Symulacja pola elektrycznego specyficzna dla pacjenta w elektrochemioterapii przerzutów do rdzenia kręgowego

Podsumowanie

Ten protokół opisuje kompletny, możliwy do powtórzenia przepływ pracy do symulacji pola elektrycznego specyficznego dla pacjenta i walidacji elektrochemioterapii (ECT) w przypadku przerzutów do kręgosłupa. Przepływ pracy integruje wielomodalne obrazowanie, półautomatyczną i ręczną segmentację, modelowanie przewodności tkankowej, symulację pola elektrycznego liniowego elementu skończonego i walidację eksperymentalną poprzez analizę nakładania martwicy opartą na MRI po zabiegu.

Streszczenie

Elektrochemotherapia (ECT) łączy podawanie środków cytotoksycznych z wysokonapięciowymi impulsami elektrycznymi, które tymczasowo upłynniają błony komórkowe nowotworu i zwiększają przyjmowanie leków do komórek. Ta minimalnie inwazyjna, nietermiczna technika jest szczególnie przydatna w przypadku guzów zlokalizowanych w pobliżu struktur krytycznych, gdzie chirurgia, radioterapia lub perkutaniczna ablacja termiczna mogą być ograniczone. W kręgosłupie ECT może zapewnić ulgę w bólu, dekompresję nerwową i kontrolę miejscowego guza, zachowując struktury nerwowe. Jednak jego wdrożenie nadal jest wyzwaniem ze względu na złożoną anatomię kręgów, ograniczone zrozumienie rozkładu pola elektrycznego, brak dedykowanych narzędzi planistycznych i ryzyko uszkodzenia nerwów. Ten protokół opisuje powtarzalny proces symulacji pola elektrycznego dla konkretnego pacjenta w ECT kręgosłupa. Wielomodalne obrazowanie łączące TK i MRI umożliwia rekonstrukcję anatomii guzowej, kręgowej, nerwowej i tkanki miękkiej za pomocą półautomatycznych i manualnych segmentacji wykonywanych w ramach open-source platformy 3D Slicer. Przewodności tkanek są przypisywane zgodnie z bazą danych IT’IS, a liniowe symulacje skończonych elementów (przewodność stała) są wykonywane za pomocą AI4DEEP, dedykowanego modułu 3D Slicer, aby obliczyć 3D mapy pola elektrycznego dla wielu progów izodoz. MRI z kontrastem wykonywane w następstwie jest wykorzystywane do walidacji poprzez współczynniki podobieństwa Dice, porównując symulowane objętości pola izoelektrycznego z martwymi obszarami guza po ECT. Porównanie jakościowe symulowanych map pola elektrycznego, MRI w następstwie i wyników klinicznych zostało przeprowadzone przez ekspertów radiologów interwencyjnych w celu oceny zdolności oprogramowania do przewidywania obszarów niedostatecznie i nadmiernie traktowanych. Dziewięć procedur ECT zostało przetworzonych w celu oceny procesu. Największą zgodność między symulowanym polem elektrycznym a martwicą po ECT zaobserwowano w zakresie 160–200 V/cm w tym konkretnym ustawieniu klinicznym i numerycznym. Proces zidentyfikował również regiony niewystarczającego lub nadmiernego leczenia, zgodne z wynikami klinicznymi i obrazu w następstwie. Opisany proces układa podwaliny pod powtarzalne planowanie ECT, wspierając zoptymalizowane umieszczenie elektrod i dostosowanie parametrów w celu poprawy bezpieczeństwa i skuteczności w złożonych procedurach ECT kręgosłupa.

Wprowadzenie

Zawężeniowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych jest częste, ponieważ kręgosłup jest głównym miejscem przerzutów kostnych, stanowiących do 50% wszystkich zlokalizowanych przerzutów kostnych^1,2. Obraz kliniczny zazwyczaj obejmuje silny ból z wyraźnym upośledzeniem jakości życia, a następnie szybko postępujące objawy neurologiczne, które mogą prowadzić do porażenia podwójnego lub czworonogowego, w zależności od poziomu zajęcia^3,4. Radioterapia jest standardem leczenia przerzutów rdzeniowych do kanału kręgowego, podczas gdy operacja dekompresyjna i stabilizująca przynosi korzyści wybranym pacjentom z odpowiednim stanem zdrowia i przewidywaną przeżywalnością^5,6. Sterytaktyczna ablacyjna radioterapia może poprawić kontrolę lokalną w wybranych przypadkach, ale jest ograniczona tolerancją rdzenia kręgowego i złożonością planowania⁷. Lokalne nawrót lub postęp po radioterapii jest częste, a ponowne napromienianie jest ograniczone ograniczeniami dawki skumulowanej, co często prowadzi do terapeutycznych zakątków dla pacjentów z uporczywym bólem lub postępującym upośledzeniem neurologicznym^6,7. W tym kontekście potrzebna jest technika niespalająca się, zdolna do uzyskania ulgi w bólu, dekompresji i kontroli guza w pobliżu krytycznych struktur nerwowych.

Elektrochemioterapia (ECT) łączy podawanie środków cytotoksycznych, najczęściej bleomycyny, z krótkimi impulsami wysokiego napięcia, które czasowo zwiększają przepuszczalność błony komórkowej i zwiększają wewnątrzkomórkowe wychwytywanie leku^8,9. ECT jest minimalnie inwazyjna, niespalająca się i stosunkowo selektywna dla guza i wykazała zachęcające wyniki w przypadku guzów skórnych, podskórnych i głęboko położonych, zlokalizowanych w pobliżu krytycznych struktur^10,11. W ostatniej serii klinicznej zanotowano obiektywną odpowiedź MRI na poziomie 77% po miesiącu i 66,5% po trzech miesiącach po przeskórnej ECT w przypadku przerzutów do kanału kręgowego odpornych na radioterapię. Ból również znacząco się zmniejszył, przy czym mediana punktacji w skali ocen liczbowych spadła z 7 w momencie wyjściowym do 1 po miesiącu. Nieodwracalne upośledzenia neurologiczne nadal wystąpiły u niektórych pacjentów¹². Te zdarzenia podkreślają kluczową rolę dystrybucji pola elektrycznego: małe zmiany w geometrii elektrod lub właściwościach tkanki mogą znacząco zmienić objętość leczenia, narażając pacjentów zarówno na niedostateczne, jak i nadmierne leczenie^13,14. Badania numeryczne sugerują, że modelowanie specyficzne dla pacjenta może zoptymalizować umiejscowienie elektrod i poprawić pokrycie guzów kręgowych, ograniczając ekspozycję struktur nerwowych^15,16.

Kilka ram planowania badań zostało zaproponowanych dla terapii elektroporacyjnych, ale rutynowa implementacja kliniczna jest nadal ograniczona przez wymagania dotyczące siatek/parametrów i czas obliczeń^{17,18,19,20,21}. Ostatnia praca Suttera i Poignard wspiera peryproceduralny, obrazowy przepływ symulacji zgodny z ograniczeniami klinicznymi i pokazuje, że niekompletne pokrycie izodozy pola elektrycznego koreluje dokładnie z niepowodzeniem lokalnym po IRE^22,23. Ten protokół opiera się na tej samej ramce symulacji.

Celem tego artykułu jest zatem przedstawienie powtarzalnego, specyficznego dla pacjenta przepływu pracy do modelowania i walidacji pola elektrycznego w ECT kręgosłupa, opartego na rzeczywistych zbiorach danych obrazowania klinicznego i dostarczonych konfiguracjach elektrod. W obecnej formie ten przepływ pracy jest najlepiej przystosowany do planowania przedproceduralnego w celu optymalizacji pozycjonowania elektrod, ponieważ czasy segmentacji i przygotowania modelu pozostają ograniczeniem dla rutynowej korekty intraproceduralnej. Jest przeznaczony jako ramka metodologiczna, a nie badanie skuteczności oparte na hipotezie, i jest zaprojektowany dla zespołów onkologicznych i kręgowych, które już wykonują lub planują przeskórną ECT pod kontrolą TK w przerzutach do kanału kręgowego i innych anatomicznie złożonych ustawieniach.

Protokół

To badania retrospektywne przeprowadzono zgodnie z wytycznymi komitetu etycznego instytucjonalnego (IRB 2025-566) i zgodnie z obowiązującymi przepisami krajowymi. Wszystkie dane obrazowe zostały anonimizowane przed analizą, a wymóg uzyskania świadomej zgody został zniesiony ze względu na retrospektywny charakter badania i wykorzystanie anonimowych danych. Wyposażenie i oprogramowanie są wymienione w Tabeli materiałów.

1. Import danych i przygotowanie sceny

1. Zaimportuj wszystkie anonimizowane serie DICOM do programu 3D Slicer (dostępny pod adresem https://download.slicer.org/) i przypisz wyraźne nazwy do każdego tomu: “MRIp” (przedproceduralne MRI), “CTi” (początkowe planowanie intraproceduralne CT), “CTa” (intraproceduralne CT z igłami na miejscu) i “MRIs” (postproceduralne MRI).
2. Ustaw “CTi” jako referencyjny tom dla wszystkich kolejnych segmentacji i rejestracji.
3. Utwórz nowy węzeł segmentacji w programie 3D Slicer i połącz go z “CTi” jako “źródłowy tom”.
4. Zapisz scenę Slicer jako plik projektu linii bazowej, aby umożliwić odzyskiwanie i przyszłe modyfikacje.
   UWAGA: Standardyzacja wielkości węzła nie jest wymagana i może zostać pominięta, jeśli natywna rozdzielczość obrazu jest adekwatna.

2. Segmentacja anatomiczna na początkowej tomografii komputerowej (CTi)

1. Otwórz moduł Segment Editor i utwórz segment o nazwie “Kość kortykalna”. Użyj narzędzia “Próg” na “CTi” aby odizolować wysoko gęstą kość kortykalną, a następnie dopracuj segment ręcznie za pomocą narzędzi Nożyczki lub Malowanie w razie potrzeby.
2. Utwórz segment o nazwie “Tłuszcz”. Użyj narzędzia Próg aby wybrać tłuszcz o niskiej gęstości, na przykład w przestrzeni perynerkowo-podskórnej.
3. Utwórz segment o nazwie “Mięśnie międzykręgowe”. Użyj narzędzia 3D Paint na osiowych, przekrojowych i koronowych widokach i zaznacz Malowanie na zewnątrz istniejących segmentów, upewniając się, że malowanie jest ograniczone do pustych węzłów, aby uniknąć nadpisywania istniejących segmentów.
4. Utwórz segment o nazwie “Kość gąbczasta” dla kości gąbczastej kręgosłupa. Użyj narzędzia 3D Paint aby wypełnić wewnętrzne przegrody trabekul i zaznacz Malowanie na zewnątrz istniejących segmentów jak opisano powyżej.
5. Utwórz segment o nazwie “rdzeń kręgowy”. Użyj narzędzia 3D paint aby ręcznie nakreślić rdzeń na przekrojach osiowych od góry do dołu na leczonych poziomach.
6. Utwórz segment o nazwie “Płyn mózgowo-rdzeniowy”. Użyj narzędzia 3D paint aby wypełnić przestrzeń płynu mózgowo-rdzeniowego otaczającą rdzeń kręgowy w otoczeniu torebki twardówkowej, również sprawdzając Malowanie na zewnątrz istniejących segmentów.
7. Utwórz dodatkowe segmenty dla cementu, zwojów lub płuc, jeśli są obecne. Użyj narzędzia Próg aby zidentyfikować hipergęsty cement lub zwoje i hipogęste parenchyma płuc, po czym popraw ręcznie w razie potrzeby.
8. Zapisz zaktualizowany plik sceny Slicer.
   UWAGA: Węzły tła nie przypisane wyraźnie do segmentu są później traktowane jako tkanki “mięśniowe” w AI4DEEP (domyślna przewodność).

3. Fuzja MRI i segmentacja guza

1. Zaimportuj przedproceduralny tom MRI “MRIp” do sceny Slicer.
2. Użyj modułu Transforms aby wykonać sztywną rejestrację “MRIp” na “CTi”, używając kręgowych punktów orientacyjnych w leczonym poziomie. Rejestracja jest prowadzona przez cztery wstępnie zdefiniowane punkty orientacyjne: końcówkę wyrostka kolczystego i końcówkę jednego wyrostka poprzecznego na płaszczyźnie osiowej oraz końcówkę wyrostka kolczystego i przednią krawędź kortykalną ciała kręgu na płaszczyźnie przekrojowej. Ponieważ tylna korteksa kręgu jest często zmieniona przez chorobę lizacyjną, nie powinna być używana jako główny punkt orientacyjny.
3. Zastosuj transformację do “MRIp” i wizualnie oceń ko-rejestrację na płaszczyznach osiowej i przekrojowej. Błąd rejestracji (TRE) jest definiowany jako średnia odległość na płaszczyźnie, w milimetrsach, między odpowiadającymi sobie punktami orientacyjnymi CT i MRI w określonych punktach referencyjnych na płaszczyźnie osiowej i przekrojowej. Akceptuj rejestrację tylko wtedy

Wyniki

Przepływ pracy został pomyślnie zastosowany w dziewięciu procedurach elektrochemioterapii (ECT) przeprowadzonych w przypadku przerzutowego zapalenia oponowej przestrzeni nadtwardówkowej kręgosłupa. Dla wszystkich przypadków wygenerowano specyficzny dla pacjenta predykcyjny model pola elektrycznego, co potwierdziło, że pełny protokół jest wykonalny i powtarzalny w różnych konfiguracjach anatomicznych. We wszystkich przypadkach osiągnięto sztywną rejestrację pomiędzy CTi a MRIp oraz pomiędzy CTi a MRIs, przy średnich wartościach TRE wynoszących odpowiednio 1,8 mm ± 0,6 mm oraz 1,9 mm ± 0,7 mm. Liniowe symulacje metodą elementów skończonych pozwoliły na uzyskanie ciągłego trójwymiarowego rozkładu pola elektrycznego dla każdej procedury. We wszystkich przypadkach pomyślnie wygenerowano objętości izodozy w zakresie od 50–600 V/cm.

Ilościowe porównanie między symulowanymi objętościami izodoz a pooperacyjnymi obszarami martwiczymi przeprowadzono w ośmiu analizowanych przypadkach; przypadek 3 został wykluczony, ponieważ wielokrotne repozycjonowanie elektrod uniemożliwiło wiarygodne porównanie przestrzenne i analizę Dice'a. Średnie współczynniki podobieństwa Dice'a wykazały zależność o kształcie dzwonu w całej kohorcie (Rycina 2). Wartości rosły progresywnie od niskich progów pola elektrycznego, osiągnęły szczyt pomiędzy 160–200 V/cm (0,37–0,39), a następnie spadały przy wyższych progach. Izodoza 200 V/cm dała najwyższy średni współczynnik Dice'a (0,387), co wskazuje, że próg ten najdokładniej przybliżał efektywną objętość leczoną w tym kontekście klinicznym. Analiza stopnia pokrycia guza wykazała dalszy stopniowy spadek wraz ze wzrostem progów: 81,5% przy 140 V/cm, 74,8% przy 160 V/cm, 67,0% przy 180 V/cm i 61,0% przy 200 V/cm. Te połączone wskaźniki ilościowe sugerują, że protokół zapewnia interpretowalne i istotne przewidywania objętości odpowiedzi po ECT. Pełne krzywe Dice'a dla każdego przypadku w testowanych progach izodoz przedstawiono na Rycynie 3). Zaobserwowano wyraźną heterogenność między przypadkami, gdzie wartości Best Dice wahały się od 0,0156 do 0,7684, a odpowiadające im wartości Best Iso od 100 do 500 V/cm wśród analizowanych przypadków. Podsumowując analizę na poziomie poszczególnych przypadków, najwyższy współczynnik Dice'a dla martwicy, odpowiadającą mu izodozę, stopień pokrycia guza przy tym progu, najlepszą odpowiedź radiologiczną oraz zdarzenia niepożądane przedstawiono w Tabeli 2.

Reprezentatywne nałożenie obszaru martwicy guza po leczeniu na objętość izodozy 200 V/cm przedstawiono na Rysunku 4, co obrazuje porównanie przestrzenne wykorzystane w analizie Dice'a oraz rodzaj walidacji opartej na obrazowaniu, którą zapewnia ten schemat postępowania.

Reprezentatywne przypadki kliniczne ilustrują zarówno pomyślne, jak i suboptimalne wyniki. U jednego pacjenta z zapaleniem nadtwardówki na poziomie L3 pierwsza sesja ECT doprowadziła do <5% martwicy i nie przyniosła poprawy stanu klinicznego. Symulacja retrospektywnie wykazała niewystarczające pokrycie guza przy progu 200 V/cm, z wartością Best Dice ≈ 0,10. Druga procedura z poprawionym rozmieszczeniem elektrod pozwoliła osiągnąć >90% symulowanego pokrycia guza przy 200 V/cm oraz znacznie wyższy współczynnik Dice'a, co odpowiadało całkowitej odpowiedzi radiologicznej i klinicznej. Przykład ten przedstawiono na Rysunku 5 , który ilustruje, w jaki sposób metoda ta może identyfikować obszary niedostatecznie leczone i pomagać w optymalnej konfiguracji elektrod.

W przeciwieństwie do tego, u pacjenta z zapaleniem opon twardych na poziomie L5–S1 zaobserwowano symulowane rozszerzenie izodozy 300 V/cm w stronę prawego otworu S1, co było zgodne z pooperacyjną radikulopatią oraz dowodami z badania MRI na uszkodzenie prawego nerwu S1. Przeciwległy korzeń pozostał poza obszarem wysokiego pola. Przypadek ten demonstruje zdolność protokołu do wykrywania potencjalnego nadleczenia oraz korelacji ekspozycji na wysokie pole z zaobserwowanymi powikłaniami neurologicznymi (Rycina 6).

Podsumowując, wyniki te potwierdzają, że opracowany schemat postępowania zapewnia stabilne przewidywania pola elektrycznego, pozwala zidentyfikować zarówno niewystarczającą, jak i nadmierną ekspozycję na pole oraz jest zgodny z wynikami klinicznymi i obrazowymi. Wskazuje to na potencjalną przydatność tej metody w planowaniu leczenia, optymalizacji rozmieszczenia elektrod oraz podejmowaniu decyzji śródoperacyjnych podczas ECT kręgosłupa.

Rysunek 1: Symulacja pola elektrycznego z wykorzystaniem modułu AI4DEEP w programie 3D Slicer. Numeryczne modelowanie pola przeprowadzono na podstawie danych wejściowych z procedury (geometria elektrody, długość aktywna, przyłożone napięcie) oraz przewodności tkanek pobranych z bazy danych IT’IS. Kodowane kolorami mapy izodoz w zakresie 50–600 V/cm nałożono na śródoperacyjne obrazy CT w płaszczyźnie czołowej (A) i osiowej (B), co umożliwia wizualną ocenę przewidywanego pokrycia guza oraz ekspozycji sąsiednich struktur nerwowych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Średnie wskaźniki dla symulowanych progów pola elektrycznego. Pokrycie guza (krzywa niebieska) maleje wraz ze wzrostem progu pola. Współczynniki Dice wykazują rozkład dzwonowaty z maksimum przy około 160–200 V/cm dla nekrozy (≈0,38). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Rozkład współczynników podobieństwa Dice'a dla poszczególnych przypadków pomiędzy symulowanymi objętościami izodoz a martwicą guza po leczeniu. Współczynniki podobieństwa Dice'a obliczono dla pełnych objętości 3D pomiędzy segmentowaną martwicą guza po leczeniu a każdą symulowaną objętością izodozy pola elektrycznego w zakresie 50–600 V/cm. Cienkie kolorowe linie reprezentują poszczególne przypadki, a gruba czerwona linia reprezentuje średnią dla kohorty. Pomimo znacznej zmienności między przypadkami, krzywa średnia wykazała rozkład w kształcie dzwonu, z maksymalną zgodnością w okolicach 160–200 V/cm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 4: Reprezentatywny przykład segmentacji martwicy po leczeniu z nałożoną wybraną symulowaną objętością izodozy. (A) Osiowa tomografia komputerowa (CT) wykonana w trakcie procedury z umieszczonymi elektrodami (CTa), wykorzystana do segmentacji pozycji elektrod i zdefiniowania geometrii leczenia. (B) Osiowy obraz MRI z kontroli w momencie najlepszej odpowiedzi (MRIs) po sztywnej rejestracji z początkową tomografią komputerową wewnątrzproceduralną (CTi). (C) Ręczna segmentacja obszaru martwicy po leczeniu na obrazach MRIs (kolor zielony). (D) Bezpośrednia nakładka 3D segmentacji martwicy i wybranej symulowanej objętości izodozy 200 V/cm (kolor żółty). Dla tego pacjenta współczynnik podobieństwa Dice dla 200 V/cm wyniósł 0,28. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Symulacja pola elektrycznego zgodna z odpowiedzią przeciwnowotworową. U 59-letniego pacjenta z zapaleniem opon twardych w odcinku L3 w przebiegu cholangiocarcinoma przeprowadzono wstępną procedurę, która zakończyła się niepowodzeniem (A,B), a miesiąc później zastosowano ponowne leczenie z wykorzystaniem alternacyjnej konfiguracji igieł (C,D), co doprowadziło do pełnej odpowiedzi. (A) Przekrojny widok 3D w płaszczyźnie czołowej rozmieszczenia igieł podczas pierwszej procedury. (B) Mapa pola elektrycznego (izodoza 200 V/cm) wykazująca niewystarczające pokrycie guza. (C) Przekrojny widok 3D w płaszczyźnie strzałkowej rozmieszczenia igieł podczas ponownego leczenia. (D) Mapa pola elektrycznego (izodoza 200 V/cm) wykazująca pokrycie guza przekraczające 90%. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Symulacja pola elektrycznego zgodna z zaobserwowanym uszkodzeniem nerwów. 67-letni mężczyzna z jasnokomórkowym rakiem nerki i chorobą nadtwardówkową na poziomie L5–S1. (A) Symulacja pola elektrycznego pokazująca izodozy 200 V/cm oraz 300 V/cm odpowiednio w kolorze żółtym i brązowym. Prawy korzeń nerwu S1 (strzałka) znajduje się w obszarze symulowanego pola, prawdopodobnie z powodu przerwania kory i bliskości elektrody, podczas gdy lewy korzeń nerwu został oszczędzony. (B) MRI po leczeniu potwierdzające zajęcie prawego korzenia nerwu S1 (strzałka), co jest zgodne z rwa rziszczową po stronie prawej i deficytem sensorycznym występującym po zabiegu. Lewa strona w obrazowaniu pozostała prawidłowa i klinicznie bezobjawowa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Tabela 1: Wartości przewodności elektrycznej użyte do symulacji pola. Każdej strukturze anatomicznej przypisano odpowiadającą jej wartość przewodności IT’IS (S/m) oraz wizualny kod kolorystyczny do segmentacji i modelowania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję Tabeli 1.

Przypadek	Najlepsze kostki do nekrozy	Najlepsza izodoza (V/cm)	Pokrycie guza dla najlepszej izodozy (%)	Najlepsza odpowiedź (0 = stabilizacja choroby lub progresja, 1 = odpowiedź częściowa, 2 = odpowiedź całkowita)	Zdarzenie niepożądane	Typ zdarzenia niepożądanego
1	0.62	120	60	2	0
2	0.77	160	86	1	1	Ból radikularny L4-L5 po lewej stronie
3	Brak danych	Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.	Ponieważ nie dostarczono tekstu źródłowego do tłumaczenia, proszę o przesłanie treści, którą należy przetłumaczyć na język polski.	2	0
4	0.17	500	27	1	0
5	0.32	300	48	1	1	Ból radikularny C8 po prawej stronie
6	0.02	100	91	1	0
7	0.15	160	85	2	0
8	0.64	260	83	1	0
9	0.66	220	64	2	1	Ból radikularny L5-S1 po stronie prawej, hipoestezja i zaburzenia propriocepcji

Tabela 2: Ilościowe wyniki dla poszczególnych przypadków. Najlepszy wskaźnik Dice dla martwicy odpowiada najwyższemu współczynnikowi podobieństwa Dice uzyskanemu dla wszystkich badanych objętości izodoz w porównaniu z martwicą guza po leczeniu. Najlepsza izodoza odpowiada izodozie powiązanej z najwyższą wartością Dice. Przedstawiono również pokrycie guza przy najlepszej izodozie, najlepszą odpowiedź kliniczno-radiologiczną oraz zdarzenia niepożądane związane z procedurą.

Dyskusja

Ten protokół zapewnia reproduktybilny przebieg symulacji pola elektrycznego specyficznego dla pacjenta w ECT kręgosłupa. Kilka kroków metodologicznych jest kluczowych dla uzyskania dokładnych i klinicznie interpretowalnych prognoz. Precyzyjne segmentowanie guza jest niezbędne, ponieważ choroba oponowa jest często słabo widoczna na kontrastowym TK intraproceduralnym. FUZJA TK przed zabiegiem i TK po zabiegu jest zatem kluczowym elementem dla dokładnego określenia zajęcia oponowego i kręgowego. W praktyce, fuzja obrazów może opierać się na ręcznej rejestracji sztywnej z kontrolą wizualną i pomiarem błędu rejestracji (TRE) lub na dedykowanych podechodach do deformacyjnej multimodalnej rejestracji, gdy wymagana jest bardziej zaawansowana aligmentacja, taka jak dopasowanie pola widzenia oparte na paczkach²⁶. Dokładne zapisywanie par aktywacji elektrod i stosowanej amplitudy pola elektrycznego w V/cm jest równie ważne, ponieważ każde niedopasowane parametry procedury do modelu bezpośrednio wpływają na symulowaną dystrybucję pola. Dokładna rejestracja TK intraproceduralnego z igłami do planującego TK, w połączeniu z ręczną korektą aktywnych segmentów końcówki elektrod w wielopłaszczyznowej rekonstrukcji, jest również wymagana, aby upewnić się, że zamodelowana geometria wiernie odzwierciedla konfigurację kliniczną.

Podczas implementacji modelu pojawiło się kilka praktycznych kwestii. Przebieg wymaga wystarczających zasobów obliczeniowych, przynajmniej 16 GB, a najlepiej 32 GB pamięci RAM, aby zapewnić stabilne i szybkie symulacje. Artefakt metalowe na TK mogą sztucznie prowadzić do nadszacowania zsegmentowanych cewek, cementu lub płynnej embolii przy użyciu narzędzi opartych na progu, co sprawia, że konieczna jest ręczna korekta, aby uniknąć zniekształcenia struktur przewodzących. Przetwarzanie bardzo dużych segmentacji, takich jak pełne maski tłuszczu, płuc lub mięśni, może przeciążyć pamięć, szczególnie gdy przypisano więcej niż dziesięć przewodności tkankowych. W takich przypadkach, ograniczenie segmentacji do anatomicznego obszaru zainteresowania poprawia stabilność i zmniejsza czas obliczeń. Te elementy rozwiązywania problemów są ważne, aby zachować reproduktybilność na różnych stacjach roboczych i centrach.

Ta metoda ma kilka ograniczeń. Segmentacja jest przeważnie ręczna i była wykonywana przez pojedynczego operatora w niniejszym badaniu. W rezultacie, proces pozostaje czasochłonny, wyklucza zastosowanie intraproceduralne w obecnej formie i nie pozwala na ocenę reproduktybilności między operatorami. Model opiera się na liniowych, statycznych wartościach przewodności i nie uwzględnia zmian dynamicznej przewodności występujących podczas elektroporacji, które mogą wpływać na przestrzenną dystrybucję pola. Brak modelowania farmakokinetycznego bleomycyny reprezentuje kolejne źródło rozbieżności: skuteczna elektroporacja nie gwarantuje dostępności leku, a martwicę można uznać za mniejszą niż symulowany objętość elektroporacji w hipoperfuzowanych lub wcześniej napromieniowanych guzach. Niedokładności rejestracji między TK a MRI mogą również wpływać na porównania guza-izodoza. Współczynniki Dice zostały obliczone na pełnych objętościach 3D i pozostały skromne w znaczeniu bezwzględnym, co jest oczekiwane w ECT kręgosłupa, ponieważ elektrody mogą być celowo ustawianej w pewnej odległości od guza oponowego, aby ograniczyć ryzyko uszkodzenia nerwów. W tym ustawieniu, główne informacje dotyczą mniej bezwzględnych wartości Dice niż ich dystrybucji w różnych progach izodozy, które zostały wykorzystane do zidentyfikowania zakresu najlepiej pasującego do obserwowanej objętości martwicy po ECT.

W porównaniu z istniejącymi liczbowymi badaniami elektrochemioterapii kręgosłupa, które przede wszystkim oceniają teoretyczne konfiguracje lub podejścia przezkręgowe w uproszczonych geometriach, ten protokół oferuje całkowicie specyficzny dla pacjenta przebieg oparty na rzeczywistych zestawach danych obrazu i klinicznie podanych konfiguracjach elektrod^15,16. Identyfikacja zakresu 160-200 V/cm jako najbardziej zgodnego z martwicą po leczeniu jest zgodna z proporcjonalną skalą obserwowaną w nieodwracalnej elektroporacji przy użyciu tej samej metody numerycznej, gdzie izodoza 400 V/cm koreluje dokładnie z lokalną kontrolą guza^22,23. Chociaż progi różnią się między technikami, wydaje się, że względna relacja między siłą pola a skuteczną reakcją tkanki jest zachowana, co wspiera istotność planowania opartego na symulacji. Należy jednak uważać, że ten zakres powinien być uważany za specyficzny dla obecnego przebiegu i interpretowany jako prog empiriczny, a nie jako mechanistyczny próg ECT stosowany do innych modeli, strategii segmentacji lub protokołów klinicznych.

Ta metoda ma kilka potencjalnych zastosowań. Może wspierać planowanie przed zabiegiem poprzez testowanie alternatywnych geometrii elektrod i ocenianie pokrycia guza przed leczeniem. Dzięki przyszłej automatyzacji segmentacji TK/MRI, przebieg mógłby być zintegrowany z kierunkiem intraproceduralnym, aby udoskonalić pozycjonowanie elektrod. Włączenie estymacji opartych na perfuzji dystrybucji bleomycyny, na przykład poprzez przedproceduralne MRI perfuzji skorelowane z lokalnym pobier

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
3D Slicer	3D Slicer (open-source)	N/A	Wersja 5.6.2.
AI4DEEP module (rozszerzenie 3D Slicer)	AI4DEEP	N/A	Moduł symulacji pola elektrycznego używany w 3D Slicer.
Cliniporator VITAE	IGEA	IG0012A	Generator impulsów używany do elektrochemioterapii
Kompozytowa linia angio-CT (Alphenix 4D CT + Aquilion ONE)	Canon Medical Systems	TSX-305A	Zintegrowany system angiograficzny (Alphenix) i skaner CT (Aquilion ONE) w jednej sali; stosowany do obrazowania CT w trakcie procedury i wyznaczania kierunku procedury.
Proste elektroda igłowa „VGD”	IGEA	IG0E726	Aktywna długość: 20 mm / 30 mm / 40 mm (wybierz zgodnie z wielkością i anatomią celu).
Stanowisko robocze	Dell	N/A	Stanowisko robocze Dell, intelVPro ISM, Windows 11 - 16 GB RAM; służy do przetwarzania obrazów i symulacji.