Summary
نقدم هنا بروتوكولا لإجراء العلاج الإشعاعي القائم على التصوير الإشعاعي القائم على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني قبل السريري في نموذج الورم الأرومي الدبقي للفئران باستخدام خوارزميات تم تطويرها داخليا لتحسين الدقة والكفاءة.
Abstract
تم إنشاء نموذج الورم الأرومي الدبقي للفئران لمحاكاة العلاج الكيميائي الإشعاعي للورم الأرومي الدبقي البشري في العيادة. على غرار العلاج السريري ، تم الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أثناء عملية تخطيط العلاج. تمت إضافة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) لاحقا لتنفيذ تعزيز الحجم الفرعي باستخدام نظام تشعيع صغير. ومع ذلك ، فإن الجمع بين ثلاث طرق تصوير (التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ) باستخدام نظام التشعيع الجزئي أثبت أنه كثيف العمالة لأن التصوير متعدد الوسائط وتخطيط العلاج وتسليم الجرعة يجب أن يكتمل بالتتابع في الإعداد قبل السريري. ينتج عن ذلك أيضا سير عمل أكثر عرضة للخطأ البشري. لذلك ، تم تنفيذ خوارزمية سهلة الاستخدام لزيادة تحسين تخطيط العلاج الإشعاعي القائم على التصوير الإشعاعي قبل السريري متعدد الوسائط. تم استخدام هذه الأداة البرمجية لتقييم دقة وكفاءة العلاج الإشعاعي بالطلاء بالجرعة باستخدام التشعيع الجزئي باستخدام تصميم دراسة في سيليكو . تتفوق المنهجية الجديدة للعلاج الإشعاعي بالطلاء بالجرعة على الطريقة الموصوفة سابقا من حيث الدقة وكفاءة الوقت والتباين داخل المستخدمين وفيما بينهم. كما أنها خطوة مهمة نحو تنفيذ تخطيط العلاج العكسي على أجهزة التشعيع الدقيقة، حيث لا يزال التخطيط المستقبلي شائعا، على عكس النظم السريرية.
Introduction
الورم الأرومي الدبقي (GB) هو ورم دماغي أولي خبيث وعدواني للغاية. GB هو ورم صلب غير متجانس يتميز عادة بحدود التسلل ، وعدم النمط النووي ، والنخر 1. إن وجود الحاجز الدموي الدماغي ووضع الدماغ كموقع متميز بالمناعة يجعل اكتشاف أهداف جديدة للعلاج الكيميائي والمناعي مهمة شاقة2،3،4. من الجدير بالذكر أن علاج مرضى GB بالكاد تغير منذ إدخال بروتوكول Stupp في عام 2005 الذي يجمع بين العلاج الإشعاعي بالحزمة الخارجية (RT) و temozolomide المصاحب ، والذي يتبعه عادة temozolomide5 المساعد. عادة ، يسبق بروتوكول Stupp استئصال جراحي أقصى. لذلك ، فإن نهج العلاج البديلة ذات أهمية محورية.
يقدم العلاج الإشعاعي الحالي لمرضى الورم الأرومي الدبقي جرعة إشعاعية موحدة لحجم الورم المحدد. في علم الأورام الإشعاعي ، هناك علاقة مهمة بين الجرعة والاستجابة للورم الأرومي الدبقي مع زيادة الجرعة ، والتي يبدو أنها تبلغ حوالي 60 Gy ، بسبب زيادة السمية للدماغ الطبيعي6,7. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأورام غير متجانسة للغاية (إشعاعيا) ، مع تدرجات مستوى الأكسجين و / أو اختلافات كبيرة في الكثافة الخلوية. يمكن لتقنيات التصوير الأيضي ، مثل PET ، تصور هذه الميزات البيولوجية ويمكن استخدامها لتخصيص وصفة الجرعة. يعرف هذا النهج باسم جرعة الطلاء RT. تم إدخال هذا المصطلح من قبل Ling et al. في عام 2000. عرف المؤلفون لوحة الجرعة RT بأنها تنتج "توزيعات جرعات مطابقة بشكل رائع ضمن قيود انتشار الإشعاع وتشتته"8.
هناك نوعان من الطلاء بالجرعة RT ، رسم الجرعة حسب الخطوط (DPBC) ، والتي يتم من خلالها وصف جرعة لمجموعة من المجلدات الفرعية المتداخلة ، ورسم الجرعة بالأرقام (DPBN) ، حيث يتم وصف جرعة على مستوى voxel. يمكن استخراج توزيع الجرعة ل DPBN RT من الصور الوظيفية. يتم تحديد الجرعة في كل فوكسل من خلال شدة I من voxel المقابلة في الصورة ، مع حد أدنى وأعلى ، للتأكد من أنه ، من ناحية ، يتم تسليم جرعة كافية إلى كل جزء من الورم. من ناحية أخرى ، لا تتجاوز الجرعات الحد الأعلى لحماية الأعضاء المعرضة للخطر وتجنب السمية. الطريقة الأكثر وضوحا هي الاستيفاء الخطي (انظر Eq. 1) بين الحد الأدنى للجرعة Dmin والحد الأقصى للجرعة Dmax ، وتختلف نسبيا بين الحد الأدنى للكثافة Imax والحد الأقصى للكثافة داخل الحجم المستهدف9,10
مكافئ 1
نظرا لوجود بعض الشكوك حول ضمان جودة DPBN RT ، يجب التحقق من ترسب الجرعة من خلال الأبحاث قبل السريرية والسريرية10. ومع ذلك، لا يمكن الحصول إلا على بيانات محدودة من التجارب السريرية، وقد افترض أنه يمكن الحصول على المزيد من الأفكار عن طريق تقليص حجم الحيوانات المختبرية11،12. وبالتالي ، فإن الدراسات قبل السريرية التي تستخدم منصات أبحاث إشعاعية دقيقة موجهة بالصور تسمح بالاقتران مع بعض التقنيات المحددة للغاية ، مثل التصوير الشعاعي الذاتي ، مناسبة لدراسة القضايا المفتوحة وتمهيد الطريق نحو الطب الشخصي واستراتيجيات العلاج الجديدة ، مثل طلاء الجرعة RT13,14. ومع ذلك ، يجب إجراء تفسير البيانات قبل السريرية بحذر ، ويجب النظر في عيوب هذه الإعدادات قبل السريرية14.
وقد تم تجهيز أنظمة التشعيع الجزئي، مثل منصة البحوث الإشعاعية الحيوانية الصغيرة (SARRP)، بتكنولوجيات مماثلة لنظيرتها السريرية. وهي تشمل التصوير المقطعي المحوسب على متن الطائرة بالشعاع المخروطي (CBCT) ، ونظام تخطيط العلاج قبل السريري (PCTPS) ، وتوفر دقة دون الملليمتر. يتم إجراء حسابات الجرعة السريرية عن طريق تخطيط العلاج العكسي ، حيث يبدأ المرء من توزيع الجرعة المطلوب لتحديد الحزم عبر خوارزمية تكرارية. غالبا ما تستخدم أجهزة التشعيع قبل السريرية التخطيط المستقبلي. في التخطيط المسبق ، يتم اختيار الكمية والزاوية المطلوبتين للحزم ، ثم تقوم معاهدة التعاون بشأن البراءات بحساب توزيع الجرعة. يتم تنفيذ تحسين الخطط عن طريق التكرار اليدوي ، وهو كثيف العمالة15.
بعد عام 2009 ، جعلت التطورات الجديدة تنفيذ التخطيط العكسي على منصات البحث هذه ممكنا16،17،18. لزيادة التشابه مع الطريقة السريرية ، تم تطوير مصادم مستطيل متغير آلي (MVC) كنظير قبل سريري للمصادم متعدد الأوراق. تم نشر طريقة طلاء الجرعة ثنائية الأبعاد باستخدام مصادم متغير بواسطة Cho et al.19. نفذت هذه المجموعة البحثية بروتوكول تخطيط العلاج العكسي ثلاثي الأبعاد (3D) على جهاز تشعيع دقيق وحددت الحد الأدنى والحد الأقصى للجرعات للحجم المستهدف والجرعة القصوى للأعضاء المعرضة للخطر. تم تقييم هذه التقنيات بشكل رئيسي في سيليكو ، ويجب استكشاف تطبيقاتها قبل السريرية.
تقدم هذه الورقة دراسة في سيليكو لمقارنة منهجيتين ل [18F] - فلورو - إيثيل - L-التيروزين ([18F]FET) على أساس الحيوانات الأليفة الرسم في نموذج الفئران GB 20،21،22 باستخدام منصة أبحاث الإشعاع الحيواني الصغيرة. هاتان المنهجيتان هما (1) تعزيز الحجم الفرعي باستخدام أحجام شعاع محددة مسبقا و (2) طلاء الجرعة باستخدام مصادم متغير بمحرك حيث يتم تعديل أبعاد الفك بناء على امتصاص مقتفي PET في حجم الورم. [18 واو] FET هو متتبع PET يستخدم غالبا في علم الأورام العصبية بسبب قدرته على اكتشاف أورام الدماغ23. [18 واو] FET هو حمض أميني اصطناعي يتم استيعابه في الخلايا الوترية ولكن لا يتم دمجه في بروتينات الخلايا. [18 واو] يتوافق امتصاص FET مع معدل تكاثر الخلايا وكثافة الخلايا السرطانية وتكوين الأوعية24. نظرا لأن هذا هو متتبع PET الدماغي الأكثر استخداما في معهد هؤلاء المؤلفين ، فقد تم اختيار هذا المقتفي الإشعاعي لتقييم سير العمل الجديد.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات المحلية للتجارب على الحيوانات (ECD 18/21). يتم إجراء مراقبة التخدير عن طريق الحصول على معدل التنفس للحيوانات باستخدام جهاز استشعار.
1. F98 GB نموذج خلية الفئران
- قم بزراعة خلايا F98 GB في طبقة أحادية باستخدام Dulbecco's Modified Eagle Medium ، مع استكمالها بمصل عجل 10٪ ، و 1٪ بنسلين ، و 1٪ ستربتومايسين ، و 1٪ L-glutamine ، وضعها في حاضنة CO2 (5٪ CO2 و 37 درجة مئوية).
- تلقيح خلايا الورم الدبقي في دماغ إناث الفئران فيشر F344 (وزن الجسم 170 غرام).
ملاحظة: استخدم أدوات معقمة وارتد قفازات معقمة في جميع الأوقات.- تخدير الفئران من خلال استنشاق الأيزوفلوران (5٪ تحريض ، صيانة 2٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 مل / دقيقة) من خلال مخروط الأنف. تأكد من التخدير من خلال عدم وجود منعكس انسحاب للطرف ، وشل حركة الفئران في جهاز التجسيمي باستخدام نقاط التثبيت للأنف والأذنين. ضع جل العين كربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير. حافظ على درجة حرارة الجسم بواسطة وسادة تسخين منظمة حراريا ومسبار مستقيمي عند 37 درجة مئوية.
- حلق الفئران من مستوى العين إلى الجزء الخلفي من الجمجمة ، وتطهير الجلد مع isobetadine. حقن زيلوكائين (مع الأدرينالين 1: 200000 ، 0.1 مل) تحت الجلد للتخدير الموضعي.
- كشف الجمجمة من خلال شق فروة الرأس في خط الوسط وعمل ثقب صغير باستخدام أداة حفر 3 مم خلفية و 3 مم جانبية إلى bregma في نصف الكرة الأيمن.
- أدخل إبرة أنسولين موجهة بشكل جسيمي (29 جم) وحقن 5 ميكرولتر من تعليق الخلايا (20000 خلية F98 جيجابايت) بعمق 3 مم باستخدام وحدة تحكم مضخة حقنة دقيقة. اترك الإبرة في مكانها لمدة 5 دقائق ، مما يمنح تعليق الخلية وقتا للانتشار في الأنسجة.
- اسحب المحقنة ببطء وأغلق الثقب في الجمجمة بشمع العظام. خياطة الجلد (البولي أميد 6 ، سمك 4-0) وحقن ميلوكسيكام تحت الجلد (1 ملغ / كغ ، 2 ملغ / مل). تطبيق هلام زيلوكائين.
- استقرار درجة حرارة جسم الحيوان بعد الجراحة باستخدام مصباح أحمر. راقب استيقاظ الفئران حتى يستعيد وعيه الكافي. لا تعيد الحيوان إلى صحبة الحيوانات الأخرى حتى يتعافى تماما. إيواء جميع الحيوانات في ظل ظروف خاضعة للرقابة البيئية (دورة الضوء / الظلام لمدة 12 ساعة ، و 20-24 درجة مئوية ، والرطوبة النسبية 40-70٪) مع الطعام والماء المخصص.
- تأكد من مراقبة الحيوانات يوميا والحفاظ على سجل الحالة الصحية اليومية عن طريق التحقق من وزن الجسم والطعام وتناول الماء ونشاطها وسلوكها. استخدم جرعة قاتلة من الصوديوم بنتوباربيتال للقتل الرحيم للحيوانات (160 مجم / كجم) إذا لوحظ انخفاض بنسبة 20٪ في وزن الجسم أو عندما يتدهور السلوك الطبيعي بشدة (على سبيل المثال ، نقص الاستمالة).
2. تأكيد نمو الورم
- تقييم نمو الورم 8 أيام بعد التلقيح. تخدير الفئران من خلال استنشاق الأيزوفلوران (5٪ تحريض ، صيانة 2٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 مل / دقيقة) من خلال مخروط الأنف. تأكيد التخدير من خلال عدم وجود منعكس الانسحاب من الطرف.
- حقن عامل تباين يحتوي على الجادولينيوم (0.4 مل / كجم) من خلال أنبوب يوضع عن طريق الوريد في الوريد الذيلي الجانبي. قم بتغطية الحيوان ببطانية تسخين متداولة بالماء الدافئ وضعها في سرير التصوير بالرنين المغناطيسي. ضع جل العين كربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير. ضع سرير التصوير بالرنين المغناطيسي في الحامل باستخدام ملف حجم دماغ Tx/Rx Rat.
- قم بإجراء فحص موضعي متبوعا بفحص صدى الدوران الموزون T2 لتقييم نمو الورم. استخدم إعدادات تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي T2-MRI التالية: وقت التكرار (TR)/وقت الصدى (TE) 3661/37.1 مللي ثانية، دقة 109 ميكرومتر متساوية الخواص داخل المستوى، سمك الشريحة 600 ميكرومتر، 4 متوسطات، 30 شريحة، إجمالي وقت الاكتساب (TA) 9 دقائق و45 ثانية.
- إذا تم تأكيد وجود ورم على الاكتساب الموزون T2 ، فقم بإجراء فحص صدى الدوران المعزز بالتباين T1. استخدم إعدادات تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي T1-MRI هذه: TR/TE 1539/9.7 مللي ثانية، دقة 0.117 مم متساوية الخواص داخل الطائرة، سمك الشريحة 600 ميكرومتر، 3 متوسطات، 30 شريحة، TA 4 دقائق و15 ثانية.
- بعد التصوير بالرنين المغناطيسي ، أشرف باستمرار على الحيوان حتى يستعيد وعيه الكامل.
- عندما يصل قطر الورم إلى 7 إلى 8 مم ، وعادة ما يتم ملاحظته بعد 12 يوما من التلقيح ، حدد الحيوان للعلاج.
3. التصوير متعدد الوسائط لاختيار الحجم المستهدف
ملاحظة: يتطلب التشعيع الموجه بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتي/التصوير بالرنين المغناطيسي الحصول المتسلسل على مجموعة بيانات متعددة الوسائط. بعد إعطاء المقتفي الإشعاعي عن طريق الوريد ، يبدأ التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، يليه التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين T1 المعزز بالتباين وأخيرا التصوير المقطعي المحوسب لتخطيط العلاج.
- تخدير الحيوان مع الايزوفلوران (5 ٪ تحريض ، صيانة 2 ٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 لتر / دقيقة) باستخدام مخروط الأنف. تأكيد التخدير عندما لا تظهر الفئران أي رد فعل انسحابي للطرف. ضع جل العين الكربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير.
- أدخل الأنبوب عن طريق الوريد في الوريد الذيل الجانبي ، مما يتيح حقن 10-12 ميجا بايت من المقتفي الإشعاعي PET المذاب في 200 ميكرولتر من المياه المالحة. حقن [18F]-FET ، 1 ساعة قبل الحصول على PET. دع الحيوان يستعيد وعيه بينما يتم توزيع المقتفي عبر الجسم.
- تخدير الحيوان مرة أخرى ، كما هو موضح في الخطوة 3.1. ضع الحيوان على سرير متعدد الوسائط (هنا ، مصنوع في المنزل) وقم بتأمينه باستخدام مثبتات خطافية وحلقة ، مع الحفاظ على وضع ثابت أثناء التصوير والتشعيع الدقيق. قم بإصلاح الشعيرات الدموية المملوءة بعامل التصوير بالرنين المغناطيسي / التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (انظر جدول المواد) لتسهيل التسجيل المشترك. لف الحيوان في التفاف فقاعة للحفاظ على درجة حرارة جسمه أثناء التصوير والعلاج متعدد الوسائط.
- قم بإجراء فحص PET بعد 1 ساعة من حقن مقتفي PET. أعد بناء فحص PET إلى وحدة تخزين ثلاثية الأبعاد (192 × 192 × 384 مصفوفة) بحجم فوكسل 0.4 مم من خلال تطبيق خوارزمية الحد الأقصى للاحتمال للتوقع والتعظيم (MLEM) باستخدام 30 تكرارا.
ملاحظة: تم استخدام ماسح ضوئي مخصص للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لتصوير الحيوانات المختبرية بمجال رؤية محوري يبلغ 130 مم وقطر تجويف يبلغ 72 مم. يوفر هذا النظام دقة مكانية دون مم (0.85 مم). - حقن عامل تباين التصوير بالرنين المغناطيسي (0.4 مل / كجم) عن طريق الوريد في الوريد الذيلي. ضع الفئران ، التي لا تزال مثبتة على السرير متعدد الوسائط ، في حامل الحيوان لماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (جدول المواد). قم بإجراء فحص مترجم متبوعا بتسلسل تردد دوران مرجح T1 محسن للتباين، مشابه للخطوة 2.4.
- ضع الحيوان ، الذي لا يزال مثبتا على السرير متعدد الوسائط ، على حامل بلاستيكي مثبت على طاولة تحديد المواقع الروبوتية رباعية المحاور على جهاز التشعيع الصغير. قم بإجراء تصوير مقطعي محوسب عالي الدقة لتخطيط المعالجة باستخدام جهد أنبوب يبلغ 70 كيلو فولت ، وتيار أنبوب يبلغ 0.4 مللي أمبير ، وفلتر ألومنيوم 1 مم ، وكاشف لوحة مسطحة Si غير متبلور 20 × 20 سم (1024 × 1024 بكسل). احصل على ما مجموعه 360 إسقاطا فوق 360 درجة. أعد بناء صور التصوير المقطعي المحوسب بحجم فوكسل متساوي الخواص يبلغ 0.275 مم (411 × 411 × 251 مصفوفة).
4. صورة التسجيل المشترك
ملاحظة: يتم إجراء التسجيل المشترك باستخدام رمز MATLAB شبه التلقائي الذي تم تطويره داخليا. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting. يتم وصف الخطوات المختلفة أدناه.
- ضع طرائق الصورة الثلاث ([18F]FET PET، والتصوير بالرنين المغناطيسي الموزون T1 المحسن بالتباين، والتصوير المقطعي المحوسب المخروطي الشعاع) في مجلد واحد. قم بتحويل صور DICOM إلى تنسيق NIfTI باستخدام الدالة dcm2niix من عارض صور mricron24.
- قم باستيراد الصور المحولة إلى MATLAB وقم بتصفية صورة PET باستخدام مرشح Gaussian باستخدام نصف الحد الأقصى كامل العرض (FWHM) يبلغ 1 مم.
- أعد توجيه الصور بحيث تتوافق المحاور الديكارتية من جميع طرق التصوير مع بعضها البعض.
ملاحظة: بالنسبة لهذا الإعداد، تم قلب صورة CT حول المحور Y; تم قلب التصوير بالرنين المغناطيسي حول المحور X ، وتم قلب PET حول المحور Y. - اقتصاص صورة PET لتبسيط التسجيل المشترك التلقائي.
ملاحظة: بالنسبة لهذا الإعداد، تم تعيين 40 بكسل إلى الصفر من جانبي المحور X (يسار الحيوان ويمينه)؛ على الجانب الظهري والبطني للحيوان (المحور Y) ، تم تعيين 60 و 40 بكسل إلى الصفر ، على التوالي ؛ على طول المحور الطولي (أو المحور Z) ، يتم تعيين 170 و 30 بكسل إلى الصفر للجانب السفلي والأعلى ، على التوالي. - حرك مراكز الصور بالقرب من بعضها البعض لتبسيط التسجيل المشترك التلقائي.
- قم بإجراء التسجيل المشترك الفعلي للجسم الصلب باستخدام رسم الخرائط البارامترية الإحصائية (SPM) في MATLAB26. استخدم معلمات التسجيل التالية (وغيرها بشكل افتراضي): الوظيفة الموضوعية: المعلومات المتبادلة. الفصل: [4 1 0.2]؛ التفاوتات: [0.02 0.02 0.02 0.001 0.001 0.001 0.01 0.01 0.01 0.001 0.001 0.001 0.001]؛ تجانس الرسم البياني: [1 1]; الاستيفاء: ثلاثي الخطوط.
5. تخطيط العلاج الإشعاعي
ملاحظة: تمت كتابة تطبيق MATLAB والعديد من البرامج النصية ل MATLAB لتخطيط العلاج الإشعاعي. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting. يتم شرح الخطوات المختلفة أدناه.
- الطريقة 1
- قم بتحميل طرق التصوير الثلاث المختلفة في تطبيق MATLAB. ضع صندوقا محيطا سخيا حول تحسين التباين على التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون T1 (الشكل 1). حدد الحجم المحسن للتباين باستخدام عتبة (الشكل 2). إذا تم اختيار مناطق متعددة ، فحدد فقط أكبر وحدة تخزين ، والتي يعتبر مركزها أول مركز متساوي يقدم جرعة محددة ل RT (الشكل 3).
- قم بتوسيع تحسين تباين التصوير بالرنين المغناطيسي المحدد مسبقا بمقدار 10 بكسل في كل اتجاه. إذا تم الكشف عن مناطق متعددة ، فاحتفظ فقط بأكبر حجم PET ، والذي يعتبر مركزه ثاني مركز متساوي لتقديم جرعة موصوفة ل RT.
ملاحظة: في وحدة تخزين PET هذه، يتم تعريف حجم تعزيز PET بواسطة وحدات البكسل ذات كثافة إشارة أعلى من 0.90 × القصوى لشدة الإشارة (في المربع المحيط) في وحدة التخزين هذه. - استخدم إعدادات التشعيع التالية للمراكز المتساوية المحسوبة (الشكل 4 والجدول 1).
- بالنسبة لأول مركز متساوي (MRI) ، أعط جرعة محددة من 2000 cGy باستخدام 3 أقواس غير مستوية في مواضع الأريكة 0 ° و -45 ° و -90 ° مع دوران جسري من 120 ° و 120 ° و 60 ° ، على التوالي. استخدم مصادما ثابتا بحجم 10 × 10 مم ، ولكن استخدم مصادما مناسبا (على سبيل المثال ، مصادم 5 × 5 مم) عندما تحتاج أحجام الورم الأصغر إلى التشعيع. كن حذرا في النظر في رفاهية الحيوان عندما تكون أحجام الورم أكبر من 10 ملم.
- بالنسبة للمركز المتماثل الثاني (PET) ، أعط جرعة محددة من 800 cGy باستخدام 3 أقواس غير مستوية في مواضع الأريكة 0 ° و -45 ° و -90 ° مع دوران جسري من 120 ° و 120 ° و 60 ° ، على التوالي. استخدم مصادم ثابت بحجم 3 × 3 مم.
- حساب توزيع الجرعة داخل الحيوان ومعلمات توصيل الحزمة.
- الطريقة 2
- قم بتحميل طرق التصوير الثلاث المختلفة في تطبيق MATLAB. ضع صندوقا محيطا سخيا حول تحسين التباين على صورة [18F]FET PET ، مماثلة للخطوة 5.1.1.
- أوجد الأحجام التي تحددها وحدات البكسل ذات كثافة إشارة أعلى من A × أقصى كثافة إشارة (في المربع المحيط المذكور أعلاه)، مع A يساوي 0.50 و0.60 و0.70 و0.80 و0.90. قم بتسمية وحدات التخزين هذه V50 و V60 و V70 و V80 و V90 على التوالي.
- حدد المراكز المتساوية وأبعاد الفك لكل شعاع مطلوب لتوجيه المصادم المتغير الآلي باستخدام البرنامج النصي MATLAB (انظر الشكل 5).
- استخدم الإعدادات التالية للمراكز المتساوية المحسوبة وأبعاد الفك:
- بالنسبة ل V50 ، أعط جرعة محددة من 2000 cGy موزعة على 16 حزمة (كل 125 cGy ؛ الأريكة والمواقف العملاقة في الجدول 2). استخدم أبعاد الفك المحسوبة ل MVC.
ملاحظة: هنا ، تم تضمين هامش إضافي قدره 1 مم لحساب تسلل الورم المجهري. - بالنسبة ل V60-V90 ، أعط جرعة محددة من 800 cGy موزعة على 40 حزمة (كل 20 cGy ؛ الأريكة والمواقف العملاقة في الجدول 2). استخدم أبعاد الفك المحسوبة ل MVC.
- بالنسبة ل V50 ، أعط جرعة محددة من 2000 cGy موزعة على 16 حزمة (كل 125 cGy ؛ الأريكة والمواقف العملاقة في الجدول 2). استخدم أبعاد الفك المحسوبة ل MVC.
- حساب توزيع الجرعة داخل الحيوان ومعلمات توصيل الحزمة.
6. تقييم الخطة
ملاحظة: لمقارنة الطريقتين، احسب الرسم البياني لحجم الجرعة (DVH) والرسم البياني Q-volume (QVH) في وحدة تخزين V50 PET. هنا ، تم استخدام برنامج نصي MATLAB ، تم تطويره داخليا. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting.
- الرسم البياني لحجم الجرعة
- توليد DVH من توزيع الجرعة التي تم الحصول عليها من SARRP.
- حدد الحد الأقصى والمتوسط والحد الأدنى للجرعات من DVH عن طريق حساب D10 و D50 و D90 ، حيث يشير Dx إلى الجرعة المستلمة بنسبة x٪ من الحجم.
- الرسم البياني Q-volume
- احسب جرعة مثالية لكل بكسل باستخدام Eq. 1 ، وهو استيفاء خطي بين الحد الأدنى والحد الأقصى للجرعات ، ويختلف بشكل متناسب بين الحد الأدنى لكثافة PET والحد الأقصى لكثافة PET داخل الحجم المستهدف لإعطاء خريطة جرعة مثالية.
- احسب قيمة Qp لكل بكسل باستخدام المعادلة التالية (Eq. 2):
مكافئ 2
مع Dp كونها الجرعة التي تم الحصول عليها عن طريق التخطيط و Di ، هدف الجرعة للتخطيط. - قم بإنشاء QVH من قيم Q التي تم الحصول عليها.
- احسب عامل الجودة (Q-factor, QF) لتقييم الفرق بين الجرعات المخططة والمقصودة باستخدام Eq. 3:
مكافئ 3
مكافئ 2
مكافئ 3Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وقد سبق وصف جدوى التشعيع الموجه بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي في نموذج فئران الورم الأرومي الدبقي باستخدام SARRP لمحاكاة استراتيجية العلاج البشري20،21،22. في حين تم تثبيت الحيوان على سرير متعدد الوسائط مصنوع في المنزل ، كان من الممكن إنشاء خطة علاج إشعاعي مقبولة تجمع بين ثلاث طرق تصوير: التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب. في هذه الطرق ، تم استخدام حزمة برامج خارجية (انظر جدول المواد) للمشاركة في تسجيل الصور باستخدام تحويلات الجسم الصلب يدويا. تم تقييم صور التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني المعززة بالتباين T1 بصريا والتي تم اختيار مراكز الأيزولوجيا منها يدويا. ومع ذلك ، أثبتت هذه المنهجية أنها كثيفة العمالة وبالتأكيد لها تأثير على الحيوانات حيث يتعين عليها البقاء تحت التخدير العام أثناء التصوير متعدد الوسائط ووضع خطة علاجية. لذلك ، تهدف المنهجية الجديدة إلى أتمتة خطوات محددة في هذه العملية لتقليل التباين الكلي والوقت اللازم لإنشاء خطة علاج إشعاعي.
في هذه الورقة ، تتم مقارنة منهجيتين. الطريقة 1 تشبه إلى حد كبير المنهجية المنشورة سابقا20،21،22 مع بعض التعديلات (الجدول 1). ومع ذلك ، على عكس المنهجية المنشورة سابقا ، فإن معظم العملية مؤتمتة باستخدام رمز MATLAB تم تطويره داخليا. الطريقة 2 هي طريقة أكثر تطورا حيث سيتم تحديد سلسلة من المراكز المتساوية وأبعاد الفك ل MVC بناء على امتصاص [18F] FET PET (الشكل 5). يتم عرض الخطوط المتساوية ل V50 و V60 و V70 و V80 و V90 في الشكل 6.
تم تطبيق كلتا الطريقتين على ثلاث حالات مختلفة (الشكل 7). يمكن تقسيم هذه الحالات إلى نوعين مختلفين: [18F] FET PET امتصاص في جبهة الورم الارتشاحي ووجود نخر الورم و [18F] FET PET امتصاص يشير إلى عدم وجود نخر الورم. يمكن وصف الحالة 1 بأنها امتصاص PET متجانس كروي ، في حين أن الحالتين 2 و 3 لهما امتصاص على شكل حلقة حيث يكون انخفاض امتصاص PET على الأرجح نسيجا نخريا. وتبين الحالة 3 أيضا منطقة إضافية تنمو نحو المنطقة الظهرية.
بعد حساب معلمات الإعداد لكلتا الطريقتين ، تم تحديد توزيعات الجرعة لكل حالة (الشكل 8) باستخدام PCTPS الخاص ب SARRP. يمكن الحصول على DVHs (الشكل 9) من توزيعات الجرعة في الأحجام المحددة بواسطة وحدات البكسل ذات كثافة إشارة أعلى من 0.50 × أقصى كثافة لإشارة PET (في المربع المحيط). يمكن للمرء أن يلاحظ أن DVHs للطريقة 2 أقرب بشكل منهجي إلى التوزيع المثالي للجرعة من تلك الخاصة بالطريقة 1. يتلقى حجم الورم الكبير تشعيعا غير كاف في الحالتين 2 و 3 عند معالجته بالطريقة 1. يؤكد الجدول 3 هذه الاستنتاجات: قيم D90 و D50 أقل بكثير بالنسبة للطريقة 1 منها للطريقة 2. يمكن أيضا الحصول على QVHs (الشكل 10) من توزيعات الجرعة هذه. من الناحية المثالية ، تحدث هذه المنحنيات انخفاضا حادا عند قيمة Q تساوي واحدا. تؤدي الطريقة 2 دائما إلى توزيع جرعات أقرب إلى هدف الجرعة. ويبين الجدول 4 أيضا عوامل Q الإجمالية المتفوقة للطريقة 2. تم تحقيق الحد الأدنى من الجرعة (D90) من 2000 cGy لجميع الحالات مع الطريقة 2 ، في حين لم يتم تحقيقها مع الطريقة 1 في حالتين. وهذا يعني أن حجم الورم تلقى تشعيعا غير كاف باستخدام الطريقة 1.
الشكل 1: موضع الصندوق المحيط. يظهر تحسين التباين الموزون T1 في طراز الفئران F98 GB ، ويتم وضع صندوق محيط سخي حول الورم باستخدام رمز MATLAB الذي تم تطويره داخليا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: ترسيم الورم الموزون بالتباين T1: الخطوة 1. يتم تحديد حجم الورم على التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين T1 باستخدام العتبة. اختصار: التصوير بالرنين المغناطيسي = التصوير بالرنين المغناطيسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تحديد الورم المعزز للتباين الموزون T1: الخطوة 2. إذا تم اكتشاف وحدات تخزين متعددة أثناء خطوة العتبة، الاحتفاظ بأكبر وحدة تخزين لمزيد من المعالجة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: حساب متساوي المركز للطريقة 1. يتم تصوير صور التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) المحسنة على شكل تباين T1. تمثل الدائرتان الزرقاء والحمراء المراكز النظيرية القائمة على التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، على التوالي. الاختصارات: التصوير بالرنين المغناطيسي = التصوير بالرنين المغناطيسي; CT = التصوير المقطعي المحوسب; PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: شرح حساب إعداد الفك. الخطوة 1: يتم تحديد حجم الورم (النقاط الزرقاء ، الصورة العلوية). الخطوة 2: يتم إنشاء مستوى (شبكة سوداء) عموديا على شعاع الحادث (خط أرجواني ، صورة علوية) في أريكة محددة ومواضع عملاقة. الخطوة 3: يتم إسقاط فوكسل الورم (النقاط الزرقاء ، الصورة العلوية) بشكل عمودي على المستوى المذكور أعلاه ، مما يؤدي إلى مجموعة من voxels المسقطة (النقاط الحمراء). الخطوة 4: تحديد أبعاد متساوي المركز والفك (الخطوط الخضراء ، الصورة السفلية) بحيث يتم تضمين جميع voxels المسقطة داخل الشعاع المستطيل المحدد بواسطة الفكين المتماثلين للمصادم المتغير (الصورة السفلية). تم إنشاء هذه الأرقام في MATLAB. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: نظائر الورم. شرائح عبر المحور والإكليل والسهمي من خلال ورم الدماغ مع أحجام الورم V50 و V60 و V70 و V80 و V90 التي تحددها الخطوط المتساوية المقابلة ل 50٪ و 60٪ و 70٪ و 80٪ و 90٪ من الحد الأقصى لامتصاص الورم في صور PET. الاختصارات: TV = عبر المحاور; COR = الإكليل; SAG = سهمي. PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: [18F]FET PET IMAGING للحالات الثلاث. يتم عرض طرق العرض السهمية والعرضية والأمامية لجميع الحالات الثلاث. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: توزيع الجرعات لكلتا الطريقتين. يتم عرض طرق العرض القوسية والمستعرضة والأمامية لجميع الحالات الثلاث لكل من الأسلوبين 1 و2. يظهر توزيع الجرعة جنبا إلى جنب مع التصوير المقطعي المحوسب المخروطي الشعاع من SARRP. الاختصارات: CT = التصوير المقطعي المحوسب; SARRP = منصة أبحاث الإشعاع الحيواني الصغير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: منحنيات DVH لجميع الحالات. يتم عرض منحنيات DVH (في cGy) للطريقة 1 والطريقة 2 وخريطة الجرعة المثالية. اختصار: DVH = الرسم البياني لحجم الجرعة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 10: الرسم البياني Q-volume لجميع الحالات. يتم عرض منحنيات QVH للطريقة 1 والطريقة 2 وخريطة الجرعة المثالية. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون ل QVH المحسوب انخفاض حاد عند قيمة Q = 1 (خريطة الجرعة المثالية ، الخط الأزرق). اختصار: QVH = الرسم البياني Q-volume. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الطريقة السابقة | الطريقة 1 | الطريقة 2 | ||
| الورم | قطر | 5 مم | 7-8 مم | 7-8 مم |
| الحيوانات الاليفه | الدقة (مم) | 1.2 | 0.85 | 0.85 |
| تشعيع القاعدة | الجرعة (cGy) | 2000 | 2000 | 2000 |
| هدف | ورم CE T1 | ورم CE T1 | V50 | |
| مصادم (مم²) | 5x5 | 10x10 | إم في سي | |
| تسليم | 3 أقواس غير مستوية | 3 أقواس غير مستوية | 16 شعاع | |
| أوضاع الأريكة | -45°, 0°, 45° | 0°, -45°, -90° | 0°, -45°, -90° | |
| تعزيز التشعيع أو جرعة الطلاء | الجرعة (cGy) | 500 | 800 | 800 |
| هدف | ماكس امتصاص PET | ماكس امتصاص PET | V60-V90 | |
| مصادم (مم²) | 1x1 | 3x3 | إم في سي | |
| تسليم | 3 أقواس غير مستوية | 3 أقواس غير مستوية | 40 شعاع | |
| أوضاع الأريكة | -45°, 0°, 45° | 0°, -45°, -90° | 0°, -45°, -90° |
الجدول 1: مقارنة الطريقة. يوضح هذا الجدول أيضا الطريقة 1 والطريقة 2 والأسلوب السابق (في إشارة إلى الطريقة التي تم نشرها بالفعل)20,21,22. تستخدم الطريقتان 1 و 2 ماسح PET قبل السريري 27 بدقة مكانية دون الملليمتر ، مما يجعل من الممكن تصور عدم تجانس الورم بشكل أكثر وضوحا. في وضع الأريكة -90 درجة ، من الممكن فقط استخدام 60 درجة من أصل 120 درجة لتجنب الاصطدام بالحيوان. على الرغم من هذا العيب ، فإن وضع الأريكة هذا يسهل الوصول إلى الورم لأنه يقع في نصف الكرة الأيمن. يمكن لمواضع الأريكة الأخرى إجراء دورات كاملة بزاوية 120 درجة. الاختصارات: CE T1 = مرجح T1 معزز بالتباين ؛ MVC = مصادم متغير بمحرك ؛ PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
| وضع الأريكة | موقف العملاق | ||||||
| 0° | - | 20° | 40° | 60° | 80° | 100° | 120° |
| -45° | - | 20° | 40° | 60° | 80° | 100° | 120° |
| -90° | 0° | 20° | 40° | 60° | - | - | - |
الجدول 2: إعداد الشعاع للطريقة 2. يتم عرض مواضع الجسر والأريكة لجميع الحزم المختلفة. يستخدم V50 جميع التكوينات ، بينما يستخدم V60-V90 فقط التكوينات الموضحة بخط غامق.
| د٩٠ | D50 | د10 | ||
| القضية 1 | خريطة الجرعة المثالية | 2336.94 | 2461.21 | 2745.63 |
| الطريقة 1 | 2024.47 | 2389.75 | 2796.82 | |
| الطريقة 2 | 2164.21 | 2490.18 | 2747.64 | |
| القضية 2 | خريطة الجرعة المثالية | 2391.76 | 2540.55 | 2752.56 |
| الطريقة 1 | 1894.93 | 2127.86 | 2606.48 | |
| الطريقة 2 | 2322.11 | 2597.31 | 2848.03 | |
| القضية 3 | خريطة الجرعة المثالية | 2377.47 | 2556.7 | 2761.38 |
| الطريقة 1 | 1874.58 | 2103.78 | 2691.69 | |
| الطريقة 2 | 2354.03 | 2602.64 | 2907.41 |
الجدول 3: قيم DVH. تم حساب D10 و D50 و D90 كبدائل للجرعات القصوى والمتوسطة، والحد الأدنى، على التوالي. Dx تعني الجرعة المستلمة بنسبة x٪ من الحجم. اختصار: DVH = الرسم البياني لحجم الجرعة.
| كيو فاكتور | القضية 1 | القضية 2 | القضية 3 |
| الطريقة 1 | 0.0898 | 0.1573 | 0.1773 |
| الطريقة 2 | 0.0572 | 0.057 | 0.0778 |
الجدول 4: عوامل Q. يعرض الجدول عوامل Q الإجمالية للطريقة 1 والطريقة 2 لكل حالة. سيكون عامل Q صفرا إذا كانت الجرعة المقدمة والجرعة الموصوفة متساوية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تم وصف نموذج الفئران GB لمحاكاة العلاج الكيميائي الإشعاعي في العيادة لمرضى الورم الأرومي الدبقي سابقا20. على غرار الطريقة السريرية ، تم الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي أثناء عملية تخطيط العلاج للحصول على تشعيع أكثر دقة. تم استخدام سرير متعدد الوسائط لتقليل حركة (الرأس) عندما تم نقل الحيوان من نظام تصوير إلى آخر. وفي وقت لاحق، أضيف التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني إلى عملية تخطيط العلاج، ويمكن تنفيذ تعزيز الحجم الفرعي القائم على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بنجاح21,22. إن إدراج طريقة صورة وظيفية ، مثل PET ، في عملية تخطيط العلاج يسمح بتصور عدم تجانس الورم (البيولوجي). وهذا يسهل استهداف مناطق الورم العدوانية و/أو المقاومة للإشعاع. على الرغم من أن هذه الطريقة ممكنة ، إلا أنها أثبتت أنها كثيفة العمالة للغاية لأن التصوير متعدد الوسائط وتخطيط العلاج وتسليم الجرعة يجب أن يكتمل بالتتابع في بيئة ما قبل السريرية. علاوة على ذلك ، خلال هذه العملية ، يجب على الحيوانات البقاء تحت التخدير العام22. لذلك ، من الضروري تحسين كفاءة عملية تخطيط العلاج قبل السريرية.
تقدم هذه الورقة خوارزمية شبه آلية سهلة الاستخدام لزيادة تحسين تخطيط العلاج الإشعاعي القائم على التصوير قبل السريري متعدد الوسائط. تم أتمتة التسجيل المشترك بين تخطيط التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، بالاقتران مع الكشف عن المراكز المتساوية المستهدفة. تجدر الإشارة إلى أنه لا ينبغي اعتبار أداة البرنامج بمثابة صندوق أسود ، ومن الأهمية بمكان إجراء فحوصات الجودة المناسبة. الخطوة الأكثر أهمية في هذه العملية برمتها هي تقييم نتائج التسجيل المشترك التلقائي للتخطيط CT والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني التي يجب أن تكون دقيقة قدر الإمكان. يتكون إخراج الخوارزمية من مواقع المراكز المتساوية المستهدفة وأبعاد الفك ل MVC لحزم الإشعاع المختلفة. ويمكن استيراد هذه القيم إلى أحدث إصدار من معاهدة التعاون بشأن البراءات.
تم استخدام هذه الأداة البرمجية لتقييم دقة وكفاءة الطلاء بالجرعة القائمة على PET على جهاز التشعيع الصغير باستخدام تصميم دراسة في سيليكو. كانت عملية تخطيط العلاج المحسنة متفوقة على الطريقة الموصوفة سابقا21,22 من حيث كفاءة الوقت ، والتباين داخل المستخدمين وفيما بينهم ، والدقة. في حين أن التخطيط التقليدي للعلاج قبل السريري ، بما في ذلك التصوير متعدد الوسائط ، يمكن أن يتطلب ما يصل إلى 180 دقيقة 22 ، إلا أنه يمكن تقليل هذه المرة إلى ~ 80 دقيقة باستخدام كلتا الطريقتين شبه التلقائيتين المعروضتين في هذه المخطوطة. وعلاوة على ذلك، فإن الأخطاء البشرية أكثر احتمالا في عملية تخطيط العلاج التقليدية أثناء التسجيل المشترك اليدوي والتحديد البصري للمراكز المتساوية، مما يؤدي إلى تباين أكبر داخل المستخدمين وفيما بينهم. إن التسجيل المشترك التلقائي والكشف عن المراكز المتساوية المستهدفة بواسطة الخوارزمية سيقلل من هذه المتغيرات داخل المستخدمين وفيما بينهم. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر سير العمل المحسن والآلي تشعيعا أكثر دقة لحجم الورم. ويتضح ذلك من العوامل Q الدنيا (الجدول 4)، التي تقيم الفرق بين الجرعة المحسوبة/المقدمة من معاهدة التعاون بشأن البراءات والجرعة الموصوفة.
ومن الجدير بالذكر أيضا أن استخدام MVC يؤدي إلى جرعة مخفضة إلى أنسجة المخ الطبيعية المحيطة ، مقارنة بالمصادمات ذات حجم شعاع ثابت. ويوضح الشكل 7 ذلك وهو مهم لتضييق الفجوة بين التجارب السريرية التي تقيم استراتيجية DPBN RT (حيث تستخدم مصادمات متعددة الأوراق) والبحوث الإشعاعية الحيوانية المختبرية. ومع ذلك ، نفترض أن توصيل الجرعة قد يكون أبطأ قليلا عند استخدام MVC للتبديل بين مواضع الشعاع وضبط أبعاد الفك لكل شعاع على حدة. أخيرا ، غالبا ما يتم تخطيط العلاج قبل السريري عن طريق التخطيط المستقبلي. تعد المنهجية الموصوفة في هذه الورقة خطوة حاسمة نحو التخطيط العكسي ، والذي يستخدم بشكل عام في العيادة ، ويزيد من تضييق الفجوة بين أبحاث الإشعاع قبل السريرية والعيادة.
هذه الدراسة لديها أيضا بعض القيود. بالنسبة للتجارب الموصوفة في هذه المخطوطة ، تم استخدام متتبع الأحماض الأمينية PET الأكثر استخداما [18F] FET. عند استخدام أجهزة تتبع PET أخرى لتوجيه العلاج الإشعاعي ، يجب فحص سير العمل شبه التلقائي بشكل صحيح لأن التسجيل المشترك قد يكون أقل دقة. علاوة على ذلك ، يجب إجراء مزيد من التحقيق في تأثير استخدام حجم فوكسل مختلف ل PET و / أو التصوير بالرنين المغناطيسي على تخطيط العلاج وتسليم الجرعة. في الختام ، فإن المنهجية الموضحة هنا لتحسين عملية تخطيط العلاج قبل السريري لها العديد من المزايا مقارنة بالطريقة الموصوفة سابقا21,22. باستخدام تصميم دراسة في سيليكو ، ثبت أن سير العمل الجديد لتخطيط العلاج متعدد الوسائط قبل السريري أكثر دقة من حيث توصيل الجرعة ، وأكثر كفاءة في الوقت ، ويظهر تباينا أقل داخل المستخدمين وفيما بينهم. هذه التحسينات ضرورية لتضييق الفجوة بين البحوث الإشعاعية السريرية وما قبل السريرية ولتطوير علاجات جديدة و / أو إجراءات العلاج الإشعاعي للورم الأرومي الدبقي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
Acknowledgments
يود المؤلفون أن يشكروا مؤسسة لوكس لوكا على دعم هذا العمل.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell culture | |||
| F98 Glioblastoma Cell Line | ATCC | CRL-2397 | https://www.lgcstandards-atcc.org/products/all/CRL-2397 |
| Dulbeco's Modified Eagle Medium | Thermo Fisher Scientific | 22320-030 | |
| Cell culture flasks | Thermo Fisher Scientific | 178883 | 75 cm² |
| FBS | Thermo Fisher Scientific | 10270106 | |
| L-Glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030-032 | 200 mM |
| Penicilline-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-148 | 10,000 U/mL |
| Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 14040-224 | |
| Trypsin-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25300-062 | 0.05% |
| GB Rat Model | |||
| Ball-shaped burr | Foredom | A-228 | 1.8 mm |
| Bone Wax | Aesculap | 1029754 | https://www.aesculapusa.com/en/healthcare-professionals/or-solutions/or-solutions-cranial-closure/hemostatic-bone-wax.html |
| Ethilon | Ethicon | 662G/662H | FS-2, 4-0, 3/8, 19 mm |
| Fischer F344/Ico crl Rats | Charles River | - | |
| Insulin Syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29 G |
| IR Lamp | Philips | HP3616/01 | |
| Meloxicam (Metacam) | Boehringer Ingelheim | - | 2 mg/mL |
| Micromotor rotary tool | Foredom | K.1090-22 | |
| Micropump system | Stoelting Co. | 53312 | Stoelting Stereotaxic Injector |
| Stereotactic frame | Stoelting Co. | 51600 | |
| Xylocaine (1%, with adrenaline 1:200,000) | Aspen | - | 1%, with adrenaline 1:200,000 |
| Xylocaine gel (2%) | Aspen | - | 2% |
| Animal Irradiation | |||
| Micro-irradiator | X-Strahl | SARRP | Version 4.2.0 |
| Software | X-Strahl | Muriplan | Preclinical treatment planning system (PCTPC), version 2.2.2 |
| Small Animal PET | |||
| [18F]FET | Inhouse made | - | PET tracer; along with Prohance: MRI/PET agent |
| Micro-PET | Molecubes | Beta-Cube | https://www.molecubes.com/b-cube/ |
| Small Animal MRI | |||
| Micro-MRI | Bruker Biospin | Pharmascan 70/16 | https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan.html |
| 30 G Needle for IV injection | Beckton-Dickinson | 305128 | |
| PE 10 Tubing | Instech Laboratories Inc | BTPE-10 | BTPE-10, polyethylene tubing 0.011 x 0.024 in (0.28 x 60 mm), non sterile, 30 m (98 ft) spool, Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com |
| Prohance contrast agent | Bracco Imaging | - | 279.3 mg/mL, gadolinium-contrast agent (along with [18F]FET: MRI/PET agent) |
| Tx/Rx Rat Brain - Mouse Whole Body Volumecoil | Bruker Biospin | - | 40 mm diameter |
| Water-based Heating Unit | Bruker Biospin | MT0125 | |
| Consumables | |||
| Isoflurane | Zoetis | B506 | Anesthesia |
| Insulin Syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29 G |
| Image Analysis | |||
| MATLAB | Mathworks | - | Version R2019b |
| PMOD | PMOD technologies LLC | Preclinical and molecular imaging software |
References
- Louis, D. N., et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).
- Wadajkar, A. S., et al. Tumor-targeted nanotherapeutics: Overcoming treatment barriers for glioblastoma. Wiley Interdisciplinary Reviews. Nanomedicine & Nanobiotechnology. 9 (4), (2016).
- Lim, M., Xia, Y., Bettegowda, C., Weller, M. Current state of immunotherapy for glioblastoma. Nature Reviews. Clinical Oncology. 15 (7), 422 (2018).
- McGranahan, T., Li, G., Nagpal, S. History and current state of immunotherapy in glioma and brain metastasis. Therapeutic Advances in Medical Oncology. 9 (5), 347-368 (2017).
- Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
- Von Neubeck, C., Seidlitz, A., Kitzler, H. H., Beuthien-Baumann, B., Krause, M. Glioblastoma multiforme: Emerging treatments and stratification markers beyond new drugs. The British Journal of Radiology. 88 (1053), 20150354 (2015).
- Mann, J., Ramakrishna, R., Magge, R., Wernicke, A. G.
- Ling, C. C., et al. Towards multidimensional radiotherapy (MD-CRT): Biological imaging and biological conformality. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 47 (3), 551-560 (2000).
- Bentzen, S. M., Gregoire, V. Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription. Seminars in Radiation Oncology. 21 (2), 101-110 (2011).
- Bentzen, S. M. Theragnostic imaging for radiation oncology: Dose-painting by numbers. The Lancet. Oncology. 6 (2), 112-117 (2005).
- Wong, J., et al. High-resolution, small animal radiation research platform with X-ray tomographic guidance capabilities. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).
- Van Hoof, S. J., Granton, P. V., Verhaegen, F. Development and validation of a treatment planning system for small animal radiotherapy: SmART-Plan. Radiotherapy and Oncology. 109 (3), 361-366 (2013).
- Verhaegen, F., Granton, P., Tryggestad, E. Small animal radiotherapy research platforms. Physics in Medicine & Biology. 56 (12), 55-83 (2011).
- Butterworth, K. T., Prise, K. M., Verhaegen, F. Small animal image-guided radiotherapy: Status, considerations and potential for translational impact. The British Journal of Radiology. 88 (1045), 20140634 (2015).
- Nasr, A., Habash, A. Dosimetric analytic comparison of inverse and forward planned IMRT techniques in the treatment of head and neck cancer. Journal of the Egyptian National Cancer Institute. 26 (3), 119-125 (2014).
- Matinfar, M., Iyer, S., Ford, E., Wong, J., Kazanzides, P. Image guided complex dose delivery for small animal radiotherapy. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 1243-1246 (2009).
- Matinfar, M., Iordachita, I., Wong, J., Kazanzides, P. Robotic delivery of complex radiation volumes for small animal research. IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 2056-2061 (2010).
- Balvert, M., et al. A framework for inverse planning of beam-on times for 3D small animal radiotherapy using interactive multi-objective optimisation. Physics in Medicine & Biology. 60 (14), 5681-5698 (2015).
- Cho, N. B., Wong, J., Kazanzides, P. Dose Painting with a Variable Collimator for the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). The Midas Journal. , 1-8 (2014).
- Bolcaen, J., et al. MRI-guided 3D conformal arc micro-irradiation of a F98 glioblastoma rat model using the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). Journal of Neuro-oncology. 120 (2), 257-266 (2014).
- Bolcaen, J., Descamps, B., Boterberg, T., Vanhove, C., Goethals, I. PET and MRI guided irradiation of a glioblastoma rat model using a micro-irradiator. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (130), e56601 (2017).
- Verhoeven, J., et al. Technical feasibility of [18F]FET and [18F]FAZA PET guided radiotherapy in a F98 glioblastoma rat model. Radiation Oncology. 14 (1), 89 (2019).
- Hutterer, M., et al. FET PET: a valuable diagnostic tool in neuro-oncology, but not all that glitters is glioma. Neuro-oncology. 15 (3), 341-351 (2013).
- Stockhammer, F., Plotkin, M., Amthauer, H., Landeghem, F. K. H., Woiciechowsky, C. Correlation of F-18-fluoro-ethyl-tyrosin uptake with vascular and cell density in non-contrast-enhancing gliomas. Journal of Neuro-oncology. 88 (2), 205-210 (2008).
- Rorden, C., Karnath, H. O., Bonhilha, L. Mricron dicom to nifti converter. neuroimaging informatics tools and resources clearinghouse (nitrc). , Available from: https://www.nitrc.org/projects/mricron (2015).
- Ashburner, J., et al. SPM12 Manual. , Available from: https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf (2014).
- España, S., Marcinkowski, R., Keereman, V., Vandenberghe, S., Van Holen, R. DigiPET: Sub-millimeter spatial resolution small-animal PET imaging using thin monolithic scintillators. Physics in Medicine & Biology. 59 (13), 3405-3420 (2014).
