Name: מחבר זרקור: שיפור הגישה לטיפול קרינתי באמצעות עוזר תכנון קרינה
Uploaded: 2023-10-06T13:30:00
Duration: 1 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Improving Radiation Therapy Access with Radiation Planning Assistant at JoVE.com

עבודה זו מומנה על ידי המכון הלאומי לסרטן וקרן Wellcome, עם תמיכה נוספת של Varian Medical Systems. המערכת הנוכחית שלנו משתמשת בליקוי חמה לפונקציות תכנון טיפול. ברצוננו גם להודות לאן סאטון משירותי עריכה, הספרייה הרפואית למחקר, מרכז הסרטן MD Anderson של UT. בנוסף למימון המוסדי לפיתוח RPA, צוותי המחקר שלנו מקבלים מימון מהמכון למניעת סרטן ומחקר של טקסס (CPRIT) ומהקרן לחדשנות באינפורמטיקה של סרטן, מרכז הסרטן ע"ש מ.ד. אנדרסון באוניברסיטת טקסס.

שיפור הרדיותרפיה עם עוזר תכנון קרינה מבוסס אינטרנט

<ol>
	<li>Ferlay, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+incidence+and+mortality+worldwide:+Sources,+methods+and+major+patterns+in+GLOBOCAN+2012.">Cancer incidence and mortality worldwide: Sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012.</a> International Journal of Cancer. 136 (5), E359-E386 (2015).</li><li>Elmore, S. N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+palliative+radiotherapy:+a+framework+to+improve+access+in+resource-constrained+settings.">Global palliative radiotherapy: a framework to improve access in resource-constrained settings.</a> Annals of Palliative Medicine. 8 (3), 274-284 (2019).</li><li>Atun, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+global+access+to+radiotherapy.">Expanding global access to radiotherapy.</a> The Lancet. Oncology. 16 (10), 1153-1186 (2015).</li><li>Yap, M. L., Zubizarreta, E., Bray, F., Ferlay, J., Barton, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+access+to+radiotherapy+services:+have+we+made+progress+during+the+past+decade.">Global access to radiotherapy services: have we made progress during the past decade.</a> Journal of Global Oncology. 2 (4), 207-215 (2016).</li><li>Elmore, S. N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+al.+Radiotherapy+resources+in+Africa:+an+International+Atomic+Energy+Agency+update+and+analysis+of+projected+needs.">C. al. Radiotherapy resources in Africa: an International Atomic Energy Agency update and analysis of projected needs.</a> The Lancet. Oncology. 22 (9), e391-e399 (2021).</li><li>Datta, N. R., Samiei, M., Bodis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+therapy+infrastructure+and+human+resources+in+low-+and+middle-income+countries:+present+status+and+projections+for+2020.">Radiation therapy infrastructure and human resources in low- and middle-income countries: present status and projections for 2020.</a> International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 89 (3), 448-457 (2014).</li><li>Ward, Z. J., Scott, A. M., Hricak, H., Atun, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+costs,+health+benefits,+and+economic+benefits+of+scaling+up+treatment+and+imaging+modalities+for+survival+of+11+cancers:+a+simulation-based+analysis.">Global costs, health benefits, and economic benefits of scaling up treatment and imaging modalities for survival of 11 cancers: a simulation-based analysis.</a> The Lancet. Oncology. 22 (3), 341-350 (2021).</li><li>Court, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+Planning+Assistant+-+a+streamlined,+fully+automated+radiotherapy+treatment+planning+system.">Radiation Planning Assistant - a streamlined, fully automated radiotherapy treatment planning system.</a> Journal of Visualized Experiments. (134), e57411 (2018).</li><li>Nealon, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+failure+mode+and+effects+analysis+to+evaluate+risk+in+the+clinical+adoption+of+automated+contouring+and+treatment+planning+tools.">Using failure mode and effects analysis to evaluate risk in the clinical adoption of automated contouring and treatment planning tools.</a> Practical Radiation Oncology. 12 (4), e344-e353 (2022).</li><li>Kisling, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+treatment+planning+of+postmastectomy+radiotherapy.">Automated treatment planning of postmastectomy radiotherapy.</a> Medical Physics. 46 (9), 3767-3775 (2019).</li><li>Xiao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Customizable+landmark-based+field+aperture+design+for+automated+whole-brain+radiotherapy+treatment+planning.">Customizable landmark-based field aperture design for automated whole-brain radiotherapy treatment planning.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 24 (3), e13839 (2022).</li><li>Kisling, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+automatic+treatment+planning+for+external-beam+radiation+therapy+of+locally+advanced+cervical+cancer:+a+tool+for+low-resource+clinics.">Fully automatic treatment planning for external-beam radiation therapy of locally advanced cervical cancer: a tool for low-resource clinics.</a> Journal of Global Oncology. 5, 1-9 (2019).</li><li>Rhee, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+acceptability+of+fully+automated+external+beam+radiotherapy+for+cervical+cancer+with+three+different+beam+delivery+techniques.">Clinical acceptability of fully automated external beam radiotherapy for cervical cancer with three different beam delivery techniques.</a> Medical Physics. 49 (9), 5742-5751 (2022).</li><li>Rhee, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+radiation+treatment+planning+for+cervical+cancer.">Automated radiation treatment planning for cervical cancer.</a> Seminars in Radiation Oncology. 30 (4), 340-347 (2020).</li><li>Rhee, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+contouring+system+for+cervical+cancer+using+convolutional+neural+networks.">Automatic contouring system for cervical cancer using convolutional neural networks.</a> Medical Physics. 47 (11), 5648-5658 (2020).</li><li>Xiao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+WBRT+treatment+planning+via+deep+learning+auto-contouring+and+customizable+landmark-based+field+aperture+design.">Automated WBRT treatment planning via deep learning auto-contouring and customizable landmark-based field aperture design.</a> arXiv. , (2022).</li><li>Hernandez, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automating+the+treatment+planning+process+for+3D-conformal+pediatric+craniospinal+irradiation+therapy.">Automating the treatment planning process for 3D-conformal pediatric craniospinal irradiation therapy.</a> Pediatric Blood &amp; Cancer. 70 (3), e30164 (2023).</li><li>Huang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automation+of+radiation+treatment+planning+for+rectal+cancer.">Automation of radiation treatment planning for rectal cancer.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13712 (2022).</li><li>Netherton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+treatment+planning+framework+for+spinal+radiation+therapy+and+vertebral-level+second+check.">An automated treatment planning framework for spinal radiation therapy and vertebral-level second check.</a> International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 114 (3), 516-528 (2022).</li><li>Olanrewaju, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+acceptability+of+automated+radiation+treatment+planning+for+head+and+neck+cancer+using+the+Radiation+Planning+Assistant.">Clinical acceptability of automated radiation treatment planning for head and neck cancer using the Radiation Planning Assistant.</a> Practical Radiation Oncology. 11 (3), 177-184 (2021).</li><li>Rhee, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+contouring+QA+method+using+a+deep+learning-based+autocontouring+system.">Automatic contouring QA method using a deep learning-based autocontouring system.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (8), e13647 (2022).</li><li>Rhee, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+detection+of+contouring+errors+using+convolutional+neural+networks.">Automatic detection of contouring errors using convolutional neural networks.</a> Medical Physics. 46 (11), 5086-5097 (2019).</li><li>Kisling, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+risk+assessment+of+automated+treatment+planning+and+recommendations+for+clinical+deployment.">A risk assessment of automated treatment planning and recommendations for clinical deployment.</a> Medical Physics. 46 (6), 2567-2574 (2019).</li><li>Nealon, K. A., Court, L. E., Douglas, R. J., Zhang, L., Han, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+a+checklist+for+use+with+automatically+generated+radiotherapy+plans.">Development and validation of a checklist for use with automatically generated radiotherapy plans.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 23 (9), e13694 (2022).</li></ol>

ל-LEC אופציות למניות ב-Leo Cancer Care. HB מועסק כיום בחברת Varian Medical Systems. לאיי.ג'יי יש עמדת ייעוץ בחברת Genentech. ל-JB יש עמדת ייעוץ ב-Icon Cancer Care; ל-WS משרת ייעוץ ברשות השידור דוזימטריה; JY קיבלה מימון נסיעות מחברת SunNuclear Corp; HS קיבל תואר כבוד מ-Cipla.

פרוטוקול זה מתאר את השלבים ביצירת תוכניות טיפול אוטומטיות באמצעות RPA. השלבים העיקריים הם: (1) העלאה ואישור CT, (2) השלמת בקשת שירות ואישורה, (3) הורדה וייבוא של התוכנית לתב"ע של המשתמש וחישוב מחדש של המינון ועריכת התוכנית, ו-(4) העלאה של התוכנית הערוכה הסופית לצורך השוואה עם תוכנית ה-RPA. סדר אישור ה- CT ואישור בקשת השירות ניתנים להחלפה. חלק מהתוכניות, במיוחד תוכניות טיפול בקשת מווסתת נפח לסרטן הראש, הצוואר וצוואר הרחם, נוצרות בתהליך דו-שלבי שבו אינטראקציות משתמש נוספות וקווי המתאר והתוכניות נוצרים בנפרד. עם זאת, בסך הכל התהליכים דומים, ואנו צופים כי גישות תכנון טיפול מתקדמות אלה יוכלו להשתנות לתהליך בן שלב אחד בעתיד. את הקבילות הקלינית הכוללת שניתן לצפות לה מכלים אלה, ומכלים הנמצאים בפיתוח לגרסאות עתידיות, ניתן למצוא בעבודתנו שפרסמנו 10,12,14,15,16,17,18,19,20,21,22.
לכלים אלה מספר מגבלות, כפי שתוארו בעבודתנו הקודמת, אשר חקרה את הסיכון בעת פריסת המסייע לתכנון קרינה במרפאות רדיותרפיה 9,23. למרות שממשק המשתמש תוכנן כדי למזער את הסיכון להזנת נתונים בלתי הולמת, כגון תמונות CT שאין להן שדה ראייה מספיק או שגיאות בהזנת נתונים ידנית, עדיין קיים פוטנציאל לשגיאה. באופן ספציפי, טעויות אנוש, הטיית אוטומציה (הסתמכות יתר על התוצאות) וטעויות תוכנה מעוררות דאגה9. בדיקה קפדנית, ובמידת הצורך, עריכה של קווי המתאר והתוכניות שנוצרו באופן אוטומטי, חיונית לשימוש בטוח של עוזר תכנון הקרינה. באופן כללי, ביקורות אלה צריכות לעקוב אחר אותו תהליך כמו שאחריו לסקירת תוכניות קליניות על ידי פיזיקאים ואונקולוגים של קרינה, אם כי זה עשוי להיות נתמך על ידי שימוש ברשימות תיוג שפותחו במיוחד כדי להשלים סקירה ידנית של תוכניות טיפול שנוצרו באופן אוטומטי24.
ישנם מצבים שבהם RPA לא יוכל ליצור תוכנית ידווח על שגיאה למשתמש. כמעט בכל המקרים, זה ייגרם על ידי RPA נתקל נתונים בלתי צפויים שהוא לא יכול לפרש, כגון שדה ראייה לא מספיק או מיקום המטופל (למשל, אם תמונת CT צולמה באמצעות פרוטוקול שכיבה, אבל עם המטופל במצב נוטה). ייתכן שהמשתמש יוכל לזהות את הבעיה בהתבסס על המקום שבו מדווחת השגיאה. ברוב המקרים, מצבים אלה ניתן לתקן רק על ידי עיצוב ידני או תכנון. ייתכן שצוות RPA יוכל גם לסקור קבצי יומן רישום כדי לזהות את הבעיה.
RPA תוכנן ופותח במיוחד כדי להביא כלי autocontouring ותכנון אוטומטי באיכות גבוהה למרפאות עם משאבים מוגבלים, במיוחד אלה במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית. בימים אלה אנו עובדים על תהליכים רגולטוריים, משפטיים ומנהליים שיובילו לשימוש קליני ב-RPA. ברגע שזה יקרה, אנו מצפים לעקוב בקפידה אחר השימוש ולבצע שינויים בזרימת העבודה או בממשקי המשתמש בתגובה לסיכונים בלתי צפויים או משוב משתמשים אחר. המטרה היא לספק כלים התומכים בשירותי רדיותרפיה, כך שצוותים קליניים מקומיים יוכלו להרחיב את מאמציהם, ולשפר את הגישה לתוכניות רדיותרפיה איכותיות ועקביות. אנו מקווים כי הדבר יוביל לשיפור בתוצאות המטופלים, כמו גם לקיצור זמני ההמתנה. למרות שהפורטפוליו הנוכחי מוגבל לסרטן הראש והצוואר, השד וצוואר הרחם, כמו גם הקרנת מוח שלמה לגרורות במוח, אנו עובדים על טיפולים נוספים שישולבו בגרסאות עתידיות 17,18,19.

המספר העולמי של מקרי סרטן צפוי לגדול לכ -24.6 מיליון עד 2030, עם הנטל הגדול ביותר במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית (LMICs)1. רדיותרפיה היא טיפול חסכוני, מרפא ופליאטיבי לסרטן, המספק יתרונות לכ -50% מהחולים עם סרטן ול -60-70% במדינות בעלות הכנסה נמוכה שבהן חולים נוטים יותר להציג בשלב מאוחר 2,3. עם זאת, הגישה להקרנות ברחבי העולם מוגבלת4; לדוגמה, לאף מדינה באפריקה אין את יכולת הרדיותרפיה לענות על הצורך המשוער שלהם5. מספר מחקרים העריכו את המחסור הממשמש ובא ומה יידרש כדי לענות על הצרכים הבאים 6,7.
הוועדה האונקולוגית של Lancet העלתה את הטיעון המשכנע שהשקעה בשיפור יכולת ההקרנות לא רק תציל חיים, אלא גם תביא תועלת כלכלית חיובית3. הם גם ציינו באופן ספציפי כי אוטומציה של עיצוב רדיותרפיה ותכנון טיפול עשויה לסייע לצוותים קליניים להגדיל את מאמציהם על ידי צמצום משמעותי של הזמן המושקע במשימות אלה על ידי אונקולוגים ופיזיקאים, בהתאמה, מה שהופך את המטרות להשגה יותר.
קבוצת המחקר שלנו עובדת בשיתוף פעולה עם צוותים קליניים ב- MD Anderson ובבתי חולים ברחבי העולם כדי לפתח כלים אוטומטיים מבוססי אינטרנט. חבילת כלים זו (הנקראת RPA) מספקת קווי מתאר מבוססי בינה מלאכותית (המתאר גידולים ואיברים סמוכים בסריקות CT) ותכנון טיפול בהקרנות (המגדיר בדיוק כיצד מועברת הקרינה). פלטפורמה מבוססת אינטרנט זו מציעה את היתרון של זמן ומשאבים מופחתים הדרושים להכנת תוכניות באיכות גבוהה עבור כל מטופל.
הניסיון שלנו עם גרסה מוקדמת של כלי מבוסס בינה מלאכותית ב- MD Anderson הראה כי קווי מתאר אוטומטיים יכולים לחסוך עד שעתיים לכל מטופל - ייעול משמעותי של זרימת העבודה. משמעות הדבר היא כי הצוות הקליני הנוכחי יוכל להגדיל את מאמציו, ולטפל ביותר חולים עם הקרנות באיכות גבוהה יותר. על ידי הצעת כלים אלה באמצעות שירות אוטומטי לחלוטין מבוסס אינטרנט (Radiation Planning Assistant [RPA], RPA.mdanderson.org), אנו יכולים למזער את העלות למטופלים ולספקים ולמקסם את טווח ההגעה של כלי זה.
אנו מפתחים את RPA מזה 6 שנים, ומספר שינויים משמעותיים נעשו מאז פרסמנו לראשונה על תהליכי העבודה של RPA8. אלה כוללים פיתוח RPA לכלי מבוסס אינטרנט, ובכך להפחית את העלויות הכרוכות בהתקנה ותחזוקה, ולשפר את החוסן של המערכת. שיפורים נוספים כוללים שינויים בממשקי המשתמש כדי לשפר את השימושיות ולהפחית את הסיכון לשגיאה9 והרחבת אפשרויות הטיפול (בפרט, תכנון הקרנות לשד 10 לאחר כריתת שד10 וגרורות למוח11). לפיכך, הפרוטוקול המתואר כאן מתקדם משמעותית מהגרסה הראשונית שפורסמה בעבר.
RPA משתמש בתהליך חד שלבי כדי ליצור קווי מתאר ותוכניות במצבים שבהם עריכה של קווי המתאר אינה נחוצה בדרך כלל כדי ליצור את תוכנית הטיפול. זה כולל תכנון טיפול בקופסה בת ארבעה שדות לסרטן צוואר הרחם (בהתבסס על ציוני דרך גרמיים או קווי מתאר של רקמות רכות שנוצרו באופן אוטומטי)12,13,14,15, שדות משיקים או סופרקלאביקולריים לסרטן שד לאחר כריתת שד11, ושדות צדדיים לעומת טיפולים לכל המוח16. בעתיד הקרוב אנו צפויים להוסיף טיפולים קרניוספינליים לסרטן ילדים17, טיפולים תלת-תחומיים לסרטן פי הטבעת18, ותכנון טיפול במקרים פליאטיביים שונים (גופי חוליות, ירכיים וצלעות)19, וכן לסרטן הריאה ושלפוחית השתן. כיום, טיפולים מתקדמים יותר, במיוחד טיפול בקשת מווסתת נפח (VMAT), דורשים תהליך דו-שלבי שבו קווי מתאר שנוצרו באופן אוטומטי נערכים לפני תכנון הטיפול13,20. עם זאת, האיכות של עיצוב אוטומטי מבוסס למידה עמוקה היא כזו שאנו מצפים לשנות גישות תכנון אלה לתהליך חד שלבי בעתיד. פרוטוקול זה מתמקד בתכנון חד-שלבי.
איור 1 מציג את זרימת העבודה הכוללת ליצירת תוכנית טיפול בהקרנות באמצעות RPA, עם פרטים נוספים על המשימות השונות המוצגות בטבלה 1. לסיכום, RPA דורש בקשת שירות מלאה (הכוללת מידע כגון מרשם מינון וגישה טיפולית) וסריקת CT אישית של המטופל. בקשת השירות חייבת להתקבל על ידי אונקולוג קרינה. סריקת ה- CT חייבת להתקבל על ידי משתמש קליני כדי להבטיח שחישובי ה- RPA מבוצעים בסריקת ה- CT הנכונה. לאחר שה-RPA יצר תוכנית, יש להוריד אותה מאתר RPA ולייבא אותה למערכת תכנון הטיפול של המשתמש, שם יש לחשב מחדש את המינון. זה הכרחי מכיוון שה- RPA מחשב תוכניות על קורות סטנדרטיות (זמינות עבור מספר דגמי לינאק), אשר עשויות שלא להתאים בדיוק למאפייני הקרן של הלינאק המקומי. גישה זו ננקטה כדי להפחית עלויות, אם כי ייתכן שיהיה צורך בהתאמה אישית אם הקורות המקומיות שונות באופן משמעותי מהקורות הסטנדרטיות שלנו. המשתמשים (מתכנן טיפול ואונקולוג קרינה) רשאים לבצע עריכות בתכנית. לאחר מכן התוכנית נכנסת לזרימת העבודה הקלינית הטיפוסית של המשתמש, כולל בדיקות אבטחת איכות מקומיות. לבסוף, על המשתמש להעלות את התוכנית הסופית (המחושבת והערוכה) שלו לאתר סל"ע, שם מתבצעת השוואה אוטומטית בין התוכנית הסופית לתוכנית סל"ע. זוהי בדיקה שימושית של תקינות הנתונים בזרימת העבודה הכוללת.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65504/65504fig01.jpg"> איור 1: זרימת העבודה של תהליך תכנון הטיפול האוטומטי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65504/65504fig01large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>משימה # באיור 1</td>
			<td colspan="3">תיאור המשימה</td>
			<td colspan="2">מקום</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td colspan="3">סקור את מצבם של מטופלים בעבר</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים ראשי</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td colspan="3">מילוי בקשת שירות באתר האינטרנט של RPA</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים של בקשות שירות</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td colspan="3">העלאת בדיקת CT לאתר RPA</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים לסריקת CT</td>
		</tr><tr><td rowspan="2">3</td>
			<td colspan="3">בדוק את מצב המטופל</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים ראשי</td>
		</tr><tr><td colspan="3">סקירה והורדה של תוכנית RPA</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים ראשי</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td colspan="3">ייבא את התוכנית לתב"ע של המשתמש, חשב מחדש את המינון ובצע עריכות לפי הצורך</td>
			<td colspan="2">תב"ע מקומית</td>
		</tr><tr><td rowspan="2">5, 6</td>
			<td colspan="3">העלאת התוכנית הסופית לאתר סל"ע</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים להשוואת תוכניות</td>
		</tr><tr><td colspan="3">סקור את ההשוואה האוטומטית בין התוכנית הסופית לתוכנית RPA</td>
			<td colspan="2">לוח מחוונים להשוואת תוכניות</td>
		</tr><tr><td>-</td>
			<td colspan="3">התוכנית נכנסת לזרימת העבודה הקלינית השגרתית של המשתמש, כולל אבטחת איכות שוטפת</td>
			<td colspan="2">התוכנה של המשתמש עצמו</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 1: מבט כולל על המשימות הכרוכות ביצירת תוכנית RPA באמצעות זרימת העבודה של שלב אחד. תב"ע מקומית: מערכת תכנון הטיפול של המשתמש.
כתב יד זה מתאר תהליך עבודה חד-שלבי זה עבור RPA ומציג כמה תוצאות לדוגמה של פלט תהליך תכנון הטיפול. נכון לעכשיו, גישות התכנון הבאות משתמשות בזרימת עבודה חד-שלבית זו: i) תוכניות טיפול בקופסה בת ארבעה שדות לחולות סרטן צוואר הרחם (צמצמים גרמיים מבוססי ציון דרך); 2) תוכניות טיפול בקופסה בת ארבעה שדות לחולות סרטן צוואר הרחם (פתחי שדה מבוססי רקמות רכות); 3) תוכניות טיפול משיקות וסופרקלאביקולריות למטופלי דופן החזה; IV) תוכניות טיפול במוח כולו.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Radiation Planning Assistant</td>
			<td>MD Anderson Cancer Center</td>
			<td>na</td>
			<td>webpage</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

radiation planning assistant - a web-based tool to support high-quality radiotherapy in clinics with limited resources

הגישה להקרנות ברחבי העולם מוגבלת. Radiation Planning Assistant (RPA) הוא כלי אוטומטי לחלוטין, מבוסס אינטרנט, המפותח כדי להציע כלים אוטומטיים לחלוטין לתכנון טיפול ברדיותרפיה למרפאות עם משאבים מוגבלים. המטרה היא לעזור לצוותים קליניים להגדיל את מאמציהם, ובכך להגיע ליותר חולים עם סרטן. המשתמש מתחבר ל- RPA באמצעות דף אינטרנט, משלים בקשת שירות (מרשם ומידע על מטרות ההקרנות), ומעלה את ערכת תמונות ה- CT של המטופל. ה-RPA מציע שתי גישות לתכנון אוטומטי. בתכנון חד-שלבי, המערכת משתמשת בבקשת השירות ובסריקת CT כדי ליצור באופן אוטומטי את קווי המתאר ותוכנית הטיפול הדרושים. בתכנון דו-שלבי, המשתמש סוקר ועורך את קווי המתאר שנוצרו באופן אוטומטי לפני שה-RPA ממשיך ליצור תוכנית טיפול בקשת מווסתת נפח. התוכנית הסופית יורדת מאתר RPA ומיובאת למערכת תכנון הטיפול המקומית של המשתמש, שם המינון מחושב מחדש עבור הלינק שהוזמן באופן מקומי; במידת הצורך, התוכנית נערכת לפני אישור לשימוש קליני.

The global number of cancer cases is expected to grow to approximately 24.6 million by 2030, with the largest burden in low- and middle-income countries (LMICs)1. Radiotherapy is a cost-effective, curative, and palliative treatment for cancer, providing benefits to approximately 50% of patients with cancer and to 60-70% in low-income countries where patients are more likely to present at a late stage2,3. However, access to radiotherapy worldwide is limited4; for example, no countries in Africa have the radiotherapy capacity to meet their estimated need5. Several studies have estimated these impending shortages and what would be required to meet upcoming needs6,7.
The Lancet Oncology Commission made the compelling case that investment in radiotherapy capacity improvements would not only save lives but would also bring positive economic benefits3. They also specifically pointed out that automation of radiotherapy contouring and treatment planning may help clinical teams scale their efforts by significantly reducing the time spent on these tasks by oncologists and physicists, respectively, making the goals more attainable.
Our research group has been working in collaboration with clinical teams at MD Anderson and at hospitals across the world to develop web-based automated tools. This suite of tools (called the RPA) provides Artificial Intelligence-based contouring (outlining tumors and nearby organs on CT scans) and radiotherapy treatment planning (which defines exactly how the radiation is delivered). This web-based platform offers the advantage of reduced time and resources needed to prepare high-quality plans for each patient.
Our experience with an early version of an AI-based tool at MD Anderson has shown that automated contouring can save up to 2 h per patient-a significant streamlining of the workflow. This means that current clinical staff will be able to scale their effort, treating more patients with higher-quality radiotherapy. By offering these tools via a fully automated, web-based service (Radiation Planning Assistant [RPA], RPA.mdanderson.org), we can minimize the cost to the patients and providers and maximize the reach of this tool.
We have been developing the RPA for 6 years, and several significant changes have been made since we first published on the RPA workflows8. These include developing the RPA into a web-based tool, thus reducing the costs associated with installation and maintenance, and improving the system&#39;s robustness. Other improvements include changes in the user interfaces to improve usability and reduce the risk of error9 and expanding treatment options (specifically, radiotherapy planning for post-mastectomy breast10 and metastases to the brain11). Thus, the protocol described here is substantially more advanced than the initial version previously published.
The RPA uses a one-step process to create contours and plans in situations in which editing of the contours is not generally necessary to create the treatment plan. This includes four-field box treatment planning for cervical cancer (based on bony landmarks or automatically generated soft tissue contours)12,13,14,15, tangential or supraclavicular fields for post-mastectomy breast cancer11, and opposed laterals for whole-brain treatments16. In the near future, we expect to add craniospinal treatments for pediatric cancers17, three-field treatments for rectal cancer18, and treatment planning for various palliative cases (vertebral bodies, hips, and ribs)19, as well as lung and bladder cancers. Currently, more advanced treatments, specifically volume-modulated arc therapy (VMAT), require a two-step process in which automatically generated contours are edited prior to treatment planning13,20. However, the quality of deep learning-based autocontouring is such that we expect to change these planning approaches to a one-step process in the future. This protocol focuses on one-step planning.
Figure 1 shows the overall workflow for creating a radiotherapy treatment plan using the RPA, with more details on the different tasks shown in Table 1. In summary, the RPA requires a completed Service Request (which includes information such as the dose prescription and treatment approach) and a patient&#39;s individual CT scan. The Service Request must be accepted by a radiation oncologist. The CT scan must be accepted by a Clinical User to ensure that the RPA calculations are performed on the correct CT scan. Once the RPA has generated a plan, it should be downloaded from the RPA website and imported into the user&#39;s treatment planning system, where the dose should be recalculated. This is necessary because the RPA calculates plans on standard beams (available for several linac models), which may not exactly match the beam characteristics of the local linac. This approach was taken to reduce cost, although customization may be needed if the local beams are significantly different from our standard beams. The users (treatment planner and radiation oncologist) may make edits to the plan. The plan then enters the user&#39;s typical clinical workflow, including local quality assurance checks. Finally, the user should upload their final (recalculated and edited) plan to the RPA website, where an automated comparison between the Final Plan and the RPA Plan is performed. This is a useful check of data integrity in the overall workflow.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65504/65504fig01.jpg" /> 
Figure 1: Workflow of the automated treatment planning process. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65504/65504fig01large.jpg" target="_blank">Please click here to view a larger version of this figure.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Task # in Figure 1</td>
			<td colspan="3">Task description</td>
			<td colspan="2">Location</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="3">Review the status of any past patients</td>
			<td colspan="2">Main dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1</td>
			<td colspan="3">Complete a Service Request on the RPA website</td>
			<td colspan="2">Service Request dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2</td>
			<td colspan="3">Upload a CT scan to the RPA website</td>
			<td colspan="2">CT scan dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="2">3</td>
			<td colspan="3">Check on the status of the patient</td>
			<td colspan="2">Main dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="3">Review and download the RPA Plan</td>
			<td colspan="2">Main dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4</td>
			<td colspan="3">Import the plan into the user&#8217;s TPS, recalculate the dose, and make edits as necessary</td>
			<td colspan="2">Local TPS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="2">5, 6</td>
			<td colspan="3">Upload the Final Plan to the RPA website</td>
			<td colspan="2">Plan comparison dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="3">Review the automatic comparison of the Final Plan and the RPA Plan</td>
			<td colspan="2">Plan comparison dashboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>-</td>
			<td colspan="3">The plan enters the user&#8217;s routine clinical workflow, including regular quality assurance</td>
			<td colspan="2">User&#8217;s own software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Table 1: Overview of the tasks involved in creating an RPA Plan using the 1-step workflow. Local TPS: User&#39;s Treatment Planning System.
This manuscript describes this one-step workflow for the RPA and presents some example results of the treatment planning process output. Currently, the following planning approaches use this one-step workflow: i) Four-field box treatment plans for cervical cancer patients (bony landmark-based apertures); ii) four-field box treatment plans for cervical cancer patients (soft tissue-based field apertures); iii) tangential and supraclavicular treatment plans for chest wall patients; iv) whole-brain treatment plans.

מחבר זרקור: שיפור הגישה לטיפול קרינתי באמצעות עוזר תכנון קרינה

עוזר תכנון קרינה - כלי מבוסס אינטרנט לתמיכה ברדיותרפיה באיכות גבוהה במרפאות עם משאבים מוגבלים

We have developed the Radiation Planning Assistant as a web-based tool intended to help low and middle income countries scale their efforts to provide high quality contouring and treatment planning for patients. Access to radiotherapy is very limited in most places in the world, and that's due to multiple factors including shortage of staff and qualified radiation oncologists, therapy radiographer and medical physicists. And what we hope for the RPA is to address some of these challenges.The Radiation Planning Assistant has been designed to provide high quality contours and the plans at a minimal cost. Our hope is to provide access to those tools for free for clinics who would not otherwise have access. Now that we have finished version 1 of the Radiation Planning Assistant, we will start to develop the next versions.We will try to reduce the need for manual upload and download of data and add new treatment sites and approaches.

מטרת לוח המחוונים הראשי (איור 1) היא לספק סקירה מהירה של מצב החולים הנוכחיים ב-RPA, לאפשר סקירה מהירה של תוכניות שהושלמו, להוריד תוכניות שהושלמו לסקירה ועריכה במערכת תכנון הטיפול של המשתמש, ולספק כלים מתקדמים לניווט ומיון מטופלים. כדי שהמטופלים יופיעו כאן, עליהם להיות לפחות אחד מהבאים: (1) סריקת CT מקובלת או (2) טופס שירות מקובל. ניתן לראות את קטגוריות המצב של החולים הנוכחיים בלוח המחוונים הראשי (טבלה 4).
שדה רוחבי לדוגמה מתוכנית רדיותרפיה של המוח כולו מוצג באיור 6. שדה רוחבי לדוגמה מתוכנית קופסה גרמית מבוססת ציון דרך של 4 שדות לסרטן צוואר הרחם מוצג באיור 7. בשני המקרים, יש להוריד את התוכנית הסופית ולאחר מכן לייבא אותה למערכת תכנון הטיפול של המשתמש, שם יש לבדוק, לערוך ולחשב מחדש את התוצאות. ה-RPA גם יוצר דוח תוכנית סופי (PDF) הכולל את בקשת השירות (ראה דוגמה באיור 3), דוח אישור CT ופרטים אחרים של תוכנית הטיפול.
מטרת לוח המחוונים של בקשת שירות (טבלה 2) היא לספק מבט כולל מהיר על מצב בקשת השירות עבור מטופלים נוכחיים ב- RPA, ליצור בקשת שירות חדשה, לקבל בקשת שירות שהושלמה ולערוך בקשת שירות. מטופלים שיש להם בקשת שירות שנשלחה או התקבלה מוצגים בלוח מחוונים זה, הנגיש לכל המשתמשים ב- RPA. עם זאת, רק משתמשים הרשומים במערכת RPA כאונקולוגים של קרינה יכולים לקבל בקשת שירות.
מטרת לוח הבקרה של CT (טבלה 3) היא לספק תמונת מצב מהירה של סריקות CT עבור מטופלים קיימים ב- RPA, להעלות סריקות CT חדשות, לסקור ולקבל סריקות CT ולהוסיף נקודות ייחוס לסריקות CT. נקודות התייחסות מתווספות כדי להנחות את RPA במצבים ספציפיים, כגון כאשר המשתמש רוצה להשתמש בגבול עליון לא סטנדרטי עבור תוכניות תיבות פשוטות של 4 שדות עבור סרטן צוואר הרחם. מטופלים שעבורם הועלתה בדיקת CT מוצגים כאן. כל משתמש יכול לצפות בלוח הבקרה של CT, אך רק משתמשים הרשומים כמשתמשים קליניים יכולים לקבל את סריקות ה- CT.
לאחר שהמשתמש אישר את התוכנית הסופית שלו, הוא יכול לייצא אותה מהתב"ע שלו ולהעלות אותה ל-RPA. מטרת תהליך זה היא לספק דרך לבדוק שהנתונים הועברו כראוי בין מכשירים שונים.
מטופלים שעבורם נוצרה תוכנית RPA יופיעו בלוח הבקרה של השוואת התוכניות. לוח המחוונים להשוואת תוכניות מספק את קטגוריות המצב המוצגות בטבלה 5 עבור מטופלים נוכחיים.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65504/65504fig06.jpg"> איור 6: שדה רוחבי אופייני להקרנות של המוח כולו. תצוגה זו מציגה את התחזיות של קווי המתאר של המבנה וכן את מיקומם של הקולימטורים הראשיים (צהוב) והקולימטורים מרובי העלים (כחול). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65504/65504fig06large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65504/65504fig07.jpg"> איור 7: שדה צדדי לדוגמה מתוכנית קופסה גרמית מבוססת 4 שדות לסרטן צוואר הרחם. תצוגה זו מציגה את מיקומם של הקולימטורים הראשיים (צהוב) והקולימטורים מרובי העלים (כחול). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65504/65504fig07large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Improving Radiation Therapy Access with Radiation Planning Assistant at JoVE.com

פרוטוקול זה מתאר סדרה של כלים אוטומטיים המיועדים לרדיותרפיה, עיצוב אוטומטי ותכנון אוטומטי באיכות גבוהה, הארוזים לשירות מבוסס אינטרנט כדי למקסם את החוסן והמדרגיות תוך מזעור עלויות התפעול.

Access to radiotherapy worldwide is limited. The Radiation Planning Assistant (RPA) is a fully automated, web-based tool that is being developed to offer ...

פיתחנו את Radiation Planning Assistant ככלי מבוסס אינטרנט שנועד לסייע למדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית להרחיב את מאמציהן לספק קווי מתאר ותכנון טיפול באיכות גבוהה למטופלים. הגישה להקרנות מוגבלת מאוד ברוב המקומות בעולם, וזה נובע מגורמים רבים, כולל מחסור בצוות ואונקולוגים מוסמכים לקרינה, רדיוגרף טיפולי ופיזיקאים רפואיים. ומה שאנחנו מקווים עבור RPA הוא להתמודד עם כמה מהאתגרים האלה.עוזר תכנון הקרינה תוכנן לספק קווי מתאר באיכות גבוהה ואת התוכניות בעלות מינימלית. תקוותנו היא לספק גישה לכלים אלה בחינם למרפאות שאחרת לא הייתה להן גישה. כעת, לאחר שסיימנו את גרסה 1 של עוזר תכנון הקרינה, נתחיל לפתח את הגרסאות הבאות.ננסה לצמצם את הצורך בהעלאה והורדה ידנית של נתונים ולהוסיף אתרי טיפול וגישות חדשות.

radiation-planning-assistant-web-based-tool-to-support-high-quality

Research

JoVE Journal

Medicine

Radiation Planning Assistant - A Web-based Tool to Support High-quality Radiotherapy in Clinics with Limited Resources

Access to radiotherapy worldwide is limited. The Radiation Planning Assistant (RPA) is a fully automated, web-based tool that is being developed to offer fully automated radiotherapy treatment planning tools to clinics with limited resources. The goal is to help clinical teams scale their efforts, thus reaching more patients with cancer. The user connects to the RPA via a webpage, completes a Service Request (prescription and information about the radiotherapy targets), and uploads the patient&#39;s CT image set. The RPA offers two approaches to automated planning. In one-step planning, the system uses the Service Request and CT scan to automatically generate the necessary contours and treatment plan. In two-step planning, the user reviews and edits the automatically generated contours before the RPA continues to generate a volume-modulated arc therapy plan. The final plan is downloaded from the RPA website and imported into the user&#39;s local treatment planning system, where the dose is recalculated for the locally commissioned linac; if necessary, the plan is edited prior to approval for clinical use.

This protocol describes a series of automated tools designed for high-quality radiotherapy autocontouring and autoplanning that are being packaged into a web-based service to maximize robustness and scalability while minimizing operational costs.

Using Radiation Planning Assistant for Automated CT Scan Comparison and Treatment Planning

Begin by launching the Radiation Planning Assistant, or RPA. Then go to the service request dashboard on RPA interface by clicking the service request channel. Then click on the new form to generate a new request form.Complete the questions under the first section titled Demographics. Then select the treatment technique from the treatment pull-down menu. Click on the information icon in the treatment technique pull-down menu to access further details of the treatment technique.Next, complete the questions in the second section titled Treatment General Questions. Now move to section three titled Treatment Specific Questions and complete the questions including the details of the treatment targets and prescription. Click on submit to generate the service request PDF.Select the patient in the patient list. Review the service request PDF, and click accept to approve it. Next, go to the CT Scans dashboard by clicking on the CT Scans channel.Select the option, upload CT and pick the folder where the CT scan is stored using folder explorer. Follow the prompts to confirm the selection. Select the patient in the patient list to review the corresponding uploaded CT scan.Then load the entire 3D CT image by clicking on load 3D. Now scroll between the slices in all views using forward or backward buttons located below the CT view to move to the next slice. Click the right shift or left shift buttons to move five slices in either direction.Alternatively, move the cursor over any view and use the mouse to scroll between the slices. The Intersect button can also be clicked to overlay a cross hair on each CT view. Then click on any of the three views to move the cross hair, causing the other views to follow accordingly.Zoom into the image to further review it using the zoom pan button. Then right click and hold down a CT view using the mouse to zoom. Click on marked ISO to move the CT views to the marked ISO center.To add a reference point, first, move the three views to the desired reference point location by using the intersect tool. Next, click on the Ref Point button to add a reference point. To add a new reference point, clear the current point by clicking on clear ref point.Then add a new one. Accept the CT scan. Then answer the questions below the CT images to minimize risk and reduce errors in the subsequent RPA calculations.Now click on accept and follow the prompts. To begin the monitoring process, first, review a completed RPA plan by selecting the patient and choosing review at the top of the main dashboard. Download a completed RPA plan by clicking on the download icon.When a new window opens, the DICOM files, along with the PDF version of the RPA plan report, will be downloaded for import into the treatment planning system. To upload the final plan to the website, select the patient and click upload plan. Choose the DICOM Structure file, Plan, and Dose Files for upload.Finally, review the plan comparison report by selecting the patient. An example of a lateral field from a whole brain radiotherapy plan is shown here, while a lateral field from a bony landmark-based four field box plan for cervical cancer is also shown. In both cases, the RPA created a final plan report after downloading and importing the user's treatment planning system.The service request dashboard provides a quick status overview of the service request for current patients in the RPA.