Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نقدم هنا بروتوكولا لإجراء العلاج الإشعاعي القائم على التصوير الإشعاعي القائم على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني قبل السريري في نموذج الورم الأرومي الدبقي للفئران باستخدام خوارزميات تم تطويرها داخليا لتحسين الدقة والكفاءة.

Abstract

تم إنشاء نموذج الورم الأرومي الدبقي للفئران لمحاكاة العلاج الكيميائي الإشعاعي للورم الأرومي الدبقي البشري في العيادة. على غرار العلاج السريري ، تم الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أثناء عملية تخطيط العلاج. تمت إضافة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) لاحقا لتنفيذ تعزيز الحجم الفرعي باستخدام نظام تشعيع صغير. ومع ذلك ، فإن الجمع بين ثلاث طرق تصوير (التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ) باستخدام نظام التشعيع الجزئي أثبت أنه كثيف العمالة لأن التصوير متعدد الوسائط وتخطيط العلاج وتسليم الجرعة يجب أن يكتمل بالتتابع في الإعداد قبل السريري. ينتج عن ذلك أيضا سير عمل أكثر عرضة للخطأ البشري. لذلك ، تم تنفيذ خوارزمية سهلة الاستخدام لزيادة تحسين تخطيط العلاج الإشعاعي القائم على التصوير الإشعاعي قبل السريري متعدد الوسائط. تم استخدام هذه الأداة البرمجية لتقييم دقة وكفاءة العلاج الإشعاعي بالطلاء بالجرعة باستخدام التشعيع الجزئي باستخدام تصميم دراسة في سيليكو . تتفوق المنهجية الجديدة للعلاج الإشعاعي بالطلاء بالجرعة على الطريقة الموصوفة سابقا من حيث الدقة وكفاءة الوقت والتباين داخل المستخدمين وفيما بينهم. كما أنها خطوة مهمة نحو تنفيذ تخطيط العلاج العكسي على أجهزة التشعيع الدقيقة، حيث لا يزال التخطيط المستقبلي شائعا، على عكس النظم السريرية.

Introduction

الورم الأرومي الدبقي (GB) هو ورم دماغي أولي خبيث وعدواني للغاية. GB هو ورم صلب غير متجانس يتميز عادة بحدود التسلل ، وعدم النمط النووي ، والنخر 1. إن وجود الحاجز الدموي الدماغي ووضع الدماغ كموقع متميز بالمناعة يجعل اكتشاف أهداف جديدة للعلاج الكيميائي والمناعي مهمة شاقة2،3،4. من الجدير بالذكر أن علاج مرضى GB بالكاد تغير منذ إدخال بروتوكول Stupp في عام 2005 الذي يجمع بين العلاج الإشعاعي بالحزمة الخارجية (RT) و temozolomide المصاحب ، والذي يتبعه عادة temozolomide5 المساعد. عادة ، يسبق بروتوكول Stupp استئصال جراحي أقصى. لذلك ، فإن نهج العلاج البديلة ذات أهمية محورية.

يقدم العلاج الإشعاعي الحالي لمرضى الورم الأرومي الدبقي جرعة إشعاعية موحدة لحجم الورم المحدد. في علم الأورام الإشعاعي ، هناك علاقة مهمة بين الجرعة والاستجابة للورم الأرومي الدبقي مع زيادة الجرعة ، والتي يبدو أنها تبلغ حوالي 60 Gy ، بسبب زيادة السمية للدماغ الطبيعي6,7. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأورام غير متجانسة للغاية (إشعاعيا) ، مع تدرجات مستوى الأكسجين و / أو اختلافات كبيرة في الكثافة الخلوية. يمكن لتقنيات التصوير الأيضي ، مثل PET ، تصور هذه الميزات البيولوجية ويمكن استخدامها لتخصيص وصفة الجرعة. يعرف هذا النهج باسم جرعة الطلاء RT. تم إدخال هذا المصطلح من قبل Ling et al. في عام 2000. عرف المؤلفون لوحة الجرعة RT بأنها تنتج "توزيعات جرعات مطابقة بشكل رائع ضمن قيود انتشار الإشعاع وتشتته"8.

هناك نوعان من الطلاء بالجرعة RT ، رسم الجرعة حسب الخطوط (DPBC) ، والتي يتم من خلالها وصف جرعة لمجموعة من المجلدات الفرعية المتداخلة ، ورسم الجرعة بالأرقام (DPBN) ، حيث يتم وصف جرعة على مستوى voxel. يمكن استخراج توزيع الجرعة ل DPBN RT من الصور الوظيفية. يتم تحديد الجرعة في كل فوكسل من خلال شدة I من voxel المقابلة في الصورة ، مع حد أدنى وأعلى ، للتأكد من أنه ، من ناحية ، يتم تسليم جرعة كافية إلى كل جزء من الورم. من ناحية أخرى ، لا تتجاوز الجرعات الحد الأعلى لحماية الأعضاء المعرضة للخطر وتجنب السمية. الطريقة الأكثر وضوحا هي الاستيفاء الخطي (انظر Eq. 1) بين الحد الأدنى للجرعة Dmin والحد الأقصى للجرعة Dmax ، وتختلف نسبيا بين الحد الأدنى للكثافة Imax والحد الأقصى للكثافة داخل الحجم المستهدف9,10

figure-introduction-2450مكافئ 1

نظرا لوجود بعض الشكوك حول ضمان جودة DPBN RT ، يجب التحقق من ترسب الجرعة من خلال الأبحاث قبل السريرية والسريرية10. ومع ذلك، لا يمكن الحصول إلا على بيانات محدودة من التجارب السريرية، وقد افترض أنه يمكن الحصول على المزيد من الأفكار عن طريق تقليص حجم الحيوانات المختبرية11،12. وبالتالي ، فإن الدراسات قبل السريرية التي تستخدم منصات أبحاث إشعاعية دقيقة موجهة بالصور تسمح بالاقتران مع بعض التقنيات المحددة للغاية ، مثل التصوير الشعاعي الذاتي ، مناسبة لدراسة القضايا المفتوحة وتمهيد الطريق نحو الطب الشخصي واستراتيجيات العلاج الجديدة ، مثل طلاء الجرعة RT13,14. ومع ذلك ، يجب إجراء تفسير البيانات قبل السريرية بحذر ، ويجب النظر في عيوب هذه الإعدادات قبل السريرية14.

وقد تم تجهيز أنظمة التشعيع الجزئي، مثل منصة البحوث الإشعاعية الحيوانية الصغيرة (SARRP)، بتكنولوجيات مماثلة لنظيرتها السريرية. وهي تشمل التصوير المقطعي المحوسب على متن الطائرة بالشعاع المخروطي (CBCT) ، ونظام تخطيط العلاج قبل السريري (PCTPS) ، وتوفر دقة دون الملليمتر. يتم إجراء حسابات الجرعة السريرية عن طريق تخطيط العلاج العكسي ، حيث يبدأ المرء من توزيع الجرعة المطلوب لتحديد الحزم عبر خوارزمية تكرارية. غالبا ما تستخدم أجهزة التشعيع قبل السريرية التخطيط المستقبلي. في التخطيط المسبق ، يتم اختيار الكمية والزاوية المطلوبتين للحزم ، ثم تقوم معاهدة التعاون بشأن البراءات بحساب توزيع الجرعة. يتم تنفيذ تحسين الخطط عن طريق التكرار اليدوي ، وهو كثيف العمالة15.

بعد عام 2009 ، جعلت التطورات الجديدة تنفيذ التخطيط العكسي على منصات البحث هذه ممكنا16،17،18. لزيادة التشابه مع الطريقة السريرية ، تم تطوير مصادم مستطيل متغير آلي (MVC) كنظير قبل سريري للمصادم متعدد الأوراق. تم نشر طريقة طلاء الجرعة ثنائية الأبعاد باستخدام مصادم متغير بواسطة Cho et al.19. نفذت هذه المجموعة البحثية بروتوكول تخطيط العلاج العكسي ثلاثي الأبعاد (3D) على جهاز تشعيع دقيق وحددت الحد الأدنى والحد الأقصى للجرعات للحجم المستهدف والجرعة القصوى للأعضاء المعرضة للخطر. تم تقييم هذه التقنيات بشكل رئيسي في سيليكو ، ويجب استكشاف تطبيقاتها قبل السريرية.

تقدم هذه الورقة دراسة في سيليكو لمقارنة منهجيتين ل [18F] - فلورو - إيثيل - L-التيروزين ([18F]FET) على أساس الحيوانات الأليفة الرسم في نموذج الفئران GB 20،21،22 باستخدام منصة أبحاث الإشعاع الحيواني الصغيرة. هاتان المنهجيتان هما (1) تعزيز الحجم الفرعي باستخدام أحجام شعاع محددة مسبقا و (2) طلاء الجرعة باستخدام مصادم متغير بمحرك حيث يتم تعديل أبعاد الفك بناء على امتصاص مقتفي PET في حجم الورم. [18 واو] FET هو متتبع PET يستخدم غالبا في علم الأورام العصبية بسبب قدرته على اكتشاف أورام الدماغ23. [18 واو] FET هو حمض أميني اصطناعي يتم استيعابه في الخلايا الوترية ولكن لا يتم دمجه في بروتينات الخلايا. [18 واو] يتوافق امتصاص FET مع معدل تكاثر الخلايا وكثافة الخلايا السرطانية وتكوين الأوعية24. نظرا لأن هذا هو متتبع PET الدماغي الأكثر استخداما في معهد هؤلاء المؤلفين ، فقد تم اختيار هذا المقتفي الإشعاعي لتقييم سير العمل الجديد.

Protocol

تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات المحلية للتجارب على الحيوانات (ECD 18/21). يتم إجراء مراقبة التخدير عن طريق الحصول على معدل التنفس للحيوانات باستخدام جهاز استشعار.

1. F98 GB نموذج خلية الفئران

  1. قم بزراعة خلايا F98 GB في طبقة أحادية باستخدام Dulbecco's Modified Eagle Medium ، مع استكمالها بمصل عجل 10٪ ، و 1٪ بنسلين ، و 1٪ ستربتومايسين ، و 1٪ L-glutamine ، وضعها في حاضنة CO2 (5٪ CO2 و 37 درجة مئوية).
  2. تلقيح خلايا الورم الدبقي في دماغ إناث الفئران فيشر F344 (وزن الجسم 170 غرام).
    ملاحظة: استخدم أدوات معقمة وارتد قفازات معقمة في جميع الأوقات.
    1. تخدير الفئران من خلال استنشاق الأيزوفلوران (5٪ تحريض ، صيانة 2٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 مل / دقيقة) من خلال مخروط الأنف. تأكد من التخدير من خلال عدم وجود منعكس انسحاب للطرف ، وشل حركة الفئران في جهاز التجسيمي باستخدام نقاط التثبيت للأنف والأذنين. ضع جل العين كربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير. حافظ على درجة حرارة الجسم بواسطة وسادة تسخين منظمة حراريا ومسبار مستقيمي عند 37 درجة مئوية.
    2. حلق الفئران من مستوى العين إلى الجزء الخلفي من الجمجمة ، وتطهير الجلد مع isobetadine. حقن زيلوكائين (مع الأدرينالين 1: 200000 ، 0.1 مل) تحت الجلد للتخدير الموضعي.
    3. كشف الجمجمة من خلال شق فروة الرأس في خط الوسط وعمل ثقب صغير باستخدام أداة حفر 3 مم خلفية و 3 مم جانبية إلى bregma في نصف الكرة الأيمن.
    4. أدخل إبرة أنسولين موجهة بشكل جسيمي (29 جم) وحقن 5 ميكرولتر من تعليق الخلايا (20000 خلية F98 جيجابايت) بعمق 3 مم باستخدام وحدة تحكم مضخة حقنة دقيقة. اترك الإبرة في مكانها لمدة 5 دقائق ، مما يمنح تعليق الخلية وقتا للانتشار في الأنسجة.
    5. اسحب المحقنة ببطء وأغلق الثقب في الجمجمة بشمع العظام. خياطة الجلد (البولي أميد 6 ، سمك 4-0) وحقن ميلوكسيكام تحت الجلد (1 ملغ / كغ ، 2 ملغ / مل). تطبيق هلام زيلوكائين.
    6. استقرار درجة حرارة جسم الحيوان بعد الجراحة باستخدام مصباح أحمر. راقب استيقاظ الفئران حتى يستعيد وعيه الكافي. لا تعيد الحيوان إلى صحبة الحيوانات الأخرى حتى يتعافى تماما. إيواء جميع الحيوانات في ظل ظروف خاضعة للرقابة البيئية (دورة الضوء / الظلام لمدة 12 ساعة ، و 20-24 درجة مئوية ، والرطوبة النسبية 40-70٪) مع الطعام والماء المخصص.
    7. تأكد من مراقبة الحيوانات يوميا والحفاظ على سجل الحالة الصحية اليومية عن طريق التحقق من وزن الجسم والطعام وتناول الماء ونشاطها وسلوكها. استخدم جرعة قاتلة من الصوديوم بنتوباربيتال للقتل الرحيم للحيوانات (160 مجم / كجم) إذا لوحظ انخفاض بنسبة 20٪ في وزن الجسم أو عندما يتدهور السلوك الطبيعي بشدة (على سبيل المثال ، نقص الاستمالة).

2. تأكيد نمو الورم

  1. تقييم نمو الورم 8 أيام بعد التلقيح. تخدير الفئران من خلال استنشاق الأيزوفلوران (5٪ تحريض ، صيانة 2٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 مل / دقيقة) من خلال مخروط الأنف. تأكيد التخدير من خلال عدم وجود منعكس الانسحاب من الطرف.
  2. حقن عامل تباين يحتوي على الجادولينيوم (0.4 مل / كجم) من خلال أنبوب يوضع عن طريق الوريد في الوريد الذيلي الجانبي. قم بتغطية الحيوان ببطانية تسخين متداولة بالماء الدافئ وضعها في سرير التصوير بالرنين المغناطيسي. ضع جل العين كربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير. ضع سرير التصوير بالرنين المغناطيسي في الحامل باستخدام ملف حجم دماغ Tx/Rx Rat.
  3. قم بإجراء فحص موضعي متبوعا بفحص صدى الدوران الموزون T2 لتقييم نمو الورم. استخدم إعدادات تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي T2-MRI التالية: وقت التكرار (TR)/وقت الصدى (TE) 3661/37.1 مللي ثانية، دقة 109 ميكرومتر متساوية الخواص داخل المستوى، سمك الشريحة 600 ميكرومتر، 4 متوسطات، 30 شريحة، إجمالي وقت الاكتساب (TA) 9 دقائق و45 ثانية.
  4. إذا تم تأكيد وجود ورم على الاكتساب الموزون T2 ، فقم بإجراء فحص صدى الدوران المعزز بالتباين T1. استخدم إعدادات تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي T1-MRI هذه: TR/TE 1539/9.7 مللي ثانية، دقة 0.117 مم متساوية الخواص داخل الطائرة، سمك الشريحة 600 ميكرومتر، 3 متوسطات، 30 شريحة، TA 4 دقائق و15 ثانية.
  5. بعد التصوير بالرنين المغناطيسي ، أشرف باستمرار على الحيوان حتى يستعيد وعيه الكامل.
  6. عندما يصل قطر الورم إلى 7 إلى 8 مم ، وعادة ما يتم ملاحظته بعد 12 يوما من التلقيح ، حدد الحيوان للعلاج.

3. التصوير متعدد الوسائط لاختيار الحجم المستهدف

ملاحظة: يتطلب التشعيع الموجه بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتي/التصوير بالرنين المغناطيسي الحصول المتسلسل على مجموعة بيانات متعددة الوسائط. بعد إعطاء المقتفي الإشعاعي عن طريق الوريد ، يبدأ التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، يليه التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين T1 المعزز بالتباين وأخيرا التصوير المقطعي المحوسب لتخطيط العلاج.

  1. تخدير الحيوان مع الايزوفلوران (5 ٪ تحريض ، صيانة 2 ٪) مختلطة مع الأكسجين (0.3 لتر / دقيقة) باستخدام مخروط الأنف. تأكيد التخدير عندما لا تظهر الفئران أي رد فعل انسحابي للطرف. ضع جل العين الكربومير لمنع جفاف العين تحت التخدير.
  2. أدخل الأنبوب عن طريق الوريد في الوريد الذيل الجانبي ، مما يتيح حقن 10-12 ميجا بايت من المقتفي الإشعاعي PET المذاب في 200 ميكرولتر من المياه المالحة. حقن [18F]-FET ، 1 ساعة قبل الحصول على PET. دع الحيوان يستعيد وعيه بينما يتم توزيع المقتفي عبر الجسم.
  3. تخدير الحيوان مرة أخرى ، كما هو موضح في الخطوة 3.1. ضع الحيوان على سرير متعدد الوسائط (هنا ، مصنوع في المنزل) وقم بتأمينه باستخدام مثبتات خطافية وحلقة ، مع الحفاظ على وضع ثابت أثناء التصوير والتشعيع الدقيق. قم بإصلاح الشعيرات الدموية المملوءة بعامل التصوير بالرنين المغناطيسي / التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (انظر جدول المواد) لتسهيل التسجيل المشترك. لف الحيوان في التفاف فقاعة للحفاظ على درجة حرارة جسمه أثناء التصوير والعلاج متعدد الوسائط.
  4. قم بإجراء فحص PET بعد 1 ساعة من حقن مقتفي PET. أعد بناء فحص PET إلى وحدة تخزين ثلاثية الأبعاد (192 × 192 × 384 مصفوفة) بحجم فوكسل 0.4 مم من خلال تطبيق خوارزمية الحد الأقصى للاحتمال للتوقع والتعظيم (MLEM) باستخدام 30 تكرارا.
    ملاحظة: تم استخدام ماسح ضوئي مخصص للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لتصوير الحيوانات المختبرية بمجال رؤية محوري يبلغ 130 مم وقطر تجويف يبلغ 72 مم. يوفر هذا النظام دقة مكانية دون مم (0.85 مم).
  5. حقن عامل تباين التصوير بالرنين المغناطيسي (0.4 مل / كجم) عن طريق الوريد في الوريد الذيلي. ضع الفئران ، التي لا تزال مثبتة على السرير متعدد الوسائط ، في حامل الحيوان لماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (جدول المواد). قم بإجراء فحص مترجم متبوعا بتسلسل تردد دوران مرجح T1 محسن للتباين، مشابه للخطوة 2.4.
  6. ضع الحيوان ، الذي لا يزال مثبتا على السرير متعدد الوسائط ، على حامل بلاستيكي مثبت على طاولة تحديد المواقع الروبوتية رباعية المحاور على جهاز التشعيع الصغير. قم بإجراء تصوير مقطعي محوسب عالي الدقة لتخطيط المعالجة باستخدام جهد أنبوب يبلغ 70 كيلو فولت ، وتيار أنبوب يبلغ 0.4 مللي أمبير ، وفلتر ألومنيوم 1 مم ، وكاشف لوحة مسطحة Si غير متبلور 20 × 20 سم (1024 × 1024 بكسل). احصل على ما مجموعه 360 إسقاطا فوق 360 درجة. أعد بناء صور التصوير المقطعي المحوسب بحجم فوكسل متساوي الخواص يبلغ 0.275 مم (411 × 411 × 251 مصفوفة).

4. صورة التسجيل المشترك

ملاحظة: يتم إجراء التسجيل المشترك باستخدام رمز MATLAB شبه التلقائي الذي تم تطويره داخليا. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting. يتم وصف الخطوات المختلفة أدناه.

  1. ضع طرائق الصورة الثلاث ([18F]FET PET، والتصوير بالرنين المغناطيسي الموزون T1 المحسن بالتباين، والتصوير المقطعي المحوسب المخروطي الشعاع) في مجلد واحد. قم بتحويل صور DICOM إلى تنسيق NIfTI باستخدام الدالة dcm2niix من عارض صور mricron24.
  2. قم باستيراد الصور المحولة إلى MATLAB وقم بتصفية صورة PET باستخدام مرشح Gaussian باستخدام نصف الحد الأقصى كامل العرض (FWHM) يبلغ 1 مم.
  3. أعد توجيه الصور بحيث تتوافق المحاور الديكارتية من جميع طرق التصوير مع بعضها البعض.
    ملاحظة: بالنسبة لهذا الإعداد، تم قلب صورة CT حول المحور Y; تم قلب التصوير بالرنين المغناطيسي حول المحور X ، وتم قلب PET حول المحور Y.
  4. اقتصاص صورة PET لتبسيط التسجيل المشترك التلقائي.
    ملاحظة: بالنسبة لهذا الإعداد، تم تعيين 40 بكسل إلى الصفر من جانبي المحور X (يسار الحيوان ويمينه)؛ على الجانب الظهري والبطني للحيوان (المحور Y) ، تم تعيين 60 و 40 بكسل إلى الصفر ، على التوالي ؛ على طول المحور الطولي (أو المحور Z) ، يتم تعيين 170 و 30 بكسل إلى الصفر للجانب السفلي والأعلى ، على التوالي.
  5. حرك مراكز الصور بالقرب من بعضها البعض لتبسيط التسجيل المشترك التلقائي.
  6. قم بإجراء التسجيل المشترك الفعلي للجسم الصلب باستخدام رسم الخرائط البارامترية الإحصائية (SPM) في MATLAB26. استخدم معلمات التسجيل التالية (وغيرها بشكل افتراضي): الوظيفة الموضوعية: المعلومات المتبادلة. الفصل: [4 1 0.2]؛ التفاوتات: [0.02 0.02 0.02 0.001 0.001 0.001 0.01 0.01 0.01 0.001 0.001 0.001 0.001]؛ تجانس الرسم البياني: [1 1]; الاستيفاء: ثلاثي الخطوط.

5. تخطيط العلاج الإشعاعي

ملاحظة: تمت كتابة تطبيق MATLAB والعديد من البرامج النصية ل MATLAB لتخطيط العلاج الإشعاعي. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting. يتم شرح الخطوات المختلفة أدناه.

  1. الطريقة 1
    1. قم بتحميل طرق التصوير الثلاث المختلفة في تطبيق MATLAB. ضع صندوقا محيطا سخيا حول تحسين التباين على التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون T1 (الشكل 1). حدد الحجم المحسن للتباين باستخدام عتبة (الشكل 2). إذا تم اختيار مناطق متعددة ، فحدد فقط أكبر وحدة تخزين ، والتي يعتبر مركزها أول مركز متساوي يقدم جرعة محددة ل RT (الشكل 3).
    2. قم بتوسيع تحسين تباين التصوير بالرنين المغناطيسي المحدد مسبقا بمقدار 10 بكسل في كل اتجاه. إذا تم الكشف عن مناطق متعددة ، فاحتفظ فقط بأكبر حجم PET ، والذي يعتبر مركزه ثاني مركز متساوي لتقديم جرعة موصوفة ل RT.
      ملاحظة: في وحدة تخزين PET هذه، يتم تعريف حجم تعزيز PET بواسطة وحدات البكسل ذات كثافة إشارة أعلى من 0.90 × القصوى لشدة الإشارة (في المربع المحيط) في وحدة التخزين هذه.
    3. استخدم إعدادات التشعيع التالية للمراكز المتساوية المحسوبة (الشكل 4 والجدول 1).
      1. بالنسبة لأول مركز متساوي (MRI) ، أعط جرعة محددة من 2000 cGy باستخدام 3 أقواس غير مستوية في مواضع الأريكة 0 ° و -45 ° و -90 ° مع دوران جسري من 120 ° و 120 ° و 60 ° ، على التوالي. استخدم مصادما ثابتا بحجم 10 × 10 مم ، ولكن استخدم مصادما مناسبا (على سبيل المثال ، مصادم 5 × 5 مم) عندما تحتاج أحجام الورم الأصغر إلى التشعيع. كن حذرا في النظر في رفاهية الحيوان عندما تكون أحجام الورم أكبر من 10 ملم.
      2. بالنسبة للمركز المتماثل الثاني (PET) ، أعط جرعة محددة من 800 cGy باستخدام 3 أقواس غير مستوية في مواضع الأريكة 0 ° و -45 ° و -90 ° مع دوران جسري من 120 ° و 120 ° و 60 ° ، على التوالي. استخدم مصادم ثابت بحجم 3 × 3 مم.
    4. حساب توزيع الجرعة داخل الحيوان ومعلمات توصيل الحزمة.
  2. الطريقة 2
    1. قم بتحميل طرق التصوير الثلاث المختلفة في تطبيق MATLAB. ضع صندوقا محيطا سخيا حول تحسين التباين على صورة [18F]FET PET ، مماثلة للخطوة 5.1.1.
    2. أوجد الأحجام التي تحددها وحدات البكسل ذات كثافة إشارة أعلى من A × أقصى كثافة إشارة (في المربع المحيط المذكور أعلاه)، مع A يساوي 0.50 و0.60 و0.70 و0.80 و0.90. قم بتسمية وحدات التخزين هذه V50 و V60 و V70 و V80 و V90 على التوالي.
    3. حدد المراكز المتساوية وأبعاد الفك لكل شعاع مطلوب لتوجيه المصادم المتغير الآلي باستخدام البرنامج النصي MATLAB (انظر الشكل 5).
    4. استخدم الإعدادات التالية للمراكز المتساوية المحسوبة وأبعاد الفك:
      1. بالنسبة ل V50 ، أعط جرعة محددة من 2000 cGy موزعة على 16 حزمة (كل 125 cGy ؛ الأريكة والمواقف العملاقة في الجدول 2). استخدم أبعاد الفك المحسوبة ل MVC.
        ملاحظة: هنا ، تم تضمين هامش إضافي قدره 1 مم لحساب تسلل الورم المجهري.
      2. بالنسبة ل V60-V90 ، أعط جرعة محددة من 800 cGy موزعة على 40 حزمة (كل 20 cGy ؛ الأريكة والمواقف العملاقة في الجدول 2). استخدم أبعاد الفك المحسوبة ل MVC.
    5. حساب توزيع الجرعة داخل الحيوان ومعلمات توصيل الحزمة.

6. تقييم الخطة

ملاحظة: لمقارنة الطريقتين، احسب الرسم البياني لحجم الجرعة (DVH) والرسم البياني Q-volume (QVH) في وحدة تخزين V50 PET. هنا ، تم استخدام برنامج نصي MATLAB ، تم تطويره داخليا. يمكن العثور على الرمز على Github في https://github.com/sdonche/DosePainting.

  1. الرسم البياني لحجم الجرعة
    1. توليد DVH من توزيع الجرعة التي تم الحصول عليها من SARRP.
    2. حدد الحد الأقصى والمتوسط والحد الأدنى للجرعات من DVH عن طريق حساب D10 و D50 و D90 ، حيث يشير Dx إلى الجرعة المستلمة بنسبة x٪ من الحجم.
  2. الرسم البياني Q-volume
    1. احسب جرعة مثالية لكل بكسل باستخدام Eq. 1 ، وهو استيفاء خطي بين الحد الأدنى والحد الأقصى للجرعات ، ويختلف بشكل متناسب بين الحد الأدنى لكثافة PET والحد الأقصى لكثافة PET داخل الحجم المستهدف لإعطاء خريطة جرعة مثالية.
    2. احسب قيمة Qp لكل بكسل باستخدام المعادلة التالية (Eq. 2):
      figure-protocol-12796مكافئ 2
      مع Dp كونها الجرعة التي تم الحصول عليها عن طريق التخطيط و Di ، هدف الجرعة للتخطيط.
    3. قم بإنشاء QVH من قيم Q التي تم الحصول عليها.
    4. احسب عامل الجودة (Q-factor, QF) لتقييم الفرق بين الجرعات المخططة والمقصودة باستخدام Eq. 3:
      figure-protocol-13177مكافئ 3

النتائج

وقد سبق وصف جدوى التشعيع الموجه بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي في نموذج فئران الورم الأرومي الدبقي باستخدام SARRP لمحاكاة استراتيجية العلاج البشري20،21،22. في حين تم تثبيت الحيوان على سرير متعدد الوسائط م...

Discussion

تم وصف نموذج الفئران GB لمحاكاة العلاج الكيميائي الإشعاعي في العيادة لمرضى الورم الأرومي الدبقي سابقا20. على غرار الطريقة السريرية ، تم الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي أثناء عملية تخطيط العلاج للحصول على تشعيع أكثر دقة. تم استخدام سرير متعدد الو?...

Disclosures

وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

Acknowledgements

يود المؤلفون أن يشكروا مؤسسة لوكس لوكا على دعم هذا العمل.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Cell culture
F98 Glioblastoma Cell LineATCCCRL-2397https://www.lgcstandards-atcc.org/products/all/CRL-2397
Dulbeco's Modified Eagle MediumThermo Fisher Scientific22320-030
Cell culture flasksThermo Fisher Scientific17888375 cm²
FBSThermo Fisher Scientific10270106
L-GlutamineThermo Fisher Scientific25030-032200 mM
Penicilline-StreptomycinThermo Fisher Scientific15140-14810,000 U/mL
Phosphate-Buffered Saline (PBS)Thermo Fisher Scientific14040-224
Trypsin-EDTAThermo Fisher Scientific25300-0620.05%
GB Rat Model
Ball-shaped burrForedomA-2281.8 mm
Bone WaxAesculap1029754https://www.aesculapusa.com/en/healthcare-professionals/or-solutions/or-solutions-cranial-closure/hemostatic-bone-wax.html
EthilonEthicon662G/662HFS-2, 4-0, 3/8, 19 mm
Fischer F344/Ico crl RatsCharles River-
Insulin Syringe MicrofineBeckton-Dickinson3209241 mL, 29 G
IR LampPhilipsHP3616/01
Meloxicam (Metacam)Boehringer Ingelheim-2 mg/mL
Micromotor rotary toolForedomK.1090-22
Micropump systemStoelting Co.53312Stoelting Stereotaxic Injector
Stereotactic frameStoelting Co.51600
Xylocaine (1%, with adrenaline 1:200,000)Aspen-1%, with adrenaline 1:200,000
Xylocaine gel (2%)Aspen-2%
Animal Irradiation
Micro-irradiatorX-StrahlSARRPVersion 4.2.0
SoftwareX-StrahlMuriplanPreclinical treatment planning system (PCTPC), version 2.2.2
Small Animal PET
[18F]FETInhouse made-PET tracer; along with Prohance: MRI/PET agent
Micro-PETMolecubesBeta-Cubehttps://www.molecubes.com/b-cube/
Small Animal MRI
Micro-MRIBruker BiospinPharmascan 70/16https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan.html
30 G Needle for IV injectionBeckton-Dickinson305128
PE 10 TubingInstech Laboratories IncBTPE-10BTPE-10, polyethylene tubing 0.011 x 0.024 in (0.28 x 60 mm), non sterile, 30 m (98 ft) spool, Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com
Prohance contrast agentBracco Imaging-279.3 mg/mL, gadolinium-contrast agent (along with [18F]FET: MRI/PET agent)
Tx/Rx Rat Brain - Mouse Whole Body VolumecoilBruker Biospin-40 mm diameter
Water-based Heating UnitBruker BiospinMT0125
Consumables
IsofluraneZoetisB506Anesthesia
Insulin Syringe MicrofineBeckton-Dickinson3209241 mL, 29 G
Image Analysis
MATLABMathworks-Version R2019b
PMODPMOD technologies LLCPreclinical and molecular imaging software

References

  1. Louis, D. N., et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).
  2. Wadajkar, A. S., et al. Tumor-targeted nanotherapeutics: Overcoming treatment barriers for glioblastoma. Wiley Interdisciplinary Reviews. Nanomedicine & Nanobiotechnology. 9 (4), (2016).
  3. Lim, M., Xia, Y., Bettegowda, C., Weller, M. Current state of immunotherapy for glioblastoma. Nature Reviews. Clinical Oncology. 15 (7), 422 (2018).
  4. McGranahan, T., Li, G., Nagpal, S. History and current state of immunotherapy in glioma and brain metastasis. Therapeutic Advances in Medical Oncology. 9 (5), 347-368 (2017).
  5. Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
  6. Von Neubeck, C., Seidlitz, A., Kitzler, H. H., Beuthien-Baumann, B., Krause, M. Glioblastoma multiforme: Emerging treatments and stratification markers beyond new drugs. The British Journal of Radiology. 88 (1053), 20150354 (2015).
  7. Mann, J., Ramakrishna, R., Magge, R., Wernicke, A. G. Advances in radiotherapy for glioblastoma. Frontiers in Neurology. 8, 748 (2018).
  8. Ling, C. C., et al. Towards multidimensional radiotherapy (MD-CRT): Biological imaging and biological conformality. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 47 (3), 551-560 (2000).
  9. Bentzen, S. M., Gregoire, V. Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription. Seminars in Radiation Oncology. 21 (2), 101-110 (2011).
  10. Bentzen, S. M. Theragnostic imaging for radiation oncology: Dose-painting by numbers. The Lancet. Oncology. 6 (2), 112-117 (2005).
  11. Wong, J., et al. High-resolution, small animal radiation research platform with X-ray tomographic guidance capabilities. International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).
  12. Van Hoof, S. J., Granton, P. V., Verhaegen, F. Development and validation of a treatment planning system for small animal radiotherapy: SmART-Plan. Radiotherapy and Oncology. 109 (3), 361-366 (2013).
  13. Verhaegen, F., Granton, P., Tryggestad, E. Small animal radiotherapy research platforms. Physics in Medicine & Biology. 56 (12), 55-83 (2011).
  14. Butterworth, K. T., Prise, K. M., Verhaegen, F. Small animal image-guided radiotherapy: Status, considerations and potential for translational impact. The British Journal of Radiology. 88 (1045), 20140634 (2015).
  15. Nasr, A., Habash, A. Dosimetric analytic comparison of inverse and forward planned IMRT techniques in the treatment of head and neck cancer. Journal of the Egyptian National Cancer Institute. 26 (3), 119-125 (2014).
  16. Matinfar, M., Iyer, S., Ford, E., Wong, J., Kazanzides, P. Image guided complex dose delivery for small animal radiotherapy. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 1243-1246 (2009).
  17. Matinfar, M., Iordachita, I., Wong, J., Kazanzides, P. Robotic delivery of complex radiation volumes for small animal research. IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 2056-2061 (2010).
  18. Balvert, M., et al. A framework for inverse planning of beam-on times for 3D small animal radiotherapy using interactive multi-objective optimisation. Physics in Medicine & Biology. 60 (14), 5681-5698 (2015).
  19. Cho, N. B., Wong, J., Kazanzides, P. Dose Painting with a Variable Collimator for the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). The Midas Journal. , 1-8 (2014).
  20. Bolcaen, J., et al. MRI-guided 3D conformal arc micro-irradiation of a F98 glioblastoma rat model using the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP). Journal of Neuro-oncology. 120 (2), 257-266 (2014).
  21. Bolcaen, J., Descamps, B., Boterberg, T., Vanhove, C., Goethals, I. PET and MRI guided irradiation of a glioblastoma rat model using a micro-irradiator. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (130), e56601 (2017).
  22. Verhoeven, J., et al. Technical feasibility of [18F]FET and [18F]FAZA PET guided radiotherapy in a F98 glioblastoma rat model. Radiation Oncology. 14 (1), 89 (2019).
  23. Hutterer, M., et al. FET PET: a valuable diagnostic tool in neuro-oncology, but not all that glitters is glioma. Neuro-oncology. 15 (3), 341-351 (2013).
  24. Stockhammer, F., Plotkin, M., Amthauer, H., Landeghem, F. K. H., Woiciechowsky, C. Correlation of F-18-fluoro-ethyl-tyrosin uptake with vascular and cell density in non-contrast-enhancing gliomas. Journal of Neuro-oncology. 88 (2), 205-210 (2008).
  25. . Mricron dicom to nifti converter. neuroimaging informatics tools and resources clearinghouse (nitrc) Available from: https://www.nitrc.org/projects/mricron (2015)
  26. . SPM12 Manual Available from: https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf (2014)
  27. España, S., Marcinkowski, R., Keereman, V., Vandenberghe, S., Van Holen, R. DigiPET: Sub-millimeter spatial resolution small-animal PET imaging using thin monolithic scintillators. Physics in Medicine & Biology. 59 (13), 3405-3420 (2014).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

181

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved