Pään ja kaulan alueen sädehoidot: laatu, tekniikka ja tulokset Mikko Tenhunen Ylifyysikko HYKS Syöpäkeskus Sädehoitofyysikoiden neuvottelupäivät, 5-6.6.2014
Intensiteettimuokatut sädehoidot (kiinteistä suunnista annettava IMRT,VMAT, IMAT, tomoterapia,...) Ensimmäiset IMRT-hoidot maailmassa 1990- jälkimmäisellä puoliskolla (Nomos, Elekta, Varian) Suomessa ensimmäiset hoidot v. 2000, nykyään vallitseva tekniikka pään ja kaulan alueen radikaalisissa sädehoidoissa Yleistyi länsimaissa jo ennen kuin kliiniset tutkimukset, joissa teho / paremmuus aikaisempaan tekniikkaan nähden on osoitettu Edelleen keskustellaan jonkin verran: missä hoidoissa IMRT:stä on hyötyä? voiko IMRT:stä olla joissakin hoidoissa haittaa? mikä on edullisin tapa toteuttaa IMRT (laitevalmistajien kilpailua ja koulukuntien mielipide-eroja)
Lähtökohta IMRT
Radiother. Oncol 98: 34-37, 2011 n= 87 joista 91 % St III-IV, hoidot HYKS v. 2001-2007 IMRT Paikalliskontr. 2 v Larynx 84 % Oropharynx 82 % Hypopharynx 89 % OS 5 v = 74 % (1980-1990: n. 30-40 %)
Radiother Oncol 104: 286-293, 2012
Cancer 120: 702-710, 2014 - rertrospektiivinen vertailu - n=3172 USA:ssa hoidettua H/N -potilasta
IMRT:n vaikutus hoitotuloksiin H/N-syövissä IMRT-tekniikan käyttö on parantanut hoitotuloksia pään- ja kaulan alueen kasvainten radikaalisessa sädehoidossa erityisesti suurissa kasvaimissa pelkän sädehoitotekniikan vaikutus elossaololukuihin ehkä 10-15 %-yksikköä suurissa kasvaimissa, joita ei ole leikattu (samanaikaisesti v. 1995-2005 hoidossa tapahtunut muitakin muutoksia, mm. kemosädehoidon käyttöönotto) pienissä kasvaimissa ja postop. hoidossa hoitotekn. vaikutus on todennäköisesti vähäisempi
IMRT ja normaalikudokset IMRT:llä voidaan tehokkaasti suojata kohdealueen lähellä olevia normaalikudoksia eniten tutkittu sylkirauhasia Jkv. huolta on herättänyt pieneen annokseen sädetetyn tilavuuden kasvu 3DCRT-tekniikkaan verrattuna sekundäärisyöpä mm. lihasatrofia 35 45 Gy:n annoksilla tunnettu reaktio manttelihoidoissa!
IJROBP 82: 612-618, 2012
IMRT:n jatkokehitystä (ei vielä tukevaa kliinistä näyttöä) VMAT vs. IMRT VMAT+IMRT Funkt.kuvanta+annoseskalaatio tehostaa hoitoa? Adaptiivinen hoito? Braky+ekst.? IJROBP: 85: e47-e54, 2013
Laatu -käsite Se, mikä on jollekin ominaista Sanan perusmuoto ei sisällä kannanottoa tasosta, ts. laatu voi olla hyvää, huonoa tai kirjavaa Toisaalta laatu-sananjohdoksiin sisältyy positiivisia sivumerkityksiä laadunvarmistus laadukas hoito (vastakohta laaduton?)
Onnistunut sädehoito --- teoriassa PUC:n maksimi ---
Hyväksyttävä sädehoidon laatu = Valittua virhemarginaalia tarkempi hoidon toteutus +/- 5 % (ICRU)
Mitä käytännössä havaitaan hoitotuloksista? Optimaalinen sädehoito Vakava aliannos Vakava yliannos Harmaa alue Harmaa alue
SÄDEHOIDON PROSESSI MUUTTUU TEKNIIKAN MUKANA TTkuvantaminen Annossuunnittelu Simulaatio Hoito TT-,MK, PETkuvantaminen Annossuunnittelu Hoito Simulaatio Kuvantaminen hoidon yhteydessä VÄHÄN AIKAA SITTEN KOHTA
Sädehoitopolku Sädehoitopäätös Kuvaukset Kohdealue 2,...,n fraktiot 1. fraktio + kuvantaohjaus Kenttäjärjestely+ annoslaskenta Seuranta Laitteiden ja laskentamenetelmien fysikaalinen laadunvarmistus kohdistuu pääosin keltaiselle alueelle Prosessin muut kohdat, mm. kohdealue?
Fysikaalinen laadunvarmistus Systemaattiset virheet vs. satunnaiset virheet: testien suorituskyky vs. testattava ilmiö Koko sädehoitoketjun testaus vs. yksittäiset testit Testien optimointi => Valitaan ne kohteet, joissa virhe on todennäköisin tai aiheuttaa toteutuessaan suurimman vahingon
Annoslaskentavertailu: keuhkokasvain Laskettiin kuvitteellinen 60 Gy:n hoito keuhkokasvaimeen 6 ja 15 MV:n energioilla (Varian Clinac ix) viidellä eri annoslaskenta-algoritmilla (samat monitoriyksiköt neljässä moniliuskarajaimella muokatussa kentässä)
Samat MU:t => erilainen annoslaskentatulos Laskentamalli PTV PTV PTV Keuhko Keuhko Keuhko V<5% V=50% V>95% V<10% V<20% V<30% 6 MV Monte Carlo (Elekta CMS Monaco) 62.7 Gy 60.0 Gy (0%) 55.2 Gy 35.9 Gy 31.6 Gy (0%) 20.1 Gy 6 MV PBC ei epäh. (Varian Eclipse) 56.3 Gy 54.6 Gy (-9.0%) 52.5 Gy 34.4 Gy 31.0 Gy (-1.8%) 23.2 Gy 6 MV PBC (Batho) (Varian Eclipse) 64.2 Gy 62.9 Gy (+4.8%) 60.9 Gy 39.6 Gy 37.3 Gy (+18.0%) 26.6 Gy 6 MV AAA (Varian Eclipse) 63.7 Gy 60.9 Gy (+1.5%) 57.1 Gy 37.1 Gy 33.2 Gy (+5.1%) 25.4 Gy 6 MV CCC (Nucletron Masterplan) 62.8 Gy 60.0 Gy (+0 %) 55.3 Gy 35.9 Gy 31.8 Gy (+0.6%) 24.1 Gy 15 MV Monte Carlo (Elekta CMS Monaco) 62.7 Gy 60.0 Gy (0.0%) 55.2 Gy 34.9 Gy 30.3 Gy (0.0%) 23.0 Gy 15 MV PBC ei epäh. (Varian Eclipse) 55.3 Gy 56.8 Gy (-5.3%) 57.8 Gy 34.9 Gy 32.1 Gy (+5.9%) 24.7 Gy 15 MV PBC (Batho) (Varian Eclipse) 63.7 Gy 62.7 Gy (+4.5%) 60.9 Gy 37.9 Gy 35.9 Gy (+19.6%) 27.3 Gy 15 MV AAA (Varian Eclipse) 61.9 Gy 58.5 Gy (-2.5%) 54.3 Gy 34.2 Gy 30.6 Gy (+1.0%) 24.4 Gy 15 MV CCC (Nucletron Masterplan) 61.0 Gy 57.7 Gy (-3.8%) 52.0 Gy 33.3 Gy 28.5 Gy (-5.9%) 22.1 Gy
IMRT hoidon dosim. auditointi: EMRP testifantomi + IC + Gafchromic filmi HYKS, 12/2013
IMRT-hoidon dosim. auditointi: HYKS Linac 2, v. 2013
Sädehoidon tekn./fysikaalinen tarkkuus ja kliininen tulos? Radiother. Oncol. 2009 Sylkirauhasfunktion huononema 10 % => vastaa 2.4 Gy annosmuutosta => vastaa n. 3 mm:n paikkavirhettä (*) (*) Paikkavirhe riippuu annossuunnitelmasta
Kohdealueen rajaaminen vs. hoitotulokset Mauri Kouri: Hoitokentän ulkopuoliset kasvaimet ovat yleensä säderesistenteimpiä Trad: Always hit the target Kvantitatiivista tietoa on kertynyt randomoiduista kliinisistä trialeista, joihin on liittynyt sädehoitoprosessin monipuolinen laadunvarmistus (auditointi, review, monitorointi)
Seuraavana artikkelina ilmestyi:
CIS+TPZ+RT vs. CIS+RT
Normaali (forward) annossuunnittelu Kohteenmukainen ulkoinen sädehoito Käänteinen (inverse) annossuunnittelu Kaarisädetys Sädetys useasta kiinteästä suunnasta Viuhkakeilat (Fan beam) Kartiokeilat Staattinen kenttäkoko Muuttuva kenttäkoko (IMRT) Helikaalinen tomoterapia Sekventiaalinen Tomoterapia (Peacock, Nomos) Konformaalinen kaari Intensiteettimuokatut kaaret VMAT 3D-CRT Cyberknife Gamma knife Composite IMRT ( DASSIM-RT ) Askel-tekniikka (step-andshoot) Dynaaminen tekniikka (DMLC)
IMAT ja VMAT Intensity modulated arc therapy = IMAT useita kontrollipisteitä / kanturikulman paikka tai useita päällekkäisiä kaaria Volumetrically modulated arc therapy = VMAT yksi kontrollipiste (MLC:n muoto) / kanturikulman paikka ei modulaatiota kentässä (kiinteässä/hetkellisessä suunnassa) vaan useasta eri suunnasta tulevat kentät summautuvat ja moduloivat kohdetilavuuden (= volumetric) annosjakaumaa
3DCRT, IMRT, VMAT... Integraaliannos vakio kohdetta ympäröivillä kuorilla likimain hoitotekniikasta riippumatta Annos voidaan jakaa kuoren eri alueisiin eri tavoin, mutta kuitenkin tietyissä rajoissa 1. Pieni annos suureen tilavuuteen suojaa tehokkaammin sarjamuotoisia normaalikudoksia (D max ratkaiseva) 2. Suuri annos pieneen tilavuuteen suojaa tehokkaammin rinnakkaismuotoisia normaalikudoksia (D mean & sädetetty tilavuus ratkaisevia) pienempi sekundäärikarsinooman riski?
Kokeellinen vertailu/mt: Tietynsuuruisen kohdealueen hoito tuottaa vakion integraaliannoksen kohdetta ympäröivälle pinnalle hoitotekniikasta riippumatta (fotoneilla!) Keskimääräinen annos 5...6 cm säteisen pallokuoren ( OAR ) sisällä Kentät PTV PTV PTV PTV PTV PTV =1 cm =2 cm =3 cm =4 cm =5 cm =6 cm 1 6.5 % 16.3 % 31.4 % (6 MV) 31.9 % (10 MV) 31.4 % (15 MV) 56.4 % 90.5 % 99.7 % 2 (vast.) 31.0 % 4 (box) 31.5 % 360 o rot 32.4 %
Med Phys 26:1212-1221,1999
Med. Phys. 36: 734-740, 2009 1. For each clinical scenario, the normalized integral dose for a given shell was also relatively constant regardless of the number and orientation of beams, 2. or degree of sparing of critical structure. 3. 3D and IMRT planning tools can redistribute, rather than eliminate dose to the surrounding normal tissues (intuitively known by planners). More specifically, dose cannot be moved between shells surrounding the target but only within a shell. This implies that there are limitations in the extent to which a critical structure can be spared based on location and geometry of the critical structure relative to the target.
Annossuunnittelun käänteisongelman ratkaisu Fysikaalinen optimointi Annosrajat (Gy) tai annos-tilavuusrajat kohdealueessa ja kriittisissä rakenteissa Optimointi tuottaa tyypillisesti pienimmän neliösumman ratkaisun, jossa kohdealueen ja kriittisten rakenteiden tavoiteannoksien välille saadaan optimointialgoritmin rajoissa paras kompromissi (esim. Varian Eclipse IMRT/VMAT) Biologinen optimointi (1) Optimoi PUC = TCP(1-NTCP):tä, jolloin teoriassa voidaan tuottaa parempi hoitotulos kuin fysikaalisessa mallissa ONGELMA: TCP & NTCP mallinnuksen epävarmuus (2) Voidaan optimoida myös EUD-malleista ( biologinen annos ) kokoonpantua optimointifunktiota (esim. CMS Monaco IMRT/VMAT), joka on tietyllä tavalla välimuoto PUCoptimoinnista ja fysikaalisista annosrajoista.
D / DVH vs. EUD optimointikriteerinä Optimointikohde Sarjamuotoinen normaalikudos Rinnakkaismuotoinen normaalikudos D max Fysikaalinen D / DVH useita DVH-rajoja D(V)<D max,i EUD EUD ( D max ) EUD ( D mean, V<V tol ) Kasvain D min, D max EUD, D max (EUD D min ) - molemmilla menetelmillä on mahdollista tuottaa samankaltaisia annosjakaumia - EUD:llä ainakin teoreettisia etuja (yksinkertaisemmat kriteerit, rinnakkaismuotoisten kudosten annosrajojen käsittely) - erojen kliininen merkitys on epäselvä
Cyberknife ei käytä kaarisädetystekniikkaa, mutta... - käänteinen annossuunnittelu optimaalisen ratkaisun löytämiseksi - laaja kulma-alue, erit. non-koplaanisten kenttien runsas käyttö (paitsi posterioriset kentät) - matem.optimointimenetelmää hyvin vastaava sädetystapa (kapeita keiloja kiinteistä suunnista) => VMATin (IMATin) kaltainen lopputulos odotettavissa Paravati A.J., et al. Combined endoscopic Endonasal surgery fractionated SRS. Technology in Cancer Research & Treatment Vol. 9, 2010
VMAT voittaa melkein aina hoitoajassa muut tekniikat
IMRT:n/VMATin suorituskyky riippuu Annossuunnitteluohjelmasta käänteisongelman ratkaisutapa MLC-ohjauksen monimutkaisuus: sekvensseri Annossuunnitelman optimointikriteereistä & hoitokohteesta helpot tavoitteet => nopea hoito MLC:n suorituskyvystä liuskan leveys, liuskan nopeus
Eturauhasen VMAT helpompaa, koska - pienempi hoitokohde - kriittisten elinten annokset riippuvat hitaasti kanturikulmasta a (peräsuoli =>) hidas <= dd/da pieni
Kaulan VMAT vaikeampaa, koska - suurempi hoitokohde - kriittisten elinten annokset riippuvat nopeasti kanturikulmasta a (parotikset =>) kapealla kulma-alueella nopea <= dd/da suuri
Annosnopeuden vaikutus Med Phys 38: 4912-, 2011
Yu: Phys. Med. Biol. 2011 VMAT: Samaan ratkaisuun on mahdollista päästä useaa reittiä - annosnopeusmodulaation ja kulman suhteen tehtävän modulaation erilaiset yhdistelmät tuottavat saman ratkaisun suuri annosnopeus & kapea kulma = pieni annosnopeus & leveä kulma
VMAT: Annoslaskennan kulmanäytteenotto riittävällä tasolla! Yu et al. PMB 2011
Enemmän modulaatiota... => Suurempi herkkyys liikevirheille hoidon aikana Ratkaisumalleja: - keskiarvoistus tarpeeksi pitkän hoitoajan kuluessa - hoito esim. hengityspidätyksessä tai vapaaseen hengitykseen tahdistettuna - liikettä seuraava sädetys Keall et al. Electromagnetic guided dynamic multileaf collimator enables motion management for intensity modulated arc therapy IJROBP 2011
MLC:n suorituskyvyn vaikutus --- Elekta MLCi => Agility --- Liuskan leveys 1.0 cm => 0.5 cm Liuskan nopeus 2.0 cm/s => 6.0 cm/s Sama annossuunnitteluohjelmisto (Philips Pinnacle), samat optimointikriteerit, samantasoiset DVH:t Bedford et al. JCMP 2012
Paras ratkaisu IMAT:n tekemiseksi? Teoriassa parhaan lähestymistavan tarjoaa tomoterapialaite kapea, binäärinen MLC: sulkee tai avaa kentän kulmassa x ilman viivettä => ei rajoituksia optimoinnissa... kuitenkin sen kustannuksella, että kuluu paljon monitoriyksiköitä ja hoitoaikaa, koska hoitaa kapean viipaleen kerrallaan herkempi liikevirheille hoidon aikana ei mahdollisuutta non-koplanaarisiin kenttiin Käytännössä kliinisesti merkittäviä eroja ei ole vakuuttavasti osoitettu: jokaisessa menetelmässä hyviä ja edelleen paremmaksi kehitettäviä ominaisuuksia
VMAT: paljon keiloja, vähän modulaatiota IMRT: vähän keiloja, paljon modulaatiota => DASSIM-RT muodostaa jatkumon näiden välille - lisää kiinteitä IMRT-kenttiä kaarien sisään niihin suuntiin, joissa lisämodulaatio parantaa jakaumaa Med Phys 38: 4912-, 2011
Paras mahdollinen suunnitelma? p(e) = p(e/q)p(q), missä p(e) on todennäköisyys, että valitulla tekniikalla syntyy hyvä suunnitelma p(q) on valitun tekniikan Q (sisäinen) todennäköisyys hyvään suunnitelmaan p(e/q) suunnittelijaan E liittyvä todennäköisyys käyttää tekniikkaa Q siten, että suunnitelma on hyvä
Omaa testausta: Kaulan sädehoito 50 Gy VMAT vs. IMRT vs. TOMO
DV(Gy) PTV(V50%)=50Gy (2 Gy/fr) IMRT1 (yksilöll.) IMRT2 (luokka) VMAT1 VMAT2 TOMO DASS- IM-RT PTV5% 52.6 53.1 53.8 52.6 52.1 52.7 PTV95% 47.1 46.2 46.2 46.8 47.0 46.7 Medulla 5% O.parot. keskim. V.parotis keskim. 31.6 33.3 33.6 31.0 33.2 31.3 20.4 21.0 17.1 19.3 22.4 18.8 20.3 20.9 17.2 19.4 23.9 19.8
Suomalainen gallup kaulan alueen sädehoidoista Kysely sädehoitokeskuksiin toukokuun alussa 2014 (STUK & HYKS) Vastasi 9 / 13 Testisuunnitelmien tekoaikaa jatketaan postinkulkuongelmien takia Suunnitelmien vertailutulokset erillisenä jakeluna tai seuraavilla neuv.päivillä Nyt esitetään vain muutamia tuloksia
Kuinka monta kaulan alueen radikaalista sädehoitoa toteutetaan vuoden aikana yksikössäsi? (n=9) Hoitoja 15 170 kpl/v keskiarvo 59 mediaani 29
Ensisijaiset hoitotekniikat T1-2 larynx ( äänihuulikarsinooma ) 3DCRT: 3 IMRT: 3 VMAT: 5 Prim.kasvain + molemminpuoliset kaulan imusolmukkeet IMRT: 4 VMAT: 7 Prim.kasvain + toispuoleiset imusolmukkeet IMRT: 4 VMAT: 6
Muut merkkiaineet PETissä: EF5 (hypoksia), F-DOPA (kilpirauhassyöpä)