Лучевая терапия под визуальным контролем — это процесс частой визуализации во время курса лучевой терапии , используемый для управления лечением, позиционирования пациента и сравнения с предтерапевтической визуализацией из плана лечения . [1] Непосредственно перед или во время фракции лечения пациент располагается в процедурном кабинете в том же положении, которое было запланировано из набора данных эталонной визуализации. Примером IGRT может быть сравнение набора данных конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ), полученного на лечебном аппарате, с набором данных компьютерной томографии (КТ) из планирования. IGRT также может включать сопоставление планарных киловольтных (кВ) рентгенограмм или мегавольтных (МВ) изображений с цифровыми реконструированными рентгенограммами (DRR) из плановой КТ.
Этот процесс отличается от использования визуализации для разграничения целей и органов в процессе планирования лучевой терапии. Однако между процессами визуализации существует связь, поскольку IGRT напрямую опирается на методы визуализации из планирования в качестве опорных координат для локализации пациента. Разнообразие технологий медицинской визуализации, используемых при планировании, включает рентгеновскую компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) среди прочих.
IGRT может помочь уменьшить ошибки в настройке и позиционировании, позволяет уменьшить поля вокруг целевой ткани при планировании и позволяет адаптировать лечение в ходе его проведения с целью общего улучшения результатов. [2] [3]
Целью процесса IGRT является повышение точности размещения поля облучения и снижение воздействия на здоровые ткани во время лучевой терапии. В прошлые годы для компенсации ошибок локализации во время лечения использовались более крупные поля объема целевого планирования (PTV). [4] Это приводило к тому, что здоровые ткани человека получали ненужные дозы облучения во время лечения. Поля PTV являются наиболее широко используемым методом для учета геометрических неопределенностей. Благодаря повышению точности с помощью IGRT снижается облучение окружающих здоровых тканей, что позволяет увеличить облучение опухоли для контроля. [4]
В настоящее время некоторые методы лучевой терапии используют процесс лучевой терапии с модулированной интенсивностью (IMRT) . Эта форма лучевой терапии использует компьютеры и линейные ускорители для создания трехмерной карты дозы облучения, специфичной для местоположения цели, формы и характеристик движения. Из-за уровня точности, требуемого для IMRT , необходимо собирать подробные данные о местоположении опухолей. Единственной наиболее важной областью инноваций в клинической практике является сокращение полей объема планируемой цели вокруг местоположения. Возможность избегать большего количества нормальной ткани (и, таким образом, потенциально использовать стратегии эскалации дозы) является прямым побочным продуктом способности выполнять терапию с максимальной точностью. [4]
Современные, передовые методы лучевой терапии, такие как протонная и заряженная лучевая терапия, обеспечивают превосходную точность доставки дозы и пространственного распределения эффективной дозы. Сегодня эти возможности добавляют новые проблемы к IGRT, касающиеся требуемой точности и надежности. [5] Поэтому подходящие подходы являются предметом интенсивных исследований.
IGRT увеличивает объем данных, собираемых в ходе терапии. С течением времени, будь то для отдельного человека или для группы пациентов, эта информация позволит продолжать оценку и дальнейшее совершенствование методов лечения. Клиническая польза для пациента заключается в возможности контролировать и адаптироваться к изменениям, которые могут произойти в ходе лучевой терапии. Такие изменения могут включать уменьшение или расширение опухоли или изменения формы опухоли и окружающей анатомии. [4]
Точность IGRT значительно повышается, когда технологии, изначально разработанные для хирургии под контролем изображений , такие как N-локализатор [6] и локализатор Штурма-Пастира [7] , используются в сочетании с этими технологиями медицинской визуализации. SRT обеспечивает нехирургическую альтернативу для немеланомного рака кожи и эффективное решение для келоидов.
Sensus Healthcare — производитель и дистрибьютор этого устройства. Благодаря компактному размеру 30"x30", мобильное устройство обеспечивает точную и калиброванную дозу SRT, которая проникает всего на пять миллиметров под поверхность кожи, что делает его одним из самых безопасных и эффективных альтернативных методов лечения рака. В отличие от более мощных устройств для лучевой терапии, SRT-100™ тщательно уничтожает злокачественные клетки рака кожи, сохраняя при этом здоровые ткани.
Лучевая терапия — это местное лечение, предназначенное для лечения определенной опухоли и защиты окружающих нормальных тканей от получения доз, превышающих указанные допустимые дозы. Существует множество факторов, которые могут способствовать различиям между запланированным распределением дозы и доставленным распределением дозы. Одним из таких факторов является неопределенность положения пациента на лечебном устройстве. IGRT — это компонент процесса лучевой терапии, который включает в себя координаты визуализации из плана лечения, который должен быть доставлен, чтобы гарантировать, что пациент правильно выровнен в лечебном помещении. [8]
Информация о локализации, полученная с помощью подходов IGRT, также может быть использована для содействия разработке надежных стратегий планирования лечения и моделирования состояния пациента, что выходит за рамки данной статьи. [ необходима ссылка ]
В целом, во время «планирования» (будь то клиническая разметка или полное моделирование) предполагаемая область для лечения очерчивается радиационным онкологом. После определения области лечения на кожу наносятся отметки. Целью чернильных отметок было выравнивание и позиционирование пациента ежедневно для лечения с целью улучшения воспроизводимости размещения поля. Совмещая отметки с полем облучения (или его представлением) в процедурном кабинете лучевой терапии, можно было определить правильное размещение поля лечения. [8]
Со временем, с усовершенствованием технологий (световые поля с перекрестьем, изоцентрические лазеры) и с переходом к практике «татуировки» (процедура, при которой чернильные отметки заменяются постоянными метками путем нанесения чернил непосредственно под первый слой кожи с помощью иглы в задокументированных местах), воспроизводимость настроек пациента улучшилась. [9]
Портальная визуализация — это получение изображений с помощью пучка излучения, который используется для проведения лучевой терапии у пациента. [10] Если не весь пучок излучения поглощается или рассеивается в организме пациента, часть, которая проходит через него, может быть измерена и использована для получения изображений пациента.
Трудно установить первоначальное использование портальной визуализации для определения размещения поля облучения. С первых дней лучевой терапии рентгеновские лучи или гамма-лучи использовались для разработки широкоформатных рентгенографических пленок для инспекции. С появлением аппаратов на кобальте-60 в 1950-х годах излучение проникало глубже внутрь тела, но с более низкой контрастностью и плохой субъективной видимостью. Сегодня, используя достижения в области цифровых устройств визуализации, использование электронной портальной визуализации превратилось как в инструмент для точного размещения поля, так и в инструмент обеспечения качества для обзора онкологами-радиологами во время обзоров контрольных пленок. [8]
Электронная портальная визуализация — это процесс использования цифровой визуализации, такой как ПЗС-видеокамера, жидкостная ионная камера и аморфные кремниевые плоские панельные детекторы для создания цифрового изображения с улучшенным качеством и контрастностью по сравнению с традиционной портальной визуализацией. Преимуществом системы является возможность захвата изображений для просмотра и руководства в цифровом виде. [11] Эти системы используются во всей клинической практике. [12] Текущие обзоры устройств электронной портальной визуализации (EPID) показывают приемлемые результаты при облучении изображений и в большинстве случаев клинической практики обеспечивают достаточно большие поля зрения. кВ не является функцией портальной визуализации. [4]
Флюороскопия — это метод визуализации, при котором флюороскоп совместно с экраном или устройством захвата изображения создает изображения внутренних структур пациента в реальном времени.
Цифровое рентгеновское оборудование, установленное в устройстве лучевой терапии, часто используется для получения изображения внутренней анатомии пациента до или во время лечения, которое затем можно сравнить с исходной серией КТ-снимков планирования. Использование ортогональной установки двух рентгенографических осей является обычным явлением, чтобы обеспечить средства для высокоточной проверки положения пациента. [5]
Метод медицинской визуализации, использующий томографию, где цифровая геометрическая обработка применяется для создания трехмерного изображения внутренних структур объекта из большой серии двумерных рентгеновских снимков, полученных вокруг одной оси вращения. КТ создает объем данных, которыми можно манипулировать с помощью процесса, известного как оконная обработка, чтобы продемонстрировать различные структуры на основе их способности ослаблять и предотвращать передачу падающего рентгеновского пучка.
С ростом признания полезности КТ-визуализации при использовании стратегий наведения для соответствия положению объема лечения и размещению поля лечения было разработано несколько систем, которые помещают реальный обычный 2-D КТ-аппарат в процедурный кабинет рядом с линейным ускорителем лечения. Преимущество заключается в том, что обычный КТ обеспечивает точное измерение затухания ткани, что важно для расчета дозы (например, КТ на рельсах). [8]
Системы визуализации на основе конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ) были успешно интегрированы с медицинскими линейными ускорителями. Благодаря усовершенствованиям в технологии плоских панелей КЛКТ смогла обеспечить объемную визуализацию и позволяет проводить рентгенографический или флюороскопический мониторинг на протяжении всего процесса лечения. Конусно-лучевая КТ получает множество проекций по всему интересующему объему в каждой проекции. Используя стратегии реконструкции, впервые разработанные Фельдкампом, 2D-проекции реконструируются в 3D-объем, аналогичный набору данных планирования КТ.
Мегавольтная компьютерная томография (MVCT) — это метод медицинской визуализации, который использует мегавольтный диапазон рентгеновских лучей для создания изображения костных структур или суррогатных структур внутри тела. Первоначальная причина для MVCT была вызвана необходимостью точных оценок плотности для планирования лечения. Локализация пациента и целевой структуры была вторичным применением. Тестовый блок, использующий один линейный детектор, состоящий из 75 кристаллов вольфрамата кадмия, был установлен на линейном ускорителе. [ требуется цитата ] Результаты теста показали пространственное разрешение 0,5 мм и контрастное разрешение 5% с использованием этого метода. Хотя другой подход мог бы включать интеграцию системы непосредственно в MLA [ требуется разъяснение ] , это ограничило бы количество оборотов до числа, недопустимого для регулярного использования. [ требуется цитата ]
Оптическое отслеживание подразумевает использование камеры для передачи позиционной информации объектов в пределах ее собственной системы координат с помощью подмножества электромагнитного спектра длин волн, охватывающих ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет. Оптическая навигация используется в течение последних 10 лет в хирургии с визуальным контролем (нейрохирургия, ЛОР и ортопедия) и стала более распространенной в радиотерапии для обеспечения обратной связи в реальном времени с помощью визуальных подсказок на графических пользовательских интерфейсах (GUI). Для последнего используется метод калибровки для выравнивания собственной системы координат камеры с изоцентрической системой отсчета родильного зала лучевой терапии. Затем оптически отслеживаемые инструменты используются для определения положений контрольных точек настройки пациента, и они сравниваются с их местоположением в системе координат планирования КТ. Расчет на основе методологии наименьших квадратов выполняется с использованием этих двух наборов координат для определения перемещения лечебного стола, которое приведет к выравниванию запланированного изоцентра пациента с изоцентром лечебного зала. Эти инструменты также могут использоваться для внутрифракционного мониторинга положения пациента путем размещения оптически отслеживаемого инструмента на интересующей области для инициирования доставки излучения (т. е. режимов стробирования) или действия (т. е. репозиционирования). В качестве альтернативы, такие продукты, как AlignRT (от Vision RT), позволяют получать обратную связь в реальном времени, напрямую визуализируя пациента и отслеживая поверхность кожи пациента.
Первый клинически активный аппарат лучевой терапии с МРТ-контролем, ViewRay, был установлен в Сент-Луисе, штат Миссури, в онкологическом центре Элвина Дж. Сайтмана в больнице Barnes-Jewish и Медицинской школе Вашингтонского университета. Лечение первых пациентов было объявлено в феврале 2014 года. [13] Другие аппараты лучевой терапии, которые включают отслеживание опухолей с помощью МРТ в реальном времени, в настоящее время находятся в разработке. Лучевая терапия с МРТ-контролем позволяет врачам видеть внутреннюю анатомию пациента в реальном времени, используя непрерывную визуализацию мягких тканей, и позволяет им удерживать лучи излучения на цели, когда опухоль перемещается во время лечения. [14]
Ультразвук используется для ежедневной настройки пациента. Он полезен для мягких тканей, таких как грудь и простата. Системы BAT (Best Nomos) и Clarity (Elekta) являются двумя основными системами, которые используются в настоящее время. Система Clarity была дополнительно усовершенствована для отслеживания движения простаты внутри фракции с помощью трансперинеальной визуализации.
Хотя электромагнитные транспондерные системы не являются IGRT per se, они стремятся выполнять точно такую же клиническую функцию, как CBCT или кВ-рентген, но при этом обеспечивают более непрерывный во времени анализ ошибки настройки, аналогичный анализу оптических стратегий отслеживания. Следовательно, эта технология (хотя и не подразумевает использования «изображений») обычно классифицируется как подход IGRT.
Существуют две основные стратегии коррекции, используемые при определении наиболее выгодного положения пациента и структуры пучка: онлайн- и офлайн-коррекция. Обе служат своим целям в клинических условиях и имеют свои собственные достоинства. Как правило, используется комбинация обеих стратегий. Часто пациент получает корректировки своего лечения с помощью онлайн-стратегий во время своего первого сеанса облучения, а врачи вносят последующие корректировки офлайн во время контрольных раундов пленки. [4]
Стратегия On-line позволяет корректировать положение пациента и луча в процессе лечения на основе постоянно обновляемой информации на протяжении всей процедуры. [8] Подход on-line требует высокого уровня интеграции как программного обеспечения, так и оборудования. Преимуществом этой стратегии является снижение как систематических, так и случайных ошибок. Примером является использование программы на основе маркеров при лечении рака простаты в больнице принцессы Маргарет. Золотые маркеры имплантируются в простату для обеспечения суррогатного положения железы. Перед каждым ежедневным лечением возвращаются результаты портальной системы визуализации. Если центр массы сместился более чем на 3 мм, то кушетка перестраивается и создается последующее контрольное изображение. [4] Другие клиники корректируют любые позиционные ошибки, никогда не допуская ошибки >1 мм в любых измеренных осях.
Офлайн-стратегия определяет наилучшее положение пациента с помощью накопленных данных, собранных во время сеансов лечения, почти всегда начальных процедур. Врачи и персонал измеряют точность лечения и разрабатывают рекомендации по лечению, используя информацию с изображений. Стратегия требует большей координации, чем онлайн-стратегии. Однако использование офлайн-стратегий снижает риск систематической ошибки. Однако риск случайной ошибки все еще может сохраняться.