Abstract
Formål
Vi har evaluert effekten av luft gating på behandling nøyaktighet i lungekreftpasienter som gjennomgår lunge stereo kroppen strålebehandling ved hjelp av elektronisk portal bildeenhet (Epid) bilder.
Materialer og metoder
Våre studiepopulasjonen bestod av 30 lungekreft pasienter behandlet med stereo kroppen strålebehandling (48 Gy /4 fraksjoner /4 til 9 dager). Av disse 14 ble behandlet med-(gruppe A) og 16 uten gating (gruppe B); vanligvis pasienter med tumorer viste tredimensjonal luftbevegelse ≧ 5 mm ble valgt for gating. Tumor respiratorisk bevegelse ble beregnet ved hjelp av fire-dimensjonale computertomografi bilder tatt under behandling simulering. Tumor posisjon variasjon når alle behandlinger ble vurdert ved å måle standardavvik (SD) og omfanget av svulst forskyvning på Epid bilder. De to gruppene ble sammenlignet for svulst respiratorisk bevegelse og posisjon variasjon med Mann-Whitney U-test.
Resultater
Median tredimensjonale svulst bevegelse under simuleringen var større i gruppe A enn gruppe B (9 mm, range 3-30 mm vs. 2 mm, range 0-4 mm; p 0,001). I grupper A og B median SD av tumoren stilling var 1,1 mm og 0,9 mm i den craniocaudal- (p = 0,24) og 0,7 mm og 0,6 mm i den mediolateral retning (p = 0,89), respektivt. Median utvalg av svulsten stillingen var 4,0 mm og 3,0 mm i craniocaudal- (p = 0,21) og 2,0 mm og 1,5 mm i mediolateral retning (p = 0,20), henholdsvis.
Konklusjoner
Selv om pasienter som ble behandlet med luftlede oppviste større luft svulst bevegelse under behandlingen simulering, tumor stilling variasjon i epiD bildene var lavt og kan sammenlignes med pasienter behandlet uten gating. Dette viser fordelen av åndedretts gating
Citation. Saito T, Matsuyama T, Toya R, Fukugawa Y, Toyofuku T, Semba A, et al. (2014) Åndedretts gating under Stereo Body Strålebehandling for lungekreft Reduserer Tumor plassering Variasjon. PLoS ONE 9 (11): e112824. doi: 10,1371 /journal.pone.0112824
Redaktør: Zhuoli Zhang, Northwestern University Feinberg School of Medicine, USA
mottatt: 11 juli 2014; Godkjent: 16 oktober 2014; Publisert: 07.11.2014
Copyright: © 2014 Saito et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet:. Den forfatterne bekrefter at alle data som underbygger funnene er fullt tilgjengelig uten restriksjoner. Alle relevante data er i avisen og dens saksdokumenter filer
Finansiering:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering for å rapportere
Konkurrerende interesser:. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer.
Innledning
Ankomsten sten~~POS=HEADCOMP av fire-dimensjonale computertomografi (4D-CT) planlegging og metoder som dempe virkningene av svulsten respiratorisk bevegelse under bestråling har potensial til å forbedre den terapeutiske forholdet mellom strålebehandling for lungekreft [1] – [4]. Åndedretts gating er en ikke-invasiv teknikk for å ta opp problemet som utgjøres av respiratoriske bevegelse av tumorer, inkludert lungekreft [5] – [10]. Basert på resultatene av våre tidligere simulerings studier som sammenlignet luftlede teknikker [11], [12] vi brukte fasebaserte gating hos pasienter med lungekreft for å angi at portstyrings vinduet for å dekke et 30% arbeidssyklus rundt ende-utløp. Som våre tidligere undersøkelser var behandlingssimuleringsstudier vi dro ut for å bekrefte nøyaktigheten av behandlingen levering hos pasienter vi har behandlet med luft gating og sjekket gyldigheten av våre utvelgelseskriterier for å identifisere pasienter med behov for åndedretts gating [13]. Selv om andre [7], [8] som søkte analyse av behandlingsplanlegging antydet at luft gating tilbyr teoretiske fordeler, forble dette problemet til å bli undersøkt i klinisk setting.
Den elektroniske portal bildeenhet (Epid) gjør det mulig å avgjøre hvorvidt gating reduserer variabiliteten i svulsten stilling og den kontinuerlige kjøp av portal bilder med epiD i cine modusen har blitt benyttet for behandling verifisering [14] – [16]. I denne studien brukte vi Epid bilder for å vurdere effekten av åndedretts gating på behandling nøyaktighet. Tidligere studier har rapportert at lungesvulster med større luftbevegelse under behandling simulering har en tendens til å vise større variabilitet stilling under behandlingen enn gjorde statiske tumorer [17] – [19]. Fordi vi hadde en tendens til å velge pasienter med mobil svulster for luft gating, kan disse svulstene viser stor posisjon variasjon uten gating. Hvis mobil svulster behandlet med gating showet lav posisjon variasjon når gated faser, bør dette tilsi fordel for luft gating. I denne studien sammenlignet vi svulst respiratorisk bevegelse og posisjon variasjon mellom pasientgrupper som behandles med og uten luft gating.
Materialer og metoder
Pasienter
Mellom oktober 2008 og mai 2013 vi behandlet 62 pasienter på rad med 69 primære og metastatisk lungekreft med stereo kroppen strålebehandling. Den aktuelle studien befolkning består av 30 av disse pasientene som har 30 svulster var godt synlig på Epid bilder ervervet i løpet av sine behandlinger. Vi utsettes 14 pasienter til luft gating (gruppe A); den andre 16 ble behandlet uten gating (gruppe B). For å identifisere pasienter med behov for gating vi først og fremst betraktet svulst bevegelse under 4D-CT simulerings behandlinger. Vanligvis vi valgte pasienter med tumorer viste tredimensjonal luftbevegelse ≧ 5 mm [13]. Vi besluttet ikke å bruke åndedretts gating for pasienter med uregelmessig pust (frekvens og /eller amplitude) ved å vurdere luftveiskurver registrert på 4D-CT datainnsamling. Lungebestråling volum var en annen faktor vi vurdert i å velge pasienter for gating. Den gjennomsnittlige svulst diameter var 20 mm (spredning 9-40 mm) i gruppe A og 21 mm (spredning 10-36 mm) i gruppe B. Av de 14 svulster i gruppe A, to ble plassert i øvre lobe, en i midten lobe, og 11 på den nedre flik; 15 Gruppe B tumorene var i den øvre flik og en var på den nedre flik. Alle pasienter ga sin skriftlig informert samtykke for bruk av deres data til forskningsformål før behandling. Tumor egenskaper er vist i tabell S1. Den retrospektive dataanalyse i denne studien ble godkjent av Institutional Review Board på Kumamoto University (nr 790).
Behandling
Vi brukte en vakuumformet pute (ESFORM, Engineering System, Matsumoto, Japan) for kroppen immobilisering. CT skanneren brukt for datainnsamling var en GE Light RT (GE Medical Systems, Waukesha, WI, USA) instrument. Detaljer om vår 4D-CT prosedyren er beskrevet andre steder [11]. En ekstern luft monitor system (Real-time plassering Management System, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA) innspilt luftbevegelse i tidsmessig sammenheng med CT scan oppkjøpet. For målet avgrensning og behandlingsplanlegging vi brukte en behandling planlegging (Xio, Elekta, Stockholm, Sverige). Den kliniske målvolum (CTV) var formet for å inkludere brutto tumorvolumet og den mikroskopiske svulst forlengelse. Individuelle CTVs i utvalgte fasene ble slått sammen for å danne sammensatte CTVs og regnes som den interne målsettingen volum (ITV). Planleggingen målvolum (PTV) ble definert som en utvidelse av ITV med en 5- til 8- mm margin i craniocaudal (CC) retning og en 5-mm margin i andre retninger. PTV marginen i CC retning ble bestemt individuelt i henhold til svulsten åndedretts bevegelse på 4D-CT-bilder. Vanligvis vi lagt en 5-mm blad margin til PTV
For strålebehandling vi brukte en Clinac iX instrument (Varian Medical Systems).; doserate var 600 MU /min. Stereotactic kroppen strålebehandling ble levert via seks i samme plan og ikke-koplanare statiske bjelker som bruker 6 MV fotoner. Den foreskrevne dose var 48 Gy levert til isomidtpunktet i 4 fraksjoner i løpet av 4 til 9 dager (median 5 dager). Pasienten oppsettet ble korrigert ved hjelp av en innebygd kilovoltage kjegle-beam CT-skanner; bildene ble tatt inn under fri-pusteforhold. I gruppe A brukte vi fasebaserte gating rundt ende-utløp og angi en lengde på 30% av en hel respirasjonssyklusen som gating vinduet. Under gated behandling ekstern luft monitor system (Varian Medical Systems) synkronisert behandling med pasientens respiratoriske syklus.
Tumor bevegelse under simulering
For å evaluere tredimensjonal svulst respiratorisk bevegelse vi brukte 4D- CT-bildene ervervet under behandling simuleringer. En stråling onkolog (T.S.) avgrenset de CTVs på CT-bilder av to ekstreme luftveis faser. Vi målte avstanden fra slutt inspirasjon CTV Tyngdepunktet til sluttutløps CTV Tyngdepunktet ved hjelp av en behandling planlegging (Xio, Elekta, Stockholm, Sverige).
Bilde oppkjøp under behandling
For cine image oppkjøpet under behandling brukte vi en amorf silisium epid (aS1000, Varian Medical Systems) montert på Clinac iX. Den Epid hadde et aktivt område på 40 × 30 cm som inneholdt 1024 × 768 piksler. De Epid Bildene ble kjøpt til 7,5 bilder per sekund (20 rammer per en Epid bilde). Vi rutinemessig kjøpte Epid cine bilder av alle behandlings havner i alle behandlinger. Hos pasienter som behandles før September 2010, klarte vi ikke å få Epid cine bilder av den samme porten som ble brukt for portal bilde oppkjøpet før behandling (portal vinkelen var 180 ° i de fleste pasienter), og derfor vi ikke har Epid bilder av alle økter.
tumor posisjon variabilitet under behandling
tumor posisjon variasjon ble evaluert av stråling onkolog (TS) å identifisere svulsten posisjon i forhold til en referansebilde vi brukte registreringsprogrammet (offline gjennomgang, Varian Medical Systems). Programvaren gir et heltall forskyvning verdi. Vi evaluerte bare Epid bildene innhentet ved en portalvinkel på 180 °. Figur 1 viser vår fremgangsmåte for måling av tumor stilling. I alle behandlinger brukte vi den første Epid bilde kjøpt til den første økten som referanse for senere målinger på alle andre Epid bilder. Vi først avgrenset svulst på denne referansen Epid bildet og deretter brukt sin kontur for måling av svulst forskyvning på de andre Epid bilder. Ved å sammen konturen til tumoren bilde på hver epiD bilde var vi i stand til å måle forskyvningen av tumoren stilling i forhold til referanse epiD bilde (figur 1). Tumor forskyvning ble målt i CC og mediolateral (ML) retning. Epid bilder ervervet under 2-4 (3,4) behandlinger per pasient ble brukt for variabilitet vurderinger. Vi analyserte totalt 1.168 Epid bilder ervervet i løpet av 101 økter. I hver pasient vurderes vi variasjon i svulsten posisjon ved å måle standardavvik (SD) og omfanget av svulsten posisjon under alle økter (figur 2).
Epid = elektronisk portal bildeenhet.
variasjon ble vurdert ved å bestemme standardavvik (SD) og omfanget av svulsten posisjon under alle økter.
Inter-observatør variasjon
for å vurdere inter-observatør variasjoner i målt tumor posisjon vi brukte den andre og siste epid bilder fra hver økt (202 bilder ervervet i 101 økter). Svulsten posisjon i forhold til den første epiD bildet oppnådd ved den første sesjonen ble målt uavhengig av 2 stråling onkologi (T.S. og T.M.) og gjennomsnittet og standardavvik for differansen mellom sine målinger ble beregnet. Inter-observatør variasjon ble vurdert i CC og ML retning.
Statistisk analyse
Vi brukte Mann-Whitney U test for å sammenligne svulst respiratorisk bevegelse og posisjon variasjon i gruppe A og B. Wilcoxon signed-rank test ble brukt til å sammenligne kreft stillinger målt ved 2 stråling onkologer. Alle statistiske tester ble utført med GraphPad Prism 6 programvare (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA). Forskjeller av p. 0,05 ble betraktet som statistisk signifikant
Resultater
Inter-observatør variasjon
Inter-observatør variasjoner i tumorlokalisering ble vurdert ved å måle forskjellen i svulsten posisjon registreres av de to observatører. For totalt 202 observasjoner, gjennomsnitt (SD) forskjellen mellom dem var 0,3 mm (0,8 mm) i CC retningen og 0,3 mm (0,8 mm) i ML retning (tabell S2). Tumor stillingene målt ved 2 stråling onkologi var statistisk signifikant forskjellig i CC retning (p 0,001) og i den ML retning (p 0,001).
Tumor bevegelse under behandlingen simulering
Figur 3 viser den tredimensjonale tumor åndedrettsbevegelse målt under behandlingen simulering ved hjelp av 4D planlegging CT. Median svulst bevegelse var større i gruppe A enn B (9 mm, range 3-30 mm vs. 2 mm, range 0-4 mm) (p 0,001). (Tabell S1)
tumor posisjon variabilitet under behandling
For variabilitet vurderinger vi brukte epid bilder ervervet under behandling. SD og utvalget av svulsten posisjon under alle behandlinger ble beregnet for hver pasient (figur 2) (tabell S3, tabell S4). Figur 4 og 5 viser SDS og områdene av tumoren stilling, henholdsvis i de to pasientgrupper. I gruppe A og gruppe B medianen SD av tumoren stilling var 1,1 mm og 0,9 mm i CC (p = 0,24) og 0,7 mm og 0,6 mm i den ML retning (p = 0,89), respektivt. Den gjennomsnittlig nivå av tumoren stilling var 4,0 mm og 3,0 mm i CC (p = 0,21) og 2,0 mm og 1,5 mm i den ML retning (p = 0,20), i gruppe A og B, respektivt. Forskjellen i variabilitet mellom de to gruppene var ikke statistisk signifikant. Utvalget av tumor forskyvning i CC retning ikke overstige 6 mm i en hvilken som helst, men en pasient som ble utsatt for luftportstyring og åpenbarte en rekke på 8 mm. Utvalget av tumor forskyvning i retning ML var ikke mer enn 6 mm i en hvilken som helst av de 30 pasientene.
Hvert punkt representerer et enkelt pasients SD av tumoren stilling under alle behandlinger. CC = craniocaudal; ML = mediolateral.
Hvert punkt representerer en enkelt pasients utvalg av svulsten posisjon under alle behandlinger. CC = craniocaudal; ML = mediolateral.
Diskusjoner
Ved hjelp Epid bildene vi fant ut at svulsten posisjon variasjon i våre pasienter behandlet med og uten luft gating var lav og kan sammenlignes med det som er rapportert i tidligere studier [17 ], [20] – [22] (tabell 1). Pasienter utsatt for portstyrings manifestert større luftbevegelse under simuleringen, imidlertid, tumor stilling variasjon under behandlingen var sammenlignbare med pasienter behandlet uten gating. Våre funn, basert på data innhentet under behandlingen av lungekreftpasienter, bekreftet at luft gating var gunstig for å redusere tumor posisjon variabilitet.
Våre funn bekrefter også at utvalgskriteriene vi brukt til å identifisere pasienter som kan ha nytte av luft gating var hensiktsmessig. For å oppnå lav variasjon, bør pasienter med svært mobile svulster bli ekskludert fra gruppen behandlet uten gating. Hadde våre kriterier vært overdrevet konservativ (dvs. ingen luft gating hos noen pasienter med mobil svulster), ville vi forvente å finne en stor variasjon i svulsten posisjon under behandling uten gating. Derfor den lave variasjonen hos pasienter behandlet uten gating tyder på at våre utvelgelseskriterier hensiktsmessig ekskluderte pasienter med svært mobile svulster. Basert på vår tidligere rapporterte behandlingsplanlegging analyse [13] vi vurdere svulster med tredimensjonal luftbevegelse ≧ 5 mm på simulering 4D-CT-bilder kvalifisert for luft gating. Regularitet av pust og forventet lungebestråling volum er flere faktorer som skal vurderes i utvelgelsen av pasienter utsatt for luftveis gating. Puste uregelmessighet kan føre til unøyaktig avgrensning av gating vindu ITV [23], at det går gyldigheten av behandlingsplanlegging i luft-gated strålebehandling. Når svulsten er stor og /eller befinner seg i den nedre lapp, tenderer lungebestråling volum til å være store, og risikoen for lungetoksisitet bør øke nødvendigheten av åndedretts gating.
Den inter-observatør forskjell med hensyn til tumorlokalisering var liten og validerer kvantitativ vurdering av vår studie. Inter-observatør forskjeller i vurderingen av Epid bilder av lungekreftpasienter har blitt evaluert av andre [22], [24], [25] som ikke bruker fiducial markører. Spoelstra et al. [22] som undersøkte inter-observatør variasjoner i identifisering av interne strukturer på tidsintegrert elektroniske portal bilder funnet at SD av variasjonen mellom to observatører, for totalt 57 observasjoner, var 0,7 og 0,8 mm i ML og CC retning, henholdsvis. Muirhead et al. [24] analysert høyspenningsutstyr cine-bilder fra pasienter med lokalt avansert lungekreft; De rapporterte at for to observatører Gjennomsnittlig forskjell i bevegelse av tumor, hilar struktur og carina var 0,41 mm, 0,63 mm og 0,33 mm, respektivt. Den inter-observatør forskjeller i vår studie var sammenlignbare med disse tidligere studiene. Vi har observert at tumoren posisjon måles av de 2 stråling onkologi var statistisk signifikant forskjellig i dette forholdsvis stor prøve (n = 202). Men denne forskjellen ville ikke være klinisk relevant fordi den absolutte verdi av differansen mellom de to observatører var i det vesentlige liten.
intra- og interfractional variabilitet i svulsten stilling er blitt undersøkt [17], [20] – [22] (tabell 1). Størrelsen av intrafractional variasjon kan skyldes faktorer som kropps immobilisering og tumor respiratoriske bevegelser. I tillegg reflekterer interfractional variasjon feil i bilde veiledning og interfractional variasjoner i respirasjon; Det kan være større enn intrafractional variabilitet [26]. For nøyaktig behandling, bør luft gating kontrollere ikke bare luft svulst bevegelse under en brøkdel, men også variasjoner i åndedrett mellom fraksjoner. Vår omfattende analyse av alle Epid bilder ervervet under alle behandlinger tyder på at luft gating reduserer både intra- og interfractional variasjon i posisjon til lungesvulster.
Lung svulster nær membranen har en tendens til å vise stor luftbevegelse [2 ], [1. 3]. I våre pasienter, av de 14 svulster utsatt for luftveis gating (gruppe A), ble 11 plassert i nedre flik mens 15 av de 16 svulster behandlet uten gating (gruppe B) var i øvre lobe. Dette kan forklare forskjellen i tumorluftbevegelse mellom de to grupper og deres tilsvarende tumor stilling variasjon indikerer at luft gating kompenserer for tumor mobilitet.
Som en begrensning av vår studie ble det består av 30 av 69 (43 %) fortløpende behandlet lungesvulster og inkluderte bare svulster som var godt synlig på epid bilder. Richter et al. [18] som analyserte muligheten for markerless sporing av lungesvulster rapportert at svulsten sikten var tilstrekkelig i 47% av sine Epid filmer. I studiet av Ueda et al. [17], 38% av Epid bilder ble brukt for analyse av lunge svulst bevegelse uten fiducial markører.
I tidligere undersøkelser rapportert potensielle nytten av åndedretts gating var først og fremst basert på planlegging -baserte analyser [7], [8], [27]. Få studier evaluert fordel for luft gating basert på data innhentet under strålebehandling. Vi undersøkte variasjon i plasseringen av lungesvulster på epiD av bilder fra et forholdsvis stort antall pasienter. Så vidt vi vet, er dette den første sammenligningen av lungekreftpasienter utsatt for strålebehandling med og uten luft gating. I tidligere studier, ble tumor stilling variabilitet evaluert hovedsakelig i en enkelt gruppe pasienter. Følgelig er effekten av lede kunne ikke vurderes separat fra andre kilder til variabilitet [17], [20] – [22]. For bedre å forstå effekten av luft gating, fortsetter vi å samle inn data innhentet i lungekreftpasienter behandlet med- og uten luft gating.
Konklusjoner
Ved hjelp Epid bildebasert analyse vi evaluert effekten av åndedretts gating på behandling nøyaktighet. Tumor stilling variasjon under behandlingen var sammenlignbar i pasienter behandlet without- og pasienter behandlet med respiratorisk gating, til tross for større luft bevegelse under simulering i den sistnevnte gruppen. Denne observasjonen bekrefter fordelen av åndedretts gating. Basert på våre funn foreslår vi at riktig pasient valg og riktig bruk av åndedretts gating lette presis levering av behandling hos pasienter med lungekreft.
Hjelpemiddel Informasjon
Tabell S1.
Tumor egenskaper og luftbevegelse
Doi. 10,1371 /journal.pone.0112824.s001 plakater (XLS)
Tabell S2.
Inter-observatør variasjon i tumorlokalisasjon
doi:. 10,1371 /journal.pone.0112824.s002 plakater (XLS)
tabell S3.
Tumor posisjon variabilitet under behandling i gruppe A.
doi: 10,1371 /journal.pone.0112824.s003 plakater (XLS)
Tabell S4.
Tumor posisjon variabilitet under behandling i gruppe B.
doi: 10,1371 /journal.pone.0112824.s004 plakater (XLS)
