Abstract

Purpose

Foram avaliados os efeitos de gating respiratória sobre a precisão do tratamento em pacientes com câncer de pulmão submetidos pulmão radioterapia estereotáxica corpo usando dispositivo de imagem portal eletrônico (EPID) imagens.

Materiais e Métodos

a nossa população do estudo consistiu de 30 pacientes com câncer de pulmão tratados com radioterapia estereotáxica corpo (48 Gy /4 frações /4 a 9 dias). Destes, 14 foram tratadas com: (grupo A) e 16 sem gating (grupo B); normalmente os pacientes cujos tumores mostrou movimento respiratório tridimensional ≧ 5 mm foram selecionados para gating. Tumor movimento respiratória foi estimada utilizando quatro dimensões imagens de tomografia computadorizada adquiridos durante a simulação do tratamento. Tumor variabilidade posição durante todas as sessões de tratamento foi avaliada medindo o desvio padrão (DP) e o intervalo de deslocamento do tumor em imagens Epid. Os dois grupos foram comparados para tumor movimento respiratório e variabilidade posição usando o teste de Mann-Whitney.

Resultados

O tumor movimento tridimensional mediana durante a simulação foi maior no grupo A do que no grupo B (9 mm, gama de 3-30 mm x 2 mm, gama de 0-4 mm; p 0,001). Nos grupos A e B, o DP médio da posição do tumor foi de 1,1 mm e 0,9 mm, no craniocaudal- (p = 0,24) e 0,7 mm e de 0,6 mm na direcção médio-lateral (p = 0,89), respectivamente. O intervalo médio da posição do tumor foi de 4,0 mm e 3,0 mm, no craniocaudal- (p = 0,21) e 2,0 mm e de 1,5 mm na direcção médio-lateral (p = 0,20), respectivamente.

Conclusões

Embora os pacientes tratados com gating respiratório apresentou maior tumor movimento respiratório durante a simulação do tratamento, a posição do tumor variabilidade nas imagens EPID foi baixa e comparável aos pacientes tratados sem gating. Isso demonstra o benefício de gating respiratório

Citation:. Saito T, Matsuyama T, Toya R, Fukugawa Y, Toyofuku T, Semba A, et al. (2014) Respiratory Gating durante a radioterapia estereotáxica corpo para o cancro do pulmão Reduz Tumor Posição variabilidade. PLoS ONE 9 (11): e112824. doi: 10.1371 /journal.pone.0112824

editor: Zhuoli Zhang, Northwestern University Feinberg School of Medicine, Estados Unidos da América

Recebido: 11 de julho de 2014; Aceito: 16 de outubro de 2014; Publicação: 07 de novembro de 2014

Direitos de autor: © 2014 Saito et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original ea fonte sejam creditados

Data Availability:. O autores confirmam que todos os dados subjacentes às conclusões estão totalmente disponíveis sem restrições. Todos os dados relevantes estão dentro do papel e seus arquivos de suporte de informação

Financiamento:. Os autores não têm apoio ou financiamento para relatar

Conflito de interesses:. Os autores declararam que não existem interesses conflitantes.

Introdução

o advento das quatro dimensões de planejamento tomografia computadorizada (4D-CT) e de métodos que mitigar os efeitos do tumor movimento respiratório durante a irradiação tem o potencial de melhorar a relação terapêutica da radioterapia para câncer de pulmão [1] – [4]. gating respiratório é uma técnica não-invasiva para tratar o problema colocado pelo movimento respiratório de tumores, incluindo cancros do pulmão [5] – [10]. Com base nos resultados dos nossos estudos de simulação anteriores que compararam técnicas de propagação respiratórias [11], [12] que usamos gating baseada fase em pacientes com câncer de pulmão para definir a janela de gating para cobrir 30% de um ciclo de trabalho em torno de fim de validade. Como nossas investigações anteriores eram estudos de simulação de tratamento nos propusemos a confirmar a precisão de entrega de tratamento em pacientes que tratado com gating respiratório e verificada a validade dos nossos critérios de seleção para identificar os pacientes elegíveis para gating respiratório [13]. Embora outros [7] [8], que aplicou análise do planejamento do tratamento sugerido que gating respiratório oferece benefícios teóricos, esta questão ficou para ser examinada no contexto clínico.

O dispositivo de imagem portal eletrônico (EPID) torna possível determinar se gating reduz a variabilidade na posição do tumor e a aquisição contínua de imagens com o portal EPID em modo cine foi usado para a verificação de tratamento [14] – [16]. No presente estudo foi utilizado imagens EPID para avaliar o efeito de gating respiratório sobre a precisão do tratamento. Estudos anteriores relataram que os tumores de pulmão com maior movimento respiratório durante a simulação de tratamento tendem a mostrar maior variabilidade posição durante o tratamento do que os tumores estáticos [17] – [19]. Porque nós tenderam a selecionar pacientes com tumores móveis para gating respiratório, esses tumores podem mostrar uma grande variabilidade posição sem gating. Se os tumores tratados com móveis gating show de posição baixa variabilidade durante as fases fechado, este deve indicar o benefício de gating respiratório. Neste estudo, foram comparados tumor movimento respiratório e variabilidade de posição entre os grupos de pacientes tratados com e sem gating respiratório.

Materiais e Métodos

Os pacientes

Entre Outubro de 2008 e Maio 2013, tratou 62 pacientes consecutivos com 69 cancros do pulmão primários e metastáticos com radioterapia estereotáxica corpo. A população do estudo atual é composta por 30 destes pacientes cujos 30 tumores eram claramente visíveis nas imagens EPID adquiridos durante as suas sessões de tratamento. Nós 14 pacientes submetidos a gating respiratório (grupo A); os outros 16 foram tratados sem gating (grupo B). Para identificar os pacientes elegíveis para gating consideramos principalmente tumor movimento durante os tratamentos de simulação 4D-CT. Normalmente nós escolhemos os pacientes cujos tumores apresentavam movimento respiratório tridimensional ≧ 5 mm [13]. Nós determinado a não usar gating respiratório para os pacientes com respiração irregular (frequência e /ou amplitude), avaliando as curvas respiratórias registradas na aquisição de dados 4D-CT. volume de irradiação do pulmão foi outro fator foi considerado na seleção de pacientes para gating. O diâmetro médio do tumor era de 20 mm (9-40 mm) no grupo A e 21 mm (intervalo de 10-36 mm) do grupo B. Dos 14 tumores no grupo A, duas estavam localizados no lobo superior, um no lobo médio, e 11 no lobo inferior; 15 Grupo B tumores estavam no lobo superior e um foi no lobo inferior. Todos os pacientes deram o seu consentimento informado por escrito para a utilização dos seus dados para fins de investigação antes do tratamento. As características do tumor são mostradas na Tabela S1. A análise retrospectiva de dados neste estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade Kumamoto (No. 790).

Tratamento

Nós usamos uma almofada formada a vácuo (ESFORM, Engenharia de Sistemas, Matsumoto, Japão) para a imobilização do corpo. O tomógrafo utilizado para aquisição de dados foi um GE LightSpeed ​​RT (GE Medical Systems, Waukesha, WI, EUA) instrumento. Detalhes do nosso processo 4D-CT são descritos em outro lugar [11]. Um sistema externo respiratória monitor (em tempo real do sistema de administração de posições, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, EUA) registrou os movimentos respiratórios, em correlação temporal com CT de aquisição de digitalização. Para delimitação alvo e planejamento do tratamento foi utilizado um sistema de planejamento de tratamento (XiO, Elekta, Estocolmo, Suécia). O volume alvo clínico (CTV) foi contornado para incluir o volume do tumor bruta ea extensão do tumor microscópico. CTV individuais em fases selecionados foram combinados para formar CTV composto e considerado o volume alvo interno (ITV). O volume de destino de planejamento (PTV) foi definida como uma expansão da ITV, com uma margem de 5 a 8 mm no crânio-caudal (CC) direção e uma margem de 5 mm nas outras direções. A margem de PTV na direção CC foi determinada individualmente de acordo com o movimento respiratório tumor em imagens 4D-CT. Normalmente nós adicionamos uma margem de folha de 5 mm ao PTV

Para a radioterapia foi utilizado um instrumento Clinac iX (Varian Medical Systems).; a taxa de dose de 600 MU /min. Estereotáxica radioterapia corpo foi entregue através de 6 coplanares e não coplanares vigas estáticas usando 6 MV de fótons. A dose prescrita foi de 48 Gy no isocentro em 4 fracções, no decurso de 4 a 9 dias (mediana de 5 dias). A configuração do paciente foi corrigido usando um scanner quilovoltagem cone-beam CT on-board; as imagens foram adquiridas em condições de respiração livre. No grupo A foi utilizado gating à base em torno de fase final da expiração e definir um comprimento de 30% de um ciclo respiratório completo como a janela de gating. Durante o tratamento fechado o sistema de monitoração respiratória externo (Varian Medical Systems) sincronizado o tratamento com ciclo respiratório do paciente.

movimento do tumor durante a simulação

Para avaliar tridimensional tumor movimento respiratório usamos 4D- CT imagens adquiridas durante simulações de tratamento. Um oncologista (T. S.) delineou os CTV em imagens de CT de duas fases respiratórias extremas. Medimos a distância do-inspiração final CTV centróide para o final da expiração CTV centroid usando um sistema de planejamento de tratamento (XiO, Elekta, Estocolmo, Suécia).

A aquisição de imagens durante o tratamento

Para aquisição de imagem cine durante o tratamento foi utilizada uma EPID silício amorfo (aS1000, Varian Medical Systems) montado no Clinac iX. O EPID tinha uma área ativa de 40 × 30 cm, que continha 1024 × 768 pixels. As imagens EPID foram adquiridos em 7,5 frames por segundo (20 quadros por uma imagem EPID). Rotineiramente imagens adquiridas cine EPID de todas as portas de tratamento em todas as sessões de tratamento. Nos pacientes tratados antes de Setembro de 2010, não foram capazes de obter imagens cine EPID da mesma porta que foi usado para a aquisição de imagem portal antes do tratamento (o ângulo de pórtico foi de 180 ° na maioria dos pacientes), e, portanto, nós não temos imagens EPID de todos sessões.

variabilidade posição do tumor durante o tratamento

variabilidade posição do tumor foi avaliado pelo oncologista (TS) para identificar a posição do tumor em relação a uma imagem de referência, usamos software de registro (revisão off-line, Varian Medical Systems). O software fornece um valor de deslocamento inteiro. Foram avaliados apenas imagens Epid obtidos em um ângulo de pórtico de 180 °. A Figura 1 mostra o nosso procedimento para a medição da posição do tumor. Em todas as sessões de tratamento que usamos a primeira imagem EPID adquirida na primeira sessão como referência para medições posteriores sobre todas as outras imagens EPID. Nós primeira delineado o tumor na imagem EPID de referência e, em seguida, usou seu contorno para medir o deslocamento do tumor nas outras imagens EPID. Ao fazer corresponder o contorno para a imagem do tumor em cada imagem EPID fomos capazes de medir o deslocamento da posição do tumor em relação à imagem de referência EPID (Figura 1). deslocamento do tumor foi medido em o CC e o (ML) direcção médio-lateral. imagens EPID adquirida durante 2 a 4 foram utilizadas (média de 3,4) sessões de tratamento por paciente para avaliação da variabilidade. Foram analisados ​​um total de 1.168 imagens Epid adquiridos no decurso de 101 sessões. Em cada paciente, foi avaliada a variabilidade na posição do tumor medindo o desvio padrão (DP) e o intervalo da posição do tumor durante todas as sessões (Figura 2).

= EPID dispositivo de imagiologia portal electrónico.

a variabilidade foi avaliada por determinação do desvio padrão (SD) e faixa da posição do tumor durante todas as sessões.

variação inter-observador

Para avaliar a inter-observador variações na posição tumor medida que usamos a segunda e última imagens EPID de cada sessão (202 imagens adquiridas em 101 sessões). A posição do tumor em relação à primeira imagem EPID obtido na primeira sessão foi medido de forma independente por 2 oncologistas radiação (T.S. e T.M.) e a média e o desvio padrão da diferença entre as medições foram calculados. variação inter-observador foi avaliada na direção CC e ML.

A análise estatística

Foi utilizado o teste de Mann-Whitney para comparar tumor movimento respiratório e variabilidade posição nos grupos A e B. Os Wilcoxon Signed Rank test foi utilizado para comparar as posições do tumor medidos pelos radioterapeutas 2. Todos os testes estatísticos foram realizados com o software GraphPad Prism 6 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, EUA). Diferenças de p 0,05. Foram considerados estatisticamente significantes

Resultados

variação inter-observador

variações inter-observador na localização do tumor foram avaliados medindo a diferença no tumor posição gravada pelos dois observadores. Para um total de 202 observações, o (DP) médio de diferença entre eles foi de 0,3 mm (0,8 mm) na direcção CC e 0,3 mm (0,8 mm) na direcção ml (Tabela S2). As posições de tumor medidos pelos oncologistas 2 foram estatisticamente significativamente diferentes na direcção CC (p 0,001) e na direcção ml (p 0,001).

tumor movimento durante a simulação tratamento

a Figura 3 mostra o tumor movimento respiratório tridimensional medido durante a simulação do tratamento utilizando CT planeamento 4D. O tumor movimento médio foi maior no grupo A do que B (9 mm, faixa de 3-30 mm vs. 2 mm, faixa de 0-4 mm) (p 0,001). (Tabela S1)

tumor variabilidade posição durante o tratamento

Para avaliações de variabilidade que usamos imagens EPID adquiridas durante o tratamento. A SD e o intervalo da posição do tumor durante todas as sessões de tratamento foram calculadas para cada paciente (Figura 2) (Tabela S3, S4 Tabela). Figura 4 e 5 mostram os desvios padrões e os intervalos de a posição do tumor, respectivamente, nos dois grupos de pacientes. No grupo A e o grupo B a SD mediana da posição do tumor foi de 1,1 mm e 0,9 mm de CC (p = 0,24) e 0,7 mm e de 0,6 mm na direcção ml (p = 0,89), respectivamente. O intervalo médio da posição do tumor foi de 4,0 mm e 3,0 mm de CC (p = 0,21) e 2,0 mm e de 1,5 mm na direcção ml (p = 0,20), no grupo A e B, respectivamente. A diferença na variabilidade entre os dois grupos não foi estatisticamente significativa. O intervalo de deslocamento do tumor na direcção CC não superior a 6 mm, mas em qualquer um paciente que foi submetido a gating respiratório e manifesta uma gama de 8 mm. O intervalo de deslocamento do tumor na direcção ML não era mais do que 6 mm de qualquer um dos 30 pacientes.

Cada ponto representa a posição de SD de tumores de um único paciente durante todas as sessões de tratamento. CC = crânio-caudal; ML = mediolateral.

Cada ponto representa gama da posição do tumor de um único paciente durante todas as sessões de tratamento. CC = crânio-caudal; ML = mediolateral.

Discussão

Usando imagens EPID encontramos essa posição tumor variabilidade nos nossos pacientes tratados com e sem gating respiratório foi baixa e comparável ao relatado em estudos anteriores [17 ], [20] – [22] (Tabela 1). Os pacientes submetidos a gating manifestado maior movimento respiratório durante a simulação, no entanto, a variabilidade posição tumor durante o tratamento foi comparável aos pacientes tratados sem gating. Nossos resultados, com base em dados adquiridos durante o tratamento de pacientes com câncer de pulmão, confirmou que gating respiratório foi benéfico em reduzir a variabilidade posição tumor.

Os nossos resultados também confirmam que os critérios de selecção que usamos para identificar os pacientes que podem beneficiar de gating respiratório foram adequado. Para alcançar baixa variabilidade, os pacientes com tumores altamente móveis devem ser excluídos do grupo tratado sem gating. Tinha sido nossos critérios excessivamente conservadora (isto é, sem gating respiratório em alguns pacientes com tumores móveis), seria de esperar para encontrar uma grande variabilidade na posição tumor durante o tratamento, sem gating. Portanto, a baixa variabilidade em pacientes tratados sem gating sugere que os nossos critérios de selecção pacientes com tumores altamente móveis excluídos de forma adequada. Com base em nossa análise de planejamento do tratamento anteriormente relatados [13] consideramos tumores com os movimentos respiratórios, tridimensional ≧ 5 mm na simulação 4D-CT imagens elegíveis para gating respiratório. Regularidade da respiração e do volume de irradiação do pulmão esperado são fatores adicionais a serem considerados na seleção dos pacientes submetidos à gating respiratório. Respirando irregularidade pode levar a delimitação imprecisa de gating janela ITV [23], o que compromete a validade do planejamento do tratamento em radioterapia fechado-respiratória. Quando o tumor é grande e /ou localizado no lobo inferior, o volume de irradiação do pulmão tende a ser grande, e risco de toxicidade pulmonar deve aumentar a necessidade de gating respiratório.

A diferença inter-observador em relação ao localização do tumor era pequeno e valida a avaliação quantitativa do nosso estudo. diferenças entre observadores na avaliação de imagens EPID de pacientes com câncer de pulmão foram avaliadas por outros [22], [24], [25] que não use marcadores fiduciais. Spoelstra et ai. [22] que examinou variações inter-observadores na identificação de estruturas internas de imagens portal electrónico integrado em tempo descobriu que o desvio padrão da variação entre os dois observadores, para um total de 57 observações, foi de 0,7 e 0,8 mm de ML e CC direcção, respectivamente. Muirhead et ai. [24] analisaram megavoltagem cine-imagens de pacientes com câncer de pulmão localmente avançado; eles relataram que por dois observadores a diferença média de movimento do tumor, a estrutura hilar e carina foi de 0,41 mm, de 0,63 mm e 0,33 mm, respectivamente. As diferenças entre observadores em nosso estudo foram comparáveis ​​a esses estudos anteriores. Observou-se que a posição do tumor medido pelos radioterapeutas 2 foi estatisticamente diferente nesta amostra relativamente grande (n = 202). No entanto, esta diferença não seria clinicamente relevante porque o valor absoluto da diferença entre os dois observadores foi substancialmente pequena.

A variabilidade intra e interfractional na posição do tumor tem sido investigada [17], [20] – [22] (Tabela 1). A magnitude da variabilidade intrafractional pode refletir fatores como a imobilização corpo e tumor movimento respiratório. Além disso, a variabilidade interfractional reflete erros na orientação de imagem e variações interfractional na respiração; ela pode ser maior do que a variabilidade intrafractional [26]. Para o tratamento preciso, gating respiratório devem controlar não só tumor movimento respiratório durante uma fração, mas também variações na respiração entre as frações. Nossa análise abrangente de todas as imagens EPID adquiridos durante todas as sessões de tratamento sugere que gating respiratório reduz a variabilidade intra e interfractional na posição de tumores pulmonares.

Lung tumores perto do diafragma tendeu a mostrar grande movimento respiratório [2 ], [13]. Em nossos pacientes, dos 14 tumores submetidos a gating respiratório (grupo A), 11 estavam localizados no lobo inferior, enquanto 15 dos 16 tumores tratados sem gating (grupo B) foram no lobo superior. Isto pode explicar a diferença de tumor movimento respiratório entre os dois grupos e os seus comparável variabilidade posição tumor indica que gating respiratório compensa mobilidade tumor.

Como limitação de nosso estudo, que foi composta por 30 dos 69 (43 %) tumores de pulmão tratados consecutivamente e incluiu apenas os tumores que eram claramente visíveis nas imagens EPID. Richter et al. [18] que analisou a viabilidade de rastreamento markerless de tumores pulmonares informou que a visibilidade do tumor foi suficiente em 47% dos seus filmes EPID. No estudo de Ueda et al. [17], foram utilizados 38% das imagens EPID para análise de movimento tumor de pulmão sem marcadores fiduciais.

Em investigações anteriores, o benefício potencial relatado de gating respiratório foi baseada principalmente em planejamento análises baseados em [7], [8], [27]. Poucos estudos avaliaram o benefício de gating respiratório com base em dados adquiridos durante a radioterapia. Investigou-se a variabilidade na localização de tumores pulmonares em imagens epi D a partir de um número relativamente grande de doentes. Para o nosso conhecimento, esta é a primeira comparação de pacientes com cancro do pulmão submetidos a radioterapia com e sem gating respiratório. Em estudos anteriores, a posição do tumor variabilidade foi avaliada principalmente em um único grupo de pacientes. Por conseguinte, o efeito de gating não puderam ser avaliadas separadamente a partir de outras fontes de variabilidade [17], [20] – [22]. Para entender melhor o efeito de gating respiratório, nós estamos continuando a recolher dados obtidos em pacientes com câncer de pulmão tratados com- e sem gating respiratório.

Conclusões

Usando a análise baseada em imagem EPID foi avaliada a efeito da gating respiratório sobre a precisão do tratamento. Tumor variabilidade posição durante o tratamento foi comparável em pacientes tratados sem- e os doentes tratados com gating respiratório, apesar da maior movimento respiratório durante a simulação no último grupo. Esta observação confirma o benefício de gating respiratório. Com base em nossos resultados, sugerimos que a seleção paciente apropriada e o uso adequado de gating respiratório facilitar a entrega correta do tratamento em pacientes com câncer de pulmão.

Informações de Apoio

Tabela S1. características

tumorais e os movimentos respiratórios,

DOI: 10.1371. /journal.pone.0112824.s001

(XLS)

Tabela S2.

variação inter-observador na localização do tumor

doi:. 10.1371 /journal.pone.0112824.s002

(XLS)

Tabela S3.

posição Tumor variabilidade durante o tratamento no grupo A.

doi: 10.1371 /journal.pone.0112824.s003

(XLS)

Tabela S4.

posição Tumor variabilidade durante o tratamento no grupo B.

doi: 10.1371 /journal.pone.0112824.s004

(XLS)