前列腺癌

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研究文章|开放获取

体积2022年| 文章的ID7930744| https://doi.org/10.1155/2022/7930744

mri放疗计划减少直肠剂量超过公差

丹尼尔·r·施密特 ,^1、2 都Bhagwat,^{2、3、4、5} 丹尼尔。格雷泽 ,^2、4、6 明辉陈,⁷ Maryam Moteabbed,^2、5 伊丽莎白·麦克马洪,^2、3、4 玛丽安j . Loffredo,^3、4 克莱尔·m·Tempany,^2,6 和安东尼诉D中保 ^2、3、4

学术编辑器: 克里斯蒂娜Magi-Galluzzi

收到了 2021年7月18日

修改后的 2021年12月15日

接受 2021年12月28日

发表 2022年2月3日

文摘

背景和目的。慢性直肠毒性显著降低了人的生活质量接受放射治疗前列腺癌。直肠毒性的最重要的因素是直肠dose-volume超过公差。尽量减少直肠的体积在高剂量领域,有必要准确地定义prostate-rectum接口。这是很有挑战性的计算机断层扫描(CT)图像。当前的研究进行正式证明在临床试验中设置图像引导调强放射治疗(IG-IMRT)计划使用磁共振成像(MRI)可以减少直肠的体积超过70 Gy,验证指标,预计后期直肠毒性的风险。材料和方法。这种前瞻性随访时间研究了15个人对待IG-IMRT局限性前列腺癌。所有参与者收到专用3特斯拉的MRI检查前列腺除了盆腔CT检查治疗计划。两个体积调制电弧疗法(VMAT)计划与处方剂量的79.2 Gy设计基于CT -使用相同的约束和MRI-defined共识卷。直肠暴露于70 Gy或更多的体积相比使用Wilcoxon配对签署等级测试。结果。CT-based治疗计划,直肠接收的平均体积超过70 Gy为9.3立方厘米(cc)(差7.0到10.2)与4.9 cc (mri差4.1到7.8)计划。这导致平均体积减少2.1 cc (IQR 0.5到5.3,<措施)。结论。使用核磁共振计划前列腺IG-IMRT剂量的79.2 Gy减少直肠接受辐射剂量的体积超过公差(70 Gy或更多),应考虑在高危男性直肠后期毒性和其他不适合使用直肠爱惜水凝胶垫片等技术。这个试验是注册NCT02470910。

1。介绍

治疗前列腺癌的治疗与放射治疗可能导致长期的尿,肠,和性副作用,可能显著影响生活质量(1- - - - - -4]。一些更衰弱的副作用是直肠毒性的结果,包括频繁和/或稀便,直肠紧迫感,里急后重,大便泄漏,直肠出血。

技术创新,如调强放射治疗(IMRT),图像引导与intraprostatic基准标记,和水凝胶直肠间距器减少了直肠毒性的发生率[5- - - - - -8]。然而,并不是所有的病人都适合使用的水凝胶间隔插入植入和最优几何间隔只有三分之二的情况下发生。此外,dose-escalated放射治疗,这已被证明会降低生化复发和远处转移的发生率9- - - - - -11),也使它更具挑战性,以满足验证剂量约束直肠为了减少直肠晚期毒性的风险(12]。

完善,开发临床重要的概率直肠毒性与直肠暴露于辐射的体积(13- - - - - -15]。它也认识到临床因素增加直肠毒性的风险包括老年,使用抗凝血剂,炎症性肠病、糖尿病、吸烟、血管疾病、腹部手术史或盆腔放疗前(16,17]。开发了几个数学模型预测的概率直肠毒性基于直肠dose-volume直方图(逆向)和临床因素(17,18]。这些模型是使用数据从旧的研究和开发尚未验证当前前列腺癌放射治疗技术和剂量使用。相比之下,直肠接受高剂量辐射的墙(≥70 Gy)是一个验证预测患者的慢性毒性直肠IG-IMRT和处方剂量超过78 Gy (6,13,19- - - - - -22]。

而CT是应用最广泛的成像方式对前列腺癌放疗计划,由于改善软组织结构的可视化,可以更准确地定义前列腺体积在核磁共振。前列腺体积始终是小MRI与CT (23- - - - - -25]。此外,它已被证明在MRI用于定义前列腺体积,直肠剂量减少三维放射治疗(比较)计划规定的剂量78 Gy (26]。图像引导使用intraprostatic基准标记和调强放射治疗技术,如体积调制电弧(VMAT)允许更多的保形剂量交付计划(PTV)肿瘤体积较小的利润,使人们有可能增加处方剂量,同时保持低剂量的直肠。是否mri放射治疗计划进一步提高直肠剂量尚不清楚。

MRI的缺点是它缺乏信息组织密度(需要计算吸收剂量);因此,需要额外的步骤剂量测定法,使得mri规划效率不及CT-based规划。在多个研究表明mri放射治疗计划是可行的27- - - - - -30.),资源利用率增加的担忧,以及不便广泛应用的主要障碍。我们建议mri放疗计划所需的额外的资源是保证如果有潜在的临床受益。

解决这些问题,我们试图确定MRI相比CT-based计划可以减少的体积直肠前列腺治疗时接收70 Gy或更多使用VMAT 79.2 Gy。来模拟一个真实的临床工作流程,减少偏见,我们进行了一项前瞻性调查研究参与者同意一个专门研究MRI,当时执行的放射治疗计划。作为一个重要的第一步记录潜在的临床效益,我们发现直肠V70,验证指标,预计后期直肠毒性的风险,显著降低了mri前列腺癌放射治疗计划。这一发现最初报告为一个抽象的在2020年的美国临床肿瘤学会年会(31日]。在此,我们提出一个完整的分析数据,显示直肠和膀胱容量明显减少暴露于高剂量辐射与mri规划,并与CT-based前列腺体积,最大的不确定性描述是在前列腺尖临床重大疾病经常发现。

2。材料和方法

2.1。病人的选择

15人与新诊断nonmetastatic前列腺腺癌为介入研究协议(DFCI 14 - 585)批准的dana - farber癌症研究所IRB。入选标准是前列腺癌阶段》,没有治疗局部治疗之前,和最大90天的雄激素剥夺疗法之前注册。这项研究是在ClinicalTrials.gov注册登记前(NCT02470910)。

2.2。干预措施

除了标准CT检查,参与者接受了unenhanced MRI检查前列腺没有endorectal线圈的治疗计划。所有考试进行3.0特斯拉的磁共振成像设备(标记HDxt 3 t,通用电气医疗集团)和利用pelvic-phased阵列线圈。MRI和CT检查在同一天和至少1周后的放置intraprostatic基准标记。允许可再生的定位检查前列腺,参与者被要求保持一个完整的膀胱和直肠空。t1加权图像生成的被宠坏的梯度回波序列(SPGR),和t2影像产生快速放松快速自旋回波序列(FRFSE)。所有脉冲序列切片厚度为3毫米。收购后,图像被上传到一个研究图像存档和通信系统(PACS)进行后续分析。

2.3。定义目标卷和器官的风险(桨)

共识的前列腺、直肠和膀胱被附属专业训练研究MRI上定义腹部放射学家放射肿瘤学家和规划CT扫描两个放射肿瘤学家未经审查的MRI检查。前列腺体积CT定义根据出版的指南(32]。前列腺被定义为临床肿瘤体积(CTV)和额外的1厘米精囊(SV)相邻的CTV SV + 1厘米。MRI卷都被转移到使用刚性CT扫描图像配准对齐的基础上intraprostatic基准标记。为了理解差异在MRI和CT-defined前列腺体积存在,quadrant-based分析。MRI和CT fiducial-based图像配准后,重心(腺体积中心)是定义,和前列腺除以象限(anterior-base、posterior-base anterior-apex,和后端)。

2.4。治疗计划

统一规划肿瘤体积(PTV)使用5毫米的扩张。2-Arc体积调制电弧疗法(VMAT)计划生成使用Eclipse™治疗计划系统,版本11.0(瓦里安医疗系统,帕洛阿尔托,CA)剂量的79.2 Gy交付44分数。每个弧角340°。启动和停止角度170°和190°,被选出的入口通过直肠剂量最小化。单独的计划被创建的CT - MR-defined CT轮廓。相同的限制被强加于每个轮廓的PTV和桨和病人计划在预防计划偏差优化。计划被规范化,覆盖了99%的PTV处方剂量的79.2 Gy。直肠和膀胱的绝对体积在cc接收70 Gy (V70), 75 Gy (V75),和80 Gy或更多(V80)计算从dose-volume直方图(逆向)。

2.5。肿瘤控制概率(TCP)和正常组织并发症概率(NTCP)建模

数学模型,结合dose-volume变量和经验决定radiobiologic常数被用来估计TCP和NTCP [33- - - - - -36]。TCP和NTCP计算进行使用相等的剂量(EUD)的模型(37]。肿瘤,EUD单一剂量(Gy)应用统一的肿瘤,杀死了相同数量的clonogens给定的计划与非齐次剂量分布(36]。正常组织,EUD代表统一剂量导致受伤的概率一样一个给定的计划与一个非齐次剂量分布。

的逆向直肠前列腺,以下简称为临床肿瘤体积(CTV),提取每个CT-based从治疗计划系统和mri计划。估计前列腺的“真正”的报道计划,优化了CT-defined前列腺(CT-based计划)的MR-CTV(被认为是"真正的"前列腺体积)映射到CT-based计划,以及由此产生的逆向提取。剂量体积直方图被转换为EUDs使用方程: 在哪里是体积分数机关接受剂量D_我和一个是一个组织参数,描述了体积效应。在肿瘤参数减少冷点是等于CTV。直肠、串行器官参数设置为8 (37]。

TCP使用公式计算: 浴室在哪里₅₀(的剂量控制肿瘤的概率等于50%)被设置为72 Gy端点的PTV免除5年复发,和γ50参数(剂量反应曲线的斜率代表大约50%的TCP)将基于5之前估计中间的这些因素——高危前列腺癌(38]。

NTCP是计算使用公式: 在道明₅₀(毒性的剂量的概率等于50%)被设置为76.9 Gy直肠晚期毒性(直肠出血末)≥2级基于文献[13]。两个不同的值γ50个参数进行评估基于之前的报告(12,39]。

数据分析使用自身的执行脚本(Root5.34/36,https://root.cernMacOS10.12.6)。

2.6。统计方法

描述性统计是用来描述病人的临床特点人口登记。正常的剂量测定的比较,不可能在所有的数据集;因此,我们使用了Wilcoxon配对符号秩测试(40)比较直肠和膀胱V70、V75 V80 MRI -和CT-based计划,分别是中小学研究端点。TCP和MRI NTCP——与CT-based计划使用成对的学生的比较t以及或Wilcoxon配对签署等级测试。前列腺体积CT和MRI相比使用皮尔逊相关系数和成对的学生的t以及。CT和MRI上直肠卷比较用斯皮尔曼相关系数和Wilcoxon配对签署等级测试。CT -之间的差异和MRI-defined规划相比,肿瘤体积(PTV)象限使用成对的学生的t以及或Wilcoxon配对签署等级测试。SAS 7.0版本9.4和棱镜用于statisitcal分析。所有从双边测试值。更多细节的统计比较是包含在补充数据文件。

3所示。结果

3.1。临床特点

的平均年龄是70岁(范围56 - 84),PSA中位数为7.3 ng / mL(范围3.2 - -22.1),和前列腺体积的中位数40毫升(25 - 65)经直肠超声检查。百分之六十(n= 9)中间风险,40% (n= 6)有很高的风险,发现标准。大多数都是临床阶段T1c (n= 7)或T2 (n= 6)。两人囊外的扩展(T3a)。所有的参与者精囊入侵(T3b),直肠膀胱(T4)参与或淋巴结转移(N1)。

3.2。直肠剂量在CT和mri放射治疗计划

直肠接受高剂量放疗的体积明显降低时,mri放射治疗计划相比,使用CT-based规划(图1和表1)。具体来说,∆V70,∆V75,∆V80(定义为直肠成交量CT和MRI的区别接收70 Gy, 75 Gy或者更多,和80 Gy或更多,分别)显著(表1)。体积减少也是重要的近端1厘米精囊是包含在目标卷(表1)。

3.3。膀胱放射治疗计划剂量在CT和mri

mri规划也导致更小体积的膀胱暴露于高剂量辐射(表2)统计上显著的辐射规定只对前列腺的时候。治疗量时扩展到包括精囊的近端1厘米,体积减少更显著(表2)。

3.4。比较CT和MRI的前列腺癌和直肠卷

直肠成交量均值相似的MRI和CT(60.2和51.1 cc,= 0.52)和关联这两个模式之间对于大多数但不是所有患者(枪兵r= 0.479,95% CI 0.061−0.802,= 0.07)。符合之前的报道(23- - - - - -25),意思是前列腺体积CT MRI上平均小于(30.8和46.0 cc,< 0.001)。前列腺体积也相关的两个模式之间的每个病人(皮尔森r= 0.854,95% CI 0.607到0.950,<措施)。

尽管前列腺体积CT, MRI小于上它不是一个同心体积减少。我们观察到的最大方差在前列腺尖前列腺和泌尿生殖膈之间的接口是特别困难的定义在CT。在大多数情况下,CT-defined前列腺体积高估了真正的体积在先端,平均30%的CT体积扩展在MRI体积;然而,在2 15例,MRI显示前列腺顶端的一小部分在CT体积。在这个系列的15个人,我们发现泌尿生殖膈的高度有很大的差别,才能准确地定义在MRI(图2)。

进一步说明前列腺体积的MRI不仅仅是减少同心CT-based体积,我们降低CT PTV保证金3毫米(CT PTV3毫米),而一个标准的5毫米PTV扩张在MRI体积(PTV先生5毫米)。当CT PTV3mm PTV先生5毫米相比,绝对体积(图相似3(一个));然而,10 - 15%的卷不重叠(图3 (b))。而CT PTV3mm仍大于先生PTV5 mm在先端,在前,小得多,说明部分前基地可能会错过如果CT PTV减少2毫米(数字3 (c)- - - - - -3 (f))。

(一)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

图3

CT和前列腺先生轮廓之间的不整合象限。绝对体积百分比(a)和(b)重叠的CT PTV3毫米和PTV5先生毫米。(c)体积百分比,象限,CT PTV3mm外延伸PTV5毫米先生所示蓝色,和体积百分比的象限先生PTV5毫米外延伸CT PTV3毫米红色所示。图示区域的CT PTV3毫米和PTV5先生毫米之间的不和谐所示的面板。(d)体积在绿色显示地区PTV5毫米外延伸CT PTV3毫米先生和体积用蓝色显示区域CT PTV3毫米外延伸PTV5先生毫米。(e)位置(通过象限),CT PTV3毫米外延伸PTV5先生毫米。(f)的位置(通过象限),PTV5毫米外延伸CT PTV3毫米。所有的面板显示平均值±标准偏差。在面板和C,显示所有15个人值对象。< 0.05,< 0.01,< 0.001双尾成对的学生的t以及签署或等级测试。

3.5。比较肿瘤控制概率模型和直肠并发症风险

的TCP CT-defined CTV的类似于TCP MRI-defined CTV(意味着ΔCT-MRI =−0.24423,标准差为1.23801,= 0.4575),这表明CT和MRI计划执行同样对预测肿瘤控制分别定义的CTV CT和MRI (CTopt CT-CTV和MRIopt MRI-CTV)(图4(一))。自从MRI-defined前列腺更准确地代表了“真正”的前列腺,特别是在前列腺尖,我们还计算了TCP的MRI-defined CTV的计划是优化CT-defined PTV (CTopt MRI-CTV)。除了一个主题,TCP的MR-defined CTV的类似于TCP CT-defined CTV(ΔCT-MRI =−0.8506中位数、四分位范围1.9873= 0.1688),这表明,对于大多数患者,5毫米的标准PTV扩张充分涵盖CT-defined之间的差异和MRI-defined前列腺CTV(图4(一))。

(一)

(b)

NTCP建模,考虑整个剂量分布,无显著差别直肠后期预测2级或2级高毒性之间的mri和CT-based放射治疗计划剂量(只前列腺和规定γ₅₀= 8,意味着ΔCT-MRI = 0.0463,标准差为0.17078,= 0.3114),但趋势有利于mri规划(图4 (b)和补充数据)。

4所示。讨论

CT-based规划相比,mri IG-IMRT前列腺癌放疗计划,处方剂量的79.2 Gy,结果在一个显著降低直肠接受70 Gy或更多。我们我们的分析集中于直肠接受高剂量辐射的体积,因为多个研究已经证实的体积直肠暴露在≥70 Gy预测等级≥2晚直肠毒性(主要是直肠出血),而不同的结果已经观察到适量(40 - 50 Gy) [6,13,19- - - - - -22]。NTCP模型被用来估计概率考虑整个直肠晚期毒性的剂量分布。这样的剂量反应模型安装在临床和剂量测定的数据来获得radiobiologic参数直肠宽容,但是他们的性能在不同的数据集(并不总是一致的39,41,42]。我们没有发现mri NTCP计划显著提高;然而,差异NTCP MRI与CT-based计划趋势有利于MRI计划,可能反映了高剂量范围中观察到的好处。

我们发现直肠低剂量的主要原因是由于更少的前列腺癌和直肠之间的接触后前列腺顶端由于显著提高MRI解剖解决前列腺尖。虽然MRI-defined前列腺体积小于CT-defined体积,我们感兴趣的大小差异不能被解释为同心减少前列腺大小MRI与CT相比。这意味着更大的前列腺大小CT不能被视为一个额外的安全裕度。减少2毫米的CT PTV结果绝对体积,类似于MRI PTV;然而,高达15%的MRI PTV缩小体积CT PTV外延伸。因此,简单地减少丢失的肿瘤的CT PTV增加风险的标准误差占5毫米PTV保证金。

TCP模型表明,CT和mri表现同样对预测肿瘤控制计划。这预计因为计划都是优化提供类似报道的前列腺上定义各自的成像模式。虽然这分析确认了两种形式的计划允许类似的报道CTV CT或MRI所定义的,它并没有解决更重要的问题是否CT体积计划充分考虑到了“真正的前列腺”。为了解决这个问题,我们也研究了TCP的MR-CTV映射到CT-based计划。对于一个病人来说,TCP的MR-CTV映射到CT优化计划是低于预期,表明,对于一小部分人mri计划可以改善肿瘤可能发生的结果通过防止边际错过不足前列腺的定义,尤其是在顶端40%的临床重要的癌症存在。

虽然与尿膀胱dose-volume相关毒性不太明确,人们普遍认为更大体积的膀胱高剂量辐射场与更大的急性和慢性毒性的发生率。我们还发现mri计划导致了小体积的膀胱暴露于高剂量辐射,特别是在治疗目标包括近端精囊、前列腺癌高危的惯例。

我们的研究也有一些局限性。由于制度实践的研究,低风险前列腺癌的主要是与积极监测管理;因此,没有男人低风险患者登记在这个研究。尽管,目标体积和剂量是相同的和中间低风险前列腺癌;因此,它是合理的结论,本研究的结果也可以被应用到低风险前列腺癌。其次,对于一些中间高危前列腺癌,这是常见的做法包括部分精囊在目标体积;然而,没有共识治疗精囊的长度。在直肠和膀胱体积显著减少观察高剂量辐射场在这项研究仅当目标被定义为前列腺或近端精囊前列腺+ 1厘米。最后,关于前列腺轮廓精度,前列腺体积MRI是由放射肿瘤学家和附属专业训练腹部放射学家,在CT,体积是由两个放射肿瘤学家的共识与附属专业泌尿生殖器的癌症。目前尚不清楚CT-defined前列腺体积可以更精确地定义为放射科医生; however, it is standard practice for prostate volume to be defined by the radiation oncologist, and care was taken on this study to adhere to published guidelines [32]。

本研究的结果的临床意义,mri放射治疗计划是一种非侵入性的工具,有可能显著降低慢性直肠毒性的风险,应考虑在高危男性这副作用,因为直肠垫片(另一种方法,可以减少直肠接受高剂量的体积RT)是不可能的或所期望的。这包括男性糖尿病患者,血管疾病、凝血障碍,使用抗血小板药物和抗凝血剂,炎症性肠病的历史,腹部手术史,和不利的解剖学,包括前列腺肥大和最少的脂肪前列腺和直肠之间的墙。

mri计划可能会减少尿毒性的风险,尤其是在近端精囊是治疗的情况。此外,存在的机会改善癌症控制由于前列腺更准确定义顶点(40%的前列腺癌的存在)在MRI与CT成像。最后,与持续改进技术,mri计划也可以局部增加剂量与成像在前列腺特征表明积极的或抗放射性的疾病。

本研究的主要目的是表明,利用核磁共振前列腺癌放射治疗计划在大容量的学术中心有可能减少毒性基于验证指标(直肠暴露于70 Gy或更多)。单组研究我们所有人接受治疗/当前标准治疗(CT-based放疗计划)。前瞻性比较CT -与MRI-planned前列腺癌放射治疗对癌症控制和病人报告结果是十分必要的。

5。结论

在这个单臂前瞻性研究中,我们发现,前列腺体积CT主要是高估了在前列腺的顶点。我们证明MRI-planned前列腺癌放射治疗可以显著减少直肠V70,验证指标与直肠毒性。我们建议mri规划应考虑为高危男性直肠后期毒性和其他直肠保留技术的,比如水凝胶垫片,不可用或期望。

数据可用性

原始数据支持本研究的结论都是免费。

的利益冲突

作者报告任何与本研究相关的利益冲突。

确认

这项工作是支持研究和发展基金(F8352114)管理通过放射学系布莱根妇女医院,波士顿,MA,美国。作者要感谢保罗·l·阮,医学博士,理查德•Boyajian雷诺数,硕士,A.N.P., for patient management and supporting clinical workflow and Robert A. Cormack, Ph.D., Clair J. Beard, M.D., Neil E. Martin, M.D., and Fiona Fennessy, MBBCH, Ph.D., for helpful discussion in trial design.

补充材料

所有补充数据提供一个PDF文件。数据被分成表相对应的主要部分,表和人物手稿。简要描述每个表提供的数据如下:表1(数据表1):原始值和正常测试数据表所示1。表2(数据表2):原始值和正常测试数据表所示2。表3(前列腺体积):原始值,统计分析,图比较前列腺体积CT和MRI。表4(直肠卷):原始值,统计分析,图比较CT和MRI上直肠卷。表5(数据图3(一个)):原始值和统计分析数据如图3(一个)。表6(数据图3 (b)):原始值和统计分析数据如图3 (b)。表7(数据图3 (c)):原始值和统计分析数据如图3 (c)。表8 (TCP):原始值和统计分析比较TCP CT和mri的计划。表9 (NTCP):原始值和统计分析比较NTCP CT和mri的计划。表10(所有原始体积数据):原始值的体积和空间比较CTV和PTV CT和MRI在数据用于生成数据3(一个)- - - - - -3 (c)。(补充材料)

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