Διαμόρφωση συστήματος πλοήγησης με δεδομένα από εγκάρσιες απεικονιστικές μεθόδους για την ακριβή τοποθέτηση ραδιενεργού πλάκας σε ασθενείς που υποβάλλονται σε βραχυθεραπεία

Abstract

Purpose: To estimate dosimetric plan accuracy of Ophthalmic brachytherapy with ruthenium-106 (106Ru) plaque based on individualized parameter of ocular geometry. Moreover, to investigate the possibility of creating fusion images from magnetic tomography (in the preoperative period) and special protocol of dual energy computed tomography (DECT) (in the postoperative period with plaque placed on the scleral surface) as a tool for confirming the anatomic accuracy of plaque placement. Additionally, to determine a protocol of dual energy computed tomography that will suppress metal artifacts and accurately depict the placed plaque.Materials and Methods: Thirty patients with intraocular lesions undergone brachytherapy using plaque 106Ru of inner radius of 12mm. Imaging with magnetic tomography used to determine the external sclera radius at the tumor site and the tumor margins. Mathematical algorithm was used to calculate the distance between the external sclera and the internal surface of the plaque. The differences between the typical ocular parameters (sclera radius of 12 mm) and individualized parameters in the applied radiation dose to the tumor apex, the sclera and the tumor margins were calculated with Plaque Simulator™ software (Eye Physics LLC, Los Alamitos, CA). On the second part of the study, six patients with intraocular lesions were included. Fusion images of preoperative magnetic resonance imaging and postoperative DECT imaging were constructed in the ImFusion software (ImFusion GmbH, Munchen, Germany). Clearance margins between the tumor and plaque edge in sagittal, coronal and transverse planes and also elevation of the posterior edge of the plaque from the sclera were recorded and correlated with tumor location. Finally, an anthropomorphic phantom simulating an adult head was used for implementation of nine protocols of DECT imaging of the orbits after plaque placement. Monochromatic 140keV were obtained using iterative reconstruction and metal artifact reduction algorithm. The DECT imaging protocol providing accurate orientation of plaque using minimum radiation exposure was identified.Results: Taking into account the individualized ocular and tumor geometry the calculated applied dose was found to be overestimated at the points of interest namely the tumor apex, tumor margins and sclera compared to the calculated applied dose using the typical ocular parameters. The clearance margins were found greater in all planes (sagittal, coronal and transverse) for lesions which are located anteriorly (anterior to the ocular equator) compared to the posteriorly located lesions. The posterior elevation of the plaque edge from the sclera was higher for the anteriorly located lesions compared to the posterior ones. All DECT protocols were found to facilitate accurate plaque demarcation in spite of some moderate artifacts. The suggested DECT protocol was found to have a radiation dose exposure to the ocular lens at the lowest limit of the range that is observed with single energy computed tomography.Conclusions: The suggested approach of individualized brachytherapy 106Ru includes a preliminary study encompassing geometrical parameters of the eye and the tumor from magnetic resonance imaging in order to improve precision of dosimetric calculation. The individualized dosimetry brachytherapy plan can prevent insufficient treatment of intraocular tumors especially for eyes with axial length that refrains from mean values. Additionally, fusion images from DECT and magnetic resonance imaging can be used as a tool to confirm the accuracy of plaque 106Ru placement in accordance with the intraocular tumor. The appropriate protocol for orbital DECT imaging after plaque 106Ru placement was determined and allowed for the plaque demarcation with minimal artifacts and low radiation exposure for the patient also providing the possibility for verification of accurate plaque placement.

Σκοπός: Η εκτίμηση της ακρίβειας του δοσιμετρικού πλάνου στην οφθαλμική βραχυθεραπεία με πλάκα ρουθήνιο-106 (106Ru), όταν βασίζεται στις εξατομικευμένες παραμέτρους της οφθαλμικής γεωμετρίας. Επιπλέον, η δυνατότητα δημιουργίας εικόνων σύζευξης από απεικόνιση με μαγνητική τομογραφία (προεγχειρητικά) και με ειδικό πρωτόκολλο σάρωσης αξονικής τομογραφίας διπλής ενέργειας (dual energy CT, DECT) (μετεγχειρητικά, με την πλάκα τοποθετημένη επισκληρικά) ως εργαλείο για τον έλεγχο της ανατομικής ακρίβειας της τοποθέτησης της πλάκας. Η δυνατότητα εύρεσης πρωτοκόλλου σάρωσης αξονικής τομογραφίας διπλής ενέργειας που να καταστέλλει τα μεταλλικά τεχνικά σφάλματα (artifacts) και να απεικονίζει με ακρίβεια την τοποθετημένη επισκληρικά πλάκα 106Ru.Υλικό και μέθοδος: Τριάντα ασθενείς με ενδοφθάλμιες αλλοιώσεις υποβλήθηκαν σε βραχυθεραπεία με πλάκα 106Ru ακτίνας καμπυλότητας 12 mm. Απεικόνιση με μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της εξωτερικής ακτίνας καμπυλότητας του σκληρού χιτώνα στη θέση του όγκου και των ορίων του όγκου. Αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για τον προσδιορισμό της απόστασης μεταξύ του εξωτερικού σκληρού χιτώνα και της εσωτερικής επιφάνειας της πλάκας που σχετίζεται με την εφαπτομενική εφαρμογή της πλάκας στον υπό θεραπεία οφθαλμό. Προσδιορίστηκαν οι διαφορές στη χορηγούμενη δόση στην κορυφή του όγκου, στον σκληρό χιτώνα και στα όρια του όγκου, όπως προέκυψαν λαμβάνοντας υπόψη τις προεπιλεγμένες παραμέτρους για έναν οφθαλμό τυπικού μεγέθους (με ακτίνα καμπυλότητας σκληρού χιτώνα = 12 mm) στο λογισμικό Plaque Simulator™ (Eye Physics LLC, Los Alamitos, CA) σε σχέση με τις εξατομικευμένες παραμέτρους για τον οφθαλμό κάθε ασθενή. Επιπλέον, στο δεύτερο μέρος της μελέτης συμπεριλήφθηκαν έξι ασθενείς με ενδοφθάλμια αλλοίωση. Οι εικόνες σύζευξης προεγχειρητικής μαγνητικής τομογραφίας και σαρώσεων DECT με την πλάκα τοποθετημένη δημιουργήθηκαν στο λογισμικό ImFusion (ImFusion GmbH, Munchen, Germany). Τα ελεύθερα όρια (διάκενα) μεταξύ του όγκου και της περιφέρειας της πλάκας σε οβελιαίο, εγκάρσιο και στεφανιαίο επίπεδο, καθώς και η οπίσθια ανύψωση του άκρου της πλάκας από τον σκληρό χιτώνα καταγράφηκαν και συσχετίστηκαν με τη θέση του όγκου. Τέλος, ένα ανθρωπόμορφο πρόπλασμα που προσομοιώνει κεφαλή ενηλίκου χρησιμοποιήθηκε για εφαρμογή εννέα πρωτοκόλλων λήψης DECT για απεικόνιση των κόγχων, μετά από τοποθέτηση πλάκας 106Ru. Μονόχρωμες εικόνες 140 keV δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας ανακατασκευή και έναν διαθέσιμο αλγόριθμο μείωσης μεταλλικών artifacts. Tο πρωτόκολλο απεικόνισης DECT που επέτρεψε την ακριβή οριοθέτηση της πλάκας με την ελάχιστη έκθεση ακτινοβολίας ταυτοποιήθηκε. Αποτελέσματα: Όταν η εξατομικευμένη γεωμετρία του οφθαλμού και του όγκου για κάθε ασθενή λαμβάνεται υπόψη, η χορηγούμενη δόση που υπολογίζεται βρέθηκε να υπερεκτιμάται, στα σημεία που μελετήθηκαν δηλαδή στην κορυφή του όγκου, στο πρόσθιο και οπίσθιο όριο του όγκου, και στην κεντρική περιοχή του σκληρού, σε σχέση με την χορηγούμενη δόση σε προεπιλεγμένες παραμέτρους για τον οφθαλμό. Τα διάκενα πλάκας-όγκου για το εγκάρσιο, το οβελιαίο και το στεφανιαίο επίπεδο βρέθηκαν υψηλότερα για αλλοιώσεις που εντοπίζονται στο πρόσθιο τμήμα (προσθίως του ισημερινού του βολβού) σε σχέση με οπίσθια εντοπιζόμενες αλλοιώσεις. Η οπίσθια ανύψωση του άκρου της πλάκας από τον σκληρό χιτώνα ήταν μεγαλύτερη για τις πρόσθιες βλάβες σε σχέση με τις οπίσθιες. Όλα τα πρωτόκολλα σάρωσης DECT κρίθηκαν ότι επιτρέπουν σαφή οριοθέτηση της πλάκας παρά την παρουσία ορισμένων μέτριων artifacts. Το προτεινόμενο πρωτόκολλο DECT βρέθηκε να έχει δόση ακτινοβολίας στον κρυσταλλοειδή φακό των οφθαλμών στα κατώτερα όρια του εύρους ακτινοβολίας που παρατηρείται στην απεικόνιση κεφαλής με αξονική τομογραφία μονής ενέργειας.Συμπεράσματα: Η προτεινόμενη προσέγγιση εξατομικευμένου προγραμματισμού βραχυθεραπείας με 106Ru βασιζόμενη στα γεωμετρικά δεδομένα του οφθαλμού και του όγκου από απεικόνιση μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να βελτιώσει τη δοσιμετρική ακρίβεια. Η εξατομικευμένη δοσιμετρία σχεδιασμού της θεραπείας μπορεί να αποτρέψει την υποθεραπεία ενδοφθάλμιων όγκων, ειδικά για μάτια με αξονικό μήκος που απέχουν από τον μέσο όρο. Επιπλέον, οι εικόνες σύζευξης μεταξύ σαρώσεων DECT και μαγνητικής τομογραφίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εργαλείο για την επιβεβαίωση της ακρίβειας τοποθέτησης της πλάκας 106Ru σε σχέση με τους ενδοφθάλμιους όγκους. Το κατάλληλο πρωτόκολλο για απεικόνιση DECT των κόγχων μετά την τοποθέτηση της πλάκας 106Ru για οφθαλμική βραχυθεραπεία προσδιορίστηκε και επιτρέπει την οριοθέτηση της πλάκας χωρίς artifacts, με χαμηλή έκθεση ακτινοβολίας του ασθενούς, παρέχοντας τη δυνατότητα επαλήθευσης της θέσης της πλάκας μετά την τοποθέτηση.