Cyberangriffe auf Krankenhäuser können verheerende Auswirkungen haben, insbesondere für Radiologie- und Strahlentherapieabteilungen, deren Funktionsfähigkeit besonders auf Technologie angewiesen ist. Ein typisches Beispiel ist der landesweite Cyberangriff auf die öffentlichen Gesundheitsdienste Irlands im Mai 2021, der bei einigen Krebspatienten die geplante Strahlentherapie für bis zu 12 Tage unterbrach.
Nach diesem Vorfall haben Medizinphysiker an Universitätsklinikum Galway und für Nationale Universität von Irland Galway begann mit der Entwicklung eines internen Tools, das bei der Erstellung überarbeiteter Strahlentherapie-Behandlungspläne nach Unterbrechungen helfen soll. Das Tool – mit dem Namen EQD2VH – berechnet Behandlungsvergütungspläne und ermöglicht einen visuellen Vergleich aller Planoptionen sowie eine individuelle Analyse jeder Struktur im Plan eines Patienten. Die Forscher beschreiben das neue Softwaretool im Zeitschrift für angewandte klinische medizinische Physik.
Die Strahlentherapie wird am häufigsten über mehrere Wochen hinweg in einer Reihe kleiner Strahlendosen (üblicherweise 2 Gy), sogenannten Fraktionen, verabreicht. Ungeplante Behandlungslücken – sei es durch Cyberangriffe, Maschinenausfälle oder Erkrankungen von Patienten – können zu erheblichen Rückschlägen führen. Während solcher Lücken vermehren sich Krebszellen schnell wieder im Tumorgewebe, was zu einer Verringerung der radiobiologischen Dosis auf das Planungszielvolumen (PTV) führt.
Um dieses Problem anzugehen, hat EQD2VH verwendet Informationen aus dem Dosis-Volumen-Histogramm (DVH), die aus ursprünglichen Patientenplänen extrahiert wurden, um Behandlungslückenberechnungen durchzuführen. Die Hauptautorin Katie O'Shea von der National University of Ireland Galway und Kollegen erklären, dass die Software die physikalische Dosis in jedem Dosisbehälter (dem Dosisbereich zwischen Datenpunkten in einem DVH) in die biologisch wirksame Dosis (BED) umwandelt. Dies erklärt sowohl Repopulationseffekte im PTV als auch die Auswirkungen subletaler Schäden an nicht repariertem Normalgewebe in gefährdeten Organen (Organs-at-Risk, OARs).
Nachdem die BED-Umrechnung mithilfe einer Methode mit variabler Dosis geändert wurde, um Dosisschwankungen in jeder Struktur zu berücksichtigen, wandelt das Tool die BED für jede Struktur in die Äquivalentdosis in 2 Gy-Bruchteilen (EQD) um2). Dadurch wird jede Behandlung auf die konventionelle Fraktionierung normiert und es ist möglich, Pläne mit unterschiedlichen Fraktionierungsschemata zusammenzufassen. Der resultierende EQD2 -basiertes DVH bietet eine 2D-Darstellung der Auswirkungen von Strategien zum Ausgleich von Behandlungslücken auf die PTV- und OAR-Dosisverteilungen im Vergleich zum vorgeschriebenen Behandlungsplan.
Um EQD zu bewerten2VH als klinisches Entscheidungsinstrument wählten die Forscher fünf Patienten mit hoher Priorität und schnell wachsenden Tumoren aus, deren Behandlungslücken zwei Tage nicht überschreiten sollten. Dazu gehörten vier Patienten mit Kopf-Hals-Karzinomen, die sich einer intensitätsmodulierten Strahlentherapie unterzogen, und ein Lungenkrebspatient, der sich einer 3D-konformen Strahlentherapie unterzog, bei denen Behandlungslücken von 12 oder 13 Tagen auftraten. Diese Fälle ermöglichten es dem Team, den Einsatz von EQD zu bewerten2VH für Patienten mit konventioneller (2 Gy) und nichtkonventioneller (2.2 Gy) Fraktionierung und unterschiedlichen Behandlungslückenzeiten (von neun bis 46 Tagen nach Beginn ihrer Therapie).
Die überarbeiteten Behandlungspläne für jeden Patienten basierten auf den ursprünglichen Plänen, wobei entweder die Dosis pro Fraktion oder die Anzahl der Fraktionen geändert wurde. O'Shea erklärt, dass der überarbeitete Plan und Zeitplan jedes Patienten eine Kombination aus zweimal täglicher Fraktionierung, Wochenendbehandlungen und einer erhöhten Dosis auf das Zielvolumen vorsah, um die Auswirkungen der Zellrepopulation zu reduzieren.
Die Pläne beschränkten die Behandlung auf sechs Fraktionen pro Woche und schlossen eine zweimal tägliche Fraktionierung an aufeinanderfolgenden Tagen aus. Konnte die verordnete Behandlung nicht im erforderlichen Zeitrahmen abgeschlossen werden, untersuchten die Forscher Pläne mit Hypofraktionierung (Abgabe einer erhöhten Dosis pro Fraktion). Sie konnten verschiedene überarbeitete Pläne visuell und quantitativ mit dem ursprünglichen Plan des Patienten vergleichen, um zu bestimmen, welcher die beste Dosis an das PTV und die geringste Dosis an die OARs abgeben würde.
Die Forscher stellen fest, dass die 2D-Darstellung jeder einzelnen Struktur im EQD2VH bietet eine detailliertere Analyse als die vom Royal College of Radiologists (RCR) empfohlene 1D-Punktdosis-Berechnungsmethode, die derzeit zur Verwaltung von Strahlentherapielücken verwendet wird. Eine 1D-Darstellung der Dosisverteilung innerhalb eines Volumens berücksichtigt nicht, dass OARs typischerweise eine ungleichmäßige Dosisverteilung aufweisen und könnte die OAR-Dosis überschätzen. Darüber hinaus ist der EQD2Das VH-Tool kann Pläne für jede Behandlungslücke erstellen, während die RCR-Richtlinien auf einer Standardlücke von vier bis fünf Tagen basieren.
Zu den weiteren Vorteilen des neuen Tools gehört die Möglichkeit, jeden OAR im Plan des Patienten zu überwachen, um weitere Dosiserhöhungen zu minimieren, die zu akuteren Toxizitäten führen könnten. Benutzer können auch die Auswirkungen unterschiedlicher Behandlungslückendauern auf die Behandlung eines Patienten berechnen. Mithilfe dieser Funktion kann ermittelt werden, ob ein Patient in eine andere Klinik verlegt werden sollte, wenn die Lücke in der geplanten Klinik zu lang ist, oder ob der Patient sicher auf die Wiederaufnahme der Behandlung warten kann.
Wie hat sich COVID-19 auf die Bereitstellung von Strahlentherapie ausgewirkt?
EQD2VH kann auch Veränderungen in der Gesamtbehandlungszeit und subletale Schäden an normalem Gewebe verursachen, was mit einem kommerziellen System möglicherweise nicht möglich ist. Am wichtigsten ist, dass das Tool nicht mit dem Krankenhausnetzwerk verbunden sein muss, um zu funktionieren – es kann auch dann verwendet werden, wenn die Server eines Krankenhauses immer noch durch einen Cyberangriff lahmgelegt sind.
„Wir evaluieren EQD noch2VH als Entscheidungsinstrument“, sagt die leitende Forscherin Margaret Moore vom University Hospital Galway. „Es ist Teil eines aktuellen Projekts, bei dem Patienten untersucht werden, die mehrere Nachbehandlungen für palliative Regime erhalten, bei denen die Dosis pro Fraktion nicht dem Standard entspricht und bei denen möglicherweise eine Auswahl an Fraktionierungsschemata in Betracht gezogen werden muss. Konvertieren der Behandlungsdosis aus einer Reihe von Behandlungen mit unterschiedlichen Fraktionierungen in EQD2 ermöglicht die Akkumulation der radiobiologischen Dosis auf Zielgewebe und OARs für einen Gesamtdosisüberblick, der bei der Entscheidungsfindung für die Wahl der weiteren Behandlung hilfreich sein kann.“
