Lung Cancer Integration of PET in Radiation...

mpMR und PET/CT

Individualisierte Strahlentherapie schon heute?

Dresden Bern

mpMR und PET/CT

Individualisierte Strahlentherapie schon heute?

Michael Schmuecking

Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpMR und PET/CT – individualisierte Strahlentherapie schon heute? 3

Universitätsklinik für Radio-Onkologie, Universitätsspital Bern

Quantensprünge in der Radio-Onkologie

Orthovolt << 60Co << Linearbeschleuniger

1D << 2D << 3D-Bestrahlungsplanung

IMRT (dose painting)?Intensitätsmodulierte Radiotherapie

Molekulare Zusatzinformation in der Bestrahlungsplanung ?

IGRT?Adaptive Image Guided Radiation Therapy

1996

1998

2003

S e it e 2



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

IGRT Image Guided Radiation Therapy



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)



S e it e 2

11C-Cholin PET/CTSineremAmdur et al. R&O 1990

Grosu, TU München

MRS

DCE MRI

Enddarm

PTV 1 (Planungszielvolumen)Blase

Prostata

Zielvolumen-Konzeption nach ICRU 58

Galalae, CAU Kiel

Ist das Ziel einer individualisierten Bestrahlungsplanung

durch multimodale Bildgebung damit erreicht?



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

Nutzen der multimodalen Bildgebung



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…….



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

Mazaheri et al. Radiology 2009; 252:449-457

T2-TSE DWI DWI





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

DWIDWIT2-TSE




Für den Strahlentherapeuten

gute Korrelation des MR-Tumorvolumens

in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie (n = 42 )

V = 5.11 cm3V = 4.77 cm3

V = 4.81 cm3

Cut-off

0.0016 mm2/s




mit der Histologie

Welcher ADC Cut-off Level sollte für die Konturierung des Tumorvolumens

genutzt werden?

Vargas et al. Radiology doi:10.1148/radiol.11102066

Turkbey et al. Radiology 2011; 258:488-495

PCA: 70%

PCA: 30% Central Zone

Seite 2

Lesion size

9 mm x 3.7 mm

Where is the detection level for DCE-MRI?

Seite 2

High-grade PIN lesion, as detected by biopsy:

Where is the detection level for DCE-MRI?

MRI before biopsy

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.

T1-w DCE



Schmuecking et al. IJRB 2009; 85: 814-24

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


CSI: Läsionen kleiner 4mm

mit weniger als 40%

vitaler Tumorzellen


Was erreicht die Cholin PET?



Reske et al. J Nucl Med 2011; 99:187-192

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.



Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99:187-192

Konturierung des Tumorvolumens

Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV?



Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99:187-192

Konturierung des Tumorvolumens

Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV?

Cut-off Level:

60% von SUVmax



Wo liegt die Detektionsgrenze der PET

für unbehandelte Tumorzellen in vitro?

S e ite 2

Menschliche Zelle 5 – 20 μm

Lymphozyten 6 – 8 μm

Granulozyten 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

106 Zellen in 2.0 mm3

PET – Voxel 2.5 – 3 mm

Räumliche Auflösung der PET 4 – 5 mm

Eur J Nucl Med Mol Imaging 2005

Bei optimaler Tracerwahl:

In vivo

> 107



AcCoA OAA

CIT

IsoCIT

Zn

Zn

Normal

Cell

Glycolysis ↓

According to Costello

and Franklin

Oncology (2000)

Asp

AcCoA OAA

CIT

IsoCIT

Zn

Premalignant

Cell

Glycolysis ↓Asp

Model of the Metabolic Pathways in Prostate CellsWester HJ et al.

hZIP1

PSMA = prostate specific membrane antigen, catalytic Zinc-

metallopeptidase N-acetyl-aspartyl-glutamate dipeptidase

Acetate

AcCoA OAA

CIT

IsoCIT

Zn

ATP

Malignant

Cell

Lipids

Glycolysis ↓Asp

PSMA

Choline

Anti-PSMA-MAb

VA033C Inh.

XPSM-A9 Aptamer

Acetate

AcCoA OAA

CIT

IsoCIT

Zn

ATP

Lipids

Glycolysis ↑

FDG

Choline

De-Differentiated

Cell

PSMA ?



Eur J Nucl Med Mol Imaging 2011; 38: 97-107

J Nucl Med 2008; 49: 318-326

Robert Johnson

08.05.1911 – 16.08.1938

Clarksdale

Standing at the Crossroads:

Lokale Radiotherapie der Prostata?

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:ClarksdaleMS_Crossroads.jpg&filetimestamp=20091219105053



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…



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



Pinkawa et al. Strahlenther Onkol 2010; 86:600-606



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

Recurrence

b=1000 ADC map

T2-w T1-w T1-w Gd FS

Courtesy of H Thöny, Bern

Recurrence

b=1000 ADC map


Recurrence

b=1000 ADC map

Recurrence


Recurrence

b=1000 ADC map

Recurrence

No tumor




Christiane Marx Radiologie, Kreiskrankenhaus Greiz

Harriet Thöny Radiologie, Universität Bern &

ESUR MR-Guideline Committee

Bernd Klaeser Nuklearmedizin, Universität Bern

Thomas Krause Nuklearmedizin, Universität Bern

Thilo Weitzel Nuklearmedizin, Universität Bern

Thomas G. Wendt Radioonkologie, Universität Jena

Karl-Heinz Kloetzer Radioonkologie, Waldklinikum Gera

Carsten Hubrich Praxis für Radioonkologie, Erfurt

Norbert Blumstein Radioonkologie Bern & Nuklearmedizin Ulm

Carsten Boltze Pathologie, Waldklinikum Gera

Jean Claude Reubi Pathologie, Universität Bern

Sven Perner Pathologie, Universität Ulm

Hagen Geyer Urologie, Kreiskrankenhaus Greiz

Urs Studer Urologie, Universität Bern

Hans-Werner Gottfried Urologie, Universität Ulm



Courtesy of T Weitzel, Bern



Courtesy of

T Weitzel, Bern

Lung Cancer Integration of PET in Radiation...

Documents

Transcript of Lung Cancer Integration of PET in Radiation...