@phdthesis{01GQ4X4N8E31DHS7Q98NC07SE5,
  abstract     = {{Borstkanker is de meest voorkomende kanker bij vrouwen wereldwijd. België heeft een van de hoogste incidenties, waarbij momenteel 1 op 9 vrouwen in haar leven de diagnose zal krijgen. De behandeling van borstkanker is vaak multimodaal en wordt besproken door een multidisciplinaire groep van specialisten. In deze thesis leggen we ons toe op radiotherapie na borstsparende heelkunde. 

Radiotherapie gebruikt hoogenergetische stralen van geïoniseerde deeltjes om kankercellen te doden. Zowel kankercellen als gezonde cellen kunnen beschadigd worden door bestraling. Zodoende is het doel van radiotherapie ook om zo min mogelijk gezonde cellen te bestralen. Voor sommige organen, zoals het hart en de longen, kunnen late neveneffecten zelfs tot sterfte lijden en dus de voordelen van radiotherapie tenietdoen. De patiëntpositie is een van de vele parameters die de bestralingsbehandeling kan beïnvloeden. Daarenboven vergt deze relatief weinig technologische en financiële investeringen. De meeste radiotherapiecentra behandelen hun patiënten in de ruglighouding. Desondanks bestaan er verschillende aanwijzingen die pleiten in het voordeel van de buiklighouding. De buiklighouding kent onder meer een betere dosisverdeling in de borst, spaart vitale organen beter en veroorzaakt minder acute toxiciteit. Ondanks deze voordelen is de buiklighouding in weinig ziekenhuizen de standaardpositie geworden. Dit komt doordat deze positie zich moeilijker exact laat herhalen, hetgeen finaal tot langere tijdsloten in de bestralingsruimte leidt. Daarnaast is het comfort van de patiënt vaak minder groot dan in de ruglighouding. Tot slot laten de meeste buikligtoestellen geen bestraling van de regionale lymfeklieren toe, hetgeen een respectabel deel van de patiëntenpopulatie uitsluit.

Klinisch onderzoek aan UZ Gent en UGent richtte sinds 2008 zich op het aanwenden van de voordelen van de buiklighouding en het vermijden van diens nadelen. Dit leidde tot een co-creatietraject tussen de UGent-onderzoeksgroepen Radiotherapie en design.nexus. Het resultaat was een nieuwe buikligpositie en bijbehorend positioneringsplatform, de Prone Crawl Breast Couch (PCBC). Een karakteristieke eigenschap hiervan is de blootstelling van de schouder en het bovenlichaam, hetgeen de bestralingstoegang tot de borst en regionale lymfeklieren (inclusief de mammaria interna-keten) vergroot. Andere nadelen van de klassieke buiklighouding, zoals verlaagd patiëntcomfort en lage set-upprecisie, werden ook aangepakt en bewezen doorheen verschillende studies.

Verschillende PCBC-versies werden ontwikkeld en verschillende studies rond de crawl-buiklighouding werden gepubliceerd in de periode voor het huidige doctoraatstraject. Niettegenstaande bleven nieuwe ontwikkelingen nodig en bleven er verschillende onderzoeksopportuniteiten over. Het overkoepelende doel van dit doctoraatstraject was om de toepasbaarheid van de crawl-buiklighouding te vergroten, zodat deze therapie beschikbaar kan worden voor een grotere patiëntenpopulatie. Bij de nieuw PCBC-versies focusten we vooral op de praktische hanteerbaarheid en een hogere gebruikersacceptatie. Bij nieuwe dosimetrische studies focusten we op het verbreden van het medische toepassingsgebied voor de crawl-buiklighouding. 

Drie PCBC-versies werden (verder) ontwikkeld tijdens dit doctoraat, met name de BC3, BC3-MRI en de BC4. Voor de praktische ontwikkeling hiervan pasten we verschillende ontwerpmethodes toe, waaronder Research through Design, co-design en systeemontwerp. De nadruk lag op de iteratieve ontwikkeling van prototypes in samenspraak met een breed spectrum aan stakeholders, met vele interdisciplinaire interacties tot gevolg. De BC3 werd verder ontwikkeld zodat 16 toestellen ingezet konden worden in de eerste multicentrische studie. Deze studie zou ons naast een grotere steekproefomvang ook voorzien van feedback van externe gebruikers. Een MRI-compatibele subversie van de BC3 werd ontwikkeld voor onderzoeksdoeleinden. Deze BC3-MRI werd vervolgens gebruikt door collega-onderzoekers om a) specifieke contourvoorschriften op te stellen voor de crawl-buiklighouding en b) het ontwikkelen van een nieuw protocol voor verlengde ademhalingstops in functie van een verlaagde bestralingsdosis op het hart. Het BC3-toestel had een opvolger nodig aangezien het ontwerp geen verdere opschaling toeliet en verschillende functionaliteiten miste. Daarop ontwikkelden we de BC4, het laatste onderzoekstoestel vooraleer een commercialisatie kan plaatsvinden. De BC4 maakt een visuele feedback mogelijk voor diepe ademhalingstops en voorziet een verbeterde gebruikerservaring ten opzichte van diens voorgangers.  Alle functionaliteiten van BC3 bleven bewaard, doch startten we van een leeg blad voor de materialisatie ervan. De ontwikkeling van een monocoque-structuur in koolstofvezelcomposiet, als voorname ondersteuningsoppervlak voor het lichaam, bleek de grootste uitdaging. We ontwikkelden een geschikte composietstructuur in verschillende stappen. Als eerste voerden we een experiment met 9 proefpersonen uit rond de verdeling van het lichaamsgewicht. Hierdoor kregen we een zicht op de krachten die op het ondersteunende vlak inwerken. Vervolgens deden we computersimulaties om het vervormingsgedrag onder belasting te analyseren en de invloed van parameters zoals de opbouw te onderzoeken. Samen met onze composietfabrikant ontwikkelden we nadien een nieuwe monocoque in koolstofvezelcomposiet. Tot slot onderwierpen we het geassembleerde toestel ook aan de realiteit door belastingstesten uit te voeren. Hierbij brachten we stapsgewijs gewichten toe als puntlast en onderzochten we het vervormingsgedrag. 

Voor het medisch onderzoeksgedeelte van dit doctoraat voerden we twee voornamelijk dosimetrische studies uit. In de eerste studie kwantificeerden we de dosimetrische effecten van de combinatie tussen diepe ademhalingstops en de crawl-buiklighouding, voor zowel foton- als protonplannen. Beeldvormingstudies rond de klassieke buiklighouding toonden reeds aan dat een diepe ademhalingstop het hart doet wegtrekken van de doelstructuren, hetgeen leidt tot lagere hartdoses. Daarom leek het interessant om te onderzoeken of deze voordelen zich ook voordoen in de crawl-buiklighouding. Voorts wisten we dat protonbestraling de dosis op vitale organen nog verder kan verlagen dan de traditionele fotonbestraling. Wel zou de ademhalingsbeweging van de ademhalingstop dit voordeel deels teniet kunnen doen. Daar de crawl-buiklighouding een kleinere ademhalingsbeweging kent dan de ruglighouding, vermoedden we dat de combinatie van protonbestraling en diepe ademhalingstops een groter voordeel zou kunnen hebben in de (crawl-)buiklighouding. Deze studie focuste op patiënten die bestraald worden op zowel de borst als de regionale lymfeklieren, omdat deze groep aan hogere hart- en longdoses wordt blootgesteld. Dit was de eerste studie die de effecten van de diepe ademhalingstop op de crawl-buiklighouding onderzocht. Als resultaat zagen we dat de ademhalingstop een significante verlaging van de hartdosis gaf in de crawl-buiklighouding, zowel voor foton- als protonbestraling. Bij de fotonbestraling zagen we dat de combinatie van de crawl-buiklighouding en diepe ademhalingstops voor substantieel lagere hart- en longdoses zorgde dan bij een gewone ademhaling. Deze studie draagt bij tot het bewijs dat de combinatie van buiklig en diepe ademhalingstops een van de meest voordelige manieren is voor borst-en-lymfeklierpatiënten te bestralen met fotonen. 

Voor de tweede medische studie vergeleken we de dosimetrische uitkomsten van drie patiëntposities (ruglig, traditionele buiklig en crawl-buiklig) voor vier verschillende bestralingstechnieken. Deze studie focuste op patiënten die enkel op de borst bestraald worden en was de eerste studie waarbij de crawl-buiklighouding in deze context bekeken werd. De crawl-buiklighouding werd destijds namelijk specifiek ontworpen voor patiënten die ook bestraald worden op de regionale lymfeklieren. Het was ook de eerste studie waarbij de traditionele buiklig en de crawl-buiklig zowel dosimetrisch als anatomisch vergeleken werden. Deze studie kan in het bijzonder relevant zijn voor centra met een beperkte technische uitrusting, daar een omslag in patiëntpositie een gebrek aan geavanceerde bestralingstechnieken zou kunnen opvangen. In onze resultaten werden de gekende reducties van longdoses bevestigd voor beide buiklighoudingen, waarbij het voordeel het grootst was in de crawl-buiklighouding. Voor het hart vonden we geen verschillen tussen de klassieke buiklighouding en de ruglighouding, terwijl er voor linkszijdige patiënten een bescheiden hartdosisreductie was in de crawl-buiklighouding.  De dosisverschillen tussen de klassieke buiklig en de crawl-buiklig werden verklaard door een grotere afstand tussen de doelvolumes en de vitale organen. Samengevat stellen we dat beide buikligposities -op dosimetrisch vlak- een waardig alternatief vormen voor de ruglighouding bij vrouwen die enkel op de borst bestraald worden. Het grootste dosisvoordeel vonden we voor de longen, terwijl de verschillen voor de hartdosis eerder beperkt waren. Dit laatste bevestigt de rol van diepe ademhalingstops voor hartdosisreductie in de verschillende houdingen.

De PCBC wordt momenteel gebruikt in drie Belgische ziekenhuizen in de eerste multicentrische studie rond de crawl-buiklighouding. Alsook werd onlangs  een eerste opvolgstudie rond acute toxiciteit gepubliceerd. Met Radion-D werd een universitaire spin-off opgericht die instaat voor de ontwikkeling en valorisatie van een commerciële PCBC-versie. Deze stap is nodig om uit de academische muren te breken en deze therapie breed toegankelijk te maken in vele radiotherapiecentra.}},
  author       = {{Schoepen, Max}},
  isbn         = {{9789463556538}},
  keywords     = {{prone crawl,radiotherapy,industrial design engineering}},
  language     = {{dut,eng}},
  pages        = {{XX, 162}},
  publisher    = {{Ghent University. Faculty of Engineering and Architecture}},
  school       = {{Ghent University}},
  title        = {{Expanding the possibilities of prone crawl positioning for breast radiotherapy}},
  year         = {{2022}},
}