Προσαρμοζόμενη ακτινοθεραπεία: φυσικοτεχνικά κριτήρια εφαρμογής στην κλινική πράξη

Abstract

Introduction: Advanced techniques in the field of Radiation Therapy, such as Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT), have shown potential for improving tumor control and minimizing damage to critical organs, making them an area of high importance and active research. In comparison to techniques utilized in previous decades, it is possible to monitor changes that occur during treatment to prevent toxicity in patients. In particular, the head and neck region is prone to changes induced by radiation therapy, and these changes can be evaluated over time. Consequently, it is now a common practice to perform replanning when anatomic changes occur during treatment. The primary objective of this study is to quantify dosimetric and anatomic changes that arise in head and neck cancer patients who have undergone IMRT therapy and to determine whether replanning is necessary during treatment. Additionally, the study aims to propose anatomic and dosimetric thresholds that can be used as indicators to determine when Adaptive Radiotherapy should be implemented. Methods and Materials: A total of 31 consecutive patients with various types of head and neck malignancies underwent Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) treatment. A planning Computed Tomography (CT) scan was performed for each patient, with the respective contours. A primary treatment plan was calculated based on the therapeutic scheme and evaluated using dose volume histogram (DVH). To validate the need for replanning, a repeat CT scan was conducted during the intermediate fraction. For each patient, a hybrid plan was created using the same configuration on the repeat CT, while simultaneously an adaptive plan was created with a new dosimetric plan based on the repeat CT. Both plans were then compared. The patient's position during the treatment course was maintained, both in the primary planning and repeat CT scans, using the same immobilization methods, immobilization devices, and patient position. However, in cases where evident anatomic changes in the external contour occurred, a new immobilization mask was created to properly adjust to the patient's contour due to shrinkage or swelling of the area of interest. Statistical analysis was conducted to evaluate both dosimetric and anatomic deviations of each plan. Results: A statistically significant volume regression of Organs At Risk (OARs) and tumor volume was observed between the primary and repeat CT scans (p<0.05). The Planning Target Volume (PTV) including nodal tissue, responded more to radiation. Substantial reductions were noted in the lateral height at the C2 and T1 vertebral levels in all patients (p<0.001), exhibiting an average decrease of 1.1 cm at C2 and 2.6 cm at T1, respectively. In most of the hybrid plans, the dose coverage of 95% of the tumor volume was lower than the suggested dose levels, violating the required coverage. However, the dose coverage of 50% of the tumor volume, which is a representative absorbed-dose value for the Planning Target Volume (PTV), was comparable in all the plans. The maximum doses observed in the hybrid plans were higher, but the differences were not statistically significant. The dose variations in the critical organs revealed an increase in the mean dose of parotid glands in the hybrid plans compared to the primary and adaptive plans. Similarly, higher maximum doses in the spinal cord and brainstem were reported in the hybrid plans. In some patients, the maximum doses in the spinal cord and brainstem surpassed the dose constraint levels in the hybrid plans.Conclusions: The current study collected and analyzed deviations that occurred during the therapy course to establish thresholds before implementing adaptive radiotherapy. Anatomic changes that lead to deviations in dose coverage could result in overdosage of organs at risk and insufficient dose coverage of the tumor volume. Treatment plans that were created and optimized based on patient anatomy yielded acceptable results for coverage and critical organ sparing. Deviations in patient anatomy that required a repeat CT scan with a new immobilization mask triggered replanning. Based on the findings, the following thresholds may be suggested before implementing Adaptive Radiotherapy: violation in 95% of the dose coverage of 95% of the tumor volume at different tumor volume regions, maximum doses exceeding 50Gy in the spinal cord and 59Gy in the brainstem, neck separation greater than 1cm, and average weight loss exceeding 10% of the initial weight.

Εισαγωγή: Η εφαρμογή σύγχρονων τεχνικών στο πεδίο της Ακτινοθεραπείας σε ασθενείς με καρκίνο κεφαλής/τραχήλου, όπως για παράδειγμα η Διαμορφούμενης Έντασης Ακτινοθεραπεία (Intensity Modulated Radiation Therapy - IMRT), προσφέρει πιο ακριβή αποτελέσματα ως προς τον τοπο-περιοχικό έλεγχο της νόσου. Επιπρόσθετα αποφέρει καλύτερα αποτελέσματα ως προς την προστασία των γύρω περιφερειακών κρίσιμων οργάνων. Συγκρίνοντας την IMRT τεχνική με τις τεχνικές που εφαρμόζονταν πριν από δύο δεκαετίες, είναι πλέον εφικτό οι αλλαγές που παρατηρούνται κατά τη διάρκεια της Ακτινοθεραπείας να καταγράφονται, με απώτερο στόχο η τοξικότητα που μπορεί να εμφανίσουν οι ασθενείς να είναι πολύ λιγότερη σε σχέση με παλιά. Ειδικότερα, στην ακτινοθεραπεία κεφαλής/τραχήλου, όπου τα κρίσιμα όργανα είναι σε κοντινές μεταξύ τους περιοχές, οι μεταβολές που παρατηρούνται είναι αρκετά συνήθεις και εμφανείς με αποτέλεσμα να μπορούν να ποσοτικοποιήθούν. Ο επανασχεδιασμός του πλάνου θεραπείας κατά αυτόν τον τρόπο κρίνεται αναγκαίος και πλέον έχει υιοθετηθεί κατά την κλινική ρουτίνα. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ποσοτικοποίηση των δοσιμετρικών και ανατομικών αλλαγών, που ενδέχεται να συμβούν κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας κεφαλής/τραχήλου και μπορούν δυνητικά να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες για τον επανασχεδιασμό πλάνου θεραπείας. Επιπρόσθετος σκοπός είναι ο προσδιορισμός ορίων κατωφλίου τα οποία θα αποκαλύπτουν την ανάγκη δημιουργίας νέου πλάνου θεραπείας για εφαρμογή της Προσαρμοζόμενης Ακτινοθεραπείας (Adaptive Radiotherapy – ART).Μέθοδοι και υλικά: Τριάντα-ένας ασθενείς με διαφορετικό τύπο καρκίνου κεφαλής/τραχήλου, έλαβαν ακτινοθεραπεία με IMRT τεχνική. Σε κάθε ασθενή πραγματοποιήθηκε αξονική τομογραφία (CT) η οποία αποτελεί την αξονική σχεδιασμού. Στα μέσα των θεραπειών έγινε λήψη επαναληπτικής αξονικής, ώστε να αξιολογηθεί η ανάγκη σχεδιασμού νέου πλάνου θεραπείας. Καθ’ όλη τη διάρκεια των συνεδριών της θεραπείας οι μέθοδοι και τα συστήματα ακινητοποίησης και η θέση των ασθενών παρέμειναν τα ίδια με εκείνα που εφαρμόστηκαν κατά την αρχική αξονική σχεδιασμού. Ωστόσο, στις περιπτώσεις όπου παρατηρήθηκαν αλλαγές στην ανατομία του ασθενή, όπως για παράδειγμα περιπτώσεις όπου η μάσκα ακινητοποίησης δεν εφάρμοζε στο εξωτερικό περίγραμμα του ασθενή λόγω απώλειας κιλών ή λόγω οιδήματος στην περιοχή ακτινοβόλησης, καινούρια μάσκα ακινητοποίησης κατασκευάστηκε. Για κάθε ασθενή, υπολογίστηκαν το αρχικό πλάνο θεραπείας στην αρχική αξονική, το υβριδικό (hybrid) πλάνο θεραπείας, χρησιμοποιώντας τα γεωμετρικά και δοσιμετρικά χαρακτηριστικά του αρχικού πλάνου θεραπείας στα γεωμετρικά στοιχεία της επαναληπτικής αξονικής και τέλος ένα νέο πλάνο θεραπείας στην επαναληπτική αξονική, το οποίο αποτελεί το προσαρμοζόμενο πλάνο θεραπείας. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των πλάνων θεραπείας (αρχικού-υβριδικού-προσαρμοζόμενου) για την διεξαγωγή αποτελεσμάτων. Στατιστική ανάλυση εφαρμόστηκε στη συνέχεια για τις συγκρίσεις των πλάνων θεραπείας, με σκοπό την αξιολόγηση των ανατομικών αλλαγών που καταγράφηκαν και επιπλέον, αξιολογήθηκαν οι δοσιμετρικές αλλαγές στις περιοχές του όγκο-στόχο και των κρίσιμων περιφερειακών οργάνων. Αποτελέσματα : Η συρρίκνωση του όγκου του όγκου-στόχου και των περιφερειακών υγιών ιστών που μετρήθηκε μεταξύ των δύο αξονικών, κατέληξε σε στατιστικώς σημαντικά αποτελέσματα (p<0.05). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής, περιοχές λεμφαδένων εντός του όγκου σχεδιασμού φάνηκε να ανταποκρίνονται περισσότερο στην ακτινοθεραπεία. Επιπρόσθετα, σε όλους τους ασθενείς μετρήθηκε μείωση του βάρους τους κατά τη διάρκεια των θεραπειών. Στο ύψος των σπονδύλων Α2 και Θ1, μετρήθηκαν διαφορές στο πλάγιο επίπεδο σε όλους τους ασθενείς. Η δόση κάλυψης του 95% του όγκου του όγκου-στόχου στο υβριδικό πλάνο θεραπείας ως προς την απαιτούμενη κάλυψη, υπολογίστηκε χαμηλότερη στους περισσότερους ασθενείς της παρούσας μελέτης. Ωστόσο, η δόση κάλυψης του 50% του όγκου-στόχου, το οποίο αποτελεί χαρακτηριστικό δείκτη απορροφούμενης δόσης του όγκου-στόχου και της ποιότητας ενός πλάνου θεραπείας, ήταν συγκρίσιμη και στα τρία πλάνα θεραπείας. Οι μέγιστες δόσεις που υπολογίστηκαν στα υβριδικά πλάνα θεραπείας ήταν υψηλότερες σε σχέση με τις μέγιστες δόσεις του αρχικού και του προσαρμοζόμενου πλάνου θεραπείας, χωρίς ωστόσο να καταλήγουν σε στατιστικώς σημαντικά αποτελέσματα. Υψηλότερη απορροφούμενη δόση έλαβαν κατά μέσο όρο οι παρωτίδες στα υβριδικά πλάνα σε όλους τους ασθενείς που συμμετείχαν στην παρούσα εργασία. Επιπρόσθετα, η μέγιστη απορροφούμενη δόση που υπολογίστηκε στα όργανα του νωτιαίου μυελού και του στελέχους του εγκεφάλου ήταν υψηλότερη στα υβριδικά πλάνα θεραπείας. Σε μικρό αριθμό ασθενών μετρήθηκε μέγιστη δόση στον νωτιαίο μυελό, η οποία υπερέβη τα ανώτατα επιτρεπτά επίπεδα. Συμπεράσματα: Ανατομικές μεταβολές σε ασθενείς που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία στην περιοχή κεφαλής/τραχήλου, αναλύθηκαν με στόχο να λειτουργήσουν ως όρια κατωφλίου πριν την εφαρμογή της Προσαρμοζόμενης Ακτινοθεραπείας. Ανατομικές μεταβολές κατά τις οποίες προκύπτει η ανάγκη για εφαρμογή νέας μάσκας ακινητοποίησης και ως εκ τούτου εφαρμογής νέας επαναληπτικής CT, αποκαλύπτουν την ανάγκη επανασχεδιασμού του πλάνου θεραπείας. Στόχος εφαρμογής του επανασχεδιασμού είναι η τήρηση της απαιτούμενης δόσης ως προς τον όγκο-στόχο και παράλληλα η προστασία των περιφερειακών υγιών κρίσιμων οργάνων. Παραβίαση της δόσης κάλυψης του 95% στον όγκο του όγκου-στόχου του 95% της δόσης κάλυψης για τις επιμέρους περιοχές του όγκου-στόχου, μέγιστη δόση που ενδέχεται να μετρηθεί στα κρίσιμα όργανα (>50Gy στον νωτιαίο μυελό και >59Gy στον όγκο του στελέχους του εγκεφάλου), μείωση της περιμέτρου της περιοχής του τραχήλου των ασθενών μεγαλύτερη του 1cm καθώς και μέση απώλεια κιλών μεγαλύτερη του 10% της αρχικής μετρούμενης, προτείνονται ως όρια κατωφλίου εφαρμογής Προσαρμοζόμενης Ακτινοθεραπείας.