Control activ al respirației (ABC) Măsurarea și reducerea mișcărilor organelor induse de respirație ale toracelui
Control activ al respirației (ABC) Măsurarea și reducerea mișcărilor organelor induse de respirație în torace de către Aline Kientopf
Control activ al respirației (ABC) Măsurarea și reducerea mișcărilor organelor induse de respirație ale toracelui Disertație aprobată de Facultatea de Medicină din Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen pentru a obține diploma academică de doctor în medicină prezentată de Aline Kientopf de la Dortmund Reporter: Herr Universitätsprofessor Dr. med. Michael J. Eble Profesor Dr. med. Patrick Schauerte Ziua examenului oral: 2 decembrie 2009 Această disertație este disponibilă online pe site-ul bibliotecii universității.
Cuprins 1. Introducere p. 1 1.1 Context general p. 1 1.2 Conceptul volumului țintă p. 1 1.3 Incidența efectelor secundare în funcție de volumul iradiat p. 3 1.4 Reacție timpurie: pneumonită indusă radiogen p. 5 1.4.1 Dezvoltare, tablou clinic și curs p. 5 1.4.2 Clasificare p. 8 1.5 Reacție tardivă: fibroză pulmonară p. 9 1.5.1 Originea p. 9 1.5.2 Clinică și curs p. 10 1.5.3 Clasificare p. 10 1.6 Implementarea conceptului de volum țintă în planificarea tratamentului p. 13 1.6.1 Alinierea CTV și PTV p. 13 1.7 Obiective p. 15 2. Material și metode p. 16 2.1 Coordonator activ de respirație (ABC) - structura sistemului p. 16 2.1.2 Sistem tubular p. 17 2.1.3 Modul de control p. 19 2.1.4 Elemente de feedback p. 21 2.1.4.1 Ochelari video p. 21 2.1.4.2 Comutator de comandă p. 23 2.1.5 Aspectul camerei p. 23 2.1.6 Variabile măsurate (dispunerea ecranului) p. 24 2.1.7 Curba de respirație p. 25 2.1.8 Computer tomograf p. 23 27 2.1.9 Software Fusion p. 27 2.2 Pacienți p. 29 2.2.1 Poziționarea pacienților p. 30 2.2.2 Pregătirea pacientului nten p. 30 2.2.3 Abordarea investigațiilor p. 32 2.3 Variabile țintă p. 37 2.3.1 Repere evaluate p. 37 2.3.2 Reproductibilitate și aplicabilitate p. 39 2.3.3 Metode statistice p. 41
Bibliografie p. 68
Lista figurilor și tabelelor Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Reprezentarea grafică a conceptului de volum țintă de radioterapie Probabilitatea pneumonitei în funcție de volumul iradiat Dezvoltarea dependentă de doză a efectelor radiațiilor acute A: Severitate vs. Doza de radiații B: frecvență vs. Doza de radiații p. 3 p. 5 p. 7 Tabelul 1 Sisteme de clasificare a pneumonitei p. 8 Fig. 4 Dezvoltarea dependentă de doză a efectelor cronice ale radiațiilor p. 9 Tabelul 2 Criterii LENT-SOMA p. 11 Fig. 5 Dezvoltarea efectelor terapiei pulmonare p. 12 Fig. 6 Muștiuc cu Sistemul furtunului p. 18 Fig. 7 Structura sistemului p. 20 Fig. 8 Pacientul imobilizat în decubit dorsal p. 22 Fig. 9 Reprezentarea schematică a măștii de ecran p. 24 Fig. 10 Reprezentarea grafică a ciclului de respirație p. 26 Fig. 11 Mișcările organelor în timpul ciclului de respirație p 28 Fig. 12 Protocol pentru examinare p. 33 Fig. 13 Curba de respirație a pacientului, inspirație p. 34 Fig. 14 Blocarea respirației în faza de inspirație p. 35 Fig. 15 Curba de respirație a pacientului, expirație p. 36 Fig. 16 Blocarea Respirația în faza expiratorie p. 36 Fig. 17 Blocarea respirației în mijlocul respirației p. 37 Fig. 18 Suprapunerea imaginilor în direcțiile x, y și z pentru a determina deplasarea bifurcației traheale p. 39
Fig. 19 Tabelul 3 Fig. 20 Tabelul 4 diferite imagini CT ale unui pacient în timpul terapiei; Blocarea respirației după expirație, deplasarea medie în timpul expirației și cele două volume inspiratorii, pacientul cu atelectazie totală a plămânului stâng, deplasarea mediastinului în timpul respirației, deplasarea medie între prima și a doua imagini CT p. 40 p. 47 p. 48 p. 53
TD 5/5 TD50/5 TV UTP OMS direcție x/nivel y- direcție/nivel z- direcție/nivel Doză tolerabilă, 5% probabilitate de efecte radiologice relevante clinic în doza de toleranță de 5 ani, 50% probabilitate de efecte radiologice relevante clinic în 5 ani Tratat Volum Pereche răsucită neecranată Organizația Mondială a Sănătății direcție latero-laterală/nivel direcție ventro-dorsală/nivel direcție/nivel cranio-caudal
PTV GTV CTV TV Zona de răspândire a tumorii Volumul iradiat Fig. 1: Reprezentarea grafică a conceptului de volum țintă de radioterapie În rezumat, se poate spune că volumul țintei clinice (CTV) include volumul tumorii (GTV), CTV ținând cont și de zona tipică de răspândire a tumorii. O altă zonă de siguranță înconjoară volumul țintă de planificare (PTV), care în cel mai bun caz corespunde volumului tratat (TV). 1.3 Incidența efectelor secundare în funcție de volumul iradiat NTCP (Normal Tissue Complication Probability) reprezintă probabilitatea apariției efectelor secundare induse de radiații.În cazul iradierii proceselor intratoracice, incidența pneumonitei este de o importanță deosebită. Probabilitatea de așteptare este dependentă de doză și de caracteristicile obiective ale pacientului 3
prezintă modificări ale CT (Dörr, Efecte secundare în radioterapie, 2000, p. 165). Incidența pneumonitei după iradiere cu 20 Gy crește de la 4% la 37% (vezi Fig. 2) (2). Fig. 2: Probabilitatea pneumonitei în funcție de volumul iradiat (2). 1.4 Reacție timpurie: pneumonită indusă radiogen 1.4.1 Dezvoltare, simptome clinice și evoluția Faza de latență a pneumonitei (timpul de la sfârșitul radiației până la apariția simptomelor clinice) durează aproximativ patru până la opt săptămâni și este mai pronunțată și mai pronunțată cu cât Se aplică radiații și se expune mai mult țesut pulmonar (vezi Fig. 3: efecte acute de radiații) (2). Tabloul clinic al pneumonitei prin radiații se caracterizează prin febră, tuse neproductivă, insuficiență respiratorie și frecvență respiratorie crescută. Tipic 5
Constatări de auscultare. Zonele cu flux sanguin crescut sunt mai des afectate. Radiografic, se poate observa o compresie a țesutului pulmonar asemănător sticlei. Aceste modificări, care depășesc limitele fiziologice pulmonare, se dezvoltă de obicei în funcție de portalurile de radiații. Testul funcției pulmonare arată de obicei o scădere a capacității de difuzie a CO2. Cu toate acestea, amploarea disfuncției pulmonare depinde de starea volumului rămas, neiradiat. Pneumonita acută poate duce la creșterea îngustării vasculare, ceea ce poate duce la progresia dispneei. Al 6-lea
Consecințe radiații acute Nivel de severitate Doză mare Doză medie Doză mică Timp/săptămâni 100 Frecvență [%] Doză Fig. 3: Dezvoltarea dependentă de doză a efectelor radiațiilor acute: A: Severitate față de doza de radiații B: Frecvență versus doză de radiații (de la Dörr, W. P.11) 7
1.5 Reacție târzie: fibroză pulmonară 1.5.1 Dezvoltare Luni până la ani după iradiere, fibroza pulmonară poate apărea ca reacție tardivă. Severitatea manifestării crește odată cu nivelul dozei (vezi Fig. 4: efecte cronice ale radiațiilor) (2). Se poate dezvolta din pneumonita existentă, dar poate apărea și fără simptome clinice anterioare ale pneumonitei. Se dezvoltă în jurul zonelor inflamatorii induse radiologic și duce la o lărgire a căii de difuzie. Efecte ale radiațiilor cronice Doză mare Severitate Doză medie Doză mică Timp/doză Fig. 4: Dezvoltarea dependentă de doză a efectelor cronice ale radiațiilor (de la Dörr, W. Efecte secundare în oncologie radio, 2000, p.11) 9
1.5.2 Clinica și cursul Clinic, radiografia prezintă condens condensat. Țesutul poate fi, de asemenea, marcat și micșorat, astfel încât să pară mai mic decât câmpul original de radiații. În cursul cronic, dezvoltarea cor pulmonale cu insuficiență cardiacă dreaptă este importantă. În acest caz, radiografia arată, de asemenea, o mărire a umbrei inimii. Pleura poate fi, de asemenea, fibrotică; pot apărea și distelectazii și atelectazii. Este adesea prezentă o distensie compensatorie a plămânului rămas. Pacienții sunt asimptomatici respiratori numai atunci când funcția pulmonară rămasă este suficientă. Extinderea completă a fibrozei pulmonare indusă radiogen este de obicei atinsă după doi ani. 1.5.3 Clasificare Înregistrarea efectelor tardive asupra țesutului normal (LENT = efecte tardive asupra țesutului normal) diferențiază între patru grade de severitate: criteriile SOMA (Tabelul 2). S reprezintă criteriile subiective, O pentru criteriile obiective, M pentru măsurile terapeutice pentru efectele secundare și A pentru metodele de analiză și diagnostic pentru validarea efectelor secundare. 10
Un rezumat schematic al efectelor radiațiilor clinice și fiziopatologice asupra plămânilor este prezentat în Fig. 5. Dezvoltarea consecințelor terapiei pulmonare Durată cronică acută subacută cronică Deteriorare letală Deteriorare clinică Doză prag pulmonar Pneumonită Difuzie O2 Fibroză interstițială Cor pulmonar cronic Afectare subclinică Dispnee Tuse Fibroză segmentară Îngroșarea septurilor Fig. 5: Dezvoltarea reacțiilor pulmonare la radiații în timp (Dörr, efecte secundare în der Radiationonkologie, 2000, p. 49). Al 12-lea
2.1.2 Sistem tubular Pentru efectuarea studiului, subiectul testat primește un sistem tubular cu o piesă bucală prin care respiră în timpul scanării CT. O clemă pentru nas este concepută pentru a preveni respirația nazală și pentru a se asigura că toată respirația este prin muștiuc. Structura sistemului de tuburi este prezentată schematic în Fig. 6. Volumul de aer mișcat prin respirație trece mai întâi printr-un microfiltru printr-un tub flexibil de plastic. O roată de turbină interpusă direcționează fluxul de aer prin sistemul de conducte. Fluxul de aer prin turbină generează o rotație dependentă de flux a roții turbinei. Această mișcare rotativă este înregistrată de un detector. Numărul și direcția de rotație sunt readuse la un modul de control și convertite la o măsurare a volumului. În sistemul de conducte din aval există o supapă cu balon care etanșează complet lumenul conductei atunci când este umflată și activată, astfel încât fluxul de maree al fluxului să fie împiedicat atât în direcția inspiratorie, cât și în cea expiratorie, adică respirația este oprită. 17
Fig. 6: Muștiuc cu sistem de furtun (modificat din Manualul operatorului coordonatorului de respirație activă, 2001, pp. 2-5) (1) Muștiuc (2) Membrană filtrantă (3) Piesa de conectare (4) Linie cu roată de turbină, traductor (5) Dispozitiv de susținere (6) ) Conector pentru supapa cu balon (7) Supapa cu balon (8) Clema pentru nas 18
2.1.3 Modulul de control Fig. 7 prezintă interconectarea componentelor individuale. Sistemul ABC este pornit și oprit prin intermediul modulului de comandă. Un comutator de comutare este situat pentru aceasta, ca și pentru toate celelalte intrări și ieșiri, pe partea din spate a componentei. Alimentarea principală este furnizată și printr-o conexiune CA instalată în spate. Sistemul respirator al pacientului este, de asemenea, controlat de modulul de control. Componenta roții turbinei este conectată la modul printr-un cablu pentru a detecta debitul de volum și a-l evalua în funcție de volum și direcția de curgere. Supapa cu balon din sistemul de tuburi este conectată la dispozitivul de comandă printr-un furtun. Comenzile de reținere a respirației inițiate de computerul examinatorului sunt implementate de modulul de control prin curgerea aerului în balon prin furtunul conectat, umflarea acestuia și etanșarea sistemului de țevi. Un cablu RS-232 conectează modulul de comandă la receptor, care la rândul său este conectat la un transmițător printr-un cablu UTP. Transmițătorul și PC-ul sunt conectate în rețea prin intermediul unui RS-232 și a unui cablu standard. 19
Comutator de comandă paralelă Cablu de alimentare Sursă de alimentare Traductor de turbină Prindere Ansamblu Valvă cu balon RS-232 Cablu serial Transductor Cablu Modul de comandă Balon Tub cu supapă Monitorizare feedback pacient Sursă de alimentare Cablu de alimentare Categoria 5, Cablu UTP
Receptor Sursă de alimentare Cablu de alimentare Consola camerei Tratament Transmițător RS 232 Cablu serial Cablu personalizat Control cablu de alimentare pentru computer Cablu de alimentare Fig. 7: Structura sistemului (modificat din Manualul operatorului coordonatorului de respirație activă, 2001, p. 3-9) 20
Fig. 8: Pacient imobilizat în decubit dorsal A = ochelari video pentru vizualizarea curbei debitului volumului mareelor 22
2.1.6 Variabile măsurate (dispunerea ecranului) Fig. 9: Reprezentarea schematică a măștii de ecran Variabilele măsurate sunt împărțite în mai multe ferestre pe ecranul software-ului de control, care afișează diferite setări de sistem care pot fi selectate pentru pacientul respectiv. Fig. 9 arată acest lucru într-o reprezentare simplificată schematic. În mijlocul interfeței cu utilizatorul puteți vedea curba de debit volumetric afișată grafic a aerului de respirație care curge prin traductor în funcție de timp. Axa y arată volumul mareei pacientului în litri. Axa x arată secvența cronologică în 24
Fig. 10: reprezentare grafică a ciclului de respirație (curbă albastră = respirație normală, curbă roșie = gâfâit); Volume predeterminate pentru blocarea respirației: E. = expirație, I. = inspirație, S.B. = Respirație gâfâitoare Volumul la care respirația este oprită trebuie stabilit în cadrul unei sesiuni de antrenament anterioare cu pacientul (vezi mai jos) Durata întreruperii respirației reprezintă timpul pentru care pacientul este rugat să nu mai respire în timpul înregistrărilor. Ora respectivă a blocării, deoarece este vizibilă și pentru pacient în colțul din dreapta jos al imaginii, se numără înapoi la zero de la începutul întreruperii. După această perioadă, respirația este activată din nou. Întreruperea respirației poate avea loc atât în inspirație, cât și în expirație. Selecția se face prin modul de declanșare din meniul derulant. 26
2.1.8 Tomograf computerizat Fiecare pacient primește imagini CT în spirală. Pentru aceasta se folosește computer tomograful Somatom Emotion (Erlangen, Germania). Acest dispozitiv durează o secundă pe rotație. Deoarece o durată mai lungă de reținere a respirației (> 35 secunde) a fost slab tolerată de majoritatea pacienților, a fost aleasă o grosime a feliei și o distanță de felie de 8 mm pentru înregistrări. Acest lucru asigură un timp total al înregistrărilor individuale ale întregului torace de 25-35 de secunde. Imagini ale toracelui sunt realizate în fiecare caz în diferite poziții de respirație. Poziția pacientului nu este modificată și înregistrările sunt întotdeauna pornite din aceeași poziție a tabelului, astfel încât înregistrările CT se fac întotdeauna din aceeași poziție de plecare. 2.1.9 Software de fuziune Extinderea mișcărilor de organe este măsurată utilizând software-ul de fuziune a imaginilor (Hermes; Nuclear Diagnostics AB, Stockholm, Suedia). O fuziune liniară manuală a fost efectuată pas cu pas pe baza unor repere diferite (interval pas/pixel = 0,975 mm) (vezi Fig. 11). 27
Fig. 11: Mișcările organelor în timpul ciclului de respirație. La trecerea de la inspirația normală la respirația superficială, pacientul prezintă o schimbare a mecanismului de respirație (inițial respirație diafragmatică, cu respirație superficială, respirație toracică) A: Expirație B: Fuziune de expirație și inspirație C: Fuziune de expirație și respirație superficială 28
Informații despre setarea pentru iradiere sub controlul respirației în sistemul de poziționare stereotactică Nume. Diagnostic. ID. Volumul țintă. Ajutoare pentru poziționare. Volumul respirației: inspirație 1a. l /. Data, 1b. l /. Data 2a. l /. Data, 2b. l /. Data expirării 1a. l /. Data, 1b. l /. Data 2a. l /. Data, 2b. l /. Data gâfâirii 1a. l /. Data, 1b. l /. Data 2a. l /. Data, 2b. l /. Data Fig. 12: Protocol pentru examinare Între înregistrările individuale, pacientul a avut întotdeauna timp să-și recapete respirația confortabilă, să permită dispneei să dispară și să compenseze orice deficit respirator. Începutul examinării: pacientul a primit mai întâi ochelarii video, piesa bucală și clema pentru nas și i sa cerut să observe respirația prin tub sub forma curbei. Subiectului testului i s-a dat apoi comutatorul de comandă și a fost instruit să-l țină apăsat definitiv pentru a-i arăta examinatorului că este pregătit să înceapă sesiunea. Pacientul a fost instruit să elibereze comutatorul imediat dacă se simte inconfortabil sau are nevoie de ajutor. Realizarea unei respirații calme: Pacientul a primit comanda de a-și asuma o respirație normală și calmă (vezi. Fig. 13). 33
Fig. 13: Curba de respirație a pacientului; Linia verde marchează volumul selectat pentru a bloca respirația în timpul inspirației. Blocarea respirației în timpul inspirației: Odată ce subiectul testat a realizat acest lucru, examinatorul a activat sistemul apăsând bara de spațiu. În modul activat, a apărut o bară verde la nivelul volumului de blocare a respirației selectat. După câteva cicluri de respirație, pacientul a fost rugat să respire în această zonă verde (vezi Fig. 14). Ca rezultat, respirația nu mai era posibilă, deoarece supapa cu balon închidea complet lumenul tubului când era acum umflat. Blocarea respirației poate fi eliberată din nou numai atunci când pacientul eliberează comutatorul de control sau examinatorul apasă bara de spațiu. În acest caz, zona verde ar fi fost eliminată de pe afișaj. În caz contrar, întreruperea respirației se termină automat după timpul de arestare introdus anterior. 34
Fig. 14: Respirația blocată în timpul fazei de inspirație (bară verde), aici pentru o perioadă de 17 secunde. Înainte ca pacientul să repete examinarea, i s-a acordat suficient timp pentru a reveni la respirația normală. Înregistrări în timpul expirării: După două cicluri de blocare a respirației în faza de inspirație, au urmat înregistrările pentru expirare. Fig. 15/16 arată acest lucru cu un exemplu. 35
Fig. 15: Curba de respirație a pacientului; linia verde marchează volumul selectat pentru a bloca respirația după expirație. Fig. 16: Blocarea respirației în timpul fazei de expirație (bară verde) Ultimele înregistrări au fost făcute în poziția de mijloc (vezi Fig. 17). 36
Fig. 17: Blocarea respirației în mijlocul respirației (respirație dificilă) 2.3 Variabile țintă 2.3.1 Repere evaluate Măsurările deplasărilor organelor au fost făcute prin fuziune liniară. Un exemplu de fuziune liniară a bifurcației traheei este prezentat în Fig. 18. Am selectat următoarele repere care urmează să fie comparate: 1. cupolele diafragmatice de pe ambele părți, 2. vârfurile pulmonare pe ambele părți și 3. bifurcația traheală. Abaterile din timpul respirației au fost determinate pentru toate cele trei niveluri: direcția x = latero-laterală, direcția y = ventro-dorsală și direcția z = canio-caudală. 37