Abstract

Purpose

Uma análise precisa da correlação entre a deformação da próstata e deslocamento de seu centro de gravidade (CG) é importante para a terapia de radiação eficaz para o câncer de próstata. Neste estudo, abordou este problema através da introdução de uma nova abordagem de análise.

Método

Um planejamento tomografia computadorizada (TC) e 7 repetir tomografias de feixe cônico durante o curso do tratamento foram obtidos para 19 pacientes de câncer de próstata submetidos a radioterapia conformada tridimensional. Um único observador contornos da próstata somente. Para avaliar a deformação local da próstata, que foi dividido em 12 segmentos definidos manualmente. deformação da próstata foi calculada utilizando in-house desenvolvido software. A correlação entre o deslocamento do centro de gravidade e à deformação local da próstata foi avaliada usando análise de regressão múltipla.

Resultados

O valor médio eo desvio padrão (SD) da deformação da próstata foram de 0,6 mm e 1,7 mm, respectivamente. Para a maioria dos pacientes, o SD locais da deformação foi ligeiramente lager nos segmentos superiores e inferiores. análise de regressão múltipla

revelaram que o deslocamento

ântero-posterior do centro de gravidade da próstata tinha uma correlação altamente significativa com as deformações no meio-anterior (

p Art 0,01) e média posterior (

p Art 0,01) segmentos da superfície da próstata (

R

2

= 0,84). No entanto, não houve correlação significativa entre o deslocamento do centro de gravidade e a deformação da superfície da próstata em outros segmentos.

deslocamento Conclusão

ântero-posterior do centro de gravidade da próstata é altamente correlacionado com deformações em seus segmentos de meia-anterior e posterior. Na terapia de radiação para câncer de próstata, é necessário optimizar a margem interna para cada posição da próstata medido utilizando radioterapia guiada por imagem

Citation:. Nakazawa T, Tateoka K, Saito Y, Abe T, Yano M, Yaegashi Y, et al. (2015) Análise da próstata deformação durante um curso de radioterapia para câncer de próstata. PLoS ONE 10 (6): e0131822. doi: 10.1371 /journal.pone.0131822

editor: Zoran Culig, Innsbruck Medical University, ÁUSTRIA

Recebido: 24 Janeiro, 2015; Aceito: 07 de junho de 2015; Publicação: 29 de junho de 2015

Direitos de autor: © 2015 Nakazawa 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

Disponibilidade de dados: Todos os dados relevantes estão dentro do papel

financiamento:.. os autores não têm apoio ou financiamento para relatar

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

Introdução

o objetivo da terapia de radiação é concentrar as doses de radiação sobre o tumor, minimizando a exposição de tecido saudável circundante [1]. Este objectivo pode ser atingido por meio de duas técnicas de terapia de radiação: conformada tridimensional de terapia de radiação (3DCRT) e terapia de radiação de intensidade modulada (IMRT) [2]. Além disso, é possível reduzir a incerteza de configuração utilizando radioterapia guiada por imagem (IGRT), que utiliza um CT sistema (a TCCB) kilovoltagem cone-feixe montado sobre um acelerador linear [3, 4], em combinação com as duas técnicas acima.

volume alvo Planning (PTV) margem, que leva em conta tanto a margem interna (IM) ea criação de margem (SM), é utilizado durante o planejamento da radioterapia para entregar uma prescrito dose absorvida ao volume alvo clínico (CTV). Minimização da margem PTV pode reduzir o risco de toxicidade para o tecido normal circundante [5]. redução da margem PTV que não leva em conta fisiológico incertezas (por exemplo enchimento reto) pode levar a falha bioquímica da terapia de radiação para câncer de próstata [6]. O IM é tipicamente calculada com base no deslocamento do centro de gravidade (CG), da próstata ou marcadores de implantes na glândula da próstata [7, 8]. Na terapia de radiação para o cancro da próstata, no entanto, IM não suficientemente em conta a deformação da próstata. Por conseguinte, as deformações significativas da próstata tem sido demonstrado que podem causar diferenças entre a dose administrada e a dose planeada [9].

Nos relatórios publicados, análise deformação da próstata foi realizada por meio de tomografia computadorizada (TC) ou ressonância magnética (MRI) que as imagens foram adquiridas repetidamente durante o curso de radioterapia para o cancro da próstata. Assim, Deurloo

et al

. quantificou a deformação da próstata e as vesículas seminais usando varreduras de repetição CT e relatou que esta deformação era pequeno em comparação com o movimento da próstata [9]. van der Wielen

et al

. resultados semelhantes obtidos com base no registro de imagens deformável (DIR) de imagens de CT [10]. Em contraste, Nichol

et al

. detectados deformações fisiológicos da próstata superior a 3 mm com base na quantificação de imagens de ressonância magnética [11].

Deuloo

et al

. assumido que a deformação da próstata ocorre apenas na direcção perpendicular à superfície da glândula da próstata [9]. No seu estudo, a deformação foi obtido com base no chanfro correspondente de toda a próstata e as vesículas seminais. Assim, a deformação da próstata pode ter sido influenciado pela deformação das vesículas seminais [10]. Por outro lado, a precisão da abordagem DIR, que foi utilizado para analisar a deformação da próstata por van der Wielen

et ai. e Nichol

et al

., varia de acordo com o algoritmo empregado [12] e as discrepâncias correspondentes podem ter afetado os resultados da análise. Além disso, o principal objectivo da análise deformação da próstata foi medida para calcular o desvio padrão (DP) da deformação da próstata, ao passo que a correlação entre o deslocamento da próstata e a sua deformação não tenha sido anteriormente investigada. Uma vez que o IM definido pela Comissão Internacional de Radiação Units (ICRU) relatam 62 leva em conta a incerteza geométrica no deslocamento e deformação do alvo, é importante investigar esta correlação.

Neste estudo, nós quantificamos a deformação da próstata utilizando um método simples que define a direção deformação e analisada a correlação entre a deformação e deslocamento do centro de gravidade da próstata em radioterapia.

Materiais e Métodos

os pacientes

pacientes com câncer de próstata Dezenove tratados entre abril de 2011 e agosto de 2012, com 3DCRT foram estudados retrospectivamente. A análise retrospectiva foi realizada em conformidade com a Declaração de Helsínquia e pelo protocolo do estudo foi aprovado pelo comitê de ética médica de Kushiro Cidade General Hospital. As informações do paciente foi anónimos e de-identificados antes da análise. O tumor estágios clínicos foram os seguintes: T1, 7 pacientes; T2, 8 pacientes; e T3, 4 pacientes. Onze pacientes foram submetidos à terapia hormonal antes 3DCRT (duração média: 6 meses, intervalo: 3-21). Todos os pacientes foram prescritos uma dose de 70 Gy em 35 frações mais de 50-55 dias. Eles foram orientados a esvaziar o reto e beber 250 ml de água 30 minutos antes do CT de planejamento (LightSpeed ​​RT, GE Healthcare Ltd, Little Chalfont, Buckinghamshire, HP7 9na, Reino Unido) e entrega de tratamento para o enchimento da bexiga. As imagens de TCCB foram adquiridas uma vez a cada cinco frações para um total de 7 conjuntos de dados por paciente. O CT planejamento e imagens de TCCB foram reconstruídos utilizando uma espessura de corte de 2,5 mm e um incremento de 2,5 mm. Um único observador contornos da próstata em todas as imagens de TCFC.

análise do volume da próstata

Sanguineti

et al

. relataram que o volume da próstata diminui no tempo sob a influência de terapia hormonal [13]. Para investigar se a deformação da próstata inclui uma tal mudança de volume, a variação do volume da próstata durante o curso da terapia de radiação, foi investigada. A média e SD do volume da próstata foram calculados com um sistema de tratamento de radiação de planejamento (Eclipse v 6.0, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). A tendência momento da mudança do volume da próstata foi avaliada por meio do coeficiente de correlação de Spearman.

deformação próstata análise

A deformação da próstata foi definido como a distância entre a superfície da próstata no planejamento CT imagem e a imagem CBCT para cada fracção. análise de próstata deformação foi realizada utilizando software desenvolvido internamente.

Em primeiro lugar, prematching foi realizada. Registro óssea rígida entre o CT planejamento e as imagens obtidas por meio de próstata com contornos foi obtida com Velocity AI (velocidade Medical Systems, Atlanta, GA 9), que alinhado os dois sistemas de coordenadas. Em seguida, os dados de contorno no CT planejamento e as imagens de TCCB foram transferidos para o software desenvolvido in-house. deslocamento de próstata foi medida como o deslocamento entre o centro de gravidade da próstata na verificação de planejamento CT e os exames tomográficos, ea tomografia computadorizada de planejamento e todos os exames tomográficos foram pareados com base na roda denteada da tradução de próstata. Para alinhar as fatias da base e ápice dos contornos da próstata nos exames tomográficos e da verificação de planejamento CT, os pontos de vista crânio-caudal do contorno da próstata nos exames tomográficos ou foram expandidos ou contraídos temporariamente (Fig 1A). Se o número de fatias de contornos de próstata em uma varredura de CBCT foi diferente do que na tomografia computadorizada de planejamento, interpolação linear entre as fatias na varredura CBCT foi utilizado para igualar os dois números. Os pontos em que os contornos da próstata na verificação de planejamento CT e os exames tomográficos cruzado com uma linha recta traçada a cada 10 graus através do centro de gravidade do contorno da próstata para cada fatia de a imagem de planejamento CT foram calculados como os pontos de referência (Fig 1B) . Finalmente, as vistas crânio-caudal do contorno da próstata no TCCBs foram devolvidos ao seu estado original, e as distâncias entre os pontos correspondentes foram medidos como deslocamentos locais da próstata (Fig 1B). Para avaliar as deformações locais, a próstata foi dividido em 12 segmentos definidos manualmente: ântero-superior, (SA), Superior-posterior (SP) e superior direito (SR), Superior-esquerda (SL), médio-anterior (MA), médio-posterior (MP), de meia-direita (MR), de meia-esquerda (ML), inferior-anterior (IA), inferior-posterior (IP), inferior direito (IR), e inferior esquerdo (IL) ( Fig 2). A correlação entre o deslocamento do centro de gravidade e à deformação local da próstata foi avaliada usando análise de regressão múltipla (método stepwise).

O sólido e as linhas tracejadas representam os contornos da próstata no CT planejamento e exames tomográficos, respectivamente. (A) Uma representação dos contornos 2D sagital da próstata. Para alinhar as posições da base e ápice da contornos da próstata nos exames tomográficos às da tomografia computadorizada de planejamento, vistas crânio-caudal do contorno da próstata nos exames tomográficos ou foram expandidos ou contraídos. Eles foram devolvidas aos seus estados originais após o alinhamento. (B) uma representação 2D dos contornos axiais de uma próstata. A marca de cruz é o centro de gravidade do de próstata em uma fatia representativa. As setas indicam as direções de deformação da próstata.

Superior-anterior (SA), Superior-posterior (SP) e superior direito (SR), Superior-esquerda (SL), médio-anterior (MA ), médio-posterior (MP), de meia-direita (MR), de meia-esquerda (ML), inferior-anterior (IA), inferior-posterior (IP), inferior direito (IR), e inferior esquerdo (IL ). A próstata foi dividido em três segmentos, aproximadamente iguais, na dimensão fatia (o primeiro 1/3 do volume da próstata foi denominado o segmento superior, e o último 1/3 foi denominado o segmento inferior) e em quatro segmentos iguais em cada fatia ( anterior, posterior, à direita, e os segmentos de esquerda).

erro

intra-observador

Para excluir erros inter-observador, um único observador contornos da próstata em todas as imagens. Para avaliar o erro intra-observador usando o método introduzido por Deurloo

et al

. [9], as imagens da próstata adquiridas com o planejamento CT e CBCT foram recontoured pelo mesmo observador. Durante este processo, o observador cego para os contornos iniciais. Intra-observador de variação resulta em superestimação da SDs do deslocamento locais da próstata. O SD medida do deslocamento local (

SD

medida

) pode ser escrita como: 1where

SD

intra

é a variação intra-observador e

SD

real

é o SD real do deslocamento locais da próstata. Os deslocamentos locais entre os contornos iniciais e segundo (

LD

i-s

) e seus SDs foram calculados utilizando a abordagem descrita na seção anterior. Dado que o erro associado a variação intra-observador foi introduzida duas vezes durante este processo, estes valores foram divididos pelo SD: 2where

N

é o número de conjuntos de imagens para cada paciente. Os valores de

SD

reais foram calculados com Eq 1.

Resultados

Volume da próstata análise

A média e SDS valores do volume da próstata eram de 30,7 ml e 15,9 ml, respectivamente. O volume normalizada em relação ao volume obtido a partir dos resultados da CT planeamento é mostrado na Figura 3, como uma função da fracção. Os volumes normalizados foram calculados sobre os 19 pacientes. O coeficiente de determinação foi 0,0463, e não foi observada tendência linear significativa (

p

= 0,28). Uma vez que o volume da próstata não se alterou durante o curso da terapia de radiação, variações de volume não interferiu com a avaliação da deformação da próstata.

Não houve tendência de tempo significativo.

Prostate deformação análise

a tabela 1 resume as deformações médias de próstata nos segmentos definidos manualmente. A deformação máxima média da próstata era de 1,3 mm no segmento de I-L, e o valor médio deformação era abaixo de 1,0 mm em quase todos os segmentos. A deformação máxima da próstata absoluta foi de 13,1 mm na direcção antero-posterior (AP) no segmento de SP da próstata.

A EDS da deformação da próstata nos segmentos definidos manualmente estão resumidos na Tabela 2. A valor médio de

SD

medida

foi de 2,0 mm. Embora

SD

intra

foi abaixo de 1,0 mm em quase todos os segmentos, os valores de 1,1-1,7 mm foram obtidos para alguns segmentos superiores e inferiores.

a Tabela 3 contém as estatísticas de deslocamento da próstata para todos os pacientes. Em A-P e instruções S-I, um deslocamento da próstata de 3 foi observada mm de 70% dos casos, enquanto que um deslocamento da próstata de ≥5 mm foi observada em 10% dos casos. O deslocamento da próstata era abaixo de 1,5 mm na direcção RL.

A análise de regressão múltipla revelou que o deslocamento AP do centro de gravidade da próstata tinha uma correlação altamente significativa com as deformações no MA (

p Art 0,01) e MP (

p Art 0,01) segmentos da superfície da próstata (

R

2

= 0,84). No entanto, não houve correlação significativa entre o deslocamento do centro de gravidade e a deformação da superfície da próstata em qualquer outro segmento.

Discussão

Neste estudo, foi avaliada a deformação da próstata utilizando um método simples que definiu a direcção da deformação da próstata e analisada a correlação entre o deslocamento do centro de gravidade da próstata e a deformação da sua superfície em terapia de radiação.

o

SD

real

da deformação da próstata em todos os segmentos era cerca de 1,5 mm, e a deformação máxima da próstata era de 13 mm neste estudo. A este respeito, van der Wielen

et al

. implantado três ou quatro marcadores fiduciais em cada paciente e realizada uma verificação de repetição CT antes ou depois de uma fracção de tratamento no tratamento semanas 2, 4 e 6. Como resultado, o DP da deformação da próstata obtido foi relatado como sendo de cerca de 1 mm [ ,,,0],10]. Em acordo, no estudo da Nichol

et al

. que também utilizados marcadores fiduciais e RM realizada antes ou durante uma fracção de tratamento, o DP da deformação da próstata era de aproximadamente 1 mm e a deformação máxima da próstata era de 13 mm [11]. Apesar de a deformação máxima da próstata no presente estudo foi semelhante à que nos relatórios publicados, o DP correspondente foi um pouco maiores. Este desvio pode resultar das diferenças entre o nosso método de análise e o método empregado por DIR van der Wielen

et al

. e Nichol

et al

. Um estudo precisão de registo deformável multi-institucional [12] demonstraram que o erro médio absoluto e o SD absoluto para a próstata foram de 0,4 e 6,2 milímetros e 0,3-3,4 mm, respectivamente. A precisão do método DIR varia dependendo do algoritmo de [12], e a correspondência ponto-a-ponto entre as duas imagens é normalmente desconhecida. Além disso, não existe qualquer padrão de ouro para a avaliação do desempenho destes algoritmos [14]. Portanto, no presente, pode ser difícil analisar deformação órgão com suficiente precisão usando o método DIR. Em contraste, nós utilizado um método com um modelo simples deformação que não usa DIR, e as influências da mudança de volume da próstata e erro intra-observador foram tidos em conta. Por isso, nossa metodologia não sofrem de potenciais imprecisões decorrentes de diferenças nos algoritmos DIR. Nós acreditamos que o valor um pouco maior do

SD

real

da deformação da próstata é uma consequência da aplicação desta abordagem menos tendencioso. Na verdade, a próstata não se deforme ao longo de uma direcção definida. É provável que o vector de deformação final é determinada pela pressão interna associada à próstata encolhimento ou inchaço e a pressão externa, por exemplo, a partir de enchimento recto, e um algoritmo que leva estes parâmetros em conta é necessária para a avaliação mais fiável.

não foi encontrada nenhuma correlação significativa entre o deslocamento do centro de gravidade e à deformação local da próstata em quase todos os segmentos da próstata. Portanto, em contraste com o deslocamento do centro de gravidade, as deformações da próstata são susceptíveis de ser principalmente aleatório. No entanto, o deslocamento A-P do centro de gravidade da próstata tinha uma correlação altamente significativa com as deformações no M-A (

P

0,01) e M-P (

P

0,01) segmentos. Sabe-se que o deslocamento do recto superior afecta significativamente o deslocamento da próstata [15], e tais expansão ou de deslocamento pode também influenciar a deformação da próstata (Figura 4). Mesmo no caso de IGRT para o cancro da próstata utilizando marcadores de implantes ou a TCCB, um IM apropriada terá de ser adicionado à CTV devido à deformação da próstata que é independente do seu deslocamento. Além disso, se o deslocamento da próstata ocorre na direcção A-P, pode ser possível ajustar o IM com base na posição do centro de gravidade. Por exemplo, se a próstata movido na direcção anterior, um IM menor (por exemplo margem zero) pode ser utilizado em terapia de radiação para o cancro da próstata. Wen et al. relataram que a probabilidade de complicações de tecido normal previsto para sangramento rectal final foi reduzida em 3,6%, em média, quando a margem foi reduzida de 10 mm e 6 mm na próstata anterior /interfaces de parede rectal a 5 mm e 3 mm, respectivamente. Além disso, é ainda mais reduzida em 1,0%, em média, quando a margem foi uniformemente reduzido a 3 mm [16]. Portanto, mesmo uma pequena redução da margem pode reduzir substancialmente o risco de sangramento rectal tarde, e existe uma elevada probabilidade de que a terapia de radiação com o IM ajustada com base na posição do centro de gravidade irá ser eficiente na redução da margem.

expansão ou deslocamento do recto afecta a deformação dos segmentos de MP e MA da próstata.

Optimização da margem PTV que leva em conta a deformação da próstata correlacionados com o seu deslocamento será o tema dos nossos estudos futuros. Por exemplo, a disponibilidade de modelos de plano de tratamento com margens PTV variáveis ​​permitiria selecionar um plano adequado para cada posição da próstata com base em IGRT. O nosso método pode ser útil para tais radioterapia adaptativa para o cancro da próstata.

Conclusão

Neste estudo, avaliou-se a deformação da próstata usando um método simples que definiu a direcção da deformação e avaliada a correlação entre o deslocamento do centro de gravidade da próstata e a deformação da sua superfície. A nossa abordagem resolve o problema de precisão variável de algoritmos DIR. deformação da próstata ocorre mesmo quando o volume médio da próstata permanece inalterada durante o curso da terapia de radiação. O nosso estudo revelou que o deslocamento A-P do centro de gravidade da próstata é altamente correlacionada com a sua deformação no M-A e segmentos H-P. otimização IGRT-guiada ao plano de tratamento para cada posição da próstata é necessário para aumentar a eficiência da terapia de radiação para câncer de próstata.

Reconhecimentos

Gostaríamos de agradecer valiosas discussões com o professor junho Takada (Laboratório Radiation Protection, Sapporo Medical University), Professor Associado Kenichi Kamo (Matemática e Ciências da Informação, Sapporo Medical University), e Professor Assistente Kenichi Tanaka (Laboratório de Proteção Radiológica, Sapporo Medical University). Também gostaríamos de agradecer o oncologista de radiação, médicos físicos e tecnólogos radiação de Kushiro City Hospital Geral por seus valiosos comentários sobre este documento.