Clinical potential of radiotherapy plan adaptation using an MR-accelerator

Klinisk potentiale af adaption af stråleplan ved brug af en MR-accelerator
Hybrid MR-acceleratorer er en ny strålebehandlingsmodalitet, der over de sidste år er blevet introduceret i klinisk brug. Daglig adapteret, MR-vejledt stråleterapi har blandt andet til formål at reducere de sikkerhedsmarginer (PTV), der tilføjes det kliniske
behandlingsvolumen (CTV). Derved vil det i princippet være muligt at reducere dosis til omkringliggende rask væv og dermed behandlingens bivirkningsprofil uden at gå på kompromis med targetinddækningen. Omfanget af disse reduktioner er imidlertid endnu ikke kvantificeret. Der er dog en række konstruktionsmæssige og tekniske forskelle på en MR-accelerator i fht. en standard accelerator, der kan påvirke behandlingskvaliteten i modsat retning. Denne afhandling består af fire publikationer, der hver især afdækker nogle af disse åbne spørgsmål i forbindelse med implementeringen af en høj-felts MRaccelerator på Odense Universitetshospital:

1) Hvordan er baseline kvaliteten af stråleplaner lavet til MR-acceleratoren sammenlignet med vores standard kliniske planer? 

Kvaliteten af standard stråleterapiplaner produceret i Pinnacle ved brug af AutoPlanmodulet og planer produceret i det dedikerede planlægningssystem Monaco ved brug af samme CT scanning og struktursæt blev sammenlignet for høj-risiko prostatapatienter (Publikation I). Foruden sammenligning af dosis-volumen histogrammer (DVH) og en række dosismetrikker, blev planernes kliniske kvalitet blev vurderet af en onkolog. Det blev vist, at det er muligt, at producere planer af klinisk tilfredsstillende kvalitet til MRacceleratoren. Desuden adskilte dosisfordelingen i planer sig ikke signifikant fra standard plankvaliteten. Behandlingstiden for disse planer må dog forventes at være længere end ved standardbehandling. 

2) Hvordan sikres det, at den automatiske deforme overførsel og korrektion af strukturer under adaptionsprocessen foregår mest muligt effektivt og sikkert, så behandlingen kan leveres hurtigst muligt? 

De forskellige muligheder for at overføre strukturer automatisk og deformt fra en planlægnings-scanning blev evalueret ved at simulere denne del af et online planlægningsforløb offline på hhv. prostata kræftpatienter (Publikation II) og patienter med hoved-halskræft (Publikation III). Disse patienter havde alle fået lavet 3 supplerende MR scanninger under deres standardbehandlingsforløb som stikprøver af de daglige MR scanninger der foretages på MR-acceleratoren. Eksperimenterne viste, at deform overførsel af strukturer til de simulerede daglige scanninger var mere nøjagtig når kilden også var MR-billeder, fremfor CT, som resultat af alle de anvendte metrikker. Der sås et reduceret behov for manuel korrektion af strukturerne ved brug af MR-MR deformering, som derfor anbefales som hurtigste og sikreste metode i det kliniske workflow. Desuden blev det vist, at det generelt ikke har betydning for deformationsnøjagtigheden om man anvender MR scanning fra den seneste plan adaption eller planlægnings MR scanningen, så længe der tilrettes manuelt. 

3) Hvilken klinisk effekt har det, at behandle med reducerede PTV marginer på en højfelts MR-accelerator udtrykt ved risiko for normalvævsskade (NTCP)?

Den intrafraktionelle bevægelse hos patienter tidligere behandlet på MR-acceleratoren for lokal prostatakræft blev anvendt til bestemmelse af den påkrævede PTV-margin for højrisiko prostatapatienter ved daglig adapteret behandling. En signifikant reduktion af viste sig mulig i forhold til marginer anvendt ved standard stråleterapi. Adaptive behandlingsforløb med disse nye marginer blev simuleret for høj-risiko prostatapatienter. Akkumulerede fraktionsdoser blev sammenlignet med patienternes egne standard behandlinger via DVH analyse samt estimering af populationens risiko for normalvævsskader (NTCP) vha. kendte modeller (Publikation IV). Alle planer opfyldte kliniske kriterier og DVH analyse viste endvidere signifikant reducerede doser til blære, endetarm, hofter og peritoneum i fht. standard planerne. Disse reduktioner i dosis korresponderede til signifikante reduktioner i riskoen for akut abdominal toksisitet (ΔNTCP 17.4%), sen urininkontinens (ΔNTCP 2.8%) samt vandladningssmerte (ΔNTCP 2.8%).

Konklusion: Publikationerne, der udgør denne afhandling har vist at kvaliteten af dosisplaner forud for daglig planadaption og mindskning af PTV-marginer er på niveau med den nuværende standard. Desuden blev det vist, at automatisk deformering af konturer var mere nøjagtig fra MR til MR end fra CT til MR, hvorfor et intramodalt workflow anbefales. Signifikante, og klinisk relevante, reduktioner i estimeret behandlingstoksicitet sås som konsekvens af indskrænkede PTV-marginer. Resultaterne bør efterprøves i et randomiseret studie.