Лучевая терапия обычно используется в качестве основного или дополнительного вида лечения опухолей головного мозга. Однако нейрокогнитивные нарушения, возникающие после облучения мозга, являются известной проблемой, ограничивающей применение метода. Способность ограничивать дозу облучения в областях мозга, связанных с когнитивными функциями, может помочь свести к минимуму их потерю и улучшить в конечном итоге долгосрочные результаты лечения и качество жизни пациентов.
Функциональная МРТ (fMRI) позволяет идентифицировать области мозга, чтобы целенаправленно защищать их во время лучевой терапии. Предыдущие исследования в этой области были направлены на ФМРТ визуализацию языковых и сенсорных сетей пациентов при выполнении ими определенных заданий. В настоящее время команда медицинского факультета Университета Мэриленда изучила возможность включения данных ФМРТ в состоянии покоя в планы лучевой терапии пациентов с первичными опухолями головного мозга (j. Med imaging radiat. Sci. 10.1016 / j.jmir.2018.09.003 ).
«ФМРТ в состоянии покоя позволяет собирать информацию о том, как функционирует мозг, не требуя от участников эксперимента выполнения заданий, с которыми они не могут справиться из-за ограниченных когнитивных способностей или из-за повышенной утомляемости больного, — объясняет первый автор исследования Чендлер Роудс. — Дополнительные преимущества этого метода включают в себя возможность визуализации нескольких сетей мозга (таких как речь, зрение, слух и память) за одно сканирование, длящееся 6–10 минут, а также — получение этой информации на стандартном МРТ сканере без допоборудования, необходимого для ФМРТ-сканирования с выполнением определенных заданий».
Найти и защитить
Роудс и его коллеги использовали ФМРТ в состоянии покоя для идентификации сети пассивного режима мозга (default mode network — DMN) — группы областей коры головного мозга, связанных с когнитивным функционированием. Повреждение этой нейронной сети может привести к снижению когнитивных способностей, и исследователи предполагают, что защита областей сети пассивного режима мозга во время облучения может минимизировать побочные эффекты, такие как потеря памяти.
Чтобы проверить это предположение, они ретроспективно включили данные ФМРТ из областей сетей пассивного режима мозга в планы лучевого терапии девяти пациентов с первичными опухолями головного мозга. Все пациенты ранее прошли стандартную лучевую терапию с использованием модулированной по интенсивности или конформной 3D лучевой терапии.
Для каждого участника, исследователи провели 3T МРТ, чтобы получить ФМРТ данные в состоянии покоя и структурные изображения. Они наложили ФМРТ сетей пассивного режима мозга на структурные изображения каждого отдельного человека, импортировали эти данные в систему планирования лечения и обрисовали контуры сетей пассивного режима мозга на КТ снимках, использующиеся для планирования лечения. Наконец, они разработали второй план лечения, который уменьшал дозу на сети пассивного режима мозга, сохраняя при этом дозу на запланированный целевой объем опухоли (planning target volume — PTV) и не увеличивая дозу на органы, подверженные риску (organs-at-risk — OARs).
Команда исследователей успешно получила ФМРТ карты сетей пассивного режима мозга и создала планы для защиты от воздействия облучения на эти области для всех участников. Во всех случаях новые планы снижали дозу на области мозга, связанные с когнитивным функционированием, по сравнению с стандартными планами лечения. В среднем планы защиты от воздействия облучения на сети пассивного режима мозга снижали максимальную дозу на 12 процентов, а среднюю дозу — на 20 процентов.
График: По вертикали объем в процентах, по горизонтали доза (сГр)
Красная кривая – сети пассивного режима мозга, определенные при помощи ФМРТ, синяя – запланированный объем мишени, фиолетовый – ствол головного мозга
Гистограммы «доза-объем» для представленного пациента, показывающие дозы на области сетей пассивного режима мозга, определенные при помощи ФМРТ, запланированный объем мишени и ствол головного мозга. Пунктирная линия — стандартный план лечения, а сплошная линия – план, включающий защиту от воздействия облучения на области сетей пассивного режима мозга. (печатается с разрешения : C Rhodes et al J. Med Imaging Radiat. Sci. 10.1016/j.jmir.2018.09.003)
Важно отметить, что эти снижения дозы были достигнуты без ущерба для дозового покрытия запланированного объема мишени и без значительного увеличения дозы в любом из органов в зоне риска: ствол головного мозга, спинной мозг, глазные линзы, сетчатка, слезные железы, улитка, зрительные нервы и зрительный хиазм. План, включающий защиту от воздействия облучения на сети пассивного режима мозга, также уменьшал дозу на ткани мозга, не относящиеся к запланированному объему мишени и к органам в зоне риска.
Потенциальные преимущества
Чтобы оценить относительные преимущества, с точки зрения сохранности когнитивной функции, для пациентов, получавших лечение по плану защиты от воздействия облучения на сети пассивного режима мозга, команда ученых использовала подход моделирования вероятности возникновения осложнений в нормальной ткани (normal tissue complication probability — NTCP). Многофакторный анализ показал, что возраст, история курения, гистология опухоли и объем сетей пассивного режима мозга, получающих 10 Гр (DNM10Gy), все были предикторами потери памяти.
Используя эти переменные, исследователи определили две модели логистической регрессии, которые успешно предсказывали потерю памяти: одну с возрастом и(DNM10Gy) в качестве переменных; и вторую с гистологией опухоли и DNM10Gy, в качестве переменных. Объединение этих двух моделей в расчет моделирования вероятности возникновения осложнений в нормальной ткани позволило им рассчитать вероятность развития потери памяти.
График: По вертикали — расчет моделирования вероятности возникновения осложнений в нормальной ткани, вызывающих потерю памяти
По горизонтали – объем ФМРТ сетей пассивного режима мозга, получающих 10 Гр
Синим: Стандартное лечение
Красным: План защиты от воздействия облучения на сети пассивного режима мозга, разработанный с использованием ФМРТ
Черным: Снижение на 10 процентов объема областей сетей пассивного режима мозга, получающих 10 Гр, определенных при помощи ФМРТ.
Оценка вероятности потери памяти с использованием моделирования вероятности возникновения осложнений в нормальной ткани как функции DNM10Gy с возрастом (A) и гистологией опухоли (B) в качестве переменных в моделях логистической регрессии. (печатается с разрешения: C Rhodes et al j. med imaging radiat. sci. 10.1016 / j.jmir.2018.09.003)
В среднем план защиты от воздействия облучения на сети пассивного режима мозга, определенные с помощью ФМРТ, снизил DNM10Gy с 50 до 40 процентов по сравнению со стандартным планом лечения. Для примера, это снижение дозы уменьшило вероятность развития потери памяти на 20 процентов для 50-летних пациентов и на 23 процента для пациентов с менингиомой.
Авторы пришли к выводу, что включение сетей пассивного режима мозга, определенных с помощью ФМРТ в состоянии покоя, в планы лучевой терапии возможно, и это может снизить дозу на сети пассивного режима мозга без существенного изменения дозы на запланированный объем мишени или на органы, подверженные риску. Этот подход может значительно снизить токсичность в областях мозга, связанных с когнитивной деятельностью.
Однако они предупреждают, что, поскольку потенциальные преимущества были оценены только с использованием моделей, исследование не доказывает, что снижение дозы на сети пассивного режима мозга действительно уменьшает снижение когнитивной деятельности, которое часто возникает после лучевой терапии. Они предполагают, что клиническое влияние этого снижения дозы на сети пассивного режима мозга должно быть дополнительно изучено в тщательно проведенном клиническом исследовании.
Команда также планирует проверить предложенный метод с помощью протонной терапии. «Поскольку у протонной терапии есть потенциал для обеспечения превосходного распределения дозы для защиты областей сетей пассивного режима мозга, определенных с помощью ФМРТ, наш подход может продемонстрировать еще больше преимуществ с использованием протонной терапии, — говорит соавтор исследования Говард Чжан. — Мы также планируем проспективное исследование, чтобы оценить эффективность включения функциональной визуализации в лучевую терапию с точки зрения эффективности лечения пациентов», — добавляет старший автор исследования Рао Гуллапалли.
На первом фото: (слева) Стандартный план лечения. (справа) План лечения с использованием ФМРТ для защиты от воздействия на сеть пассивного режима работы мозга.
Кривые изодоз для представленного пациента, сравнивающие распределение доз стандартного плана лечения и плана с использованием ФМРТ для защиты от воздействия на сеть пассивного режима работы мозга (опубликованы с разрешения : C Rhodes et al J. Med Imaging Radiat. Sci. 10.1016/j.jmir.2018.09.003)
Оригинал статьи можно прочитать здесь