Meme kanseri tanılı hastalarda kardiyak atlas oluşturulması ve volüm çizme eğitiminin gözlemci içi ve gözlemciler arasındaki farklılıkların azaltılması üzerindeki etkisi
Development of A heart atlas and influance of deliniation education on reduction of intra-inter observer differences on patients with breast cancer
Yazar: MELTEM KIRLI
Danışman: PROF. DR. İLKNUR GÖRKEN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Onkoloji = Oncology
Dizin: Kalp = Heart ; Kardiyak volüm = Cardiac volume ; Meme neoplazmları = Breast neoplasms ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Radyoterapi = Radiotherapy

Özet:
Amaç: Meme kanserinde radyoterapi (RT) lokal kontrol ve sağkalım avantajı nedeniyle adjuvan tedavinin neredeyse vazgeçilmez bir komponentidir. Çalışmamızda adjuvan sol meme RT'si uygulanmış olgularda; planlama BT'sinde kardiyak volümlerin belirlenmesinde kullanılacak kardiyak atlas oluşturulmuş ve kardiyak volüm çizme eğitiminin gözlemciler içi ve arasındaki farklılıklara ve kardiyak doz verilerinin raporlanması üzerine etkisini değerlendirmek amaçlanmıştır.
Gereç ve Yöntem: Eylül 2014-Temmuz 2015 tarihleri arasında kliniğimizde sol memeye yönelik derin inspirasyonda soluk tutma yöntemi ile RT uygulanmış olan 16 hasta çalışmaya dahil edilmiştir. Çalışmada hastaların planlama BT görüntülerinde kalp ve kardiyak alt birimler (LAD, ana koroner arterler, atrium ve ventriküller) 8 gözlemci tarafından atlas eğitimi öncesinde konturlanmıştır. Çizim işlemi sonrasında hastalara tanjansiyel sol meme RT'si için sanal RT planları oluşturulmuştur. Atlas eğitimi öncesi çizimlerin ve planların tamamlanmasından sonra aynı çekim protokolü ile planlama BT görüntüleri elde edilmiş bağımsız bir hasta görüntüsü üzerinde bir radyolog ve radyasyon onkoloğu tarafından kardiyak atlas oluşturulmuştur. Tüm gözlemcilere kardiyak atlas eğitimi verilmesi ardından çizim işlemi aynı koşullarda tekrarlanmıştır. Bu sırada radyolog ve radyasyon onkoloğu tarafından her bir hastada kalp ve kardiyak alt birimlere ait volümler ayrıca çizilmiş olup bu volümler altın standart volüm olarak belirlenmiştir. Çizim işlemlerinin bitiminde hastaların RT alanları için yeniden doz hesabı yapılmıştır. Ayrıca altın standart volümlere ait planlar da oluşturulmuştur. Benzerlik analizleri Matlab® programından elde edilen 'Dice similarity coefficient' DSC ve 'Jaccard similarity coefficient' (JSC) ile yapılmıştır. Benzerlik oranları ve doz verilerinin normal dağılım göstermemesi nedeniyle statistiksel analiz Wilcoxon Signed-Rank testi kullanılarak yapılmıştır.
2
Bulgular: Çalışmamızda gözlemciler arası benzerlik indeksinde kardiyak atlas eğitimi ve kullanımı ile RCA hariç kalp ve kardiyak tüm alt birimlerde istatistiksel anlamlı artış gözlenmiştir(p<0,05). Altın standart çizim ile gözlemciler arası benzerlik oranında da atlas eğitimi ve kullanımı ile kalp ve kardiyak tüm alt birimlerde benzerlik indekslerinde artış gözlenmiştir. Bu artışın her iki benzerlik indeksi için sol atrium, bilateral ventriküller, LCA+LAD yapılarında istatistiksel anlamlılığa ulaştığı tespit edilmiştir (p<0,05). Sağ atriumda DSC indeksindeki artış anlamlılık sınırındadır (p=0,07). Sağ atrium ve RCA için atlas sonrası değerlerde istatistiksel anlamlı fark sadece JSC indeksinde görülmüştür. Kalp için atlas eğitimi ve kullanımı ile benzerlik indeksinde belirgin artış olmamıştır. Zaten çalışmamızda kalp için atlas öncesinde ve sonrasında elde edilen %94 benzerlik indeksi literatürdeki diğer çalışmalardan yüksek tespit edilmiştir. Gözlemciler içi karşılaştırmada kalp ve kardiyak her bir alt birim için gözlemciler içi benzerlik oldukça heterojen bir dağılım göstermekle birlikte gözlemcilerin çoğunun altın standarta daha benzer bir çizim yaptıkları görülmüştür. Atlas sonrası çizimlerde hacim olarak pek çok yapıda hacim açısından istatistiksel anlamlı artış görülmüştür. Çalışmamızda doz raporlamasındaki mutlak fark oranında atlas kullanımı ile maksimum dozlar için bilateral atriumlar, sağ ventrikül, LAD, LCA+LAD, RCA'da; mean doz değerleri için ise bilateral atriumlarda, sağ ventrikülde ve RCA'da istatistiksel anlamlı fark elde edilmiştir(p<0,05). Kalp ve sol ventrikül için atlas kullanımı ile benzerlik indeksinde anlamlı artış sağlanmış olsa da mutlak fark oranında maksimum ve mean dozlar için doz raporlamasına etki etmediği tespit edilmiştir. Çalışmamızda raporlamadaki maksimum dozlar için mutlak fark oranı atlas kullanımı ile LAD için %16,97'den %9,31'e (p=0,011); LCA+LAD için %14,78'ten %9,31'a (p=0,010) gerilemiştir. Mean dozlar için mutlak fark oranı atlas kullanımı ile LAD için %34,97'den'den %22,25'e'a (p=0,07); LCA+LAD için %32,36'dan %24,47'ye (p=0,056); RCA için %36,34'ten %31,97'ye (p=0,006) gerilemiştir. Sol meme RT'sinde alan kenarında ve/veya dışında olmasına rağmen atlas kullanımı, sağ ventrikül ve bilateral atriumlara ait maksimum ve mean dozun da daha tutarlı raporlanmasına katkıda bulunmuştur (p<0,05). RCA için maksimum doz raporlaması daha tutarsız bir hale gelmiştir (p=0,044).
Sonuç: Çalışmamızda sol meme RT'si için kliniğimizin BT çekim protokolüne özgü olarak geliştirilen kardiyak atlas eğitimi ve kullanımının, kalp ve kardiyak alt birimlerin çiziminde gözlemciler içi ve arası farklılığa nasıl etki ettiği araştırılmıştır. Sonuçlarında ise literatürle uyumlu olarak kalp ve kardiyak alt birimler için kardiyak atlas eğitimi ve kullanımının
3
gözlemciler içi ve arası farklılıkların azaltılmasına ve doz raporlamasında tutarlılığın artırılmasına katkıda bulunduğu tespit edilmiştir. Özellikle kalp hareketine bağlı artefaktlara bağlı görülme zorluğu ve küçük volümlü olmaları nedeniyle çizimleri zor olan koroner damarların konturlanmasındaki uyumun arttırılması için kardiyak atlas eğitiminin tekrarlanması gerekmektedir. Gelecekte oluşturulmuş kardiyak atlaslar eşliğinde çizilmiş kalp ve kardiyak alt birimlere ait doz ve volüm parametrelerini içerecek çok merkezli çalışmalar kalbin alan içine girdiği meme ve diğer toraks malignitelerinin RT'sinde oluşabilecek kardiyak mortalite ve morbiditenin daha iyi anlaşılmasında ve bunlara ait tolerans dozlarının oluşturulmasına hizmet edecektir.

Abstract:
Objective: Radiotherapy (RT) is an essential component of adjuvant treatment of breast cancer due to it's local control and survival advantage. In our study we have developed a heart atlas which can be used for cardiac structure deliniation in adjuvant left breast radiotherapy and intended to evaluate the influance of deliniation education on reduction of intra - inter observer differences and cardiac dose reporting.
Materials and Methods: The datas from 16 patients who received left breast RT with deep breath hold technique between September 2014 and July 2015 in Department of Radiation Oncology, Dokuz Eylul University were analyzed. Heart and cardiac substructures (LAD, main coronery arteries, bilateral atrium and ventricles) were delineated by 8 observers before the atlas education. After the first delineation RT tangential fields for left breast irradiation were created. And after completion the pre-atlas delineation an experienced radiologist and radiation oncologist developed the heart atlas on the planning CT images which taken according with the clinical protocol of an independent patient. The delineation is repeated by all observers after the cardiac atlas education in the same circumstances. In the meantime, the heart and substructure volumes which are deliniated for the each patient by the radiologist and radiation oncologist has been identified as the gold standard volume. At the end of the post-atlas deliniation dose calculation were repeated for the RT fields. In addiation the plans for the gold standart volumes were created. Analysis of the similarity was assessed by using DSC and JSC which was obtained from the Matlab®. Since the similarity rates and dose parametres were not normally distributed Wilcoxon Signed-Rank test was used for the statistical analysis.
Results: In this study the similarity index between observers was increased statisticaly significant after atlas education and usage except RCA (p < 0,05). Also the similarity index comparing the observers with the gold standard increased in heart and all subunits with atlas
5
education and usage. The increase for both similarity index in left atrium, bilateral ventricles, LCA+LAD has been found to reach statistical significance (p < 0,05). The increase for DSC index in right atrium was close to statistical significance (p = 0.07). The post-atlas similarity rates for the right atrium and RCA were only statistical significant in JSC index. There wasn't a significant increase in cardiac similarity index after training and use of the atlas. In our study we already obtained 94% of heart contour consistency, for not only pre-atlas but also post-atlas deliniation, which is higher than other studies in the literature. Although intra-observer similarity shows a quite heterogeneous distribution on comparison of heart and it's substructruces, most of the observers made a deliniation muc more similar to gold standard.
There was statisticaly significant increase for the volume parametres on the post-atlas delineation. In our study, absolute difference rate in dose reporting after usage of the cardiac atlas, was statistically different for bilateral atrium, right ventricle, LAD, LCA + LAD, RCA's maximum doses and bilateral atrium, right ventricle, and RCA's mean doses(p < 0,05). Altough there was a significant increase for heart and left ventricle similarity rates by usage of cardiac atlas, it does not affect the dose reporting consistency for the maximum and mean doses. In our study, the maximum dose reporting differences from the atlas decreased from 16,97% to 9.31% for LAD (p = 0,011); from 14,78% to 9.31% for LCA + LAD (p=0,010). The mean dose reporting differences from the atlas decreased from 34,97% to 22,25% for LAD (p = 0.07); from 32,36% to 24,47% for LCA+LAD (p=0,056); from 36,34% to 31,97% for RCA (p=0,006). The atlas usage was found to contribute to a more consisting dose reporting for maximum and the mean doses of bilateral atrium and right ventricle despite being on the edge and/or outside of the RT fields (p<0,05). The maximum dose reporting for RCA has become more inconsistent (p = 0.044).
Conclusion: In this study, it has been intended to evaluate the influance of deliniation education on reduction of intra - inter observer differences and cardiac dose reporting by using a clinic protocol spesific developed cardiac atlas for left breast RT. Cardiac atlas education and usage for deliniation heart and substructures, reduce the intra-inter observer differences and improves dose reporting consistency. Cardiac deliniation education must be repeated for increasing coronery artery deliniation consistency which is hard to draw and distinguish due to cardiac artefacts and small volumes. In the future, multicenter studies which will include the dose-volume parametres ,of not only breast cancer but also other toracal malignencies in which heart and it's substructure are organs at risk, of cardiac and it's
6
substructures by using this atlas may be helpful for understanding of cardiac mortality and morbidity and developing the substructure spesific dose volume constraints.