Lung Cancer Integration of PET in Radiation Planning
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mpMR und PET/CT Individualisierte Strahlentherapie schon heute? Dresden Bern mpMR und PET/CT Individualisierte Strahlentherapie schon heute? Michael Schmuecking Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Quantensprünge in der Radio-Onkologie Orthovolt << 60Co << Linearbeschleuniger 1D << 2D << 3D-Bestrahlungsplanung 1996 IMRT (dose painting)? Intensitätsmodulierte Radiotherapie Molekulare Zusatzinformation 1998 in der Bestrahlungsplanung ? S e it e 2003 2 IGRT? Adaptive Image Guided Radiation Therapy Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 3 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern IGRT Image Guided Radiation Therapy Multimodale Bildgebung: Optimierung der Konturierung von Makrotumor Verifikation der Organbeweglichkeit (z.B. 4D-CT der Lunge, non-gated PET der Lunge) Veränderung der normalen Anatomie und der Tumoranatomie unter Radiotherapie Verifikation der exakten Patientenpositionierung vor Radiotherapie Detektion der Patientenbewegung unter Radiotherapie Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 4 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 5 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 6 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Biologische Bestrahlungsplanung Vision von 2000 ist Wirklichkeit in 2010 Import von PET-Daten oder PET/CT-Daten in die Bestrahlungsplanungsrechner ist durch Angleich des DICOM-Standards jetzt möglich Externe Bildfusion mit Anfertigung von Structure Files und Import dieser Structure Files ist jetzt möglich IMRT jetzt weit verfügbar Hochpräzisionsbestrahlung jetzt in vielen Zentren verfügbar Bewusst inhomogene Dosisverteilung im Zielvolumen entsprechend der Strahlenempfindlichkeit der Zell-Klone jetzt möglich (dose painting) Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 7 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Ist das Ziel einer individualisierten Bestrahlungsplanung durch multimodale Bildgebung damit erreicht? 11C-Cholin Sinerem Amdur et al. R&O 1990 PET/CT Grosu, TU München Blase PTV 1 (Planungszielvolumen) Prostata DCE MRIS e it e 2 Enddarm MRS Galalae, CAU Kiel Zielvolumen-Konzeption nach ICRU 58 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 8 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Nutzen der multimodalen Bildgebung Fokale Radiotherapie der Prostata nein Lokale Radiotherapie der Prostata nein/ja Regionäre Radiotherapie der Prostata ja Radiotherapie des biochemischen Rezidivs des Lokalrezidivs / des lokoregionären Rezidivs ja Bildgestützte Punktion der Prostata ja Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 9 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Fokale Radiotherapie der Prostata: nein 1. Die wahre Tumorausdehnung wird durch die Bildgebung unterschätzt. 2. Eine geringe Tumorzelldichte im Präparat führt zu negativen Befunden. 3. Kleine Tumorareale werden nicht detektiert. Die Strahlentherapie hat die Möglichkeit, Räume von Tumorzellen zu säubern, die letzte clonogene Zelle zu vernichten und eine komplette Remission zu erzielen Aber: dafür muss man auch treffen……. Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 10 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie (n = 42 ) Prostatektomiepräparat: 60 Läsionen > 0.1 cm3 Detektion durch die MR-Bildgebung 43 Läsionen T2-TSE DWI DWI Mazaheri et al. Radiology 2009; 252:449-457 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 11 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologíe (n = 42 ) Prostatektomiepräparat: 60 Läsionen > 0.1 cm3 Detektion durch die MR-Bildgebung 43 Läsionen T2 gewichtete MR Bildgebung unterschätzt das Tumorvolumen in 4/42 Patienten ADC-Maps unterschätzen das Tumorvolumen ADC Cut-off von 0.0014 mm2/s: 4/42 Patienten tumorfrei, unterschätzt in 20/42 Patienten T2-TSE DWI DWI Mazaheri et al. Radiology 2009; 252:449-457 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 12 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Für den Strahlentherapeuten gute Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie (n = 42 ) V = 4.77 cm3 V = 5.11 cm3 V = 4.81 cm3 Cut-off 0.0016 mm2/s Mazaheri et al. Radiology 2009; 252:449-457 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 13 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie Welcher ADC Cut-off Level sollte für die Konturierung des Tumorvolumens genutzt werden? PCA: 70% PCA: 30% Central Zone Vargas et al. Radiology doi:10.1148/radiol.11102066 Turkbey et al. Radiology 2011; 258:488-495 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 14 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 15 Where is the detection level for DCE-MRI? Lesion size 9 mm x 3.7 mm Seite 2 High-grade PIN lesion, as detected by biopsy: Where is the detection level for DCE-MRI? In comparison: Fischer et al. JNM 2005 The detection limit of PET is in the magnitude of 105 to 106 malignant cells. Current clinical PET systems are capable of 3-5 mm spatial resolution. Seite 2 T1-w DCE MRI before biopsy Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Prostatakarzinom: DCE-MRI und CAD Läsionen kleiner 3mm mit weniger als 30% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert vs. Cholin MRS SVS: Läsionen kleiner 8mm mit weniger als 50% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert CSI: Läsionen kleiner 4mm mit weniger als 40% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert Was erreicht die Cholin PET? Schmuecking et al. IJRB 2009; 85: 814-24 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 18 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 19 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern 6/26 (23%) Patienten zeigten einen geringeren 11C-Choline Uptake in bis zu 58-72% der Segmente mit Prostatakarzinom im Vergleich zum SUVmax der Segmente mit benigner Histologie. Reske et al. J Nucl Med 2011; 99:187-192 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 20 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Konturierung des Tumorvolumens Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV? Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99:187-192 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 21 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Konturierung des Tumorvolumens Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV? Cut-off Level: 60% von SUVmax Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99:187-192 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 22 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Bei optimaler Tracerwahl: Wo liegt die Detektionsgrenze der PET für unbehandelte Tumorzellen in vitro? Eur J Nucl Med Mol Imaging 2005 Menschliche Zelle Lymphozyten Granulozyten 5 – 20 μm 6 – 8 μm 8 – 14 μm Bei einer Zellgröße von 5 μm: 105 Zellen in 0.2 mm3 106 Zellen in 0.5 mm3 Bei einer Zellgröße von 20 μm: 105 Zellen in 0.9 mm3 S e itmm e 23 106 Zellen in 2.0 PET – Voxel Räumliche Auflösung der PET 2.5 – 3 mm 4 – 5 mm Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul In vivo > 107 mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 23 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Model of the Metabolic Pathways in Prostate Cells Wester HJ et al. Anti-PSMA-MAb VA033C Inh. XPSM-A9 Aptamer Choline Choline FDG PSMA PSMA ? Lipids Glycolysis ↓ Asp Zn Glycolysis ↓ Asp Lipids Glycolysis ↓ Asp AcCoA OAA AcCoA OAA AcCoA OAA CIT CIT CIT Glycolysis ↑ AcCoA OAA hZIP1 Zn Zn IsoCIT IsoCIT Zn Acetate IsoCIT ATP Zn IsoCIT PSMA = prostate specific membrane antigen, catalytic Zincmetallopeptidase N-acetyl-aspartyl-glutamate dipeptidase According to Costello and Franklin Oncology (2000) Normal Cell Acetate CIT ATP Premalignant Cell Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul Malignant Cell De-Differentiated Cell mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 24 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Eur J Nucl Med Mol Imaging 2011; 38: 97-107 J Nucl Med 2008; 49: 318-326 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 25 Standing at the Crossroads: Lokale Radiotherapie der Prostata? Robert Johnson 08.05.1911 – 16.08.1938 Clarksdale Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Lokale Radiotherapie der Prostata: nein 1. Die wahre Tumorausdehnung wird durch die Bildgebung unterschätzt. 2. Eine geringe Tumorzelldichte im Präparat führt zu negativen Befunden. 3. Kleine Tumorareale werden nicht detektiert. 4. Es gibt keinen validierten Konturierungs-Algorithmus, weder für die MR- noch für die PET-Bildgebung 5. Fehlende Standardisierung der Bildgebung, erhobene Zahlenwerte damit nicht auf andere Geräte übertragbar Die Strahlentherapie hat die Möglichkeit, Räume von Tumorzellen zu säubern, die letzte clonogene Zelle zu vernichten und eine komplette Remission zu erzielen Aber: dafür muss man auch treffen… Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 27 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Lokale Radiotherapie der Prostata: ja Therapie-Intensivierung auf das Areal mit der höchsten Tumorload (Spitze des Eisberges) Therapie-Intensivierung auf das Areal mit dem höchsten Gleason-Score (Spitze des Eisberges) Risiko einer Mitbestrahlung falsch positiver Areale wird in Kauf genommen, solange dadurch keine erhöhten Nebenwirkungen entstehen Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 28 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Pinkawa et al. Strahlenther Onkol 2010; 86:600-606 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 29 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Regionäre Radiotherapie der Prostata ja Radiotherapie des biochemischen Rezidivs des Lokalrezidivs / des lokoregionären Rezidivs ja mpMR- und PET-Bildgebung der konventionellen CT in Sensitivität und Spezifität überlegen Bietet gleichzeitig Einblick in die Tumorbiologie Kein benignes Prostatagewebe als Störfaktor in der Bildgebung Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 30 Recurrence T2-w T1-w Gd FS T1-w b=1000 ADC map Courtesy of H Thöny, Bern Recurrence b=1000 ADC map Courtesy of H Thöny, Bern Recurrence b=1000 ADC map Recurrence Courtesy of H Thöny, Bern Recurrence b=1000 ADC map Recurrence No tumor Courtesy of H Thöny, Bern Recurrence b=1000 ADC map Recurrence No tumor Courtesy of H Thöny, Bern Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Christiane Marx Harriet Thöny Radiologie, Kreiskrankenhaus Greiz Radiologie, Universität Bern & ESUR MR-Guideline Committee Bernd Klaeser Thomas Krause Thilo Weitzel Nuklearmedizin, Universität Bern Nuklearmedizin, Universität Bern Nuklearmedizin, Universität Bern Thomas G. Wendt Karl-Heinz Kloetzer Carsten Hubrich Norbert Blumstein Radioonkologie, Universität Jena Radioonkologie, Waldklinikum Gera Praxis für Radioonkologie, Erfurt Radioonkologie Bern & Nuklearmedizin Ulm Carsten Boltze Jean Claude Reubi Sven Perner Pathologie, Waldklinikum Gera Pathologie, Universität Bern Pathologie, Universität Ulm Hagen Geyer Urs Studer Hans-Werner Gottfried Urologie, Kreiskrankenhaus Greiz Urologie, Universität Bern Urologie, Universität Ulm Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 36 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 38 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 39 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 40 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 41 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 42 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 43 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 44 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 45 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 46 Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern Courtesy of H Thöny, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 47
