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.
Läkare som överväger stereo ablativ kropp strålterapi (SBRT) för behandling av extrakraniell cancer mål måste vara medvetna om de betydande riskerna för normal vävnadsskada och riskerna med fysisk tumör miss. En första i sitt slag SBRT plattform ger hög precision ablativ strålbehandling genom en kombination av mångsidiga realtidsbildlösningar och avancerade tumörspårningsmöjligheter. Den använder dubbla diagnostiska kV röntgen enheter för stereoskopisk återkoppling öppen slinga av cancer målet intrafraction rörelse som förekommer som en konsekvens av respiratoriska rörelser och hjärtslag. Bildstyrd återkoppling driver en kardanupphängt strålning accelerator (max 15 x 15 cm fältstorlek) kan i realtid ± 4 cm pan-and-tilt åtgärder. Robot-driven ± 60 ° svänger av en integrerad ± 185 ° rotations portal tillåter samma plan och icke-samma plan strålens uppsättningsvinklar, i slutändan medger unika behandlingsfrihetsgrader. State-of-the-art programvara hjälper realtid sex dimensionell positionering, se bestrålning av mål cancer med sub-millimeterprecision (0,4 mm vid isocentret). Användning av dessa funktioner möjliggör behandlande läkare att styra stråldosen till cancer tumörmål medan stråldosen samtidigt minska till normala vävnader. Genom att tillsätta andning korrelerade datortomografi (CT) och 2- [18 F] fluor-2-deoxi-ᴅ-glukos (18 F-FDG) positronemissionstomografi (PET) bilder i planeringssystemet för ökad tumörmålet konturering, sannolikheten av fysisk tumör miss blir väsentligt mindre 1. I den här artikeln beskriver vi nya strålnings planer för behandling av rörliga lungtumörer.
Lungcancer svarar för det största antalet cancerrelaterade dödsfall bland kvinnor och män över hela världen 2. Upp till 63% av ihållande eller återkommande lungcancer innebär lungvävnad som redan beskattas av kemoterapi eller tidigare bestrålade. 3,4. Ytterligare bestrålning vid ställen för ihållande eller återkommande lungtumörer kan leda till oacceptabla lung sjuklighet 5,6, speciellt när konventionell kirurgi, kemoterapi och strålbehandling redan har prövats. Således har kvinnor och män i sådana kliniska omständigheter behov av nya cancerterapistrategier liknar behandlingar som presenteras tidigare i denna tidning 7. Stereotaktisk ablativ kropp strålterapi (SBRT) kan uppfylla detta terapeutiska behov genom sterilisering lungtumörer genom målinriktat, höga doser strålning 8,9.
Det är en ny SBRT plattform klarar av detta terapeutiska uppgift 10-12. Det skiljer sig från andra SBRT plattformar frånintegrera dubbla diagnostiska ExacTrac kV röntgen enheter (kan konstråle datortomografi mållokalisering) och en infraröd kameraenhet (kan kroppsyta markör spårning som ett surrogat för intern rörelse) som både möjliggör stereoskopisk återkoppling av cancer öppen slinga rikta intrafraction rörelse. Den har också en unik ± 4 cm balansring pan-and-tilt strålning accelerator som har sin stråle formas av 60 volframlegering blad (0,25 cm fysisk bredd, 11 cm fysiska höjd). Den använder en fullständig över centrum-resa multibladskollimator högst 15 x 15 cm fältstorlek. Den innehåller en robotdriven ± 60 ° vridbara O-ringen och ± 185 ° rotations portal möjliggör samma plan och icke-samma plan strålens set-up vinklar och unika behandlingsfrihetsgrader. Slutligen har det submillimeter noggrannhet (0,4 mm vid isocentret) 13. Däremot andra SBRT strålbehandling plattformar montera en klinisk strålnings accelerator antingen till en industriell robotarm 14, eller en spiralformad skiva-för-skiva portal 15, eller inom en konventionell maskin kopplad till bildstyrd intensitetsmodulerad strålterapi eller dynamisk båge leveransprogramvara 16. Varje plattform ingrepp med en rad olika maskinkomponenter för att spåra rörelse till följd av andningsrörelse, hjärtslag, eller matsmältningen. Lung strålkirurgi har haft klinisk framgång 17,18, vilket gör modalitet ett nytt behandlingsalternativ inom strålbehandling av cancer 19,20. Detta hur-till artikeln innehåller en ny strålterapiprotokoll som beskriver dynamisk lungtumör spårning för terapeutisk behandling uppsåt.
Lovande tidiga stereotaktisk strålkirurgi kliniska erfarenheter har kört klinisk prövning undersökning av ablativ strålning för behandling av lungcancer 25,26. Erfarenheten har lett forskare att använda ablativt strålning mot en mängd olika tumörtyper metastaserande till lungan 27,28. Den nya SBRT plattformen introducerar en strålningsleveranssystem speciellt anpassade för behandling av rörliga tumörer.
Den nya SBRT plattform ger en osynlig röntgenbehandling som alstras av en linjäraccelerator monterad inuti en svängbar O-ring portal. En gimbal mekanism möjliggör pan-and-tilt rörelse linjäracceleratorn, som ger en tid dynamisk tumör rörelseavkänning. Dubbla tvärplan kV röntgenstrålar före och under behandlingen för att kontrollera 6 grad frihetspatientpositionering. I samma plan och icke plana unika frihetsgrader förbättra leveransen av hög stråldos till mål cancer samtidigt minimerastråldosen till kritiska inre organ. Det förväntas att behandling steriliserar cancercell mål utan att irreparabel skada på normala celler sänkande strålningsrelaterad toxicitet. Framtida studier av den nya SBRT plattformen kommer att dokumentera eventuella vinster i mål kontroll och någon minskning av biverkningar.
De första erfarenheterna med de nya SBRT plattformen visar lovar 10. Nyanser av dynamisk spårning av lungtumörer fortsätter att utforskas, dock vissa generaliseringar är uppenbara. Lungtumörer visar rörelse mindre än sju millimeter kan bäst behandlas av en sammansatt ITV plus 5 mm expansions strategi. För lungtumörer visar 7 mm eller mer vertikalt översättning, en dynamisk spårning tillvägagångssätt med en GTVp plus 5 mm expansion kan vara bäst för behandling. Det behövs ytterligare forskning som definierar dessa gränser. Även 18 F-FDG PET bilder lagrade på 3D CT bild dataset brukar öka komposit ITV volymer. Detta tillvägagångssätt förutsätter volym expansionen på grund av 18 F-FDG signal smeta uppträder under PET skannerns 3-5 min bin tid. En 40% thresholded 18 F-FDG klinisk målvolym har studerats och har använts i en av våra program 1. Ytterligare forskning kännetecknar huruvida 18 F-FDG PET bilder replikerar adekvat tumör hysteres behövs. Slutligen kan upp till tre lesioner i en enda lunga övervägas för behandling på en gång. Annars är ett sekventiellt tillvägagångssätt gjort.
Dynamisk följning på den nya SBRT plattformen använder en lungtumör rörelse korrelations modell för att förutsäga lungtumör rörelse upp till 40 ms in i framtiden. Position och hastighet hos den infraröda kroppen och respiratoriska markörer är inkluderade i modellen. En markör träffsäkerhet på 70% i förvärvade kV röntgen är en förutsättning för dynamisk spårning. Referenserna spåras i tre dimensioner (dvs., x, y, z). Bilder som genereras av kV röntgenenheterna automatiskt registreras och jämförs i realtid. Observed latens i dynamiska spårning är på grund av begränsningar i pan-and-tilt gimbal hårdvara, mjukvara bearbetning och positionsreglerprestanda av kV röntgen enheter. Forskning utredare är engagerade i att förbättra spårning latens.
Under strålning leverans med hjälp av dynamisk spårning på den nya SBRT plattformen, är det viktigt att titta på referensmarkören drift. Trender i referensmarkören drift utanför fördefinierade 3 mm toleranser i någon riktning resulterar i operatörsinitierad behandling paus eller i automatisk balk håll. Om en behandling paus inträffar, är det rekommenderat att operatörer tillåter återupptagande av lugn andning rörelse under de kommande patientens andetag och därefter behandling återupptas före korrelationsmodell återuppbygga. Om pauser misslyckas, patient ompositionering, infraröd andningsmarkörrörelsedetektor, kV markör upptäckt, korrelationsmodellering ombyggnad är klar att återuppta behandlingen. I vår erfarenhet, andningskorrelationsmodeller är korrekta för up till 7 minuter, ofta begränsas av patientens spänning eller avkoppling samtidigt vilar på behandlingsbordsskiva.
Obesvarade frågor återstår. Vilka är de radiobiologiska konsekvenser och läge av celldöd i normala celler och cancerceller som inträffar efter ablativ stråldosen? Varför har det varit så svårt att slå samman hög precision ablativ strålning med radiosensibiliserande kemoterapi? Även om det är viktigt att undersöka andra metoder för att leverera ablativ strålning i bröstet, är det fortfarande oklart om ablativ strålning kan ge likvärdig terapeutisk effektivitet som thoraxkirurgi. I själva verket är thoraxkirurgi det mer vanligt förekommande och validerade teknik för att uppnå tumörutrotning i lungan när konventionell behandling har redan använts. Här ger nya SBRT plattformen en innovativ icke-invasiva medel för behandling för kvinnor och män med lungtumörer visar rörelse.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöddes av 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 |