Esta investigación fue apoyada por el Instituto de Cáncer de Summa.

Declaración ética: la aprobación del consejo de revisión institucional Summa Health System se obtuvo para este estudio. 1. Consulta Tratamiento <ol><li> Describa el nuevo tratamiento SBRT pulmón al paciente. NOTA: La nueva plataforma ofrece SBRT coplanares y altas dosis de radiación no coplanar con las metas de cáncer, mientras que la reducción de la dosis de radiación a los órganos no objetivo. </li><li> Discuta los riesgos del tratamiento. NOTA: SBRT puede provocar hiperpigmentación posible a corto plazo de la piel o eritema, cansancio, tos frecuente, náuseas, esofagitis, y lesiones de órganos viscerales raro. Neumonitis, o inflamación del pulmón con febrícula y tos no productiva, se pueden producir hasta tres meses después del tratamiento. Las lesiones agudas o tardías al corazón, otros músculos, nervios periféricos o de la médula espinal, y el hueso son poco comunes. Hay un muy pequeño riesgo para malignidad inducida por radiación. </li></ol> 2. Fiducial Marker Colocación <ol><li> Educación Físicarforma guiada por TC percutánea o colocación broncoscópica de un solo marcador recubierto de oro inserta en la diana tumoral centro-de-masa. <ol><li> Pregunta a un radiólogo para realizar una 3-5 mm de espesor imágenes tomográficas axial contigua de pecho del paciente 7. </li><li> Determinar un enfoque aguja segura minimizando tejido aireado pulmón atravesado (evitar ampollas y fisuras) 7. </li><li> Inyectar anestesia subcutánea local (por ejemplo, 1% de lidocaína). </li><li> Introducir 17 o 18 G aguja coaxial para colocar un solo corto (0,75 x 10 mm) o de un solo largo (0,75 x 20 mm) marcador de 10. </li></ol></li><li> Haga una broncoscopia guiada por navegación colocación marcador de referencia electromagnética pidiendo un neumólogo para adquirir imágenes tomográficas del pecho para el mapeo endobronquial 21. <ol><li> Cuña del broncoscopio en el segmento bronquial sospecha. </li><li> Dirigir el sensor de la sonda broncoscopio a la lesión diana. </li><li> Implementar una marca de referenciaer por aguja transbronquial. NOTA: Las técnicas para la radiocirugía-fiducial libre en el pulmón se consideran en investigación y sujeto a investigación activa 22,23. </li></ol></li><li> Como alternativa, para por lo menos tres (1,6 x 3 mm) marcadores de oro recubiertas de cortos que se colocan dentro de unos 6 cm &#39;caja&#39; alrededor de la meta. Si se coloca más de un marcador de referencia, se recomienda una separación física de 2 cm entre los marcadores. </li></ol> 3. Planificación del tratamiento <ol><li> Realizar la simulación guiada por TC (descrito en los pasos 3.2 y 3.3) 4-7 días después de la colocación marcador de referencia. </li><li> Pida al paciente que se encuentran en una de cabeza primero en decúbito supino sobre la mesa plana máquina de tratamiento. <ol><li> Coloque los brazos del paciente sobre su cabeza, con el apoyo de los titulares de brazo y muñeca superiores o un inmovilizador de vacío bolsa. Asegúrese de que el tórax y el abdomen no se inmovilizan. </li><li> Opcionalmente, utilice una esponja rodilla localizada de dos pines para la indexación. </li><li> Lugaral menos 4 marcadores corporales infrarrojos rastreado en el pecho para la localización. Marcadores de respiración-infrarrojos rastreado excesivamente regiones del cuerpo que demuestran el movimiento constante verticales respiratorio (3 mm o más movimiento de pico a pico se recomienda). </li></ol></li><li> Llevar a cabo una exploración helicoidal contigua no contrastada TC axial (1 mm de espesor rebanada, voltaje 120 kVp, mAs 350). NOTA: El tratamiento de los médicos pueden pedir un 4D CT scan tórax 12 o una tomografía computarizada del tórax 3D que incluye sin respiración, al final la inspiración, y la imagen apnea final de la espiración establece 24. </li><li> Obtener 18 exploraciones F-FDG PET / CT para mejorar la captura de movimiento del tumor de pulmón. <ol><li> Pregunte a los pacientes a estar en una posición de exploración de cabeza primero por tomografía computarizada helicoidal contiguas (por ejemplo, la tensión de 120 kVp, mAs 450) desde la línea de orbitomeatal a los muslos durante la respiración tranquila. </li><li> Adquirir 18 F-FDG PET después de la administración intravenosa de 11 mCi de 18F-FDG en promedio en el mismo scposición de la línea de orbitomeatal muslos anning durante la respiración tranquila. Si se utiliza esta técnica, 18 exploraciones F-FDG PET / CT son auto-contorneada por software fijado en un umbral SUVmax 40% y, a continuación, co-registradas con imágenes de simulación CT como se describe 1. </li></ol></li><li> Contornear el pulmón volumen primaria bruta de destino o volúmenes (GTVp) por mano de dibujo en conjuntos de datos 4D CT, preferiblemente la fase de exhalación. La ampliación de la GTVp con un margen de 5 mm crea el volumen del tumor de planificación (PTV). Planificación de la dosis de radiación se produce en la fase de exploración final de la espiración para el seguimiento dinámico. NOTA: Como una alternativa y al utilizar conjuntos de datos 3D de TC, la exploración de simulación CT sin respiración es la exploración de referencia. Usando esta técnica, la radiación tratamiento de contornos oncólogo del GTV en la respiración libre (GTVfb), inspiración (GTVi), y la espiración (GTVe) scans de simulación computarizada. Una de umbral del 40 por ciento de contorno máximo valor de captación estándar en las 18 imágenes F-FDG PET crea una <sup&gt; 18 F-FDG PET volumen blanco clínico (CTVpet) 1. A ITV compuesto representa la suma de los volúmenes añadido GTVfb, GTVi, GTVe, y CTVpet. A 5 mm expansión del margen de la ITV compuesta crea un PTV. Aquí, la planificación de la dosis de radiación se produce en la exploración libre de la respiración para el seguimiento dinámico. </li><li> Contorno cercanas estructuras de tejidos normales de dibujo en conjuntos de datos 4D CT, preferentemente la fase de exhalación mano. Esto puede incluir pulmonar normal, corazón más pericardio, esófago, hígado, riñones bilaterales, plexo braquial, y la médula espinal. Un contorno de la tráquea, bronquio principal derecho y el bronquio principal izquierdo se puede generar, se expandió 3 mm, y se utiliza como una restricción de la planificación de alta prioridad para evitar la fibrosis de las vías respiratorias toxicidad tardía. </li><li> Haga clic en el botón dinámico de seguimiento en el software de planificación. Esta acción se acopla con el seguimiento de la cacerola e inclinación gimbaled en la nueva plataforma SBRT. </li><li> Prescribir una dosis de radiación a la PTV. Considere uno de los tres radiación Monte Carlo prescripción de dosiss: 3 x 17 = 51 Gy Gy diariamente por lesiones pulmonares periféricas; 4 x 12 Gy = 48 Gy para las lesiones pulmonares centrales y las lesiones de la pared torácica periféricos; o cada dos días 5 x 10 Gy = 50 Gy. Con poca frecuencia cuando (es decir, el 95% de cobertura) o restricciones de órganos en riesgo no se cumplen las limitaciones de volumen de PTV, se puede utilizar una receta de 8 x 7,5 Gy = 60 Gy. </li></ol> 4. Tratamiento de entrega y de flujo de trabajo <ol><li> Construir un modelo de correlación respirar tranquilo después supina-cabeza-primera alineación. <ol><li> Coloque 4 (o un máximo de 6) marcadores corporales infrarrojos en el cuerpo en los mismos lugares marcados identificados en la simulación computarizada. </li><li> Verificar la exactitud posicional de los marcadores del cuerpo y la alineación del paciente por la cámara infrarroja y pantallas en la consola del tratamiento. NOTA: posición del marcador del cuerpo sirve como un control de haz-on para el movimiento irregular, una tos tales. </li><li> Adquirir de doble diagnóstico kV radiografías cruzada de avión o imágenes de TC de haz cónico en la consola del tratamiento para detectar marcadores implantados para p internaexactitud ositional. </li><li> Asociado y el movimiento corporal marcador correlato (como un sustituto para la respiración) y el movimiento marcador interno implantado con el software de computadora conectada a la nueva plataforma de flujo de trabajo de SBRT. NOTA: Un método de localización alternativa implica la alineación ortogonal del paciente de acuerdo con la anterior y de simulación CT marcas de triangulación láser lateral tatuados y el uso de una matriz de referencia normalizado (estrella) con seis marcadores infrarrojos cuerpo impregnado. </li></ol></li><li> Generar un modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón. <ol><li> Derivar una ruta panorámica y la inclinación de cardán para el acelerador para rastrear el movimiento del tumor utilizando software informático relacionado con el nuevo flujo de trabajo de la plataforma SBRT. </li><li> Evaluar visualmente el modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón antes de la entrega de la radiación. </li></ol></li><li> Observar la deriva marcador de referencia durante el parto radiación. </li><li> Evaluar colisiones máquina paciente debido a la rotación de pórtico, pivote O-ring, y la acción pan-y-tilt cardáns antes de planificar la entrega. NOTA: El personal de la radiación llevará a cabo este paso. El tratamiento puede implicar ocho y cincuenta y cinco coplanares y tratamiento no coplanares vigas estáticas, de forma manual y visualmente controladas por el personal de administración de la radiación. Los tratamientos pueden durar 15-30 minutos, con tumores de pulmón modelo correlación movimiento verificaciones realizadas aproximadamente cada 7 minutos. </li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Radiocirugía estereotáctica experiencias clínicas tempranas prometedores han impulsado la investigación de ensayos clínicos de radiación ablativa para el tratamiento de los cánceres de pulmón 25,26. La experiencia ha llevado a los investigadores a utilizar la radiación ablativa contra una variedad de tipos de tumores metástasis al pulmón 27,28. La nueva plataforma SBRT introduce un sistema de entrega de la radiación sobre todo en sintonía con el tratamiento de tumores en movimiento. La nueva plataforma SBRT proporciona un tratamiento de rayos x invisible que se genera por un acelerador lineal montado dentro de un pórtico junta tórica pivotante. Un mecanismo de cardán permite el movimiento pan-y-inclinación del acelerador lineal, proporcionando el seguimiento del movimiento del tumor dinámico en tiempo. Rayos X del plano transversal kV duales se obtienen antes y durante el tratamiento para verificar el posicionamiento 6 grados de libertad paciente. Coplanares y no coplanares grados únicas de la libertad mejorar la entrega de altas dosis de radiación para el cáncer objetivos y al mismo tiempo reducir al mínimola dosis de radiación a los órganos viscerales críticos. Se prevé que el tratamiento esteriliza objetivos celulares de cáncer sin daño irreparable a las células normales de disminución de la toxicidad relacionada con la radiación. Estudio futuro de la nueva plataforma SBRT documentará cualquier ganancia en control de destino y cualquier reducción en los efectos secundarios. La experiencia inicial con los nuevos programas de la plataforma SBRT prometen 10. Matices de seguimiento dinámico de pulmón los tumores continúan siendo exploradas; sin embargo, algunas generalizaciones son evidentes. Los tumores de pulmón demuestran movimiento menos de siete milímetros pueden tratarse mejor por una ITV compuesta además enfoque de expansión de 5 mm. Para los tumores pulmonares que muestran 7 mm o traducción más vertical, un enfoque de seguimiento dinámico utilizando un GTVp más 5 mm de expansión puede ser mejor para el tratamiento. Se necesitan más investigaciones definir estos límites. Además, 18 imágenes F-FDG PET superpuestas sobre 3D CT imagen conjuntos de datos suelen aumentar los volúmenes de ITV compuestos. Este enfoque asume volumen expansión debido a la 18 F-FDG señal de desprestigio que ocurre durante 3-5 min Tiempo bin del escáner PET. Un 40% thresholded 18 F-FDG volumen blanco clínico se ha estudiado y se ha utilizado en uno de nuestros programas 1. La investigación adicional caracterizar si 18 imágenes F-FDG PET replica adecuadamente se necesita histéresis tumor. Por último, hasta 3 lesiones en un solo pulmón pueden ser considerados para el tratamiento de una sola vez. De lo contrario, un enfoque secuencial se realiza. Localización dinámica en la nueva plataforma SBRT utiliza un modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón de predecir el movimiento del tumor de pulmón hasta 40 ms en el futuro. Posición y velocidad del cuerpo de infrarrojos y marcadores respiratorias se incluyen en el modelo. Una tasa de detección de marcador de 70% en kV adquiridas rayos X es un requisito para el seguimiento dinámico. Fiduciales son rastreados en tres dimensiones (es decir, x, y, z). Las imágenes generadas por las unidades kV de rayos X se registran y se comparan en tiempo real de forma automática. Olatencia bserved en seguimiento dinámico es debido a las limitaciones en el hardware panorámica y la inclinación de cardán, el procesamiento de software, y el rendimiento de control posicional de las unidades de rayos x kV. Investigadores de investigación se dedican a mejorar la latencia de seguimiento. Durante la entrega de radiación usando seguimiento dinámico en la nueva plataforma SBRT, es fundamental para observar la deriva marcador de referencia. Tendencias en la deriva marcador de referencia más allá de las tolerancias predefinidas 3 mm en ningún resultado de dirección en el tratamiento de pausa iniciada por el operador o en bodega haz automático. Si se produce una pausa de tratamiento, se recomienda que los operadores permiten para la reanudación del movimiento respiración tranquila en los próximos varias respiraciones del paciente y luego reanudación tratamiento antes de modelo de correlación reconstruir. Si pausas no tienen éxito, el reposicionamiento del paciente, detección de movimiento marcador respiración infrarrojos, detección marcador kV, modelado correlación reconstruirse la están haciendo para reanudar el tratamiento. En nuestra experiencia, los modelos de correlación de respiración son precisos para up a 7 minutos, a menudo limitada por la tensión o la relajación del paciente mientras descansa sobre la mesa de tratamiento. Siguen siendo preguntas sin respuesta. ¿Cuáles son las consecuencias radiobiológicos y modo de muerte celular en células normales y células cancerosas que ocurran después de la dosis de radiación ablativa? ¿Por qué ha sido tan difícil de combinar la radiación ablativa de alta precisión con radiosensitizing quimioterapias? Si bien es esencial para investigar otras modalidades de la entrega de la radiación ablativa en el pecho, no está claro en cuanto a si la radiación ablativa puede proporcionar una eficacia terapéutica equivalente como la cirugía torácica. De hecho, la cirugía torácica es la técnica más comúnmente utilizado y validado para lograr la erradicación del tumor en el pulmón cuando ya se han aplicado terapias convencionales. En este caso, la nueva plataforma de SBRT es un medio no invasivo innovadoras de tratamiento para las mujeres y los hombres con tumores de pulmón que muestra el movimiento.

Los cánceres de pulmón representan el mayor número de muertes relacionadas con cáncer en mujeres y hombres en todo el mundo 2. Hasta el 63% de los cánceres de pulmón persistentes o recurrentes involucrar tejido pulmonar que ya está gravada por la quimioterapia o previamente irradiado. 3,4. Además de la irradiación en los sitios de los tumores pulmonares persistentes o recurrentes puede conducir a la morbilidad pulmonar intolerable 5,6, especialmente cuando la cirugía convencional, la quimioterapia y la radiación ya han sido juzgados. Así, las mujeres y los hombres en tales circunstancias clínicas tienen necesidad de nuevas estrategias de terapia del cáncer similares a los tratamientos presentados antes en esta revista 7. Radioterapia corporal estereotáctica ablativa (SBRT) puede satisfacer esta necesidad terapéutica mediante la esterilización de los tumores de pulmón a través de la radiación de alta dosis, precisamente dirigida 8,9. Hay una plataforma SBRT novela capaz de esta tarea terapéutica 10-12. Se separa de otras plataformas SBRT porla integración de las unidades de doble diagnóstico ExacTrac kV de rayos x (capaz de haz cónico computarizada localización objetivo tomografía) y una unidad de cámara de infrarrojos (capaz de seguimiento marcador de superficie corporal como un sustituto para movimiento interno) que tanto permiten estereoscópica retroalimentación de lazo abierto de cáncer orientar el movimiento intrafraction. También dispone de un ± 4 cm única gimbaled acelerador radiación panorámica y la inclinación que tiene formada por 60 hojas de tungsteno de aleación (0,25 cm de ancho, 11 cm física altura física) el haz de radiación. Utiliza una completa multi-hoja colimador sobre centro-viaje para un 15 x 15 cm tamaño máximo de campo. Incorpora un ± 60 ° pivotante junta tórica robot impulsado y ± 185 ° de rotación de pórtico permitiendo de configuración ángulos coplanares y haz del acelerador no coplanares y grados de tratamiento únicas de la libertad. Por último, tiene una precisión submilimétrica (0,4 mm en el isocentro) 13. En contraste, otras plataformas de radioterapia SBRT montan un acelerador de radiación clínica o bien a un brazo robótico industrial 14, o a un pórtico 15 helicoidal rebanada por rebanada, o dentro de una máquina convencional vinculado a radioterapia de intensidad modulada guiada por imagen o software de entrega de arco dinámica 16. Cada plataforma se acopla con una variedad de componentes de la máquina para seguir el movimiento resultante del movimiento de la respiración, latidos del corazón, o la digestión. Radiocirugía pulmón ha tenido éxito clínico 17,18, lo que hace la modalidad una opción de tratamiento novedoso en oncología de radiación 19,20. Este how-to artículo proporciona un nuevo protocolo de radioterapia que describe el seguimiento de tumores de pulmón dinámico para la intención de tratamiento terapéutico.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Vero SBRT Linac System 1.0</td>
			<td>Brainlab, Inc. (Munich, Germany)</td>
			<td>46300</td>
			<td>High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Visicoil fiducial marker</td>
			<td>IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA)</td>
			<td>67245</td>
			<td>0.75 mm x 10 mm marker -or- 0.75 mm x 20 mm marker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold fiducial marker</td>
			<td>Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA)</td>
			<td>MTNW887860</td>
			<td>Sterile placement needle (14GA ETW x 20cm) with one 1.6mm &#215; 3mm marker</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dynamic lung tumor tracking for stereotactic ablative body radiation therapy

Los médicos consideran la terapia estereotáctica ablativa radiación del cuerpo (SBRT) para el tratamiento de cáncer extracraneales objetivos deben ser conscientes de los riesgos considerables para la lesión del tejido normal y los peligros de la señorita tumor físico. Una primera de su tipo plataforma SBRT logra alta precisión el tratamiento de radiación ablativa a través de una combinación de soluciones de imágenes en tiempo real y versátiles capacidades de seguimiento de tumores sofisticados. Utiliza diagnóstico dual-unidades de rayos X kV para estereoscópica retroalimentación de lazo abierto de la meta del cáncer movimiento intrafraction se producen como consecuencia de los movimientos respiratorios y latidos del corazón. Retroalimentación guiada por imágenes impulsa un acelerador de la radiación gimbaled (máximo 15 x 15 cm tamaño del campo) capaz de tiempo real de acción ± 4 cm panorámica y de inclinación. Robot impulsada ± 60 ° pivotes de un integrados ± 185 ° de rotación de pórtico permiten set-up ángulos coplanares y haz del acelerador no coplanares, en última instancia, permite grados de tratamiento únicas de la libertad. Estado-of-the-unsoftware rt ayuda en tiempo real de seis posicionamiento tridimensional, lo que garantiza la irradiación de blancos de cáncer con una precisión sub-milímetro (0,4 mm en el isocentro). El uso de estas características permite el tratamiento de los médicos para dirigir la dosis de radiación a dianas de tumores de cáncer, mientras que simultáneamente reduce la dosis de radiación a los tejidos normales. Mediante la adición de la respiración correlacionado tomografía computarizada (CT) y 2- [18 F] fluoro-2-desoxi-ᴅ-glucosa (18 F-FDG) tomografía por emisión de positrones (PET) las imágenes en el sistema de planificación para mejorar el contorno del tumor objetivo, la probabilidad del fallo del tumor física se convierte sustancialmente menos 1. En este artículo, describimos los nuevos planes de radiación para el tratamiento de tumores de pulmón en movimiento.

SBRT en la nueva plataforma actualmente involucra múltiples haces de radiación estática converger en objetivos de radiación clínicos asociados estrechamente simples o múltiples, como se muestra por ejemplo en la figura 1. Un buen resultado planificación representante administra la radiación ablativa con un 95% de cobertura del volumen blanco cáncer y el cáncer de destino la conformidad de la dosis. La figura 1 muestra 5 coplanares y 4 vigas no coplanares (es decir, la rotación del anillo + 20 ° para vigas de 2, 4, 6 y 8) usa para tratar un único PTV que representa el carcinoma de células escamosas en el pulmón derecho. Márgenes Beam para el PTV eran de un milímetro. La dosis de radiación, prescrito a la línea de isodosis del 95%, la cobertura vuelve PTV 95%, con un índice de conformidad de 1.48. La receta fue de 50 Gy en cinco cada día otros 10 fracciones Gy. Estructuras representadas aquí incluyen el volumen blanco de planificación (rojo), volumen de destino interno (blanco), la médula espinal (verde), y el esófago (azul claro). Líneas de isodosis son como se indica. &lt;/ P&gt; <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52875/52875fig1highres.jpg" width="700" /> Figura 1:. Seguimiento del tumor dinámica de un tumor de pulmón en el lado derecho En la foto es un ejemplo de dosis de radiación ablativa (50 Gy en 10 Gy cada cinco otras fracciones días) entregado a un solo tumor de pulmón del lado derecho usando nueve vigas estáticos (azul / verde, 34 ° de diferencia). Las ventanas de software de planificación representan 4: (A) una viga y crítica Mapa estructura colisión, (B) beam&#39;s-ojo-vista (aquí, haz 1), (C) tridimensional computarizada y mapa reconstrucción viga, y (D) axial CT con distribución de la dosis. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Estructura </td><td> Métrico </td><td> Volumen </td><td> Variación aceptable </td></tr><tr><td> PTV </td><td> V50Gy </td><td> ≥95% </td><td> ≥90% </td></tr><tr><td> Dosis mínima </td><td> 0,03 cm 3 </td><td> ≥46 Gy (92%) </td><td> ≥45 Gy (90%) </td></tr><tr><td> Dosis máxima </td><td> 0,03 cm 3 </td><td> ≤60 Gy (120%) </td><td> ≤62.5 Gy (125%) </td></tr><tr><td> Medula espinal </td><td> 0,03 cm 3 </td><td> ≤15 Gy </td><td> ≤22 Gy </td></tr><tr><td> Pulmón (menos GTV) </td><td> V20Gy </td><td> ≤10% </td><td> ≤15% </td></tr><tr><td></td><td> Dosis media </td><td> ≤8 Gy </td><td> ≤10 Gy </td></tr><tr><td> Corazón / Pericardio </td><td> 15 cm 3 </td><td> ≤32 Gy </td><td> ≤36 Gy </td></tr><tr><td> Esófago </td><td> Dosis media </td><td> ≤18 Gy </td><td> ≤20 Gy </td></tr><tr><td></td><td> 0,03 cm 3 </td><td> ≤27 ​​Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr><tr><td> Braquialplexo </td><td> 0,03 cm 3 </td><td> ≤24 Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr></tbody></table> Tabla 1: Estructura restricciones de planificación de tratamiento.

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Dynamic Lung Tumor Tracking for Stereotactic Ablative Body Radiation Therapy

Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

Dinámica de seguimiento del tumor de pulmón para estereotáctica ablativa Radioterapia Corporal

Physicians considering stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) for the treatment of extracranial cancer targets must be aware of the sizeable ...

dynamic-lung-tumor-tracking-for-stereotactic-ablative-body-radiation

Research

JoVE Journal

Medicine

15.3K vistas.  Summa Cancer Institute. Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

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In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There is little knowledge about in situ, in vivo, tumor hypoxia during intracranial development of malignant brain tumors because of lack of efficient means to monitor it in these deep-seated orthotopic tumors. Bioluminescence imaging (BLI), based on the detection of light emitted by living cells expressing a luciferase gene, has been rapidly adopted for cancer research, in particular, to evaluate tumor growth or tumor size changes in response to treatment in preclinical animal studies. Moreover, by expressing a reporter gene under the control of a promoter sequence, the specific gene expression can be monitored non-invasively by BLI. Under hypoxic stress, signaling responses are mediated mainly via the hypoxia inducible factor-1&alpha; (HIF-1&alpha;) to drive transcription of various genes. Therefore, we have used a HIF-1&alpha; reporter construct, 5HRE-ODD-luc, stably transfected into human breast cancer MDA-MB231 cells (MDA-MB231/5HRE-ODD-luc). In vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay is performed by incubating the transfected cells in a hypoxic chamber (0.1% O2) for 24 hr before BLI, while the cells in normoxia (21% O2) serve as a control. Significantly higher photon flux observed for the cells under hypoxia suggests an increased HIF-1&alpha; binding to its promoter (HRE elements), as compared to those in normoxia. Cells are injected directly into the mouse brain to establish a breast cancer brain metastasis model. In vivo bioluminescence imaging of tumor hypoxia dynamics is initiated 2 wks after implantation and repeated once a week. BLI reveals increasing light signals from the brain as the tumor progresses, indicating increased intracranial tumor hypoxia. Histological and immunohistochemical studies are used to confirm the in vivo imaging results. Here, we will introduce approaches of in vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay, surgical establishment of a breast cancer brain metastasis in a nude mouse and application of in vivo bioluminescence imaging to monitor intracranial tumor hypoxia.

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

Bioluminescence imaging of hypoxia inducible factor-1&alpha; activity is applied to monitor intracranial tumor hypoxia development in a breast cancer brain metastasis mouse model.

Imágenes in vivo de tumores bioluminiscencia Dinámica hipoxia de la metástasis cerebral cáncer de mama en un modelo de ratón

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There ...

Investigación

Medicina

Combination Radiotherapy in an Orthotopic Mouse Brain Tumor Model

Glioblastoma multiforme (GBM) are the most common and aggressive adult primary brain tumors1. In recent years there has been substantial progress in the understanding of the mechanics of tumor invasion, and direct intracerebral inoculation of tumor provides the opportunity of observing the invasive process in a physiologically appropriate environment2. As far as human brain tumors are concerned, the orthotopic models currently available are established either by stereotaxic injection of cell suspensions or implantation of a solid piece of tumor through a complicated craniotomy procedure3. In our technique we harvest cells from tissue culture to create a cell suspension used to implant directly into the brain. The duration of the surgery is approximately 30 minutes, and as the mouse needs to be in a constant surgical plane, an injectable anesthetic is used. The mouse is placed in a stereotaxic jig made by Stoetling (figure 1). After the surgical area is cleaned and prepared, an incision is made; and the bregma is located to determine the location of the craniotomy. The location of the craniotomy is 2 mm to the right and 1 mm rostral to the bregma. The depth is 3 mm from the surface of the skull, and cells are injected at a rate of 2 &mu;l every 2 minutes. The skin is sutured with 5-0 PDS, and the mouse is allowed to wake up on a heating pad. From our experience, depending on the cell line, treatment can take place from 7-10 days after surgery. Drug delivery is dependent on the drug composition. For radiation treatment the mice are anesthetized, and put into a custom made jig. Lead covers the mouse's body and exposes only the brain of the mouse. The study of tumorigenesis and the evaluation of new therapies for GBM require accurate and reproducible brain tumor animal models. Thus we use this orthotopic brain model to study the interaction of the microenvironment of the brain and the tumor, to test the effectiveness of different therapeutic agents with and without radiation.

The purpose of this article is to describe the use of an orthotopic glioblastoma model for chemoradiation studies. This article will go though cell processing, implanting, and radiotherapy of the mouse using an intracranial model.

Combinación de radioterapia en un modelo ortotópico de tumor cerebral del ratón

Glioblastoma multiforme (GBM) are the most common and aggressive adult primary brain tumors1. In recent years there has been substantial progress in the ...

Stereotactic Radiosurgery for Gynecologic Cancer

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, intricate treatment planning, on-board imaging, and reduced number of ablative radiation doses to cancer targets usually refractory to chemotherapy and conventional radiation. Steep SBRT radiation dose drop-off permits narrow 'pencil beam' treatment fields to be used for ablative radiation treatment condensed into 1 to 3 treatments.
Treating physicians must appreciate that SBRT comes at a bigger danger of normal tissue injury and chance of geographic tumor miss. Both must be tackled by immobilization of cancer targets and by high-precision treatment delivery. Cancer target immobilization has been achieved through use of indexed customized Styrofoam casts, evacuated bean bags, or body-fix molds with patient-independent abdominal compression.1-3 Intrafraction motion of cancer targets due to breathing now can be reduced by patient-responsive breath hold techniques,4 patient mouthpiece active breathing coordination,5 respiration-correlated computed tomography,6 or image-guided tracking of fiducials implanted within and around a moving tumor.7-9 The Cyberknife system (Accuray [Sunnyvale, CA]) utilizes a radiation linear accelerator mounted on a industrial robotic arm that accurately follows patient respiratory motion by a camera-tracked set of light-emitting diodes (LED) impregnated on a vest fitted to a patient.10 Substantial reductions in radiation therapy margins can be achieved by motion tracking, ultimately rendering a smaller planning target volumes that are irradiated with submillimeter accuracy.11-13
Cancer targets treated by SBRT are irradiated by converging, tightly collimated beams. Resultant radiation dose to cancer target volume histograms have a more pronounced radiation "shoulder" indicating high percentage target coverage and a small high-dose radiation "tail." Thus, increased target conformality comes at the expense of decreased dose uniformity in the SBRT cancer target. This may have implications for both subsequent tumor control in the SBRT target and normal tissue tolerance of organs at-risk. Due to the sharp dose falloff in SBRT, the possibility of occult disease escaping ablative radiation dose occurs when cancer targets are not fully recognized and inadequate SBRT dose margins are applied. Clinical target volume (CTV) expansion by 0.5 cm, resulting in a larger planning target volume (PTV), is associated with increased target control without undue normal tissue injury.7,8 Further reduction in the probability of geographic miss may be achieved by incorporation of 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (18F-FDG) positron emission tomography (PET).8 Use of 18F-FDG PET/CT in SBRT treatment planning is only the beginning of attempts to discover new imaging target molecular signatures for gynecologic cancers.

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) involves image-guided, ablative radiation delivered to cancer targets refractory to chemotherapy or to conventional radiation treatment. The robotic-armed Cyberknife SBRT system, using sophisticated target localization, delivers hypofractionated radiation doses capable of sterilizing cancer targets. This article will consider new therapeutic roles of SBRT for gynecological cancers.

La radiocirugía estereotáctica para el cáncer ginecológico

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, ...

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is a high-grade primary brain cancer with a median survival of only 14.6 months in humans despite standard tri-modality treatment consisting of surgical resection, post-operative radiation therapy and temozolomide chemotherapy 1. New therapeutic approaches are clearly needed to improve patient survival and quality of life. The development of more effective treatment strategies would be aided by animal models of GBM that recapitulate human disease yet allow serial imaging to monitor tumor growth and treatment response. In this paper, we describe our technique for the precise stereotactic implantation of bio-imageable GBM cancer cells into the brains of nude mice resulting in tumor xenografts that recapitulate key clinical features of GBM 2. This method yields tumors that are reproducible and are located in precise anatomic locations while allowing in vivo bioluminescent imaging to serially monitor intracranial xenograft growth and response to treatments 3-5. This method is also well-tolerated by the animals with low perioperative morbidity and mortality.

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

We describe an integrated method for the precise, stereotactic implantation of human glioblastoma multiforme cells into the brains of nude mice and subsequent serial in vivo imaging to monitor growth and response to treatment of the resultant xenografts.

La implantación estereotáctica intracraneal y<em&gt; En vivo</em&gt; Radiología bioluminiscente de xenoinjertos de tumores en un sistema modelo de ratón de glioblastoma multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is a high-grade primary brain cancer with a median survival of only 14.6 months in humans despite standard tri-modality ...

Human Neuroendocrine Tumor Cell Lines as a Three-Dimensional Model for the Study of Human Neuroendocrine Tumor Therapy

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human malignancies.1 Other than surgery for the minority of patients who present with localized disease, there is little or no survival benefit of systemic therapy. Therefore, there is a great need to better understand the biology of NETs, and in particular define new therapeutic targets for patients with nonresectable or metastatic neuroendocrine tumors. 3D cell culture is becoming a popular method for drug screening due to its relevance in modeling the in vivo tumor tissue organization and microenvironment.2,3 The 3D multicellular spheroids could provide valuable information in a more timely and less expensive manner than directly proceeding from 2D cell culture experiments to animal (murine) models.
To facilitate the discovery of new therapeutics for NET patients, we have developed an in vitro 3D multicellular spheroids model using the human NET cell lines. The NET cells are plated in a non-adhesive agarose-coated 24-well plate and incubated under physiological conditions (5% CO2, 37 &deg;C) with a very slow agitation for 16-24 hr after plating. The cells form multicellular spheroids starting on the 3rd or 4th day. The spheroids become more spherical by the 6th day, at which point the drug treatments are initiated. The efficacy of the drug treatments on the NET spheroids is monitored based on the morphology, shape and size of the spheroids with a phase-contrast light microscope. The size of the spheroids is estimated automatically using a custom-developed MATLAB program based on an active contour algorithm. Further, we demonstrate a simple method to process the HistoGel embedding on these 3D spheroids, allowing the use of standard histological and immunohistochemical techniques. 
This is the first report on generating 3D spheroids using NET cell lines to examine the effect of therapeutic drugs. We have also performed histology on these 3D spheroids, and displayed an example of a single drug's effect on growth and proliferation of the NET spheroids. Our results support that the NET spheroids are valuable for further studies of NET biology and drug development.

We present a simple agarose overlay platform to grow 3D multicellular spheroids using neuroendocrine cancer cell lines. This method provides a very convenient way to examine the effect of therapeutic drugs on the neuroendocrine tumor cells. It could also help us establish human neuroendocrine tumor spheroids for cancer therapy.

Humanos neuroendocrinos líneas de células tumorales como un modelo tridimensional para el estudio de la terapia humana tumor neuroendocrino

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a novel platform that allows for direct long-term visualization of tissue structure changes intracranially. Imaging at a single cell resolution in a real-time fashion provides supplementary dynamic information beyond that provided by standard end-point histological analysis, which looks solely at 'snap-shot' cross sections of tissue.
Establishing this intravital imaging technique in fluorescent chimeric mice, we are able to image four fluorescent channels simultaneously. By incorporating fluorescently labeled cells, such as GFP+ bone marrow, it is possible to track the fate of these cells studying their long-term migration, integration and differentiation within tissue. Further integration of a secondary reporter cell, such as an mCherry glioma tumor line, allows for characterization of cell:cell interactions. Structural changes in the tissue microenvironment can be highlighted through the addition of intra-vital dyes and antibodies, for example CD31 tagged antibodies and Dextran molecules.
Moreover, we describe the combination of our ICW imaging model with a small animal micro-irradiator that provides stereotactic irradiation, creating a platform through which the dynamic tissue changes that occur following the administration of ionizing irradiation can be assessed.
Current limitations of our model include penetrance of the microscope, which is limited to a depth of up to 900 &mu;m from the sub cortical surface, limiting imaging to the dorsal axis of the brain. The presence of the skull bone makes the ICW a more challenging technical procedure, compared to the more established and utilized chamber models currently used to study mammary tissue and fat pads 5-7. In addition, the ICW provides many challenges when optimizing the imaging.

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We describe a novel in vivo imaging technique that couples fluorescent chimeric mice with intracranial windows and high-resolution 2-photon microscopy. This imaging platform aids studies of dynamic changes in brain tissue and microvasculature, at a single-cell level, following pathological insults and is adaptable to assess intracranial drug delivery and distribution.

Una novela de alta resolución<em&gt; En vivo</em&gt; Técnica de escaneo para el Estudio de la respuesta dinámica de estructuras intracraneales al crecimiento del tumor y Terapéutica

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. Here, we describe a general protocol for cell labeling, imaging, and image processing. The technique is applicable to various cell types and animal models, although here we focus on a typical mouse model for tracking murine immune cells. The most important issues for cell labeling are described, as these are relevant to all models. Similarly, key imaging parameters are listed, although the details will vary depending on the MRI system and the individual setup. Finally, we include an image processing protocol for quantification. Variations for this, and other parts of the protocol, are assessed in the Discussion section. Based on the detailed procedure described here, the user will need to adapt the protocol for each specific cell type, cell label, animal model, and imaging setup. Note that the protocol can also be adapted for human use, as long as clinical restrictions are met.

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

We describe a general protocol for in vivo cell tracking using MRI in a mouse model with ex vivo labeled cells. A typical protocol for cell labeling, image acquisition processing and quantification is included.

In vivo MRI de 19F para el seguimiento de la célula

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. ...

Tumor Treating Field Therapy in Combination with Bevacizumab for the Treatment of Recurrent Glioblastoma

A novel device that employs TTF therapy has recently been developed and is currently in use for the treatment of recurrent glioblastoma (rGBM). It was FDA approved in April 2011 for the treatment of patients 22 years or older with rGBM. The device delivers alternating electric fields and is programmed to ensure maximal tumor cell kill1.
Glioblastoma is the most common type of glioma and has an estimated incidence of approximately 10,000 new cases per year in the United States alone2. This tumor is particularly resistant to treatment and is uniformly fatal especially in the recurrent setting3-5. Prior to the approval of the TTF System, the only FDA approved treatment for rGBM was bevacizumab6. Bevacizumab is a humanized monoclonal antibody targeted against the vascular endothelial growth factor (VEGF) protein that drives tumor angiogenesis7. By blocking the VEGF pathway, bevacizumab can result in a significant radiographic response (pseudoresponse), improve progression free survival and reduce corticosteroid requirements in rGBM patients8,9. Bevacizumab however failed to prolong overall survival in a recent phase III trial26. A pivotal phase III trial (EF-11) demonstrated comparable overall survival between physicians&#8217; choice chemotherapy and TTF Therapy but better quality of life were observed in the TTF arm10.
There is currently an unmet need to develop novel approaches designed to prolong overall survival and/or improve quality of life in this unfortunate patient population. One appealing approach would be to combine the two currently approved treatment modalities namely bevacizumab and TTF Therapy. These two treatments are currently approved as monotherapy11,12, but their combination has never been evaluated in a clinical trial. We have developed an approach for combining those two treatment modalities and treated 2 rGBM patients. Here we describe a detailed methodology outlining this novel treatment protocol and present representative data from one of the treated patients.

A novel methodology that is employed for the treatment of recurrent glioblastomas is described. This treatment approach employs the application of alternating electric tumor treating fields (TTFields), known as TTF Therapy in combination with bevacizumab, a targeted agent that is currently FDA approved as monotherapy.

Tumor Tratamiento Terapia del Campo en combinación con bevacizumab para el tratamiento de glioblastoma recurrente

A novel device that employs TTF therapy has recently been developed and is currently in use for the treatment of recurrent glioblastoma (rGBM). It was FDA ...

Primary Tumor and MEF Cell Isolation to Study Lung Metastasis

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered genotypes now possess the ability to invade and survive in other tissues. In this protocol, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. The cells isolated from this procedure are then available for gene profiling experiments. For successful metastasis, these cells must be able to intravasate, survive in circulation, extravasate to distant organs, and survive in that new organ system. The lungs are the typical target of breast cancer metastasis. A set of genes have been discovered that mediates the selectivity of metastasis to the lung. Here we describe a method of studying lung metastasis from a genetically engineered mouse model.. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts (MEFs) from the mouse embryo is included. MEF cells from the same animal type provide a clue of non-cancer cell gene expression. Together, these techniques are useful in studying mouse mammary tumorigenesis, its associated signaling mechanisms and pathways of the abnormalities in embryos.

The goal of this protocol is to study breast tumorigenesis. With this technique, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. A lung extraction protocol is included for studying lung metastasis. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts from the mouse embryo is included.

Tumor primario y aislamiento de células MEF para el Estudio de pulmón metástasis

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered ...

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model

Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe respiratory motion artifact in the abdominal area. Orthotopic tumor models offer advantages over subcutaneous ones, because those can reflect the primary tumor microenvironment affecting blood supply, neovascularization, and tumor cell invasion. We have recently established a protocol of DCE-MRI of orthotopic pancreatic tumor xenografts in mouse models by securing tumors with an orthogonally bent plastic board to prevent motion transfer from the chest region during imaging. The pressure by this board was localized on the abdominal area, and has not resulted in respiratory difficulty of the animals. This article demonstrates the detailed procedure of orthotopic pancreatic tumor modeling using small animals and DCE-MRI of the tumor xenografts. Quantification method of pharmacokinetic parameters in DCE-MRI is also introduced. The procedure described in this article will assist investigators to apply DCE-MRI for orthotopic gastrointestinal cancer mouse models.

The goal of this protocol is to apply dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) for orthotopic pancreatic tumor xenografts in mice. DCE-MRI is a non-invasive method to analyze microvasculature in a target tissue, and useful to assess vascular response in a tumor following a novel therapy.