Extracto
Aplicaciones
El análisis preciso de la correlación entre la deformación de la próstata y el desplazamiento de su centro de gravedad (COG) es importante para la terapia de radiación eficaz para el cáncer de próstata. En este estudio, hemos abordado este problema mediante la introducción de un nuevo enfoque de análisis.
Método
Una tomografía computarizada de planificación (TC) y el 7 de repetición TC de haz cónico durante el curso del tratamiento eran obtenido por 19 pacientes con cáncer de próstata que se sometieron a la terapia con radiación de conformación tridimensional. Un solo observador contornea la glándula prostática solamente. Para evaluar la deformación local de la próstata, se divide en 12 segmentos definidos manualmente. la deformación de próstata se calculó utilizando el software de desarrollo propio. La correlación entre el desplazamiento del COG y la deformación local de la próstata se evaluó mediante análisis de regresión múltiple.
Resultados
El valor medio y la desviación estándar (DE) de la deformación de próstata fueron 0,6 mm y 1,7 mm, respectivamente. Para la mayoría de los pacientes, la SD local de la deformación era ligeramente lager en los segmentos superior e inferior. El análisis de regresión múltiple
puesto de manifiesto que el desplazamiento
anterior-posterior del CdG de la próstata tenían una correlación altamente significativa con las deformaciones en el medio-anterior (
p Hotel & lt; 0,01) y media posterior (
p Hotel & lt; 0,01) segmentos de la superficie de la próstata (
R
2
= 0,84). Sin embargo, no hubo correlación significativa entre el desplazamiento de la dentadas y la deformación de la superficie de próstata en otros segmentos.
desplazamiento Conclusión
Anterior-posterior de la CdG de la próstata está altamente correlacionado con una deformación en sus segmentos medio-anterior y posterior. En la terapia de radiación para el cáncer de próstata, es necesario optimizar el margen interno para cada posición de la próstata se mide utilizando la radioterapia guiada por imagen
Visto:. Nakazawa T, Tateoka K, Saito Y, Abe T, Yano M, Yaegashi Y, et al. (2015) Análisis de próstata deformación durante un ciclo de radioterapia para el cáncer de próstata. PLoS ONE 10 (6): e0131822. doi: 10.1371 /journal.pone.0131822
Editor: Zoran Culig, Universidad Médica de Innsbruck, Austria |
Recibido: 24 Enero, 2015; Aceptado: 7 Junio 2015; Publicado: 29 Junio 2015
Derechos de Autor © 2015 Nakazawa et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
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financiación:.. los autores no tienen ningún soporte o financiación reportar
Conflicto de intereses:. los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
el objetivo de la radioterapia es concentrar las dosis de radiación sobre el tumor y reducir al mínimo la exposición de los tejidos sanos circundantes [1]. Este objetivo se puede lograr mediante el uso de dos técnicas de terapia de radiación: la radioterapia conformada tridimensional (3DCRT) y la radioterapia de intensidad modulada (IMRT) [2]. Además, es posible reducir la incertidumbre de configuración mediante el uso de imagen guiada radioterapia (IGRT), que utiliza un sistema de kilovoltaje de haz cónico CT (CBCT) montado en un acelerador lineal [3, 4], en combinación con las dos técnicas anteriores.
volumen blanco de planificación (PTV) de margen, que tiene en cuenta tanto el margen interno (IM) y la puesta en marcha de margen (SM), se utiliza durante la planificación de la terapia por radiación para emitir una prescrito dosis absorbida al volumen blanco clínico (CTV). Reducción al mínimo del margen PTV puede reducir el riesgo de toxicidad al tejido circundante normal [5]. PTV reducción del margen que no tiene en cuenta las incertidumbres fisiológica (por ejemplo el llenado del recto) puede conducir a insuficiencia bioquímica de la terapia de radiación para el cáncer de próstata [6]. El IM se calcula normalmente sobre la base de desplazamiento del centro de gravedad (COG) de la próstata o marcadores de implante en la glándula de la próstata [7, 8]. En la terapia de radiación para el cáncer de próstata, sin embargo, IM no suficientemente en cuenta la deformación de la próstata. De acuerdo con ello, las deformaciones significativas de próstata se ha demostrado que pueden causar diferencias entre la dosis administrada y la dosis planificada [9].
En los informes publicados, el análisis de la deformación de la próstata se llevó a cabo mediante tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (MRI) imágenes que se adquirieron varias veces durante el curso de la terapia de radiación para el cáncer de próstata. Por lo tanto, Deurloo
et al
. cuantificado la deformación de las vesículas seminales y la próstata utilizando repetir las tomografías computarizadas e informó de que esta deformación era pequeña en comparación con el movimiento de la próstata [9]. van der Wielen
et al
. Los resultados similares obtenidos basan en el registro de imágenes deformable (DIR) de imágenes de TC [10]. Por el contrario, Nichol
et al
. detectado deformaciones fisiológicas de próstata mayor de 3 mm en base a la cuantificación de las imágenes de resonancia magnética [11].
Deuloo
et al
. supone que la deformación de la próstata se produce sólo en la dirección perpendicular a la superficie de la glándula de la próstata [9]. En su estudio, se obtuvo la deformación basado en juego chaflán de toda la próstata y las vesículas seminales. En consecuencia, la deformación de próstata podría haber sido influenciado por la deformación de las vesículas seminales [10]. Por otro lado, la precisión de la aproximación DIR, que se utilizó para analizar la deformación de próstata por van der Wielen
et al
. Nichol y
et al
., varía en función del algoritmo empleado [12], y las discrepancias correspondientes puede haber afectado a los resultados del análisis. Además, el objetivo principal del análisis deformación de próstata hasta ahora era para calcular la desviación estándar (SD) de la deformación de la próstata, mientras que la correlación entre el desplazamiento de la próstata y su deformación no se ha investigado previamente. Dado que el IM definido por la Comisión Internacional de Unidades de Radiación (ICRU) reportan 62 tiene en cuenta la incertidumbre geométrica en el desplazamiento y deformación del objetivo, es importante investigar esta correlación.
En este estudio, cuantificamos la deformación de la próstata mediante un método sencillo que define la dirección de la deformación y se analizó la correlación entre la deformación y el desplazamiento del cdG de la próstata en la terapia de radiación.
Materiales y Métodos
los pacientes
pacientes con cáncer de próstata tratados Diecinueve entre abril de 2011 y agosto de 2012 3DCRT se estudiaron retrospectivamente. El análisis retrospectivo se realizó de conformidad con la Declaración de Helsinki, y el protocolo de estudio fue aprobado por el comité de ética médica de Kushiro Hospital General de la ciudad. La información del paciente se convierte en anónima y se identificó de-antes del análisis. El tumor estadios clínicos fueron los siguientes: T1, 7 pacientes; T2, 8 pacientes; y T3, 4 pacientes. Once pacientes fueron sometidos a la terapia hormonal antes de 3DCRT (mediana de duración: 6 meses, rango: 3-21). Todos los pacientes se les prescribió una dosis de 70 Gy en 35 fracciones durante 50-55 días. Se les instruyó para vaciar el recto y beber 250 ml de agua 30 minutos antes de la planificación de la TC (LightSpeed RT, GE Healthcare Ltd, Little Chalfont, Buckinghamshire, HP7 9na, Reino Unido) y la aplicación del tratamiento para el llenado de la vejiga. Las imágenes CBCT se adquirieron una vez cada cinco fracciones durante un total de 7 conjuntos de datos por paciente. La planificación de la TC y las imágenes CBCT se reconstruyeron utilizando un grosor de corte de 2,5 mm y un incremento de 2,5 mm. Un solo observador contornea la próstata en todas las imágenes CBCT.
análisis del volumen de la próstata
Sanguineti
et al
. informó de que el volumen de la próstata disminuye en el tiempo bajo la influencia de la terapia hormonal [13]. Para investigar si la deformación de próstata incluye un cambio de volumen, se investigó el cambio de volumen de la próstata durante el curso de la terapia de radiación. La media y la SD de la volumen de la próstata se calcularon con un sistema de tratamiento de radiación de planificación (Eclipse v 6.0, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). La tendencia en el tiempo del cambio de volumen de la próstata se evaluó mediante el coeficiente de correlación de Spearman.
deformación de próstata análisis
La deformación de la próstata se define como la distancia entre la superficie de la próstata en la planificación CT la imagen de la CBCT para cada fracción imagen y. Se realizó un análisis de deformación de próstata utilizando el software de desarrollo propio
.
En primer lugar, se llevó a cabo prematching. registro ósea rígida entre la planificación de la TC y las imágenes CBCT con cáncer de próstata contorneada se obtuvo con Velocity AI (velocidad Medical Systems, Atlanta, GA 9), que se suman a los dos sistemas de coordenadas. A continuación, los datos de contorno en la planificación de la TC y las imágenes CBCT se transfirieron a un software desarrollado internamente. el desplazamiento de próstata se midió como el desplazamiento entre el CdG de la próstata en el escaneo CT planificación y las exploraciones CBCT, y la tomografía computarizada y la planificación de todos los escáneres CBCT fueron agrupados en base al CdG de la traducción de próstata. Para alinear las rodajas de la base y el ápice de los contornos de la próstata en los escáneres CBCT y la exploración CT planificación, las vistas craneocaudal del contorno de la próstata en los escáneres CBCT se ampliaron ya sea o contratados temporalmente (Fig 1A). Si el número de cortes de contornos de próstata en un análisis CBCT era diferente de la de la TC de planificación, la interpolación lineal entre las rebanadas en la exploración CBCT se utilizó para que coincida con los dos números. Los puntos en los que los contornos de la próstata en el escaneo CT planificación y las exploraciones CBCT se cruzaron con una línea recta trazada cada 10 grados a través del COG sobre el contorno de próstata para cada sector de la imagen de la planificación CT se calcula como los puntos de referencia (figura 1B) . Por último, los puntos de vista craneocaudal del contorno de la próstata en los escáneres CBCT fueron devueltos a su estado original, y las distancias entre los puntos correspondientes se midieron como desplazamientos locales de la próstata (Fig 1B). Para evaluar las deformaciones locales, la próstata se divide en 12 segmentos definidos manualmente: superior-anterior (SA), superior-posterior (SP), superior-derecha (SR), superior izquierdo (SL), medio-anterior (MA), media-posterior (MP), medio-derecha (MR), el centro-izquierda (ML), inferior-anterior (IA), inferior-posterior (IP), inferior-derecha (IR), e inferior izquierda (IL) ( Figura 2). La correlación entre el desplazamiento de la CdG y la deformación local de la próstata se evaluó mediante análisis de regresión múltiple (el método por etapas).
El sólido y líneas discontinuas representan los contornos de la próstata en el CT planificación y exploraciones CBCT, respectivamente. (A) una representación 2D de los contornos sagitales de la próstata. Para alinear las posiciones de la base y el ápice de los contornos de la próstata en los escáneres CBCT a los de la tomografía computarizada de planificación, vistas craneocaudales del contorno de próstata en los escáneres CBCT se ampliaron o contratados tampoco. Ellos fueron devueltos a su estado original después de la alineación. (B) una representación 2D de los contornos axiales de una próstata. La marca de la cruz es el CdG de la próstata en una porción representativa. Las flechas indican las direcciones de deformación de la próstata.
Superior-anterior (SA), superior-posterior (SP), superior-derecha (SR), superior izquierdo (SL), medio-anterior (MA ), medio-posterior (MP), medio-derecha (MR), el centro-izquierda (ML), inferior-anterior (IA), inferior-posterior (IP), inferior-derecha (IR), y-inferior izquierdo (IL ). La próstata se divide en tres segmentos aproximadamente iguales en la dimensión de sector (el primer tercio del volumen de la próstata que se denominó el segmento superior, y el último tercio se denomina el segmento inferior) y en cuatro segmentos iguales en cada rebanada ( anterior, posterior, derecha, y los segmentos de la izquierda).
error
Intra-observador
Para excluir errores inter-observador, un solo observador contornea la próstata en todas las imágenes. Para evaluar el error intraobservador utilizando el método introducido por Deurloo
et al
. [9], las imágenes de la próstata adquiridas con la planificación de la TC y la CBCT se recontoured por el mismo observador. Durante este proceso, el observador fue cegado a los contornos iniciales. Intra-observador resultados de las variaciones en la sobreestimación de las existencias del desplazamiento local de la próstata. La SD medida del desplazamiento local (
SD
medido
) se puede escribir como: 1where
SD
intra
es la variación intra-observador y
SD
real es la SD real del desplazamiento local de la próstata. Los desplazamientos locales entre las curvas de nivel inicial y el segundo (
LD
i-s
) y sus DE se calcularon utilizando el método descrito en el apartado anterior. Teniendo en cuenta que el error asociado a la variación intra-observador se introdujo dos veces durante este proceso, estos valores de DE se dividieron por: 2where
n
es el número de conjuntos de imágenes para cada paciente. Los valores de
SD
reales se calcularon con la ecuación 1.
Resultados
El volumen prostático análisis
La media los valores y las desviaciones estándar del volumen de la próstata fueron de 30,7 ml y 15,9 ml, respectivamente. El volumen normalizado con respecto al volumen obtenido a partir de los resultados de la CT de planificación se muestra en la figura 3 como una función de la fracción. Los volúmenes normalizados se promediaron durante los 19 pacientes. El coeficiente obtenido de la determinación fue 0,0463, y no se observó ninguna tendencia temporal lineal significativa (
p = 0,28
). Dado que el volumen de la próstata no cambió durante el curso de la terapia de radiación, las variaciones de volumen no interfirieron con la evaluación de la deformación de la próstata.
No hubo una tendencia significativa de tiempo.
Próstata deformación análisis
la Tabla 1 resume las deformaciones medias de próstata en los segmentos definidos de forma manual. La deformación de próstata máxima promedio fue de 1,3 mm en el segmento I-L, y el valor medio de deformación estaba por debajo de 1.0 mm en casi todos los segmentos. La deformación máxima absoluta de próstata fue de 13,1 mm en la dirección antero-posterior (AP) en el segmento de SP de la próstata.
El desviaciones estándar de la deformación de próstata en los segmentos definidos de forma manual se resumen en la Tabla 2. La valor medio de
SD
medido fue de 2,0 mm. Aunque
SD
intra
estaba por debajo de 1,0 mm en casi todos los segmentos, se obtuvieron los valores de 1,1-1,7 mm para algunos segmentos superiores e inferiores.
la Tabla 3 contiene las estadísticas de desplazamiento de la próstata para todos los pacientes. En el A-P y las direcciones S-I, un desplazamiento de próstata de & lt; se observó 3 mm de & gt; 70% de los casos, mientras que se observó un desplazamiento de próstata de ≥5 mm de & lt; 10% de los casos. El desplazamiento de próstata fue inferior a 1,5 mm en la dirección RL.
El análisis de regresión múltiple reveló que el desplazamiento de la AP CdG de la próstata tenían una correlación altamente significativa con las deformaciones en el MA (
p Hotel & lt; 0,01) y MP (
p Hotel & lt; 0,01) segmentos de la superficie de la próstata (
R
2
= 0,84). Sin embargo, no hubo correlación significativa entre el desplazamiento del COG y la deformación de la superficie de la próstata en cualquier otro segmento.
Discusión
En este estudio, se evaluó la deformación de la próstata mediante un método sencillo que define la dirección de la deformación de la próstata y se analizó la correlación entre el desplazamiento en el cdG de la próstata y la deformación de su superficie en la terapia de radiación.
el
SD
real Red de la deformación de próstata en todos los segmentos fue de aproximadamente 1,5 mm, y la deformación máxima de próstata fue de 13 mm en este estudio. En este sentido, van der Wielen
et al
. implantado tres o cuatro marcadores de referencia en cada paciente y se realiza una exploración CT de repetición antes o después de una fracción de tratamiento en semanas de tratamiento 2, 4 y 6. Como resultado, se informó de la SD de la deformación de próstata obtenido a ser de aproximadamente 1 mm [ ,,,0],10]. De acuerdo, en el estudio de Nichol
et al
. que también utiliza marcadores de referencia y realiza MRI antes o durante una fracción del tratamiento, la SD de la deformación de próstata fue de aproximadamente 1 mm, y la deformación máxima de próstata fue 13 mm [11]. A pesar de que la deformación máxima de próstata en el presente estudio fue similar a la de los informes publicados, la SD correspondiente era un poco más grande. Esta desviación puede ser consecuencia de las diferencias entre nuestro método de análisis y el método empleado por DIR van der Wielen
et al
. Nichol y
et al
. A multi-institución registro deformable estudio exactitud [12] ha demostrado que el error absoluto media y la SD absoluta para la próstata variaron desde 0,4 hasta 6,2 mm y 0,3 a 3,4 mm, respectivamente. La exactitud del método DIR varía dependiendo del algoritmo [12], y la correspondencia de punto a punto entre las dos imágenes es generalmente desconocida. Por otra parte, no existe un estándar de oro para la evaluación de los resultados de estos algoritmos [14]. Por lo tanto, en la actualidad, puede ser difícil de analizar la deformación de órganos con suficiente exactitud usando el método DIR. Por el contrario, hemos utilizado un método con un modelo simple deformación que no utiliza DIR, y la influencia de la variación del volumen de la próstata y el error intraobservador se tuvieron en cuenta. Por lo tanto, nuestra metodología no sufren de imprecisiones potenciales resultantes de las diferencias en los algoritmos de DIR. Creemos que el valor de un poco más grande de la
SD
real Red de la deformación de la próstata es una consecuencia de la aplicación de este enfoque menos sesgada. En realidad, la próstata no se deforma a lo largo de una dirección definida. Es probable que el vector de deformación final está determinada por la presión interna asociada con próstata contracción o hinchazón y la presión externa, por ejemplo, de relleno recto, y se requiere un algoritmo que toma en cuenta estos parámetros para la evaluación más fiable.
no se encontró correlación significativa entre el desplazamiento del COG y la deformación local de la próstata en casi todos los segmentos de la próstata. Por lo tanto, en contraste con el desplazamiento de la cremallera y deformaciones de la próstata es probable que sean en su mayoría al azar. Sin embargo, la A-P desplazamiento del CdG de la próstata tenían una correlación altamente significativa con las deformaciones en la M-A (
p Hotel & lt; 0,01) y M-P (
p Hotel & lt; 0,01) segmentos. Se sabe que el desplazamiento del recto superior afecta de manera significativa el desplazamiento de la próstata [15], y dicha expansión o desplazamiento también puede influir en la deformación de la próstata (Fig 4). Incluso en el caso de IGRT para cáncer de próstata utilizando marcadores implante o CBCT, un IM adecuada tendrá que ser añadido a CTV debido a la deformación de la próstata que es independiente de su desplazamiento. Por otra parte, si el desplazamiento de la próstata se produce en la dirección A-P, puede ser posible ajustar la IM en base a la posición de la del COG. Por ejemplo, si la próstata mueve en la dirección anterior, un IM más pequeño (por ejemplo, margen de cero) se puede utilizar en la terapia de radiación para el cáncer de próstata. Wen et al. informó de que la probabilidad de complicaciones tejido normal predicho para el sangrado rectal tarde se redujo en un 3,6% en promedio cuando el margen se redujo de 10 mm y 6 mm en las interfaces de próstata /anterior rectales de pared a 5 mm y 3 mm, respectivamente. Por otra parte, se redujo aún más en un 1,0%, en promedio, cuando el margen se redujo de manera uniforme a 3 mm [16]. Por lo tanto, incluso una pequeña reducción en el margen puede reducir sustancialmente el riesgo de hemorragia rectal tarde, y existe una alta probabilidad de que la terapia de radiación con la IM ajustada en base a la posición del CdG será eficiente en la reducción del margen.
expansión o desplazamiento del recto afecta a la deformación de los segmentos de MP y MA de la próstata.
Optimización del margen PTV que tiene en cuenta la deformación de la próstata correlacionado con su desplazamiento será el tema de nuestros estudios futuros. Por ejemplo, la disponibilidad de plantillas de plan de tratamiento con márgenes PTV variables permitiría seleccionar un plan adecuado para cada posición de la próstata basado en la IGRT. Nuestro método puede ser útil para tales radioterapia adaptativa para el cáncer de próstata.
Conclusión
En este estudio, se evaluó la deformación de la próstata mediante un método sencillo que define la dirección de la deformación y evaluamos la correlación entre el desplazamiento en la cdG de la próstata y la deformación de su superficie. Nuestro enfoque resuelve el problema de la exactitud de los algoritmos de la variable dir. deformación de próstata tiene lugar incluso cuando el volumen medio de próstata sigue siendo sin cambios durante el curso de la terapia de radiación. Nuestro estudio reveló que A-P desplazamiento del CdG de la próstata está altamente correlacionado con su deformación en el M-segmentos A y M-P. Es necesaria la optimización guiada-IGRT del plan de tratamiento para cada posición de la próstata para aumentar la eficacia de la radioterapia para el cáncer de próstata.
Reconocimientos
Deseamos reconocer valiosas discusiones con el profesor Takada junio (Laboratorio de protección contra la radiación, de la Universidad médica de Sapporo), profesor Asociado Kenichi Kamo (Matemáticas y Ciencias de la Información, Universidad médica de Sapporo), y profesor Adjunto Kenichi Tanaka (Laboratorio de Protección Radiológica de la Universidad médica de Sapporo). También nos gustaría dar las gracias al oncólogo de radiación, físicos médicos y tecnólogos de radiación de Kushiro Hospital General por sus valiosos comentarios sobre este documento.