مساعد تخطيط الإشعاع - أداة قائمة على الويب لدعم العلاج الإشعاعي عالي الجودة في العيادات ذات الموارد المحدودة
Summary
يصف هذا البروتوكول سلسلة من الأدوات الآلية المصممة للتحديد التلقائي للعلاج الإشعاعي عالي الجودة والتخطيط التلقائي التي يتم تعبئتها في خدمة قائمة على الويب لزيادة المتانة وقابلية التوسع مع تقليل تكاليف التشغيل.
Abstract
الوصول إلى العلاج الإشعاعي في جميع أنحاء العالم محدود. مساعد التخطيط الإشعاعي (RPA) هو أداة مؤتمتة بالكامل قائمة على الويب يتم تطويرها لتقديم أدوات تخطيط العلاج الإشعاعي المؤتمتة بالكامل للعيادات ذات الموارد المحدودة. الهدف هو مساعدة الفرق السريرية على توسيع نطاق جهودها ، وبالتالي الوصول إلى المزيد من مرضى السرطان. يتصل المستخدم ب RPA عبر صفحة ويب ، ويكمل طلب الخدمة (وصفة طبية ومعلومات حول أهداف العلاج الإشعاعي) ، ويقوم بتحميل مجموعة صور التصوير المقطعي المحوسب للمريض. تقدم تقنية RPA طريقتين للتخطيط الآلي. في التخطيط بخطوة واحدة ، يستخدم النظام طلب الخدمة والأشعة المقطعية لإنشاء الخطوط وخطة العلاج اللازمة تلقائيا. في التخطيط المكون من خطوتين، يقوم المستخدم بمراجعة الخطوط التي تم إنشاؤها تلقائيا وتحريرها قبل أن تستمر تقنية RPA في إنشاء خطة علاج بالقوس معدل الحجم. يتم تنزيل الخطة النهائية من موقع RPA على الويب واستيرادها إلى نظام تخطيط العلاج المحلي للمستخدم ، حيث يتم إعادة حساب الجرعة لليناك المكلف محليا ؛ إذا لزم الأمر ، يتم تحرير الخطة قبل الموافقة على الاستخدام السريري.
Introduction
ومن المتوقع أن يرتفع العدد العالمي لحالات السرطان إلى ما يقرب من 24.6 مليون حالة بحلول عام 2030، مع وجود العبء الأكبر في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل1. العلاج الإشعاعي هو علاج فعال من حيث التكلفة وعلاجي وملطف للسرطان ، ويوفر فوائد لحوالي 50٪ من مرضى السرطان و 60-70٪ في البلدان منخفضة الدخل حيث من المرجح أن يظهر المرضى في مرحلة متأخرة 2,3. ومع ذلك ، فإن الوصول إلى العلاج الإشعاعي في جميع أنحاء العالم محدود4 ؛ فعلى سبيل المثال، لا توجد بلدان في أفريقيا لديها القدرة على العلاج الإشعاعي لتلبية احتياجاتهاالمقدرة 5. قدرت العديد من الدراسات هذا النقص الوشيك وما هو مطلوب لتلبية الاحتياجات القادمة 6,7.
قدمت لجنة لانسيت للأورام حجة مقنعة مفادها أن الاستثمار في تحسين قدرة العلاج الإشعاعي لن ينقذ الأرواح فحسب ، بل سيحقق أيضا فوائد اقتصادية إيجابية3. كما أشاروا على وجه التحديد إلى أن أتمتة العلاج الإشعاعي وتخطيط العلاج قد تساعد الفرق السريرية على توسيع نطاق جهودها من خلال تقليل الوقت الذي يقضيه أطباء الأورام والفيزيائيون في هذه المهام بشكل كبير ، مما يجعل الأهداف أكثر قابلية للتحقيق.
تعمل مجموعتنا البحثية بالتعاون مع الفرق السريرية في MD Anderson وفي المستشفيات في جميع أنحاء العالم لتطوير أدوات آلية قائمة على الويب. توفر هذه المجموعة من الأدوات (تسمى RPA) تحديد الوجه القائم على الذكاء الاصطناعي (تحديد الأورام والأعضاء المجاورة في الأشعة المقطعية) وتخطيط العلاج الإشعاعي (الذي يحدد بالضبط كيفية توصيل الإشعاع). توفر هذه المنصة المستندة إلى الويب ميزة تقليل الوقت والموارد اللازمة لإعداد خطط عالية الجودة لكل مريض.
أظهرت تجربتنا مع إصدار مبكر من أداة قائمة على الذكاء الاصطناعي في MD Anderson أن الكنتوري الآلي يمكن أن يوفر ما يصل إلى 2 ساعة لكل مريض – وهو تبسيط كبير لسير العمل. وهذا يعني أن الموظفين السريريين الحاليين سيكونون قادرين على توسيع نطاق جهودهم ، وعلاج المزيد من المرضى بعلاج إشعاعي عالي الجودة. من خلال تقديم هذه الأدوات عبر خدمة مؤتمتة بالكامل قائمة على الويب (مساعد تخطيط الإشعاع [RPA] ، RPA.mdanderson.org) ، يمكننا تقليل التكلفة على المرضى ومقدمي الخدمات وزيادة مدى وصول هذه الأداة.
لقد قمنا بتطوير تقنية RPA لمدة 6 سنوات، وتم إجراء العديد من التغييرات المهمة منذ أن نشرنا لأول مرة على سير عمل RPA8. ويشمل ذلك تطوير تقنية RPA إلى أداة قائمة على الويب، وبالتالي تقليل التكاليف المرتبطة بالتركيب والصيانة، وتحسين متانة النظام. تشمل التحسينات الأخرى تغييرات في واجهات المستخدم لتحسين قابلية الاستخدام وتقليل مخاطر الخطأ9 وتوسيع خيارات العلاج (على وجه التحديد ، تخطيط العلاج الإشعاعي للثدي بعد استئصال الثدي10 والنقائل إلى الدماغ11). وبالتالي ، فإن البروتوكول الموصوف هنا أكثر تقدما بكثير من النسخة الأولية المنشورة سابقا.
يستخدم RPA عملية من خطوة واحدة لإنشاء ملامح وخطط في المواقف التي لا يكون فيها تحرير الخطوط ضروريا بشكل عام لإنشاء خطة العلاج. يتضمن ذلك تخطيط العلاج بأربعة مجالات لسرطان عنق الرحم (بناء على المعالم العظمية أو ملامح الأنسجة الرخوة التي يتم إنشاؤها تلقائيا)12،13،14،15 ، والحقول العرضية أو فوق الترقوة لسرطان الثدي بعد استئصال الثدي11 ، والجوانب المتعارضة لعلاجات الدماغ بالكامل16. في المستقبل القريب ، نتوقع إضافة علاجات قحفية نخاعية لسرطانات الأطفال17 ، وعلاجات ثلاثية المجالات لسرطان المستقيم18 ، وتخطيط العلاج لمختلف الحالات الملطفة (الأجسام الفقرية والوركين والأضلاع)19 ، وكذلك سرطان الرئة والمثانة. في الوقت الحالي ، تتطلب العلاجات الأكثر تقدما ، وتحديدا العلاج بالقوس المعدل الحجم (VMAT) ، عملية من خطوتين يتم فيها تحرير الخطوط التي يتم إنشاؤها تلقائيا قبل تخطيط العلاج13،20. ومع ذلك ، فإن جودة الكنتوري التلقائي القائم على التعلم العميق هي التي نتوقع تغيير مناهج التخطيط هذه إلى عملية من خطوة واحدة في المستقبل. يركز هذا البروتوكول على التخطيط من خطوة واحدة.
يوضح الشكل 1 سير العمل العام لإنشاء خطة علاج إشعاعي باستخدام RPA ، مع مزيد من التفاصيل حول المهام المختلفة الموضحة في الجدول 1. باختصار ، يتطلب RPA طلب خدمة مكتمل (والذي يتضمن معلومات مثل وصفة الجرعة ونهج العلاج) وفحص التصوير المقطعي المحوسب الفردي للمريض. يجب قبول طلب الخدمة من قبل أخصائي علاج الأورام بالإشعاع. يجب قبول الفحص بالأشعة المقطعية من قبل المستخدم السريري لضمان إجراء حسابات RPA على التصوير المقطعي المحوسب الصحيح. بمجرد أن ينشئ RPA خطة ، يجب تنزيلها من موقع RPA على الويب واستيرادها إلى نظام تخطيط العلاج الخاص بالمستخدم ، حيث يجب إعادة حساب الجرعة. يعد ذلك ضروريا لأن RPA يحسب الخطط على الحزم القياسية (المتوفرة للعديد من طرز linac) ، والتي قد لا تتطابق تماما مع خصائص الحزمة للخط المحلي. تم اتباع هذا النهج لتقليل التكلفة ، على الرغم من أنه قد تكون هناك حاجة إلى التخصيص إذا كانت الحزم المحلية مختلفة بشكل كبير عن الحزم القياسية لدينا. يمكن للمستخدمين (مخطط العلاج وأخصائي علاج الأورام بالإشعاع) إجراء تعديلات على الخطة. ثم تدخل الخطة سير العمل السريري النموذجي للمستخدم ، بما في ذلك فحوصات ضمان الجودة المحلية. وأخيرا، يجب على المستخدم تحميل خطته النهائية (المعاد حسابها وتحريرها) إلى موقع RPA على الويب، حيث يتم إجراء مقارنة تلقائية بين الخطة النهائية وخطة RPA. هذا فحص مفيد لسلامة البيانات في سير العمل العام.
الشكل 1: سير عمل عملية تخطيط العلاج الآلي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| المهمة # في الشكل 1 | وصف المهمة | مكان | |||
| مراجعة حالة أي مرضى سابقين | لوحة القيادة الرئيسية | ||||
| 1 | إكمال طلب خدمة على موقع RPA الإلكتروني | لوحة معلومات طلب الخدمة | |||
| 2 | تحميل التصوير المقطعي المحوسب إلى موقع RPA على الويب | لوحة معلومات الأشعة المقطعية | |||
| 3 | تحقق من حالة المريض | لوحة القيادة الرئيسية | |||
| مراجعة خطة RPA وتنزيلها | لوحة القيادة الرئيسية | ||||
| 4 | قم باستيراد الخطة إلى TPS الخاص بالمستخدم ، وأعد حساب الجرعة ، وقم بإجراء التعديلات حسب الضرورة | TPS المحلية | |||
| 5, 6 | تحميل الخطة النهائية إلى موقع RPA على الويب | لوحة معلومات مقارنة الخطة | |||
| مراجعة المقارنة التلقائية بين الخطة النهائية وخطة RPA | لوحة معلومات مقارنة الخطة | ||||
| – | تدخل الخطة في سير العمل السريري الروتيني للمستخدم ، بما في ذلك ضمان الجودة المنتظم | برنامج المستخدم الخاص | |||
الجدول 1: نظرة عامة على المهام المتضمنة في إنشاء خطة RPA باستخدام سير العمل المكون من خطوة واحدة. TPS المحلي: نظام تخطيط علاج المستخدم.
تصف هذه المخطوطة سير العمل المكون من خطوة واحدة لتقنية RPA وتقدم بعض الأمثلة على نتائج مخرجات عملية تخطيط العلاج. وفي الوقت الحالي، تستخدم نهج التخطيط التالية سير العمل هذا المكون من خطوة واحدة: (أ) خطط علاجية صندوقية رباعية لمرضى سرطان عنق الرحم (فتحات عظمية قائمة على المعالم)؛ (ب) خطط علاجية من أربعة مجالات لمرضى سرطان عنق الرحم (فتحات عظمية قائمة على المعالم)؛ (ب) خطط علاجية من أربعة مجالات لمرضى سرطان عنق الرحم (فتحات عظمية قائمة على المعالم)؛ (ب) خطط علاجية من أربعة مجالات لمرضى سرطان عنق الرحم (فتحات عظمية قائمة على المعالم)؛ (ب) خطط علاجية من خطط العلاج بأربعة مجالات لمرضى سرطان عنق الرحم (فتحات المجال القائمة على الأنسجة الرخوة) ؛ ج) خطط العلاج العرضية وفوق الترقوة لمرضى جدار الصدر ؛ د) خطط علاج الدماغ بالكامل.
Protocol
Representative Results
Discussion
يحدد هذا البروتوكول خطوات إنشاء خطط العلاج المؤتمتة باستخدام RPA. الخطوات الرئيسية هي (1) تحميل CT والموافقة عليه ، (2) إكمال طلب الخدمة والموافقة عليه ، (3) تنزيل الخطة واستيرادها إلى TPS الخاص بالمستخدم وإعادة حساب الجرعة وتحرير الخطة ، و (4) تحميل الخطة النهائية المحررة للمقارنة مع خطة RPA. ترتيب الموافقة على التصوير المقطعي المحوسب والموافقة على طلب الخدمة قابلان للتبديل. يتم إنشاء بعض الخطط ، وتحديدا خطط العلاج بالقوس المعدل الحجم لسرطان الرأس والرقبة وعنق الرحم ، في عملية من خطوتين يتم فيها إنشاء تفاعلات إضافية للمستخدم والخطوط والخطط بشكل منفصل. ومع ذلك ، فإن العمليات متشابهة بشكل عام ، ونتوقع أن يتم تغيير مناهج تخطيط العلاج المتقدمة هذه إلى عملية من خطوة واحدة في المستقبل. يمكن العثور على القبول السريري العام الذي يمكن توقعه من هذه الأدوات ، ومن الأدوات قيد التطوير للإصدارات المستقبلية في عملنا المنشور10،12،14،15،16،17،18،19،20،21،22.
هذه الأدوات لها العديد من القيود ، كما هو موضح في عملنا السابق ، والذي حقق في المخاطر عند نشر مساعد تخطيط الإشعاع في عيادات العلاج الإشعاعي 9,23. على الرغم من أن واجهة المستخدم قد تم تصميمها لتقليل مخاطر إدخال البيانات بشكل غير مناسب ، مثل صور التصوير المقطعي المحوسب التي لا تحتوي على مجال رؤية كاف أو أخطاء في إدخال البيانات يدويا ، لا يزال هناك احتمال للخطأ. على وجه التحديد ، فإن الخطأ البشري ، وتحيز الأتمتة (الاعتماد المفرط على النتائج) ، وخطأ البرنامج هي مصدر قلق9. يعد الاستعراض الدقيق ، وإذا لزم الأمر ، تحرير الخطوط والخطط التي يتم إنشاؤها تلقائيا ، أمرا ضروريا للاستخدام الآمن لمساعد التخطيط الإشعاعي. بشكل عام ، يجب أن تتبع هذه المراجعات نفس العملية المتبعة لمراجعة الخطط السريرية من قبل الفيزيائيين وأخصائيي علاج الأورام بالإشعاع ، على الرغم من أن هذا قد يكون مدعوما باستخدام قوائم المراجعة التي تم تطويرها خصيصا لتكملة المراجعة اليدوية لخطط العلاج التي تم إنشاؤها تلقائيا24.
هناك حالات لن يتمكن فيها RPA من إنشاء خطة وسيبلغ المستخدم عن خطأ. في جميع الحالات تقريبا ، سيكون سبب ذلك مواجهة RPA لبيانات غير متوقعة لا يمكنها تفسيرها ، مثل عدم كفاية مجال الرؤية أو وضع المريض (على سبيل المثال ، إذا تم التقاط صورة التصوير المقطعي المحوسب باستخدام بروتوكول ضعيف ، ولكن مع المريض في وضعية الانبطاح). قد يتمكن المستخدم من تحديد المشكلة استنادا إلى مكان الإبلاغ عن الخطأ. في معظم الحالات ، لا يمكن معالجة هذه المواقف إلا عن طريق الكنتوري اليدوي أو التخطيط. قد يتمكن فريق RPA أيضا من مراجعة ملفات السجل لتحديد المشكلة.
تم تصميم RPA وتطويره خصيصا لتوفير أدوات عالية الجودة للتحديد التلقائي والتخطيط التلقائي للعيادات ذات الموارد المحدودة ، خاصة تلك الموجودة في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل. نحن نعمل حاليا من خلال العمليات التنظيمية والقانونية والإدارية التي ستؤدي إلى استخدام RPA سريريا. بمجرد حدوث ذلك ، نتوقع مراقبة الاستخدام بعناية وإجراء تغييرات على سير العمل أو واجهات المستخدم استجابة لأي مخاطر غير متوقعة أو تعليقات المستخدمين الأخرى. والهدف من ذلك هو توفير الأدوات التي تدعم خدمات العلاج الإشعاعي، بحيث يمكن للفرق السريرية المحلية توسيع نطاق جهودها، وتحسين الوصول إلى خطط العلاج الإشعاعي عالية الجودة والمتسقة. نأمل أن يؤدي ذلك إلى تحسين نتائج المرضى ، فضلا عن تقليل أوقات الانتظار. على الرغم من أن المحفظة الحالية تقتصر على سرطانات الرأس والرقبة والثدي وعنق الرحم ، بالإضافة إلى تشعيع الدماغ الكامل لنقائل الدماغ ، فإننا نعمل على علاجات إضافية سيتم دمجها في الإصدارات المستقبلية17،18،19.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من قبل المعهد الوطني للسرطان وصندوق ويلكوم ، بدعم إضافي من Varian Medical Systems. يستخدم نظامنا الحالي Eclipse لوظائف تخطيط العلاج. نود أيضا أن نشكر آن ساتون من خدمات التحرير ، مكتبة الأبحاث الطبية ، مركز UT MD Anderson للسرطان. بالإضافة إلى التمويل المؤسسي لتطوير تقنية RPA، تتلقى فرق البحث لدينا تمويلا من معهد الوقاية من السرطان وأبحاثه في تكساس (CPRIT) وصندوق الابتكار في معلوماتية السرطان، ومركز إم دي أندرسون للسرطان بجامعة تكساس.
References
- Ferlay, J., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: Sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. International Journal of Cancer. 136 (5), E359-E386 (2015).
- Elmore, S. N. C., et al. Global palliative radiotherapy: a framework to improve access in resource-constrained settings. Annals of Palliative Medicine. 8 (3), 274-284 (2019).
- Atun, R., et al. Expanding global access to radiotherapy. The Lancet. Oncology. 16 (10), 1153-1186 (2015).
- Yap, M. L., Zubizarreta, E., Bray, F., Ferlay, J., Barton, M. Global access to radiotherapy services: have we made progress during the past decade. Journal of Global Oncology. 2 (4), 207-215 (2016).
- Elmore, S. N. C., et al. C. al. Radiotherapy resources in Africa: an International Atomic Energy Agency update and analysis of projected needs. The Lancet. Oncology. 22 (9), e391-e399 (2021).
- Datta, N. R., Samiei, M., Bodis, S. Radiation therapy infrastructure and human resources in low- and middle-income countries: present status and projections for 2020. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 89 (3), 448-457 (2014).
- Ward, Z. J., Scott, A. M., Hricak, H., Atun, R. Global costs, health benefits, and economic benefits of scaling up treatment and imaging modalities for survival of 11 cancers: a simulation-based analysis. The Lancet. Oncology. 22 (3), 341-350 (2021).
- Court, L. E., et al. Radiation Planning Assistant – a streamlined, fully automated radiotherapy treatment planning system. Journal of Visualized Experiments. (134), e57411 (2018).
- Nealon, K. A., et al. Using failure mode and effects analysis to evaluate risk in the clinical adoption of automated contouring and treatment planning tools. Practical Radiation Oncology. 12 (4), e344-e353 (2022).
- Kisling, K., et al. Automated treatment planning of postmastectomy radiotherapy. Medical Physics. 46 (9), 3767-3775 (2019).
- Xiao, Y., et al. Customizable landmark-based field aperture design for automated whole-brain radiotherapy treatment planning. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 24 (3), e13839 (2022).
- Kisling, K., et al. Fully automatic treatment planning for external-beam radiation therapy of locally advanced cervical cancer: a tool for low-resource clinics. Journal of Global Oncology. 5, 1-9 (2019).
- Rhee, D. J., et al. Clinical acceptability of fully automated external beam radiotherapy for cervical cancer with three different beam delivery techniques. Medical Physics. 49 (9), 5742-5751 (2022).
- Rhee, D. J., et al. Automated radiation treatment planning for cervical cancer. Seminars in Radiation Oncology. 30 (4), 340-347 (2020).
- Rhee, D. J., et al. Automatic contouring system for cervical cancer using convolutional neural networks. Medical Physics. 47 (11), 5648-5658 (2020).
- Xiao, Y., et al. Automated WBRT treatment planning via deep learning auto-contouring and customizable landmark-based field aperture design. arXiv. , (2022).
- Hernandez, S., et al. Automating the treatment planning process for 3D-conformal pediatric craniospinal irradiation therapy. Pediatric Blood & Cancer. 70 (3), e30164 (2023).
- Huang, K., et al. Automation of radiation treatment planning for rectal cancer. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13712 (2022).
- Netherton, T. J., et al. An automated treatment planning framework for spinal radiation therapy and vertebral-level second check. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 114 (3), 516-528 (2022).
- Olanrewaju, A., et al. Clinical acceptability of automated radiation treatment planning for head and neck cancer using the Radiation Planning Assistant. Practical Radiation Oncology. 11 (3), 177-184 (2021).
- Rhee, D. J., et al. Automatic contouring QA method using a deep learning-based autocontouring system. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (8), e13647 (2022).
- Rhee, D. J., et al. Automatic detection of contouring errors using convolutional neural networks. Medical Physics. 46 (11), 5086-5097 (2019).
- Kisling, K., et al. A risk assessment of automated treatment planning and recommendations for clinical deployment. Medical Physics. 46 (6), 2567-2574 (2019).
- Nealon, K. A., Court, L. E., Douglas, R. J., Zhang, L., Han, E. Y. Development and validation of a checklist for use with automatically generated radiotherapy plans. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13694 (2022).
