Współczesna Onkologia (2010) vol. 14; 5 (297–301)
Wstęp
Rak gruczołu krokowego jest nowotworem, w którym efekt terapeutyczny zastosowanej radioterapii ściśle koreluje z podaną dawką promieniowania [1–4]. Eskalacja dawki w obszarze napromieniania wiąże się również ze zwiększeniem ryzyka wystąpienia odczynów popromiennych ze strony narządów krytycznych [5, 6]. W związku z powyższym, eskalując dawkę, należy ograniczać stosowane marginesy w celu zwiększenia ochrony otaczających tkanek. Takie postępowanie jest możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik radioterapii, pozwalających nie tylko na tworzenie precyzyjnych planów leczenia, ale również na kontrolę geometrii pól napromieniania. W tym celu w ostatnich latach jako standard wdraża się procedury radioterapii sterowanej obrazem (image guided radiation therapy – IGRT), które pozwalają na precyzyjne pozycjonowanie chorych oraz lokalizację obszaru tarczowego [7]. Wśród systemów IGRT możemy wyróżnić: PortalVision™ umożliwiający weryfikację portalową [8], 2D-2D kV pozwalający na wykonanie dwóch prostopadłych do siebie zdjęć rentgenowskich [7, 9, 10], CBCT (cone-beam computed tomography), czyli tomografię komputerową jedną wiązką kilowoltową [7, 9, 10], ExacTrac® InfraRed X-Ray 6D bazujący na pozycjonowaniu przy zastosowaniu systemu na podczerwień i wykonaniu dwóch zdjęć rentgenowskich w projekcji skośnej (pod kątem 45°) [11] oraz SonArray™ wykorzystujący ultradźwięki [12, 13]. Cel pracy
Celem pracy jest porównanie dwóch metod weryfikacyjnych stosowanych w pozycjonowaniu chorych na raka stercza z wykorzystaniem systemu PortalVision oraz systemu SonArray. Obie metody oparte są na odmiennym sposobie obrazowania narządów wewnętrznych, umożliwiającym weryfikację w stosunku do struktur kostnych lub tkanek miękkich. Różnice w wynikach uzyskanych pomiędzy weryfikacją w stosunku do struktur kostnych a weryfikacją w stosunku do tkanek miękkich mogą świadczyć o ruchomości wewnętrznej gruczołu krokowego względem kości. Materiał i metody
Analizowany materiał obejmował 17 chorych w stopniu zaawansowania T1–3 N0 M0 napromienianych z powodu raka gruczołu krokowego przy zastosowaniu radioterapii konformalnej 3D lub IMRT. Średnia wieku wynosiła 67 lat (zakres: 49–85 lat). U wszystkich badanych jako podstawową metodę weryfikacyjną zastosowano system SonArray. Jako stabilizatora użyto maski termoplastycznej (Orfit). Wszyscy chorzy byli napromieniani przy użyciu dawki frakcyjnej 2 Gy do dawki całkowitej 76 Gy.
Podczas trzech seansów terapeutycznych przed weryfikacją ultrasonograficzną wykonano zdjęcia portalowe w projekcji przednio-tylnej oraz bocznej, wykorzystując platformę PortalVision. Wykonanie dwóch zdjęć prostopadłych do siebie umożliwiło weryfikację położenia chorego w trzech kierunkach: przód–tył (AP), góra–dół (SI) i lewo–prawo (LR). Wykonane zdjęcia portalowe poddano analizie, a uzyskane wyniki porównano z wartościami otrzymanymi z systemu SonArray.
PortalVison™ pozwala na uzyskanie cyfrowych obrazów radiologicznych zarówno bezpośrednio przed, jak i w trakcie leczenia z wiązki promieniowania [14]. System ten dostępny jest w kilku wersjach, m.in. LC250 oraz aS500 i aS1000 różniących się typem zastosowanych detektorów. LC250 składa się z matrycy komór jonizacyjnych, natomiast w aS500 i aS1000 detektorem jest krzem amorficzny. System ten pozwala na weryfikację poprawności ułożenia chorego poprzez nałożenie i porównanie uzyskanego obrazu z cyfrowym obrazem z symulatora lub zrekonstruowanym obrazem z systemu planowania leczenia (DRR). Weryfikacja z użyciem programu Offline Review™ jest możliwa do wykonania bezpośrednio na aparacie terapeutycznym, przed rozpoczęciem napromieniania oraz w dowolnej chwili i miejscu. Wykonanie zdjęcia portalowego w opcji przed leczeniem wiąże się z dodatkową ekspozycją. Zdjęcie to uzyskuje się z wykorzystaniem wiązki promieniowania o napięciu przyspieszającym 6 MV dawką równą jednej jednostce monitorowej (1 MU). Ze względu na sposób obrazowania, weryfikacja odbywa się względem struktur kostnych.
SonArray™ to system, który do obrazowania struktur anatomicznych wykorzystuje ultradźwięki, co umożliwia nieinwazyjne i nieobciążone dodatkową dawką promieniowania jonizującego pozycjonowanie chorych na aparacie terapeutycznym. Ponadto system ten jest wyposażony w zintegrowany system kamer na podczerwień, pozwalający na określenie i śledzenie pozycji chorego na stole terapeutycznym. Ze względu na sposób obrazowania, w systemie tym możliwa jest weryfikacja w stosunku do tkanek miękkich, co w przypadku chorych napromienianych z powodu raka gruczołu krokowego ma istotne znaczenie. SonArray ma też pewne ograniczenia. Ponieważ weryfikacja oparta jest na badaniu ultrasonograficznym, aby dobrze zobrazować stercz, chory powinien mieć wypełniony pęcherz. W tym celu zaleca się opróżnienie pęcherza, a następnie wypicie ok. 0,5 l niegazowanej wody mineralnej godzinę przed każdym seansem radioterapii. Ze względu na napromienianą objętość, w trakcie leczenia zmniejsza się zdolność kontrolowania mikcji, co może powodować trudności ze współpracą z chorym i w ocenie obrazu ultrasonograficznego. Czas wykonania weryfikacji przy zastosowaniu systemu SonArray wynosi ok. 5 min [13, 15].
U wszystkich chorych pozycjonowanych za pomocą systemu SonArray jako stabilizator zastosowano maskę termoplastyczną (Orfit), którą zdejmowano po ułożeniu chorego w pozycji terapeutycznej, w celu wykonania badania ultrasonograficznego. Weryfikacji położenia obszaru tarczowego dokonywano poprzez nałożenie konturów gruczołu krokowego, pęcherza oraz odbytnicy, określonych na przekrojach z tomografii komputerowej na obraz ultrasonograficzny, w trzech płaszczyznach. W przypadku niezgodności korekta ułożenia chorego następowała poprzez zmianę pozycji stołu terapeutycznego. Następnie sprawdzano prawidłowość wprowadzonych zmian poprzez wykonanie ultrasonografii kontrolnej, podczas której na obraz ultrasonograficzny system automatycznie nakłada kontury z tomografii komputerowej. Jeżeli kontury pokrywały się ze strukturami anatomicznymi widocznymi na obrazie ultrasonograficznym, rozpoczynano sesję terapeutyczną. Jeżeli nie, ponownie przeprowadzano weryfikację.
Do analizy statystycznej, ze względu na brak rozkładu normalnego w badanych próbach, zastosowano test nieparametryczny Wilcoxona. Charakter rozkładu zmiennych analizowano testem Kołmogorowa-Smirnowa. Wyniki
W weryfikacji portalowej wartość średnia oraz odchylenie standardowe (SD) dla wartości bezwzględnych przesunięć wyrażonych w centymetrach wynosiły: w kierunku AP 0,12 z SD 0,14, w kierunku SI 0,92 z SD 0,83 oraz w kierunku LR 0,25 z SD 0,24. W systemie SonArray wartości te wynosiły odpowiednio: w kierunku AP śr. = 0,37 z SD = 0,27, w kierunku SI śr. = 0,72 z SD = 0,8 oraz w kierunku LR śr. = 0,25 z SD = 0,25. Powyższe wyniki przedstawiono w tab. 1.
Dla wielkości rzeczywistych, wartość średnia i odchylenie standardowe (cm) przesunięć zmierzonych w systemie PortalVision wynosiły odpowiednio: w kierunku AP śr. = 0,01, SD = 0,18, w kierunku SI śr. = 0,28, SD = 1,15, w kierunku LR śr. = –0,01, SD = 0,34. W systemie SonArray wartości te wynosiły odpowiednio: w kierunku AP: –0,02, 0,44, w kierunku SI: 0,33, 0,97, w kierunku LR: –0,04, 0,34 (tab. 2.). Rozkład wartości rzeczywistych przesunięć w poszczególnych osiach dla obu systemów przedstawiono na ryc. 1.–3. Zarówno dla systemu PortalVision, jak i SonArray największe przesunięcia obserwowano w kierunku ku górze (dogłowowo) (tab. 3.).
Porównanie wartości rzeczywistych rozkładów przesunięć wykazało statystycznie znamienną różnicę pomiędzy wynikami uzyskanymi w obu systemach dla kierunku SI (p = 0,0009) oraz AP (p = 0,000006). W kierunku LR nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie pomiędzy tymi systemami (p = 0,96).
Średnia wielkość różnicy z wartości bezwzględnych pomiędzy wynikami uzyskanymi w systemie PortalVision i SonArray przedstawiona została w tab. 4. Największa zmierzona różnica w kierunku AP, SI i LR wynosiła odpowiednio: 1,0 cm, 2,6 cm i 0,9 cm. Dyskusja
Uzyskane wyniki wskazują na występowanie błędu geometrycznego wynikłego z niedoskonałości systemu unieruchamiającego, systemu do pozycjonowania chorych na aparacie terapeutycznym (system laserów) oraz ruchomości wewnętrznej gruczołu krokowego. Weryfikacja portalowa dostarcza nam informacji o błędach powstających w czasie pozycjonowania chorych, nie uwzględniając dodatkowego czynnika, jakim jest ruchomość gruczołu krokowego. Wypadkową obu rodzajów błędów uzyskujemy w weryfikacji ultrasonograficznej, która dokładniej określa położenie klinicznego obszaru napromieniania.
Największą niezgodność ułożenia chorego obserwuje się w kierunku SI, najmniejszą natomiast w kierunku LR [18, 20–22]. Zależność ta jest charakterystyczna dla obu analizowanych systemów weryfikacyjnych. W systemie SonArray, bazującym na weryfikacji ultrasonograficznej, występuje również większy rozrzut wyników w kierunku AP oraz LR w porównaniu z weryfikacją radiologiczną. Podobną zależność odnotowali w pracy Gayou i Miften [22]. Najprawdopodobniej jest to spowodowane ruchomością gruczołu krokowego względem struktur kostnych, indukowaną przez wypełnienie pęcherza moczowego oraz odbytnicy [21].
Porównanie obu metod weryfikacyjnych wskazuje na istnienie znaczących różnic pomiędzy wynikami uzyskiwanymi w tych systemach [12, 13, 16–18]. Różnice te potwierdzają tezę o występowaniu ruchomości wewnętrznej gruczołu krokowego względem struktur kostnych. Zdaniem Little ruchomość ta stanowi podstawowy determinant błędów geometrycznych w napromienianiu chorych na raka gruczołu krokowego [18]. Przyjmując, że powyższe twierdzenie jest prawdziwe w sytuacji, gdy średnia wartość ruchomości stercza jest wyższa niż średnia wartość niezgodności uzyskana w weryfikacji portalowej – analiza uzyskanych wyników pozwala na postawienie podobnego wniosku. Wyniki przedstawione w pracy Peignauxa również pozwalają na takie wnioskowanie [12].
Zastosowanie systemu SonArray, choć cechuje się pewnymi ograniczeniami [13, 15], wydaje się lepszą alternatywą dla weryfikacji portalowej. Obrazowanie tkanek miękkich pozwala na zwiększenie precyzji napromieniania, a przez to na zmniejszenie stosowanych marginesów [21]. Ponadto metoda weryfikacji ultrasonograficznej nie jest inwazyjna i nie wiąże się z dostarczeniem dodatkowej dawki promieniowania, przez co może być bezpiecznie stosowana do codziennego pozycjonowania chorych [12, 13, 20, 21].
Wartości przesunięć uzyskane w weryfikacji portalowej względem struktur kostnych, choć zgodne co do kierunku, nie są tożsame z wartościami uzyskanymi w weryfikacji ultrasonograficznej względem tkanek miękkich. Ponieważ gruczoł krokowy nie jest widoczny na zdjęciach portalowych, weryfikacja ultrasonograficzna wydaje się bardziej wiarygodą metodą kontroli geometrii pól napromieniania w przypadku chorych leczonych z powodu raka stercza. Piśmiennictwo
1. Zelefsky MJ, Fuks Z, Hunt M, et al. High dose radiation delivered by intensity modulated conformal radiotherapy improves the outcome of localized prostate cancer. J Urol 2001; 166: 876-881.
2. Pollack A, Zagars GK, Smith LG, Lee JJ, von Eschenbach AC, Antolak JA, Starkschall G, Rosen I. Preliminary results of a randomized radiotherapy dose-escalation study comparing 70 Gy with 78 Gy for prostate cancer. J Clin Oncol 2000; 18: 3904-11.
3. Pollack A, Zagars GK, Starkschall G, et al. Prostate cancer radiation dose response: results of the M.D. Anderson phase III randomized trial. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2002; 53: 1124-9.
4. Urbańczyk H, Ciechowicz J, Miszczyk L. Wyniki konformalnej radioterapii chorych na raka gruczołu krokowego. Onkologia Info 2009; 6: 98-109.
5. Michalski JM, Purdy JA, Winter K, et al. Preliminary report of toxicity following 3D radiation therapy for prostate cancer on 3DOG/RTOG 9406. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000; 46: 391-402.
6. Lee WR, Hanks GE, Hanlon AL, Schultheiss TE, Hunt MA. Lateral rectal shielding reduces late rectal morbidity following high dose three-dimensional conformal radiation therapy for clinically localized prostate cancer: Futher evidence for a significant dose effect. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1996; 35: 251-7.
7. Miszczyk L, Leszczyński W, Szczepanik K, Majewski W. Porównanie dwóch metod radioterapii sterowanej obrazem (IGRT) chorych na raka stercza- CBCT i 2D-2D kV. Przegl Lek 2008; 65: 7-8.
8. Chen J, Lee RJ, Handrahan D, Sause WT. Intensity-modulated radiotherapy using implanted fiducial markers with daily portal imaging: assessment of prostate organ motion. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2007; 68: 912-9.
9. Sorcini B, Tilikidis A. Clinical application of image-guided radiotherapy, IGRT (on the Varian OBI platform). Cancer Radiother 2006; 10: 252-7.
10. Miszczyk L, Majewski W, Szczepanik K, et al. IGRT of prostate cancer patients based on CBCT and kV image. Comparision of two immobilization systems. Strahlentherapie und Onkoliogie 2007; 183: 72.
11. Michalecki Ł, Wesołowska I, Grządziel A, Ślosarek K, Tarnawski R. Ocena dokładności weryfikacji ułożenia pacjenta z wykorzystaniem systemu ExacTrac Infrared X-Ray 6D w radioterapii stereotaktycznej nowotworów regionu głowy i szyi. Onkologia Info 2009; 6: 84-90.
12. Peignaux K, Truc G, Barillot I, Ammor A, Naudy S, Créhange G, Maingon P. Clinical assessment of the use of the Sonarray system for daily prostate localization. Radiother Oncol 2006; 8: 176-8.
13. Bodusz D, Miszczyk L. Weryfikacja położenia gruczołu krokowego przy użyciu ultrasonografii 3D (SonArray) u chorych na raka stercza poddanych radioterapii – prezentacja metody. Onkologia Info 2008; 5: 15-20.
14. Grządziel A, Smolińska B, Rutkowski R, Ślosarek K. Epid dosimetry – configuration and pre-treatment IMRT verification. Rap Pract Oncol Radiother 2007; 12: 307-12.
15. Bodusz D, Miszczyk L. Porównanie czasów pozycjonowania przy użyciu weryfikacji ultrasonograficznej ( SonArray) oraz radiologicznej (2D-2D kV) na przykładzie chorych na raka stercza leczonych promieniami. Onkologia Info 2008, 5: 181-7.
16. Serugo CF, Buskirk SJ, Igel TC, Gale AA, Serugo NE, Earle JD. Comparison of daily megavoltage electronic portal imaging or kilovoltage imaging with marker seeds to ultrasound imaging or skin marks for prostate localization and treatment positioning in patients with prostate cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2006; 65: 1585-92.
17. Trichter F, Ennis RD. Prostate localization using transabdominal ultrasound imaging. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003, 56: 1225-33.
18. Little DJ, Dong L, Levy LB, Chandra A, Kuban DA. Use of portal images and BAT ultrasonography to measure setup error and organ motion for prostate IMRT: implications for treatment margins. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003; 56: 1218-24.
19. Morr J, DiPetrillo T, Tsai JS, Engler M, Wazer DE. Implementation and utility of a daily ultrasound-based localization system with intensity-modulated radiotherapy for prostate cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2002; 53: 1124-9.
20. Serago CF, Chungbin SJ, Buskirk SJ, Ezzell GA, Collie AC, Vora SA. Initial experience with ultrasound localization for positioning prostate cancer patients for external beam radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2002; 53: 1130-8.
21. Chandra A, Dong L, Huang E, Kuban DA, O’Neill L, Rosen I, Pollack A. Experience of ultrasound-based daily prostate localization. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003; 56: 436-47.
22. Gayou O, Miften M. Comparison of mega-voltage cone-beam computed tomography prostate localization with online ultrasound and fiducial markers methods. Med Phys 2008; 35: 531-8.
Adres do korespondencji:
Dawid Bodusz
Centrum Onkologii – Instytut im. M. Skłodowskiej-Curie
Oddział w Gliwicach
ul. Wybrzeże Armii Krajowej 15
44-101 Gliwice
e-mail: dawidbodusz@o2.pl
