Image-based dosimetry for the optimization of liver radioembolization with 90Υ microspheres
Authors: Πλαχούρης Δημήτριος 
Published: March 2022

Ο καρκίνος του ήπατος είναι η έκτη πιο συχνή μορφή καρκίνου παγκοσμίως και παραμένει τρίτος σε κατάταξη θνησιμότητας. Καθώς η πιο αποτελεσματική μέθοδος αντιμετώπισης είναι η χειρουργική επέμβαση, η θρόμβωση της πυλαίας φλέβας η οποία συνοδεύει τον ηπατικό καρκίνο στην πλειοψηφία των περιπτώσεων αποτελεί αντένδειξη για χειρουργική επέμβαση και άλλες πιθανές μεθόδους θεραπείας (μεταμόσχευση, χημειοεμβολισμό). Σε αντίθεση, δεν υπάρχει κάποια αντένδειξη για την επιλογή του ραδιοεμβολισμού με μικροσφαιρίδια 90Υ ως μέθοδο θεραπείας. Ο 90Υ ραδιοεμβολισμός είναι μία σύγχρονη μορφή θεραπείας του ηπατικού καρκίνου η οποία βρίσκεται στο επίκεντρο της προσοχής της ιατρικής έρευνας λόγω των θεραπευτικής του αποτελεσματικότητας. Πρόκειται για μία υβριδική μέθοδο θεραπείας η οποία συνδυάζει στοιχεία εμβολισμού και βραχυθεραπείας για την απομόνωση και τοπική αντιμετώπιση του ηπατικού καρκίνου. Η τοπική αυτή αντιμετώπιση επιτυγχάνεται λόγω της διαφοροποίησης της αιματικής τροφοδοσίας του ηπατικού καρκίνου (80% - 100% της αιματικής τροφοδοσίας έχει αρτηριακή προέλευση) από τη κοινή τροφοδοσία του υγειούς ηπατικού ιστού (φλεβική προέλευση). Εκμεταλλευόμενοι αυτή τη διαφοροποίηση, μικροσφαιρίδια 90Υ χορηγούνται επιλεκτικά μέσω του αρτηριακού δικτύου στον καρκινικό ιστό. Αυτά τα μικροσφαιρίδια εμβολίζουν τα μικροαρτιρίδια τροφοδοσίας του καρκινικού ιστού (περιορισμός αιμάτωσης) και εναποθέτουν τοπικά θεραπευτική δόση (ηλεκτρονιακή εκπομπή 90Υ). Παρ’ όλα αυτά, το θεραπευτικό αποτέλεσμα της μεθόδου περιορίζεται από εμπειρικά δοσιμετρικά μοντέλα τα οποία βρίσκονται σε κλινική εφαρμογή επί του παρόντος. Το πιο σύγχρονο δοσιμετρικό μοντέλο « partition model » προσφέρει πιο εξατομικευμένη δοσιμετρία βασιζόμενο σε εκτίμηση της εναποτιθέμενης δόσης στα επιμέρους λοβίδια (partitions) του ήπατος. Ωστόσο η κατανομή των μικροσφαιριδίων θεωρείται λανθασμένος ομοιογενής. Χρησιμοποιώντας την ιατρική απεικόνιση της βιοκατανομής του υποκατάστατου 99mTc-MAA (διαθέσιμη από το απεικονιστικό πρωτόκολλο του ραδιοεμβολισμού) η βιοκατανομή του 90Υ μπορεί να προσεγγιστεί και αυτή η πληροφορία να εισαχθεί στο partition model στοχεύοντας σε πιο εξατομικευμένη θεραπεία. Ωστόσο, η χρήση του 99mΤc-MAA για την προσέγγιση της βιοκατανομής των μικροσφαιριδίων 90Υ είναι αμφιλεγόμενη, λόγω σημαντικών αποκλίσεων από κλινικές ενδείξεις, στη βιοκατανομή των δύο. Αυτές οι αποκλίσεις οφείλονται σε μορφολογικές διαφορές (πυκνότητα, μέγεθος, αριθμό σωματιδίων), σε διαφορές χορήγησης (απόκλιση στη τοποθέτηση καθετήρα χορήγησης) και σε απεικονιστικούς περιορισμούς (απεικονιστικός θόρυβος, μέθοδος ανακατασκευής). Η παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο «Ανάπτυξη υψηλής ακρίβειας image-based δοσιμετρίας για τη βελτιστοποίηση του ακτινοεμβολισμού του ήπατος με μικροσφαιρίδια 90Y» συνενώνει τεχνολογίες ιατρικής πληροφορικής, μοντελοποίησης, προσομοιώσεων και μηχανικής μάθησης. Αποσκοπεί αρχικά στη βελτιστοποίηση της εκτίμησης της θεραπευτικής δόσης που εναποθέτουν τα 90Υ μικροσφαιρίδια κατά τον ακτινοεμβολισμό του ήπατος με σκοπό την ανάπτυξη εξατομικευμένης δοσιμετρίας βασιζόμενοι σε προσομοιώσεις Monte Carlo. Το τρισδιάστατο δοσιμετρικό μοντέλο που αναπτύχθηκε βασίστηκε στη χρήση των DVK και δοκιμάστηκε σε δεδομένα 25 ασθενών (14 μετά-θεραπευτικές 90Y PET/CT σαρώσεις και 11 προ-θεραπευτικές 99mTc-MAA SPECT/CT σαρώσεις) και επικυρώθηκε έναντι άμεσων προσομοιώσεων MC. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης της μετρούμενης απορροφούμενης δόσης με τη χρήση των DVKs και της άμεσης προσομοίωσης MC έδειξαν μια μέση διαφορά της τάξεως του 1.07 ± 1.43% για το ήπαρ και 1.03 ± 1.21% για την περιοχή του όγκου, αντίστοιχα. Η μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ του μοντέλου μας που βασίζεται στη χρήση DVK και της πλήρους δοσιμετρίας MC παρατηρήθηκε για τον πνευμονικό ιστό (10.16 ± 1.20%). Έπειτα αξιοποιώντας κλινικά δεδομένα απεικονίσεως SPECT/CT και PET/CT για την απεικόνιση του 99mTc-MAA και 90Υ μικροσφαιριδίων αντιστοίχως, οι απεικονιστικοί παράγοντες διαφοροποίησης της βιοκατανομής των δύο ραδιοφαρμάκων να ελαχιστοποιηθούν χρησιμοποιώντας σύγχρονους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης. Για το σκοπό αυτό, αναπτύξαμε ένα μοντέλο βαθιάς μηχανικής εκμάθησης που εκπαιδεύτηκε χρησιμοποιώντας τα προαναφερθέντα δεδομένα 19 ασθενών. Η σύγκριση μεταξύ των πραγματικών και των προβλεπόμενων PET/CT σαρώσεων έδειξε μια μέση διαφορά απορροφούμενης δόσης 0.44% ± 1.64% και 5.42% ± 19.31% για το ήπαρ και την περιοχή του όγκου, αντίστοιχα. Οι μέσες διαφορές απορροφούμενης δόσης ήταν 0.03 ± 0.25 Gy και 7.98 ± 31.39 Gy για το υγιές ηπατικό παρέγχυμα και στην περιοχή του όγκου, αντίστοιχα.