A comparison of two clinical correlation models for dynamic tumor tracking with a focus on geometrical accuracy

P { margin-bottom: 0.08in; }

Laat even je verbeelding de vrije loop. Vandaag ben jij radiotherapeut. Je weet dat je met behulp van ioniserende straling weefsel kan laten afsterven. Gezien zowel een kwaadaardige tumor als gezond weefsel kan aangetast worden, is het noodzakelijk dat de therapie met een hoge precisie wordt uitgevoerd. De locatie van de tumor moet perfect gekend zijn en de straling moet exact op die locatie invallen, nergens anders. Je zit aan je bureau in het ziekenhuis waar je te werk gesteld bent en een nieuwe patiënt komt binnen. Diagnose? Een bewegende longtumor die enkele centimeter verschuift telkens de patiënt ademhaalt, hoest of zucht. Bij een standaard radiotherapie behandeling wordt een stilstaande stralingsbundel met millimeter nauwkeurigheid op de patiënt gericht, naar de plaats waar de tumor zich bevindt. Maar wat doe je, jij als radiotherapeut, in het geval van een bewegende tumor? Naar waar richt je de schadelijke ioniserende straling als de tumor zich na enkele seconden op een andere plaats bevindt?

Het antwoord bestaat uit twee toestellen die momenteel in gebruik zijn, de Cyberknife en de Vero. Beide toestellen zijn in staat om de stralingsbundel te laten bewegen en zo de bewegende tumor te volgen op zijn traject. Om dit echter mogelijk te maken is het noodzakelijk om continu en met grote precisie te weten waar de tumor zich bevindt. Hoe? Je denkt misschien meteen aan radiografie of een andere vorm van medische beeldvorming, maar dat is het niet. Ken je de slogan 'Medische beelden zijn geen vakantiekiekjes'? Hij komt uit een sensibiliseringscampagne van de federale overheid, die tracht duidelijk te maken dat ook medische beelden schadelijk zijn en slechts mogen gemaakt worden wanneer echt nodig. Waarom? Omdat ook hier opnieuw ioniserende straling gebruikt wordt. Een tumor lokaliseren met behulp van ioniserende straling tijdens een behandeling van mogelijk meer dan 30 minuten zou leiden tot een te grote stralingsdosis, hoofdzakelijk op de gezonde huid van de patiënt. Een andere methode moet dus aangewend worden om continu de locatie van de tumor te kennen. Kan jij een oplossing bedenken?

HET SURROGAAT
Wel, als je niet naar de tumor kan kijken, dan baseer je je op iets dat je wel kan zien. En dat is bij beide toestellen het borstoppervlak dat eveneens beweegt wanneer de patiënt ademt, zucht of hoest. Voor de start van elke behandeling wordt de beweging van de tumor met een wiskundig model gecorreleerd aan de beweging van het borstoppervlak. Zo kan men zich tijdens de behandeling baseren op het bewegende borstoppervlak om de positie van de tumor te achterhalen. Hoe beter de correlatie van het wiskundig model, hoe nauwkeuriger de lokalisatie van de tumor. De Cyberknife en de Vero gebruiken echter elk een verschillend wiskundig correlatiemodel. Bij de futuristisch klinkende Cyberknife is het wiskundig model vrij uitgebreid en complex, met meerdere onderdelen. De Vero daarentegen moet het stellen met een veel eenvoudigere versie, maar houdt naast de positie van het borstoppervlak ook rekening met de snelheid ervan.

'LESS IS MORE'
Beide modellen werden getest in dezelfde klinische omstandigheden, op data afkomstig van dezelfde patiënten. Hieruit bleek dat het eenvoudig model van de Vero op zijn minst evenredig is aan het complexe model van de Cyberknife. Beide modellen maken het mogelijk om op basis van het borstoppervlak de locatie van de tumor met de nodige nauwkeurigheid te bepalen. Ook werd bevestigd dat de hoeveelheid data en het type data om het model te bouwen van cruciaal belang zijn. Wel moet steeds de afweging gemaakt worden tussen de hoeveelheid data en de stralingsdosis voor de patiënt, gezien een deel van de data enkel kan bekomen worden met behulp van medische beeldvorming. Verder is het ook zo dat het wiskundig model bij beide toestellen doorheen elke behandeling een of meermaals moet geüpdatet worden. In werkelijkheid wordt het wiskundig model van de Vero helemaal opnieuw gebouwd wanneer blijkt dat het huidig model niet meer voldoet. De Cyberknife daarentegen update het wiskundig model continu maar slechts gedeeltelijk, tenzij het bekomen model ook dan nog niet voldoet, waarna een volledig nieuw model wordt gebouwd. Bij het testen van beide modellen kon worden vastgesteld dat de graduele update methode van de Cyberknife het meest effectief is, wat wil zeggen dat met deze methode de locatie van de tumor doorheen de ganse behandeling het best bepaald wordt. Verrassend genoeg kon er tenslotte ook worden vastgesteld dat de graduele update methode van de Cyberknife op het complexe Cyberknife model zelf eigenlijk geen invloed heeft. Dit zou te wijten zijn aan de beperkte hoeveelheid data dat het Cyberknife model gebruikt.

OPTIMALISATIE
Deze verzameling aan nieuwe informatie maakt het mogelijk om de behandeling van bewegende longtumoren verder te optimaliseren. De behandeling kan met een grotere precisie worden uitgevoerd wat de kans op complicaties vermindert en de controle van de tumor verhoogt. Ook het comfort van de patiënt kan mogelijks toenemen door een daling van de behandelingsduur.

De volgende uitdaging? De behandelingstechniek uitbreiden naar bewegende tumoren die niet worden aangestuurd door de ademhaling van de patiënt. Denk bijvoorbeeld aan tumoren nabij het hart, waar de bewegingen nog veel vlugger zijn en gestuurd worden door een compleet ander mechanisme. Enig idee op welk zichtbaar signaal we ons dan kunnen baseren om de locatie van de tumor te kennen? Jij was tenslotte de radiotherapeut vandaag, toch?