protons
advertisement
Conformal stråleterapi & IMRT RWE G I U IT R A D A L N TH IA E NO M S H O P http://www.nrpa.no/dokumentarkiv/StralevernRapport12_2003.pdf Volumer og marginer Volumer og marginer Volumer og marginer Volumer og marginer Volumer og marginer CRT &IMRT Tidlig stråleterapi kjente ikke til begrepet konformal terapi, likevel var de tidligste klinikere opptatt av å begrense volumet som ble bestrålt. CRT &IMRT Område som ønskes bestrålt - d.v.s tumor (rødt), område som ikke ønsker bestrålt, d.v.s ryggmarg (blått). Conformal terapi= ’skreddersydd’ terapi CRT &IMRT • “Conformity index” er et mål på hvor vel avgrenset dose-fordelingen er i forhold til svulstvevet: CI=Vtarget/Vtreated • Konvensjonell behandling gir relativt lav CI; en betydelig økning i denne faktor kan oppnås ved intensitetsmodulert stråleterapi – IMRT. Vtarget Vtreated CRT &IMRT The crucial question: Rectal volume IMRT ‘a little to a lot or a lot to a little’ conv. Which DVH corresponds to the lowest NTCP dose ? CRT &IMRT 1.0 Rectal bleeding grade 1-3 Fenwick et al. Hepatitis Jackson et al. 0.8 NTCP Conformal terapi forutsetter en viss volumeffekt i det vev/organ hvor man ønsker redusert repons For en del organer er denne effekten til stede, men ikke alt vev (jfr. seriell vs. parallell vevs-arkitektur. 0.6 0.4 Mean functional reserve = 0.28 for rectum 0.2 0.0 0 0.2 0.4 0.6 Damaged Organ Fraction 0.8 CRT &IMRT • Volumeffekten i normalvevsstrålebiologi angir hvordan doseresponskurven påvirkes av bestrålt volum. • Dose-responskurven for hud flyttes mot lavere dosenivå ved økt bestrålt areal. CRT &IMRT • Økende bestrålt volum gir redusert toleranse • Toleransedose ved et gitt lungevolum er avhengig av hvor i lungen det bestrålte volum befinner seg. CRT &IMRT 0,25 Mean correlation 0,20 R R ee cc tu tu m m 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Volume parameter n Dale, Olsen & Fosså 1999 P ro s ta tete P ro s ta Late toxicity in the rectum is dependent on the tissues functional architecture FSU FSU H ig h -d o soes eb obxo x H ig h -d CRT &IMRT Hensikten med IMRT (intensitetsmodulert stråleterapi) er å oppnå en mer avgrenset stråledose til tumorvev, uten samtidig å gi høye stråledose til normalvev og kritiske organer. Dersom enkelte deler av tumor trenger større stråledoser, for eksempel fordi disse områdene er dårlig oksygenert og dermed mindre stråle-følsomme, kan IMRT gi en tilsiktet heterogen fordeling av stråledose i tumorvevet. CRT &IMRT Invers planlegging Ved invers planlegging spesifiseres krav til DVH som doseberegningsprogrammet skal oppnå gjennom å regne ut den optimale kombinasjonen av felt og segmenter. Eksempel på DVH av normalvev CRT &IMRT U=Pwi NTCP wo (1-TCP) i or U=Pwi DOAR wo (1-DTV) i where w are weight factors, D is any descriptive dose measure, NTCPi is the probability of a given toxicity (end-point) of an organ i, and TCP is the tumour control probability. wi is not always a fixed parameter but rather a function, e.g. may w=d for the spinal cord, i.e. w=0 for d<50 Gy and w=1 for >50 Gt. CRT &IMRT Tumor (rødt) omkranset av strålefelt (grønn). Strålefelt oppbygd av ulikt antall segmenter og dose-nivåer Røntgenfilm som viser tilsvarende dosefordelingen i strålefeltet CRT &IMRT Et strålefelt bygges opp av ulike segmenter, hvert med en spesifikk dose Seg.1 Seg. 2 Seg.3 Seg.4 Seg.5 Seg.6 Seg.7 CRT &IMRT Ulike segmenter oppnås ved å justere åpningen mot strålekilden under behandling Total stråledose CRT &IMRT En rekke strålefelt, bygd opp av mange segmenter rettes inn mot tumor for å gi tilsiktet dose til hele svulsten tumor er satt under kryssild. CRT &IMRT Ved IMRT fordeler stråle-dosen seg rundt tumor (rød), uten at kritiske organer som ryggmargen belastes for mye • Jointer and others reported on an increased cell kill at doses per fraction of 0.250.75 Gy compared to conventional cell survival curves (HRS). • This has been named ”hypersensitivity at low doses”. Surviving fraction - SF CRT &IMRT Dose (Gy) M. Joiner at al. 2001 CRT &IMRT 85 B io lo g ic a l e ffe c t c o rre s p o n d in g to to ta l d o s e in 2 G y -fra c tio n s • The biological effect, corresponding to a total dose of 50 or 70 Gy was calculated for different fraction sizes, taking into account the radiation hypersensitivity. • An increased effect may be seen at dose per fraction lower than 0.6 Gy 80 70 Gy equivalent 75 70 65 60 50 Gy equivalent 55 50 45 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 D o se p er fractio n (G y) 2.00 2.25 CRT &IMRT The consequence Normal tissue and organs at risk are usually spared by distributing the dose to a larger volume and to a dose level of 1/6-1/3 of the intended tumour dose. • The dose to these tissues may then vary from 0.30.7 Gy. • Radiation hypersensitivity may cause a substantially larger biological effect than expected due to the low dose hypersensitivity. Conformal stråleterapi • Dearnaley et al. har publisert den eneste randomiserte studie mellom konvensjonell teknikk og konformal stråleterapi. • Studien demonstrerer redusert senskade hos prostata-pts. som behandles med konformal teknikk. D. Dearnaley at al. Lancet 1999 RIT • Det finnes radioaktive forbindelser som søker seg fram til svulsten, bl. annet merkede monoklonale antistoffer mot molekyler på tumorcellenes overflate. • Fra disse radioisotopene sendes det ut stråling som kan drepe kreftcellene • Slik behandling må ofte kombineres med ekstern strålebehandling. RIT a-partikkel-track i tumorvev Normal og destruert trabekelnettverk i bein RIT Eksempel på opptak av en målsøkende radioaktiv forbindelse, vist ovenpå et CT-bilde RIT Radioisotopes (Samarium-EDTMP) may be used both for therapy and imaging, as in this sarcoma patient. Up-take of samarium indicate tumour activity and may be used for guiding external boost. ”Hadrons for health” RWE G I U IT R A D A L N TH IA E NO M S H O P PROTONS • • • • • Protons are superior to photontherapy, because: Decreased normal tissue toxicity Escalation of dose Possibility of increased cure rates? The ability to re-treat tumors after recurrences Re-evaluation of the treatment of some benign diseases PROTONS • Protoner gir maksimal doseavsetning i et gitt dyp svarende til Bragg-peak, i motsetning til fotoner hvor dosemaks. ligger nær overflaten. • Ved å benytte ulike energier kan området som Bragg-peaken dekker gis ønsket dybde. Dybdedosefordeling, d.v.s. Doseavsetning som funksjon av dyp i pasienten, for fotonstråling og singel-energi proton-stråling. Elektroner og Bragg-peak PROTONS Sum av et knippe med protonstråler med ulik energi gir et doseplatå; dette kan tilpasses tumorutstrekning og dermed gi en vel avgrenset dosefordeling PROTONS Protonterapi gir en C.I. nærmere 1 enn andre kjente behandlingsteknikker PROTONS 4 Bragg Peak Relative Dose 3 Proton 2 Spread-out Proton Peak 22 MV X-rays 22 MeV electrons Co-y rays 1 200 kV X-rays 0 10 20 Depth in Tissue (cm) 30 PROTONS Depth dose distribution of protons vs. photons PROTONS Normal tissue doses following photon vs. proton irradiation. PROTONS Proton facility at Paul Sherer Institute, Switzerland. Comparison between proton and photons for pancreatic cancer Metz JM, Stipp D, Hahn SM, Masters HM, Levin WP, McDonough J. University of Pennsylvania PROTONS PROTONS CTV DVH 100 90 % Volume 80 70 60 50 40 30 20 10 0 photons 0protons 10 20 30 Dose (Gy) Dose-volume histogram for the CTV 40 50 60 PROTONS Spinal cord DVH 100 90 80 photon % Volume 70 proton 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 Dose (Gy) Dose-volume histogram for the spinal cord 40 50 60 PROTONS Liver DVH 100 90 80 photons % Volume 70 protons 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 Dose (Gy) Dose-volume histogram for the liver 40 50 60 PROTONS Right kidney DVH 100 90 80 photons % Volume 70 protons 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 Dose-volume histogram for the liver 30 Dose (Gy) 40 50 60 Left kidney DVH PROTONS 100 % Volume 90 80 photons 70 protons 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 Dose (Gy) Dose-volume histogram for the kidey 40 50 60 PROTONS Structure Photon D ose (G y) Proton D ose (G y) D ose R eduction p-value Spinal C ord Liver R ight K idney Left K idney 27 22 14 11 6 10 8 3 78% 55% 43% 73% .003 .061 .059 .025 Mean dose to organs at risk for 50% of the organ volume PROTONS X-RAYS PROTONS 100 Medulla blastoma irradiation in pediatric cancer 60 10 Note greatly decreased dose to the heart PROTONS X-RAYS 100 60 10 PROTONS Medulla blastoma irradiation in pediatric cancer Irradiation of the H&Nregion Protons PROTONS X-rays Irradiation the lung tumours IMPT Protons PROTONS XraysIMXT BNCT er en behandling der pasienten bestråles med termisk nøytroner Nøytronene har lav energi og avsetter liten dose i pasienten. Bestrålingen kombineres imidlertid med injeksjon av bor-atomer i forkant av behandling. BNCT Pasient plassert foran en nøytron-kanon Disse tas opp i tumor. Der nøytroner treffer boratomer, fanges disse inn i kjernen. Bor-atomer blir radioaktivt og sender ut kraftig partikkelstråling. BNCT Kombinasjon av Dosefordeling etter BNCT; rød nøytronbestråling og opptak linje representerer høyest dose. av bor-atomer i tumor, gir meget lokalisert bestråling slik som illustrert for denne pasienten med hjerne-svulst. BNCT Lokalisert bestråling gjør det mulig å gi store stråledoser til tumorvev, samtidig som belastningen til normalt vev og organer holdes på et lavt, akseptabelt nivå. BNCT konsentrerer dosen til tumor, mens strålebelastningen til normalt hjernevev blir lav.
