plane kV røntgenstråler opnås før og under behandlingen for at kontrollere, 6 graders-of-frihed patient positionering. Coplanare og ikke-koplanare unikke frihedsgrader øge levering af høj stråledosis til kræft mål samtidig minimerestrålingsdosis kritiske indre organer. Det forventes, at behandling steriliserer cancercellelinier mål uden uoprettelig skade på normale celler sænkende stråling-relateret toksicitet. Fremtidig undersøgelse af nye SBRT platform vil dokumentere eventuelle gevinster i target-kontrol og en eventuel reduktion bivirkninger.
Første erfaringer med de nye SBRT platform shows lover 10. Nuancer af dynamiske sporing af lunge tumorer fortsat blive udforsket; dog nogle generaliseringer er tydelige. Lungetumorer demonstrerer motion mindre end syv millimeter kan bedst behandles ved en sammensat ITV plus 5 mm ekspansion tilgang. For lungetumorer viser 7 mm eller mere vertikal oversættelse, en dynamisk sporing tilgang ved hjælp af en GTVp plus 5 mm ekspansion kan være bedst til behandling. Der er behov for yderligere forskning definerer disse grænser. Også 18 F-FDG PET billeder overlejret på 3D CT billede datasæt normalt øge sammensatte ITV mængder. Denne tilgang forudsætter volumen expannen på grund af 18 F-FDG signal smøre opstår under PET scannerens 3-5 min bin tid. En 40% tærsklingsbehandlet 18F-FDG kliniske target volumen er blevet undersøgt og har været anvendt i en af vores programmer 1. Yderligere forskning kendetegner hvorvidt 18 F-FDG PET billeder replikerer tilstrækkeligt behov tumor hysterese. Endelig kan op til 3 læsioner i en enkelt lunge overvejes til behandling på en gang. Ellers er en sekventiel tilgang gjort.
Dynamisk sporing på den nye SBRT platform bruger en lunge tumor bevægelse korrelation model til at forudsige lunge tumor bevægelse op til 40 ms i fremtiden. Position og hastighed af den infrarøde legeme og respiratoriske markører er medtaget i modellen. En markør opdagelse sats på 70% i erhvervede kV røntgenstråler er en forudsætning for dynamisk sporing. Referencemærkerne spores i tre dimensioner (dvs. x, y, z). Billeder genereret af kV x-ray enheder registreres automatisk og sammenlignes realtid. Observed latens i dynamisk tracking er på grund af begrænsninger i pan-og-tilt kardanled hardware, software behandling, og positionelle kontrol udførelsen af kV x-ray enheder. Forsknings- efterforskere er engageret i at forbedre sporing latenstid.
Under stråling levering hjælp dynamisk sporing på den nye SBRT platform, er det afgørende at se for fiducial markør afdrift. Tendenser i fiducial markør afdrift ud over foruddefinerede 3 mm tolerancer i enhver retning resulterer i operatør-initieret behandling pause eller i automatisk stråle hold. Hvis en behandling pause opstår, anbefales det, at operatørerne mulighed for genoptagelse af rolige vejrtrækning bevægelse over de næste mange patient indåndinger og derefter behandling genoptagelse før korrelation model genopbygge. Hvis pauser er mislykket, tålmodig repositionering, infrarød vejrtrækning markør bevægelsesdetektering, kV markør afsløring, korrelation modellering genopbygge er gjort for at genoptage behandlingen. Det er vores erfaring, vejrtrækning korrelationsfaktorer modeller er korrekte for up til 7 min, ofte begrænset af patientens spænding eller afslapning, mens hvile på behandling bordpladen.
Forbliver ubesvarede spørgsmål. Hvilke radiobiologiske konsekvenser og tilstand af celledød i normale celler og cancerceller indtruffet efter ablative strålingsdosis? Hvorfor har det været så svært at fusionere høj præcision ablative stråling med strålingssensibiliserende kemoterapier? Selv om det er vigtigt at undersøge andre modaliteter at levere ablative stråling i brystet, er det fortsat uklart, om ablative stråling kan give tilsvarende terapeutisk effektivitet som thoraxkirurgi. Faktisk, thoraxkirurgi er det mere almindeligt anvendt og valideret teknik til at opnå tumor udryddelse i lungen, når konventionelle behandlinger er allerede blevet anvendt. Her er den nye SBRT platform giver en innovativ ikke-invasive midler terapi for kvinder og mænd med lungetumorer viser bevægelse.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning blev støttet af Summa Cancer Institute.
Vero SBRT Linac System 1.0 | Brainlab, Inc. (Munich, Germany) | 46300 | High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation |
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan) | |||
Visicoil fiducial marker | IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA) | 67245 | 0.75 mm x 10 mm marker -or- 0.75 mm x 20 mm marker |
Gold fiducial marker | Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA) | MTNW887860 | Sterile placement needle (14GA ETW x 20cm) with one 1.6mm × 3mm marker |