Name: dynamic lung tumor tracking for stereotactic ablative body radiation therapy
Uploaded: 2015-06-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
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本研究では、スンマ癌研究所によってサポートされていました。

倫理文：スンマ保健システム治験審査委員会の承認がこの研究のために得られました。 1.治療相談<ol><li>患者への新たな肺SBRT治療を説明してください。 注：非標的臓器への放射線量を低下させながら、新しいSBRTプラットフォームは、癌標的に同一平面上と非同一平面上の高放射線量を実現します。 </li><li>治療のリスクについて説明します。 注：SBRTは、可能な短期の皮膚の色素沈着過剰または紅斑、疲労感、まれな咳、吐き気、食道炎、およびまれな内臓臓器損傷をもたらす可能性があります。肺炎、または微熱と非生産的な咳と肺の炎症は、最大3つのヶ月の治療後に発生することがあります。心臓への急性または遅けが、他の筋肉、末梢神経や脊髄、および骨はまれです。放射線誘発悪性腫瘍のための非常に小さな危険性があります。 </li></ol> 2.画像​​マーカの配置<ol><li>ペーrform経皮的CTガイド下または腫瘍標的重心に挿入され、単一の金コーティングされたマーカーの気管支鏡の配置。 <ol><li>患者の胸部7 3-5 mm厚の連続した軸方向の断層撮影を行うために放射線科医を確認して下さい。 </li><li>横断曝気肺組織（回避水疱や亀裂）を最小化する安全な針のアプローチを決定します7。 </li><li>ローカル皮下麻酔（ 例えば、1％リドカイン）を注入します。 </li><li>単一の短い（0.75×10 mm）の、または単一の長い（0.75×20 mm）のマーカ10を配置するために、17または18 G同軸針をご紹介します。 </li></ol></li><li>気管支内のマッピング21のための胸の断層画像を取得するために呼吸器科医を尋ねることによって電磁ナビゲーション気管支鏡ガイド下基準マーカの配置を行います。 <ol><li>疑いの気管支セグメントにおける気管支鏡を押し込みます。 </li><li>標的病変に対する気管支鏡センサープローブを操縦します。 </li><li>基準マークを展開します経気管支針によってえー。 注：肺における基準フリー放射線手術のための技術は、治験と活発な研究22,23の対象と考えられています。 </li></ol></li><li>代替、順序としては、少なくとも3つの短い（1.6×3 mm）の金でコーティングされたマーカーは、ターゲットの周りに6センチメートル「ボックス」内に位置します。複数の基準マーカが配置されている場合は、マーカーの間に2センチ物理的に分離することをお勧めします。 </li></ol> 3.治療計画<ol><li> 4-7日基準マーカーを配置した後（ステップ3.2および3.3に記載されている）CTガイドのシミュレーションを実行します。 </li><li>治療機械フラット卓上に仰向け頭-最初にあると患者を確認して下さい。 <ol><li>上腕と手首ホルダーや真空バッグイモビライザーでサポートされている、彼らの頭の上に患者の腕を配置します。胸部と腹部が固定化されていないことを確認してください。 </li><li>必要に応じて、インデックス作成のための2つのピンローカライズ膝スポンジを使用しています。 </li><li>場所局在化のための胸の上に、少なくとも4赤外線追跡ボディマーカー。赤外線追跡呼吸マーカー一貫した垂直呼吸運動を実証過度ボディ領域（3mm以上のピーク·ツー·ピーク運動が推奨されます）。 </li></ol></li><li>非対照的で連続的な螺旋軸CTスキャン（1mMのスライス厚、電圧120のkVp、350のmAs）を実施します。 注：治療の医師は、4次元CT胸部スキャン12またはフリー呼吸、エンドインスピレーションを含む3次元CT胸部スキャンを命ずることができる、エンド呼気息止め画像は24を設定します。 </li><li>肺腫瘍運動の強化された捕獲のために18 F-FDG PET / CTスキャンを得ます。 <ol><li>静かな呼吸の間に、上部太ももに眼窩外耳孔線から連続するヘリカルCTスキャン用ヘッド第1の走査位置（ 例えば、電圧120のkVp、450 MAS）に位置するように患者を確認して下さい。 </li><li>同じSCに平均で18 F-FDGの11 mCiの静脈内投与後に18 F-FDG PETを取得静かな呼吸の間に、上部太ももに眼窩外耳孔線からの位置をアニング。この技術が使用される場合、18 F-FDG PET / CTスキャンは、自動輪郭40％SUVmax閾値に設定ソフトウェアであり、1に記載のように、CTのシミュレーション画像と共登録します。 </li></ol></li><li> 4次元CTデータセットの手描きによる原発性肺総ターゲット·ボリュームまたはボリューム（GTVp）、好ましくは、呼気相を輪郭。 5ミリメートルの余裕を持ってGTVpを展開する計画腫瘍容積（PTV）を作成します。放射線量の計画は、動的トラッキングのエンド呼気相スキャンで発生します。 注意：代替として3次元CTデータセットを使用した場合、自由呼吸シミュレーションCTスキャンは、基準スキャンです。この技術を用いて、治療放射線腫瘍医は、自由呼吸（GTVfb）、インスピレーション（GTVi）、および有効期限（GTVe）CTシミュレーションスキャンでGTVを等高線。 18 F-FDG PET画像の閾値化40％、最大標準取り込み値輪郭が作成されます<suP&gt; 18 F-FDG PETの臨床標的体積（CTVpet）1。複合ITVはGTVfb、GTVi、GTVe、およびCTVpetボリュームの加算値を表します。複合ITVの5ミリメートルの利益率の拡大は、PTVを作成します。ここでは、放射線量の計画は、動的トラッキングのための自由呼吸スキャンで発生します。 </li><li> 4次元CTデータセットで描く手で輪郭近くの正常な組織構造、好ましくは呼気相。これは正常な肺、心臓プラス心膜、食道、肝臓、腎臓、二国間、腕神経叢、および脊髄を含むことができます。気管、右主気管支、左主気管支の輪郭は、生成された3ミリメートルを拡大し、そして後期毒性気道線維症を回避するために、優先度の高い計画制約として使用することができます。 </li><li>計画ソフトウェアの動的トラッキングボタンをクリックします。このアクションは、新しいSBRTプラットフォーム上ジンバルパンとチルトの追跡を行っています。 </li><li> PTVの放射線量を処方します。 3放射線モンテカルロ線量処方のいずれかを考えてみましょうS：3×17 Gyの毎日= 51 Gyの末梢肺病変のため、 4×12 = 48 Gyのグレイ中央肺病変および末梢胸壁病変のため、または一日おきに、5×10 Gyの= 50グレイ。 PTV体積の制約（ すなわち、95％の被覆率）または器官におけるリスク制約が満たされないときに稀に、8×7.5 = 60 Gyのグレイの処方を使用してもよいです。 </li></ol> 4.治療配達とワークフロー<ol><li>仰臥ヘッド-第1のアライメント後の静かな呼吸相関モデルを構築します。 <ol><li> CTシミュレーションで特定された同じ印を付けた位置で本体に4（または最大6）赤外線ボディマーカーを配置します。 </li><li>体マーカーの位置精度と処理コンソールで赤外線カメラと画面による患者位置合わせを確認してください。 注：ボディマーカーの位置が不規則な動きのためのビームのチェックは、そのような咳として機能します。 </li><li>内部pの埋め込まれたマーカーを検出するための処置コンソールでクロスプレーンデュアル診断kVのX線またはコーンビームCT画像を取得ositional精度。 </li><li> （呼吸の代理として）身体マーカーの動きと、新しいSBRTプラットフォームワークフローに接続されたコンピュータソフトウェアを使用して、内部移植されたマーカーの動きを関連付け、相関します。 注：代替の位置特定方法は、前方および横方向の入れ墨CTシミュレーションレーザー三角マークと6含浸赤外線体マーカーと標準化された参照配列（スター）の使用による患者の直交配置を伴います。 </li></ol></li><li>肺腫瘍運動の相関モデルを生成します。 <ol><li>新しいSBRTプラットフォームワークフローにリンクされたコンピュータソフトウェアを用いて腫瘍の動きを追跡するための加速器のためのジンバルパンとチルトパスを導出します。 </li><li>視覚的に放射線照射の前に肺腫瘍運動の相関モデルを評価します。 </li></ol></li><li>放射線照射時に基準マーカードリフトを観察します。 </li><li>によるガントリ回転に機械患者の衝突を評価し、Oリングピボット、およびジンバルパンとチルトアクション配信を計画する前です。 注：放射線のスタッフは、このステップを実行します。治療は、手動で、視覚的に放射線照射のスタッフによって確認された、五から九静的同一平面上と同一平面上にない治療ビームを伴ってもよいです。治療は、すべての7分程度行わ肺腫瘍運動の相関モデル検証で、15〜30分を最後の可能性があります。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

有望な初期の定位放射線の臨床経験は肺癌25,26の治療のためのアブレーション放射線の臨床試験研究を牽引してきました。経験は、肺27,28に転移腫瘍タイプの多様性に対するアブレーション放射を使用する研究者をリードしてきました。新しいSBRTプラットフォームは、腫瘍を動かすの治療に特に敏感放射線送出システムを導入しています。 新しいSBRTプラットフォームは、旋回Oリングガントリ内に取り付けられた線形加速器によって生成される目に見えないX線治療を提供します。ジンバル機構は、インタイムのダイナミック腫瘍モーショントラッキングを提供し、線形加速器のパンとチルトの動きを可能にします。デュアルクロスプレーンkVのX線は、6自由度の患者の位置決めを確認する前および治療中に得られます。同時に最小化しながら自由コプレーナおよび非同一平面上のユニークな程度は、癌の標的に対して高い放射線量の送達を増強します重要な内臓器官への放射線量。これは、治療は、正常細胞低下放射線関連毒性に回復不能な損傷を与えることなく、癌細胞標的を滅菌することが予想されます。新しいSBRTプラットフォームの将来の研究では、対象のコントロールと副作用の減少のいずれかの利益を文書化します。 新しいSBRTプラットフォームショーを最初の経験は10をお約束します。肺腫瘍の動的追跡のニュアンスが検討され続けます。しかしながら、いくつかの一般化が明らかです。動き未満の7ミリメートル実証肺腫瘍は最高の複合ITVプラス5mMの拡張手法により処理することができます。 7ミリメートル以上の垂直移動を示す肺腫瘍の場合は、GTVpプラス5ミリメートルの拡張を使用して動的追跡のアプローチは、治療のための最善の場合があります。これらの制限を定義するさらなる研究が必要とされています。また、3次元CT画像データセットに重畳18 F-FDG PET画像は、通常、複合ITVのボリュームを増加させます。このアプローチは、ボリュームEXPANを想定しますPETスキャナの3-5分のビン時間中に発生する18 F-FDG信号スミアによるシオン。 40％は、18 F-FDGの臨床標的体積が研究されており、我々のプログラム1のいずれかで使用されている閾値。 18 F-FDG PET画像かどうかを特徴づけるさらなる研究が十分に腫瘍ヒステリシスが必要とされる複製されます。最後に、単一の肺で最大3病変は、一度に処理のために考慮することができます。それ以外の場合は、シーケンシャルアプローチが行われます。 新しいSBRTプラットフォームで動的トラッキングは、将来への40ミリ秒までの肺腫瘍の動きを予測するために、肺腫瘍運動の相関モデルを使用しています。赤外線身体と​​呼吸マーカーの位置と速度は、モデルに含まれています。取得されたkVのX線70％のマーカ検出率は、動的追跡のために必須です。基準点は、三次元（ すなわち、X、Y、Z）で追跡されています。 kVのX線ユニットによって生成された画像を自動的に登録し、リアルタイムで比較されます。 O動的トラッキングでbserved待ち時間はパンとチルトジンバル·ハードウェア、ソフトウェア処理、およびkVのX線ユニットの位置制御性能の限界によるものです。研究研究者は追跡の待ち時間の改善に従事しています。 新しいSBRTプラットフォーム上で動的トラッキングを使用して、放射線照射中は、基準マーカドリフトを見ることが重要です。オペレータ起動処理の一時停止や自動ビーム保留中の任意の方向結果の事前定義された3mmの許容範囲を超えて基準マーカードリフトの傾向。治療休止が発生する場合は、事業者は次のいくつかの患者の呼吸してから治療再開の上の静かな呼吸動作の再開を可能にすることをお勧めします前の相関モデルを再構築します。一時停止が失敗し、患者の再配置されている場合は、赤外線呼吸マーカーモーション検知、kVのマーカー検出、再構築モデル化相関は、治療を再開するために行われています。我々の経験では、呼吸相関モデルはuのために正確です7分P、治療卓上に載っている間、多くの場合、患者の緊張や弛緩によって制限。 未回答の質問が残っています。アブレーション放射線量後に発生する正常細胞と癌細胞における細胞死の放射線生物学的結果とモードとは何ですか？なぜそれが化学療法を放射線増感と高精度アブレーション放射をマージするように困難でしたか？それは胸切除放射線を送達する他の様式を検討することが不可欠であるが、切除、放射線が胸部手術と同等の治療効果を提供することができるかどうかについては不明のままです。実際、胸部外科は、従来の治療法がすでに適用されてきたとき、肺に腫瘍根絶を達成するために、より一般的に使用され、検証された技術です。ここでは、新しいSBRTプラットフォームは女性や動きを示す肺腫瘍と男性のための治療法の革新的な非侵襲的な手段を提供します。

肺癌は、女性と男性の世界的な2における癌関連死の最大数を占めています。持続性または再発性肺癌の63％までがすでに化学療法によって課税または以前に照射された肺組織を含む。3,4。持続性または再発性の肺腫瘍の部位でさらに照射は、従来の手術、化学療法、および放射線療法がすでに試みられている場合は特に、耐え難い肺の罹患5,6につながります。したがって、このような臨床状況における女性と男性は、このジャーナル7で前に提示治療に似た新しい癌治療戦略の必要性を持っています。定位切除ボディ放射線治療（SBRT）は正確に標的化、高線量の放射線8,9を介して肺腫瘍を滅菌することによって、この治療の必要性を満たすことができます。 この治療タスク10-12のできる新規のSBRTプラットフォームがあります。これは、することによって、他のSBRTプラットフォームから自分自身を分離します両方は、癌の立体開ループフィードバックを可能にすること（コーンビームコンピュータ断層撮影対象のローカライズが可能な）デュアル診断ExactracのkVのX線ユニットを統合し、（内部運動の代理としての体表面マーカーの追跡が可能な）赤外線カメラユニットintrafraction運動をターゲットにしています。また、60タングステン合金の葉によって成形その放射線ビーム（0.25センチメートル物理的な幅、11センチメートル物理的高さ）を有するパンとチルト放射線促進ジンバルユニーク±4センチ有します。これは、最大15×15cmのフィールドサイズの完全なオーバーセンタートラベルマルチリーフコリメータを使用しています。これは、ロボット駆動型±60°旋回するOリングが組み込まれており、同一平面上と非同一平面上の加速器ビームセットアップ角度と自由のユニークな治療度を可能にする185°回転ガントリーを±します。最後に、サブミリ精度（アイソセンタにおいて0.4ミリメートル）13を有しています。これとは対照的に、他のSBRT放射線療法プラットフォームは、いずれかの産業ロボットアーム1に臨床放射線アクセラレータを搭載します4、または螺旋スライスごとガントリ15に、または画像誘導強度変調放射線治療または動的アーク配信ソフトウェア16に連結された従来のマシン内。各プラットフォームは、呼吸運動、心拍、または消化に起因する動きを追跡するために機械部品の様々な係合します。肺の放射線手術は、モダリティ放射線腫瘍学19,20における新規治療法の選択肢をレンダリングする、臨床的成功17,18がありました。このハウツー記事では、治療的処置の意図の動的肺腫瘍の追跡を説明つの新しい放射線治療プロトコルを提供します。

<table><tbody><tr><td>Vero SBRT Linac System 1.0</td><td>Brainlab, Inc. (Munich, Germany)&lt;br /&gt;Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)</td><td>46300</td><td>High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation</td></tr><tr><td>Visicoil fiducial marker</td><td>IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA)</td><td>67245</td><td>0.75 x 10 mm marker or 0.75 x 20 mm marker</td></tr><tr><td>Gold fiducial marker</td><td>Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA)</td><td>MTNW887860</td><td>Sterile placement needle (14 G ETW x 20 cm) with one 1.6 x 3 mm marker</td></tr></tbody></table>

dynamic lung tumor tracking for stereotactic ablative body radiation therapy

頭蓋外癌標的の治療のため定位アブレーションボディ放射線治療（SBRT）を考慮医師は、正常組織の損傷のためにかなりのリスクとの物理的な腫瘍ミスの危険性を認識する必要があります。初めてのその種SBRTプラットフォームは、汎用性の高いリアルタイムイメージングソリューションと洗練された腫瘍の追跡機能の組み合わせにより、高精度なアブレーション放射線治療を実現しています。これは、呼吸運動と心拍の結果として発生するがんターゲットintrafraction運動の立体開ループフィードバックのためのデュアル診断kVのX線装置を使用しています。画像誘導フィードバックはリアルタイム±4センチパン及びチルト動作が可能なジンバル輻射促進剤（最大15×15cmの視野サイズ）を駆動します。ロボット駆動の185°回転ガントリ±統合の60°ピボット±は、最終的には自由のユニークな治療度を可能にする、同一平面上と非同一平面上の加速器ビームセットアップ角度を可能にします。最先端のARTソフトウェアは、サブミリメートル精度（アイソセンタにおいて0.4ミリメートル）で癌標的の照射を確実にする、リアルタイムの6次元測位を助けます。これらの機能の使用は、同時に正常組織への放射線量を低減しつつ、癌腫瘍ターゲットに放射線量を操縦するために、医師の治療が可能になります。強化された腫瘍標的輪郭の計画システムに呼吸相関コンピュータ断層撮影（CT）及び2- [18 F]フルオロ-2-デオキシᴅ -グルコース（18 F-FDG）、陽電子放出断層撮影（PET）画像を追加することにより、尤度物理的な腫瘍ミスの1実質的に少ないとなります。この記事では、肺腫瘍を動かすの治療のための新たな放射線計画について説明します。

新しいプラットフォームのSBRTは現在、 図1に例えば示されるように、単一または複数の密接に関連する臨床放射線ターゲットに収束複数のスタティック放射線ビームを含む。代表的な適切な計画の結果は、癌標的体積と癌ターゲットの95％をカバーしてアブレーション放射を実現します線量適合性が1に示す5コプレーナと4つの非同一平面上の線図 （梁2、4、すなわち、リング回転+ 20°、6、8）右肺に扁平上皮癌を表す単一PTVを治療するために使用されます。 PTVのためのビームマージンは1ミリメートルでした。 95％等線量線に所定の放射線量は、1.48の適合度と95％のPTVカバレッジをレンダリング。処方は5で10 Gyのフラクション一日おきに50 Gyでした。ここに示した構造は、計画標的体積（赤）、内部ターゲットボリューム（白）、脊髄（緑）、食道（水色）が挙げられます。等線量線は、示された通りです。&lt;/ P&gt; <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52875/52875fig1highres.jpg" width="700" /> 図1：右側の肺腫瘍の動的腫瘍追跡はピクチャーが9静的ビームを使用して、単一の右側の肺腫瘍に送達（5〜10 Gyの一日おき画分中の50グレイ）アブレーション放射線量の一例である（青/グリーン、34°離れ）。 4計画ソフトウェアのウィンドウが描いている：（A）は、ビームおよび重要な構造衝突マップ、（B）beam&#39;sアイビュー（ここでは、ビーム1）、（C）は、3次元CTおよびビーム再構成マップ、および（D）軸線量分布とCT。 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 構造 </td><td> メトリック </td><td> ボリューム </td><td> 許容変動 </td></tr><tr><td> PTV </td><td> V50Gy </td><td> ≥95％ </td><td> ≥90％ </td></tr><tr><td>最小線量</td><td> 0.03センチメートル3 </td><td> ≥46グレイ（92％） </td><td> ≥45グレイ（90％） </td></tr><tr><td>最大投与量</td><td> 0.03センチメートル3 </td><td> ≤60グレイ（120％） </td><td> ≤62.5グレイ（125％） </td></tr><tr><td>脊髄</td><td> 0.03センチメートル3 </td><td> ≤15グレイ</td><td> ≤22グレイ</td></tr><tr><td>肺（マイナスGTV） </td><td> V20Gy </td><td> ≤10％ </td><td> ≤15％ </td></tr><tr><td></td><td>投与量を意味します</td><td> ≤8グレイ</td><td> ≤10グレイ</td></tr><tr><td>ハート/心膜</td><td> 15センチメートル3 </td><td> ≤32グレイ</td><td> ≤36グレイ</td></tr><tr><td>食道</td><td>投与量を意味します</td><td> ≤18グレイ</td><td> ≤20グレイ</td></tr><tr><td></td><td> 0.03センチメートル3 </td><td> ≤27​​グレイ</td><td> ≤30グレイ</td></tr><tr><td>腕の叢</td><td> 0.03センチメートル3 </td><td> ≤24グレイ</td><td> ≤30グレイ</td></tr></tbody></table> 表1：構造治療計画の制約。

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Dynamic Lung Tumor Tracking for Stereotactic Ablative Body Radiation Therapy

Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

定位アブレーションボディ放射線治療のための動的肺腫瘍の追跡

Physicians considering stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) for the treatment of extracranial cancer targets must be aware of the sizeable ...

dynamic-lung-tumor-tracking-for-stereotactic-ablative-body-radiation

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

15.5K ビュー.  Summa Cancer Institute. Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

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Endobronchial Ultrasound-guided Intratumoral Injection of Cisplatin for the Treatment of Isolated Mediastinal Recurrence of Lung Cancer

Isolated hilar and mediastinal recurrence (IMHR) following external beam radiation therapy (EBRT) in patients with lung cancer is common. These patients do not have many treatment options and are usually offered palliative chemotherapy or best supportive care. Endobronchial ultrasound (EBUS)-guided intratumoral injection of cisplatin (ITC) is a novel approach for these patients. The procedure is performed under conscious sedation. The lesion is located with a bronchoscopy using EBUS, and a 22-gauge EBUS needle is advanced through the working channel of the scope and locked in position. Under ultrasound guidance, the wall of the tracheobronchial tree is punctured and the needle is moved into the target lesion. The needle stylet is then removed and cisplatin (40 mg/40 mL) is injected into the lesion. One to two sites are treated per session. Details of the procedure are described in the protocol section of paper. At our center, 50 sites were treated in 36 patients (19 males, 17 females). The mean age of our cohort was 61.9 &#177;8.5 years. We performed final analyses on 35 patients and 41 sites. 24/35 (69%) had complete or partial response (responders), whereas 11/35 (31%) had stable or progressive disease (non-responders). Overall, survival in our group was 8 months (95% CI of 6-11 months), with patients who responded having significantly better survival than the ones who did not.

The management of isolated recurrent lung cancer in a previously-irradiated field is challenging. Here, we describe an endobronchial ultrasound (EBUS)-guided cisplatin injection for the management of patients with localized lung cancer recurrence in a previously-radiated field.

肺癌の単離された縦隔再発の治療のためのシスプラチンの気管支内超音波ガイド下腫瘍内注射

Isolated hilar and mediastinal recurrence (IMHR) following external beam radiation therapy (EBRT) in patients with lung cancer is common. These patients ...

がん研究

PET and MRI Guided Irradiation of a Glioblastoma Rat Model Using a Micro-irradiator

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without the ability to target a specific or well-delineated tumor volume. The delivery of radiation was achieved using fixed radiation sources or linear accelerators producing megavoltage (MV) X-rays. These devices are unable to achieve sub-millimeter precision required for small animals. Furthermore, the high doses delivered to healthy surrounding tissue hamper response assessment. To increase the translation between small animal studies and humans, our goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in a rat model. To enable a more accurate irradiation in a preclinical setting, recently, precision image-guided small animal radiation research platforms were developed. Similar to human planning systems, treatment planning on these micro-irradiators is based on computed tomography (CT). However, low soft-tissue contrast on CT makes it very challenging to localize targets in certain tissues, such as the brain. Therefore, incorporating magnetic resonance imaging (MRI), which has excellent soft-tissue contrast compared to CT, would enable a more precise delineation of the target for irradiation. In the last decade also biological imaging techniques, such as positron emission tomography (PET) gained interest for radiation therapy treatment guidance. PET enables the visualization of e.g., glucose consumption, amino-acid transport, or hypoxia, present in the tumor. Targeting those highly proliferative or radio-resistant parts of the tumor with a higher dose could give a survival benefit. This hypothesis led to the introduction of the biological tumor volume (BTV), besides the conventional gross target volume (GTV), clinical target volume (CTV), and planned target volume (PTV).
At the preclinical imaging lab of Ghent University, a micro-irradiator, a small animal PET, and a 7 T small animal MRI are available. The goal was to incorporate MRI-guided irradiation and PET-guided sub-volume boosting in a glioblastoma rat model.

In the past, small animal irradiation was usually performed without the ability to target a well-delineated tumor volume. The goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in rats. Using a small animal irradiation platform, we performed MRI-guided 3D conformal irradiation with PET-based sub-volume boosting in a preclinical setting.

PET や MRI 誘導照射ラットの神経膠芽腫モデルのマイクロ照射器を使用して

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without ...

Stereotactic Radiosurgery for Gynecologic Cancer

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, intricate treatment planning, on-board imaging, and reduced number of ablative radiation doses to cancer targets usually refractory to chemotherapy and conventional radiation. Steep SBRT radiation dose drop-off permits narrow 'pencil beam' treatment fields to be used for ablative radiation treatment condensed into 1 to 3 treatments.
Treating physicians must appreciate that SBRT comes at a bigger danger of normal tissue injury and chance of geographic tumor miss. Both must be tackled by immobilization of cancer targets and by high-precision treatment delivery. Cancer target immobilization has been achieved through use of indexed customized Styrofoam casts, evacuated bean bags, or body-fix molds with patient-independent abdominal compression.1-3 Intrafraction motion of cancer targets due to breathing now can be reduced by patient-responsive breath hold techniques,4 patient mouthpiece active breathing coordination,5 respiration-correlated computed tomography,6 or image-guided tracking of fiducials implanted within and around a moving tumor.7-9 The Cyberknife system (Accuray [Sunnyvale, CA]) utilizes a radiation linear accelerator mounted on a industrial robotic arm that accurately follows patient respiratory motion by a camera-tracked set of light-emitting diodes (LED) impregnated on a vest fitted to a patient.10 Substantial reductions in radiation therapy margins can be achieved by motion tracking, ultimately rendering a smaller planning target volumes that are irradiated with submillimeter accuracy.11-13
Cancer targets treated by SBRT are irradiated by converging, tightly collimated beams. Resultant radiation dose to cancer target volume histograms have a more pronounced radiation "shoulder" indicating high percentage target coverage and a small high-dose radiation "tail." Thus, increased target conformality comes at the expense of decreased dose uniformity in the SBRT cancer target. This may have implications for both subsequent tumor control in the SBRT target and normal tissue tolerance of organs at-risk. Due to the sharp dose falloff in SBRT, the possibility of occult disease escaping ablative radiation dose occurs when cancer targets are not fully recognized and inadequate SBRT dose margins are applied. Clinical target volume (CTV) expansion by 0.5 cm, resulting in a larger planning target volume (PTV), is associated with increased target control without undue normal tissue injury.7,8 Further reduction in the probability of geographic miss may be achieved by incorporation of 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (18F-FDG) positron emission tomography (PET).8 Use of 18F-FDG PET/CT in SBRT treatment planning is only the beginning of attempts to discover new imaging target molecular signatures for gynecologic cancers.

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) involves image-guided, ablative radiation delivered to cancer targets refractory to chemotherapy or to conventional radiation treatment. The robotic-armed Cyberknife SBRT system, using sophisticated target localization, delivers hypofractionated radiation doses capable of sterilizing cancer targets. This article will consider new therapeutic roles of SBRT for gynecological cancers.

婦人科癌に対する定位放射線

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, ...

医学

Detection of Lung Tumor Progression in Mice by Ultrasound Imaging

With ~1.6 million victims per year, lung cancer contributes tremendously to the worldwide burden of cancer. Lung cancer is partly driven by genetic alterations in oncogenes such as the KRAS oncogene, which constitutes ~25% of lung cancer cases. The difficulty in therapeutically targeting KRAS-driven lung cancer partly stems from having poor models that can mimic the progression of the disease in the lab. We describe a method that permits the relative quantification of primary KRAS lung tumors in a Cre-inducible LSL-KRAS G12D mouse model via ultrasound imaging. This method relies on brightness (B)-mode acquisition of the lung parenchyma. Tumors that are initially formed in this model are visualized as B-lines and can be quantified by counting the number of B-lines present in the acquired images. These would represent the relative tumor number formed on the surface of the mouse lung. As the formed tumors develop with time, they are perceived as deep clefts within the lung parenchyma. Since the circumference of the formed tumor is well-defined, calculating the relative tumor volume is achieved by measuring the length and width of the tumor and applying them in the formula used for tumor caliper measurements. Ultrasound imaging is a non-invasive, fast and user-friendly technique that is often used for tumor quantifications in mice. Although artifacts may appear when obtaining ultrasound images, it has been shown that this imaging technique is more advantageous for tumor quantifications in mice compared to other imaging techniques such as computed tomography (CT) imaging and bioluminescence imaging (BLI). Researchers can investigate novel therapeutic targets using this technique by comparing lung tumor initiation and progression between different groups of mice.

This protocol describes the steps taken to induce KRAS lung tumors in mice as well as the quantification of formed tumors by ultrasound imaging. Small tumors are visualized in early timepoints as B-lines. At later timepoints, relative tumor volume measurements are achieved by the measurement tool in the ultrasound software.

超音波画像によるマウスにおける肺腫瘍の進行の検出

With ~1.6 million victims per year, lung cancer contributes tremendously to the worldwide burden of cancer. Lung cancer is partly driven by genetic ...

Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical treatment, computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) were combined during the treatment-planning process. Positron emission tomography (PET) imaging was subsequently added to implement sub-volume boosting using a micro-irradiation system. However, combining three imaging modalities (CT, MRI, and PET) using a micro-irradiation system proved to be labor-intensive because multimodal imaging, treatment planning, and dose delivery have to be completed sequentially in the preclinical setting. This also results in a workflow that is more prone to human error. Therefore, a user-friendly algorithm to further optimize preclinical multimodal imaging-based radiation treatment planning was implemented. This software tool was used to evaluate the accuracy and efficiency of dose painting radiation therapy with micro-irradiation by using an in silico study design. The new methodology for dose painting radiation therapy is superior to the previously described method in terms of accuracy, time efficiency, and intra- and inter-user variability. It is also an important step towards the implementation of inverse treatment planning on micro-irradiators, where forward planning is still commonly used, in contrast to clinical systems.

Here we present a protocol to perform preclinical positron emission tomography-based radiotherapy in a rat glioblastoma model using algorithms developed in-house to optimize the accuracy and efficiency.

小動物放射線研究プラットフォームを用いたラット膠芽腫モデルにおける陽電子放射断層撮影に基づく線量塗装放射線療法

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical ...

肺転移からの腫瘍細胞播種の調査

Tracking Tumor Cell Dissemination from Lung Metastases Using Photoconversion

Metastasis - the systemic spread of cancer - is the leading cause of cancer-related deaths. Although metastasis is commonly thought of as a unidirectional process wherein cells from the primary tumor disseminate and seed metastases, tumor cells in existing metastases can also redisseminate and give rise to new lesions in tertiary sites in a process known as &#34;metastasis-from-metastases&#34; or &#34;metastasis-to-metastasis seeding.&#34; Metastasis-to-metastasis seeding may increase the metastatic burden and decrease the patient&#39;s quality of life and survival. Therefore, understanding the processes behind this phenomenon is crucial to refining treatment strategies for patients with metastatic cancer.
Little is known about metastasis-to-metastasis seeding, due in part to logistical and technological limitations. Studies on metastasis-to-metastasis seeding rely primarily on sequencing methods, which may not be practical for researchers studying the exact timing of metastasis-to-metastasis seeding events or what promotes or prevents them. This highlights the lack of methodologies that facilitate the study of metastasis-to-metastasis seeding. To address this, we have developed - and describe herein - a murine surgical protocol for the selective photoconversion of lung metastases, allowing specific marking and fate tracking of tumor cells redisseminating from the lung to tertiary sites. To our knowledge, this is the only method for studying tumor cell redissemination and metastasis-to-metastasis seeding from the lungs that does not require genomic analysis.

著者スポットライト:乳がんの広がりを追跡するための新しいIn vivo技術を使用した転移間播種の解読 

We present a method for studying tumor cell redissemination from lung metastases involving a surgical protocol for the selective photoconversion of lung metastases, followed by the identification of redisseminated tumor cells in tertiary organs.

光変換を用いた肺転移からの腫瘍細胞播種の追跡

Metastasis - the systemic spread of cancer - is the leading cause of cancer-related deaths. Although metastasis is commonly thought of as a unidirectional ...

Clinical Factors Influencing the Radiation Dose of Circulating Immune Cells during Radiotherapy for Small Cell Lung Cancer

Small cell lung cancer (SCLC) has garnered significant attention due to its high malignancy, propensity for distant metastasis, and poor prognosis. Radiotherapy remains the cornerstone of treatment for limited-stage small cell lung cancer (LS-SCLC). However, outcomes with radiotherapy alone or in combination with chemotherapy remain suboptimal. Radiotherapy can induce lymphopenia by directly irradiating hematopoietic organs or destroying mature circulating lymphocytes, leading to immunosuppression and consequently diminishing therapeutic efficacy. The estimated dose of radiation to immune cells (EDRIC) model integrates factors such as hemodynamics, lymphocyte radiosensitivity, and proliferation capacity. This study employs the EDRIC model with enhancements to calculate the circulating immune cell radiation dose. By utilizing the EDRIC methodology, the study explores the correlation between EDRIC and tumor target size, average lung dose, average heart dose, clinical features, and peripheral blood lymphocytopenia during radiotherapy for LS-SCLC, aiming to inform personalized patient treatment strategies.
This study analyzed data from 64 LS-SCLC patients who met the inclusion criteria at the General Hospital of Ningxia Medical University from January 2023 to January 2024, all of whom received radical thoracic conventional fractionated radiotherapy. Lymphocyte counts were recorded at the following points: before radiotherapy, at the lowest observed value during radiotherapy, at the end of radiotherapy, and one-month post-radiotherapy. Dosimetric data, including average lung, heart, and body doses, were extracted from the treatment planning system, and the circulating EDRIC was calculated using this model. The relationship between EDRIC values and therapeutic outcomes was analyzed. In LS-SCLC, the EDRIC model effectively predicts lymphocyte count reduction, correlating with planning target volume (PTV; cm3), TNM stage, and the percentage of target lesion shrinkage. Post-radiotherapy, there was a significant decrease in peripheral blood lymphocyte counts, with greater EDRIC values indicating more pronounced lymphocyte reduction.

Here, we present a protocol to evaluate the effects of radiation therapy on immune system lymphocytes in small cell lung cancer.

Small cell lung cancer (SCLC) has garnered significant attention due to its high malignancy, propensity for distant metastasis, and poor prognosis. ...

Using Micro-computed Tomography for the Assessment of Tumor Development and Follow-up of Response to Treatment in a Mouse Model of Lung Cancer

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.

We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.

腫瘍の開発の評価のためのマイクロコンピュータ断層撮影を使用し、肺癌のマウスモデルでの治療に対する応答のフォローアップ

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse ...

定位アブレーションボディ放射線治療のための動的肺腫瘍の追跡

要約

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肺癌の単離された縦隔再発の治療のためのシスプラチンの気管支内超音波ガイド下腫瘍内注射

PET や MRI 誘導照射ラットの神経膠芽腫モデルのマイクロ照射器を使用して

婦人科癌に対する定位放射線

超音波画像によるマウスにおける肺腫瘍の進行の検出

小動物放射線研究プラットフォームを用いたラット膠芽腫モデルにおける陽電子放射断層撮影に基づく線量塗装放射線療法

光変換を用いた肺転移からの腫瘍細胞播種の追跡

光変換を用いた肺転移からの腫瘍細胞播種の追跡

光変換を用いた肺転移からの腫瘍細胞播種の追跡

Clinical Factors Influencing the Radiation Dose of Circulating Immune Cells during Radiotherapy for Small Cell Lung Cancer

腫瘍の開発の評価のためのマイクロコンピュータ断層撮影を使用し、肺癌のマウスモデルでの治療に対する応答のフォローアップ