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La radioterapia è un trattamento del cancro altamente complesso che richiede più specialisti creare un piano di trattamento e fornire garanzia di qualità (QA) prima della consegna ad un paziente. Questo protocollo descrive l'uso di un sistema completamente automatizzato, la radiazione Planning Assistant (RPA), per creare piani di trattamento di radiazione di alta qualità.
La radiazione Planning Assistant (RPA) è un sistema sviluppato per la creazione completamente automatizzata di piani di trattamento di radioterapia, compresi i piani di terapia (VMAT) arco modulato in volume per i pazienti con cancro della testa/collo e piani di casella 4-campo per i pazienti con cancro cervicale. È una combinazione di software appositamente sviluppato in-House che utilizza un'interfaccia di programmazione di applicazione per comunicare con un sistema di pianificazione del trattamento di radioterapia commerciale. Si interfaccia anche con un software di verifica commerciale dose secondaria. Gli input necessari per il sistema sono un ordine di trattamento piano, approvato dall'oncologo di radiazione, e una simulazione computerizzata immagine di tomografia (CT), approvata il tecnico di radiologia. La RPA genera quindi un piano di trattamento di radioterapia completa. Per i piani di trattamento del cancro cervicale, intervento dell'utente aggiuntivo non è necessario fino a quando il piano è completo. Per piani di trattamento testa/collo, dopo il tessuto normale e alcune delle strutture di destinazione sono delineati automaticamente l'immagine di CT, l'oncologo di radiazione deve rivedere i contorni, apportare le modifiche se necessario. Esse delineano anche il volume lordo del tumore. La RPA quindi completa il trattamento processo di pianificazione, creazione di un piano VMAT. Infine, il piano completato deve essere esaminato da personale clinico qualificato.
Nelle cliniche di radioterapia, l'Agenzia internazionale dell'energia atomica (AIEA) raccomanda 1 pianificazione del trattamento ogni 300 pazienti e 1 fisico di radiazione ogni 400 pazienti trattati ogni anno1. In molti paesi, questi ruoli (pianificazione del trattamento e fisico) sono combinati. In altri paesi, i tecnologi di terapia di radiazioni (spesso chiamati radiologi) assumono anche un ruolo di pianificazione del trattamento. Paesi a reddito basso e medio (LMICs) hanno gravi deficit in radioterapisti, fisici medici e tecnici di radiologia terapia. Entro il 2020, si stima che avremo bisogno un ulteriori 12.000 radioterapisti, fisici medici 10.000 e 29.000 tecnologi. 2. queste stime sono basate su dati provenienti da diversi insiemi di dati di dominio pubblico (e. g., AIEA), con livelli sulla base delle raccomandazioni dalla società europea per la radioterapia & Oncology (ESTRO) e AIEA3di personale. I bisogni sono immensi. Ad esempio, per fisici medici, la maggior parte delle linee guida raccomandano un 2 - 3 anno di tirocinio o di residenza, spesso dopo completamento di fisica medica conseguito il diploma di scuola4,5,6. Questo impegno di 4 anni significa che 40.000 anni lavorativi di formazione sono necessarie solo per affrontare la carenza globale di fisici medici da solo.
Automazione di pianificazione del trattamento potrebbe ridurre alcune di queste carenze di personale, fisici in particolare medici e personale di progettazione. Pianificazione automatizzata potrebbe ridurre il tempo che trascorrono gli oncologi di radiazione su3 di pianificazione del trattamento e hanno certamente un ruolo importante nel disegno aperture di fascio di radiazioni trattamento. Quest'opera descrive il funzionamento di un trattamento completamente automatizzato pianificazione di sistema, la radiazione Planning Assistant (RPA), sviluppato nell'ambito di un progetto finanziato dal National Cancer Institute, in definitiva, migliorare l'accesso alla radioterapia di alta qualità in tutto il mondo 7.
La figura 1 Mostra una panoramica del trattamento automatizzato pianificazione processo implementato nella RPA. Il trattamento di attività di pianificazione vengono eseguite utilizzando entrambi funzioni nel sistema di pianificazione del trattamento (vedere la Tabella dei materiali per il sistema di pianificazione utilizzato), controllata utilizzando l'application programming interface (API), o utilizzando internamente sviluppato funzioni. Un componente chiave di RPA è la verifica indipendente di tutte le attività che sono state automatizzate8. Questo viene raggiunto utilizzando un secondo, diverso set di algoritmi/funzioni. I risultati degli algoritmi primari, che vengono utilizzati per il piano di trattamento, sono confrontati con i risultati dell'algoritmo secondario e contrassegnati se la differenza è maggiore di un pre-determinato criteri9. Piani di trattamento che passano che i controlli indipendenti e ulteriormente i controlli manuali da personale locale sono pronti per essere utilizzati per il trattamento del paziente. La documentazione di uscita di RPA è stato specificamente progettata per semplificare il processo di verifica manuale.
Il flusso di lavoro del sistema RPA dal punto di vista degli utenti è illustrato nella Figura 2. Gli ingressi al sistema sono un ordine di piano approvato e un'immagine di CT approvata. L'oncologo di radiazione crea e approva l'ordine piano contenente informazioni di base paziente e dettagli circa il piano previsto (prescrizione, tipo di trattamento, ecc.). L'insieme di immagini CT deve essere approvato anche (dal tecnico CT). Questo è per garantire che il piano viene calcolato la corretta immagine di CT. Questo è importante, ad esempio, quando sono presi più set di immagine di CT di un singolo paziente. Una volta che la RPA riceve un ordine di piano approvato e un CT approvato immagine insieme, il piano di trattamento viene generato automaticamente. In alcuni casi, come quando si crea la casella 4-campo trattamenti contro il cancro cervicale, le seguenti operazioni sono completamente automatizzate, e l'intervento dell'utente aggiuntivo non è necessario fino a quando il piano di trattamento è pronto. In altri casi, come la creazione di piani di trattamento VMAT testa/collo, intervenire a metà strada attraverso il processo di trattamento automatizzato. Per i piani di testa/collo, l'oncologo di radiazione è richiesto ai contorni/modifica generato automaticamente. Hanno anche bisogno di delineare il volume lordo del tumore (GTV). In questo caso, dopo ricezione approvato piano ordini e CTs, la RPA esegue alcuni iniziale attività, tra cui il rimodellamento dei tessuti normali e alcuni obiettivi di contorno. L'oncologo di radiazione quindi esamina e approva i contorni e la RPA continua con il trattamento rimanente attività di pianificazione. L'attuale sistema è stato testato con 6 MV e 18 fasci di raggi x MV per piani di trattamento testa/collo e della cervice, rispettivamente, entrambi con appiattimento filtro. Una volta completato il piano di trattamento, viene creato un documento per la revisione e l'approvazione dal personale clinico appropriato, ad esempio, i fisici e gli oncologi di radiazione. Alcune di queste attività possono essere delegate ad altri agenti.
Sistemi di pianificazione già offrono alcuni moderni di trattamento automatizzato i processi di pianificazione. La RPA integra questi, quando possibile, offrendo un completo automatizzato pianificazione processo, tale che l'utente può generare piani di trattamento senza la necessità di aprire un trattamento complicato sistema interfaccia di pianificazione. Questo manoscritto descritto il protocollo per la RPA e poi presenta alcuni risultati di esempio per l'output del processo di pianificazione del trattamento.
Tutti i dati del paziente utilizzati per valutare la RPA sono stati utilizzati in modo retrospettivo, con approvazione presso la University of Texas MD Anderson Institutional Review Board.
1. monitoraggio dei progressi di pianificazione
2. pianificare l'approvazione di ordine
Nota: Approvazione dell'ordine piano (di solito dall'oncologo di radiazione) è necessario prima il RPA crea un piano di trattamento.
3. CT immagine approvazione
Nota: Approvazione di CT è necessario prima il RPA crea un piano di trattamento.
4. avviare la pianificazione del trattamento automatico
Nota: Questo passaggio è necessario solo se avviare Autoplan (nell'ordine piano) è impostato su tecnico.
5. Revisione e approvazione di contorno
Nota: Per alcuni trattamenti, come ad esempio testa/collo VMAT, che contorna la revisione e l'approvazione è necessaria. Questo viene in genere eseguito dall'oncologo di radiazione.
6. la radioterapia piano di revisione e approvazione
7. piano definitivo trasferimento
Nella Figura 3è riportato un esempio di trattamento piano ordine creato per un caso di testa/collo. La figura 4 Mostra la distribuzione di dose per un piano VMAT generato automaticamente per un paziente con una base di lingua carcinoma di cellule squamous7,10. Una recensione da un oncologo di radiazione che frequentano ha confermato che questo piano era accettabile per il trattamento. In media i piani di testa/collo VMAT prendere 46 minuti per un piano 2-arc, e prevediamo di portare questo giù per meno di 30 minuti con un algoritmo di calcolo di dose più veloce e un'architettura distribuita per il contouring automatizzato passo.
La figura 5 Mostra aperture di campo generato automaticamente per un trattamento di 4-campo casella per un paziente con cancro cervicale. Revisione da un oncologo di radiazione con esperienza ha confermato l'appropriatezza clinica del 90-96% di questi campi7,11. In media, questi piani sono voluti 21 minuti.
Una volta pronto il piano di trattamento, documentazione viene creato automaticamente per la revisione di radioterapisti, personale tecnico, fisici medici e tecnici di radiologia. Abbiamo progettato una procedura illustrata che accompagna l'utente attraverso controlli di isocenter contrassegnato e identificazione contorno corpo, consistenza del sito di orientamento/lateralità/trattamento paziente, aperture di campo (ad esempio una casella 4-campo) e presenza di immagine o dose calcolo artefatti12. Ogni passaggio della procedura ha semplici istruzioni ed esempi di libreria a cui l'utente può fare riferimento. Nella Figura 6è riportato un esempio delle istruzioni.
Anche se la necessità di revisione oncologo fisica e radiazione è ben documentata, non è stato valutato il ruolo di personale supplementare. Abbiamo valutato questo creando documenti di piano per 16 pazienti di cancro cervicale, 12 dei quali inclusi errori intenzionali: errato isocenter (3 casi), contorno del corpo non corretti (3 casi), rimozione di errata CT divano (1 caso), aperture di campo errato (5 casi), calcolo della dose errata (1 caso) e il numero non corretto di campi (1 caso). Questi piani sono stati poi esaminati da 4 volontari con esperienza minima di radioterapia e nessuna esperienza in piani di controllo. La versione finale della documentazione del piano richiesto ~ 30 minuti di allenamento. In media, piano di verifica richiesti 8 minuti al piano. I tester sono stati in grado di trovare tutti gli errori nei contorni del corpo, isocenter (basata su marker fiduciali) e gli elementi di calcolo di dose. Non erano in grado di identificare in maniera affidabile piccoli (ma clinicamente importante) errori nelle aperture di campo. Inoltre, non erano in grado di identificare il caso che ha avuto solo 3 campi anziché 4 - un esempio di un errore imprevisto che non viene esaminato con un elemento di lista di controllo specifico. In sintesi, questi risultati indicano che il controllo iniziale di alcune funzioni vitali di piani di radioterapia creati da processi automatizzati può essere assegnato al personale con esperienza di radioterapia limitata, consentendo qualsiasi necessità di azioni correttive essere identificati prima Recensione di medico. Questi personale non, comunque, trovare tutti gli errori e ulteriori controlli da personale qualificato (gli oncologi di radiazione e fisici) sono ancora una parte vitale della radioterapia pianificazione del flusso di lavoro.
Figura 1 . Schema di trattamento automatizzato processo di pianificazione. Le icone umane mostrano i punti del flusso di lavoro in cui è necessario l'intervento umano. Tutti gli altri passaggi sono automatizzati. Ogni passaggio automatizzato del processo di pianificazione ha un algoritmo primario, che viene utilizzato per creare il programma reale, e un secondario algoritmo che viene utilizzato per verificare il risultato dell'algoritmo primario. Se uno dei controlli di verifica ha esito negativo (cioè caduta fuori un criteri predeterminati), o se l'oncologo di radiazione non approva il piano, quindi un pianificazione processo manuale diventa necessario. Procedure di qualità aggiuntive che sono importanti per il processo, in particolare controlli di routine di un fisico medico qualificato, di pianificazione del trattamento non sono illustrate qui. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 . Schematica di RPA dal punto di vista degli utenti. L'oncologo di radiazione è responsabile per il completamento e l'approvazione Pianifica ordine del medico. Dopo aver preso l'immagine di simulazione del paziente, questo è approvato per il tecnico di radiologia o altro personale appropriato presente. La RPA quindi automaticamente avviato e crea il piano di trattamento di radioterapia. L'obiettivo di questo lavoro è quello di creare ogni piano di radioterapia, compresa la documentazione, entro 30 minuti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 Un esempio di ordine di piano di trattamento per un piano VMAT testa/collo. L'ordine piano Mostra l'identificazione del paziente (nome, MRN, ecc.), alcune informazioni generali sul paziente e alcune informazioni specifiche di trattamento. Questo include la prescrizione di dose, copertura obiettivo e vincoli di tessuto normale.
Figura 4 . Un esempio generato automaticamente testa/collo VMAT piano. Le regioni ombreggiate mostrano i volumi di destinazione pianificazione - rosso, blu e giallo corrispondono a PTV1 PTV2 e PTV3, rispettivamente. Le linee mostrano la distribuzione di isodose del piano generato automaticamente.
Figura 5 . Un esempio di aperture generate automaticamente per un trattamento del cancro cervicale casella 4-campo. AP, PA, sinistra destra vengono visualizzati i campi laterali e laterali.
Figura 6 . Esempio di istruzioni illustrate progettato per facilitare la revisione della tabella per i piani di radioterapia generata automaticamente utilizzando la RPA. Questa pagina di esempio è per la revisione del contorno corpo generato automaticamente. Esso comprende i risultati dell'algoritmo primario, alcune domande per l'utente e un caso di libreria per l'utente di rivedere
Un protocollo che delinea i passaggi nella creazione di un piano di trattamento automatizzato tramite il sistema di radiazione Planning Assistant (RPA) è stata descritta. I passaggi cruciali, dal punto di vista di un utente, sono (1) CT approvazione (2) piano ordine approvazione (3) contorno recensione/editing per casi di testa/collo e piano di trattamento (4) rassegna. L'ordine dei primi due passaggi è intercambiabile. Assistente pianificazione di radiazioni attualmente automaticamente crea piani di radioterapia per testa/collo (VMAT) ed il cancro cervicale (casella 4-campo), e attualmente stiamo lavorando sui piani per trattamenti contro il cancro al seno. L'obiettivo finale è quello di automatizzare completamente la pianificazione per tutti i siti/modalità, creazione di uno strumento che genera piani di trattamento di radioterapia di sicuro ed efficace del trattamento di radioterapia.
Il sistema attuale presenta diverse limitazioni. In primo luogo, non è possibile creare piani di trattamento per tutti i siti di trattamento e approcci, anche se ci aspettiamo che le sue capacità di migliorare nel tempo, siamo alcuni lontani automazione completa per tutti i siti di trattamento. C'è anche un rischio di sopra dipendenza dagli utenti su automazione - questo è un rischio che abbiamo tentato di mitigare includendo molti controlli di verifica indipendenti (Figura 1). È stato dimostrato che l'uso della nostra documentazione di piano sviluppato a scopo di verifica piani di trattamento permetterà alcuni potenziali errori siano identificati dal personale relativamente inesperto, ma la recensione dell'oncologo di radiazione, e piano di controlli da altri qualificati personale sono importanti.
Ci aspettiamo di migliorare le interfacce RPA nel tempo, in risposta al feedback degli utenti. Il flusso di lavoro generale e le attività dovrebbero, tuttavia, rimangono simili a quelle descritte in questo documento. Questo documento dovrebbe, pertanto, continuare a essere utile. Documentazione aggiuntiva sarà anche disponibile, che descrivono tutte le modifiche, formazione per piano controlli, ecc.
Ci sono esempi di automazione di procedure specifiche di programmazione del trattamento di radioterapia esistenti. A nostra conoscenza questo è il primo sistema per il quale l'intero flusso di lavoro è completamente automatizzato, quasi che non richiede input da parte dell'utente. Questo protocollo descrive, dal punto di vista dell'utente, i passi importanti necessari per utilizzare l'Assistente pianificazione di radiazione e generare un piano di trattamento di radioterapia.
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Questo lavoro è stato finanziato dal National Cancer Institute, con supporto aggiuntivo di Varian Medical Systems e Mobius Medical Systems. Il nostro sistema attuale utilizza Eclipse per funzioni di pianificazione del trattamento e Mobius 3D per la verifica del calcolo della dose.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Eclipse | Varian Medical Systems | na | Treatment planning system |
Mobius 3D | Mobius Medical Systems | na | Dose calculation verification system |
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