Das Protokoll beschreibt einen optimierten Workflow für die präklinische PET-basierte Strahlentherapie in einem Ratten-Glioblastom-Modell unter Verwendung von selbst entwickelten Algorithmen. Der optimierte Ansatz begünstigt die Automatisierung und ist im Vergleich zum zuvor entwickelten Workflow weniger zeitaufwendig. Nach der Anästhesie einer F98-Glioblastom-Ratte, die einen Tumor mit einem Durchmesser von sieben bis acht Millimetern beherbergt, injizieren Sie eine Stunde vor der PET-Aufnahme 10 bis 12 Megabecquerel Fluor-18 FET, gelöst in 200 Mikroliter Kochsalzlösung in der seitlichen Schwanzvene.
Lassen Sie das Tier das Bewusstsein wiedererlangen, während der Tracer im ganzen Körper verteilt wird. Fixieren Sie in der Zwischenzeit eine Kapillare, die mit dem MRT-PET-Mittel gefüllt ist, um die Mitregistrierung zu erleichtern. Dann betäuben Sie das Tier erneut und legen Sie es auf ein multimodales Bett.
Sichern Sie das Tier mit Klettverschlüssen, um während der Bildgebung und Mikrobestrahlung eine feste Position beizubehalten, und wickeln Sie das Tier dann in Luftpolsterfolie, um seine Körpertemperatur während der multimodalen Bildgebung und Therapie zu erhalten. Führen Sie eine Stunde nach der Injektion des PET-Tracers einen PET-Scan durch. Rekonstruieren Sie den PET-Scan in ein 3D-Volumen mit einer Voxelgröße von 0,4 Millimetern unter Verwendung von 30 Iterationen des Algorithmus zur Maximierung der maximalen Wahrscheinlichkeitserwartung.
Als nächstes injizieren Sie ein MRT-Kontrastmittel in die Schwanzvene und legen Sie dann die noch auf dem Multimodalitätsbett fixierte Ratte in die Tierhalterung des MRT-Scanners. Führen Sie einen Lokalisierungsscan durch, gefolgt von einer kontrastverstärkten T1-gewichteten Spin-Echo-Sequenz. Legen Sie dann das Tier, das noch auf dem Multimodalitätsbett befestigt ist, auf einen Kunststoffhalter, der auf dem vierachsigen Roboter-Positioniertisch auf dem Mikrobestrahlungsgerät befestigt ist.
Führen Sie eine hochauflösende Behandlungsplanung Kegelstrahl-CT durch, die insgesamt 360 Projektionen über 360 Grad erfordert. Rekonstruieren Sie die CT-Bilder mit einer isotropen Voxelgröße von 0,275 Millimetern. Legen Sie für die Bild-Co-Registrierung die drei Bildmodalitäten in einem Ordner ab und importieren Sie dann die konvertierten Bilder in MATLAB.
Führen Sie als Nächstes das MATLAB-Skript zur Dosislackierungs-Co-Registrierung aus, das die DICOM-Bilder in das NIfTI-Format konvertiert, das PET-Bild mit einem Ein-Millimeter-Filter mit voller Breite und halbem Gauß-Filter filtert, das PET-Bild zuschneiden und die Bildzentren nahe beieinander verschiebt und die eigentliche Starrkörper-Co-Registrierung mit statistischem parametrischem Mapping durchführt. Bewerten Sie das Ergebnis der automatischen Mitregistrierung, bevor Sie mit der Behandlungsplanung fortfahren. Um Methode eins anzuwenden, führen Sie das MATLAB-Skript zur Planung der Dosislackierung aus und laden Sie die drei verschiedenen Bildgebungsmodalitäten in die MATLAB-App.
Als nächstes platzieren Sie einen großzügigen Begrenzungsrahmen um die Kontrastverstärkung auf den Quer-, Sagittal- und Frontalansichten des T1-gewichteten MRT-Scans. Speichern Sie die Position des Begrenzungsrahmens, und schließen Sie dann das Feld ab. Bestimmen Sie die kontrastverstärkte Lautstärke mithilfe eines Schwellenwerts.
Wenn mehrere Regionen ausgewählt wurden, wählen Sie nur das größte Volumen aus, dessen Zentrum als das erste Isozentrum angesehen wird, das eine vorgeschriebene Dosis für die Strahlentherapie abgibt. Erweitern Sie die zuvor ermittelte MRT-Kontrastverstärkung um 10 Pixel in jede Richtung. Wenn mehrere Regionen erkannt werden, behalten Sie nur das größte PET-Volumen bei, dessen Zentrum als zweites Isozentrum gilt, das eine vorgeschriebene Dosis für die Strahlentherapie liefert.
Geben Sie für das erste Isozentrum eine vorgeschriebene Dosis von 2.000 Zentimetern unter Verwendung von drei nicht-koplanaren Bögen an den Couchpositionen Null, minus 45 und minus 90 Grad mit einer Gantry-Rotation von 120, 120 bzw. 60 Grad ab. Verwenden Sie eine feste Kollimatorgröße von 10 x 10 Millimetern. Verwenden Sie jedoch für kleinere Tumore eine geeignete Größe wie fünf mal fünf Millimeter.
Für das zweite Isozentrum ist eine vorgeschriebene Dosis von 800 Zentrikular mit drei nicht-koplanaren Bögen an den Couchpositionen Null, minus 45 und minus 90 Grad mit einer Gantry-Rotation von 120, 120 bzw. 60 Grad abzugeben. Verwenden Sie eine feste Kollimatorgröße von einem Millimeter. Berechnen Sie die Dosisverteilung innerhalb des Tieres und die Strahlabgabeparameter.
Um Methode zwei anzuwenden, laden Sie die drei verschiedenen Bildgebungsmodalitäten wie zuvor demonstriert in die MATLAB-App, platzieren Sie dann einen großzügigen Begrenzungsrahmen um die Kontrastverstärkung auf den Quer-, Sagittal- und Frontalansichten des Fluor-18-FET-PET-Bildes und speichern Sie die Positionen des Begrenzungsrahmens. Nachdem Sie den Begrenzungsrahmen fertiggestellt haben, verwenden Sie das entsprechende MATLAB-Skript, um V50, V60, V70, V80 und V90 in den Isozentren und den Backenabmessungen für jeden Balken zu bestimmen, der zur Führung des motorisierten variablen Kollimators erforderlich ist. Um eine vorgeschriebene Dosis von 2.000 Zentrikularstrahlen, verteilt auf 16 Strahlen für V50 und eine Dosis von 800 Zentrigstrahlen, verteilt auf 40 Strahlen, für V60 bis V90 zu liefern, wählen Sie die vom MATLAB-Skript generierte Ausgabedatei aus und importieren Sie die 56 Strahlen in die Behandlungsplanungssoftware.
Nachdem Sie überprüft haben, ob alle 56 Strahlen korrekt importiert wurden, berechnen Sie die Dosisverteilung innerhalb des Tieres und die Parameter der Strahlabgabe. Beide Methoden der PET-basierten Dosislackierungs-Strahlentherapie wurden auf drei verschiedene Fälle angewendet. Fall eins hat eine sphärische homogene PET-Aufnahme, während die Fälle zwei und drei eine ringförmige Aufnahme haben, bei der die reduzierte PET-Aufnahme höchstwahrscheinlich nekrotisches Gewebe ist.
Die Dosisvolumenhistogramme für Methode zwei liegen systematisch näher an der idealen Dosisverteilung als die für Methode eins. Ein beträchtliches Tumorvolumen erhält in den Fällen zwei und drei unzureichende Bestrahlung, wenn es mit Methode eins behandelt wird. Die D90- und D50-Werte sind für Methode eins erheblich niedriger als für Methode zwei.
Im Idealfall machen Q-Volumenhistogramme einen starken Abfall bei einem Q-Wert gleich eins. Methode zwei führt immer zu Dosisverteilungen, die näher am Dosisziel liegen als Methode eins. Darüber hinaus waren die Q-Gesamtfaktoren für Methode zwei denen für Methode eins überlegen.
Diese Methodik ist ein entscheidender Schritt in Richtung inverser Planung, die in der Regel in der klinischen Routine verwendet wird und die Lücke zwischen präklinischer Strahlenforschung und Klinik weiter verringert.
