Name: dynamic lung tumor tracking for stereotactic ablative body radiation therapy
Uploaded: 2015-06-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
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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><tbody><tr><td>Vero SBRT Linac System 1.0</td><td>Brainlab, Inc. (Munich, Germany)&lt;br /&gt;Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)</td><td>46300</td><td>High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation</td></tr><tr><td>Visicoil fiducial marker</td><td>IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA)</td><td>67245</td><td>0.75 x 10 mm marker or 0.75 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 (14 G ETW x 20 cm) with one 1.6 x 3 mm 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 ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

15.5K 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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Endobronchial Ultrasound-guided Intratumoral Injection of Cisplatin for the Treatment of Isolated Mediastinal Recurrence of Lung Cancer

Isolated hilar and mediastinal recurrence (IMHR) following external beam radiation therapy (EBRT) in patients with lung cancer is common. These patients do not have many treatment options and are usually offered palliative chemotherapy or best supportive care. Endobronchial ultrasound (EBUS)-guided intratumoral injection of cisplatin (ITC) is a novel approach for these patients. The procedure is performed under conscious sedation. The lesion is located with a bronchoscopy using EBUS, and a 22-gauge EBUS needle is advanced through the working channel of the scope and locked in position. Under ultrasound guidance, the wall of the tracheobronchial tree is punctured and the needle is moved into the target lesion. The needle stylet is then removed and cisplatin (40 mg/40 mL) is injected into the lesion. One to two sites are treated per session. Details of the procedure are described in the protocol section of paper. At our center, 50 sites were treated in 36 patients (19 males, 17 females). The mean age of our cohort was 61.9 &#177;8.5 years. We performed final analyses on 35 patients and 41 sites. 24/35 (69%) had complete or partial response (responders), whereas 11/35 (31%) had stable or progressive disease (non-responders). Overall, survival in our group was 8 months (95% CI of 6-11 months), with patients who responded having significantly better survival than the ones who did not.

The management of isolated recurrent lung cancer in a previously-irradiated field is challenging. Here, we describe an endobronchial ultrasound (EBUS)-guided cisplatin injection for the management of patients with localized lung cancer recurrence in a previously-radiated field.

Endobronquial guiada por ultrasonografía inyección intratumoral de cisplatino para el tratamiento de los aislada mediastinal La recurrencia de cáncer de pulmón

Isolated hilar and mediastinal recurrence (IMHR) following external beam radiation therapy (EBRT) in patients with lung cancer is common. These patients ...

Investigación

Investigación sobre el cáncer

PET and MRI Guided Irradiation of a Glioblastoma Rat Model Using a Micro-irradiator

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without the ability to target a specific or well-delineated tumor volume. The delivery of radiation was achieved using fixed radiation sources or linear accelerators producing megavoltage (MV) X-rays. These devices are unable to achieve sub-millimeter precision required for small animals. Furthermore, the high doses delivered to healthy surrounding tissue hamper response assessment. To increase the translation between small animal studies and humans, our goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in a rat model. To enable a more accurate irradiation in a preclinical setting, recently, precision image-guided small animal radiation research platforms were developed. Similar to human planning systems, treatment planning on these micro-irradiators is based on computed tomography (CT). However, low soft-tissue contrast on CT makes it very challenging to localize targets in certain tissues, such as the brain. Therefore, incorporating magnetic resonance imaging (MRI), which has excellent soft-tissue contrast compared to CT, would enable a more precise delineation of the target for irradiation. In the last decade also biological imaging techniques, such as positron emission tomography (PET) gained interest for radiation therapy treatment guidance. PET enables the visualization of e.g., glucose consumption, amino-acid transport, or hypoxia, present in the tumor. Targeting those highly proliferative or radio-resistant parts of the tumor with a higher dose could give a survival benefit. This hypothesis led to the introduction of the biological tumor volume (BTV), besides the conventional gross target volume (GTV), clinical target volume (CTV), and planned target volume (PTV).
At the preclinical imaging lab of Ghent University, a micro-irradiator, a small animal PET, and a 7 T small animal MRI are available. The goal was to incorporate MRI-guided irradiation and PET-guided sub-volume boosting in a glioblastoma rat model.

In the past, small animal irradiation was usually performed without the ability to target a well-delineated tumor volume. The goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in rats. Using a small animal irradiation platform, we performed MRI-guided 3D conformal irradiation with PET-based sub-volume boosting in a preclinical setting.

PET y resonancia magnética guiada por irradiación de un modelo de rata de Glioblastoma usando un Micro-irradiador

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without ...

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, ...

Medicina

Detection of Lung Tumor Progression in Mice by Ultrasound Imaging

With ~1.6 million victims per year, lung cancer contributes tremendously to the worldwide burden of cancer. Lung cancer is partly driven by genetic alterations in oncogenes such as the KRAS oncogene, which constitutes ~25% of lung cancer cases. The difficulty in therapeutically targeting KRAS-driven lung cancer partly stems from having poor models that can mimic the progression of the disease in the lab. We describe a method that permits the relative quantification of primary KRAS lung tumors in a Cre-inducible LSL-KRAS G12D mouse model via ultrasound imaging. This method relies on brightness (B)-mode acquisition of the lung parenchyma. Tumors that are initially formed in this model are visualized as B-lines and can be quantified by counting the number of B-lines present in the acquired images. These would represent the relative tumor number formed on the surface of the mouse lung. As the formed tumors develop with time, they are perceived as deep clefts within the lung parenchyma. Since the circumference of the formed tumor is well-defined, calculating the relative tumor volume is achieved by measuring the length and width of the tumor and applying them in the formula used for tumor caliper measurements. Ultrasound imaging is a non-invasive, fast and user-friendly technique that is often used for tumor quantifications in mice. Although artifacts may appear when obtaining ultrasound images, it has been shown that this imaging technique is more advantageous for tumor quantifications in mice compared to other imaging techniques such as computed tomography (CT) imaging and bioluminescence imaging (BLI). Researchers can investigate novel therapeutic targets using this technique by comparing lung tumor initiation and progression between different groups of mice.

This protocol describes the steps taken to induce KRAS lung tumors in mice as well as the quantification of formed tumors by ultrasound imaging. Small tumors are visualized in early timepoints as B-lines. At later timepoints, relative tumor volume measurements are achieved by the measurement tool in the ultrasound software.

Detección de la progresión del tumor pulmonar en ratones por imágenes por ultrasonido

With ~1.6 million victims per year, lung cancer contributes tremendously to the worldwide burden of cancer. Lung cancer is partly driven by genetic ...

Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical treatment, computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) were combined during the treatment-planning process. Positron emission tomography (PET) imaging was subsequently added to implement sub-volume boosting using a micro-irradiation system. However, combining three imaging modalities (CT, MRI, and PET) using a micro-irradiation system proved to be labor-intensive because multimodal imaging, treatment planning, and dose delivery have to be completed sequentially in the preclinical setting. This also results in a workflow that is more prone to human error. Therefore, a user-friendly algorithm to further optimize preclinical multimodal imaging-based radiation treatment planning was implemented. This software tool was used to evaluate the accuracy and efficiency of dose painting radiation therapy with micro-irradiation by using an in silico study design. The new methodology for dose painting radiation therapy is superior to the previously described method in terms of accuracy, time efficiency, and intra- and inter-user variability. It is also an important step towards the implementation of inverse treatment planning on micro-irradiators, where forward planning is still commonly used, in contrast to clinical systems.

Here we present a protocol to perform preclinical positron emission tomography-based radiotherapy in a rat glioblastoma model using algorithms developed in-house to optimize the accuracy and efficiency.

Radioterapia de pintura de dosis basada en tomografía por emisión de positrones en un modelo de rata con glioblastoma utilizando la Plataforma de Investigación de Radiación en Animales Pequeños

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical ...

Examen de la diseminación de células tumorales a partir de metástasis pulmonares

Tracking Tumor Cell Dissemination from Lung Metastases Using Photoconversion

Metastasis - the systemic spread of cancer - is the leading cause of cancer-related deaths. Although metastasis is commonly thought of as a unidirectional process wherein cells from the primary tumor disseminate and seed metastases, tumor cells in existing metastases can also redisseminate and give rise to new lesions in tertiary sites in a process known as &#34;metastasis-from-metastases&#34; or &#34;metastasis-to-metastasis seeding.&#34; Metastasis-to-metastasis seeding may increase the metastatic burden and decrease the patient&#39;s quality of life and survival. Therefore, understanding the processes behind this phenomenon is crucial to refining treatment strategies for patients with metastatic cancer.
Little is known about metastasis-to-metastasis seeding, due in part to logistical and technological limitations. Studies on metastasis-to-metastasis seeding rely primarily on sequencing methods, which may not be practical for researchers studying the exact timing of metastasis-to-metastasis seeding events or what promotes or prevents them. This highlights the lack of methodologies that facilitate the study of metastasis-to-metastasis seeding. To address this, we have developed - and describe herein - a murine surgical protocol for the selective photoconversion of lung metastases, allowing specific marking and fate tracking of tumor cells redisseminating from the lung to tertiary sites. To our knowledge, this is the only method for studying tumor cell redissemination and metastasis-to-metastasis seeding from the lungs that does not require genomic analysis.

Autor destacado: Decodificación de la siembra de metástasis a metástasis utilizando una nueva técnica in vivo para rastrear la propagación del cáncer de mama 

We present a method for studying tumor cell redissemination from lung metastases involving a surgical protocol for the selective photoconversion of lung metastases, followed by the identification of redisseminated tumor cells in tertiary organs.

Seguimiento de la diseminación de células tumorales a partir de metástasis pulmonares mediante fotoconversión

Metastasis - the systemic spread of cancer - is the leading cause of cancer-related deaths. Although metastasis is commonly thought of as a unidirectional ...

Clinical Factors Influencing the Radiation Dose of Circulating Immune Cells during Radiotherapy for Small Cell Lung Cancer

Small cell lung cancer (SCLC) has garnered significant attention due to its high malignancy, propensity for distant metastasis, and poor prognosis. Radiotherapy remains the cornerstone of treatment for limited-stage small cell lung cancer (LS-SCLC). However, outcomes with radiotherapy alone or in combination with chemotherapy remain suboptimal. Radiotherapy can induce lymphopenia by directly irradiating hematopoietic organs or destroying mature circulating lymphocytes, leading to immunosuppression and consequently diminishing therapeutic efficacy. The estimated dose of radiation to immune cells (EDRIC) model integrates factors such as hemodynamics, lymphocyte radiosensitivity, and proliferation capacity. This study employs the EDRIC model with enhancements to calculate the circulating immune cell radiation dose. By utilizing the EDRIC methodology, the study explores the correlation between EDRIC and tumor target size, average lung dose, average heart dose, clinical features, and peripheral blood lymphocytopenia during radiotherapy for LS-SCLC, aiming to inform personalized patient treatment strategies.
This study analyzed data from 64 LS-SCLC patients who met the inclusion criteria at the General Hospital of Ningxia Medical University from January 2023 to January 2024, all of whom received radical thoracic conventional fractionated radiotherapy. Lymphocyte counts were recorded at the following points: before radiotherapy, at the lowest observed value during radiotherapy, at the end of radiotherapy, and one-month post-radiotherapy. Dosimetric data, including average lung, heart, and body doses, were extracted from the treatment planning system, and the circulating EDRIC was calculated using this model. The relationship between EDRIC values and therapeutic outcomes was analyzed. In LS-SCLC, the EDRIC model effectively predicts lymphocyte count reduction, correlating with planning target volume (PTV; cm3), TNM stage, and the percentage of target lesion shrinkage. Post-radiotherapy, there was a significant decrease in peripheral blood lymphocyte counts, with greater EDRIC values indicating more pronounced lymphocyte reduction.

Here, we present a protocol to evaluate the effects of radiation therapy on immune system lymphocytes in small cell lung cancer.

Small cell lung cancer (SCLC) has garnered significant attention due to its high malignancy, propensity for distant metastasis, and poor prognosis. ...

Using Micro-computed Tomography for the Assessment of Tumor Development and Follow-up of Response to Treatment in a Mouse Model of Lung Cancer

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.

We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.

El uso de la tomografía computarizada-Micro para la evaluación del desarrollo del tumor y Seguimiento de la respuesta al tratamiento en un modelo de ratón de cáncer de pulmón

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse ...

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

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