Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) und

Image guided radiotherapy (IGRT) –

neue Strahlentherapietechniken zur

Dosiseskalation und Reduktion von Spättoxizitäten

S. Koswig, K. Bathe

Helios Klinikum Bad Saarow

1IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

Ziel einer modernen Strahlentherapie

• Tumor/Tumorgebiet so exakt und präzise wie möglich mit

dem therapeutischen Strahlen zu erfassen

• Optimale Schonung von angrenzenden Risikoorganen/-

strukturen

Idealfall:

• Komplette und dauerhafte Vernichtung des Tumors bei

gleichzeitig fehlenden bzw. wenigen Nebenwirkungen

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Wege zum Idealfall

• Allgemeine Bedingungen

- Patient (Nebenerkrankungen, Compliance, Alter, …..)

• Therapeutische Bedingungen

- Leitliniengerechte Therapie

- Multimodale Therapieansätze (±Chemotherapie, Immuntherapie,…)

• Strahlentherapeutische Voraussetzungen

- Angepasste Dosis und Fraktionierung

- Moderne Gerätetechnik

- Moderne Therapieverfahren

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Wege zum Idealfall- optimale therapeutische Dosis -

Toleranzdosis des Kollektivs [Gy]

0 20 40 60 80 100

Wa

hrs

che

inlic

hke

it [%

]

0

20

40

60

80

100

Tumorkontrolle undkeine Komplikation

Keine Komplikation

KomplikationTumorkontrolle

tumor control

probability

TCP

TCP without

complications

normal tissue

complication probability

NTCP

no complications

Probability

(%)

Dose (Gy)

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Wege zum IdealfallFragen und Probleme für den Strahlentherapeuten

• Staging

- Tumorausdehnung

- Indikation zur Strahlentherapie

• Differenzierung Tumor – umgebendes Gewebe

- Bestrahlungsvolumen

- Dosis Risikoorgane

- Unterscheidung Tumor – Umgebungsreaktion

- Unterscheidung Tumor – Therapiebedingte Veränderungen

• Differenzierung zwischen low-high risk Arealen

- Dosisverteilung – Integriertes Boost Konzept (SIB)

- Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT)

- Radiochirurgie/ Stereotaxie

- Biologische Planung

• Monitoring des Tumoransprechens

- Image guided radiotherapy (IGRT)

- Adaptive radiotherapy (ART)

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Wege zum IdealfallWo wieviel Risiko?

N

N+

TM

Makroskopischer Tumor – hohe Dosis notwendig (72 Gy)

Befallener LK- notwendige Dosis 66 Gy

N-

Nicht befallener LA – 56 Gy

Rückenmark <45 Gy

Parotis < 20 Gy

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Wege zum Idealfall biologisches Zielvolumenkonzept

Klassisch:

homogenen Dosisverschreibung anhand des anatomischen Tumorvolumens

Biologisch: inhomogene Dosisverteilung, die anhand der Strahlenempfindlichkeit

einzelner Subvolumina des Tumors definiert wird.

Radiobiologisch relevante Einflussfaktoren auf das Ergebnis einer fraktionierten

Strahlentherapie sind:

• die Anzahl und Strahlenempfindlichkeit von Tumorstammzellen

• die Repopulierung von Stammzellen

• die Reparaturfähigkeit zwischen den Fraktionen

• die Zellzyklusverteilung der Tumorstammzellen

• die Tumorhypoxie.

Aufgabe der biologischen Bildgebung für die Bestrahlungsplanung ist es, diese

Faktoren zu visualisieren, damit eine biologisch rationale Bestrahlung mit optimierter

räumlicher Dosisverteilung („dose painting mittels simultanem integriertem Boost - SIB“)

erfolgen kann.

Ling CC et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000; 47: 551–560

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Wege zum Idealfall-Lösung der Probleme? -

So lösen wir die Probleme nicht !!!!

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Wege zum IdealfallIntensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT)

3-D- Bestrahlung

Homogene Dosisverteilung

IMRT

Inhomogene Dosisverteilung

Dosis pro Zeit und Feldquerschnittssegment xy

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Wege zum IdealfallIntensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT)

Summation der Einzelsegmente 1-8 ergibt die Strahlenverteilung einer Einsstrahlrichtung

Schwärzungsgrad entspricht der Strahlintensität, niedrige Strahldosen zur Schonung der Risikoorgane

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IMRT - Klinische BeispieleProstatakarzinom - Dosiseskalation

• Höhere GD (> 75 Gy) bessere lokale Kontrolle

• Toxizität an Darm und Blase ??!!!

Toxizitäts-

grad

Gastro-

intenstinal

Genito-

urinal

1 74% / 60% 33% / 40%

2 22% / 20% 38% / 30%

3 4% 2% / 3%

4 0 1%

Toxizitäts

-

grad

Gastro-

intenstinal

Genito-

urinal

1 89% 74%

2 9% 16%

3 1,5%/ 2% 9,5% / 7%

4 0,5%/ - 0,5%/ -

Akuttoxizität Spättoxizität

Prostatabestrahlung 80/82 Gy(Zelefsky et al; IJROBP 2002, 53, 1111-1116; Koswig RRK 2006- 3 Jahre)

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IMRT - Klinische BeispieleProstatakarzinom

Rektumhinterwand

Toleranzgrenzen aller Risikoorgane

(Rektum, Rektumhinterwand, Harnblase, Analkanal

Hüftköpfe) können eigehalten werden

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IMRT - Klinische BeispieleHead and neck Cancer

“First results of a phase III multicenter randomized controlled trial of intensity modulated (IMRT)

versus conventional radiotherapy (RT) in head and neck cancer (PARSPORT: ISRCTN48243537;

CRUK/03/005).”

94 Pats.

Nutting C et al. J Clin Oncol 27:18s, 2009 (suppl; abstr LBA6006)

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IMRT - Klinische BeispieleHead and neck Cancer

significant reduction of xerostomia ≥ Grad 2 (LENT-Soma) by IMRT

Nutting C et al. J Clin Oncol 27:18s, 2009 (suppl; abstr LBA6006

14IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

IMRT - Klinische BeispieleHead and neck Cancer

Parotis li > 26 Gy

PT –72 Gy

LA- 50-60 Gy

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IMRT-

Dosis Konzepte

sequential

SIB

IMRT - Klinische Beispiele

Head and neck Cancer

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IMRT - Klinische BeispieleRezidivbestrahlung

• Patientin mit bekanntem ossär metastas. Mammakarzinom

• Mehrfache palliative Strahlentherapien bei ossären M1 erfolgt

• Vorstellung zur Re-Bestrahlung im vorbestrahlten Gebiet

(RM ~ 40 Gy)

• Problem bei Überschreiten der Toleranzdosis (RM ~ 45-50 Gy)

radiogene Myelopathie

Re-Bestrahlung in IMRT- Technik möglich bei Einhaltung der

Toleranzgrenzen

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Monitoring während der Bestrahlung

• Warum notwendig?

- Bei hohen Dosen und präziser Bestrahlung (SIB) Kontrolle der Einstellung

notwendig, um zu garantieren, dass am Computer geplante Bestrahlung

auch so umgesetzt wird. Damit Vermeidung von Fehlbestrahlungen und

Reduktion von Nebenwirkungen (Spättoxizität!!)

- Unmittelbare Korrektur von minimalen Ungenauigkeiten vor jeder

Bestrahlung (mm-Bereich)

- Anpassung an veränderte Bedingungen (Organvolumen,

Tumorresponse,…)

• Wie?

- On Board Imaging – OBI („Bildgebung an Bord“)

- Image Guided Radiotherapy – IGRT („bildgeführte Strahlentherapie“)

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Image Guided Radiotherapy – IGRT

- Systeme -

Portal Imaging

Novalis TS

KV-Bildgebung

KV/MV-Bildgebung

Cone beam CT

CyberKnife

KV- Bildgebung

Tomotherapie

19IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

Image guided radiotherapyOBI – Cone beam CT

•Vergleich vom Planungs -CT mit Cone beam –CT vor der tgl. Bestrahlung

•Automatische und manuelle Korrektur vor der Bestrahlung möglich

Cone beam CT

360° Rotation

20IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

Image guided radiotherapyOBI – MV/KV Aufnahmen

MV

KV

• Vergleich Referenzbilder des Isozentrums (DRR-Planungs-System

mit aktuellen Verifikationsaufnahmen vor Bestrahlung

• 2D – 2 D Vergleich

• Korrektur vor jeder Bestrahlung möglich

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Image Guided Radiotherapy – IGRT Beispiele

Lagerungskontrolle mit Goldmarker

fiducial marker

kV/kV-Aufnahmen

Moser, Charité Campus Benjamin Franklin, 3. Radioonkologietag Brandenburg 09/10

22IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

Lagerungskorrektur mit implantierten Goldmarkern

1. automatische Detektion der Marker

2. Vergleich mit den Markerpositionen

der aktuellen KV-Bildgebung

Moser, Charité Campus Benjamin Franklin, 3. Radioonkologietag Brandenburg 09/10

23IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

cm

Fraktion

7 mm

max. Lageunterschiede der Prostata: vd 7 mm (lat 3,5 mm, cc 5 mm)

Lage der Marker in Bezug zum knöchernen Becken,

hier ventrodorsale Lokalisation

interfraktionelle Organbewegung

Moser, Charité Campus Benjamin Franklin, 3. Radioonkologietag Brandenburg 09/10

24IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

OBI- AnwendungVeränderung des ZV unter RT – adaptive RT

• Kontrolle während einer Bestrahlungsserie (> 6 Wochen) möglich

• Veränderung des ZV möglich (Gewichtsverlust (HNO), schnelles Tumoransprechen, Entleerung einer Zyste, …)

• Anpassung des Zielvolumens bei Bedarf

• Reduktion der Belastung von Risikoorgane – Reduktion der Toxizität

25IMRT und IGRT -2. Brandenbuger Krebskongress 16.03.2011

Position der Gebärmutter

zu unterschiedlichen

Zeitpunkten

OBI – Anwendungeninterfraktionelle Organbewegung

•Beweglichkeit der Organe/ZV

während einer Bestrahlungsserie

kann kontrolliert werden

•ggf. Anpassung des ZV

•Garantie einer exakten Erfassung

•Reduktion der NW

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Zusammenfassung

IMRT und IGRT

• Genauere Erfassung des Zielvolumens

• Möglichkeit des simultanen integrierten Boost (biolog. Planung)

• Optimale Schonung der Risikostrukturen

• Erhöhung der Sicherheit und Genauigkeit der täglichen Bestrahlung durch verbessertes

Monitorung (OBI)

• Anpassung des ZV während einer laufenden Serie (ART)

3-D- Bestrahlung IMRT IMRT/OBI

TumorTumor Risikoorgane TumorTumor Risikoorgane TumorTumor Risikoorgane

Spättoxizität ↓ Spättoxizität ↓ ↓