Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie
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Sonstige beteiligte Institutionen
Die adjuvante Radiochemotherapie des Rektumkarzinoms im UICC-Stadium II/III wird seit 1991 vom National Cancer Institute (NCI) und in Deutschland seit 1994 als Standard empfohlen. Die Qualität und Ergebnisse der postoperativen Therapie in der täglichen klinischen Praxis wurden flächendeckend retrospektiv untersucht. Insgesamt wurden 534 Patienten aus sechs Institutionen ausgewertet, die zwischen 1993 und 1998 behandelt wurden. Die beteiligten Kliniken versorgten strahlentherapeutisch flächendeckend große Teile des nordbayerischen Raumes. Die Stadienverteilung der Patienten war: UICC I 1%, II 28%, III 69% und IV 2%. 92% erhielten eine RChT, 8% eine alleinige RT. Die mediane Nachbeobachtungszeit der Patienten betrug 40 Monate. Ergebnisse (Teil A): Nur etwa 37% der epidemiologisch erwarteten Patienten wurden entsprechend der Konsensusvereinbarung einer postoperativen Therapie zugewiesen. Nach 5 Jahren betrug die aktuarische lokale Kontrolle 75%, die Freiheit von Fernmetastasen 56%, das krankheitsfreie Überleben 53% und das Gesamtüberleben 57%. Weitere Ergebnisse siehe Teil B. Schlussfolgerung: Der niedrige Anteil von der adjuvanten Therapie zugewiesenen Patienten sowie die im Vergleich zu randomisierten Studien ungünstigeren Ergebnisse weisen auf die Auswahl eines Risikokollektivs hin. Anstelle einer stadienbezogenen Zuweisung scheint eine Auswahl mit individueller Risikoabschätzung bevorzugt zu werden. Neben Therapieverbesserungen durch randomisierte Studien sollten ebenso Anstrengungen zur Übertragung dieser Ergebnisse in die flächendeckende Praxis übernommen werden.
In dieser Arbeit wird die intraoperative Boost-Bestrahlung mit 9 oder 20 Gy bei Mammakarzinompatientinnen evaluiert. Es werden das onkologische Ergebnis, die bestrahlungsassoziierte Toxizität, das kosmetische Therapieergebnis und die Lebensqualität ausgewertet. Die Analyse bezieht sich auf 124 Fälle im frühen Brustkrebsstadium.
Background
The intent of this pooled analysis as part of the German society for radiation oncology (DEGRO) stereotactic body radiotherapy (SBRT) initiative was to analyze the patterns of care of SBRT for liver oligometastases and to derive factors influencing treated metastases control and overall survival in a large patient cohort.
Methods
From 17 German and Swiss centers, data on all patients treated for liver oligometastases with SBRT since its introduction in 1997 has been collected and entered into a centralized database. In addition to patient and tumor characteristics, data on immobilization, image guidance and motion management as well as dose prescription and fractionation has been gathered. Besides dose response and survival statistics, time trends of the aforementioned variables have been investigated.
Results
In total, 474 patients with 623 liver oligometastases (median 1 lesion/patient; range 1–4) have been collected from 1997 until 2015. Predominant histologies were colorectal cancer (n = 213 pts.; 300 lesions) and breast cancer (n = 57; 81 lesions). All centers employed an SBRT specific setup. Initially, stereotactic coordinates and CT simulation were used for treatment set-up (55%), but eventually were replaced by CBCT guidance (28%) or more recently robotic tracking (17%). High variance in fraction (fx) number (median 1 fx; range 1–13) and dose per fraction (median: 18.5 Gy; range 3–37.5 Gy) was observed, although median BED remained consistently high after an initial learning curve. Median follow-up time was 15 months; median overall survival after SBRT was 24 months. One- and 2-year treated metastases control rate of treated lesions was 77% and 64%; if maximum isocenter biological equivalent dose (BED) was greater than 150 Gy EQD2Gy, it increased to 83% and 70%, respectively. Besides radiation dose colorectal and breast histology and motion management methods were associated with improved treated metastases control.
Conclusion
After an initial learning curve with regards to total cumulative doses, consistently high biologically effective doses have been employed translating into high local tumor control at 1 and 2 years. The true impact of histology and motion management method on treated metastases control deserve deeper analysis. Overall survival is mainly influenced by histology and metastatic tumor burden.
In der vorliegenden Arbeit wurden mehrere konventionelle und 3D-konformale Radiotherapie ("3D-CRT")-Techniken in der Bestrahlung von Wirbelsäulenmetastasen miteinander verglichen. Dafür wurde, basierend auf reellen Planungs-CT-Datensätzen, die Bestrahlung von 41 Wirbelsäulen-Zielvolumina mit verschiedenen Techniken simuliert.
Es konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zu konventionellen Techniken bereits sehr einfache 3D-CRT-Techniken eine homogenere Abdeckung von Wirbelsäulen-Zielvolumina bei gleichzeitig zuverlässiger Limitierung der Rückenmarksdosis ermöglichen. Angesichts steigender Lebenserwartungen und dem zunehmenden Bedarf an Re-Bestrahlungen kann dies einen entscheidenden Vorteil darstellen.
Für die palliative Bestrahlung des NSCLC stehen mehrere, sehr unterschiedliche hypofraktionierte Behandlungsschemata zur Verfügung. Prospektive Studien in der Vergangenheit konnten keine Überlegenheit für eines dieser Regime zeigen. Ziel vorliegender retrospektiver Arbeit war es, die Effektivität der Radiatio mit 13 bis 15 Fraktionen zu 3 Gy zu überprüfen. Hierzu untersuchten wir die Daten von 57 Patienten, die sich in den Jahren 2006 bis 2008 in der Strahlentherapie der Universitätsklinik Würzburg einer solchen Therapie unterzogen. Das Patientengut unterteilten wir für die Untersuchung in zwei Gruppen M0 und M1, deren Prognose wir unterschiedlich einschätzten. Der Einteilung lag das Vorhandensein von Fernmetastasen zu Behandlungsbeginn zugrunde.
Das Gesamtüberleben war für Patienten der M0-Gruppe signifikant besser und lag für M1-Patienten in einem zu erwartenden Bereich. 17,5% unserer Patienten lebten 18 Monate oder länger. Welche Ursachen hinter diesem prolongierten Überleben stehen könnten, blieb jedoch weitgehend unklar.
Für das Gesamtüberleben zeigten sich verschiedene u.a. aus der Literatur bekannte Prognosefaktoren wie das UICC-Stadium, der Allgemeinzustand und eine chemotherapeutische Behandlung. Andere Faktoren, deren Einfluss wir vermuteten, führten zu keinen signifikanten bzw. widersprüchlichen Ergebnissen. Hierzu zählten insbesondere der Charlson comorbidity score und das Alter. Für die Höhe der Gesamtdosis und die Größe des PTV wurde interessanterweise kein Einfluss auf das Überleben nachgewiesen. Die lokale Kontrolle war von diesen beiden Variablen ebenfalls unabhängig.
Ein systemischer Progress trat bei unseren Patienten tendenziell früher auf als ein lokaler Progress.
Der Allgemeinzustand der Patienten wurde von der Bestrahlung im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst, Infektionen traten so gut wie gar nicht auf. Wie bereits aus prospektiven Studien zur hypofraktionierten Bestrahlung bekannt, waren Akuttoxizitäten, insbesondere Ösophagitiden, relativ häufig.
Die stereotaktische Bestrahlung als Therapie der Wahl bei Tumorerkrankungen ist, verglichen mit anderen Therapieverfahren ein sehr junges Behandlungsverfahren.
Diese Studie evaluiert die Therapie von Abdomen- und Beckentumoren mittels körperstereotaktischer Bestrahlung, stellt die klinischen Ergebnisse dieser Behandlungsform vor und versucht, wie andere Arbeiten in diesem Bereich, bestehende Therapieschemata zu verbessern bzw. patientenkonformer zu gestalten. Das rekrutierte Patientenkollektiv umfasst lediglich fünf Patienten mit primärem Lebertumor
(siehe Tab. 9), was die Aussagekraft der Studie zu dieser Tumorentität einschränkt.
Im Vergleich zu anderen Studien wie zum Beispiel der von Mendez-Romero et al. [89] oder Blomgren et al. [7] entwickelten die Patienten dieser Studie nur geringgradige Toxizitäten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten von Akut- bzw. Spättoxizitäten sinkt, wenn das Bestrahlungsvolumen des Lebertumors klein ist und das den Tumor umgebende Gewebe geschützt wird [8].
Die in der Studie gewonnenen Ergebnisse und auch der Vergleich mit anderen Studien zeigen, dass die Behandlung von Leberprimärtumoren mittels Radiotherapie, vor allem bei Bestehen von Komorbiditäten wie zum Beispiel der Leberzirrhose, eine effektive und nebenwirkungsarme Therapieoption darstellt, die in Bezug auf bestrahlungsinduzierte Nebenwirkungen gut verträglich ist.
Mit Aufkommen der stereotaktischen Radiotherapie eignet sich die Bestrahlung auch als Primärtherapie bei Lebermetastasen. Es lassen sich vier Schlüsse ziehen bezüglich der radiotherapeutischen Behandlung von sekundären Lebertumoren: 1. Die Wahl des Verfahrens wird bestimmt durch die Anzahl der Leberläsionen und deren Größe. Bei bis zu drei Läsionen und einer Größe von 5 cm bis 10 cm ist eine Bestrahlung dieser möglich [104]. 2. Ergebnisse dieser Studie als auch Ergebnisse veröffentlicht von Milano [106] oder Herfarth [8] zeigten, dass kleine Zielvolumina bis 47 ccm einen positiven Einfluss auf den Schweregrad der Toxizitäten sowie die Manifestation von Rezidiven haben. Darüber hinaus wird die Wahrscheinlichkeit einer Kuration erhöht durch einen guten Allgemeinzustand des Patienten bei Therapiebeginn [104].
Außerdem zeigte die eigene Studie eine statistische Signifikanz zwischen Overall survival und einem guten Karnofsky-Index (STATISTICA-Graph 7).
3. High-dose Bestrahlungseinheiten mit Dosen von 3 x 12,5Gy oder 1 x 26Gy sind hinsichtlich der zu erwartenden niedriggradig ausfallenden Toxizitäten gerechtfertigt und versprechen darüber hinaus bessere lokale Kontrollen im Vergleich zu einer low-dose Therapie.
4. Bei hepatisch metastasiertem kolorektalem Karzinom ist die chirurgische Exzision nach wie vor das therapeutische Verfahren der Wahl, vor allem bei multiplem Leberbefall. Allerdings veranschaulichen die klinischen Ergebnisse, die in dieser Arbeit unter anderem bzgl. der hepatisch metastasierten kolorektalen Karzinome als auch der Mammakarzinome vorgestellt wurden, die Notwendigkeit einer Anpassung des radiotherapeutischen Verfahrens an die vorliegende Tumorentität.
Die Patienten, welche an einem kolorektalen Rezidiv erkrankt waren, wurden alle im Rahmen der Primärtumortherapie operativ versorgt. Die Bedeutung einer radiotherapeutischen Behandlung liegt im Falle des kolorektalen Rezidivs vor allem in Therapiesituationen in denen eine Resektion nicht möglich erscheint sowie im Rahmen der Palliation. In letztgenanntem Fall sollte die Strahlendosis nicht zu hoch gewählt werden, da dies höhergradige Akut- bzw. Spättoxizitäten zur Folge hat sowie ein schlechteres Disease-Free-Survival; Dies gilt insbesondere für Patienten mit radiogener Vorbelastung.
Im Rahmen der Datenauswertung der Patientinnen mit gynäkologischem Rezidiv zeigt sich eine Beeinflussung des Outcomes durch die Lokalisation des Tumors sowie dessen Ausdehnung: kleine Rezidive (bis 4,5 cm) und eine paravaginale Lage wiesen das längste DFS und eine positive Korrelation bzgl. einer längeren Überlebenszeit auf [124] [125]. Darüber hinaus hat ein kurzes Intervall von Primarius zu Rezidiv keinen negativen Einfluss auf das DFS nach Behandlung des Rezidivtumors [123].
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Radiotherapie in Form der stereotaktischen Bestrahlung eine effektive und nebenwirkungsarme Therapieform darstellt, deren Potential im Sinne des Einsatzspektrums dieses Therapieverfahrens noch nicht ausgeschöpft ist. Hier bedarf es weiterer klinischer Studien um Faktoren wie z.B. der Bestrahlungsdosis dem jeweiligen Tumorcharakter anzupassen.
CPT-Derivate wie Topotecan sind zunehmend Bestandteil gegenwärtiger Studien geworden, da eine synergistische Verstärkung der Zytotoxizität der ionisierenden Strahlung durch diese belegt werden konnte. Bei dem Chemotherapeutikum CPT handelt es sich um ein pflanzliches Alkaloid aus der chinesischen Pflanze Camptotheca acuminata. Es wirkt S-Phase-spezifisch und sein Wirkmechanismus beruht auf Hemmung von TopoI, ein Enzym, das für die DNA-Replikation, -Transkription und -Reparatur eine entscheidende Rolle spielt [Morris et al., 1996; Hsiang et al., 1989; Farray et al., 2006]. Der Nachweis einer radiosensibilisierenden Wirkung von CPT stand im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Untersucht wurde dabei das Ansprechen der fünf Glioblastomzelllinien U87-MG, U373-MG, SNB19, GHE und GaMG auf CPT und ionisierende Strahlung. Im Wesentlichen wurde ein signifikanter radiosensibilisierender Effekt des CPTs in den Zelllinien U87 und SNB19 gezeigt. Weiterhin erkannte man, dass das anti-apoptotische Protein Survivin nach kombinierter CPT-IR-Behandlung beim Vergleich der Survivin-Konzentrationen der fünf Glioblastomzelllinien in den Zelllinien U87 und SNB19 die niedrigsten Werte aufzeigte, was mit den Ergebnissen des Koloniebildungstests und der Zellauszählung korreliert. Dies kann ebenfalls als Indiz für einen radiosensibilisierenden Effekt von CPT in den beiden Zelllinien U87 und SNB19 gewertet werden. Des Weiteren wurden, parallel in unserer Arbeitsgruppe, nach CPT-Behandlung mindestens zwei Subpopulationen in jeder der fünf getesteten Glioblastomzelllinien ermittelt, die sich bezüglich ihres DNA-Schadens merklich voneinander unterschieden [Djuzenova et al., 2008]. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Menge der DNA-Schäden nach kombinierter CPT-IR-Behandlung höher war als in den einzelnen Behandlungsmodalitäten. Die Untersuchung der Kinetik der DNA-Reparatur mittels Rad50-Foci ließ einen radiosensibilisierenden Effekt von CPT in den Zelllinien SNB19 und U87 erkennen. Diese wiesen im Vergleich zu den Zelllinien U373, GHE und GaMG eine verlangsamte Reparaturhalbwertszeit unter kombinierter CPT-IR-Behandlung auf. Der Vergleich der Expression von TopoI in Western Blot und Durchflusszytometrie [s. Doktorarbeit von Mitdoktorandin T. Güttler] zeigte die höchsten Hintergrundwerte für dieses Enzym in den Zelllinien U87 und SNB19. Die erhöhte Expression von TopoI in U87 und SNB19 korrelierte mit den verlängerten Reparaturhalbwertszeiten für diese Zelllinien, mit der Reduktion der Überlebensraten im Koloniebildungstest bzw. der Abnahme des Zellwachstums in der, parallel in unserer Arbeitsgruppe durchgeführten, Zellauszählung, sowie mit der niedrigeren Survivin-Konzentration im Survivin-ELISA. Eine Resistenz gegenüber CPT könnte folglich durch eine schnellere Reparaturhalbwertszeit aber auch durch eine reduzierte Expression von TopoI in den Zelllinien U373, GHE und GaMG begründet sein. Daher ist vorstellbar, dass durch eine schnelle Proliferation von CPT-resistenten Zellen die Apoptose- und Zellabbaurate der CPT-sensitiven Subpopulation kompensiert oder sogar übertroffen werden kann, was für eine Chemoradioresistenz der jeweiligen Zelllinien sprechen würde. Die weitere Erforschung des radiosensibilisierenden Effekts von Chemotherapeutika sollte auch weiterhin einen wichtigen Bestandteil zukünftiger Forschungsarbeiten darstellen, da sowohl in der vorliegenden als auch in einer Reihe von anderen Arbeiten Ansätze dieses Effekts bereits belegt werden konnten. Die Entwicklung von neuen TopoI-Inhibitoren, wie das Homocamptothecin und dessen Derivate, die sich durch eine verbesserte chemische Stabilität auszeichnen [Teicher, 2008], sollte weiter vorangetrieben werden, um eines Tages die mittleren Überlebensraten bei Glioblastoma multiforme weit über ein Jahr hinaus verlängern zu können. Die Resultate dieser Studie unterstützen das Konzept einer chemotherapeutischen Behandlung kurz vor Bestrahlung und sehen ein derartiges Verfahren als effiziente Methode an, um möglichst schnell das Ansprechen von intrakraniellen Tumoren auf chemotherapeutische Wirkstoffe in vitro zu untersuchen. Außerdem sollte versucht werden diese Erkenntnisse auf die klinische Ebene auszuweiten und man sollte zusätzlich herausfinden, ob weitere DNA-Schadensoder DNA-Reparatur-Proteine als Marker dienen könnten wie Darzynkiewicz [2008] in seinem Leitartikel zu unserer Publikation vorschlägt.
Purpose
The purpose of this work is to develop fast deliverable step and shoot IMRT technique. A reduction in the number of segments should theoretically be possible, whilst simultaneously maintaining plan quality, provided that the reduction is accompanied by an increased number of gantry angles. A benefit of this method is that the segment shaping could be performed during gantry motion, thereby reducing the delivery time. The aim was to find classes of such solutions whose plan quality can compete with conventional IMRT.
Materials/Methods
A planning study was performed. Step and shoot IMRT plans were created using direct machine parameter optimization (DMPO) as a reference. DMPO plans were compared to an IMRT variant having only one segment per angle ("2-Step Fast"). 2-Step Fast is based on a geometrical analysis of the topology of the planning target volume (PTV) and the organs at risk (OAR). A prostate/rectum case, spine metastasis/spinal cord, breast/lung and an artificial PTV/OAR combination of the ESTRO-Quasimodo phantom were used for the study. The composite objective value (COV), a quality score, and plan delivery time were compared. The delivery time for the DMPO reference plan and the 2-Step Fast IMRT technique was measured and calculated for two different linacs, a twelve year old Siemens Primus™ ("old" linac) and two Elekta Synergy™ "S" linacs ("new" linacs).
Results
2-Step Fast had comparable or better quality than the reference DMPO plan. The number of segments was smaller than for the reference plan, the number of gantry angles was between 23 and 34. For the modern linac the delivery time was always smaller than that for the reference plan. The calculated (measured) values showed a mean delivery time reduction of 21% (21%) for the new linac, and of 7% (3%) for the old linac compared to the respective DMPO reference plans. For the old linac, the data handling time per beam was the limiting factor for the treatment time reduction.
Conclusions
2-Step Fast plans are suited to reduce the delivery time, especially if the data handling time per beam is short. The plan quality can be retained or even increased for fewer segments provided more gantry angles are used.
Purpose:
Investigation of a reduced source to target distance to improve organ at risk sparing during stereotactic irradiation (STX).
Methods:
The authors present a planning study with perfectly target-volume adapted collimator compared with multi-leaf collimator (MLC) at reduced source to virtual isocentre distance (SVID) in contrast to normal source to isocentre distance (SID) for stereotactic applications. The role of MLC leaf width and 20–80% penumbra was examined concerning the healthy tissue sparing. Several prescription schemes and target diameters are considered.
Results:
Paddick’s gradient index (GI) as well as comparison of the mean doses to spherical shells at several distances to the target is evaluated. Both emphasize the same results: the healthy tissue sparing in the high dose area around the planning target volume (PTV) is improved at reduced SVID ≤ 70 cm. The effect can be attributed more to steeper penumbra than to finer leaf resolution. Comparing circular collimators at different SVID just as MLC-shaped collimators, always the GI was reduced. Even MLC-shaped collimator at SVID 70 cm had better healthy tissue sparing than an optimal shaped circular collimator at SID 100 cm.
Regarding penumbra changes due to varying SVID, the results of the planning study are underlined by film dosimetry measurements with Agility™ MLC.
Conclusion:
Penumbra requires more attention in comparing studies, especially studies using different planning systems. Reduced SVID probably allows usage of conventional MLC for STX-like irradiations.
Anisotropy of dose contributions-an instrument to upgrade real time IMRT and VMAT adaptation?
(2016)
Purpose:
To suggest a definition of dose deposition anisotropy for the purpose of ad hoc adaptation of intensity modulated arc therapy (IMRT) and volumetric arc therapy (VMAT), particularly in the vicinity of important organs at risk (OAR), also for large deformations.
Methods:
Beam's-eye-view (BEV) based fluence warping is a standard adaptation method with disadvantages for strongly varying OAR shapes. 2-Step-adaptation overcomes these difficulties by a deeper analysis of the 3D properties of adaptation processes, but requires separate arcs for every OAR to spare, which makes it impractical for cases with multiple OARs. The authors aim to extend the 2-Step method to arbitrary intensity modulated plan by analyzing the anisotropy of dose contributions. Anisotropy was defined as a second term of Fourier transformation of gantry angle dependent dose contributions. For a cylindrical planning target volume (PTV) surrounding an OAR of varying diameter, the anisotropy and the dose-normalized anisotropy were analyzed for several scenarios of optimized fluence distributions. 2-Step adaptation to decreasing and increasing OAR diameter was performed, and compared to a usual fluence based adaptation method. For two clinical cases, prostate and neck, the VMAT was generated and the behavior of anisotropy was qualitatively explored for deformed organs at risk. #
Results:
Dose contribution anisotropy in the PTV peaks around nearby OARs. The thickness of the "anisotropy wall" around OAR increases for increasing OAR radius, as also does the width of 2-Step dose saturating fluence peak adjacent to the OAR K. Bratengeier et al., "A comparison between 2-Step IMRT and conventional IMRT planning," Radiother. Oncol. 84, 298-306 (2007)]. Different optimized beam fluence profiles resulted in comparable radial dependence of normalized anisotropy. As predicted, even for patient cases, anisotropy was inflated even more than increasing diameters of OAR.
Conclusions:
For cylindrically symmetric cases, the dose distribution anisotropy defined in the present work implicitly contains adaptation-relevant information about 3D relationships between PTV and OAR and degree of OAR sparing. For more complex realistic cases, it shows the predicted behavior qualitatively. The authors claim to have found a first component for advancing a 2-Step adaptation to a universal adaptation algorithm based on the BEV projection of the dose anisotropy. Further planning studies to explore the potential of anisotropy for adaptation algorithms using phantoms and clinical cases of differing complexity will follow.