Conformal stråleterapi & IMRT

1. Conformal stråleterapi & IMRT

2. http://www.nrpa.no/dokumentarkiv/StralevernRapport12_2003.pdfhttp://www.nrpa.no/dokumentarkiv/StralevernRapport12_2003.pdf

3. Volumer og marginer

4. Volumer og marginer

5. Volumer og marginer

6. Volumer og marginer

7. Volumer og marginer

8. CRT &IMRT Tidlig stråleterapi kjente ikke til begrepet konformal terapi, likevel var de tidligste klinikere opptatt av å begrense volumet som ble bestrålt.

9. 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

10. 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

11. CRT &IMRT Rectal volume The crucial question: ‘a little to a lot or a lot to a little’ Which DVH corresponds to the lowest NTCP ? IMRT conv. dose

12. CRT &IMRT Conformal terapi forutsetter en viss volumeffekt i det vev/organ hvor man ønsker redusert reponsFor en del organer er denne effekten til stede, men ikke alt vev (jfr. seriell vs. parallell vevs-arkitektur. Mean functional reserve = 0.28 for rectum

13. CRT &IMRT • Volumeffekten i normalvevs-strålebiologi angir hvordan doseresponskurven påvirkes av bestrålt volum. • Dose-responskurven for hud flyttes mot lavere dosenivå ved økt bestrålt areal.

14. CRT &IMRT • Økende bestrålt volum gir redusert toleranse • Toleransedose ved et gitt lungevolum er avhengig av hvor i lungen det bestrålte volum befinner seg.

15. CRT &IMRT Dale, Olsen & Fosså 1999 Late toxicity in the rectum is dependent on the tissues functional architecture

16. 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.

17. CRT &IMRT Invers planlegging Ved invers planlegging spesifiseres krav til DVH som dose-beregningsprogrammet skal oppnå gjennom å regne ut den optimale kombinasjonen av felt og segmenter. Eksempel på DVH av normalvev

18. CRT &IMRT U=PwiNTCP  wo(1-TCP) or U=PwiDOAR wo(1-DTV) 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. i i

19. CRT &IMRT Strålefelt oppbygd av ulikt antall segmenter og dose-nivåer Røntgenfilm som viser tilsvarende dosefordelingen i strålefeltet Tumor (rødt) om-kranset av strålefelt (grønn).

20. Seg.1 Seg. 2 Seg.4 Seg.5 Seg.6 Seg.7 Seg.3 CRT &IMRT Et strålefelt bygges opp av ulike segmenter, hvert med en spesifikk dose

21. CRT &IMRT Ulike segmenter oppnås ved å justere åpningen mot strålekilden under behandling Total stråledose

22. 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.

23. CRT &IMRT Ved IMRT fordeler stråle-dosen seg rundt tumor (rød), uten at kritiske organer som ryggmargen belastes for mye

24. Surviving fraction - SF Dose (Gy) CRT &IMRT • Jointer and others reported on an increased cell kill at doses per fraction of 0.25-0.75 Gy compared to conventional cell survival curves (HRS). • This has been named ”hypersensitivity at low doses”. M. Joiner at al. 2001

25. 70 Gy equivalent 50 Gy equivalent CRT &IMRT • 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

26. 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 0.3-0.7 Gy. • Radiation hypersensitivity may cause a substantially larger biological effect than expected due to the low dose hypersensitivity.

27. 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

28. 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.

29. RIT a-partikkel-track i tumorvev Normal og destruert trabekelnettverk i bein

30. RIT Eksempel på opptak av en målsøkende radioaktiv for-bindelse, vist ovenpå et CT-bilde

31. 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.

32. ”Hadrons for health”

33. PROTONS Protons are superior to photon-therapy, 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

34. 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.

35. Elektroner og Bragg-peak

36. PROTONS Sum av et knippe med protonstråler med ulik energi gir et dose-platå; dette kan tilpasses tumor-utstrekning og dermed gi en vel avgrenset dosefordeling

37. PROTONS Protonterapi gir en C.I. nærmere 1 enn andre kjente behandlings-teknikker

38. PROTONS 4 3 2 1 Relative Dose Proton Spread-out Proton Peak 22 MV X-rays 22 MeV electrons Co-y rays 200 kV X-rays 0 10 20 30 Depth in Tissue (cm) Bragg Peak

39. PROTONS Depth dose distribution of protons vs. photons

40. PROTONS Normal tissue doses following photon vs. proton irradiation.

41. PROTONS Proton facility at Paul Sherer Institute, Switzerland.

42. Comparison between proton and photons for pancreatic cancer PROTONS Metz JM, Stipp D, Hahn SM, Masters HM, Levin WP, McDonough J. University of Pennsylvania

43. PROTONS Dose-volume histogram for the CTV

44. PROTONS Dose-volume histogram for the spinal cord

45. PROTONS Dose-volume histogram for the liver

46. PROTONS Dose-volume histogram for the liver

47. PROTONS Dose-volume histogram for the kidey

48. PROTONS Mean dose to organs at risk for 50% of the organ volume

49. PROTONS X-RAYS PROTONS 100 60 10 Medulla blastoma irradiation in pediatric cancer Note greatly decreased dose to the heart

50. PROTONS X-RAYS 100 60 10 PROTONS Medulla blastoma irradiation in pediatric cancer