Активен контрол на дишането (ABC) Измерване и намаляване на дихателните движения на органите на гръдния кош
Активен контрол на дишането (ABC) Измерване и намаляване на индуцираните от дъха движения на органите в гръдния кош от Aline Kientopf
Активен контрол на дишането (ABC) Измерване и намаляване на предизвиканите от дъха движения на органите на гръдния кош.Дисертация, одобрена от Медицинския факултет на Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen за придобиване на академична степен на доктор по медицина, представена от Aline Kientopf от Дортмунд Репортер: Herr Universitätsprofessor Dr. мед. Michael J. Eble професор д-р мед. Ден на устния изпит на Патрик Шауерте: 2 декември 2009 г. Тази дисертация е достъпна онлайн на уебсайта на университетската библиотека.
Съдържание 1. Въведение стр. 1 1.1 Обща справка стр. 1 1.2 Концепция за целевия обем стр. 1 1.3 Честота на страничните ефекти в зависимост от облъчения обем стр. 3 1.4 Ранна реакция: радиогенно индуциран пневмонит стр. 5 1.4.1 Развитие, клинична картина и протичане стр. 5 1.4.2 Класификация стр. 8 1.5 Късна реакция: белодробна фиброза стр. 9 1.5.1 Произход стр. 9 1.5.2 Клиника и курс стр. 10 1.5.3 Класификация стр. 10 1.6 Прилагане на концепцията за целевия обем в планирането на лечението стр. 13 1.6.1 Подравняване на CTV и PTV стр. 13 1.7 Цели стр. 15 2. Материал и методи стр. 16 2.1 Активен координатор на дишането (ABC) - структурна система стр. 16 2.1.2 Тръбна система стр. 17 2.1.3 Контролен модул стр. 19 2.1.4 Елементи за обратна връзка стр. 21 2.1.4.1 Видео очила стр. 21 2.1.4.2 Превключвател за управление стр. 23 2.1.5 Разположение на стаята стр. 23 2.1.6 Измерени променливи (оформление на екрана) стр. 24 2.1.7 Крива на дишане стр. 25 2.1.8 Компютърен томограф стр. 27 2.1.9 Fusion софтуер стр. 27 2.2 Пациенти стр. 29 2.2.1 Позициониране на пациентите стр. 30 2.2.2 Подготовка на пациента nten стр. 30 2.2.3 Процедура за разследванията стр. 32 2.3 Целеви параметри стр. 37 2.3.1 Оценени ориентири стр. 37 2.3.2 Възпроизводимост и приложимост стр. 39 2.3.3 Статистически методи стр. 41
Библиография стр. 68
Списък на фигури и таблици Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 3 Графично представяне на концепцията за целевия обем на лъчетерапията Вероятност на пневмонита като функция от облъчения обем Дозозависимо развитие на остри радиационни ефекти A: Тежест срещу Доза радиация B: честота срещу Доза на облъчване стр. 3 стр. 5 стр. 7 Таблица 1 Системи за класификация на пневмонита стр. 8 Фиг. 4 Дозозависимо развитие на хронични лъчеви ефекти стр. 9 Таблица 2 Критерии LENT-SOMA стр. 11 Фиг. 5 Развитие на ефекти от белодробната терапия стр. 12 Фиг. 6 Мундщук с Система маркуч стр. 18 Фиг. 7 Структура на системата стр. 20 Фиг. 8 Пациент, имобилизиран в легнало положение стр. 22 Фиг. 9 Схематично представяне на екранната маска стр. 24 Фиг. 10 Графично представяне на дихателния цикъл стр. 26 Фиг. 11 Движения на органи по време на дихателния цикъл p 28 Фиг. 12 Протокол за изследване стр. 33 Фиг. 13 Крива на дишане на пациента, вдъхновение стр. 34 Фиг. 14 Блокиране на дишането във фазата на вдишване стр. 35 Фиг. 15 Крива на дишане на пациента, издишване стр. 36 Фиг. 16 Блокиране на Дишане във фазата на издишване стр. 36 Фиг. 17 Блокиране на дишането в средата на дишането стр. 37 Фиг. 18 Наслагване на изображения в посоки x, y и z за определяне на изместването на бифуркацията на трахеята стр. 39
Фиг. 19 Таблица 3 Фиг. 20 Таблица 4 различни CT изображения на пациент по време на терапията; Заключване на дишането след издишване, средно изместване по време на издишване и двата инспираторни обема, пациент с тотална ателектаза на левия бял дроб, изместване на медиастинума по време на дишане, средно изместване между първи и втори CT изображения стр. 40 стр. 47 стр. 48 стр. 53
TD 5/5 TD50/5 TV UTP СЗО x- посока/ниво y- посока/ниво z- посока/ниво Допустима доза, 5% вероятност от клинично значими радиационни ефекти след 5 години толерантна доза, 50% вероятност от клинично значими радиационни ефекти за 5 години Лечение Обем неекранирана усукана двойка Световна здравна организация странично-странично направление/ниво вентро-гръбна посока/ниво кранио-каудална посока/ниво
PTV GTV CTV TV Област на разпространение на тумора Облъчен обем Фиг. 1: Графично представяне на концепцията за целевия обем на радиотерапията В обобщение може да се каже, че клиничният целеви обем (CTV) включва обема на тумора (GTV), като CTV също взема предвид типичната зона на разпространение на тумора. Друга зона за безопасност затваря целевия обем за планиране (PTV), който в най-добрия случай съответства на обработения обем (TV). 1.3 Честота на страничните ефекти в зависимост от обемния обем NTCP (Normal Tissue Complication Probability) представлява вероятността за поява на радиационно-индуцирани странични ефекти.В случай на облъчване на вътрегрудни процеси, честотата на пневмонит е от особено значение. Очакваната вероятност зависи от дозата и зависи от обективните характеристики на пациента 3
показват промени в КТ (Dörr, Странични ефекти при радиационна онкология, 2000, стр. 165). Честотата на пневмонит след облъчване с 20 Gy се увеличава от 4% на 37% (вж. Фиг. 2) (2). Фиг. 2: Вероятност за пневмонит като функция на облъчения обем (2). 1.4 Ранна реакция: индуциран от радиогени пневмонит Прилага се лъчение и се излага повече белодробна тъкан (вж. Фиг. 3: остри радиационни ефекти) (2). Клиничната картина на радиационния пневмонит се характеризира с висока температура, непродуктивна кашлица, дихателна недостатъчност и повишена честота на дишане. Типично 5
Находки от аускултацията. По-често се засягат райони с повишен кръвен поток. Рентгенологично може да се види матирано стъклоподобно компресиране на белодробната тъкан. Тези промени, които надвишават физиологичните белодробни граници, обикновено се развиват според лъчевите портали. Тестът за белодробната функция обикновено показва намаляване на способността за дифузия на CO2. Степента на белодробната дисфункция обаче зависи от състоянието на останалия, необлъчен обем. Острият пневмонит може да доведе до увеличаване на съдовото стесняване, което може да доведе до прогресия на диспнея. 6-то
Остри радиационни ефекти Тежест Висока доза Средна доза Ниска доза Време/седмици 100 Честота [%] Доза Фиг. 3: Дозозависимо развитие на остри радиационни ефекти: A: Тежест спрямо доза радиация B: Честота спрямо доза радиация (от Dörr, W. Странични ефекти в радиоонкологията, 2000, С.11) 7
1.5 Късна реакция: белодробна фиброза 1.5.1 Развитие Месеци до години след облъчването, белодробната фиброза може да настъпи като късна реакция. Тежестта на проявата се увеличава с нивото на дозата (вж. Фиг. 4: хронични лъчеви ефекти) (2). Може да се развие от съществуващ пневмонит, но може да се появи и без предварителни клинични симптоми на пневмонит. Той се развива около радиогенно индуцирани, възпалителни области и води до разширяване на дифузионния път. Хронични лъчеви ефекти Висока доза Тежест Средна доза Ниска доза Време/доза Фиг. 4: Дозозависимо развитие на хронични лъчеви ефекти (от Dörr, W. Странични ефекти в радиоонкологията, 2000, стр. 11) 9
1.5.2 Клиника и курс Клинично, рентгеновата снимка показва ивична кондензация. Тъканта също може да бъде белязана и свита, така че да изглежда по-малка от първоначалното радиационно поле. При хроничния ход е важно развитието на cor pulmonale с дясна сърдечна недостатъчност. В този случай рентгенографията също показва увеличение на сърдечната сянка. Плеврата също може да бъде фиброзна и могат да възникнат дистелектази и ателектази. Често е налице компенсаторно разтягане на останалия бял дроб. Пациентите са респираторни асимптоматични само когато оставащата белодробна функция е достатъчна. Пълният обхват на радиогенно индуцираната белодробна фиброза обикновено се достига след две години. 1.5.3 Класификация Записването на късни ефекти върху нормалната тъкан (LENT = късни ефекти нормална тъкан) прави разлика между четири степени на тежест: критериите SOMA (Таблица 2). S означава субективни критерии, O обективни критерии, M терапевтични мерки за странични ефекти и A анализ и диагностични методи за валидиране на страничните ефекти. 10
Схематично обобщение на клиничните и патофизиологичните лъчеви ефекти върху белите дробове е показано на фиг. 5. Развитие на последствията от белодробната терапия Време ход остър подостър хроничен късен Смъртоносно увреждане Клинично увреждане Белодробна прагова доза Пневмонит O2 дифузия Интерстициална фиброза Хронична кор пулмонална Субклинично увреждане Диспнея Кашлица Сегментарна фиброза Удебеляване на преградите Фиг. 5: Развитие на белодробни реакции към радиация във времето (Dörr, странични ефекти при der Radiationonkologie, 2000, стр. 49). 12
2.1.2 Тръбна система За провеждане на изследването, изпитваното лице получава тръбна система с мундщук, през който диша по време на CT сканиране. Щипката за нос е проектирана да предотвратява назалното дишане и да гарантира, че цялото дишане е през мундщука. Структурата на тръбната система е показана схематично на фиг. 6. Обемът на въздуха, движен от дишането, първо преминава през микрофилтър през гъвкава пластмасова тръба. Включено турбинно колело насочва въздушния поток през тръбната система. Въздушният поток през турбината генерира зависимо от потока въртене на турбинното колело. Това въртеливо движение се записва от детектор. Броят и посоката на въртене се връщат обратно към контролен модул и се преобразуват в измерване на обема. В тръбната система надолу по веригата има балонен клапан, който напълно уплътнява лумена на тръбата, когато се надува и активира, така че притокът на дихателен обем се предотвратява както в посока на вдишване, така и на издишване, т.е.дишането се спира. 17-ти
Фиг. 6: Мундщук със система от маркуч (модифициран от Ръководство на оператора за активно дишане, 2001, стр. 2-5) (1) Мундщук (2) Филтърна мембрана (3) Свързващ елемент (4) Линия с турбинно колело, преобразувател (5) Задържащо устройство (6 ) Съединител за балонен клапан (7) Балонен клапан (8) Щипка за нос 18
2.1.3 Модул за управление Фиг. 7 показва взаимосвързаността на отделните компоненти. Системата ABC се включва и изключва чрез контролния модул. Превключвател е разположен за това, както и за всички други входове и изходи, на гърба на компонента. Основното захранване също се осигурява чрез AC връзка, инсталирана отзад. Дихателната система на пациента също се контролира от контролния модул. Компонентът на турбинното колело е свързан към модула чрез кабел, за да открие обемния поток и да го оцени по отношение на обема и посоката на потока. Балонният клапан в тръбната система е свързан към управляващото устройство чрез маркуч. Командите за задържане на дъха, инициирани от компютъра на проверяващия, се изпълняват от управляващия модул чрез вливане на въздух в балона през свързания маркуч, надуването му и запечатване на тръбната система. RS-232 кабел свързва контролния модул с приемника, който от своя страна е свързан към предавател чрез UTP кабел. Предавателят и компютърът са свързани помежду си чрез RS-232 и стандартен кабел. 19-ти
Превключвател за паралелно управление Захранващ кабел Захранващ турбинен преобразувател Вземете монтажен балонен клапан RS-232 Сериен кабел Датчик за кабел Контролен модул Балонен клапан Тръби за обратна връзка на пациента Монитор Захранващ кабел Категория 5, UTP кабел
Захранващ кабел на приемника Захранващ кабел за стая за обработка на конзола Предавател RS 232 Сериен кабел Персонализиран кабелен контрол Компютърно захранване Захранващ кабел Фиг. 7: Структура на системата (модифицирана от Ръководство за оператори на Active Breathing Coordinator, 2001, стр. 3-9) 20
Фиг. 8: Пациент, обездвижен в легнало положение A = видео очила за визуализиране на кривата на потока на дихателния обем 22
2.1.6 Измерени променливи (оформление на екрана) Фиг. 9: Схематично представяне на екранната маска Измерените променливи са разделени на няколко прозореца на екрана на контролния софтуер, които показват различни системни настройки, които могат да бъдат избрани за съответния пациент. Фиг. 9 показва това в схематично опростено представяне. В центъра на потребителския интерфейс можете да видите графично показаната крива на обемния поток на дишащия въздух, преминаващ през датчика като функция от времето. Оста y показва дихателния обем на пациента в литри. Оста x показва хронологичната последователност в 24
Фиг. 10: Графично представяне на дихателния цикъл (синя крива = нормално дишане, червена крива = задъхване); Предварително определени обеми за блокиране на дишането: E. = издишване, I. = вдъхновение, S.B. = Задъхано дишане Обемът, при който дишането е спряно, трябва да се определи в предишна тренировка с пациента (виж по-долу). Продължителността на прекъсването на дишането представлява времето, за което пациентът е помолен да спре да диша по време на записите. Съответното време на заключването, тъй като е видимо и за пациента в долния десен ъгъл на картината, се брои назад до нула от началото на прекъсването. След този период дишането автоматично се активира отново. Прекъсването на дишането може да се случи както при вдъхновение, така и при издишване. Изборът се извършва чрез режима на задействане на падащото меню. 26-ти
2.1.8 Компютърен томограф Всеки пациент получава спирални CT изображения. За това се използва компютърният томограф Somatom Emotion (Erlangen, Германия). Това устройство отнема една секунда на завъртане. Тъй като по-голямата продължителност на задържането на дъха (> 35 секунди) се понася лошо от повечето пациенти, дебелината на среза и разстоянието на среза от 8 mm са избрани за записите. Това гарантира общото време на отделните записи на целия гръден кош от 25-35 секунди. Изображенията на гръдния кош се правят във всеки случай в различните дихателни позиции. Позицията на пациента не се променя и записите винаги започват от една и съща позиция на масата, така че CT записите винаги се правят от една и съща начална позиция. 2.1.9 Fusion софтуер Степента на движение на органи се измерва с помощта на софтуер за синтез на изображения (Hermes; Nuclear Diagnostics AB, Стокхолм, Швеция). Извършва се ръчно линейно сливане стъпка по стъпка въз основа на различни ориентири (интервал на стъпка/пиксел = 0,975 mm) (виж фиг. 11). 27
Фиг. 11: Движения на органи по време на дихателния цикъл. При преминаване от нормално вдишване към плитко дишане, пациентът показва промяна в дихателния механизъм (първоначално диафрагмално дишане, с плитко дишане, гръдно дишане) A: Издишване B: Сливане на издишване и вдъхновение C: Сливане на издишване и плитко дишане 28
Информация за настройката за облъчване под контрол на дишането в стереотаксичната система за позициониране Име. Диагноза. ДОКУМЕНТ ЗА САМОЛИЧНОСТ. Целеви обем. Помощни средства за позициониране. Обем на дишане: вдъхновение 1a. л /. Дата, 1б. л /. Дата 2а. л /. Дата, 2б. л /. Срок на валидност 1а. л /. Дата, 1б. л /. Дата 2а. л /. Дата, 2б. л /. Дата на задъхване 1а. л /. Дата, 1б. л /. Дата 2а. л /. Дата, 2б. л /. Дата Фиг. 12: Протокол за изследването Между отделните записи пациентът винаги е имал време да си възвърне комфортно дишане, да позволи на всяка диспнея да отшуми и да компенсира всеки дихателен дефицит. Начало на прегледа: Първо пациентът получи видео очилата, мундщука и носната скоба и беше помолен да наблюдава дишането през тръбата под формата на крива. След това на изпитвания субект беше даден контролния превключвател и бе инструктирано да го задържи постоянно, за да покаже на проверяващия, че е готов да започне сесията. Пациентът е инструктиран незабавно да пусне превключвателя, ако се чувства неудобно или се нуждае от помощ. Постигане на спокойно дишане: На пациента е заповядано да поеме нормално и спокойно дишане (вж. Фиг. 13). 33
Фиг. 13: Крива на дишане на пациента; Зелената линия маркира силата на звука, избрана за блокиране на дишането по време на вдъхновение. В активиран режим на нивото на избрания обем за заключване на дъха се появи зелена лента. След няколко дихателни цикъла, пациентът беше помолен да диша в тази зелена зона (вж. Фиг. 14). В резултат на това по-нататъшното дишане вече не беше възможно, тъй като балонният клапан напълно затвори лумена на тръбата, когато вече беше надут. Заключването на дъха обикновено може да бъде освободено отново само когато пациентът освободи контролния превключвател или проверяващият натисне интервала. В този случай зелената зона би била премахната от дисплея. В противен случай прекъсването на дишането приключва автоматично след предварително въведеното време за арест. 34
Фигура 14: Дишането блокирано по време на фазата на вдишване (зелена лента), тук за период от 17 секунди.Преди пациента да повтори изследването, му е дадено достатъчно време, за да се върне към нормалното дишане. Записи по време на издишване: След два цикъла на дишане във фазата на вдишване, последваха записите за издишване. Фиг. 15/16 показва това с пример. 35
Фиг. 15: Крива на дишане на пациента; зелената линия маркира обема, избран за блокиране на дишането след изтичане. Фиг. 16: Блокиране на дишането по време на фазата на издишване (зелена лента) Последните записи са направени в средно положение (вж. Фиг. 17). 36
Фиг. 17: Блокиране на дишането в средата на дишането (хакащо дишане) 2.3 Целеви променливи 2.3.1 Оценени ориентири Измерванията на разместванията на органите са направени чрез линеен синтез. Пример за линейно сливане на бифуркацията на трахеята е показано на фиг. 18. Избрахме следните ориентири, които трябва да се сравнят: 1. диафрагмалните куполи от двете страни, 2. белодробните връхчета от двете страни и 3. бихекуркацията на трахеята. Отклоненията по време на дишането бяха определени за трите нива: х-посока = латерално-латерална, у-посока = вентро-дорзална и z-посока = канио-каудална. 37