Abstract
Formål
Å påpeke fordeler og ulemper høydose brakyterapi i behandling av mobile tungen kreft og viser den kliniske betydningen av modulære bly-lined avstandsstykker når du bruker denne teknikken til pasienter.
Metoder
Først alle grunnleggende trinnene til konstruere den modulære avstandsstykket er vist. For det andre, simulere vi og vurdere dose prisreduksjon for et bredt spekter av avstands konfigurasjoner.
Resultater
Med økende avstand til kilden absorbert doser falt betraktelig. Betydelig mer skjerming ble oppnådd når ledelsen ble lagt til avstands og denne effekten var sterkest på kortere (dvs. mer klinisk relevant) avstand til kilden.
Konklusjoner
Den modulære spacer representerer et viktig tillegg til planlegging og behandling stadier av mobile tungen kreft ved hjelp av HDR-ISBT
Citation. Murakami S, Verdonschot RG, Kakimoto N, Sumida jeg, Fujiwara M, Ogawa K, et al. (2016) Forhindre Komplikasjoner fra høydose brakyterapi ved behandling Mobile Tongue Cancer via anvendelse av en Modular Lead-Foret Spacer. PLoS ONE 11 (4): e0154226. doi: 10,1371 /journal.pone.0154226
Redaktør: Qinghui Zhang, North Shore Long Island Jewish Health System, UNITED STATES
mottatt: 21 januar 2016; Godkjent: 11 april 2016; Publisert: 29 april 2016
Copyright: © 2016 Murakami et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet:. All relevant data er innenfor papiret (S1 bilag)
finansiering:.. forfatterne har ingen støtte eller finansiering for å rapportere
konkurrerende interesser:. forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Ifølge en rapport fra Verdens helseorganisasjon (WHO) er det en markant økning i forekomsten av orale kreftformer i ulike land og regioner [1] og det har blitt anslått at det i USA alene mellom 2010 og 2020 årlig ca 3,6 til 4400000000 dollar vil bli brukt på behandling av hode og nakke kreft [2]. Innenfor hode og nakke regioner, carcinoma av tungen er en av de vanligste typene kreft i munnhulen [3]. Ved behandling av denne type kreft interstitiell brachyterapi (ISBT) er et viktig behandlingsalternativ som det kan i stor grad bevare tunge funksjon og mobilitet (sammenlignet med andre behandlingsalternativer). Innenfor ISBT en divisjon kan gjøres mellom lavdose Rate (LDR) og High-Dose Rate (HDR) behandlinger. Den største forskjellen mellom de to typene er at for LDR-ISBT lavere doserater (60 mGy /minutt) er brukt i en lengre periode (ca 6-7 dager) mens HDR-ISBT gjelder en høyere dose (1200 mGy /minutt) for en mye kortere tidsperiode (10 ganger varer ca 5 minutter hver). Det har blitt anslått at det globale markedet for brachyterapi har nådd en verdi på rundt US $ 680 millioner kroner i 2013, som både LDR- og HDR-ISBT segmenter utgjorde om lag 70% [4].
Selv om LDR -ISBT er vanligvis anvendes i behandlingen av mobile tungen kreft, betyr HDR-ISBT har visse fordeler. For eksempel er behandlingsvarighet for hver økt drastisk redusert (mens LDR-ISBT pasienter må bære de radioaktive implantater under hele behandlingsperioden). En annen fordel med HDR-ISBT er at på grunn av det faktum at den benytter fraksjonert bestråling kreftceller skades, derimot, normale celler er mer konservert enn behandlinger anvender en kontinuerlig bestråling regime. I tillegg kan mengden av stråling eksponert til det medisinske personellet for LDR-ISBT (for eksempel på grunn av første innsetting og periodisk inspeksjon av implantater) unngås. Imidlertid er en bekymring med HDR-ISBT er at selv om den har fordelen av å levere en høy dose lokalt til et bestemt mål for en kort tid, å-være-bestrålte områder er vanligvis i umiddelbar nærhet til gingiva og kjeven (så tunge karsinomer vanligvis oppstår på den laterale grensen av tungen). Disse regioner er blitt vist å være følsomme for doserate av stråling til og med opp til det punktet at alvorlige komplikasjoner som osteoradionekrose eller osteomyelitt kan forekomme [5]. For eksempel har det vist seg at pasienter som mottar en total dose på mer enn 50-60 Gy har en større sjanse for å utvikle underkjevens benkomplikasjoner [6]. I tillegg har det blitt rapportert at disse komplikasjoner er enda mer utbredt når EBRT (ytre bjelke radioterapi) blir påført som en kombinasjonsbehandling [7,8]. En annen studie viste at insidensraten for osteoradionekrose er relativt høy. vises omtrent 8,2% av pasientene som er tatt fra en stor prøve (N = 830) som dokumenterer en 30-års periode (dvs. mellom 1969 og 1999) osteoradionekrose til en rekke forskjellige grader [9]. I tillegg er en fersk studie [10] viste en gjennomsnittlig vektet prevalens på 5,3% for osteoradionekrose etter brachyterapi basert på en meta-analyse av flere studier publisert mellom 1990-2008.
For å hindre alvorlige komplikasjoner som osteoradionekrose, som har blitt rapportert å være svært smertefullt for pasienten [7,11], må dosen til normalt vev for å bli dempet så mye som mulig. Dette kan oppnås ved å øke avstanden mellom strålingskilden og kjeven ved hjelp av en «spacer» (en protese typisk laget av harpiks eller silisium avtrykksmateriale som er lagt inn mellom kjeven og tungen). Det er blitt vist at når tykkelsen av avstandsholderen økes til + 10 mm stråledosen kan bli redusert med omtrent 65% eller mer for både radium og iridium behandlingsregimer ved hjelp LDR-ISBT [7,12]. I tillegg Obinata et al. [13] i en klinisk studie ved hjelp av LDR-ISBT fant at 18,2% av pasientene som har en avstandsholder mindre enn 10 mm tykk utviklede osteoradionekrose mens når avstandsholderen var minimal 10 mm tykk typisk ikke osteoradionekrose oppstått. I alle, synes det rimelig å anta at den tykkere avstands den mer stråling dempning vil bli oppnådd.
Imidlertid er avstanden mellom tungen og kjeven ganske begrenset (også avhengig av tumorstørrelse) og i flere eksperimentelle og kliniske studier som anvender lav dose-rate radioisotoper [14-16] har det blitt foreslått at avstandsholderne ved hjelp av innebygde metaller som er kjent for sine strålingsskjermende egenskaper (dvs. som har et høyt atomnummer) bør være fordelaktig for ytterligere å redusere strålingseksponering uten å øke tykkelsen for upraktisk proporsjoner. Men til dags dato den mest utbredte spacer typen i behandling av tungen kreft med interstitiell brachyterapi gjenstår å være uskjermet akryl spacer (f.eks [17-19]) og til det beste av vår kunnskap, har det ikke vært rapport som vurderer betydningen av modulære avstandsstykker som skal brukes i HDR-ISBT.
Formålet med dette papir er derfor å vise hvordan modulavstandsstykker med metallet, kan lett konstrueres fra egnede dentalmaterialer og for å påpeke deres kliniske viktighet. Videre viser vi hvordan modulær avstandsstykker kan brukes i en medisinsk setting, som starter med behandling planlegging (ved hjelp av 3D-CT), hvor metallet kan påføres etter planleggingsstadiet, og hvordan disse avstandsstykker kan brukes under behandlingen scenen for mobile tungen kreft ved hjelp av HDR-ISBT.
Materialer og metoder
byggingen av den modulære spacer består av flere trinn avbildet i figur 1. Først blir en tenner bue inntrykk tatt med et alginat inntrykk materiale (COE Alginat; GC America Inc., Chicago, IL, USA) som vanligvis brukes i odontologi (BC, 1 minutt) og en gipsmodell er konstruert fra buen inntrykk (DF, 1 time).
Deretter plate-type lys fotopolymeriser herdet harpiks (Splint-resin LC; GC Corporation Ltd, Tokyo, Japan; effektive atomnummer på 12,5 med en densitet på 1,2 g /cm3) som vanligvis brukes i odontologi tilsettes til plaster modell (G, dvs. tann del; 1 minutt) og herdes med en lett kur (H; 5 minutter). Det neste trinnet er å legge harpiksen til den laterale del av avstandsholderen (1 minutt) med en etterfølgende lett kur (5 minutter), noe som vil danne barriere mellom tungen og kjeven (I-J). Deretter vil et spor som bores i sidedelen (K-L, 5-10 minutter), som senere vil holde skjermingsmateriale (f.eks bly med et atomnummer på 82 og en densitet på 9,8 g /cm3). På dette punktet spaceren er klar til å brukes for 3D CT planlegging. Når planleggingen er fullført den nødvendige mengde av skjermende materiale blir satt inn og harpiks blir lagt til toppen med påfølgende lysherding (M-N; 5 minutter), noe som vil resultere i at sluttproduktet (O). Dersom avstands krever ekstra justering, harpiks (og /eller skjerming) kan lett legges til eller fjernes fra avstands under selve planleggingen eller behandling økt. Dersom behandlende lege velger å bestille den modulære spacer fra en tannlege verksted (i stedet for å produsere det på stedet) er det fortsatt mulig og enkelt å utføre de siste trinnene (MO; fig 2) på stedet i stedet for å sende avstands tilbake til verkstedet (som vanligvis tar lang tid) å forsegle sporet holder skjermmateriale (se figur 2).
Dose prisreduksjon taksering for Modular Spacer Ifølge TG-43
for å vurdere dose prisreduksjon for et bredt spekter av potensielle konfigurasjoner vi gjennomført en rekke datasimuleringer. Vi først anordnet et HDR-strålingskilde (Iridium-192) i enten en enkel eller dobbel plan (for store tumorer). Etter Tsai et al. (6) og Kakimoto et al. [20] som rapporterte at 50-60 Gy ville være den maksimale dose, satt vi 60 Gy på 5 mm forskjøvet fra sidekilde. Vi simulert absorbert dose på 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 mm avstand fra den laterale kilde kombinert med en varierende bly tykkelse (0-5 mm).
absorberte dosen Beregningene er basert på matematiske formler som er beskrevet i protokollen «Task Group No. 43 for Ir-192 kilder» (TG-43) av American Association of Fysikere i medisin [21,22]. Holdevekter av alle kilder ble forsterket av geometriske optimalisering [23] for å gjøre dosefordeling homogen. Oppholdstidene ble beregnet for å oppnå referansepunktet gis en resept dose på 60 Gy. I form av svekket dose gjennom bly, ble en halv-verdi-lag med 3 mm brukes for ledelsen materialet [24]. Andre regioner unntatt for ledelsen ble antatt å være i vannet ved beregning av absorbert dose.
Resultater
Som forventet fant vi at når ledelsen ble lagt betydelig mer skjerming ble innhentet og absorbert doser falt dramatisk (se figur 3; høyre rute). Denne effekten var mest uttalt på kortere avstander til kilden. For eksempel, for den korteste avstanden mellom kjeven og referansepunkt (for eksempel 10 mm fra kilden eller 5 mm fra 60 Gy referansepunkt) på dosereduksjon kan gå fra 51,2% (30,7 Gy) av 60 Gy dose på referansepunkt for Pb-0 (som indikerer en 5 mm modulær avstandsstykke med bly skjerming) til 40,7% (24,4 Gy) hvis 1 mm bly skjerming ville ha blitt påført med 4 mm harpiks spacer (2 mm harpiks på begge sider).
Dose prisreduksjon vurdering basert på Monte-Carlo (MC) Simuleringer
for ytterligere å validere TG-43 resultatene vi også implementert en Monte-Carlo simulering [25] for å estimere den simulerte foton energiabsorpsjon ved hvert målepunkt med de samme konfigurasjoner. I våre simuleringer, ble data som gjelder den bestemte fotonet interaksjonen tverrsnitt avledet fra [26,27], dataene for den relative sannsynlighet og energi for å generere gammastråler fra Ir-192 ble dømt til en radioisotop database [28] og antallet genererte gammastråler (historier) var ~ 1,0 x 10 ^ 8. Resultatene av MC simuleringer kan sees i figur 3 (venstre panelet) så vel som i Tabell C i S1 bilag. En Welch to-utvalgs t-test indikerte at de ikke var statistisk forskjellig fra de tidligere TG-43 simuleringer, t (152,3) = 1,29, p = 0,2.
Diskusjoner
Ved behandling av tunge karsinom, høy dose-rate interstitiell brachyterapi (ISBT) er et viktig behandlingsalternativ. Vanligvis forvalter ISBT en dose av en spesiell styrke lokalt til en to-be-bestrålt mål. Imidlertid kan kjeven og gingiva på grunn av deres nærhet til bestråling området utilsiktet får også en del av denne dose. Dette kan føre til alvorlige komplikasjoner som osteomyelitt og selv osteoradionekrose. Notatet rapporter hvordan å konstruere en modulær spacer som kan brukes til behandling av tungen carcinoma bruker HDR-ISBT.
Vi startet med å spesifisere de grunnleggende trinnene nødvendig for å konstruere den modulære spacer og senere vurdert sin effektivitet i dempe dosen til kjeven. Resultatene tyder på at denne type spacer reduserer dosen som mottas av kjeven og gjør det mulig for et stort utvalg av konfigurasjoner som skal anvendes i et klinisk miljø. Bygging av et avstandsstykke på en modulær måte er ikke bare rask (total anleggstiden er mindre enn 2 timer), men også gjør det mulig for leger å raskt tilpasse seg en lang rekke kliniske tilstander ved å manipulere utvalg av tykkelsen av avstandsstykket selv, tykkelsen av harpiksen og tykkelsen av bly skjold. Ta for eksempel en ekstrem situasjon der det er nesten ikke noe mellomrom mellom kjeven og tungen på grunn av overdreven tumorstørrelsen. I slike ekstreme tilfeller er det ofte valgt å ikke gjennomføre en spacer. Men med en modulær spacer er det teknisk mulig å lage en liten 5 mm spacer med 2 mm harpiks på hver side holder en 1 mm bly skjold i sporet. Derfor ville en liten modulære spacer med en 1mm bly skjold være sterkt anbefalt, da det vil i stor grad dempe absorbert stråledose av kjeven sammenlignet med en spacer-mindre situasjonen.
Effekten av å legge metall skjerming til klinisk avstandsstykker ble undersøkt i 1994 av Fujita et al. [14] som ved hjelp Lipowitz-metall (2 mm) innebygd i en fast avstands innhentet merkede dosereduksjon effekter mellom metall lined- og unlined harpiks avstandsstykkene i en eksperimentell og klinisk studie som brukes lav dose rente radioisotoper. Selv om både radium og iridium bestrålings kilder var det betydelige dosereduksjon, effekten var mest utbredt for iridium mest sannsynlig på grunn av sin svake gammaenergiutslipp [12,14].
En forskjell mellom Fujita et al. og denne studien er at deres avstands er sannsynlig ment å bli brukt i LDR-ISBT hvor nøyaktig 3D CT planlegging er ikke så sentralt som i HDR-ISBT (som radioisotopen kan vanligvis ikke bli nøyaktig innstilt i den planlagte posisjon). I tillegg innebærer deres avstands anvendelse av Lipowitz-metall (med andre ord Woods metall), som har den fordel at et forholdsvis lavt smeltepunkt (70 ° C) slik at det er lett å håndtere som en smelte innretningen ikke er nødvendig. Imidlertid har Lipowitz-metall også visse betydelige ulemper slik som det faktum at den inneholder kadmium som er meget giftig (selv i spormengder). En annen fordel å bruke bly er dens høyere atomnummer som gir høyere beskyttelse mot stråling. Bly er også billigere og mykere enn Lipowitz-metal og som de fleste stråling renseanlegg ha en føre-smeltende enhet har vi valgt å bruke bly i kombinasjon med vår modul spacer.
Det er også viktig å påpeke at i Fujita et al. ([14], p.592) kan det sees at relative dosereduksjon priser (DRR) er ikke ensartet for hver pasient (noen pasienters DRR avvike med mer enn 15%). Dette indikerer at noen pasienter kan ha nytte av ekstra skjerming mens standard skjerming kan være tilstrekkelig for andre. Disse dataene ble anskaffet ved hjelp Thermoluminescent dosimetri stenger (TLD stenger) for å måle absorbert dose og de tiltak som er rapportert i dagens papir passer godt sammen med dem. For eksempel, når man sammenligner en uskjermet harpiks avstandsstykke på 15 mm fra kilden (dvs. 10 mm fra lateral referansepunkt) verdien falt fra 60 Gy til 20,1 Gy (~ 66,5% reduksjon) i våre data. Dette samsvarer med tett ~ 66% dosereduksjon rente rapportert i figur 3 av Fujita et al. ([14]; s. 591) ved hjelp av faktiske TLD stenger. Tilsvarende, når man legger 2 mm bly skjerming på denne avstanden absorbert dose falt til 12,7 Gy (~ 79% dosereduksjon) i vår simulering svarende til ~ 75% reduksjonsrate dosen av Fujita et al. [14] erholdt (som de brukte en annen skjermende materiale, dvs. Lipowitz metall under forskjellige betingelser, er tallet ikke nøyaktig lignende). Se tabell AC i S1 bilag (og figur 3) for all informasjon som inneholder våre absorbert beregninger dose, deres reduksjoner og effektene av bly og enkle eller doble flyet kilder (merk at dobbel-flyet kilder fordele dosen over en større flate og har derfor samlet lavere verdier enn single-flyet kilder).
Selv om denne konklusjonen er klar, er det overraskende at noen papirer arbeider med ISBT og karsinom av tungen rapportert å ha brukt bly-lined modulære avstandsstykker. De fleste rapporter om LDR-ISBT bære en harpiks-only [17] eller bly-bare avstands (f.eks [29,30]), og dette mønsteret er likt for HDR-ISBT (f.eks [31,32]).
Vi tror at ved å bruke en modulær avstands det er mye å hente både i planleggings- og behandlingstrinn. For eksempel, en 10 mm resin bare spacer, men gir tilfredsstillende beskyttelse til en viss grad [13], er klart overgått av en føre-lined modulær avstands i form av absorbert dose av kjeven (se våre beregninger i resultatdelen og tabeller AC i S1 bilag). I tillegg kan kjeven ledeskjermer produsere forskjellige bivirkninger ved å ha bly (en toksisk forbindelse) i munnhulen, selv når det anvendes i en begrenset tidsperiode. I tillegg er den spesifikke natur av grenseflaten mellom vevet og overflaten av bly viktig på grunn av potensiell sekundær spre strålingen som avgis fra overflaten av en bly-bare avstandsstykket. Av den grunn er det mer gunstig å skape litt avstand som er til stede i den aktuelle modul spacer (for eksempel når innhyller ledelsen inn i harpiks).
Bruke modul spacer i klinisk praksis
I dag , behandling planlegging (spesielt i HDR-ISBT) avhengig tungt på 3D CT-bilder, som har blitt uunnværlig for å vurdere individuell tilpasning og optimalisering av dosefordeling for hver enkelt pasients bestråling stedet [23,33,34]. Ett poeng til bekymring er at metaller med høyt atomnummer (som bly eller Lipowitz-metall) produserer store metallgjenstander på 3D CT-bilder (dvs. på grunn av spredning, bjelke herding, og fotonet sult, f.eks [35,36]). Dette utgjør vanskeligheter for behandling planlegging hvis skjerming enheter, for eksempel tilpasset designet underkjevens bly skjold [29] eller ikke-modulær (f.eks ferdige) skjermet avstandsstykker er involvert i planlegging og behandling. Ideelt sett bør avstands allerede være til stede når du bruker 3D-CT planlegging, som sin størrelse og plassering bør tas i betraktning for å fastslå den eksakte dosen distribusjon for å bli bestrålt nettsteder (se figur 4).
Derfor, ved å bruke for tiden beskrevne modul spacer kan man først bestemme den riktige størrelse av avstandsholderen, dens tykkelse harpiks og skjerming faktor i henhold til hver enkelt pasients omstendighet. Deretter oppretter avstands (f.eks følge protokollen gitt i denne artikkelen), utføre forbehandling 3D CT planlegger (med uskjermet spacer tilstede), og til slutt legge den nødvendige mengden av skjerming materialet før behandling. På denne måten alle fordelene fra nøyaktig 3D-CT-dose-fordelings planlegging bevares samtidig som det beholder tilstrekkelig beskyttelse av kjeven på grunn av den modulære skjerming.
Den modulære spacer er godt egnet for både lav-dose (LDR) og høy doserate (HDR) ISBT. For eksempel, i LDR-ISBT pasienter som mottar en liten del av bestrålingsdosen i lang tid (for eksempel kontinuerlig i løpet av en uke). I denne situasjonen pasienter må bære avstands hele tiden, noe som er ganske ubehagelig og skadelig for oral hygiene. I tillegg medisinsk personell også er utsatt for stråling og pasienten er isolert fra sine omgivelser for en betydelig mengde tid. I denne situasjonen vanligvis er tynnere avstandsstykket jo mer komfortabel behandlingen er for pasienten. Ved å legge metall skjerming til modulære spacer tilstrekkelig dose dempning kan oppnås samtidig holde avstands komfortabel. Omvendt, for HDR-ISBT pasienten vil motta en mye høyere dose for en kortere tidsperiode. I dette tilfelle komfort er noe mindre viktig som den bestrålingstiden er mye kortere (for eksempel 5 minutter per sesjon). Derfor kan en tykkere spacer med økt skjerming være valgt for å få mer beskyttelse for en kort periode.
Study begrensning
Vi har begynt å implementere den modulære spacer på 14 pasienter i vår sykehus fra to år siden. Selv om disse pasientene ble observert i en forholdsvis kort periode av tid, både sent (~ 2 år), og akutte komplikasjoner (for eksempel rødhet, erosjon og sår i gingiva), har ikke blitt observert til dags dato.
Imidlertid , vil det ta tid (5-10 år) for å se de faktiske kliniske utfall av denne avstands i form av sine beskyttende effekter fra osteoradionekrose (som denne tilstanden vanligvis tar år å utvikle), men den absorberte dosen beregninger er svært oppmuntrende og nøye følge TLD data fra Fujita et al. [14].
Konklusjon
Vi tror at en modulær avstands (noe som åpner for innsetting eller fjerning av metallet på stedet i tillegg til tilpasning av harpiks) representerer en betydelig forbedring i forhold til ledelsen -bare eller harpiks eneste ikke-modulære avstandsstykker. Selv om de positive poengene metall-lined avstandsstykker ble allerede innført omtrent 20 år siden [13] de er fortsatt ikke i vanlig praksis under behandlingen av tungen karsinom. Fordelene likevel er veldig klar: Først av alt, er den modulære avstands ikke altfor komplisert å bygge og byggeprosessen generelle tar mindre enn 2 timer. Dernest gir det mulighet for modifisering på stedet uten at det strengt nødvendig å returnere den til en dental verksted (som ville ta tid). Dette blir viktig for eksempel når pasientens omstendigheter uventet endres i løpet av behandlingen. Til slutt, det gir viktige muligheter for planlegging (3D-CT) og behandlingsprosesser (f.eks bredt spekter av størrelser), som ikke er mulig ved hjelp av harpiks-only eller bly-bare avstandsstykker. Til slutt, modulære bly-lined avstandsstykker gir utmerket beskyttelse mot bestemte skadelige bivirkninger av ISBT og dermed bidra til å hindre alvorlige komplikasjoner som osteomyelitt og osteoradionekrose.
I konklusjonen, den modulære spacer er et viktig tillegg til de verktøyene som er tilgjengelige for planlegging og behandling av mobile tungen kreft ved hjelp av HDR ISBT og er lett anvendelig for bruk på en bred skala i behandlingen av tungen kreft.
Hjelpemiddel Informasjon
S1 bilag.
Tabell A. TG-43 simuleringer (i Gy) for enkel /dobbel plan om fem bly (Pb) tykkelsesvariasjoner på ulike avstander (i mm) fra sidekilde. Tabell B. Effekten av bly skjerming (basert på TG-43). Tabell C. Monte-Carlo-simuleringer (i Gy) for enkel /dobbel plan om fem bly (Pb) tykkelsesvariasjoner på ulike avstander (i mm) fra den laterale kilde
Doi:. 10,1371 /journal.pone.0154226.s001 product: (PDF)
