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RapidPlan™ 知识型计划设计:迈向临床应用

显示器上的 RapidPlan 图像  RapidPlan™ 基于知识的计划设计帮助世界各地治疗中心的临床医生在放射治疗计划上实现更高的一致性、效率和质量。RapidPlan 通过共享临床知识来提供预估的剂量-体积直方图,可用作治疗指南和起始条件,简化了计划过程。计划者可以使用共享模型或创建自己的模型,以展现更好的治疗方法和方案。这样可以减少乃至避免制定治疗计划时繁琐而耗时的重复工作。

  “通过如容积弧形调强放射治疗 (VMAT) 或图像引导放射治疗等先进技术实现高质量治疗很有挑战性。,” 法国阿维尼翁圣凯瑟琳中心医学物理学家 Catherine Khamphan 博士说道。“RapidPlan 基于知识的计划设计是一款强大的工具,其从现有的治疗计划中收集信息,评估新患者的最佳和可实现剂量分布。通过精心的实施,它可以提高治疗质量和效率。可节省大量时间。”

  RapidPlan 也有助于缩小经验差距。“它让不同计划者的计划质量更趋向于一致,” Khamphan 说道,她接着补充说,如果没有这款工具,手动创建的计划可能无法很好地保护危及器官 (OAR) 或覆盖靶区。“RapidPlan 可帮助我们避免使用这些次优的计划。”


在北京开发直肠癌、宫颈癌和肺癌模型

北京肿瘤医院首席物理师吴昊,理学硕士  中国北京肿瘤医院的副教授 张艺宝博士及其同事们合作开发了直肠癌、宫颈癌和肺癌立体定向体部放射治疗 (SABR)的 RapidPlan 模型。

  “我们先从直肠癌术前患者的 VMAT 联合同步野内加量开始。” 张博士说道。“该病患者数目庞大,目前还没有文献报告 RapidPlan 应用于直肠癌,所以是发表文章的机会,并且这种癌症所涉及的 OAR 也相对较少。前列腺等类似解剖部位的癌症已有成功模型的报道。我们希望先掌握这一部位的治疗技术,再继续开发更多其他部位的治疗模型。”

  张博士和吴昊主任以及助理教授蒋璠一起合作创建了直肠癌模型。过程采用经资深物理师微调的计划,且仅选择最佳计划以确保将优秀方案纳入模型。

  “经过多次验证和微调之后,我们的直肠癌模型现在已经非常成熟。” 张博士说道。“其创建的计划在质量、一致性和效率方面都比手动计划更好。”

  验证期间,北京团队选择了 200 多个 RapidPlan 计划进行评定,以评估和改进模型,之后他们将模型应用到临床实践。“自 2016 年 9 月起,已有 200 多名患者接受了 RapidPlan 半自动创建计划的治疗。效率和质量都有明显提升。” 张博士说道。“患者可从剂量改良中直接获益,包括降低 OAR 照射和改善靶区剂量一致性和均匀性,且不增加额外成本。”1


法国团队开发用于治疗头颈和前列腺癌的 RapidPlan 模型

  Khamphan 与其同事、医学物理学家 Veronique Bodez 博士开始投入创建治疗两个癌症部位的 RapidPlan 模型:头颈和前列腺。

  “我们有现行的内部指南;但我们仍然发现数据存在不一致,如结构定义和临床权衡,尤其是在头颈部治疗方面。” Khamphan 说道。 “RapidPlan 帮助我们修正了这个问题。我们很快发现,实施 RapidPlan 对于我们的临床治疗而言是一种‘质量保证’。”

  Khamphan 与其同事通过观察实现临床目标所需的优化次数来评估 RapidPlan 模型的效果。他们发现,在 RapidPlan 的帮助下,通常一次优化即可达标,而手动计划则有时需要进行 5 次甚至更多次的优化。

  “我们发现,85% 经过 RapidPlan 优化的头颈计划在第一次优化后能实现临床达标水平。计划质量水平相当或者更高,并且在大部分病例中 OAR 保护都很显著。我们也相信,我们可以通过改进模型提高该比例。” Khamphan 说道。

  迄今,圣凯瑟琳中心已有约 170 名患者接受了采用 RapidPlan 作计划设计的治疗。

  “我们看到,我们的患者从整体计划质量改善中获益:在大部分病例实现了更好的 OAR 保护和靶区剂量均匀性。” Khamphan 说道。“我们有若干令人瞩目的计划案例,在这些案例中,RapidPlan 不但提高了靶区覆盖率, OAR 保护也比计划者先前做的要好。计划质量以及效率的提升都让我们的医生印象深刻。实际上,如果医生观察到解剖变化,如肿瘤大小或体重减轻,可以迅速重新计划治疗。”

  医学物理部门主任 Robin Garcia 博士称,其团队的一些剂量师最初对 RapidPlan 可能影响工作曾表示过担忧。“实际上我们发现,RapidPlan 帮助我们节省下来的时间可用于更加复杂的病例,并且它也有助于减少计划人员的压力。”她说道。“由于我们在计划上花费的精力少了,我们可以抽出时间来研究其他方面,例如开发自适应程序。”


密歇根大学研究人员创建脊柱 SBRT RapidPlan 模型

  密歇根大学 (UM) 安娜堡分校医学院医学物理学家兼副教授 Martha Matuszak 博士在制定高质量放射治疗计划方面,提出了两个较大的挑战。“第一个挑战是确定治疗什么才能让患者获得最佳疗效。” 她说道,并指出目前的成像、分割、大数据和结果方面的研究正在努力解决这一问题。

  “确定治疗目标之后,接下来的挑战就是为患者创建尽可能最好的计划。” 她补充道。“你很难知道什么时候制定的计划最好,特别是在可能为最优的计划以及在限定时间和资源下达标的计划之间进行取舍时。”

  手动计划与 RapidPlan 计划对比Matuszak 也是密歇根大学放射肿瘤科的高级治疗计划主任,称其第一次听说 RapidPlan 时对此深表怀疑。“我原先认为,其充其量能够为常见人体部位创建简单的计划,但是对于复杂形状的部位则很难实现。看到这款软件的表现并创建我们的第一个内部模型之后,我对它的优秀的工作能力感到非常满意。”

  在瓦里安的资助下,Matuszak 主持了一项 RapidPlan 研究计划,通过立体定向体部放射治疗 (SBRT) 评估脊柱肿瘤治疗模型。在最终的期刊论文中,研究团队总结道:“RapidPlan 是一项强大的技术,它能够提高脊柱 SBRT 的计划效率,同时保持甚至可能改进不同计划者和治疗中心的计划质量及标准。”2

  Matuszak 及其研究团队也开发了一些其他部位的 RapidPlan 模型,并且已经将其中一些模型应用到临床实践中。结果表明,对于某些病例可完全实现自动化,另外一些病例需要计划者稍作调整。

  "作为模型创建和验证的一部分,我们已经使用一些模型创建了数百个计划。” Matuszak 说道。“在临床实践方面,我们才刚起步。到目前为止估计约有 50 个临床计划使用了 RapidPlan,治疗部位包括脊柱 SBRT VMAT、肝脏 SBRT IMRT/VMAT、头颈 VMAT和前列腺 IMRT。

  "良好设计的 RapidPlan 模型对治疗团队而言非常有价值,其有助于计划者创建高质量的计划,并快速完成计划过程。" Matuszak 说道。“对患者来说,这不仅意味着可能获得更好的治疗计划,同时也可以减少病情延误,还有可能改善疗效。”

 

1Wu H et al.  A dosimetric evaluation of knowledge-based VMAT planning with simultaneous-integrated-boosting for rectal cancer patients.  J Appl Clin Med Phys 2016 17(6) 78-85.

2Foya JJ et al. An analysis of knowledge-based planning for stereotactic body radiation therapy of the spine.  Practical Radiation Oncology

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注意:The RapidPlan™ 基于知识的计划设计及其模型并非旨在取代临床决策、提供医疗建议或支持任何具体的放射计划或治疗程序。在确定计划和实施放射治疗时,患者的医疗专家必须依靠个人专业的临床判断力,自行做出决定并为之负责。此外,该文章所有参与者均获得瓦里安医疗系统的RapidPlan™ 临床应用研究相关部门资助,正在计划或已在同行评审期刊中发表相关论文。