Vooruitstrevende online adaptieve radiotherapie bij bekkentumoren in Amsterdam UMC

De definitie van online adaptieve radiotherapie

“De definitie van adaptieve radiotherapie (ART) is niet voor iedereen hetzelfde”, legt Dr. Niek van Wieringen uit. “Binnen Amsterdam UMC passen we al een jaar of acht adaptieve radiotherapie toe. Wij doen dat op onze MRI-versnellers, maar ook met de ‘Library of Plans’ methode. Een mooi voorbeeld van dat laatste is de behandeling van blaastumoren. De blaas vult en leegt zich. Met Library of Plans scannen we de patiënt met lege en volle blaas, voorafgaand aan de behandeling en tekenen we die in. Vervolgens maken we per patiënt bijvoorbeeld vier plannen op basis van interpolaties van lege tot volle blaascontouren. Op de dag van behandeling maken we een Cone Beam CT scan, bekijken we welk plan het best past bij de situatie en vervolgens gebruiken we die voor de bestraling. Echter, deze twee CT scans die worden gemaakt zijn nog steeds enkel een snapshot van wat mogelijk is aan alle blaasposities en vormen en voorspellen niet alle mogelijke situaties.” “We wilden daarom graag voortborduren op deze Library of Plans methode”, vertelt Dr. Brian Balgobind, “en daar kwam Ethos dus om de hoek kijken. Daarmee kun je op basis van de CT-scan dagelijks een nieuw plan maken voor de situatie op dat moment. Dat is dus wat wij bij Amsterdam UMC onder CT-geleide online adaptieve radiotherapie verstaan.”

Gebruik van kunstmatige intelligentie (AI)

De online ART van Ethos therapy maakt gebruik van kunstmatige intelligentie, ook wel Artificial Intelligence (AI) genoemd. Hierbij modelleren computers intelligent gedrag met minimale menselijke tussenkomst (1) door middel van machine-learning algoritmes (2). Zo kan het systeem meer precisie en personalisatie bieden, met als doel om de tumor beter te raken, de dosis op gezond omliggend weefsel te reduceren en potentieel de algehele resultaten van de behandeling voor de patiënt te verbeteren (3). Terwijl de patiënt op de behandeltafel ligt, genereert Ethos contouren en aangepaste bestralingsplannen voor beoordeling door de arts of radiotherapeutisch laborant (RTT’er). “Dit helpt ons in het vergroten van het vertrouwen”, geeft Niek aan. “Mocht het systeem bijsturing nodig hebben, dan kunnen we alsnog zelf ingrijpen en intekenen.”

De klinische implementatie

Brian vertelt: “Ik ben vanaf het begin betrokken geweest bij de aanschaf en implementatie van de nieuwe toestellen voor Amsterdam UMC. Het eerste toestel hebben we geïnstalleerd toen de coronapandemie net was begonnen, waardoor we met veel factoren rekening moesten houden.” Niek vult aan: “Daarnaast was dit voor ons ook het eerste grote project dat we als Amsterdam UMC samen hebben opgepakt na de fusie van de afdelingen radiotherapie van het AMC en het VUmc in 2018. De eerste ervaringen waren spannend. Ik was blij dat we konden bouwen op heel veel ervaring met onze radiotherapeutisch laboranten. Die kijken bij deze patiëntengroepen al jaren naar de ligging van het doelgebied binnen de contouren van de planning op de Cone Beam CT scans. Nu komt er een stap bij waarbij ze ook zelf de contouren intekenen. We gingen er met veel vertrouwen in, omdat de kunstmatige intelligentie je helpt in het proces.”

De voor- en nadelen

De implementatie van zo’n innovatief systeem gaat gepaard met verschillende voor- en nadelen. “Het grootste voordeel is dat je dagelijks een nieuw plan hebt”, zegt Brian. “Daarmee krijg je potentieel een betere dekking van het tumorgebied en een lagere dosis in de organen.” “Ik verwacht zeker profijt voor patiënten met dag-tot-dag variatie in de anatomie”, vertelt Niek. “Met online ART hopen we op minder toxiciteit voor de patiënt, omdat de dosis per dag op de risico organen in theorie erg laag blijft.” Een ander voordeel van online adaptief- ten opzichte van adaptief bestralen is dat het systeem volledig geïntegreerd is met de workflow. Wel zouden de specialisten graag de snelheid van de berekening verbeterd zien. “Met name bij grote doelgebieden merken we in de praktijk dat er behoorlijk wat capaciteit nodig is om de berekening te maken en we kijken uit naar de volgende update van de systemen waarin dit is meegenomen”, aldus Brian.

Het rectum als eerste doelgebied
Amsterdam UMC is gestart met rectumbestralingen en de daaromheen liggende klieren. Niek en Brian gaan dieper in op deze keuze. Brian vertelt: “We hadden al Library of Plans voor het rectum en daar wilden we graag online adaptief aan toevoegen.” “Daarmee is het een pragmatische keuze geweest,” vult Niek aan. Het rectum is echter relatief groot, wat uitdagingen meebrengt. Niek legt uit: “Doordat het rectum zo groot is, kost het de AI veel tijd om de berekening te maken. Vervolgens controleren we het hele doelgebied en als het niet goed is, passen we het aan. We hadden in het begin ook kunnen kiezen voor grotere marges, maar dat hebben wij niet gedaan. Met Library of Plans hadden we al relatief kleine marges van 5mm en die wilden we niet verruimen. Het grote voordeel van beginnen met zo’n moeilijk doelgebied is dat het hierna alleen maar eenvoudiger wordt.”

Keuzes en afwegingen

Naast de keuze voor het eerste doelgebied, stond het radiotherapeutisch team ook voor de keuze van het gebruik van VMAT of IMRT. “We hebben besloten om VMAT plannen te maken”, vertelt Niek. “Dat was best een heel lastige keuze. Bij de eerste testresultaten in de emulator bleek dat de VMAT plannen sneller afgestraald konden worden dan de IMRT plannen. Dit scheelde wel een factor twee of drie (ongepubliceerde data Amsterdam UMC).” Brian legt uit: “Met IMRT ben je dus langer bezig met afstralen, maar de rekentijd is korter. Met name bij een gebied als de blaas is er niet alleen sprake van dag tot dag variatie, maar ook variatie tussen het begin en einde van de bestraling, omdat de blaas zich ook tijdens de behandeling kan vullen. Het is dus van belang dat we snel kunnen afstralen.” Zulke keuzes worden altijd goed overwogen en geëvalueerd. “We hebben binnen onze afdeling verschillende tumorwerkgroepen, waaronder de blaastumorwerkgroep. Daarnaast leren we ook van Varian en alle andere klinische centra die Ethos hebben”, vertelt Brian. Binnen Amsterdam UMC zijn ook verschillende studies gedaan naar de implementatie van CT-geleide online adaptieve radiotherapie bij bekkentumoren.

De vervolgstappen

Er worden al flink wat vervolgstappen besproken binnen de afdeling. “We nemen alle ervaringen die we tot nu hebben opgedaan mee naar nieuwe doelgebieden. Zo wordt het iedere keer eenvoudiger”, zegt Niek. “Het eerstvolgende nieuwe doelgebied zal de cervix zijn.” “Voor wat betreft onderzoek hebben we twee nieuwe studies lopen naar andere gebieden”, vertelt Brian: “een voor palliatieve radiotherapie en een andere voor mammatumoren. Bij de eerste wordt met name gekeken naar de logistiek en de patiëntervaring (4) en bij de tweede naar de meerwaarde van online adaptief voor het bestralen van mammatumoren. De resultaten van deze onderzoeken willen we dan ook weer graag implementeren in de kliniek.”

Vooruitstrevende plannen

Amsterdam UMC is als één van de eerste ziekenhuizen in Europa aan de slag gegaan met online ART. “Met online adaptieve bestraling bieden we als ziekenhuis weer een nieuwe mogelijkheid voor een betere bestraling voor de patiënt”, aldus Brian. “Het doel is om Ethos online adaptief te laten draaien tussen de andere toestellen. We willen hiermee een mainstream online adaptieve route creëren, zeker met de RTT-only workflow. Dat is echt vooruitstrevend.” Niek concludeert: “Met online adaptieve radiotherapie zijn we als ziekenhuis state-of-the-art bezig. Eerst waren we vooral bezig met het intensiveren van de beeldvorming op het toestel en zien wat je bestraalt. We konden indirect handelen op veranderingen in de anatomie. Nu acteren we direct op wat we zien op de scans nog voordat we de bestraling uitvoeren. Dat is een hele mooie stap als ziekenhuis.”

Belangrijkste punten implementatie online ART binnen Amsterdam UMC:

• Sinds 2020 zijn er 6 Ethos® therapy systemen in gebruik genomen door de afdeling radiotherapie in Amsterdam UMC. Deze toestellen maken gebruik van online adaptieve radiotherapie.
• Online adaptieve radiotherapie maakt planaanpassingen mogelijk voor dagelijkse variaties bij de patiënt.
• In 2021 zijn er landelijk 3498 en 7556 mensen gediagnosticeerd met respectievelijk rectum- en blaascarcinoom (5).
• Voor deze patiënten biedt de afdeling radiotherapie van Amsterdam UMC nu een vooruitstrevende bestralingsmogelijkheid met online adaptieve radiotherapie. Er zijn tot op heden 122 patiënten online adaptief bestraald op de Ethos versnellers.
• Er worden inmiddels ook al veel ervaringen opgedaan bij palliatieve radiotherapie en mammatumoren en de volgende stap is het bestralen van cervixtumoren.

Innovatief onderzoek

Innovatief onderzoek naar CT-geleide online adaptieve radiotherapie bij bekkentumoren in het Amsterdam UMC heeft aangetoond dat:

1. de hoge tumordekking bij Library of Plans voor rectumcarcinomen behouden blijft bij toepassing van online ART (4),
2. het bestraalde volume van het omliggende normale weefsel, zoals de blaas en darmen, significant wordt verlaagd (4),
3. onderzoekers online adaptieve radiotherapie bij rectumcarcinoom als een veelbelovende techniek zien om het bestraalde volume van omliggend weefsel te reduceren en dus toxiciteit te verlagen (5),
4. de duur per behandelsessie bij patiënten met blaascarcinoom omlaag gaat binnen de totale behandeling van een patiënt (6).