Vorlesungen 4. Studienjahr Spezielle Strahlentherapie (18:15-19:00 Uhr) T1. Prinzipien der Strahlenther. / Mamma-Ca (23.04.13 OÄ Hindemith) T2. Kopf-/Hals-Tumoren /Bronchialkarzinome (24.04.13 Dr. Dietzsch) T3. Rektumkarzinom / Anal-Ca. / Prostatakarzinom (25.04.13 Prof. Kortmann) T4. Palliative/Symptomat. Behandlungskonzepte (26.04.13 OÄ Papsdorf) T5. Gynäkologische Tumoren (29.04.13 OA Liebmann) Klausur: 08.05.13 - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Indikationsstellung zur Strahlentherapie 1. Kurativer oder palliativer Therapieansatz? 2. Ist der Tumor strahlensensibler als seine Umgebung (Tm-Biologie)? 3. Welche Gesamtdosis zur Tm-Zerstörung notwendig (Tm-Biologie)? 4. Welches strahlentherapeutische Verfahren (perkutan / Brachytherapie)? 5. Welche zeitliche und welche räumliche Dosisverteilung (Planung)? 6. Welcher Schädigungsumfang am Normalgewebe wird erwartet? 7. Alternative Therapiemöglichkeiten mit geringerer Toxizität? 8. Intervall zu vorherigen Therapiemaßnahmen / Repopulierung? Bestrahlung möglich und sinnvoll?? - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Kurativer oder palliativer Therapieansatz? • • • • Definitiv Adjuvant Neoadjuvant Additiv • Kurativ • Palliativ • Symptomatisch Multimodale Konzepte: • Chirurgie + RT • Chemotherapie + RT • Hormontherapie + RT • Bisphosphonate + RT • Zytokine + RT STRAHLENTHERAPIE – Kurative Behandlung Heilungsrate (EU) ca. 45 % Strahlentherapie 12 % 6% 5% Chemotherapie Chirurgie 22 % STRAHLENTHERAPIE – Palliative Behandlung Ansprechrate (EU) > 70 % Strahlentherapie 60 - 70 % Chemotherapie 50 % Chirurgie - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Indikationsstellung zur Strahlentherapie 1. Kurativer oder palliativer Therapieansatz? 2. Ist der Tumor strahlensensibler als seine Umgebung (Tm-Biologie)? 3. Welche Gesamtdosis zur Tm-Zerstörung notwendig (Tm-Biologie)? 4. Welches strahlentherapeutische Verfahren (perkutan / Brachytherapie)? 5. Welche zeitliche und welche räumliche Dosisverteilung (Planung)? 6. Welcher Schädigungsumfang am Normalgewebe wird erwartet? 7. Alternative Therapiemöglichkeiten mit geringerer Toxizität? 8. Intervall zu vorherigen Therapiemaßnahmen / Repopulierung? Bestrahlung möglich und sinnvoll?? Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 1. Tumorentität Mittelwerte der Proliferationsaktivität histologisch unterschiedlicher Tumoren (Tubiana und Malaise 1976) - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Strahlensensibilität verschiedener Tumoren TUMORART KURATIVE DOSIS (Gy) LEUKÄMIE - INFILTRAT SEMINOM 20 - 30 LYMPHOGRANULOMATOSE NON-HODGKIN-LYMPHOM NEUROBLASTOM 30 - 45 MEDULLOBLASTOM MAMMA-KARZINOM (MIKR) ADENOKARZINOM (MIKR) PLATTENEPITHELKARZINOM (MIKR) 50 - 60 WEICHTEILSARKOM (MIKR) PLATTENEPITHELKARZINOM (MAKR) MAMMA-KARZINOM (MAKR) PROSTATAKARZINOM 60 - 70 GLIOBLASTOM KNOCHENSARKOM WEICHTEILSARKOM 75 Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 2. Tumorgröße - Anstieg der zur Tumorkontrolle notwendigen Strahlendosis mit dem Logarithmus des Tumorvolumens Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 3. Gesamtdosis / Dosis pro Fraktion - Dosis-EffektKurve für die lokale Tumorkontrolle Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 3. Gesamtdosis / Dosis pro Fraktion - Prinzip der Fraktionierung der Dosis Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 4. Gesamtbehandlungszeit - Einfluß der Gesamtbehandlungszeit einer Bestrahlung mit 30 Fraktionen auf die lokale Kontrolle eines humanen Plattenepithelkarzinums der Maus Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle - 4. Gesamtbehandlungszeit ZEITFAKTOR = Abnahme der Tumorkontrollwahrscheinlichkeit mit zunehmender Gesamtbehandlungszeit einer fraktionierten Strahlentherapie - Existenz eines Zeitfaktors in der Radioonkolgie gesichert durch: • Experimentelle Untersuchungen • Randomisierte klinische Studien PEC H&N + NSCLC Biologischer Mechanismus? • • • • Wachstumsgeschwindigkeit unbehandelter Tm? beschleunigte Proliferation klonogener Tm-Zellen? zunehmende Hypoxie als alternative Erklärungsmöglichkeit? weitere mögliche Mechanismen? Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle -5. Hypoxische Tm-Zellfraktion / Reoxygenierung- Reoxygenierung während fraktionierter Strahlentherapie. Unmittelbar nach Bestrahlung sind alle überlebenden klonogenen Zellen hypoxisch. Bis zur nächsten Fraktion kommt es zur Reoxygenierung. Dies wiederholt sich über die Behandlung. (nach Hall) TUMORSTRAHLENBIOLOGIE Einflußfaktoren auf die lokale Tumorkontrolle 1. Tumorentität 2. Tumorgröße 3. Gesamtdosis / Dosis pro Fraktion 4. Gesamtbehandlungszeit der Strahlentherapie 5. Hypoxische Tumorzellfraktion / Reoxygenierung 6. Zeitintervall zwischen den Fraktionen (Einfluß ??) 7. Einsatz von Strahlen mit hohem LET - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Indikationsstellung zur Strahlentherapie 1. Kurativer oder palliativer Therapieansatz? 2. Ist der Tumor strahlensensibler als seine Umgebung (Tm-Biologie)? 3. Welche Gesamtdosis zur Tm-Zerstörung notwendig (Tm-Biologie)? 4. Welches strahlentherapeutische Verfahren (perkutan / Brachytherapie)? 5. Welche zeitliche und welche räumliche Dosisverteilung (Planung)? 6. Welcher Schädigungsumfang am Normalgewebe wird erwartet? 7. Alternative Therapiemöglichkeiten mit geringerer Toxizität? 8. Intervall zu vorherigen Therapiemaßnahmen / Repopulierung? Bestrahlung möglich und sinnvoll?? -Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie – Welches strahlentherapeutische Verfahren? 1. Radioaktive Strahlenquellen: Gamma-Strahler: Co 60 –Teletherapie, Ir 192-Brachytherapie, Beta-Strahler: Sr 90 u. Ru 106 für Brachytherapie 2. Röntgengeräte (Spannungen bis 300kV) 3. Elektronenbeschleuniger (LINIAC) Ultraharte Bremsstrahlung 4-25 MV Elektronenstrahlung 5-25 MeV 4. Synchrotron Erzeugung von Protonen und schweren Ionen (80-300 MeV) - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Perkutane Strahlentherapie - Röntgentherapiegerät - Tiefendosisverlauf verschiedener Photonenenergien im Vergleich mit 10 MeV-Elektronenstrahlen in Wasser - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Perkutane Strahlentherapie - Linearbeschleuniger accelerating structure (wave guide) electron gun electron track target Wave guide Stand primary collimator Collimator head Gantry rf rf modulator dose chamber mirror secondary collimator bremsstrahlung photons Primary radiation Rotational axis bending magnet Treatment couch flattening filter - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Perkutane Strahlentherapie - Linearbeschleuniger - PRIMUS - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Brachytherapie = Strahlentherapie über kurze Distanz „Brachy" = griechisch für „kurze Distanz“ (lokal, präzise, hochtechnisiert) Radioaktive Seeds oder Quellen werden direkt in den Tm oder in unmittelbarer Tm-Nähe eingebracht hohe Dosis im Tm aber Reduktion der Dosis im Normalgewebe Plesio-BT intracavitär / intraluminal / endovasal / Kontakttherapie interstitielle BT permanent (z.B. 125I, 103Pd) / temporär (z.B.192Ir) High dose rate (HDR) Medium dose rate (MDR) Pulsed dose rate (PDR) Low dose rate (LDR) DL: > 12 Gy / h (fraktioniert) DL: 2,0 - 12 Gy / h (fraktioniert) 0,5-1,0 Gy/Puls/h (hyperfraktioniert) DL: 0,4 - 2,0 Gy / h (kontinuierlich) - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Brachytherapie - 192Ir-HDR-Afterloader kompaktes, mobiles Gerät Punktquelle (1mm x 3mm, 192Ir) am Ende eines dünnen, flexiblen Führungsdrahtes Afterloader führt den Führungsdraht & Quelle durch die eingebrachten Katheter oder Applikatoren in das geplante Volumen dwell position = berechnete Standposition; Quelle kann in 2,5 mm-Schritten bewegt werden dwell time = berechnete Standzeit der Quelle an der entsprechenden dwell position; Realisierung einer konformalen Dosisverteilung (Möglichkeit der Optimierung der Dosisverteilung) - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - Brachytherapie - 192Ir-HDR-Afterloader - Punktquelle (1mm x 3mm, 192Ir) dwell position / dwell time - Plesio-Brachytherapie - intracavitär / intraluminal / endovasal / Kontakttherapie endovasal intracavitär intraluminal Kontakttherapie - Interstitielle Brachytherapie - permanente Implantate / temporäre Implantate - permanent temporär - Tumorstrahlenbiologie / Prinzipien der Strahlentherapie - - Indikationsstellung zur Strahlentherapie 1. Kurativer oder palliativer Therapieansatz? 2. Ist der Tumor strahlensensibler als seine Umgebung (Tm-Biologie)? 3. Welche Gesamtdosis zur Tm-Zerstörung notwendig (Tm-Biologie)? 4. Welches strahlentherapeutische Verfahren (perkutan / Brachytherapie)? 5. Welche zeitliche und welche räumliche Dosisverteilung (Planung)? 6. Welcher Schädigungsumfang am Normalgewebe wird erwartet? 7. Alternative Therapiemöglichkeiten mit geringerer Toxizität? 8. Intervall zu vorherigen Therapiemaßnahmen / Repopulierung? Bestrahlung möglich und sinnvoll?? STRAHLENTHERAPIE – Zeitliche Dosisverteilung Standardfraktionierung ED:2,0 Gy / GD:60 Gy 1x täglich / 5x wöchentlich Hypofraktionierung ED:4,0 Gy / GD:48 Gy 1x täglich / 3x wöchentlich Hyperfraktionierung ED:1,0 Gy / GD:60 Gy 2x täglich / 10x wöchentlich Akzelerierte Hyperfrakt. ED:1,3 & 1,7 Gy / GD:60 Gy 2x täglich / 10x wöchentlich STRAHLENTHERAPIE – Räumliche Dosisverteilung Zielvolumendefinition (ICRU 50) Tumormasse ( Rö, CT, MRT ) Tumorlokalisation (Rö, CT, MRT) Tumorcharakter (PET-CT, PET-MR, MR-Spectrom.) TARGET 1 (Tumornachweis) Dosis höher TARGET 2 (Tumorverdacht) Dosis niedriger Strahlentherapie des Mammakarzinoms Symptome/Risikofaktoren 1. Incidenz: Jede 10. Frau erkrankt im Laufe ihres Lebens ca. 57.000 Neuerkrankungen pro Jahr 17.500 Todesfälle pro Jahr 2. Symptome: tastbarer Knoten, Einziehung der Haut o. Mamille, LKS, selten Schmerzen heute häufig im Screening (50-70.Lj) Tumoren entdeckt 3. Risikofakt.: familiäre Häufung (BRCA-1, BRCA-2-Mutation): 5-10% Hormoneinnahmen, Nullipara, Östrogene, Mastopathie, ionisierende Strahlung, andere Adenokarzinome Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms - Halsted-Doktrin: „Mammakarzinom ist im Frühstadium lokoregionär begrenzte Erkrankung !“ Lokale Maßnahmen zur langfristigen lokalen Tumorkontrolle (Heilung) ausreichend ! Fisher-Doktrin: „ Mammakarzinom ist im Frühstadium weitgehend disseminierte Erkrankung !“ Systemische Therapie zur frühzeitigen Bekämpfung okkulter Mikrometastasen nötig ! Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms Kombinationshypothese / Spektrumhypothese: „Mammakarzinom im Frühstadium- abhängig von individueller Tumorbiologie – eine lokoregionäre oder bereits disseminierte Erkrankung“! Kombination aus lokalen und systemischen Maßnahmen zur Tumorheilung notwendig ! Hellmann (1997): Stopping metastasis at their source. N. Engl. J. Med. 337: 996-997. Hölzel et al. (2001): Modell zur primären und sekundären Metastasierung beim Mammakarzinom und dessen Bedeutung für die Strahlentherapie. Strahlenther. Onkol. 177: 10-24. Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms - Ziele der adjuvanten Therapie Lokal Strahlentherapie Systemisch Chemo- /endokr. Therapie Verhinderung des Lokalrezidives Bekämpfung von Mikrometastasen Längeres krankheitsfreies Überleben, Heilung Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms Klinisch relevante Prognosefaktoren • Alter (< 35 Jahre) • Lymphknotenstatus • Tumorgröße • Histologischer Typ • Grading Klinische Relevanz in ausgewählten Situationen • uPA / PAI-1 (nodal-negatives Mammakarzinom) Interessante neue tumorbiologische Prognosefaktoren - direkt am Tm • Genet. Testung (Endopredict, Oncotyp) nachträglich mgl. • SteroidhormonrezeptorStatus •Tm-Zellnachweis im Kn.-mark • HER-2-Status • Proliferationsfaktoren Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms Zusammenhang zwischen Tumorstadium und Überleben Stadium n Relative 5-Jahres- Relative 10-JahresÜberlebensrate Überlebensrate I 3.374 95 % 90 % IIA 3.165 86 % 72 % IIB 2.106 72 % 51 % IIIA 727 57 % 32 % IIIB 791 51 % 30 % IV 727 20 % 10 % Engel et al.(2001) In: Sauer(Hrsg) Mammakarzinom- Empfehlungen zu Diagnostik, Therapie und Nachsorge, 8.Aufl. Zuckschwerdt, München, S. 1-8. Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Biologie des Mammakarzinoms - Tumorlokalisation o.a. Lymphabflusswege Quadrant o.i. 49% 16% 17% 12% u.a. 6% u.i. • Level 1: lateral des Musculus pectoralis minor • Level 2: interpectoral • Level 3: medial des Musculus pectoralis minor und infra-/supraclaviculär Perkutane Strahlentherapie – Bsp. Mamma-Ca. 35-jährige Patientin vor / nach OP + RT bildgebende Diagnostik OP-Präparat / Histologie Adjuvante Strahlentherapie nach BET - S3-Leitlinie (2012) Linearbeschleuniger Bilddaten Computertomograph simulierte und markierte Bestrahlungsfelder Bestrahlungsplanungssystem geplante Bestrahlungsfelder Therapiesimulator Bestrahlungsdauer : 5 - 7 Wochen RT Zielvolumen : gesamte Restbrust Einzeldosis: 1,8-2,0 Gy (5x/Woche) Gesamtdosis: 50,0 - 50,4 Gy Boost* (10-16 Gy) (*LOE 1a, Empf.grad A) Aufsättigung des Tumorbettes (“Boost”) 10-Jahre Ergeb. : Boost (16 Gy) versus no Boost EORTC 22881-10882 Trial Lokale Tumorkontrolle (in Brust Rezidive) Alter 40 (n=449) Alter 41-50 (n=1334) 23,9% 13,5% Alter 51-60 (n=1803) Bartelink et al. (2001) N Engl J Med 345: 1378-1387. Alter >60 (n=1732) Mögliche Boost-Techniken Kein Boost Einflussfaktoren auf die Wahl der Boosttechnik: Tumorgröße Tumorsitz Risikoprofil Freier Schnittrand Alter der Patientin/ND Patientenwunsch pBoost 10,0 Gy SIB 2,14 59,92 Gy WBI 1,8 Gy – GD 50,4 Gy (Tangente) pBoost 16,0 Gy iBoost 12,0 Gy P- percutan: Photonen oder Elektronen i-interstitelle BT SIB: simultaner integrierter Boost „Boost“ nach tangentialer RT der Brust (Z.n. BET) Technik / lokale Tumorkontrolle / Phase III EORTC (15 Gy) 5 Jahre lok. Rückfallrate Elektronen : 4,7% Photonen : 4,0% Brachyth. : 2,5% Fibrose 0,9% 2,1% 0,9% Poortmans et al., 2004 Adjuvante Strahlentherapie nach BET - S3-Leitlinie (2012) - 28 Fr. + 8 Fr. Simultaner„Boost“ bei tangentialer RT der Brust (Z.n. BET) Neue Variante: Integrierter Boost / IMRT / Photonen 1. Schritt- Planung der Mamma-Tangente Simultaner „Boost“ bei tangentialer RT der Brust (Z.n. BET) Integrierter Boost / IMRT / Photonen: 2. Schritt- Planung der Dosisaufsättigung Simultaner „Boost“ bei tangentialer RT der Brust (Z.n. BET) Integrierter Boost / IMRT / Photonen- > RT beider ZV in einer Fraktion ED Restbrust 1,8 Gy, ED Boost 2,14 Gy Vorteil: Insgesamt 28 Bestrahlungen statt 36, damit Verkürzung der GBZ „Interst. Boost“ nach tangentialer RT der Brust (Z.n. BET) Interstitieller Boost günstiger: 1. Linke Mamma (Senkung der Herzdosis, damit Reduktion späterer Herzerkrankungen) 2. Vorangegang. antrazyklinhaltige Chemotherapie (Vermeidung der Addition der Kardiotox.) 3. Tumorsitz im Bereich der inneren Quadr. (Herzbelastung) 4. Thoraxwandnaher Tumorsitz 5. Retromamillärer Sitz (Kosmetik- Mamillennähe) 6. R1-Situation oder sehr knapper SR 7. Junges Patientenalter Adjuvante Strahlentherapie-Mammakarzinom - Kardiales Risiko - Cardiales Risiko RT + CT RT No RT Höchstes Risiko für cardiale Komplikationen für kombin. CT und RT > RT > keine RT Aber: historische Patientenkollektive! Heute: moderne 3-DBestrahlungsplanung führt zu deutlicher Senkung des cardialen Risikos Bouillon et al. 2011: Herzklappenerk. RR 9 CIHK RR1,5 Herzinsuff. RR 2,3 Hooning, MJ JNCI 2007 Mar 7; 99(5):365-75 Neue Zielvolumenkonzepte: Akzelerierte Teilbrustbestrahlung (APBI) nach BET Hintergrund 75-90 % der Rezidive nach BET sind in der Tm-Bett-Region lokalisiert Rezidive außerhalb des Tm-Bettes nach BET ± RT sind selten RT der gesamten Restbrust bei selektierten Pat. nicht erforderlich ? Definition Applikation der Strahlentherapie nach brusterhaltender OP beschränkt auf das Tumorbett (+1-2 cm Sicherheitssaum) [Teilbrustbestrahlung] Gesamtbehandlungszeit < 1 Woche - statt 5-7 Wochen [akzelerierte Bestrahlung] Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET APBI Brachytherapie 192Ir (iBT, MammoSite) LDR HDR PDR intraoperative RT (IORT) Elektronen perkutane RT (3D-konformale RT) Photonen IMRT INTRABEAM 6 beams, 53 seg. 150 % 100 % 85 % 70 % 50 % 30 % Multikatheter Ballonkatheter ELIOT (3-9 MeV) Protonen ? Tomother.? Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET Notwendige Informationen zur Definition des Tumorbettes/ZV: 1. präop. Mammographie (Tumorgröße, Lokalisation, Umgebungsgewebe) 2. präop. Sonographie (Tumorgröße, Tiefenlokalisation) 3. Histologie/ Schnittrand 4. Intraoperative Clipmarkierung Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET Clips !! Tumor Resektionshöhle A Clips !! B Präparatoberfläche PTV A = minimaler Resektionsrand B = Sicherheitssaum B = 30-20 mm minus A L OBL ZV-Definition: Resektionsbett + 2-3 cm Sicherheitssaum - präop. Mammographie + US, CT, (MRT); Op-Bericht; Histologie; Op-Narbe - radiopaque Clips für Resektionsränder (Vol.: ca.60-80cm3 / EBRT: 600-800cm3) Interstitielle Brachytherapie – Bsp. Mamma-Ca. Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET: Bestrahlungsplanung I 3D-Katheter-Rekonstruktion Zielvolumendefinition Mamma-Ca. links (obere Quadr.); pT1b pN0, min.SR>12mm; zweireihiges Implant, 13 Appl. Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET: Bestrahlungsplanung II 3D-Dosisverteilung Dosis-Volumen-Histogramm 200 % 150 % 120 % 100 % 90 % 70 % 50 % 30 % PTV 37,1 ccm D100 35,3 ccm D150 9,5 ccm CI 95,1 % Vref 49,9 ccm VD150 13,5 ccm VI 0,73 Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET: Kosmetisches Ergebnis präoperativ 6 Mo. nach Implantation nach Implantation 12 Mo. nach Implantation 6 Wo. nach Implantation 36 Mo. nach Implantation Akzelerierte Teilbrustbestrahlung nach BET - Ergebnisse der A/D-Phase-II-Studie - 274 Patienten (davon 73 Leipziger Pat.) mit Mamma-Ca mit niedrigem Rezidivrisiko mit APBI bestrahlt Med. follow up 64 Mo. (9-110 Mo.) 5-Jahres- LC: 97,7% Pat. < 50Lj: 92,5% Pat.> 50 Lj: 98,9% Ergebnisse: Lokale Kontrolle - sehr gut (entspricht der WBI -Standard) Cave: Pat.<50 Lj - keine APBI Bei ABPI immer endokrine Therapie, sonst mehr Rezidive IORT nach BET Intraop. Radiotherapie des Tm-Bettes: INTRABEAM Intraop. Radiotherapie des Tm-Bettes: INTRABEAM Vorteil : kein weiterer invas. Eingriff, optimale Schonung von Risikoorganen, Nachteil : begrenzte Reichweite (Tumorkontrolle ??), kein def. Histo Cave: in 43% noch Tumorzellen in 2cm Distanz Adj. RT bei low risk Mamma-Ca: Ausblick 1900: Radikale Mastektomie + axill. LNE „breast sparing“ BET 1980: BET + axill. LNE + perk. RT (Restbrust) „axillary node sparing“ 2020: BET+ axill. SLNE + Teilbrustbestrahlung ? „whole breast-RT sparing“ ? SLNE 150 % 100 % 85 % 70 % 50 % 30 % APBRT