Beslutsfattande verktyg hjälper till att planera om strålbehandling efter en cyberattack

Cyberattacker på sjukhus kan ha en förödande effekt, särskilt för radiologi- och strålbehandlingsavdelningar som är särskilt beroende av att tekniken ska fungera. Ett exempel på detta är den rikstäckande cyberattacken mot Irlands offentliga hälsovård i maj 2021, som avbröt schemalagda strålbehandlingsbehandlingar för vissa cancerpatienter i upp till 12 dagar.

Efter denna incident, medicinska fysiker vid Universitetssjukhuset Galway och National University of Ireland Galway började utveckla ett internt verktyg för att hjälpa till att skapa reviderade strålbehandlingsplaner efter avbrott. Verktyget – döpt till EQD₂VH – beräknar behandlingskompensationsplaner och möjliggör visuell jämförelse av alla planalternativ, samt individuell analys av varje struktur i en patients plan. Forskarna beskriver det nya mjukvaruverktyget i Journal of Applied Clinical Medical Physics.

Strålbehandling ges oftast över flera veckor i en serie små stråldoser (vanligtvis 2 Gy) som kallas fraktioner. Oplanerade behandlingsluckor – oavsett om de beror på cyberattacker, maskinhaverier eller patientsjukdomar – kan orsaka betydande bakslag. Under sådana luckor återpopuleras cancerceller snabbt i tumörvävnad, vilket resulterar i en minskning av den radiobiologiska dosen till den planerade målvolymen (PTV).

För att lösa detta problem har EQD₂VH använder information om dos-volymhistogram (DVH) extraherad från ursprungliga patientplaner för att utföra beräkningar av behandlingsgap. Huvudförfattaren Katie O'Shea, från National University of Ireland Galway, och kollegor förklarar att programvaran omvandlar den fysiska dosen i varje dosfack (dosintervallet mellan datapunkter i en DVH) till den biologiskt effektiva dosen (BED). Detta står för både återpopulationseffekter i PTV och effekterna av subletal skada på oreparerad normal vävnad i riskorgan (OARs).

Efter att ha modifierat BED-konverteringen för att ta hänsyn till dosvariationer i varje struktur, med hjälp av en variabel dosmetod, omvandlar verktyget BED för varje struktur till motsvarande dos i 2 Gy-fraktioner (EQD₂). Detta normaliserar varje behandling till konventionell fraktionering och gör det möjligt att summera planer med olika fraktioneringssystem. Den resulterande EQD₂ -baserad DVH ger en 2D-representation av effekten av kompensationsstrategier för behandlingsgap på både PTV- och OAR-dosfördelningar, jämfört med den föreskrivna behandlingsplanen.

För att utvärdera EQD₂VH som ett kliniskt beslutsfattande verktyg valde forskarna ut fem högprioriterade patienter med snabbt växande tumörer vars behandlingsgap inte bör överstiga två dagar. Detta inkluderade fyra patienter med huvud- och halscancer som genomgick intensitetsmodulerad strålbehandling och en lungcancerpatient som genomgick 3D konform strålbehandling, som hade behandlingsluckor på 12 eller 13 dagar. Dessa fall gjorde det möjligt för teamet att utvärdera användningen av EQD₂VH för patienter med både konventionell (2 Gy) och icke-konventionell (2.2 Gy) fraktionering och olika behandlingsgaptider (från nio till 46 dagar in i behandlingen).

De reviderade behandlingsplanerna för varje patient baserades på deras ursprungliga planer med antingen dos-per-fraktion eller antal fraktioner ändrade. O'Shea förklarar att varje patients reviderade plan och schema använde en kombination av fraktionering två gånger dagligen, helgbehandlingar och ökad dos till målvolymen för att minska effekterna av cellåterpopulation.

Planerna begränsade behandlingen till sex fraktioner per vecka och uteslöt fraktionering två gånger dagligen under på varandra följande dagar. Om den föreskrivna behandlingen inte kunde slutföras inom den krävda tidsramen, undersökte forskarna planerna med hjälp av hypofraktionering (leverans av ökad dos per fraktion). De kunde visuellt och kvantitativt jämföra olika reviderade planer med patientens ursprungliga plan för att avgöra vilken som skulle ge den bästa dosen till PTV:n med den minsta dosen till OAR.

Forskarna noterar att 2D-representationen av varje enskild struktur i EQD₂VH ger en mer djupgående analys än Royal College of Radiologists (RCR) rekommenderade 1D-punktdosberäkningsmetod som för närvarande används för att hantera strålbehandlingsluckor. En 1D-representation av dosfördelning inom en volym tar inte hänsyn till OAR som vanligtvis har en ojämn dosfördelning och kan överskatta OAR-dosen. Dessutom har EQD₂VH-verktyget kan skapa planer för valfri längd av behandlingsgap, medan RCR-riktlinjerna är baserade på ett standardgap på fyra till fem dagar.

Ytterligare fördelar med det nya verktyget inkluderar möjligheten att övervaka varje OAR i patientens plan för att minimera ytterligare dosökningar som kan orsaka mer akuta toxiciteter. Användare kan också beräkna effekten av olika behandlingsavståndslängder på en patients behandling. Denna förmåga kan hjälpa till att avgöra om en patient ska flyttas till en annan klinik om gapet på den planerade kliniken är för långt eller om patienten säkert kan vänta på att behandlingen ska återupptas.

EQD₂VH kan också förklara förändringar i den totala behandlingstiden och subletala skador i normal vävnad, vilket ett kommersiellt system kanske inte kan göra. Viktigast av allt, verktyget behöver inte vara anslutet till sjukhusnätverket för att fungera – det kan användas även om ett sjukhuss servrar fortfarande är förlamade av en cyberattack.

"Vi utvärderar fortfarande EQD₂VH som ett beslutsfattande verktyg”, säger chefsutredare Margaret Moore från University Hospital Galway. "Det är en del av ett pågående projekt som granskar patienter som får flera ombehandlingar för palliativa regimer där dosen per fraktion inte är standard och där det kan finnas ett urval av fraktioneringssystem att överväga. Konvertering av behandlingsdos från ett antal behandlingar med olika fraktioneringar till EQD₂ gör att den radiobiologiska dosen till målvävnader och OAR kan ackumuleras för en övergripande dosöversikt, vilket kan hjälpa till med beslutsfattandet för valet av ytterligare behandling."