[論文レビュー] Clinical Validation of two Surface Imaging Systems for Patient Positioning in Percutaneous Radiotherapy

Manfred Wiencierz, Kathrin Kruppa+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2016

Advanced Radiotherapy Techniques参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、トモセラピーを用いた経皮的放射線治療における患者の位置決めに、C-RadのCatalystおよびVisionRTのAlignRTという2つの放射線治療表面イメージングシステムの臨床的妥当性を検証した。両システムとも、従来の皮膚マーカーと比較して、特に骨盤部および胸部領域でセットアップ誤差を低減したが、AlignRTは広範な表面被覆により優れた正確性を示した。ただし、臨床的セーフティマージンの面で統計的ばらつきが依然として課題である。

ABSTRACT

Precise patient positioning and thus precise positioning of the planning target volume (PTV) is a prerequisite for effective treatment in percutaneous radiation therapy. Conventional imaging modalities used to ensure exact positioning for treatment typically involve additional radiation exposure of the patient. A different approach to patient alignment without additional exposure is provided by optical 3D surface scanning and registration systems. We investigated two systems Catalyst and AlignRT, which allowed us to generate and validate surface images of 50 patients undergoing irradiation on a Tomotherapy system. We compared the positions proposed by these two surface imaging systems (SIS) with the actual adjustments in patient positions made on the basis of MVCT scans. With the two SIS, the surface of every single patient was repeatedly recorded throughout treatment. In addition, we performed a systematic analysis of both systems using a body phantom. At least 10 surface images were available from each patient included in the analysis. The large number of patients allowed us to subdivide the study population into three groups by body region treated: head & neck, chest, and pelvic. The results for each of these three body regions were separately analyzed. Thus, the focus of our investigation is on body regions registered with the two systems rather than tumor entities. For AlignRT, for instance, we found an improvement in positioning for the Pelvic region of 0.9mm in 75% and 6.4mm in 95% of the collected data in comparison to conventional marker alignment. The two systems were most accurate in the head & neck region, where conventional mask alignment is already sufficiently accurate. The other two body regions, pelvic and chest, might benefit from positioning by SIS. But for both systems there is still a need for improvement to reduce statistical variation.

研究の動機と目的

• 経皮的放射線治療における患者位置決めのための2つの表面イメージングシステム（CatalystおよびAlignRT）の正確性を評価すること。
• SISに基づく位置決めを従来の皮膚マーカーによる位置合わせと比較し、MVCTに基づく補正と照合すること。
• 頭部・頸部、胸部、骨盤部という異なる解剖的領域におけるシステムの性能を評価すること。
• SIS測定における系統的誤差およびばらつきの原因を特定すること。
• SISを日常的な放射線治療に用いる際の臨床的妥当性およびセーフティマージンを決定すること。

提案手法

• 表面イメージングシステム（SIS）が、トモセラピー装置で治療分画中に3次元患者表面スキャンを取得した。
• 各患者について、治療セッション across 10回以上（≥10）にわたり複数回のスキャンが行われ、縦断的分析が実施された。
• SISの結果は、MVCTスキャン（ゴールドスタンダード）から導かれた患者のセットアップ補正と照合された。
• 制御された条件下でSISの性能を体系的に評価するためにボディプローブが使用された。
• 基準表面として、計画用CTから導出された外部輪郭（外部CT基準）またはSISが生成した内部表面（内部光学基準）が用いられた。
• 統計解析には、並進および回転方向のずれの百分位数（P75、P90、P95）が含まれた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CatalystおよびAlignRTの正確性は、従来の皮膚マーカーによる位置合わせと比較して、患者の位置決めにおいてどのように異なるか？
• RQ2 異なる解剖的領域におけるSISによるセットアップ補正の系統的誤差およびランダム誤差は何か？
• RQ3 表面被覆の範囲が、縦方向（y軸）および回転位置決めにおけるSISの正確性にどのように影響するか？
• RQ4 SISは、特にマスクを装着しない領域（胸部および骨盤部）において、臨床的セーフティマージンを下回る患者セットアップ不確実性を低減できるか？
• RQ5 外部CT基準と内部光学基準という異なる基準表面タイプが、SIS登録の正確性にどのように影響するか？

主な発見

• 骨盤部の患者では、AlignRTが従来のマーカー位置合わせと比較して、P75百分位数で0.9 mm、P95百分位数で6.4 mmのセットアップ誤差低減を示した。
• AlignRTは、頭部・頸部、胸部、骨盤部の3つの身体領域すべてで優れた正確性を示し、特に骨盤部および胸部領域で顕著であった。これは、広範な表面被覆によるものである。
• Catalystは縦方向（y軸）位置決めにおいて高い系統的誤差を示したが、これは表面被覆面積が限られていることが原因と考えられ、全体の正確性に影響を与えた。
• 両システムともP75百分位数は許容可能な臨床的マージン内に収まったが、P95百分位数は一般的な計画用セーフティマージンを超えており、残存するばらつきが示された。
• 外部CTから導出された基準表面の使用は、内部SIS基準と比較して正確性を向上させたが、日常的なワークフローにおいては実用的ではなかった。
• 頭部・頸部の患者では、従来のマスク固定がすでに高いセットアップ正確性を提供していたため、SISによる恩恵は最小であった。