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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Questa ricerca è stata sostenuta dal Cancer Institute Summa.

Dichiarazione etica: Summa Health System di revisione istituzionale bordo approvazione è stata ottenuta per questo studio. 1. Il trattamento di consultazione <ol><li> Descrivere il nuovo trattamento SBRT polmone al paziente. NOTA: La nuova piattaforma offre SBRT complanari e non complanari dose elevata di radiazioni a obiettivi di cancro riducendo al contempo la dose di radiazioni agli organi non bersaglio. </li><li> Discutete i rischi di trattamento. NOTA: SBRT può causare iperpigmentazione possibile a breve termine della pelle o eritema, stanchezza, tosse frequente, nausea, esofagite, e raro lesioni di organi viscerali. Polmonite, o infiammazione del polmone con febbricola e tosse non produttiva, possono verificarsi fino a tre mesi dopo il trattamento. Lesioni acute o tardivi al cuore, altri muscoli, nervi periferici o del midollo spinale, e l&#39;osso sono rari. C&#39;è un piccolo pericolo per malignità indotta da radiazioni. </li></ol> 2. Fiducial Marker Placement <ol><li> Perform percutanea TC-guidata o il posizionamento broncoscopia di un singolo marcatore d&#39;oro rivestite inserito nel bersaglio tumorale centro di massa. <ol><li> Fai un radiologo per eseguire una spessa contigua tomografia assiale di imaging 3-5 mm del torace del paziente 7. </li><li> Determinare un approccio ago sicura minimizzando tessuto aerato polmonare attraversata (evitando bolle e fessure) 7. </li><li> Iniettare anestesia sottocutanea locale (ad esempio, 1% lidocaina). </li><li> Introdurre 17 o 18 G ago coassiale per posizionare un unico breve (0,75 x 10 mm) o unico lungo (0,75 x 20 mm) marcatore 10. </li></ol></li><li> Fare un posizionamento marcatore fiduciale navigazione broncoscopia a guida elettromagnetico chiedendo un pneumologo per l&#39;acquisizione di imaging tomografico del torace per la mappatura endobronchiale 21. <ol><li> Wedge il broncoscopio nel segmento bronchiale sospetta. </li><li> Orientare la sonda broncoscopio alla lesione bersaglio. </li><li> Distribuire un marchio fiducialeer da ago transbronchiale. NOTA: Tecniche per radiochirurgia-fiduciale gratuito nel polmone sono considerati in fase di sperimentazione e oggetto di una ricerca attiva 22,23. </li></ol></li><li> In alternativa, per almeno tre (1.6 x 3 mm) marcatori oro rivestite breve per essere posizionati entro &#39;dialogo&#39; a 6 centimetri intorno al bersaglio. Se più di un marcatore fiducial è posto, si raccomanda una separazione fisica di 2 cm tra marcatori. </li></ol> 3. Pianificazione del trattamento <ol><li> Eseguire la simulazione TC-guidata (descritto nei punti 3.2 e 3.3) 4-7 giorni dopo il posizionamento marcatore fiduciale. </li><li> Chiedere al paziente di trovarsi in un supina-testa-prima sul tavolo piano macchina di trattamento. <ol><li> Posizionare le braccia del paziente sopra la loro testa, sostenuta dai titolari del braccio e del polso superiori o un immobilizzatore di vuoto-bag. Assicurarsi che il torace e l&#39;addome, non sono immobilizzati. </li><li> Facoltativamente, utilizzare una spugna al ginocchio localizzato a due poli per l&#39;indicizzazione. </li><li> Luogoalmeno 4 marcatori corpo infrarossi rintracciato sul petto per la localizzazione. Marcatori di respirazione a infrarossi-cingolato eccessivamente regioni del corpo che dimostrano movimento coerente verticale respiratorio (3 mm o più movimenti di picco-picco è raccomandato). </li></ol></li><li> Condurre una contigua elicoidale scansione non in contrasto assiale CT (1 mm di spessore fetta, tensione 120 kVp, 350 mAs). NOTA: Trattare i medici possono ordinare un 4D CT del torace scansione 12 o una scansione del torace TC 3D che include senza respiro, end-ispirazione, e la fine-espirazione immagine apnea regola 24. </li><li> Ottenere 18 scansioni F-FDG PET / CT per una maggiore presa di movimento del tumore al polmone. <ol><li> Chiedere ai pazienti di trovarsi in un posizione di scansione a capofitto per contigua TAC elicoidale (ad esempio, la tensione 120 kVp, 450 mAs) dalla linea orbitomeatal di cosce durante la respirazione tranquilla. </li><li> Acquisire 18 F-FDG PET dopo la somministrazione endovenosa di 11 mCi di 18 F-FDG, in media, nello stesso scposizione dalla linea orbitomeatal di cosce Anning durante la respirazione tranquilla. Se si utilizza questa tecnica, 18 scansioni F-FDG PET / TC sono auto-sagomata da software fissato a una soglia SUVmax 40%, e poi, co-registrate con le immagini di simulazione CT come descritto 1. </li></ol></li><li> Modellare il polmone volume primario lordo di destinazione o volumi (GTVp) di disegno a mano su dataset 4D CT, preferibilmente la fase di espirazione. Ampliare la GTVp con un margine di 5 mm crea il volume del tumore pianificazione (PTV). Pianificazione della dose di radiazioni si verifica sulla scansione di fase finale di scadenza per il monitoraggio dinamico. NOTA: In alternativa pernottando dataset 3D CT, il libero respiro scan simulazione CT è la scansione di riferimento. Utilizzando questa tecnica, la radiazione trattando contorni oncologo GTV sul libero-respirazione (GTVfb), l&#39;ispirazione (GTVi), e l&#39;espirazione (GTVe) scansioni simulazione CT. Un thresholded 40 per cento massimo contorno valore di assorbimento di serie sulle immagini 18 F-FDG PET crea un <sup&gt; 18 F-FDG PET volume bersaglio clinico (CTVpet) 1. Una ITV composita rappresenta la somma aggiunta dei volumi GTVfb, GTVi, GTVe e CTVpet. Un&#39;espansione margine di 5 mm del composito ITV crea un PTV. Qui, pianificazione dose di radiazioni si verifica sulla scansione senza respiro per l&#39;inseguimento dinamico. </li><li> Contour vicine strutture dei tessuti normali da parte attingendo dataset 4D CT, preferibilmente la fase di espirazione mano. Questo può includere polmone normale, cuore più pericardio, esofago, fegato, reni bilaterali, plesso brachiale, e il midollo spinale. Un profilo della trachea, bronco principale di destra, e bronco principale di sinistra può essere generato, ampliato a 3 mm, e utilizzato come un vincolo di pianificazione ad alta priorità per evitare tossicità tardiva fibrosi delle vie aeree. </li><li> Fare clic sul pulsante di rilevamento dinamica del software di pianificazione. Questa azione impegna il monitoraggio pan-and-tilt gimbaled sulla nuova piattaforma SBRT. </li><li> Prescrivere una dose di radiazioni al PTV. Prendere in considerazione una delle tre radiazioni Monte Carlo prescrizione della doses: 3 x 17 = 51 Gy Gy giorno per lesioni polmonari periferiche; 4 x 12 Gy = 48 Gy per lesioni polmonari centrali e lesioni della parete toracica periferiche; o ogni altro giorno 5 x 10 Gy = 50 Gy. Raramente quando vincoli di volume PTV (cioè, copertura del 95%) o vincoli organo a rischio non sono soddisfatte, si può usare una prescrizione di 8 x 7,5 Gy = 60 Gy. </li></ol> 4. Trattamento di consegna e del flusso di lavoro <ol><li> Costruire un respiro tranquillo modello di correlazione dopo supina-testa-primo allineamento. <ol><li> Collocare 4 (o fino a 6) marcatori del corpo a infrarossi sul corpo nelle stesse posizioni contrassegnate identificate in simulazione CT. </li><li> Verificare precisione di posizionamento dei marcatori del corpo e l&#39;allineamento del paziente di telecamera a infrarossi e schermi alla console trattamento. NOTA: posizione del marker corpo serve come controllo beam-on per movimento irregolare, tale tosse. </li><li> Acquisire cross-plane dual-diagnostica kV radiografie o immagini CT cono-fascio alla console trattamento per rilevare marcatori impiantati per p internaaccuratezza ositional. </li><li> Associate e movimento marcatore corpo correlato (come surrogato per la respirazione) e il movimento marcatore impiantato interno con software legato al nuovo flusso di lavoro piattaforma SBRT. NOTA: Un metodo di localizzazione alternativa prevede l&#39;allineamento ortogonale del paziente secondo anteriore e marchi triangolazione laser simulazione CT laterale tatuati e l&#39;utilizzo di una matrice di riferimento standardizzato (stella) con sei marcatori del corpo a infrarossi impregnati. </li></ol></li><li> Generare un modello di movimento di correlazione di tumore ai polmoni. <ol><li> Derive un giunto cardanico percorso pan-and-tilt per l&#39;acceleratore per tracciare il movimento del tumore utilizzando il software del computer collegato al nuovo flusso di lavoro piattaforma SBRT. </li><li> Visivamente valutare il polmone movimento tumore modello di correlazione prima della consegna radiazioni. </li></ol></li><li> Osservare per fiducial deriva marcatore durante la consegna radiazioni. </li><li> Valutare collisioni paziente-macchina a causa di rotazione del gantry, O-ring pivot, e giunto cardanico azioni pan-and-tilts prima di pianificare la consegna. NOTA: Il personale radiazioni eseguire questo passaggio. Il trattamento può comportare 5-9 complanari e trattamento noncoplanar travi statiche, manualmente e visivamente controllato da personale di consegna radiazioni. I trattamenti possono durare 15-30 minuti, con tumore del polmone verifiche modello movimento correlazione fatto circa ogni 7 min. </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Promettenti primi radiochirurgia stereotassica esperienze cliniche hanno spinto indagini sperimentazione clinica di radiazioni ablativo per il trattamento di tumori polmonari 25,26. L&#39;esperienza ha portato gli investigatori utilizzare radiazioni ablativo contro una varietà di tipi di tumore metastatizzanti al polmone 27,28. La nuova piattaforma SBRT introduce un sistema di erogazione di radiazioni particolarmente in sintonia con il trattamento di tumori in movimento. La nuova piattaforma SBRT fornisce un trattamento radiografia invisibile che viene generato da un acceleratore lineare montato entro un cavalletto pivotante O-ring. Un meccanismo cardanico consente movimento pan-and-tilt del acceleratore lineare, fornendo in tempo tracciamento del movimento del tumore dinamico. Cross-plane kV raggi X doppi sono ottenuti prima e durante il trattamento per verificare posizionamento 6 gradi di libertà del paziente. Complanari e non complanari gradi uniche di libertà migliorano erogazione di dose elevata di radiazioni a obiettivi di cancro allo stesso tempo al minimodose di radiazioni di organi viscerali critiche. Si prevede che il trattamento sterilizza gli obiettivi di cellule tumorali senza danni irreparabili alle cellule-abbassamento normali tossicità da radiazioni connessi. Studio futuro della nuova piattaforma SBRT documenterà gli utili nel controllo di destinazione e una riduzione degli effetti collaterali. L&#39;esperienza iniziale con i nuovi spettacoli piattaforma SBRT promettono 10. Sfumature di monitoraggio dinamico del polmone tumori continuano ad essere esplorato; Tuttavia, alcune generalizzazioni sono evidenti. I tumori del polmone che dimostrano di movimento a meno di sette millimetri possono essere trattate meglio da una ITV composito più 5 millimetri approccio espansione. Per i tumori del polmone che mostrano sette millimetri o la traduzione più verticale, un approccio di monitoraggio dinamico utilizzando un GTVp più 5 mm di espansione può essere meglio per il trattamento. Sono necessarie ulteriori ricerche definire tali limiti. Inoltre, 18 immagini F-FDG PET sovrapposte su 3D CT dataset di immagini di solito aumentano i volumi ITV compositi. Questo approccio presuppone volumi expansione a causa di 18 F-FDG segnale striscio si verificano durante 3-5 minuti di tempo bin dello scanner PET. A 40% thresholded 18 F-FDG volume target clinico è stato studiato ed è stato utilizzato in uno dei nostri programmi 1. Ulteriori ricerche caratterizzante se i 18 immagini F-FDG PET replica in maniera adeguata è necessaria isteresi tumore. Infine, fino a 3 lesioni in un singolo polmone possono essere considerate per il trattamento in una sola volta. Altrimenti, un approccio sequenziale è fatto. Tracking dinamico sulla nuova piattaforma SBRT utilizza un modello di movimento di correlazione tumore al polmone per prevedere il movimento del tumore polmonare fino a 40 msec nel futuro. Posizione e velocità del corpo infrarossi e marcatori respiratorie sono inclusi nel modello. Un tasso di rilevamento marker di 70% in kV acquisite raggi X è un requisito per il monitoraggio dinamico. Fiducial sono tracciati in tre dimensioni (cioè, x, y, z). Immagini generate dalle unità kV x-ray sono automaticamente registrati e confrontati in tempo reale. Olatenza bserved in monitoraggio dinamico è dovuto le limitazioni nella pan-and-tilt cardanico hardware, software di elaborazione e prestazioni di controllo di posizione delle unità di raggi X kV. Gli investigatori di ricerca sono impegnati a migliorare la latenza di monitoraggio. Durante il parto radiazioni utilizzando il monitoraggio dinamico sulla nuova piattaforma SBRT, è fondamentale guardare per fiducial deriva marcatore. Tendenze fiduciale deriva marcatore oltre predefiniti tre millimetri di tolleranza a tutti i risultati di direzione in pausa trattamento operatore avviate o in attesa automatica del fascio. Se si verifica una pausa di trattamento, si raccomanda che gli operatori consentono di ripresa del movimento respiro tranquillo nei prossimi respiri del paziente e quindi il trattamento ripresa prima del modello di correlazione ricostruire. Se le pause non hanno successo, riposizionamento del paziente, la rilevazione di movimento marcatore respirazione infrarossi, rilevamento marcatore kV, modellazione correlazione ricostruire sono fatti per riprendere il trattamento. Nella nostra esperienza, la respirazione modelli di correlazione siano accurati per up per 7 min, spesso limitata dalla tensione paziente o rilassamento appoggiandosi sul tavolo di trattamento. Domande senza risposta rimangono. Quali sono le conseguenze radiobiologici e modalità di morte cellulare nelle cellule normali e cellule tumorali che si verificano dopo la dose di radiazioni ablativo? Perché è stato così difficile per unire alta precisione radiazioni ablativo con radiosensibilizzante chemioterapie? Mentre è indispensabile indagare altre modalità di fornire radiazione ablativo al petto, rimane poco chiaro se le radiazioni ablativo può fornire efficacia terapeutica equivalente come chirurgia toracica. Infatti, chirurgia toracica è la tecnica più utilizzata e convalidato per l&#39;eradicazione tumore nel polmone quando sono già state applicate terapie convenzionali. Qui, la nuova piattaforma SBRT fornisce un innovativo strumento non invasivo della terapia per le donne e gli uomini con tumore polmonare che mostra il movimento.

Tumori polmonari rappresentano il maggior numero di decessi correlati al cancro nelle donne e uomini in tutto il mondo 2. Fino al 63% dei tumori polmonari persistenti o ricorrenti coinvolgere tessuto polmonare che è già tassato da chemioterapia o precedentemente irradiati. 3,4. Ulteriori irradiazione a siti di tumori polmonari persistenti o ricorrenti può causare intollerabile morbilità polmonare 5,6, soprattutto quando la chirurgia tradizionale, la terapia chemioterapia e radiazioni già sono stati provati. Così, le donne e gli uomini in tali circostanze clinici hanno bisogno di nuove strategie di terapia del cancro simile a trattamenti presentati prima in questa rivista 7. La terapia stereotassica radiazione del corpo ablativo (SBRT) può soddisfare questa esigenza terapeutica sterilizzando i tumori del polmone attraverso radiazioni mirate con precisione, ad alte dosi 8,9. C&#39;è una piattaforma SBRT romanzo capace di questo compito terapeutico 10-12. Si separa da altre piattaforme di SBRTintegrando unità dual-diagnostico ExacTrac kV x-ray (in grado di cone-beam computerizzata localizzazione bersaglio tomografia) e una telecamera ad infrarossi (in grado di tracciare marcatore superficie corporea come surrogato per il movimento interno) che entrambi permettono stereoscopica retroazione ad anello aperto di cancro bersaglio movimento intrafraction. Essa ha anche un unico ± 4 centimetri gimbaled acceleratore radiazioni pan-and-tilt che ha il suo fascio di radiazione a forma di 60 foglie di tungsteno in lega (0,25 cm Larghezza fisica, 11 centimetri di altezza fisica). Utilizza un pieno multi-foglia collimatore over-center-di viaggio per un 15 x 15 cm dimensione massima del campo. Incorpora un ± 60 ° facendo perno O-ring robot-driven e ± 185 ° di rotazione gantry permettendo complanari e non complanari fascio acceleratore di set-up angoli e gradi di trattamento unico di libertà. Infine, ha una precisione submillimeter (0,4 mm all&#39;isocentro) 13. Al contrario, altre piattaforme radioterapia SBRT montare un acceleratore di radiazione clinica o ad un braccio robotico industriale 14, o ad un cavalletto elicoidale slice-by-fetta 15, oa una macchina convenzionale legata alla intensità modulata terapia radiante guidata dalle immagini o arco dinamico software di mandata 16. Ogni piattaforma impegna una varietà di componenti di macchine per tracciare il movimento derivante dal movimento della respirazione, il battito cardiaco, o di digestione. Lung radiochirurgia ha avuto successo clinico 17,18, rendendo la modalità di una nuova opzione di trattamento in radioterapia oncologica 19,20. Questo how-to articolo fornisce un nuovo protocollo di radioterapia che descrive il monitoraggio dinamico del tumore del polmone per dolo trattamento terapeutico.

<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

I medici che considerano la terapia ablativa stereotassica radiazione del corpo (SBRT) per il trattamento dei bersagli tumorali extracranici devono essere consapevoli dei rischi considerevoli per le lesioni del tessuto normale e rischi di perdere tumore fisico. Una prima-di-suo genere piattaforma SBRT raggiunge un&#39;elevata precisione radioterapia ablativo attraverso una combinazione di soluzioni di imaging in tempo reale versatili e sofisticate capacità di monitoraggio del tumore. Esso utilizza dual-diagnostici kV unità a raggi X per stereoscopica retroazione ad anello aperto di bersaglio cancro movimento intrafraction si verificano a seguito di movimenti respiratori e battito cardiaco. Retroazione immagine-guidata guida un acceleratore di radiazione gimbaled (massimo 15 x 15 centimetri dimensioni del campo) in grado di real-time azione ± 4 centimetri pan-and-tilt. Robot-driven ± 60 ° perni di un sistema integrato ± 185 ° di rotazione gantry consentire angoli di set-up complanari e non complanari fascio acceleratore, in ultima analisi, permettendo livelli di trattamento unico di libertà. Stato-of-the-asoftware rt aiuta in tempo reale a sei dimensioni di posizionamento, garantendo irradiazione di bersagli tumorali con una precisione sub-millimetrica (0,4 mm isocentro). L&#39;utilizzo di queste funzioni permette medici curanti per guidare la dose di radiazioni a bersagli tumorali del cancro riducendo al contempo la dose di radiazioni ai tessuti normali. Con l&#39;aggiunta di respirazione correlato tomografia computerizzata (CT) e 2- [18 F] fluoro-2-deossi-ᴅ-glucosio (18F-FDG) tomografia ad emissione di positroni (PET), le immagini nel sistema di pianificazione per una migliore contouring bersaglio tumorale, la probabilità di perdere tumore fisico diventa sostanzialmente meno 1. In questo articolo, descriviamo nuovi piani di radiazioni per il trattamento dei tumori polmonari in movimento.

SBRT sulla nuova piattaforma attualmente coinvolge più fasci di radiazione statica convergere su bersagli radiazioni clinici strettamente associati singoli o multipli, come illustrato ad esempio nella figura 1. Un buon esito rappresentante pianificazione fornisce radiazione ablativo con copertura del 95% del volume bersaglio cancro e destinazione cancro dosare conformità. Figura 1 mostra 5 complanari e 4 travi non complanari (cioè, rotazione dell&#39;anello + 20 ° per travi 2, 4, 6 e 8) usato per trattare un singolo PTV rappresenta carcinoma a cellule squamose nel polmone destro. Margini fascio per il PTV erano uno-millimetro. La dose di radiazioni, prescritto per la linea di isodose 95%, reso copertura del PTV 95% con un indice di conformità di 1.48. La prescrizione è stata del 50 Gy in cinque giorni alterni 10 frazioni Gy. Le strutture qui raffigurati sono il volume di destinazione pianificazione (rosso), volume di destinazione interna (bianco), midollo spinale (verde), e dell&#39;esofago (azzurro). Le linee di isodose sono come indicato. &lt;/ P&gt; <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52875/52875fig1highres.jpg" width="700" /> Figura 1:. Tracciamento tumore dinamica di un tumore al polmone destro lato Nella foto è un esempio di dose di radiazioni ablativo (50 Gy in cinque 10 Gy ogni altre frazioni giorno) consegnati a un singolo tumore al polmone destro lato utilizzando nove travi statici (blu / verde, 34 ° parte). Le finestre del software 4 pianificazione raffigurano: (A) un fascio e critico mappa della struttura di collisione, (B) beam&#39;s-eye-view (qui, trave 1), (C) tridimensionale TAC e fascio mappa ricostruzione, e (D) assiale CT con distribuzione della dose. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Struttura </td><td> Metrico </td><td> Volume </td><td> Variazione accettabile </td></tr><tr><td> PTV </td><td> V50Gy </td><td> ≥95% </td><td> ≥90% </td></tr><tr><td> Dose minima </td><td> 0,03 centimetri 3 </td><td> ≥46 Gy (92%) </td><td> ≥45 Gy (90%) </td></tr><tr><td> Dose massima </td><td> 0,03 centimetri 3 </td><td> ≤60 Gy (120%) </td><td> ≤62.5 Gy (125%) </td></tr><tr><td> Midollo spinale </td><td> 0,03 centimetri 3 </td><td> ≤15 Gy </td><td> ≤22 Gy </td></tr><tr><td> Lung (meno GTV) </td><td> V20Gy </td><td> ≤10% </td><td> ≤15% </td></tr><tr><td></td><td> Dose media </td><td> ≤8 Gy </td><td> ≤10 Gy </td></tr><tr><td> Cuore / pericardio </td><td> 15 centimetri 3 </td><td> ≤32 Gy </td><td> ≤36 Gy </td></tr><tr><td> Esofago </td><td> Dose media </td><td> ≤18 Gy </td><td> ≤20 Gy </td></tr><tr><td></td><td> 0,03 centimetri 3 </td><td> ≤27 ​​Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr><tr><td> Brachialeplesso </td><td> 0,03 centimetri 3 </td><td> ≤24 Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr></tbody></table> Tabella 1: Trattamento Struttura vincoli di pianificazione.

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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.

Polmone dinamico Tumore inseguimento per stereotassica ablativo corpo Radioterapia

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

15.5K Views.  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.

Endobronchiale ecoguidata iniezione intratumorale di cisplatino per il trattamento di isolato mediastinica ricorrenza del cancro del polmone

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

Ricerca

Ricerca sul cancro

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 e MRI guidate irradiazione di un modello del ratto di Glioblastoma utilizzando un Micro-irradiatore

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.

Radiochirurgia stereotassica for Gynecologic Cancer

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.

Rilevamento della progressione del tumore del polmone nei topi mediante 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 ...

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 con pittura a dose basata sulla tomografia a emissione di positroni in un modello di ratto glioblastoma utilizzando la piattaforma di ricerca sulle radiazioni dei piccoli animali

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

Esame della disseminazione delle cellule tumorali da metastasi polmonari

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.

Autore in primo piano: Decodifica della semina da metastasi a metastasi utilizzando una nuova tecnica in vivo per monitorare la diffusione del cancro al seno 

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.

Monitoraggio della disseminazione delle cellule tumorali dalle metastasi polmonari utilizzando la fotoconversione

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.

Utilizzando la tomografia micro-computerizzata per la valutazione di sviluppo del tumore e follow-up di risposta al trattamento in un modello murino di cancro ai polmoni

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

Polmone dinamico Tumore inseguimento per stereotassica ablativo corpo Radioterapia

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