Paciento spindulinė terapija (ST) yra sudėtingas procesas. Jis apima tam tikrus žingsnius – gydymo taikinio ir saugotinų sveikų organų apibrėžimą naudojant įvairias vaizdinimo metodikas, dozimetrinio plano sudarymą, jo realizavimą ir tolesnį paciento būklės stebėjimą (angl. follow-up). Naujausia ST įranga leidžia suplanuoti ir realizuoti moduliuoto intensyvumo aukštos energijos fotonų pluoštus. Moduliavimas gali vykti esant statiniams (moduliuoto intensyvumo spindulinė terapija – MIST) ir dinaminiams (rotacinė moduliuoto intensyvumo spindulinė terapija – RMIST) laukams. Visa tai yra sudėtingas individualizuotas procesas, priklausantis tiek nuo konkrečios klinikinės situacijos, tiek nuo paciento anatomijos. Klinikiniame darbe taikinių ir aplinkinių organų kontūrai yra apibrėžiami kiekviename kompiuterinės tomografijos pjūvyje, o tai užtrunka ilgai ir priklauso nuo apibrėžimą atliekančio žmogaus patirties. Siekiant palengvinti ir patobulinti šį procesą, galima pasitelkti dirbtinio intelekto (DI) sistemas, kurios šiandien yra komerciškai prieinamos. Tokios sistemos padeda automatiškai apibrėžti gydymo taikinius ir saugotinus organus, parengti ST gydymo planą. Nepaisant to, šiandien tokia pagalba rutiniškai pasitelkiama retai. Viena priežasčių yra ribotos programinės įrangos galimybės atsižvelgti į individualią paciento anatomiją. Dažnai gydytojas onkologas radioterapeutas rankiniu būdu greičiau apibrėš organą, nei užtruks taisydamas automatiškai nubrėžtą kontūrą. Kitas daug laiko užimantis uždavinys yra dozimetrinio gydymo plano parengimas. Šiuo etapu medicinos fizikas, atsižvelgdamas į gydytojo suformuluotus reikalavimus, parenka švitinimo kryptis, švitinimo laukų dydžius, formas ir spinduliuotės kiekį kiekviename laukų taip, kad taikinys gautų naikinančią dozę, o sveiki audiniai liktų nepažeisti.
Nacionaliniame vėžio institute (NVI), įdiegus spindulinio gydymo planavimo sistemos atnaujinimą, atsirado galimybė naudoti DI sprendimus atliekant dozimetrinio ST gydymo planavimo uždavinius kasdieniame darbe. Įdiegtas automatizuotas, žiniomis paremtas planavimo algoritmas (angl. knowledge-based treatment planning) RapidPlan pagreitina optimizavimo procesą. Gydymo planavimo sistema ieško tinkamiausio sprendimo, atsižvelgdama į suformuluotus uždavinius. RapidPlan algoritmui išmokti yra pateikiami planai, geriausiai atitinkantys naviko kontrolės ir kritinių organų saugojimo kriterijus. Remdamasi modeliui apmokyti naudotais planais, sistema sugeba atpažinti struktūrų išsidėstymą, tarpusavio sąveiką, geba atkartoti optimaliausių gydymo planų parametrus ir minimaliai modifikuotus pritaikyti naujam pacientui. Tokioms sistemoms sėkmingai veikti reikėtų standartizuoti gydymo procesą – vienodas struktūrų skaičius, kontūrų brėžimas ir gydymo laukų išdėstymas. Gydymo planavimo proceso standartizavimas leistų didinti efektyvumą, atkartojamumą, o tam tikrais atvejais – ir plano kokybę.
Šio straipsnio tikslas įvertinti naujai įdiegto automatizuoto dozimetrinių ST planų optimizavimo modulio ruošiamų planų kokybę ir jų paruošimo trukmę.
Metodai
Planavimo metodikoms palyginti parinkti santykinai paprasti klinikiniai atvejai – švitinama tik prostata ir saugomos tik įprastinės kritinės struktūros (šlapimo pūslė ir tiesioji žarna). Iš duomenų bazės atrinkti 16 pacientų, kuriems, naudojant įprastą planavimo metodiką, buvo sudarytas dozimetrinis planas. ST realizavimo metodika pasirinktuose planuose buvo MIST (4 vnt.) ir RMIST (12 vnt.). Taikinio apšvitinimas ir kritinių organų apšvitos dozimetriniai kriterijai gydymo plane atitiko NVI patvirtintus ST metodinius aprašus.
Automatinė optimizavimo metodika
Pasirinktiems pacientams buvo kuriami automatiniai planai, Eclipse v.15.1 (Palo Altas, Kalifornija, Jungtinės Amerikos Valstijos) spindulinio gydymo planavimo programoje naudojant RapidPlan sąsają ir Vašingtono ligoninės paruoštą planų kūrimo modelį (Washington University Prostate Model, Sent Luisas, Jungtinės Amerikos Valstijos). Planavimas vyko optimizuojant vieną kartą, t. y. naujai parengtas planas nebuvo pakarotinai optimizuojamas ir koreguojamas. Taip siekta atsakyti į klausimą, ar galima parengti tinkamą gydymui planą naudojant automatizuotą metodiką. Norint palyginti pirminius planus su RapidPlan metodika parengtais planais, planai buvo normalizuojami taip, kad vidutinė dozė taikinio tūryje būtų lygi paskirtajai ST dozei.
Palyginamoji planų analizė
Dozimetriniams planams palyginti buvo naudojami taikinio ir kritinių organų dozimetriniai rodikliai:
- plano taikinio rodikliai: apšvitinimas (proc.); dozė, tenkanti 5 proc. taikinio tūrio (D5); dozė, tenkanti 95 proc. taikinio tūrio (D95); homogeniškumo indeksas; konformiškumo indeksas;
- šlapimo pūslės apšvitos rodikliai: apšvitinto organo tūris procentais (Vx) 5 Gy intervalais;
- tiesiosios žarnos apšvitos rodikliai: apšvitinto organo tūris procentais (Vx) 5 Gy intervalais;
- plano sudėtingumo vertinimas: monitorinių vienetų skaičiaus santykis su vienkartine frakcijos doze;
- plano parengimo trukmė: laikas nuo plano uždavinių suformulavimo iki dozės pasiskirstymo apskaičiavimo.
Rezultatai
Taikinio apšvitinimo vertinimas
Kuriant planą, siekiamybė yra homogeniškai ir konformiškai paskirstyti paskirtąją dozę taikiniui. Paskirtoji dozė turėtų apimti visą taikinio tūrį (100 proc.), tačiau saugant aplinkinius sveikus audinius dažnai priimamas kompromisinis sprendimas. Rengiant planą, rekomenduojama, kad bent 95 proc. dozės apšvitintų 95 proc. taikinio tūrio. RapidPlan planuose dozė, tenkanti 95 proc. taikinio tūrio (D95 proc.), vidutiniškai padidėjo 0,5 Gy, palyginti su atitinkamu rodikliu esant įprastiniu būdu sukurtam planui. Skirtumas statistiškai reikšmingas (p=0,018). Dozės padidėjimas nustatytas 12 atvejų. Standartinis nuokrypis D95 proc. taške RapidPlan metodika optimizuotuose planuose buvo mažesnis, įprastame plane – 0,76, RapidPlan – 0,31. Taip pat siekiama, kad kuo mažesnis tūris gautų didesnę dozę negu paskirtoji. Dozė, tenkanti 5 proc. taikinio tūrio (D5 proc.), vidutiniškai sumažėjo 0,2 Gy. Skirtumas yra statistiškai reikšmingas (p=0,036). Dozės sumažėjimas pasireiškė 11 atvejų. Standartinis nuokrypis D5 proc. taške RapidPlan metodika optimizuotuose planuose buvo mažesnis, įprastas planas – 0,34, RapidPlan – 0,2.
Apibendrinant galima konstatuoti, kad taikant RapidPlan metodiką tolygus taikinio apšvitinimas paskirtąja doze (homogeniškumas) pagerėjo 12 atvejų iš 16. Vidutiniškai dozės pasiskirstymo homogeniškumas pagerėjo apie 15 proc., skirtumas statistiškai reikšmingas (p=0,047). Nedaug padidėjo vidutinis konformiškumo indeksas (paskirtosios izodozės tūrio santykis su taikinio tūriu): įprastas planas – 0,59, RapidPlan – 0,60. Skirtumas statistiškai nereikšmingas (p=0,519). Taigi automatinio optimizavimo algoritmas plano kokybę pagerino nedaug.
Sveikų organų ir audinių saugojimo vertinimas
Vertinant tiesiosios žarnos ir šlapimo pūslės DTH, buvo pastebėti akivaizdūs skirtumai. Didžiausi skirtumai tiesiosios žarnos DTH buvo vidutinės ir mažos dozės regione (V30Gy, V35Gy, ir V40Gy). Vidutiniškai šiuose taškuose RapidPlan metodika sukurtas 17,5 proc. labiau tiesiąją žarną saugantis planą. Vidutinis DTH kreivių išsibarstymas vidutinės dozės regione RapidPlan metodika optimizuotuose planuose buvo mažesnis, įprastas planas – SD=13,6, RapidPlan – SD=10,7. Vidutinė dozė, tenkanti tiesiosios žarnos struktūrai, RapidPlan metodikos planuose buvo 5,7 Gy mažesnė (RapidPlan – 33,12 Gy, įprastas planas – 38,83 Gy). Taip pat nustatytas nedidelis, vidutiniškai 1,4 proc., dozės padidėjimas didelių dozių regione V70Gy, V75Gy ir V80Gy histogramos taškuose.
Šlapimo pūslės DTH palyginimas atskleidė panašias tendencijas. Dozė nedaug padidėjo didelių dozių regione (V70Gy, V75Gy, V80Gy – atitinkamai 0,66 proc., 0,86 proc., 0,35 proc.), o mažų ir vidutinių dozių regione šlapimo pūslė gavo vidutiniškai 6,3 proc. mažiau (V20Gy, V25Gy V30Gy – –6,05 proc., –6,44 proc., –6,34 proc.). Vidutinis DTH kreivių išsibarstymas vidutinės dozės regione RapidPlan metodika optimizuotuose planuose buvo mažesnis, įprastas planas – SD=18,8, RapidPlan – SD=17,7. Vidutinė dozė, tenkanti šlapimo pūslei, RapidPlan metodikos planuose buvo 2,55 Gy mažesnė (RapidPlan – 30,5 Gy, įprastas planas – 33,05 Gy). Automatinio optimizavimo metodikos planuose sveiki audiniai saugomi labiau mažos ir vidutinės dozės regione, o didelės dozės regione tokio saugojimo nebuvo pastebėta, kai kuriais atvejais dozė šiame regione padidėjo, o tai lemia gydymo komplikacijų padidėjimą. Ar toks skirtumas yra kliniškai reikšmingas, galėtų atsakyti tik didesnės imties klinikinis tyrimas.
Gydymo plano sudėtingumo vertinimas
Dėl papildomos daugialapės diafragmos moduliacijos, siekiant labiau saugoti kritinius organus, RapidPlan parengtuose planuose buvo pastebėtas didesnis monitorinių vienetų (MU) skaičius. RapidPlan automatiniu būdu ruošti planai vidutiniškai turėjo 111,2 MU daugiau, palyginti su įprastu būdu rengtais planais (įprastas planas – 570,3 MU, RapidPlan planas – 681,5 MU). Šis santykinis vienetas nurodo linijinio greitintuvo spinduliuotės kiekį. Turint omenyje, kad paciento gaunama dozė yra tokia pati, didesnis MU skaičius atspinti parengto plano sudėtingumą. Sudėtingesnis planas pasižymi didesniu mažu laukų skaičiumi ir intensyvesniu daugialapės diafragmos lapelių judėjimu. Tai leidžia gauti konformiškesnį dozės pasiskirstymą ir labiau apsaugoti kritinius organus. Verta atkreipti dėmesį, kad pernelyg intensyvus moduliavimas gali lemti plano realizavimo paklaidas dėl vidaus organų, taikinio judėjimo ir techninių aparato galimybių ribotumo. Prieš realizuojant planą pacientui, yra atliekama dozimetrinė plano verifikacija, įvertinama, ar įranga sugebės įgyvendinti suplanuotą dozės pasiskirstymą. Taip nustatomos aparato galimybės, bet neįskaitomas vidaus organų ir taikinio judėjimas.
RapidPlan plano parengimo trukmė
Vienas galimų RapidPlan metodikos privalumų – plano kūrimo trukmės sumažėjimas. Kuriant RapidPlan planus, buvo fiksuojamas jų parengimo laikas. Vidutiniškai planui optimizuoti RapidPlan metodika užtrukdavo 2,7 min., o neautomatine metodika – 40–90 min., priklausomai nuo medicinos fiziko patirties. Taigi standartinėms situacijoms ir santykinai paprastiems planams kurti RapidPlan metodika gali būti naudingas įrankis, kuris per gerokai trumpesnį laiką gali parengti kliniškai priimtiną ST dozimetrinį planą.
Automatinio plano rengimo RapidPlan metodo trūkumas
Automatizuotas plano optimizavimo algoritmas parengė planus, kurie dozimetriškai, kritinių organų atžvilgiu, atrodo geresni. Taikinio apšvitinimas planuose taip pat buvo šiek tiek geresnis, todėl galima teigti, kad toks planas suteiks geresnę naviko kontrolę ir sumažins ST reakcijų bei komplikacijų tikimybę. Kita vertus, RapidPlan metodika parengti planai pasižymi sudėtingumu, todėl didėja apkrova techninei įrangai. Sudėtingas planas gali neatitikti plano patikros reikalavimų dėl intensyvaus daugialapės diafragmos darbo ribinėmis sąlygomis. Didesnis kritinių organų tūris gauna dideles dozes, o tai gali sukelti didesnę tikimybę pasireikšti spinduliuotės sukeltoms reakcijoms ir komplikacijoms.
Reikia pažymėti, kad sistema nevykdo pilnai automatizuoto gydymo plano kūrimo. Medicinos fizikui reikia parinkti daugybę parametrų: tinkamą gydymo centro vietą, naudojamos spinduliuotės tipą ir pluošto energiją, laukų skaičių, išsidėstymą.
Apibendrinimas
Atlikę automatizuoto gydymo plano optimizavimo metodo RapidPlan vertinimą, galime teigti, kad:
- standartinių situacijų ir santykinai paprastų planų kūrimo laikas yra trumpesnis, nei kuriant planą įprastu būdu;
- taikinio apšvitinimas paskirtąja doze nesmarkiai pagerėjo;
- kritinių organų tūris, kuriam tenka vidutinio dydžio dozės, buvo mažesnis automatizuotu planavimo būdu paruoštuose planuose, tačiau tūris, kuriam tenka didelės dozės, padidėjo nedaug;
- automatizuoto optimizavimo metodika parengtų planų DTH išsibarstymas yra mažesnis, todėl tokios metodikos taikymas gali padėti suvienodinti planų kokybę.
R. Griškevičius1, M. Astrauskas1, K. Akelaitis1, I. Markevičienė1, dr. J. Venius1,2
1 Nacionalinio vėžio instituto Medicinos fizikos skyrius
2 Nacionalinio vėžio instituto Biomedicininės fizikos laboratorija
Literatūra
1. Chanyavanich V, et al. Knowledge-based IMRT treatment planning for prostate cancer. Med Phys. 2011;38:2515–22.
2. Moore KL, et al. Experience-based quality control of clinical intensity-modulated radiotherapy planning. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2011;81:545–51.
3. Good D, et al. A knowledge-based approach to improving and homogenizing intensity modulated radiation therapy planning quality among treatment centers: an example application to prostate cancer planning. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2013;87:176–81.
4. Zamburlini M, et al. EP-1441: Evaluation of Eclipse Rapidplan for semi-automatic treatment planning of prostate radiation treatment, Radiotherapy and Oncology, Volume 115, S779.
