Radioterapia guiada por imágenes - Image-guided radiation therapy

La radioterapia guiada por imágenes es el proceso de obtención de imágenes bidimensionales y tridimensionales frecuentes, durante un ciclo de radioterapia, que se utiliza para dirigir la radioterapia utilizando las coordenadas de imágenes del plan de radioterapia real. El paciente se localiza en la sala de tratamiento en la misma posición que se planificó a partir del conjunto de datos de imágenes de referencia. Un ejemplo de IGRT incluiría la localización de un conjunto de datos de tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) con el conjunto de datos de planificación de tomografía computarizada (TC) de la planificación. IGRT también incluiría radiografías planas de kilovoltaje (kV) o imágenes de megavoltaje (MV) con radiografías digitales reconstruidas (DRR) de la TC de planificación. Estos dos métodos comprenden la mayor parte de las estrategias IGRT actualmente empleadas alrededor de 2013.

Este proceso es distinto del uso de imágenes para delinear objetivos y órganos en el proceso de planificación de la radioterapia. Sin embargo, existe una clara conexión entre los procesos de obtención de imágenes, ya que IGRT se basa directamente en las modalidades de obtención de imágenes de la planificación como coordenadas de referencia para localizar al paciente. La variedad de tecnologías de imágenes médicas utilizadas en la planificación incluye tomografía computarizada (TC) de rayos X , imágenes por resonancia magnética (MRI) y tomografía por emisión de positrones (PET), entre otras. La precisión de IGRT mejora significativamente cuando las tecnologías que se desarrollaron originalmente para la cirugía guiada por imágenes , como el localizador N y el localizador Sturm-Pastyr, se utilizan junto con estas tecnologías de imágenes médicas. A través de los avances en la tecnología de imágenes, combinados con una mayor comprensión de la biología humana a nivel molecular, el impacto de IGRT en el tratamiento de radioterapia continúa evolucionando.

Objetivos y beneficios clínicos

El objetivo del proceso IGRT es mejorar la precisión de la colocación del campo de radiación y reducir la exposición del tejido sano durante los tratamientos de radiación. En años anteriores, se utilizaron márgenes de volumen objetivo de planificación (PTV) más grandes para compensar los errores de localización durante el tratamiento. Esto dio como resultado que los tejidos humanos sanos recibieran dosis innecesarias de radiación durante el tratamiento. Los márgenes de PTV son el método más utilizado para tener en cuenta las incertidumbres geométricas. Al mejorar la precisión a través de IGRT, la radiación se reduce a los tejidos sanos circundantes, lo que permite una mayor radiación al tumor para su control.

Actualmente, ciertas técnicas de radioterapia emplean el proceso de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) . Esta forma de tratamiento por radiación utiliza computadoras y aceleradores lineales para esculpir un mapa de dosis de radiación tridimensional, específico para la ubicación, la forma y las características de movimiento del objetivo. Debido al nivel de precisión requerido para la IMRT , se deben recopilar datos detallados sobre la ubicación de los tumores. El área de innovación más importante en la práctica clínica es la reducción de los márgenes de volumen objetivo de planificación alrededor de la ubicación. La capacidad de evitar tejido más normal (y por lo tanto emplear estrategias de aumento de dosis) es un subproducto directo de la capacidad de ejecutar la terapia con la mayor precisión.

Las técnicas de radioterapia modernas y avanzadas, como la radioterapia de protones y partículas cargadas, permiten una precisión superior en la administración de la dosis y la distribución espacial de la dosis efectiva. Hoy, esas posibilidades agregan nuevos desafíos a IGRT, en lo que respecta a la precisión y confiabilidad requeridas. Por tanto, los enfoques adecuados son objeto de una intensa investigación.

IGRT aumenta la cantidad de datos recopilados durante el curso de la terapia. Con el transcurso del tiempo, ya sea para un individuo o una población de pacientes, esta información permitirá la evaluación continua y el perfeccionamiento adicional de las técnicas de tratamiento. El beneficio clínico para el paciente es la capacidad de monitorear y adaptarse a los cambios que pueden ocurrir durante el curso del tratamiento con radiación. Dichos cambios pueden incluir el encogimiento o expansión del tumor, o cambios en la forma del tumor y la anatomía circundante.

Razón fundamental

La radioterapia es un tratamiento local diseñado para tratar el tumor definido y evitar que el tejido normal circundante reciba dosis por encima de las tolerancias de dosis especificadas. Hay muchos factores que pueden contribuir a las diferencias entre la distribución de la dosis planificada y la distribución de la dosis administrada. Uno de esos factores es la incertidumbre en la posición del paciente en la unidad de tratamiento. IGRT es un componente del proceso de radioterapia que incorpora coordenadas de imágenes del plan de tratamiento que se administrarán para garantizar que el paciente esté correctamente alineado en la sala de tratamiento.

La información de localización proporcionada a través de los enfoques IGRT también se puede utilizar para facilitar estrategias sólidas de planificación del tratamiento y permitir el modelado de pacientes, lo que está más allá del alcance de este artículo.

Historial de "orientación" para el tratamiento

Marcas superficiales y cutáneas

En general, en el momento de la "planificación" (ya sea un marcado clínico o una simulación completa), el oncólogo radioterapeuta describe el área prevista para el tratamiento. Una vez determinada la zona de tratamiento, se colocaron marcas en la piel. El propósito de las marcas de tinta era alinear y colocar al paciente diariamente para el tratamiento para mejorar la reproducibilidad de la colocación en el campo. Al alinear las marcas con el campo de radiación (o su representación) en la sala de tratamiento de radioterapia, se pudo identificar la ubicación correcta del campo de tratamiento.

Con el tiempo, con la mejora de la tecnología (campos de luz con retícula, láseres isocéntricos) y con el cambio a la práctica del 'tatuaje', un procedimiento en el que las marcas de tinta se reemplazan por una marca permanente mediante la aplicación de tinta justo debajo de la primera capa. de piel utilizando una aguja en ubicaciones documentadas: la reproducibilidad de la configuración del paciente mejoró.

Imágenes del portal

La formación de imágenes portal es la adquisición de imágenes mediante un haz de radiación que se utiliza para administrar radioterapia a un paciente. Si no todo el haz de radiación se absorbe o se dispersa en el paciente, la parte que atraviesa puede medirse y usarse para producir imágenes del paciente.

Es difícil establecer el uso inicial de la imagen del portal para definir la ubicación del campo de radiación. Desde los primeros días de la radioterapia, se utilizaron rayos X o rayos gamma para desarrollar películas radiográficas de gran formato para su inspección. Con la introducción de las máquinas de cobalto-60 en la década de 1950, la radiación fue más profunda dentro del cuerpo, pero con un contraste menor y una visibilidad subjetiva deficiente. En la actualidad, gracias a los avances en los dispositivos de imágenes digitales, el uso de imágenes de portal electrónico se ha convertido tanto en una herramienta para la colocación precisa en el campo como en una herramienta de garantía de calidad para que los oncólogos radioterapeutas los revisen durante las revisiones de las películas de verificación.

Imágenes de portal electrónico

Las imágenes de portal electrónico son el proceso de utilizar imágenes digitales, como una cámara de video CCD, una cámara de iones líquidos y detectores de panel plano de silicio amorfo para crear una imagen digital con una calidad y un contraste mejorados en comparación con las imágenes de portal tradicionales. El beneficio del sistema es la capacidad de capturar imágenes, para su revisión y orientación, de forma digital. Estos sistemas se utilizan en toda la práctica clínica. Las revisiones actuales de los dispositivos de imágenes de portal electrónico (EPID) muestran resultados aceptables en las irradiaciones de imágenes y, en la mayoría de la práctica clínica, proporcionan campos de visión suficientemente amplios. kV no es una función de imágenes de portal.

Imágenes para orientación del tratamiento

Fluoroscopia

La fluoroscopia es una técnica de obtención de imágenes que utiliza un fluoroscopio, en coordinación con una pantalla o un dispositivo de captura de imágenes para crear imágenes en tiempo real de las estructuras internas de los pacientes.

Rayos X digitales

El equipo de rayos X digital montado en el dispositivo de tratamiento por radiación se utiliza a menudo para visualizar la anatomía interna del paciente en un momento antes o durante el tratamiento, que luego se puede comparar con la serie de TC de planificación original. El uso de una configuración ortogonal de dos ejes radiográficos es común, para proporcionar medios para la verificación de la posición del paciente de alta precisión.

Tomografía computarizada (TC)

Un método de imágenes médicas que emplea tomografía en el que el procesamiento de geometría digital se utiliza para generar una imagen tridimensional de las estructuras internas de un objeto a partir de una gran serie de imágenes de rayos X bidimensionales tomadas alrededor de un solo eje de rotación. La TC produce un volumen de datos, que puede manipularse, mediante un proceso conocido como ventana, con el fin de demostrar varias estructuras en función de su capacidad para atenuar y prevenir la transmisión del haz de rayos X incidente.

TC convencional

Con el creciente reconocimiento de la utilidad de las imágenes de TC en el uso de estrategias de orientación para igualar la posición del volumen de tratamiento y la ubicación del campo de tratamiento, se han diseñado varios sistemas que colocan una máquina de TC 2-D convencional real en la sala de tratamiento junto con el acelerador lineal de tratamiento. La ventaja es que la TC convencional proporciona una medida precisa de la atenuación del tejido, lo cual es importante para el cálculo de la dosis (por ejemplo, TC sobre rieles).

Haz cónico

Los sistemas guiados por imágenes basados ​​en tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) se han integrado con aceleradores lineales médicos con gran éxito. Con las mejoras en la tecnología de pantalla plana, CBCT ha podido proporcionar imágenes volumétricas y permite la monitorización radiográfica o fluoroscópica durante todo el proceso de tratamiento. La TC de haz cónico adquiere muchas proyecciones sobre todo el volumen de interés en cada proyección. Utilizando estrategias de reconstrucción iniciadas por Feldkamp, ​​las proyecciones 2D se reconstruyen en un volumen 3D análogo al conjunto de datos de planificación de TC.

MVCT

La tomografía computarizada de megavoltaje (MVCT) es una técnica de imágenes médicas que utiliza el rango de megavoltaje de rayos X para crear una imagen de estructuras óseas o estructuras sustitutas dentro del cuerpo. La lógica original para MVCT fue estimulada por la necesidad de estimaciones de densidad precisas para la planificación del tratamiento. Tanto la localización del paciente como la de la estructura diana fueron usos secundarios. En el pórtico del acelerador lineal se montó una unidad de prueba que utiliza un detector lineal único, que consta de 75 cristales de tungstato de cadmio. Los resultados de la prueba indicaron una resolución espacial de 0,5 mm y una resolución de contraste del 5% utilizando este método. Si bien otro enfoque podría implicar la integración del sistema directamente en el MLA, limitaría el número de revoluciones a un número prohibitivo para el uso regular.

Seguimiento óptico

El seguimiento óptico implica el uso de una cámara para transmitir información posicional de objetos dentro de su sistema de coordenadas inherente por medio de un subconjunto del espectro electromagnético de longitudes de onda que abarcan la luz ultravioleta, visible e infrarroja. La navegación óptica se ha utilizado durante los últimos 10 años en la cirugía guiada por imágenes (neurocirugía, otorrinolaringología y ortopédica) y ha aumentado su prevalencia dentro de la radioterapia para proporcionar retroalimentación en tiempo real a través de señales visuales en interfaces gráficas de usuario (GUI). Para este último, se utiliza un método de calibración para alinear el sistema de coordenadas nativo de la cámara con el del marco de referencia isocéntrico de la sala de administración del tratamiento de radiación. A continuación, se utilizan herramientas con seguimiento óptico para identificar las posiciones de los puntos de configuración de referencia del paciente y se comparan con su ubicación dentro del sistema de coordenadas de CT de planificación. Se realiza un cálculo basado en la metodología de mínimos cuadrados utilizando estos dos conjuntos de coordenadas para determinar una traslación de la mesa de tratamiento que dará como resultado la alineación del isocentro planificado del paciente con el de la sala de tratamiento. Estas herramientas también se pueden usar para la monitorización intra-fracción de la posición del paciente colocando una herramienta de seguimiento óptico en una región de interés para iniciar la administración de radiación (es decir, regímenes de activación) o la acción (es decir, reposicionamiento). Alternativamente, productos como AlignRT (de Vision RT) permiten la retroalimentación en tiempo real al obtener imágenes del paciente directamente y rastrear la superficie de la piel del paciente.

Resonancia magnética

La primera máquina de radioterapia guiada por resonancia magnética clínicamente activa, el dispositivo ViewRay, se instaló en St. Louis, MO, en el Centro Oncológico Alvin J. Siteman del Hospital Barnes-Jewish y la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. El tratamiento de los primeros pacientes se anunció en febrero de 2014. Actualmente se están desarrollando otras máquinas de radioterapia que incorporan el seguimiento de los tumores por resonancia magnética en tiempo real. La radioterapia guiada por resonancia magnética permite a los médicos ver la anatomía interna de un paciente en tiempo real utilizando imágenes continuas de tejidos blandos y les permite mantener los haces de radiación en el objetivo cuando el tumor se mueve durante el tratamiento.

Ultrasonido

El ultrasonido se utiliza para la configuración diaria del paciente. Es útil para tejidos blandos como mama y próstata. El sistema BAT (Best Nomos) y Clarity (Elekta) son los dos sistemas principales que se utilizan actualmente. El sistema Clarity se ha desarrollado aún más para permitir el seguimiento del movimiento de la próstata dentro de la fracción a través de imágenes transperineales.

Transpondedores electromagnéticos

Aunque no son IGRT per se, los sistemas de transpondedores electromagnéticos buscan cumplir exactamente la misma función clínica que CBCT o rayos X kV, pero proporcionan un análisis más temporalmente continuo del error de configuración análogo al de las estrategias de seguimiento óptico. Por lo tanto, esta tecnología (aunque no implica el uso de "imágenes") generalmente se clasifica como un enfoque IGRT.

Estrategias de corrección para el posicionamiento del paciente durante IGRT

Hay dos estrategias de corrección básicas que se utilizan para determinar la posición del paciente y la estructura del haz más beneficiosas: corrección en línea y fuera de línea. Ambos sirven a sus propósitos en el entorno clínico y tienen sus propios méritos. Generalmente, se emplea una combinación de ambas estrategias. A menudo, un paciente recibirá correcciones a su tratamiento a través de estrategias en línea durante su primera sesión de radiación, y los médicos realizarán ajustes posteriores fuera de línea durante las rondas de la película de control.

En línea

La estrategia en línea hace el ajuste a la posición del paciente y del haz durante el proceso de tratamiento, basándose en información continuamente actualizada durante todo el procedimiento. El enfoque en línea requiere un alto nivel de integración tanto de software como de hardware. La ventaja de esta estrategia es la reducción de errores sistemáticos y aleatorios. Un ejemplo es el uso de un programa basado en marcadores en el tratamiento del cáncer de próstata en el Hospital Princess Margaret. Se implantan marcadores de oro en la próstata para proporcionar una posición sustituta de la glándula. Antes del tratamiento de cada día, se devuelven los resultados del sistema de imágenes del portal. Si el centro de la masa se ha movido más de 3 mm, entonces la camilla se reajusta y se crea una imagen de referencia posterior. Otras clínicas corrigen cualquier error de posición, nunca permitiendo un error> 1 mm en ningún eje medido.

Desconectado

La estrategia fuera de línea determina la mejor posición del paciente a través de los datos acumulados recopilados durante las sesiones de tratamiento, casi siempre tratamientos iniciales. Los médicos y el personal miden la precisión del tratamiento y diseñan pautas de tratamiento durante el uso de la información de las imágenes. La estrategia requiere una mayor coordinación que las estrategias en línea. Sin embargo, el uso de estrategias fuera de línea reduce el riesgo de error sistemático. Sin embargo, el riesgo de error aleatorio puede persistir.

Futuras áreas de estudio

• El debate entre los beneficios de las estrategias en línea y las estrategias fuera de línea continúa siendo discutido.
• Si una mayor investigación sobre las funciones y movimientos biológicos puede crear una mejor comprensión del movimiento del tumor en el cuerpo antes, entre y durante el tratamiento.
• Cuando se utilizan reglas o algoritmos, se pueden reducir grandes variaciones en los márgenes de PTV. Se están desarrollando "recetas" de márgenes que crearán ecuaciones lineales y algoritmos que tienen en cuenta las variaciones "normales". Estas reglas se crean a partir de una población normal y se aplican al plan de tratamiento fuera de línea. Los posibles efectos secundarios incluyen errores aleatorios debido a la singularidad del objetivo
• Con una mayor cantidad de datos recolectados, cómo se deben establecer los sistemas para la categorización y almacenamiento de información.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

• Cossmann, Peter H. Avances en radioterapia guiada por imágenes: el futuro está en movimiento. European Oncology Review 2005 - julio (2005)
• Sharpe, MB; T Craig; DJ Moseley (2007) [2007]. "Guía de imágenes: sistemas de localización de objetivos de tratamiento en IMRT-IGRT-SBRT - avances en la planificación del tratamiento y la administración de radioterapia". Fronteras en Oncología Radioterápica . 40 . Madison, WI: Karger. ISBN 978-3-8055-8199-8.