Desarrollo de un algoritmo automatizado para la distribución de esferas de alta dosis en radioterapia basado en la técnica Lattice

Abstract

[ES] El tratamiento de tumores voluminosos mediante técnicas de radioterapia y dosis estándar se encuentra fuertemente limitado debido a que estas masas tumorales requieren de una dosis terapéutica superior, cuya distribución uniforme sobre el tumor objetivo deriva en un aumento de la toxicidad sobre los tejidos sanos circundantes e imposibilita el aprovechamiento de características propias del tumor como su heterogeneidad. Así pues, la radioterapia Lattice representa un cambio de paradigma, pues no se focaliza en la completa destrucción del volumen tumoral, sino que se fundamenta en una irradiación parcial heterogénea mediante la distribución de zonas de alta dosis, denominadas vértices, que se alternan con áreas de menor dosis. Como resultado de la muerte celular inmunogénica producida en los vértices se liberan antígenos y citoquinas inflamatorias que mejoran la activación de las células inmunes, minimizándose a su vez la radiación sobre posibles órganos de riesgo y pudiendo modularla en regiones del propio tumor como zonas hipóxicas poco radiosensibles o directamente áreas necróticas irreparables. Partiendo de archivos DICOM RT, que incluyen tanto imágenes de TAC como la segmentación de diferentes estructuras anatómicas de interés, se ha desarrollado el algoritmo Lattice. Esta herramienta automatiza la generación y distribución tridimensional de los vértices dentro del volumen tumoral en base a criterios previamente definidos por el Oncólogo Radioterápico, como el diámetro de los vértices, la separación entre sus centros o la distancia respecto al contorno de la estructura seleccionada. Además, permite eliminar esferas y modificar tanto su tamaño como su ubicación para evitar poner en riesgo órganos cercanos al tumor, ubicando así los vértices en la zona idónea del interior tumoral. Todo esto se integra en una interfaz gráfica de usuario ligera, manejable e interoperable de cara a que las esferas puedan ser cargadas como estructuras en cualquier planificador de radioterapia.

[CAT] El tractament de tumors voluminosos mitjançant tècniques de radioteràpia i dosi estàndard es troba fortament limitat pel fet que estes masses tumorals requerixen d'una dosi terapèutica superior, la distribució uniforme de la qual sobre el tumor objectiu deriva en un augment de la toxicitat sobre els teixits sans circumdants i impossibilita l'aprofitament de característiques pròpies del tumor com la seua heterogeneïtat. Així doncs, la radioteràpia Lattice representa un canvi de paradigma, perquè no es focalitza en la completa destrucció del volum tumoral, sinó que es fonamenta en una irradiació parcial heterogènia mitjançant la distribució de zones d'alta dosi, denominades vèrtexs, que s'alternen amb àrees de menor dosi. Com a resultat de la mort cel·lular inmunogénica produïda en els vèrtexs s'alliberen antígens i citocines inflamatòries que milloren l'activació de les cèl·lules immunes, minimitzant-se al seu torn la radiació sobre possibles òrgans de risc i podent modular-la en regions del propi tumor com a zones hipòxiques poc radiosensibles o directament àrees necròtiques irreparables. Partint d'arxius DICOM RT, que inclouen tant imatges de TAC com la segmentació de diferents estructures anatòmiques d'interés, s'ha desenvolupat l'algorisme Lattice. Esta ferramenta automatitza la generació i distribució tridimensional dels vèrtexs dins del volum tumoral sobre la base de criteris prèviament definits per l'Oncòleg Radioteràpic, com el diàmetre dels vèrtexs, la separació entre els seus centres o la distància respecte al contorn de l'estructura seleccionada. A més, permet eliminar esferes i modificar tant la seua grandària com la seua ubicació per a evitar posar en risc òrgans pròxims al tumor, situant així els vèrtexs en la zona idònia de l'interior tumoral. Tot això s'integra en una interfície gràfica d'usuari lleugera, manejable i interoperable de cara al fet que les esferes puguen ser carregades com a estructures en qualsevol planificador de radioteràpia.

[EN] The treatment of large tumors using standard radiotherapy techniques and standard doses is severely limited because these tumor masses require a higher therapeutic dose, whose uniform distribution over the target tumor results in increased toxicity to the surrounding healthy tissues and makes it impossible to take advantage of the tumor's own characteristics, such as its heterogeneity. Thus, Lattice radiotherapy represents a paradigm shift, since it does not focus on the complete destruction of the tumor volume, but is based on heterogeneous partial irradiation through the distribution of high-dose areas, called vertices, alternating with areas of lower doses. As a result of the immunogenic cell death produced in the vertices, antigens and inflammatory cytokines are released which enhance the activation of immune cells, minimizing radiation on possible organs at risk and modulating it in regions of the tumour itself such as hypoxic areas which are not very radiosensitive or directly in irreparable necrotic areas. Based on DICOM RT files, which include both CT images and the segmentation of different anatomical structures of interest, the Lattice algorithm has been developed. This tool automates the generation and three-dimensional distribution of the vertices within the tumor volume based on criteria previously defined by the radiation oncologist, such as the diameter of the vertices, the separation between their centers or the distance with respect to the contour of the selected structure. In addition, it allows for the elimination of spheres and the modification of their size and location to avoid endangering organs close to the tumour, thus placing the vertices in the ideal area inside the tumour. All this is integrated in a light, manageable and interoperable graphical user interface so that the spheres can be loaded as structures in any radiotherapy planner